Python通过snap7库与西门子S7-1200建立S7通信，读写存储器数据，顺便写个流水灯

1.snap7 简介

snap7 是一个基于以太网与S7系列的西门子PLC通讯的开源库。

支持包括S7系列的S7-200、S7-200 Smart、S7-300、S7-400、S7-1200以及S7-1500的以太网通信。

适用系统
支持32/64位英特尔/ AMD的所有平台。
例如：Windows ( 除了 windows Me和95)；Linux和类Linux（树莓派，UBeagleBone Black，DOO 等）;BSD；Oracle Solaris ；Apple OSX

支持语言
Pascal；C#；C++；C；LabVIEW；Python；Node.js；Java，其中介绍比较多的是Python。

snap7官方网站

http://snap7.sourceforge.net/

https://pypi.org/project/python-snap7/

https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest/

2.S7通信

西门子S7系列PLC采用以下两种通讯方式：
1) 开放式的TCP\IP，可以用于连接PLC与其他非西门子硬件
2) 西门子自己开发的S7 Protocol以太网通讯协议，用于西门子内部硬件通讯

这两者的传输报文是不一样的，如下图：

西门子数存储到二进制时方式是大端模式（BIG-Endian），而我们的普通电脑常常为小端模式（Liitle-Endian）。
大端模式是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位保存在内存的低地址中.
小端模式是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中。
例如：双字 DWORD 0X2F11214C
PLC

所以数据需要进行转换。

3.安装snap7库

pip install python-snap7

笔者使用的是64位Python3.6.4和python-snap7 1.1.0，安装完成后，环境就算搭建好了。

对于32位Python，需要将Snap7官网下载的Win32目录下的文件，复制到Python的安装根目录下，如下图所示：

https://sourceforge.net/projects/snap7/files/1.4.2/snap7-full-1.4.2.7z/download

通过一个连接测试代码试试，判断下环境是否搭建正常。

注意自己新建的文件名不能是snap7，会和库文件冲突！

import snap7

client = snap7.client.Client()

client.connect('192.168.0.1', 0, 1)

client.disconnect()

如果是下图提示，则环境正常（192.168.0.1的PLC不存在）。

如果是下图提示，则环境异常（snap7库安装不正确）。

4.读写PLC

4.1配置S7-1200

环境搭建正常后，在正式建立通信前PLC还需做些配置工作，主要是开发自身的读写权限。具体参照下图配置：

设置访问级别

设置DB块的属性

通过上述配置，PLC可以正常通信了。

4.2使用snap7读写存储器

python-snap7重要的两个方法是read_area和write_area，通过这两个方法就能读和写PLC的对应存储地址。

摘自client.py

def read_area(self, area: Areas, dbnumber: int, start: int, size: int) -> bytearray:

    """Reads a data area from a PLC

    With it you can read DB, Inputs, Outputs, Merkers, Timers and Counters.

    Args:

        area: area to be read from.

        dbnumber: number of the db to be read from. In case of Inputs, Marks or Outputs, this should be equal to 0.

        start: byte index to start reading.

        size: number of bytes to read.

    Returns:

        Buffer with the data read.

    Raises:

        :obj:`ValueError`: if the area is not defined in the `Areas`

    Example:

        >>> import snap7

        >>> client = snap7.client.Client()

        >>> client.connect("192.168.0.1", 0, 0)

        >>> buffer = client.read_area(snap7.types.Areas.DB, 1, 10, 4)  # Reads the DB number 1 from the byte 10 to the byte 14.

        >>> buffer

        bytearray(b'\\x00\\x00')

    """

    if area not in Areas:

        raise ValueError(f"{area} is not implemented in snap7.types")

    elif area == Areas.TM:

        wordlen = WordLen.Timer

    elif area == Areas.CT:

        wordlen = WordLen.Counter

    else:

        wordlen = WordLen.Byte

    type_ = snap7.types.wordlen_to_ctypes[wordlen.value]

    logger.debug(

        f"reading area: {area.name} dbnumber: {dbnumber} start: {start}: amount {size}: wordlen: {wordlen.name}={wordlen.value}")

    data = (type_ * size)()

    result = self._library.Cli_ReadArea(self._pointer, area.value, dbnumber, start,

                                        size, wordlen.value, byref(data))

    check_error(result, context="client")

    return bytearray(data)

@error_wrap

def write_area(self, area: Areas, dbnumber: int, start: int, data: bytearray) -> int:

    """Writes a data area into a PLC.

    Args:

        area: area to be write.

        dbnumber: number of the db to be write to. In case of Inputs, Marks or Outputs, this should be equal to 0.

        start: byte index to start writting.

        data: buffer to be write.

    Returns:

        Snap7 error code.

    Exmaple:

        >>> import snap7

        >>> client = snap7.client.Client()

        >>> client.connect("192.168.0.1", 0, 0)

        >>> buffer = bytearray([0b00000001])

        >>> client.write_area(snap7.types.Areas.DB, 1, 10, buffer)  # Writes the bit 0 of the byte 10 from the DB number 1 to TRUE.

    """

    if area == Areas.TM:

        wordlen = WordLen.Timer

    elif area == Areas.CT:

        wordlen = WordLen.Counter

    else:

        wordlen = WordLen.Byte

    type_ = snap7.types.wordlen_to_ctypes[WordLen.Byte.value]

    size = len(data)

    logger.debug(f"writing area: {area.name} dbnumber: {dbnumber} start: {start}: size {size}: "

                 f"wordlen {wordlen.name}={wordlen.value} type: {type_}")

    cdata = (type_ * len(data)).from_buffer_copy(data)

    return self._library.Cli_WriteArea(self._pointer, area.value, dbnumber, start,

                                       size, wordlen.value, byref(cdata))

《SIMATIC S7-1200 可编程控制器系统手册》节4.2.1有如下描述：

PLC的数据存储通过“变量”的形式与存储区间关联，分为输入(I)、输出(O)、位存储(M)和数据块(DB)。程序在访问对应(I/O)存储区时，是通过访问CPU的过程映像对相应地址进行操作的。具体对应关系如下：

故python-snap7中定义的Areas含义为

'PE': 0x81, #input

'PA': 0x82, #output

'MK': 0x83, #bit memory

'DB': 0x84, #DB

'CT': 0x1C, #counters

'TM': 0x1D, #Timers

现在离读写PLC还差最后一步，就是起始地址如何确定呢？

对于M3.4，对应的就是M(0x83)，起始地址是3，对应bit位是4。

4.3数据存储地址

https://support.industry.siemens.com/cs/document/57374718

1、BIT        ：位是存储空间的最小单位；
2、BYTE    ：字节，由 8 个位组成；
3、WORD  ：字，由2个字节组成，共16个位。
4、DWORD：双字，由2个字组成，共32个位。
第二：绝对地址寻址（同一存储空间）
M0.0 位   ：     M            0         .    0
                   存储区  字节地址     位号
MB0 字节：     M            B              0
                    存储区  字节寻地     字节起始地址
                    含 M0.0-M0.7 共 8个位
MW0   字：      M           W              0
                    存储区    字寻地      字节起始地址
                    含MB0、MB1，即M0.0-M0.7以及 M1.0－M1.7 共 16个位
MD0 双字：     M           D              0
                    存储区    双字寻地      字节起始地址
                    含MB0、MB1、MB2、MB3，即M0.0-M3.7共 32 个位

4.4读写示例

import struct

import time

import snap7

def plc_connect(ip, rack=0, slot=1):

    '''

    连接初始化

    :param ip:

    :param rack: 通常为0

    :param slot: 根据plc安装，一般为0或1

    :return:

    '''

    client = snap7.client.Client()

    client.connect(ip, rack, slot)

    return client

def plc_con_close(client):

    """

    连接关闭

    :param client:

    :return:

    """

    client.disconnect()

def test_mk10_1(client):

    """

    测试M10.1

    :return:

    """

    area = snap7.types.Areas.MK

    dbnumber = 0

    start = 10

    amount = 1

    print('初始值',end='')

    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(mk_data)#struct.unpack('!c', mk_data)

    print('置1')

    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x01')

    print('当前值',end='')

    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(mk_cur)

def test_mk_w201(client):

    """

    测试MW201,数据类型为word

    :param client:

    :return:

    """

    area = snap7.types.Areas.MK

    dbnumber = 0

    amount = 2

    start = 201

    print(u'初始值')

    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(struct.unpack('!h', mk_data))

    print(u'置12')

    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x12')

    print(u'当前值')

    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(struct.unpack('!h', mk_cur))

    time.sleep(3)

    print(u'置3')

    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x02')

    print(u'当前值')

    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(struct.unpack('!h', mk_cur))

def test_q0_0(client):

    """

    测试Q0.0，会使其输出高电平

    :return:

    """

    area = snap7.types.Areas.PA

    dbnumber = 0

    start = 0

    amount = 1

    print('初始值',end='')

    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(mk_data)#struct.unpack('!c', mk_data)

    print('置1')

    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x01')

    print('当前值',end='')

    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)

    print(mk_cur)

def test_MD1012(client):
    """
    测试MD1012,数据类型为real
    :param client:
    :return:
    """
    area = snap7.types.Areas.MK
    dbnumber = 0  # 读取的DB块序号。当读取的地址为I/Q/M时，序号为0
    amount = 4
    start = 1012
    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('>f', mk_data)[0])

if __name__ == "__main__":

    client_fd = plc_connect('192.168.0.2')

    # test_mk10_1(client_fd)

    # test_mk_w201(client_fd)

    test_q0_0(client_fd)

    plc_con_close(client_fd)

'''

'PE': 0x81, #input, I

'PA': 0x82, #output, Q

'MK': 0x83, #bit memory, M

'DB': 0x84, #DB, DBX

'CT': 0x1C, #counters

'TM': 0x1D, #Timers

'''

也可通过db_read()和db_write()读写DB块

import snap7

client = snap7.client.Client()

client.connect('192.168.0.2', 0, 1)

plc_db1 = client.db_read(1, 0, 3)  # 读取数据块db1,起始字节,读取长度

print(plc_db1) # hex(plc_db1[0])

client.db_write(1, 0, b'\x11') # 写入数据块db1,起始字节,数据hex

plc_db1 = client.db_read(1, 0, 3)  # 读取数据块db1,起始字节,读取长度

print(plc_db1)

client.disconnect()

读写MW变量时，要在变量表中先创建变量，并烧录进S7-1200

5.流水灯

import struct

import time

import snap7

def plc_connect(ip, rack=0, slot=1):

    '''

    连接初始化

    :param ip:

    :param rack: 通常为0

    :param slot: 根据plc安装，一般为0或1

    :return:

    '''

    client = snap7.client.Client()

    client.connect(ip, rack, slot)

    return client

def plc_con_close(client):

    """

    连接关闭

    :param client:

    :return:

    """

    client.disconnect()

def ledtrip(client):

    """

    跑马灯，使Q0.0~5循环亮起

    :return:

    """

    area = snap7.types.Areas.PA

    dbnumber = 0

    start = 0

    delayTime = 0.5

    for i in range(10):

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00000001]))

        time.sleep(delayTime)

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00000010]))

        time.sleep(delayTime)

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00000100]))

        time.sleep(delayTime)

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00001000]))

        time.sleep(delayTime)

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00010000]))

        time.sleep(delayTime)

        client.write_area(area, dbnumber, start, bytearray([0b00100000]))

        time.sleep(delayTime)

    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x00')

if __name__ == "__main__":

    client_fd = plc_connect('192.168.0.2')

    ledtrip(client_fd)

    plc_con_close(client_fd)

参考

https://pypi.org/project/python-snap7/

https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest/

https://blog.csdn.net/zxpbuct/article/details/80079698

https://blog.csdn.net/lcb411/article/details/101147181

https://www.toutiao.com/a6589203413941092868

http://www.6dm.club/index.php/2018/04/07/