如何使用 Python 构建 PC 通信？

PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，可以理解为一个微型计算机，广泛应用于工业控制领域中，包括楼宇智控、精密机床、汽车电子等等。

随着物联网的兴起，越来越多的传统工业设备需要和外界通信，但很多情况下，类似PLC的微控制器经常会由于自身硬件因素而无法与外界直接互联互通。PC作为一个中介桥梁，为PLC与外界的沟通打开了一扇门。

而Python作为当前最火的语言，不仅在AI、云计算等诸多方面都能看到它的身影，在工业控制中也不能少了它。本文就来分享下如何使用Python构建PC与PLC的通信，也算展示一把Python在工控领域的风采。

Snap7简介

当前市场上主流的PLC通信方式为网络通信和串行通信。网络通信这块主要协议有profinet，modbus-tcp等，串行通信主要是基于RS232/485的modbus。

本次接触到的是西门子S7系列的PLC，通信方式都为网络型的，而Snap7（http://snap7.sourceforge.net/）正是一个开源的、32/64位的、多平台的以太网通讯库：

支持多硬件体系结构（i386/x86_64、ARM/ARM64、Sun Sparc、Mips）；支持多系统（Windows、Linux、BSD、Solaris）；支持多语言（C/C++、Phyton、Node.js、Pascal、C#、VB）。

Python对其进行了封装，具体可以参见：https://github.com/gijzelaerr/python-snap7。

开发环境搭建

这里主要从Windows和Linux（Ubuntu）两个平台，说说如何搭建Python环境下的Snap7开发环境。Python的安装这里就不再赘述，环境搭建主要就是Snap7和python-snap7两个库的安装。

1、安装Snap7

Windows下，需要根据Python的结构版本(32位/64位)，将下载的Snap7的发布库copy到对应的Python安装根目录下即可。

如上图所示，我的Python是32bit，所以需要将Snap7中Win32目录下的文件Copy到Python的安装根目录下，如下图所示：

Linux（Ubuntu）下安装相对简单些，按如下命令即可：

$ sudo -s

$ add-apt-repository ppa:gijzelaar/snap7

$ apt-get update

$ apt-get install libsnap71 libsnap7-dev

2、安装python-snap7

Snap7的Python库安装就简单很多了，不管是Windows还是Linux，直接pip安装即可。

$ pip install python-snap7

经过上面两步，环境就算搭建好了。通过一个连接测试代码试试，判断下环境是否搭建正常。

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）。

读写PLC

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：

通过上述配置，PLC可以正常通信了。

1、python-snap7读写分析

结合python-snap7的文档API和源码分析，python-sna7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。

def read_area(self, area, dbnumber, start, size):

"""This is the main function to read data from a PLC.

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

:param dbnumber: The DB number, only used when area= S7AreaDB

:param start: offset to start writing

:param size: number of units to read

"""

assert area in snap7.snap7types.areas.values()

wordlen = snap7.snap7types.S7WLByte

type_ = snap7.snap7types.wordlen_to_ctypes[wordlen]

logger.debug("reading area: %s dbnumber: %s start: %s: amount %s: "

"wordlen: %s" % (area, dbnumber, start, size, wordlen))

data = (type_ * size)()

result = self.library.Cli_ReadArea(self.pointer, area, dbnumber, start,

size, wordlen, byref(data))

check_error(result, context="client")

return bytearray(data)

@error_wrap

def write_area(self, area, dbnumber, start, data):

"""This is the main function to write data into a PLC. It's the

complementary function of Cli_ReadArea(), the parameters and their

meanings are the same. The only difference is that the data is

transferred from the buffer pointed by pUsrData into PLC.

:param dbnumber: The DB number, only used when area= S7AreaDB

:param start: offset to start writing

:param data: a bytearray containing the payload

"""

wordlen = snap7.snap7types.S7WLByte

type_ = snap7.snap7types.wordlen_to_ctypes[wordlen]

size = len(data)

logger.debug("writing area: %s dbnumber: %s start: %s: size %s: "

"type: %s" % (area, dbnumber, start, size, type_))

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

return self.library.Cli_WriteArea(self.pointer, area, dbnumber, start,

size, wordlen, byref(cdata))

从参数可见，需要提供PLC的区域地址、起始地址、读和写的数据长度。PLC能提供如下信息：

2、PLC数据存储和地址

通过阅读PLC的手册获取到如下信息：

PLC的数据存储通过Tag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)tag时，是通过访问CPU的Process Image Out对相应地址进行操作的。具体对应关系如下：

到这里就能明白python-snap7中定义的areas地址是什么含义了。

areas = ADict({

'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？

从上可见对于M3.4，对应的就是M(0x83)，起始地址是3，对应bit位是4。

实战

经过上面的精心准备，下面就来一波实战。通过读写PLC的M10.1、MW201来具体看看如何读写PLC。

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.snap7types.areas.MK

dbnumber = 0

amount = 1

start = 10

print(u'初始值')

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

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

print(u'置1')

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

print(u'当前值')

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

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

def test_mk_w201(client):

"""

测试MW201,数据类型为word

:param client:

:return:

"""

area = snap7.snap7types.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'')

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'')

print(u'当前值')

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

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

if __name__ == "__main__":

client_fd = plc_connect('192.168.0.1')

test_mk10_1(client_fd)

test_mk10_1(client_fd)

plc_con_close(client_fd)

从代码可见，MW201，根据M确定area为MK，根据W确定数据amount为2Btye，根据201确定start为201，读出来的数据根据数据长度用struct进行unpack，写数据对应strcut的pack。

这里给出PLC变量类型和大小，这样对应确定读写的amount。

最后给出一段视频，Python操作PLC来个跑马灯。

声明：本文为作者投稿，原载于个人公众号chafezhou，版权归作者所有。

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有人说：SCL将成为PLC的主流编程语言？

现在很多大品牌的中高级 PLC 都支持国际电工委员会 IEC61131 标准中规范的五种编程语言的混合编程，即梯形图（LD）、结构化文本(ST)、流程图（SFC）、指令表（IL）和功能块(FB)。在这五种编程语言中，

此外，由于西门子 S7 系列 PLC 在国内工控领域中使用很广，它的编程软件 Step7 默认情况下只支持梯形图和指令表编程，但通过安装“S7-SCL”软件包和“S7-Graph”软件包可实现结构化文本和流程图编程。

结构化文本是一种类似于计算机高级语言的编程方式，它的语法规范接近计算机中的PASCAL 语言。

所以有人就问：SCL将成为PLC的主流编程语言么？

于是很多电气人发表了自己的看法，一起来看看吧！

bnnyygy 说：

我献丑来一个，半成品，给设备改造的，用的欧姆龙CP1L，ST语言功能块，部分节选。

wenpian 说：

还是梯形图适合逻辑。

ljj977 说：

程序写的不错。tia protal中可以采用SCL与LAD混编的模式。这样的灵活性就更大了。

作为一个有C基础的人来说，用SCL他可能更擅长，入门更快。作为习惯了LAD编程的人员来说，写一般的逻辑关系程序，确实要清晰些。

计算机的普通编程人员将会有一部分人能胜任1200的编程工作，而且他们的转行不会有多大的门坎。可以说，PLC的编程人员来源会更广泛。

fujifa 说：

在JAVA出现之前，C语言的菜鸟们也是认为C语言将一统江湖，在PYTHON出来之前，JAVA的菜鸟们也是这么认为的。菜鸟们总是习惯使用必将，一定等词汇来描述他们认为的事物，为什么老鸟们不这样认为呢？因为老鸟们知道：

1：SCL，也就是ST语言，编译为机器码的执行效率比其他语言效率低。

2：梯形图编程语言也在进步，去看看诸如富士、AB这类在梯形图中使用高级语言编程等增强型梯形图语言的厂家就知道了。

hgxmm123 说：

老外喜欢用SCL语言编程，它功能丰富。国人喜欢用梯形图编程，易于推广。

有些PLC语言不能实现的功能，用SCL就能实现。

twtynijj 说：

最多只能说是备选的语言方法 ，主流怕是很难，可读性并不是很好，推广也难。老外是因为人家母语就是字母组成，对他们来说可读性还是非常强。

现在PLC还是以LAD SFC ST CFC 这一类为代表，也符合IEC标准的。如果哪一家PLC只有一种你说的SCL，怕是干不了几年在中国就只能关门了，这是由市场决定的。

cvlsam 说：

西门子之所以称为SCL而不是ST，是因为其编程语言指令表叫做STL，为了避免混淆，所以叫做SCL，其实就是其他厂家的ST语言。

“还是以 LAD SFC ST CFC 这一类为代表”，看到这句就说明您不太熟悉西门子了啊。

twtynijj 说：

嗯，西门子是不熟悉，刚出社会那会接触过。换工作环境后就没怎么接触。而且也只会用梯形图呀。

pqsh 说：

我觉得，5-10年这些语言都将消失。

人工智能，会听懂人的语言和思想。只要你说清楚，机器就会执行。当然，这样汉语会失去优势，因为汉语逻辑不严谨。

fsjnzhouyan 说：

现在有些智能家居就能接收中文语音控制家电。

vao 说：

梯形图，这种应该是主流趋势，不是你自己擅长什么就一定会主流，工人容易看懂的才好。

gaoyingchun 说：

工控人要失业了

ljj977 说：

在数据的处理方面，SCL还是要比LAD更具有它的它快捷性，计算的功能也是十分强大的。比如一个一维数组，你在使用时，感觉用LAD不难，但一个二维数组、一个多维数组你再使用LAD编程，难度就要大多了。

作为博图软件三大编程语言，SCL就是其中的标配，在原来300/400编程语言中，还没有列入标配行列之中。这也说明了西门子对它的重视，也给大家一个信号。因此了解它、学习它还是有必要的。

SCL是三大语言之一，说它是主流的编程语言不为过吧。

cvlsam 说：

用过AB的梯形图的话，觉得其他语言都可以不要了。

其实三大语言并不包括ST语言。

以前是梯形图，指令表和功能块，现在部分厂商取消了指令表，被SFC替代了。

当然，多学习一点没有错，不过不是以西门子SCL语言为基础，西门子的SCL语言离标准还有点距离，要用也应该从菲尼克斯的学起，人家才是完全符合IEC标准的。

wgefwgef 说：

越是菜鸟，越是水平差，越抵制ST。

逍遥的久鸣 说：

不管白毛黑猫抓到老鼠才是好猫，越简单明了越好，这么多年过去了，梯形图还是那么坚挺！

如果后期维护，现场水平不高，是不是就要失业了？

hnhyczj 说：

高级语言应当是发展的方向。

乌龟船长 说：

老外喜欢用SCL语言编程，它功能丰富。国人喜欢用梯形图编程，易于推广。

fuhuafeng72 说：

SCL确实好，但一些工控不适合。

ljj977 说：

LAD是PLC编程使用最广泛的语言，用户量最多，当然它是老大。但SCL也一定会壮大起来的，因为它有自己优势。这里并不是说LAD不好，但有时候，有些人用SCL去编程反而更方便，特别是熟悉高级语言（如C语言等）的人。这两种语言的使用肯定是因人而异的，喜好不同、知识背景不同，他们的选择就不同。

用LAD语言写的程序，复杂一点的话，一般的电工是看不懂的。说句实在话，LAD语言，当初就是为电工准备的编程语言。那时候只有逻辑控制。电工如果满足了一般的逻辑控制，数据处理程序的编写就成了一句空话，别人用LAD写出来的程序也不见得看得懂。

现在时代不同了，PLC不只是去处理逻辑控制，还多了好多些功能。老早之前，S7-200就明显看到它的结构化编程的思想。300/400，到现在的1200/1500，它们都在朝着更先进的方向发展，LAD的语言更是如此。现在的LAD就是面向开发人员、工程师、技术人员的。再说电工也分好几类吧，一般的电工在工厂里是接触不到编程这一块的。LAD现在也是也是十分强大。

SCL未来将成为主流的语言，并不意味着LAD不是主流语言。大家还是不要误解了我的观点。

SCL能作为标配的编程语言出现在博途中，说明了什么，不正是说明它的存在价值吗。

年轻的朋友们，如果感兴趣，学习一下SCL语言的程序编写，我觉得还是蛮好的。

liuxd6909 说：

但凡是主流都是被大多数人所认同 的，所接受的。

fuhuafeng72 说：

企业有三六九等，很多小作坊，你给他传统的继电器系统原理图都搞不明白，不要说英文类C的程序了。世界就是个矛盾体。

LAD确实是一种不错的编程方式，之于类C，形如安卓之于IOS。

zhanghaiw 说：

做逻辑SCL确实不怎么样，搞搞算法还可以。建议LAD+SCL的组合，感觉非常棒。

965528555 说：

做逻辑也是非常好的，算法更是好用。而且方便转换其他PLC

以上观点都非常棒！至于结论如何，小编自身觉得每个语言都有自己的可取之处，对于大型的主流化编程语言，是作为一个资深的电气人应该了解的内容，时刻把握行业潮流动态，才不会让自己处于被动状态。看了以上内容，你觉得呢？留言哦！

往期优秀文章回顾：

新手学西门子PLC，要从哪开始？「附PLC与电动机控制精品讲解」

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