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):
    :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):
    :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)
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/