Python-Snap7与 1212 PLC通信并保存到sqlite3中

前言
配置

硬件
软件
软件配置过程
snap7安装
- sqlite3安装
数据库设计
PLC数据读入Sqlite3
数据写入PLC

Bit特定位置0
Bit特定位置1
Bit特定位取反
bit 写入
非bit数据写入

为了远程监控和获取运行中控制相关参数，打算通过S7协议+树莓派，实现数据存储到数据库中。根据自己的实际经验，将步骤和细节一一记录，以便自己和与我一样的小白少走弯路。

PLC: 西门子 1214C DC/DC/DC
树莓派：4B
路由器：中兴 E8820 V2
交换机：D-link EDS-1008D
硬件配置：路由器位于顶层（192.168.5.1），接树莓派（192.168.5.4），交换机，PC电脑；1200PLC （192.168.5.100）接入交换机。

win10专业版
博途软件：V15.1
树莓派：4.19.75-v71 2019-09 raspbain Gun/Linux 10(buster)
python版本：3.7.4
Sqlite3版本：3.272
Putty版本：0.73

软件配置过程

pip 安装

sudo apt update
sudo apt install python3-pip
pip3 --version
pip 18.1 from /usr/lib/python3/dist-packages/pip (python 3.7)

snap7安装

1）下载 snap7源文件包
2）解压并拷贝到优盘
3）拷贝到树莓派中

pi@raspberrypi:~ $ ls /dev/sd*/dev/sd1
pi@raspberrypi:~ $ sudo mkdir testusb
pi@raspberrypi:~ $ sudo mount -o uid=pi,gid=pi /dev/sda1 testusb
pi@raspberrypi:~$ sudo cp -r /testusb/snap7-full-1.4.2 /usr

pi@raspberrypi:~$ cd /usr/snap7-full-1.4.2/snap7-full-1.4.2/build/unix
pi@raspberrypi:~$  sudo make –f arm_v6_linux.mk all

拷贝libsnap7.so

pi@raspberrypi:~$  cd ../bin/arm_v6-linux/
pi@raspberrypi:~$  sudo cp libsnap7.so /usr/lib
pi@raspberrypi:~$  sudo cp libsnap7.so /usr/local/lib
pi@raspberrypi:~$  sudo sudo ldconfig
pi@raspberrypi:~$  pip install python-snap7

备注:采用 arm_v7_linux编译后也能再树莓派4B上使用。

sqlite3安装

参考树莓派 Raspberry 3B+ C-sqlite3 开发环境搭建一文。
在这里插入图片描述

数据库设计

S7 数据类型

西门子PLC常用的数据存储区，输入，输出，寄存器，DB块，计数器，计时器。如下图：

数据存储依次有位bit，字节Byte，字word，双字Dword，浮点数real，计数器Counter，计时器，Timer。其存储长度如下表：

数据存储方式

不同与普通数据的传输，s7采用大端模式。具体内容见前面文章介绍。

数据库类别选择

开源数据库有sqlite，mysql等，因为应用基于嵌入式，在每天自动备份，可以跨平台并无安装，sqlite满足要求。

数据库结构

1）变量表
PLC输入变量表（plc_tags_Input）
PLC输出变量表(plc_tags_output)
PLC M寄存器（plc_tags_M)
PLC DBX块(plc_DB_X)
2）运行数据存储表
PLC输入输出存储表（plc_tags_running_record）
PLC DB块存储表（plc_DB_running_record）

数据表结构

变量数据表必须包含：序列号ID，变量名称，变量PLC地址，变量数据类别，变量起始地址，变量数据长度，备注说明等。

运行数据存储表包含：ID，时间，内容。

项目运行是7*24h，所以需要将数据存储尽量最小化。因Snap7获取最小数据单位为byte，而不是bit，对于数字量输入输出DI和DO等bit位，可以采用每8个位一起，直接用读取数据。而其他类型数据例如int，real也需用直接读取数据存储。
数据存储采用类似JSON格式，例如：I0:0x00;I1:0xf1;…

PLC数据读入Sqlite3

打开数据库

先打开需要存储的数据库，建立游标。

import sqlite3
conn = sqlite3.connect('test.sqlite')
cur = conn.cursor()

取要读入PLC数据的表单

执行查询语句

cur.execute("SELECT *  FROM plc_tags_output;")

连接PLC

配置PLC

引入snap7库，创建连接，提交IP地址机架号，即可完成。其中IP地址、机架号等信息可以存储到数据库中。

import snap7
plc=snap7.client.Client()
plc.connect('192.168.5.100',0,1)

从PLC中获取数据

我们可以采用read_area函数、ab_read函数（输出）、DB_read函数读取PLC中数据值
参考手册这里不再举栗子。

数据后续处理

获取数据是大端排序数据，还需要进行相关处理才能识别。
对于布尔型 bool ，用>B

对于整型 int word，用>h 注意python下不能用>i

对于双字长整型 Dint Dwrod 用>i

对于浮点型real >f

若为了高效存储性能，例如运行过程数据存储，可以不进行相关解析成能读懂数据。

数据写入PLC

Bit特定位置0

方法：构造一个需要置0的特定位为0，其他位为1的数，再与被操作数进行&操作
例如：需要将1byte（00001111）的0-2位置0，先分别将1右移动0位、1位、2位，他们之间先取或然后再取反，就构造出特定位数，再与操作就行
a &= (~((1<<0) | (1<<1) | (1<<2)));
可以构造以下python函数

#将1byte二进制数中的某一位 置0
#int_num 为被操作数---整型
#postion 需要置为位置---整型
def single_Set_0_in_Byte(int_num, postion):
	return int_num&(~(1<<(postion)))
#将1byte二进制数中的多位 置0 必须填写一个位置
def mult_Set_0_in_Byte(int_num, postion1,*postions):
	temp=1<<postion1
	for i in postions:
		temp|=(1<<i)
	return int_num&(~temp)	
Bit特定位置1
 
方法：构造一个特定位为1，其他位为0的数，再与被操作数进行|操作
 例如：需要将1byte（00001111）的0，2位置1，先分别将1右移动0位和2位，他们之间先取或，就构造出特定位数，再进行与或操作
 a|=((1<<0)|(1<<2));
 可以构造以下python函数 
#将1byte二进制数中的某一位 置1
#int_num 为被操作数---整型
#postion 需要置为位置---整型
def single_Set_1_in_Byte(int_num, postion):
return int_num|((1<<（postion))) 
Bit特定位取反
 
方法： 构造一个特定位为1，其他位为0的数，再与被操作数进行^操作
 例如：需要将1byte（00001111）的0，5取反，先分别将1右移动0位和5位，他们之间先取或，就构造出特定位数，再进行与或操作
 a^=((1<<0)|(1<<5));
 可以构造以下python函数 
#将1byte二进制数中的某一位 置1
#int_num 为被操作数---整型
#postion 需要置为位置---整型
def single_Set_Negate_in_Byte(int_num, postion):
return int_num^((1<<（postion)))
bit 写入
 
Bit数据中有一些是IO输入输出或者snap7 获取最小单位为byte，所以需要根据实际情况进行处理。 
1）数字量输出DO
 因只对某些位进行操作，所以需要先读取出PLC中现在值（以byte为单位），应用上面的Bit特定位操作函数处理后，再写入。
 例如Q0.0为1，Q0.1为0，Q0.2为1，将Q0.2置为1
  
q01=plc.read_area(0x82,0,0,1) #q01为 bytearray(b'\x05')，而q01=plc.ab_read(0,1)运行结果一样
wq01=q01[0]&(~(1<<2)) # wq01为整型1（可以不用struct.unpack转换成整型）
wq01_b=struct.pack('>B',wq01) #wq01_b为b'\x01'（转化成二进制）
plc.write_area(0x82,0,0,wq01_b) #plc.ab_write(0,wq01_b)是一样结果 
2）数字量输入DI
 在实际工控系统中，数字量输入即使更改，还快被外部传感器状态覆盖。这种情况可以不考虑。 
非bit数据写入
 
非bit数据是整型或者浮点型，写入只需要进行数据转换进行。 
后续操作就非常简单了。
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				KepServer是一款能够方便地对plc等工业设备进行数据读取的工具。Python可使用win32com模块实现通过kepserver读取plc数据的功能。
win32com模块的安装命令：pip install pypiwin32
一、运行环境
1.安装Python：python3各版本均可，但必须是32位。这里使用的是python-3.7.9，windows下32位。下载：
https://download.csdn.net/download/Albert201605/19263038
				在本文中以爬取贝壳网中每个房型房源信息，并且按照房源用途分别保存到不同表中为例。
首先导入爬虫需要的selenuim模块、休眠要用的time模块、连接数据库要用的pymysql模块，并且连接数据库。
host=你本机的ip地址，localhost就是本机的ip地址
user=连接MySQL的用户名
password=连接MySQL的密码
db=操作的数据库名称
cursor为一个对象，如果需要对我们定义的数据库进行操作，直接就对cursor操作即可。
如果想要把爬取下来的数据保存到数据库表中，
资源名：QT用SNAP7协议和西门子PLC 通讯实例源码.zip
资源类型：程序源代码
源码说明：该程序是 QT用SNAP7写的 和西门子PLC 通讯的例子 ，可编辑。可打开。支持 对西门子PLC 任意区域 读写 bit,byte,word/Dword，Uint,float 等任意数据类型 。线程读取。是通讯的模板程序 
适合人群：新手及有一定经验的开发人员
				本文是利用snap7进行对plc1200进行读写，所用语言是python3，windows7下，plc具体型号为S7-1212DC/DC/DC
1.snap7安装
win+R打开运行串口，输入cmd，确定后，输入下面的命令：（需要提前安装python 和 pip）
使用python的pip命令安装即可：pip install python-snap7
截图是我已经安装过了，如果有...
				如果你想在 Python 中将数据保存在 SQLite3 数据库中，首先需要在 Python 中使用 SQLite3 库。
可以使用以下代码来连接 SQLite3 数据库：
import sqlite3
# 连接到 SQLite3 数据库
# 数据库文件是 test.db
# 如果文件不存在，会自动在当前目录创建
conn = sqlite3.connect('test.db')
然后，你可以使用 `conn.cursor()` 方法创建一个游标，然后使用 `execute()` 方法执行 SQL 语句。
举个例子，如果你想向表中插入一条记录，可以使用以下代码：
import sqlite3
conn = sqlite3.connect('test.db')
cursor = conn.cursor()
# 插入一条记录
cursor.execute('INSERT INTO users (id, name) VALUES (1, "Alice")')
# 提交事务
conn.commit()
# 关闭连接
conn.close()
如果你想查询表中的记录，可以使用以下代码：
import sqlite3
conn = sqlite3.connect('test.db')
cursor = conn.cursor()
# 查询记录
cursor.execute('SELECT * FROM users')
# 获取查询结果
results = cursor.fetchall()
# 遍历结果
for row in results:
    print(row)
# 关闭连接
conn.close()
希望这些信息能帮到你。