Python and PLC Communication

Để chuyển đổi các thẻ nhớ %MXX thành địa chỉ bộ nhớ, chỉ cần chuyển đổi số thập phân thành số thập lục phân (sử dụng chữ thường cho chuỗi). Các ví dụ được hiển thị bên dưới:

MEM_ADDR_TAG_Example = {
    'M0':   '0000',
    'M1':   '0001',
    'M2':   '0002',
    'M3':   '0003',
    'M4':   '0004',
    'M5':   '0005',
    'M6':   '0006',
    'M10':  '000a',
    'M20':  '0014',
    'M30':  '001e',
    'M40':  '0028',
    'M50':  '0032',
    'M60':  '003c'
}

BƯỚC 4: Sử dụng Python để giao tiếp với PLC

4.1 Khởi tạo kết nối

Để giao tiếp với PLC, trước tiên hãy khởi tạo một máy khách TCP kết nối với địa chỉ IP của PLC trên cổng 502, như hình bên dưới:

self.plcAgent = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
try:
    self.plcAgent.connect((self.ip, self.port))
    if self.debug: print("M221Client: Đã kết nối với PLC [%s]" % self.ip)
    self.connected = True
except Exception as error:
    print("M221Client: Không thể truy cập vào PLC [%s]" % str(self.plcAgent))
    print(error)

4.2 Gửi tin nhắn đến PLC

Để gửi tin nhắn đến PLC, hãy chuyển đổi chuỗi hex thành byte:

bdata = bytes.fromhex(modbusMsg)
try:
    self.plcAgent.send(bdata)
    respBytes = self.plcAgent.recv(BUFF_SZ)
    respStr = respBytes.dencode('hex') if DECODE_MD else respBytes.hex()
    self.connected = True

4.3 Đọc dữ liệu bộ nhớ PLC

Dựa trên Bước 3, hãy xây dựng thông báo Modbus đọc bộ nhớ và gọi hàm gửi để đọc các byte bộ nhớ từ PLC.

def readMem(self, memAddrTag, bitNum=8):
    if str(memAddrTag).startswith('M'):
        memoryDecimal = int(memAddrTag[1:])
        memoryHex = hex(memoryDecimal)[2:]
        bitNumHex = hex(bitNum)[2:]
        modbusMsg = ''.join((TID, PROTOCOL_ID, R_LENGTH, UID, M_RD, 
                memoryHex, bitNumHex))
        response = self._getPlCRespStr(modbusMsg)
        return response

Đầu vào:

• memAddrTag: (str) Thẻ nhớ trong sơ đồ bậc thang mà chúng ta đã định cấu hình ở bước 2, chẳng hạn như "M60".

• bitNum: (int) Số bit chúng ta muốn đọc từ bộ nhớ nếu chúng ta muốn đọc 1 byte bitNum =4.

4.4 Ghi dữ liệu bộ nhớ PLC

Tương tự như dữ liệu đọc, hãy xây dựng thông báo modbus dựa trên chuỗi byte trong bước 3:

def writeMem(self, memAddrTag, val):
    if str(memAddrTag).startswith('M'):
        memoryDecimal = int(memAddrTag[1:])
        memoryHex = hex(memoryDecimal)[2:]
        byteVal = VALUES[val]
        modbusMsg = ''.join((TID, PROTOCOL_ID, W_LENGTH, UID, M_FC, memoryHex, 
                BIT_COUNT, BYTE_COUNT, byteVal))
        response = self._getPlCRespStr(modbusMsg)
        return response

Chương trình Python M221 PLC Client đầy đủ

Bạn có thể tải xuống chương trình Python M221 PLC client đầy đủ từ liên kết này: M221PlcClient.py. Chương trình này bao gồm API để kết nối PLC, đọc/ghi bit bộ nhớ và một lớp trình bao bọc luồng cho phép bạn chạy trình đọc PLC trong luồng song song với chương trình chính để đọc trạng thái PLC thường xuyên.

Thư viện cũng cung cấp ba trường hợp thử nghiệm:

• Trường hợp thử nghiệm 1 & 2: Thể hiện cách đọc và ghi bộ nhớ PLC.

• Trường hợp thử nghiệm 3: Cho thấy cách sử dụng lớp trình bao bọc luồng của máy khách.
  

Giao tiếp với Siemens S7-1200 PLC

Giới thiệu về PLC

: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Siemens S7-1200 là một bộ điều khiển nhỏ gọn và đa năng được thiết kế cho nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Nó thuộc họ SIMATIC S7 và nổi tiếng với hiệu suất mạnh mẽ, khả năng mở rộng và dễ sử dụng. Nó có giao diện PROFINET tích hợp và hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau, cho phép tích hợp liền mạch vào các mạng công nghiệp. S7Comm là một giao thức truyền thông độc quyền được sử dụng bởi các PLC của Siemens, bao gồm cả dòng S7-1200, để tạo điều kiện giao tiếp giữa các thiết bị và phần mềm. Nó hoạt động trên nhiều lớp vật lý khác nhau, bao gồm Ethernet (qua PROFINET), cho phép trao đổi dữ liệu giữa các PLC, HMI và hệ thống SCADA.

BƯỚC 1: Cấu hình Siemens S7-1200

Kết nối PLC Siemens S7-1200 với mạng của bạn. Sử dụng phần mềm chỉnh sửa PLC của Siemens, Siemens SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) , để cấu hình địa chỉ IP trong trang giao diện PROFINET:

Hình-08: Đặt IP S71200 qua SIMATIC STEP 7 (TIA Portal), phiên bản v1.3 (2024)

Bạn có thể làm theo các bước được nêu trong bài viết này: https://www.geekering.com/categories/automation/rodrigovieira/siemens-tia-portal-s7-1200-plc-online-connection-2/ để thiết lập địa chỉ IP và cấu hình PLC.

Bước 2: Cấu hình Logic Ladder và Vùng nhớ

PLC S7-1200 hỗ trợ ánh xạ trực tiếp các vùng nhớ để đọc và ghi dữ liệu trên các tiếp điểm, cuộn dây và bộ nhớ có thể chỉnh sửa của PLC. Giao tiếp với PLC được tạo điều kiện bằng cách sử dụng thư viện snap7 thông qua giao thức Siemens S7Comm. Logic ladder của PLC có thể được cấu hình như sau:

  | ix.x/mx.x | --> | Logic Ladder của bạn | --> | qx.x/mx.x |

Để triển khai điều này, hãy tạo một khối và kết hợp logic ladder như được mô tả trong sơ đồ bên dưới:

Hình-08: Đặt Sơ đồ Ladder S71200 qua SIMATIC STEP 7 (TIA Portal), phiên bản v1.3 (2024)

Khi sử dụng các vùng nhớ mặc định, các địa chỉ bắt đầu cho tiếp điểm, cuộn dây và bộ nhớ có thể chỉnh sửa như sau:

• Vùng nhớ tiếp điểm PLC (%i0.X): 0x81

• Vùng nhớ lưu trữ có thể chỉnh sửa của PLC (%m0.x): 0x83

• Vùng nhớ cuộn dây PLC (%q0.x): 0x82

Bước 3: Tìm hiểu về Giao thức Truyền thông

Để biết chi tiết về cấu trúc gói S7Comm, bạn có thể tham khảo bài viết này: https://blog.viettelcybersecurity.com/security-wall-of-s7commplus-part-1/. Cấu trúc gói được minh họa bên dưới:

Để giao tiếp với PLC bằng giao thức S7Comm, chúng ta sẽ sử dụng thư viện Python snap7 https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest/. Thư viện này cung cấp các hàm read_area và write_area để tạo điều kiện cho các hoạt động đầu vào và đầu ra với dữ liệu PLC. Các hàm này rất quan trọng để trao đổi và kiểm soát dữ liệu hiệu quả trong môi trường PLC.

Bước 4: Sử dụng Python để Giao tiếp với PLC

4.1 Khởi tạo Kết nối

Để thiết lập giao tiếp với PLC, chúng ta khởi tạo một máy khách snap7 kết nối với địa chỉ IP của PLC bằng cổng 102, như được minh họa trong đoạn mã bên dưới:

 self.plcAgent = snap7.client.Client()        
 try:
     self.plcAgent.connect(self.ip, 0, 1, 502)
     if self.debug: print("S71200Client: Đã kết nối với PLC [%s]" % self.ip)
     self.connected = True 
 except Exception as err:
     print("Lỗi: Lỗi khởi tạo S71200Client: %s" % err)
     return None

4.2 Đọc Bộ nhớ PLC

S7-1200 hỗ trợ đọc dữ liệu ở nhiều kiểu dữ liệu khác nhau từ các vùng nhớ khác nhau. Các kiểu dữ liệu sau được hỗ trợ:

Kiểu dữ liệu	Số byte	Nhận dạng	Định dạng Thẻ Nhớ
BOOL_TYPE (bool)	1 byte	x	x.
Byte_TYPE (byte/int)	Để chuyển đổi dữ liệu đã đọc thành giá trị tương ứng, hãy sử dụng các hàm từ snap7.util.get_* như được hiển thị bên dưới:   def _memByte2Value(self, mbyte, valType, startMIdx, bitIndex):       """ Chuyển đổi byte bộ nhớ thành giá trị của loại được chỉ định.           Args:               mbyte (bytes): byte dữ liệu.               valType (int): loại dữ liệu của giá trị chuyển đổi.               startMIdx (int): chỉ mục bắt đầu của byte bộ nhớ.               bitIndex (_type_): chỉ mục bắt đầu của bit bộ nhớ.           Returns:               _type_: _description_       """       data = None       if valType == BOOL_TYPE:           data = snap7.util.get_bool(mbyte, 0, bitIndex)       elif valType == INT_TYPE:           data = snap7.util.get_int(mbyte, startMIdx)       elif valType == REAL_TYPE:           data = snap7.util.get_real(mbyte, 0)       elif valType == WORD_TYPE:           data = snap7.util.get_word(mbyte, startMIdx)       elif valType == DWORD_TYPE:           data = snap7.util.get_dword(mbyte, 0)       else:           print("Lỗi: _getMemValue()> loại đầu vào không hợp lệ: %s" % str(valType))       return data Để đọc dữ liệu từ một loại thẻ nhớ cụ thể, hãy định cấu hình chỉ mục byte bắt đầu và chỉ mục bit, sau đó đọc dữ liệu:       if(memAddrTag[1].lower() == 'x'):           # Cấu hình thẻ dữ liệu loại bool           valLength = 1           valType = BOOL_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.split('.')[0][2:])           bitIndex = int(memAddrTag.split('.')[1])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'b'):           # Cấu hình thẻ dữ liệu loại byte hoặc integer           valLength = 1           valType = INT_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag[2:])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'w'):           # Cấu hình thẻ dữ liệu loại word           valLength = 2           valType = WORD_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag[2:])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'd'): # double           valLength = 4           valType = DWORD_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.split('.')[0][2:])       elif('freal' in memAddrTag.lower()): # số thực dấu phẩy động           valLength = 4           valType = REAL_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.lower().replace('freal', ''))       else:           print("Lỗi: readMem()> thẻ nhớ đầu vào không hợp lệ: %s" %str(memAddrTag))           return None       # Khởi tạo vùng nhớ bắt đầu.       memoryArea = MEM_AREA_IDX[memType]       try:           mbyte = self.plcAgent.read_area(memoryArea, 0, startMIdx, valLength)   4.3 Ghi Dữ Liệu Bộ Nhớ PLC Khi ghi dữ liệu byte vào PLC, điều quan trọng là không ghi đè lên các bit không nên thay đổi. Để đạt được điều này, trước tiên hãy đọc dữ liệu từ bộ nhớ, sửa đổi các phần liên quan bằng các hàm snap7.util.set_*, sau đó ghi dữ liệu đã sửa đổi trở lại bộ nhớ. Dưới đây là một hàm ghi bộ nhớ đơn giản:   def writeMem(self, mem, value):       """ Đặt trạng thái PLC từ địa chỉ bộ nhớ liên quan: IX0.N-đầu vào, QX0.N-đầu ra,           MX0.N-bộ nhớ.       """       data = self.getMem(mem, True)       start = bit = 0 # chỉ mục vị trí bắt đầu       # lấy địa chỉ bộ nhớ vùng       memType = mem[0].lower()       area = self.memAreaDict[memType]       # Đặt độ dài dữ liệu và chỉ mục bắt đầu và gọi các hàm tiện ích từ       if(mem[1].lower() == 'x'): # bit           start, bit = int(mem.split('.')[0][2:]), int(mem.split('.')[1])           set_bool(data, 0, bit, int(value))       elif(mem[1].lower() == 'b'): # byte           start = int(mem[2:])           set_int(data, 0, value)       elif(mem[1].lower() == 'w'):           start = int(mem.split('.')[0][2:])       elif(mem[1].lower() == 'd'):           start = int(mem.split('.')[0][2:])           set_dword(data, 0, value)       elif('freal' in mem.lower()): # double word (số thực)           start = int(mem.lower().replace('freal', ''))           set_real(data, 0, value)       # Gọi hàm ghi và trả về giá trị.       return self.plc.write_area(area, 0, start, data) Giải thích nâng cao và cấu trúc mã này sẽ cung cấp hướng dẫn triển khai và hiểu rõ hơn về giao tiếp với PLC bằng Python và thư viện snap7. Việc điều chỉnh các vùng nhớ và loại dữ liệu là rất quan trọng để xử lý và kiểm soát dữ liệu chính xác trong các ứng dụng PLC.   Chương trình client PLC S71200 Python đầy đủ Bạn có thể tải xuống chương trình client PLC M221 Python đầy đủ từ liên kết này: S71200PlcClient.py Chương trình này bao gồm API để kết nối PLC, đọc/ghi tiếp điểm PLC, dữ liệu cuộn dây bộ nhớ và một lớp trình bao bọc luồng cho phép bạn chạy trình đọc PLC trong luồng song song với chương trình chính để đọc trạng thái PLC thường xuyên. Thư viện cũng cung cấp ba trường hợp thử nghiệm: Trường hợp thử nghiệm 1: Thể hiện cách đọc tiếp điểm, bộ nhớ và cuộn dây PLC. Trường hợp thử nghiệm 1: Thể hiện cách ghi tiếp điểm, bộ nhớ và cuộn dây PLC. Trường hợp thử nghiệm 3: Cho thấy cách sử dụng lớp trình bao bọc luồng client.   Tài liệu tham khảo Python Physical PLC Communication Clients: https://github.com/LiuYuancheng/PLC_and_RTU_Simulator/tree/main/Physical_PLC_Client Sách hướng dẫn M221: https://media.distributordatasolutions.com/schneider2/2020q4/documents/fbb188fbd042afd838384db125b9dad1c2a6a9e9.pdf Sách hướng dẫn S7-1200 : https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:c7de7888-d24c-4e74-ad41-759e47e4e444/Programovani-S7-1200-1500-2018.pdf Giới thiệu về Modbus-TCP: https://www.prosoft-technology.com/kb/assets/intro_modbustcp.pdf Giới thiệu về S7Comm: https://blog.viettelcybersecurity.com/security-wall-of-s7commplus-part-1/ Cấu hình IP S71200 PLC: https://www.geekering.com/categories/automation/rodrigovieira/siemens-tia-portal-s7-1200-plc-online-connection-2/ Thư viện Python snap7: https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest Giao tiếp với S71200 PLC: http://simplyautomationized.blogspot.com/2014/12/raspberry-pi-getting-data-from-s7-1200.html             RELATED Learning Python as your first programming language C++ and Java over Python in Google products Is Python all set to triumph over Java? Python Disrupts the Programming Language World- Gets Hot and Popular New features in Java 9 Bug caused by using changeable value as the default in "python method overload"​ A Python assignment trap Mutli-inheritance bug between python 2.7 and 3.7 The Ultimate Guide to Implement Function Overloading in Python Who’s the winner: Python vs. Java, C/C++?   0 COMMENT No comment for this article.   COMMENT   RANDOM FUN visibility:hidden ABOUT About us Library Privacy policy Terms of service HOW IT WORKS Feeds Post help Article guideline Submit article FOLLOW US  RSS  Weibo  Facebook  X FEEDBACK Contact us Bug report Feedback ©2025 PixelsTech.net All rights reserved