当树莓派+S7-1500与阿里云跨界相遇-自动化工程师的数字化之路

显示全部楼层 · 2024-4-30 14:36:50

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写在面前
大家好，我是小智，智能制造之家号主~
跨界融合，一直是我们所倡导的，前面转载一篇很火爆的文章：
西门子、施耐德、罗克韦尔等巨头告诉你，为何你大爷始终是你大爷

当中有这样一句话：所有面向未来的自动化供应商，都在加快拥抱软件的步伐~
OT与IT融合已经是一个势不可挡的事实，比如我们分享了WinCC OA与Mindsphere的融合案例：
当WinCC OA遇上Mindsphere，自动化工程师的数字化之路

又比如前面我们分享的Teamcenter遇上NX MCD和TIA Portal:
Teamcenter、TIA Portal、NX MCD是如何结合在一起的
今天来说一说S7-1500遇上阿里云~
以下内容来源于西门子工业技术论坛~

Raspberry Pi(中文名为“树莓派”)，是为学习计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的微型电脑，其系统基于Linux。自问世以来，受众多计算机发烧友和创客的追捧，别看它身材娇小，但是功能却十分强大！

那么如果树莓派和工控界西门子PLC碰撞在一起，又会有怎样的火花呢？
本文将简单介绍如何基于Node-red使树莓派和西门子PLC进行S7通讯，并能够通过阿里云上的MQTT服务器对PLC的数据进行读取写入。

本文会分为四个部分：

      1. 树莓派中Node-Red节点的配置；
      2. 阿里云上MQTT服务器的建立；
      3. PLC侧的设置；
      4. 测试；

本文测试所需软件及硬件：

      1. 树莓派3B+；
      2. 西门子PLC S7-1500；
      3. TIA Portal V15；
      4. Putty；
      5. MQTT.fx；
      6. 阿里云服务器

1. 树莓派中Node-Red节点的配置；

      自2015年开始是默认就带NODE-RED和NODE.JS，防止自带的Node-Red的版本较老，可以用putty连接树莓派后用以下指令进行更新；
            update-nodejs-and-nodered
      下一步是安装npm，这样方便对树莓派中的Node-red添加节点，步骤如下：
      安装npm前，先运行以下指令使得树莓派的系统更新到最新，然后重启树莓派
            sudo apt-get update && apt-get upgrade
      重启之后运行如下指令安装npm
            sudo apt-get install npm
      此时树莓派侧的前期准备工作基本完成，用putty连接树莓派后，运行Node-red；

然后在浏览器中输入http://{树莓派的地址}:1880/即可进入Node-red编辑界面，如下图所示：

因为S7是西门子PLC专有的协议，因此树莓派中的Node-Red没有自带该节点，需自己安装（如果之前没有安装npm，安装新的节点便会很麻烦），如下图所示，打开Node-Red设置里的节点管理，搜索S7，安装第二个节点；

安装完毕之后，可以看到左边会多出S7的节点;

到此，Node-Red的设置基本完成，接下来进行简单编程，Node-Red编程方式的优缺点此处便不加赘述，如果对Node-Red编程方式不太了解的，可以参考链接（https://zhuanlan.zhihu.com/p/27546140）；本次会用到的节点有S7 in；S7 out；MQTT in；MQTT out；
首先是S7 in节点的设置：

IP Address处填写PLC的IP地址，Port默认为102，Mode选为Rack/Slot，PLC默认的机架号为0，插槽号为1；
下面是要访问的变量的填写，与TIA Portal中的设置对应；

接下来是S7 out节点的设置；
Out节点的设置和In节点类似，此处我们选择要修改的变量为1。

      到此，S7的节点设置完成，下面对MQTT in和MQTT out节点进行设置，如下图所示；

      首先是Out节点的设置

上图中，服务端的IP填写阿里云的公网IP，端口号为61613（TCP的端口号），客户端ID可以不填，用户名和密码为部署在阿里云上的MQTT服务器的密码（默认用户名为admin，密码为password）；

主题处填写希望从MQTT服务器中订阅的主题；
以上所有的节点均已经配置完毕，讲节点连接，并点击右上角的部署按钮，将Node-Red部署至树莓派中；

第一部分结束。

2. 阿里云上MQTT服务器的建立；

      MQTT的服务器很多，甚至还可以自己编写MQTT的服务器，本文采用的是Apollo服务器，Apollo服务器在Windows系统下的具体配置可以参照以下链接：https://blog.csdn.net/eren666/article/details/79459552
      注：本次的阿里云操作系统为Windows Server 2012，本文下载的是apache-apollo-1.7.1，Java的版本为Java 8（Apollo和Java的版本一定要匹配，否则会出现错误）

      配置完成后如下图所示：

以上阿里云上的MQTT服务器便部署完成；
第二部分结束。

3. PLC侧的设置；

PLC侧的设置便较为简单，因为S7可以做单边通讯，PLC侧不需要指令编程，只需
①对PLC属性进行设置，勾选“允许来自远程对象的PUT/GET通信访问”即可；

②在DB块中建立相应的变量，并将DB块属性中“优化的块访问”勾选去掉；

将CPU的配置下载到S7-1511PLC中，PLC侧的配置完成；
第三部分结束。

4. 测试

整个测试的流程如下图所示：

首先是PLC将数据发送到树莓派，修改监视表中的变量，当变量的数值发生变化时，会将消息发送至树莓派，树莓派将消息发送至MQTT服务器中，订阅消息的MQTT.fx客户端也会收到消息；

然后通过MQTT.fx客户端发布“raspiget”主题，从而修改PLC内部的数据；

发布的数据为4，此时我们可以看到，PLC里的变量1已经被修改为4；

最后，我们可以在MQTT服务器中查看具体的发布订阅数量，数据量的大小以及连接数；

第四部分结束。

最后

本文的内容可能不够详细，有些细节的地方还值得推敲。本次的测试其实不是很复杂的功能，但这个只是一个示例，除了S7，还有更多的方式可以选择，比如TCP，Modbus TCP，以及OPC等等。当把这个树莓派换成西门子的物联网网关IOT2040时，当把连接的阿里云换成西门子的Mindsphere时，可能会迸发出更精彩的内容！
传统的工控设备和流行的IT技术已经不再是割裂的关系，而是正在日趋融合，现在大家所追求的万物互联可能很快就可以在工控界普及开来！

来源：西门子工业技术论坛

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