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今天分享当PLC遇见IT：C#+S7Net+PLCSIM实现西门子PLC仿真通讯~
文章转载自：CSDN 虚梦年华
PLCSIM Advanced 简介
PLCSIM Advanced是西门子推出的一款功能强大的仿真软件，目前最新发布的版本为4.0，但鉴于新版本可能存在未知的bug，故本文使用V3.0。
V3.0支持仿真1500PLC及ET 200SP，可实现Socket网络通讯功能，也可实现PLC之间、PLC与设备直接的ModbusTCP等通讯。
V3.0安装时需要先安装WinPcap_4_1_3，V4.0则不需要。
以下为两个版本的官网下载链接，下载时需要西门子账号，可以免费注册。
以下为V3.0下载链接：
PLCSIM Advanced V3.0
V3.0的两个升级包（可选安装）
以下为V4.0下载链接
PLCSIM Advanced V4.0
S7 Net Plus 简介
西门子PLC通讯库，支持200、200smart、300、400、1200、1500系列PLC。
说明文档
配置PLCSIM Advanced
打开PLCSIM Advanced V3.0，如下图：
Online Access要选择右边的PLCSIM Virtual Eth.Adapter，左侧的PLCSIM不支持外部网络访问。
TCP/IP communication with 可选以太网或者是本地虚拟网卡。local即为本地虚拟网卡，是在安装PLCSIM Advanced时自动安装的网络适配器。打开控制面板-->网络和 Internet-->网络连接，Siemens PLCSIM Virtual Ethernet Adapter就是此虚拟网卡。使用虚拟网卡只能在本机进行通讯仿真，而使用以太网则可以在局域网内进行仿真通讯。
Start Virtual S7-1500 PLC为PLC设置，包括IP地址、子网掩码、默认网关及PLC型号。设置完成后点击Start按钮则会生成一个PLC实例。创建成功后就可以开始通讯仿真了。
Virtual SIMATIC Memory Ca为打开保存PLC历史记录的文件夹的按钮。
如下图所示，在Active PLC Instance(s)可以看到已成功创建的PLC。
下载测试DB块
在TIA Protal软件中，添加一个S7-1511的设备，然后在程序块中添加一个新的DB块，DB号设置为10。
打开设备的属性 --> 防护与安全 -->连接机制，勾选“允许来自远程对象的PUT/GET通讯访问”。
打开设备的属性 --> PROFINET 接口 [X1] -->以太网地址，按需设置PLC的IP地址。
打开DB10的属性，取消勾选“优化块的访问”，并在DB10中新建如下图所示的变量，编译完成后则可以得到每个变量的偏移量，即此变量在DB10上的地址。
设置完成后，下载到刚刚使用PLCSIM Advanced创建的仿真PLC中，需要注意网段要设置成与仿真PLC同一网段。
引用S7NetPlus
创建一个测试程序，此处创建的是一个控制台应用程序。
在NuGet下载S7NetPlus，如下图所示，版本可按需选择
新建一个名为PLCInstance的类，创建PLC单例。
class PLCInstance { private PLCInstance() { plcObj = new Plc(CpuType.S71500, "192.168.10.230", 0, 1); }
/// <summary> /// PLC单例 /// </summary> public static PLCInstance Instance { get { return Nested.instance; } }
/// <summary> /// 防止调用此类静态方法时，创建新的实例 /// </summary> private class Nested { internal static readonly PLCInstance instance = null; static Nested() { instance = new PLCInstance(); } }
/// <summary> /// 私有PLC单例对象 /// </summary> private static Plc plcObj;
/// <summary> /// 连接至PLC并返回连接状态 /// </summary> /// <returns></returns> private bool ConnectToPLC() { try { plcObj.Open(); return plcObj.IsConnected ? true : false; } catch (Exception) {
return false; }
}
/// <summary> /// 关闭连接 /// </summary> private void Disconnect() { plcObj.Close(); } }读写数据
S7NetPlus提供了多种读写的方式，可以读取字节自行解析或者按照指定格式写入字节，也可以指定地址进行读写，还可以使用变量、结构体或者类进行单个或者批量读写。
1、指定地址读写
这种方法可以在Read方法中以字符串形式传入需要读取的地址，返回的是Object类型的值，需要使用者自行做类型转换。Write方法则同理，以字符串的形式指定需要写入的地址，并在第二个参数传入需要写入的值，但是需要注意西门子PLC内的数据类型与C#的数据类型的对应。以下为读写DB10的0.0地址上的布尔量的值示例，此方式均支持读取与写入。
//读取bool result = (bool)plc.Read("DB10.DBX0.0");
//写入plc.Write("DB10.DBX0.0",!result);虽然这种方式比较简单且方便，但是它是作者不推荐的方式，文档中原文如下：
This method reads a single variable from the plc, by parsing the string and returning the correct result. While this is the easiest method to get started, is very inefficient because the driver sends a TCP request for every variable.
意思就是，这种方法会通过解析传入的地址字符串来获取需要读写的地址，对于使用者来说是非常简单的使用方式，但是S7NetPlus会为每个通过这种方式读写的变量生成一个新的TCP请求，因此在读写多个变量时，执行效率会比较低。
S7NetPlus使用的通讯本质上是西门子的S7通讯，通过发送七层通讯报文来建立与西门子PLC的TCP连接，后续也是根据S7通讯的通讯协议生成并发送报文来实现PLC的数据读写。所以当使用这种方式读写多个变量的时候，S7NetPlus内部为每个变量重复建立新的S7连接与发送读写报文的操作，而不是单个连接成功建立后在这个连接上进行批量的读写。
简单理解就是这种方式效率比较低，会占用更多的资源。
2、解析读写
这种方法需要指定DB的类型、DB号、起始地址、PLC数据类型及读取数量。虽然它需要传入的参数变多了，但是当需要读取多个地址连续且类型相同的变量时，仅需修改最后的读取数量，S7NetPlus就会自动读取这一连串的地址，并按照指定的变量类型解析出对应的值，文档中后面说到的多类型变量批量读取也是基于这种方法的。不过这种方式读取PLC内的字符串类型时，仍存在bug，所以当需要读写字符串的时候，推荐使用本文后面提及的字节读写的方式。
示例如下：
//读取bool result = (bool)plc.Read(DataType.DataBlock, 10, 0, VarType.Bit, 1);
//写入plc.Write(DataType.DataBlock, 10, 0, true);Read：
第一个参数是DB的数据类型，可以是DB、定时器、计数器、Merker（内存）、输入、输出。
第二个参数是DB号。
第三个参数是起始地址。
第四个参数是PLC内该变量的类型。
第五个参数是需要读取的个数。
Write：
第一个参数是DB的数据类型，可以是DB、定时器、计数器、Merker（内存）、输入、输出。
第二个参数是DB号。
第三个参数是起始地址。
第四个参数是需要写入的值。
3、字节读写
这种方法将会读取指定DB块上一段连续的地址上的字节，不做任何解析直接以字节数组的形式返回。
第一个参数是DB的数据类型，可以是DB、定时器、计数器、Merker（内存）、输入、输出。
第二个参数是DB号。
第三个参数是起始地址。
第四个参数是读取的字节数。
要使用这种方式读写数据，则需要非常熟悉PLC内各类型数据存储的格式，可以自行将读取上来的字节进行解析以获得所需数据。
虽然这种方式理论上能读写任意的数据，但是解析数据的过程会比较麻烦，所以若非万不得已，个人建议尽量少用。
此处仅提供PLC内String类型及WString类型的读取示例。
//String读取byte[] data = plc.ReadBytes(DataType.DataBlock, 10, 2, 254);string result = Encoding.Default.GetString(data);
//Wstring读取byte[] data = plc.ReadBytes(DataType.DataBlock, 10, 4, 508);string result = Encoding.BigEndianUnicode.GetString(data);在S7-1500中，一个String类型的变量占用256个字节，但是第一个字节是总字符数，第二个字节是当前字符数，所以真正的字符数据是从第三个字节开始的，共254个字节。
同理，WString类型其实就是双字节的Sring，也就是说一个字符占用两个字节，所以一个WString类型的变量占用512个字节，第一、二个字节是总字符数，第三、四个字节是当前字符数，真正的字符数据是从第五个字节开始的，共508个字节。
按照以上示例的方法，读取上来的字符串后面会带很多个"\0"的字符，那是因为后面的空字节也读取上来了，正式使用时可以考虑使用.Replace("\0", "")来去除，或者解析第二个字节来获取字符长度进而转码。
当写入字符串时，则需要根据不同的数据类型来生成对应字符串的字节数组，然后将该数组写入到指定地址中即可。
需要注意的是，String类型的编码格式对应的是ASCII，而WString的则是C#中的BigEndianUnicode格式。在WString中，由于总长度与当前字符数是都是双字节数，所以在转换成字节数组的时候存在高低字节顺序问题。在这里就有一个大坑：这两个变量在C#中转换出来的字节数组跟PLC中存储的，高低字节是反过来的。这也就是为什么下面的WString的示例中需要对总字符数和当前字符数的两个字节数组进行反转。
此处提供一种生成String类型和WString的字节数组的方法，可供参考：
/// <summary> /// 获取西门子PLC字符串数组--String /// </summary> /// <param name="str"></param> /// <returns></returns> private byte[] GetPLCStringByteArray(string str) { byte[] value = Encoding.Default.GetBytes(str); byte[] head = new byte[2]; head[0] = Convert.ToByte(254); head[1] = Convert.ToByte(str.Length); value = head.Concat(value).ToArray(); return value; }
/// <summary> /// 获取西门子PLC字符串数组--WString /// </summary> /// <param name="str"></param> /// <returns></returns> private byte[] GetPLCWStringByteArray(string str) { byte[] value = Encoding.BigEndianUnicode.GetBytes(str); byte[] head = BitConverter.GetBytes((short)508); byte[] length = BitConverter.GetBytes((short)str.Length); Array.Reverse(head); Array.Reverse(length); head = head.Concat(length).ToArray(); value = head.Concat(value).ToArray(); return value; }使用示例如下：
//写入String string str = "Example";plc.Write(DataType.DataBlock, 10, 0, GetPLCStringByteArray(str));
//写入WStringstring str = "示例";plc.Write(DataType.DataBlock, 10, 0, GetPLCWStringByteArray(str));4、旧版本的字节读取注意事项
旧版本的单次字节读取是有字节数限制的，每一次读取的最大字节数为200，如果需要读写更多的字节，则需要多次读写并进行拼接，以下提供两种方法，可供参考：
/// <summary> /// 循环读取 /// </summary> /// <param name="numBytes">要读取的字节数</param> /// <param name="db">DB号</param> /// <param name="startByteAdr">起始地址</param> /// <returns></returns> private byte[] CyclicReadMultipleBytes(int numBytes, int db, int startByteAdr = 0) { byte[] resultBytes = new byte[0]; int index = startByteAdr; while (numBytes > 0) { var maxToRead = Math.Min(numBytes, 200); byte[] bytes = plc.ReadBytes(DataType.DataBlock, db, index, maxToRead); if (bytes == null) return null; resultBytes = resultBytes.Concat(bytes).ToArray(); numBytes -= maxToRead; index += maxToRead; } return resultBytes; }
/// <summary> /// 递归读取 /// </summary> /// <param name="numBytes">要读取的字节数</param> /// <param name="db">DB号</param> /// <param name="startByteAdr">起始地址</param> /// <returns></returns> public static byte[] RecursiveReadMultipleBytes(int numBytes, int db, int startByteAdr = 0) { byte[] result = new byte[0]; if (numBytes > 200) { byte[] temp = plc.ReadBytes(DataType.DataBlock, db, startByteAdr, 200); numBytes -= 200; result = temp.Concat(RecursiveReadMultipleBytes(numBytes, db, startByteAdr + 200)).ToArray(); } else { byte[] temp = plc.ReadBytes(DataType.DataBlock, db, startByteAdr, numBytes); result = result.Concat(temp).ToArray(); return result; }
return result; }在读取一两千个字节的情况下，这两种方法速度都差不多，递归会稍微快一点点。不过新版本没有单次读取限制，所以正常情况下是不需要这两个方法的。
5、其余读取方式
其它的读取方式可参考文档，本文不再赘述。
读取数据示例
PLCInstance：
using S7.Net;using System;using System.Text;
namespace S7NetPlusExample{ class PLCInstance { private PLCInstance() { plcObj = new Plc(CpuType.S71500, "192.168.10.230", 0, 1); }
/// <summary> /// PLC单例 /// </summary> public static PLCInstance Instance { get { return Nested.instance; } }
/// <summary> /// 防止调用此类静态方法时，创建新的实例 /// </summary> private class Nested { internal static readonly PLCInstance instance = null; static Nested() { instance = new PLCInstance(); } }
/// <summary> /// 私有PLC单例对象 /// </summary> private static Plc plcObj;
/// <summary> /// 连接至PLC并返回连接状态 /// </summary> /// <returns></returns> private bool ConnectToPLC() { try { plcObj.Open(); return plcObj.IsConnected ? true : false; } catch (Exception) {
return false; }
}
/// <summary> /// 关闭连接 /// </summary> private void Disconnect() { plcObj.Close(); }
/// <summary> /// 读取示例数据 /// </summary> /// <returns></returns> public string GetPLCInfo() { if (ConnectToPLC()) { StringBuilder sbr = new StringBuilder();
//读取BOOL值 bool boolResult = (bool)plcObj.Read(DataType.DataBlock, 10, 0, VarType.Bit, 1);
//读取Int值 int intResult = (short)plcObj.Read(DataType.DataBlock, 10, 2, VarType.Int, 1);
//读取Real值 float realResult = (float)plcObj.Read(DataType.DataBlock, 10, 4, VarType.Real, 1);
//读取String值 byte[] stringData = plcObj.ReadBytes(DataType.DataBlock, 10, 10, 254); string stringResult = Encoding.Default.GetString(stringData);
//读取WString byte[] wstringData = plcObj.ReadBytes(DataType.DataBlock, 10, 268, 508); string wstringResult = Encoding.BigEndianUnicode.GetString(wstringData);
Disconnect();
sbr.AppendLine($"{boolResult}"); sbr.AppendLine($"{intResult}"); sbr.AppendLine($"{realResult}"); sbr.AppendLine($"{stringResult}"); sbr.AppendLine($"{wstringResult}");
return sbr.ToString(); } else { return "连接PLC失败"; } } }}主程序：
using System;
namespace S7NetPlusExample{ class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine(PLCInstance.Instance.GetPLCInfo());
Console.ReadKey(); } }}运行结果：
结尾
本文简单介绍了S7 Net Plus和PLCSIM Advanced的使用，以上内容均由本人亲自实践得出的结果，但仍有可改进的的地方。S7NetPlus的文档也有非常详细的介绍，如有更复杂的读写需求，可以参考文档。
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