??????在電氣學(xué)習(xí)的路上，西門子PLC應(yīng)該是我的啟蒙PLC，從早期的S7-300/400PLC搭建Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)開始接觸，到后來的S7-200Smart PLC，再到現(xiàn)在的S7-1200/1500 PLC博途軟件，基本上西門子的每款PLC都接觸并使用過。

??????在上位機(jī)開發(fā)的路上，西門子PLC也一直是我鐘愛的一個品牌，仍然記得剛開始做的第一個上位機(jī)就是基于S7-300 PLC的S7協(xié)議。最近又將S7協(xié)議鞏固了一遍，發(fā)現(xiàn)了一些自己之前都不知道的事，這才發(fā)現(xiàn)，西門子S7協(xié)議是非常強(qiáng)大的一個協(xié)議。

S7協(xié)議之布爾操作

??????對于布爾操作，很多協(xié)議都有，但是這里的布爾操作是指寄存器布爾，比如DB100.DBX0.0，很多時候，我們都是通過先讀取DB100.DBB0的值，再通過位運(yùn)算結(jié)果，寫入到DB100.DBB0中，實(shí)現(xiàn)DB100.DBX0.0的操作，但是這種方式有弊端，

第一：每次操作一個布爾值都需要與PLC進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)交互。

第二：安全性和穩(wěn)定性無法保障，你不知道在你讀取和寫入之間，這個字節(jié)的值是否已經(jīng)發(fā)生了改變。

??????這樣的問題也存在于Modbus協(xié)議的寄存器位操作，如40001.05，三菱、歐姆龍的寄存器位操作，如D100.06、W12.04，給上位機(jī)開發(fā)者帶來很多苦惱。

??????但是S7協(xié)議支持直接位操作，有專門的報(bào)文指令實(shí)現(xiàn)這樣的功能。

S7協(xié)議之PDU讀取

??????大部分人都知道S7協(xié)議一次性讀取有限制，但是具體是多少？怎么計(jì)算出來的？

????? S7協(xié)議的一次性讀取長度是根據(jù)PDU計(jì)算出來的，這個PDU的值是來自于PLC本身，不同型號的CPU，它的PDU是不一樣的，大家可以通過KepServer結(jié)合PLC來測試，如果手頭沒有PLC，可以關(guān)注本公眾號的一篇文章《手把手教你搭建西門子PLC仿真環(huán)境》。

? 經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，西門子PLC的PDU大小是和CPU息息相關(guān)的，一般會有240、480、960三個檔次，知道PDU之后，那么一次性讀取的字節(jié)長度，就是在PDU的基礎(chǔ)上減去18，這個18是指包頭包尾會有18個字節(jié)，這樣我們就知道了一般的PLC，一次性能讀取222個字節(jié)（240-18=222），但是對于S7-1516這樣的PLC，我們一次性是可以讀取942個字節(jié)的（960-18=942），這個一次性能讀取的字節(jié)越長，越能提高上位機(jī)的通信效率。

??????但是剛剛的方式是通過KepServer測試的，實(shí)際開發(fā)過程中，該怎么獲取CPU的PDU呢，實(shí)際上在建立連接的第二次握手時，返回的報(bào)文中就包含PDU的值。

?第二次握手返回的報(bào)文長度是27個字節(jié)，最后兩個字節(jié)就是PDU的值，上圖展示的是S7-1200PLC返回的報(bào)文，0和240的組合即為240。

????????對于S7-1500，我這里也做了一下測試，結(jié)果如下，返回結(jié)果為3和192，3和192的組合恰好是960（960=3*256+192）。

? ? ?雖然PDU是由硬件做了限制，但是我們可以通過軟件的方式，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的讀取，只需要在底層做一些封裝即可。做了一下測試，針對S7-1200和S7-1500同時讀取M區(qū)的8000個字節(jié)的耗時比較，S7-1200耗時800多ms，S7-1500耗時僅需200ms，由此可見，硬件對通信的重要性。

S7協(xié)議之多組讀取

????? 西門子S7協(xié)議其中的一個重要體現(xiàn)就在于可以同時讀取很多個不同的存儲區(qū)，最大支持19種，總共讀取長度仍然受PDU的限制。

??????對于很多其他的通信協(xié)議，當(dāng)我們遇到數(shù)據(jù)變量比較零散，同時讀取多個存儲區(qū)或者一個存儲區(qū)多個不同部分的時候，我們只能針對每個存儲區(qū)或者每塊區(qū)域做一個數(shù)據(jù)請求，但是西門子S7協(xié)議可以解決這樣的問題。

這里我們?nèi)匀灰詫?shí)驗(yàn)測試為例，體驗(yàn)多組讀取帶來的美妙體驗(yàn)。

假設(shè)我們的通信組配置如下：

通信組01：讀取I區(qū)從0開始的1個字節(jié)

通信組02：讀取Q區(qū)從0開始的1個字節(jié)

通信組03：讀取M區(qū)從0開始的200個字節(jié)

通信組04：讀取M區(qū)從500開始的50個字節(jié)

通信組05：讀取M區(qū)從1000開始的60個字節(jié)

通信組06：讀取DB100從0開始的20個字節(jié)?

通信組07：讀取DB100從20開始的20個字節(jié)?

通信組08：讀取DB100從40開始的20個字節(jié)?

通信組09：讀取DB100從60開始的20個字節(jié)

??????我們采用常用S7-1200PLC，基于CMS配置軟件實(shí)現(xiàn)配置之后，開始通信測試，首先我們選擇的是單組讀取的方式，就是針對每個組，依次進(jìn)行讀取，結(jié)果如下，耗時大約200ms，這個時間應(yīng)該相對來說還是比較正常的。

接著，將讀取方式改成了多組讀取，再進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)結(jié)果如下：

通過結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多組讀取對于存儲區(qū)較為零散的項(xiàng)目來說，有著非常重要的作用，可以大大提高通信效率。