一种基于MQTT和S7协议的PLC批量读写传输方法与流程

本发明涉及工业互联网数字化车间物联感知，具体为一种基于mqtt和s7协议的远程plc的批量读写传输方法。

背景技术：

1、随着制造业向智能化、数字化不断发展，智能制造成为了制造业的热门话题之一，其中由于plc的具有运行稳定且具备可编程逻辑控制等方面的优点，在智能制造领域发挥着重要的作用。在智能制造的生产场景中，plc数据的读取与写入关系着生产场景是否能智能化集中管控，一般工业生产场景中，plc直接控制着下层生产设备的运行，而上层系统可以通过获得和写入plc中的数据来掌控和调节整个生产流程，由于西门子的plc在工业场景用的应用十分广泛且市场占有率较高，目前针对西门子plc数据的读写传输方法方式复杂，不具有通用性，主要分为以下两种方式，第一种是基于opc技术的plc数据读写方式，这种方式需要在上位机上安装opc server，操作复杂，且opcserver需要占用上位机资源，移植不灵活。第二种在plc上安装专用的通讯编程，这种方式有一定技术门槛，不能够做到普及。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了采用开源s7协议实现上位机读写plc数据的方法，直接利用现有的s7相关函数实现上位机对plc的数据批量读写。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，包括以下步骤：

4、1)构建读取plc数据时的xml文件结构，并将plc的参数信息写入xml文件中；

5、2)对xml文件进行解析，并对解析结果的完整性进行判断，如果完整，进行步骤3)，否则返回步骤1)；

6、3)为xml文件的解析结果分配新的线程，在新的线程中，利用xml文件的解析结果，将plc数据按照字节序列全部读取到内存中；

7、4)对内存中的字节序列进行反序列化，得到plc原始数据；

8、5)利用mqtt传输plc原始数据。

9、所述xml文件的结构具体为：

10、一个xml文件有且仅有一个根节点，以根节点的所有一级子节点作为数据块的划分依据，将xml文件划分为多个数据块，每个数据块对应一个plc中一段连续的数据点，将每个数据块划分成三层嵌套结构，第一层嵌套结构为设备标签，设备标签的属性包含plc连接时所需要的必要信息，所述必要信息包括：plc的ip地址、plc的cpu类型、plc的名称、plc连接时的固定参数；第二层嵌套结构为数据块标签，数据块标签的属性包含该plc的待监测目标地址的地址块，需要在该地址块中读取字节的开始地址以及字节数量；第三层的嵌套结构为数据点标签，数据点标签的属性包括所操作的所有数据点的详细信息，所述详细信息包括该数据点的具体地址、该数据点的具体类型、该数据点的序数以及该数据点的具体含义。

11、所述步骤3)，具体为：

12、通过xml文件的解析结果，开辟一个新的线程，该线程调用s7协议提供的读取字节的方法，在开始地址处读取plc中的数据，当需要读取的字节数量大于n个字节时，需要多次调用s7协议，直到将所有的字节数读取完成。

13、所述步骤4)，具体为：

14、4.1)将具体地址转换成字节列表的偏移量，根据各数据类型所占字节数，将该数据的字节全部取出来；

15、4.2)将字节重新排列，然后将重新排序字节序列反序列化成plc中的原始数据。

16、所述步骤5)，具体为：

17、将原始数据通过函数封装成为key-value格式，其中，key值表示plc的ip地址，value值是plc中的数据，并且触发mqtt相应的主题，将数据传输至远程客户端。

18、一种基于mqtt和s7协议的plc批量写入方法，包括以下步骤：

19、1)构建写入plc数据时的xml文件的结构，并将plc的参数信息以及待写数据写入xml文件中；

20、2)对xml文件进行解析，并对解析结果的完整性进行判断，如果完整，进行步骤3)，否则返回步骤1)；

21、3)为xml文件的解析结果分配新的线程，在新的线程中，利用xml文件的解析结果，将数据逐位写入plc中。

22、所述xml文件的嵌套结构具体为：

23、一个xml文件有且仅有一个根节点，以根节点的所有一级子节点作为数据块的划分依据，将xml文件划分为多个数据块，每个数据块对应一个plc，将每个数据块划分成三层嵌套结构，第一层嵌套结构为设备标签，设备标签的属性包含plc连接时所需要的必要信息，所述必要信息包括：plc的ip地址、plc的cpu类型、plc的名称、plc连接时的固定参数；第二层嵌套结构为数据块标签，数据块标签的属性包含该plc的待监测目标地址的地址块；第三层的嵌套结构为数据点标签，数据点标签的属性包括所操作的所有数据点的详细信息，所述详细信息包括该数据点的具体地址、该数据点的具体类型、该数据点的序数、该数据点的待写数据以及该数据点的具体含义

24、所述步骤3)，具体为：

25、通过xml文件的解析结果，开辟一个新的线程，该线程调用s7协议提供的逐位写入的方法，根据数据点的具体地址，将数据逐位写入。

26、本发明具有以下有益效果及优点：

27、1.耦合度低，本发明采用xml文件存储数据，降低了程序的耦合度，在更改源码的情况下，可以更改xml文件的数据；

28、2.扩展性强，本发明采用xml文件配置访问列表，可以灵活方便的进行增加删除，扩展性高；

29、3.资源占有率低，本发明直接使用西门子提供的s7协议包，在上位机开发中不需要安装任何服务，并且在读取数据时用最少的读取次数读出所需的数据，大大减少了资源的利用。

技术特征：

1.一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，其特征在于，所述xml文件结构具体为：

3.根据权利要求1所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，其特征在于，所述步骤3)，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，其特征在于，所述步骤4)，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量读取传输方法，其特征在于，所述步骤5)，具体为：

6.一种基于mqtt和s7协议的plc批量写入方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量写入方法，其特征在于，所述xml文件的嵌套结构具体为：

8.根据权利要求6所述的一种基于mqtt和s7协议的plc批量写入方法，其特征在于，所述步骤3)，具体为：

技术总结
本发明涉及一种基于MQTT和S7协议的PLC批量读写传输方法，具体为：确定XML文件的结构；将参数信息写入到XML文件中；解析XML文件的数据块；获得XML文件的参数信息,将数据以字节的形式全部读取到内存中；将获得的字节序列进行反序列化获得所需要的数据；所获得的PLC数据发送到MQTT服务器相应的主题下，订阅该主题的客户端就能接收到的PLC数据。本系统采用了XML文件，松散了程序的耦合度，增加了读取PLC系统的扩展性，采用先读后解析的原则，能够用最少的读写次数完成读写工作，提高了系统的稳定性以及效率，并且利用了MQTT轻量级通信协议，可以用极少的代码和有限的带宽，为远程其他设备提供实时可靠的PLC数据传输服务。

技术研发人员：胡毅,赵彦庆,钟军,高怡臣,杜春国,郭占一,张曦阳,吴迪
受保护的技术使用者：沈阳中科数控技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24