在電氣學習的路上，西門子PLC應該是我的啟蒙PLC，從早期的S7-300/400 PLC搭建Profibus-DP網路開始接觸，到後來的S7-200Smart PLC，再到現在的S7-1200/1500 PLC博途軟體，基本上西門子的每款PLC都接觸並使用過。

在上位機開發的路上，西門子PLC也一直是我鍾愛的一個品牌，仍然記得剛開始做的第一個上位機就是基於S7-300 PLC的S7協議。最近又將S7協議鞏固了一遍，發現了一些自己之前都不知道的事，這才發現，西門子S7協議是非常強大的一個協議。

1. S7協議之布林操作

對於布林操作，很多協議都有，但是這裡的布林操作是指暫存器布林，比如DB100.DBX0.0，很多時候，我們都是通過先讀取DB100.DBB0的值，再通過位運算結果，寫入到DB100.DBB0中，實現DB100.DBX0.0的操作，但是這種方式有弊端，第一：每次操作一個布林值都需要與PLC進行兩次資料互動，第二：安全性和穩定性無法保障，你不知道在你讀取和寫入之間，這個位元組的值是否已經發生了改變。

這樣的問題也存在於Modbus協議的暫存器位操作，如40001.05，三菱、歐姆龍的暫存器位操作，如D100.06、W12.04，給上位機開發者帶來很多苦惱。

但是S7協議支援直接位操作，有專門的報文指令實現這樣的功能。

2. S7協議之PDU讀取

大部分人都知道S7協議一次性讀取有限制，但是具體是多少？怎麼計算出來的？

S7協議的一次性讀取長度是根據PDU計算出來的，這個PDU的值是來自於PLC本身，不同型號的CPU，它的PDU是不一樣的，大家可以通過KepServer結合PLC來測試，如果手頭沒有PLC，可以關注本公眾號的一篇文章《手把手教你搭建西門子PLC模擬環境》。

圖表 1 S7-1200的PDU

圖表 2 S7-1500的PDU

經過研究發現，西門子PLC的PDU大小是和CPU息息相關的，一般會有240、480、960三個檔次，知道PDU之後，那麼一次性讀取的位元組長度，就是在PDU的基礎上減去18，這個18是指包頭包尾會有18個位元組，這樣我們就知道了一般的PLC，一次效能讀取222個位元組（240-18=222），但是對於S7-1516這樣的PLC，我們一次性是可以讀取942個位元組的（960-18=942），這個一次效能讀取的位元組越長，越能提高上位機的通訊效率。

但是剛剛的方式是通過KepServer測試的，實際開發過程中，該怎麼獲取CPU的PDU呢，實際上在建立連線的第二次握手時，返回的報文中就包含PDU的值。

圖表 3 S7-1200 PDU報文

第二次握手返回的報文長度是27個位元組，最後兩個位元組就是PDU的值，上圖展示的是S7-1200 PLC返回的報文，0和240的組合即為240。

對於S7-1500，我這裡也做了一下測試，結果如下，返回結果為3和192，3和192的組合恰好是960（960=3*256+192）。

圖表 4 S7-1500 PDU報文

雖然PDU是由硬體做了限制，但是我們可以通過軟體的方式，實現大量資料的讀取，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區的8000個位元組的耗時比較，S7-1200耗時800多ms，S7-1500耗時僅需200ms，由此可見，硬體對通訊的重要性。

圖表 5 S7-1200通訊耗時測試

圖表 6 S7-1500通訊耗時測試

1. S7協議之多組讀取

西門子S7協議其中的一個重要體現就在於可以同時讀取很多個不同的儲存區，最大支援19種，總共讀取長度仍然受PDU的限制。

對於很多其他的通訊協議，當我們遇到資料變數比較零散，同時讀取多個儲存區或者一個儲存區多個不同部分的時候，我們只能針對每個儲存區或者每塊區域做一個數據請求，但是西門子S7協議可以解決這樣的問題。

這裡我們仍然以實驗測試為例，體驗多組讀取帶來的美妙體驗。

假設我們的通訊組配置如下：

通訊組01：讀取I區從0開始的1個位元組

通訊組02：讀取Q區從0開始的1個位元組

通訊組03：讀取M區從0開始的200個位元組

通訊組04：讀取M區從500開始的50個位元組

通訊組05：讀取M區從1000開始的60個位元組

通訊組06：讀取DB100從0開始的20個位元組 

通訊組07：讀取DB100從20開始的20個位元組 

通訊組08：讀取DB100從40開始的20個位元組 

通訊組09：讀取DB100從60開始的20個位元組 

 

我們採用常用S7-1200PLC，基於CMS配置軟體實現配置之後，開始通訊測試，首先我們選擇的是單組讀取的方式，就是針對每個組，依次進行讀取，結果如下，耗時大約200ms，這個時間應該相對來說還是比較正常的。

圖表 7 S7-1200PLC單組讀取

緊接著，我將讀取方式改成了多組讀取，再進行測試發現結果如下：

圖表 8 S7-1200PLC多組讀取

通過結果發現，多組讀取對於儲存區較為零散的專案來說，有著非常重要的作用，可以大大提高通訊效率。

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