S7 协议调试工具 & 模拟器 --snap7 demo server_partner_client

1. 介绍

1.1 S7 协议

S7协议介绍：https://plc4x.apache.org/protocols/s7/index.html

1. S7 协议是西门子基于修改版的以太网 TCP/IP 协议的数据传输协议
   但这个修改程度不高，因此可以在普通电脑上用普通的网卡设备跑起来
2. S7 协议是西门子设备间的私有协议（但是现在用的很广泛，因为这个协议比较简单，又有很多开源通讯库）
3. 可实现基于以太网的、大量高速、非实时、西门子设备间的数据传输
   一般用于上位SCADA与PLC通讯，上位机监控下位 PLC 实时数据
4. S7 协议分**单边通信**和双边通信
   1. 单边通信，以上位 PSCADA 与下位 PLC 通讯为例
      1. 服务端（Server）：下位 PLC，响应客户端的请求，向客户端提供数据
      2. 客户端（Client）：上位 SCADA，向服务端请求数据、下发指令
      3. 服务端不能主动发送数据，客户端不请求服务端就不响应
         类似 Modbus 中的主-从通信（Master - Slvave）
   2. 双边通信(Partner)
      1. 需要在工程中进行伙伴配置，分位主动伙伴、被动伙伴。主动伙伴主动建立连接。建立连接后，伙伴间可实现数据的双向传递
         即：两端设备既是服务端、也是客户端
5. profinet 是西门子的现场总线
   可实现实时传输、魔改了网络协议，因此需要专用的协议芯片，所以不能在电脑上模拟，且成本高
   下面是S7与Profinet协议的区别：
   
6. 网络通信中的同步请求与异步请求
   1. 同步请求：客户端发送一个请求之后，等待直到服务器响应后才发送下一个请求
   2. 异步请求：客户端发送一个请求后不等待，直接继续发送其他的请求，服务器根据处理完成的先后，乱序的返回多个响应
      要求：服务端性能足够强，允许发送异步请求
      

1.2 Snap7

7. 介绍：目前使用的最多的开源 S7 协议通讯库
8. 官网：https://snap7.sourceforge.net/
9. 特点：开源（免费而且可以魔改）、稳定、资料齐全
10. 其他 S7 协议通讯库：https://zhuanlan.zhihu.com/p/364106300
11. 从官网可看到，这位大神还有其他不同语言/硬件平台上使用 S7 协议的通讯库
    Sharp 7 – C#原生的 S7 通讯库
    Moka 7 – Java原生的 S7 通讯库
    （不得不感叹：这才是真正的dalao，软件强大且全面、文档清晰、还有开源精神）
    

1.3 调试工具下载

1. 进入Snap7官网，进入下载页面
   
2. 下载完整软件包（示例下载最新版 1.4.2 的）
   注意这里不是点左上角的绿色图标，那个下载的压缩包是不包含调试工具的
   
3. 解压下载好的压缩包文件，调试软件在rich-demos文件夹下，文件夹对应不同系统操作系统
   
4. 进入bin文件夹下，是可运行的调试工具
   注意如果要将以下的调试工具复制到其他文件夹下，最下面的snap7.dll是通讯库文件，也要复制放到软件相同目录下
   
   

2. 服务端调试工具 - serverdemo

服务端 = 响应客户端的请求，向客户端提供数据，一般是下位 PLC 做服务端

2.1 使用步骤

1. 双击程序serverdemo.exe打开服务端模拟软件
   
2. 点击start，开始模拟设备，出现“server started”表示模拟成功
   Log Mask 区域：显示报文日志，勾选则下方显示相关报文的日志，取消勾选则不显示相关报文的日志
   Local Address：服务端软件所在的电脑的 IP 地址，保持0.0.0.0即可
   
3. 分别点击DB1、DB2、DB3可以看到不同 DB 块当前的值
   1. 此调试工具不能提前设置 DB 中的值，要更改值只能用客户端连接到此服务端后该值
   2. DB 中的显示方式：左侧是十六进制数值，右侧是对应的 ASCII 码显示
      
   3. 下方日志区域，可显示报文的日志
      
4. 点击Stop可停止服务端，出现“server stopped”表明服务端已经成功停止
   

3. 客户端调试程序 – clientdemo.exe

客户端 = 向服务端请求数据、下发指令，控制服务端运行 & 监控服务端的数据

3.1 使用步骤

1. 双击程序clientdemo.exe打开客户端模拟软件
   
2. 配置服务端 IP 地址（IP）、服务端的连接方式（Rack/Slot & STAP），点击Connect进行连接
   
3. 连上服务端后，可切换页面，读写数据、控制服务端状态
4. 点击Disconnect断开连接
   

3.2 详细配置

a) IP – 服务端的 IP 地址

注意，如果是连接到本地，只能用 127.0.0.1 不能用 localhost，否则会报错连不上

b) Rack/Slot 和 TSAP – 不同型号设备的连接方式

b-1) CPU S7 300/400/1200/1500/WinAC - 使用 Rack/Slot 方式

1. Connect as连接方式，可选：PG/OP/S7 Basic （编程器/触摸屏/基本连接）
   相关介绍参考 PLC 的“连接资源”相关介绍：https://www.ad.siemens.com.cn/productportal/Prods/S7-1200_PLC_EASY_PLUS/11-Comm/01-Ethernet/01-Intro/01-Intro.htm
   
   1. 使用 PG、OP、S7-Basic 都能连上 PLC，都不需要额外组态
   2. 如果在连接资源中，一种连接方式已经占满了，只能用另一种连接方式
   3. 连接资源在博图中可以看到（以 S7-1200 为例）
      项目上使用的连接资源：
      
      实际对应 CPU 使用的连接资源：博图进入在线模式，诊断 --> 连接信息 --> 连接资源
      
      

b-2) Rack / Slot机架号 / 槽位号 – 配置取决于设备型号

• S7-300：机架 0 / 槽位 2
• S7-400：取决于硬件配置（机架 0 / 槽位 3 应该能用）
• S7-1200：机架 0 / 槽位 0
• S7-1500：机架 0 / 槽位 0
• WinAC：机架 0 / 槽位看具体的组态配置

2. CPU S7-200/LOGO 7/LOGO 8 - 使用 TSAP TAB 方式
   

3.3 系统信息说明页面 System info

3.4 数据读取模块(Data read/write)

• 点击 Data read/write，可以直接读取/控制 PLC 指定的数据块内的字节或位偏移。
• 左侧数据区域，每一格表示一个字节 (1 字节 = 16 位，值范围 = 0-255，十六进制表示 0-0xFF)
  • 以十六进制显示
  • 写的时候如果开头加上$则要写十六进制数
    不加则写十进制数，但确认输入后会自动转换为十六进制的显示
    
  • 批量处理（如多个点设置值）可以先在电子表格中编好，然后整体粘贴过来
    
• Area：读取数据的位置在（可选读取 DB、专用寄存器中的数据）
  • 专用寄存器 = 计数器（Counter）、定时器（Timer）、输入/输出映像寄存器（Input/Output）、状态字（Markers）。注意选择特殊寄存器需要保证类型正确，否则有可能会出错
• DB Number：要读取的 DB 块编号，只有 Area = DB 时才需要设置
  若连接的是调试工具serverdemo，则只能读取 DB，DB Number 与 server 中的DB 1，DB 2，DB3对应
• Start：起始地址
• Amount：数量
• Wordlen:传输的数据类型。
• Read：同步读取数据
  Async Read：异步读取
• Write：同步写入
  Async Write：异步写入
  

3.5 块数据功能 Block-UP/DownLoad

• Block type：模块名称
• Block Number：模块编号
• Delete from AG：删除数据从网关。AG （Access Gateway接入网关）
• Full Upload：全部上传
  Upload：同步上传
  Async Upload：异步上传
• DownLoad：同步下载
  Async Download：异步下载
• Save to file: 保存到文件
• Load from file：加载文件
  

3.6 GET/FILL 方式获取/填充数据 Block-DB get/fill

• DB Number：要获取/填充的数据块的编号。
• DB Dump：获取的数据块的大小
• DB Get：同步获取数据
• Async DB Get：异步获取数据
• Fill Char：要填充的数据
• Fill：同步对server端数据进行填充。
• Async Fill：异步对server端数据进行填充。
  

3.7 读取系统状态列表 Read SZL

SZL：系统状态列表（德语：System-ZustandsListen，英语：System Status Lists）
用于描述PLC的当前状态，系统状态列表的内容只能读取不能修改。

• Refresh List：刷新SZL ID的列表。
• List Of All SZL ID：表示 SZL 列表的长度（SZL 包含的内容数量）
• SZL Dump：双击左侧某个 SZL ID，dump 区域显示当前 SZL ID 中读取到的内容
• Read SZL：同步从读取 SZL 中的值。
  Async Read SZL：异步读取 SZL 中的值。

SZL 部分参数详情（PLC 型号不同 SZL 不同）：http://blog.nsfocus.net/s7comm-readszl-0427/

3.8 时间功能 Date/Time

3.9 调试控制功能 Control

• 左上角有颜色的英文表示当前 CPU 模块的运行状态
  • RUN（运行）：CPU 执行用户程序、更新输入和输出、并处理中断和错误消息。
  • HOLD（暂停）：CPU 暂停执行用户程序，适用于程序调试时。
  • STOP（停止）： CPU 处于“STOP”操作模式，不执行用户程序。
  • STARTUP（启动中）：接通 CPU 后，先执行启动程序再执行用户程序。
    有“暖启动”、“热启动”和“冷启动”三种启动模式。用户可指定 S7-CPU 上电时的启动类型。
• Get status：获取 CPU 模块当前的运行状态
• Cyclic refresh：持续刷新获取 CPU 状态。
• Stop：给server端发送停止CPU运行的指令。
• Hot Restart：热启动
• Cold Restart：冷启动
• Copy Ram to Rom：使用同步的方式，把闪存的数据拷贝到只读存储器中。
  Async Copy Ram to Rom：使用异步的方式，把闪存的数据拷贝到只读存储器中。
• Timeout：超时时间。
• Compress：同步方式，进行 CPU 内存压缩。
  Async Compress：异步方式，进行 CPU 的内存压缩。
  

3.10 安全功能 Security

此页面大部分内容都是只读的，不能控制

• Selector Protestion level：模式选择开关的状态的保护级别，只读。
  状态：未知 / 可读写 / 只读
• Params protection level：参数保护级别，只读
  状态：读写都无需密码 / 模式选择开关控制 / 可读但写需要密码 / 读写都需要密码
• CPU Protection level：CPU防护级别，只读
  状态：unknown未知 / Access grant可自由访问 / Read only只读 / read/write password读写需要密码
• Selector position：模式选择开关当前位置
  状态：RUN 运行但不允许修改 / RUN-P 运行且允许修改 / STOP 停机 / MRES 重置CPU数据
  

4. 示例：单边通讯，客户端 对 服务端 DB1 中的点进行读写

1. 打开 服务端 调试程序serverdemo.exe，点击start启动程序，启动本地地址上的服务端
   
2. 打开软件，设置连接参数（地址 = 127.0.0.1，设备类型 S7-300 --> Rack=0，Slot=2），点击Connect连接本地服务端
3. 选择Data read/write选项卡，在右侧填写要读写的的DB块信息
   
   • Area：表示类型，由于我们要修改的是 DB 块的点，因此选择DB
   • DB Number：表示 DB 的模块号，填写 1，2，3 分别对应 DB1，DB2，DB3，这里我们填 **1 **对应 DB1
   • start：开始地址，默认为 0，十进制数。这里填 0 表示从 DB1 的 0000 寄存器地址开始操作
   • Amount：表示要读写的的数量，默认为 1，十进制数
     需要修改数量：例如控制了第 20 个点，则需要将Amount改为20以上，如此才能对第20的点进行控制。
     这里填 100 保证数据全部写入
   • WordLen：数据类型，结合 Start 和 Amount 确定具体读写的数据范围，这里选S7WLByte，表示字节
4. 写完数值后，点击右侧的write按钮，进行tag点值的写入
5. 切换到 snap7 服务端（serverdemo.exe），查看 DB1 中 tag 点的数据