寫在前面

今天我們分享鴻蒙系統(tǒng)與西門子PLC數(shù)據(jù)通信實(shí)踐~

在工業(yè)自動(dòng)化和智能制造領(lǐng)域，可編程邏輯控制器（PLC）是不可或缺的組件。西門子的S7系列PLC以其卓越性能著稱，而華為開發(fā)的鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS）則在各個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。本項(xiàng)目旨在探索如何在鴻蒙系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)與西門子S7 PLC的通信，這不僅是技術(shù)上的挑戰(zhàn)，也是跨界融合的一次嘗試。

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PLC是工業(yè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)控制和監(jiān)視機(jī)器或生產(chǎn)過程。S7協(xié)議是西門子PLC通信的核心，它支持對(duì)輸入/輸出狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊內(nèi)容等進(jìn)行讀寫操作。
鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS）是華為開發(fā)的操作系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)跨多種設(shè)備的無縫體驗(yàn)。它的設(shè)計(jì)理念特別適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域帶來新的可能性。

這次嘗試要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS）與西門子S7 PLC之間的數(shù)據(jù)通信，包括讀取和寫入數(shù)字輸入輸出、模擬量等。

二、技術(shù)難點(diǎn)

1、這次嘗試的難點(diǎn)如下：
通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)：S7協(xié)議相對(duì)復(fù)雜，需要準(zhǔn)確理解和實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)兼容性：鴻蒙系統(tǒng)作為新興系統(tǒng)，如何保證與現(xiàn)有工業(yè)協(xié)議的兼容性是一大挑戰(zhàn)。

性能優(yōu)化：工業(yè)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性要求極高。

2、實(shí)現(xiàn)方案：

首先，需要在鴻蒙系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)S7協(xié)議的基本通信功能。這包括與PLC建立連接、讀取和寫入數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以利用現(xiàn)有的開源S7通信庫（如Snap7）來加速開發(fā)過程。

系統(tǒng)架構(gòu)：

前端（鴻蒙應(yīng)用）：負(fù)責(zé)提供用戶界面，顯示PLC的狀態(tài)，并發(fā)送用戶指令。

后端（S7通信服務(wù)）：運(yùn)行在鴻蒙系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)S7協(xié)議，與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：

S7協(xié)議的實(shí)現(xiàn)：使用Snap7庫來處理底層的S7通信。

數(shù)據(jù)處理：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型（如布爾型、整型、浮點(diǎn)型等）的正確解析和映射。

用戶界面：設(shè)計(jì)直觀的UI，使操作人員能夠輕松讀取和控制PLC狀態(tài)。

三、具體代碼講解

1、初步講解代碼：

Snap7是一個(gè)開源的西門子S7通信庫，支持多種編程語言和平臺(tái)。將其集成到鴻蒙系統(tǒng)中是實(shí)現(xiàn)S7通信的關(guān)鍵步驟。

讀取PLC中的數(shù)據(jù)涉及到地址定位和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。例如，從DB塊中讀取浮點(diǎn)數(shù)：

向PLC寫入數(shù)據(jù)需要正確處理數(shù)據(jù)格式和字節(jié)序。例如，寫入一個(gè)整數(shù)：

在鴻蒙系統(tǒng)上構(gòu)建用戶界面，顯示PLC的狀態(tài)并接收用戶指令。例如，使用Toggle組件來控制PLC的布爾型數(shù)據(jù)。在實(shí)際的應(yīng)用程序中，我們需要考慮用戶與UI之間的交互。例如，當(dāng)用戶想要更改一個(gè)數(shù)字輸入時(shí)，我們需要提供一個(gè)文本輸入框來接收新值，然后將其寫入到PLC。

在與PLC通信時(shí)，必須考慮到網(wǎng)絡(luò)延遲、連接中斷和數(shù)據(jù)不一致等問題。因此，適當(dāng)?shù)漠惓Ｌ幚硎潜夭豢缮俚摹Ｔ赟nap7庫中，每個(gè)操作都會(huì)返回一個(gè)狀態(tài)碼，可以用來判斷操作是否成功。

在鴻蒙系統(tǒng)中，錯(cuò)誤處理可能涉及更新UI以反映錯(cuò)誤狀態(tài)，或者執(zhí)行重試邏輯。

2、深入講解代碼

使用Snap7庫與西門子PLC進(jìn)行通信的客戶端應(yīng)用。這個(gè)程序演示了如何建立與PLC的連接、讀取和寫入數(shù)據(jù)塊（DB），以及處理不同類型的數(shù)據(jù)（如浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)和布爾值）。下面是對(duì)程序中幾個(gè)關(guān)鍵功能的詳細(xì)解析：
custom_s7_main 函數(shù)：
此函數(shù)是整個(gè)程序的核心部分。它演示了如何建立與PLC的連接，并從指定的數(shù)據(jù)塊（DB）讀取多種類型的數(shù)據(jù)。程序首先檢查客戶端（Client）對(duì)象是否已初始化，然后嘗試建立與PLC的連接。一旦連接成功，函數(shù)就會(huì)讀取特定的數(shù)據(jù)塊，并從中提取出所需的數(shù)據(jù)，例如浮點(diǎn)數(shù)、字（word）、布爾值等。數(shù)據(jù)讀取之后，函數(shù)會(huì)對(duì)某些數(shù)據(jù)進(jìn)行字節(jié)序轉(zhuǎn)換，以確保數(shù)據(jù)的正確性。這是因?yàn)镻LC的字節(jié)序可能與應(yīng)用程序所在的系統(tǒng)不同。

WriteInt16Data、WriteFloatData、WriteBoolData 函數(shù)這三個(gè)函數(shù)分別負(fù)責(zé)將int16_t、float和bool類型的數(shù)據(jù)寫入PLC的特定數(shù)據(jù)塊。
WriteInt16Data：此函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)（int16_t）和一個(gè)偏移量，然后將該整數(shù)寫入PLC的指定位置。在寫入之前，該函數(shù)會(huì)檢查與PLC的連接狀態(tài)，并在必要時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行字節(jié)序轉(zhuǎn)換。
WriteFloatData：與WriteInt16Data類似，此函數(shù)用于寫入浮點(diǎn)數(shù)。它使用一個(gè)聯(lián)合體（union）來處理浮點(diǎn)數(shù)的字節(jié)序問題。

WriteBoolData：此函數(shù)用于寫入布爾值。它首先讀取當(dāng)前的字節(jié)值，然后根據(jù)需要設(shè)置或清除相應(yīng)的位，最后寫回修改后的值。

連接與斷開連接：使用CliConnect和CliDisconnect函數(shù)來管理與PLC的連接。這些函數(shù)分別處理連接建立和斷開連接的邏輯。

多重讀取：MultiRead函數(shù)展示了如何一次性讀取多個(gè)不同類型的變量（如數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、定時(shí)器等）。

以上代碼實(shí)現(xiàn)了如何使用Snap7庫與西門子PLC進(jìn)行有效的通信和數(shù)據(jù)處理。它涵蓋了從基本連接到復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理的多個(gè)方面，為希望在自己的項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)類似功能的開發(fā)人員提供了一個(gè)有用的參考。
我們需要定義用于從 PLC 讀取數(shù)據(jù)和向 PLC 寫入數(shù)據(jù)的函數(shù)，并將這些函數(shù)暴露給 Node.js 環(huán)境，從而使 JavaScript 代碼能夠與 PLC 進(jìn)行交互。下面是對(duì)程序中幾個(gè)關(guān)鍵功能的詳細(xì)解析：
PLCData 結(jié)構(gòu)定義：定義了一個(gè)名為 PLCData 的結(jié)構(gòu)體，用于保存從 PLC 讀取的數(shù)據(jù)。這個(gè)結(jié)構(gòu)體包括浮點(diǎn)數(shù)、int16_t（替代了原本的 word 類型，以匹配C++的標(biāo)準(zhǔn)類型）和布爾值等多種數(shù)據(jù)類型。

GetPLCValue 函數(shù)：這是一個(gè) N-API 回調(diào)函數(shù)，用于從 PLC 獲取數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為 JavaScript 對(duì)象。

調(diào)用 custom_s7_main 函數(shù)獲取 PLC 數(shù)據(jù)，然后使用 N-API 函數(shù)創(chuàng)建 JavaScript 對(duì)象，并將 PLC 數(shù)據(jù)設(shè)置為該對(duì)象的屬性。

該函數(shù)使用 napi_create_* 系列函數(shù)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)類型的 JavaScript 值，并使用 napi_set_named_property 將這些值添加到返回對(duì)象上。

WritePLCData_JS 函數(shù)：該函數(shù)用于處理來自 JavaScript 的 PLC 寫入請(qǐng)求。它讀取 JavaScript 提供的參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)類型和內(nèi)容調(diào)用適當(dāng)?shù)膶懭牒瘮?shù)。

函數(shù)首先解析傳入的參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)的類型（如布爾值、浮點(diǎn)數(shù)或整數(shù)）調(diào)用 WriteBoolData、WriteFloatData 或 WriteInt16Data 函數(shù)來更新 PLC 中的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

WriteInt16Data、WriteFloatData、WriteBoolData 函數(shù)這些函數(shù)用于將特定類型的數(shù)據(jù)寫入 PLC。它們首先檢查與 PLC 的連接狀態(tài)，然后執(zhí)行寫入操作。

N-API 模塊初始化：Init 函數(shù)用于初始化 N-API 模塊，將 GetPLCValue 和 WritePLCData_JS 函數(shù)注冊(cè)為 Node.js 可以調(diào)用的函數(shù)。

通過 napi_define_properties 將這些函數(shù)作為模塊的屬性注冊(cè)，使它們?cè)?JavaScript 環(huán)境中可用。

以上代碼實(shí)現(xiàn)了如何將復(fù)雜的 PLC 通信邏輯封裝在一個(gè)原生模塊中，并通過簡(jiǎn)單的 JavaScript API 暴露給 Node.js 環(huán)境，從而使 JavaScript 開發(fā)者能夠輕松地與 PLC 進(jìn)行交互。這種方法有利于集成 PLC 通信功能到更大的 JavaScript 或 Node.js 應(yīng)用程序中。

四、總結(jié)

此項(xiàng)目不僅是技術(shù)上的探索，也是對(duì)新興操作系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的一次實(shí)踐。通過深入分析Snap7庫的使用、鴻蒙系統(tǒng)的UI構(gòu)建及交互邏輯的實(shí)現(xiàn)，我們獲得了在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中部署工業(yè)自動(dòng)化解決方案的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)將推動(dòng)更多創(chuàng)新項(xiàng)目的誕生，提升工業(yè)自動(dòng)化的效率和智能化水平。

審核編輯：湯梓紅