初识上位机（下）：C#读写PLC数据块数据

大家好，我是Edison。

作为一个工业自动化领域的程序员，不懂点PLC和上位机，貌似有点说不过去。这里我用两篇小文带你快速进入上位机开发领域。后续，我会考虑再出一个系列文章一起玩工控上位机。

复习一下

在上一篇中，我们通过PLCSIM Advanced软件创建了一个虚拟的西门子S7-1500 PLC如下所示：

然后，我们创建了一个博途的自动化项目，和我们的虚拟PLC进行了组态。在编译完成后，我们创建的数据块中的数据字段就得到了偏移量，如下图所示，0,2,4, 260就是所谓的偏移量，会在后面用到。

创建Windows Form项目

这里开始我们就开始使用C#创建一个Windows Form项目，然后通过S7NetPlus库来连接PLC，并读取和写入数据块中的数据，这是一个典型的上位机数据采集的场景。这里我们创建一个.NET Framework 4.8的Windows Form项目，并拖控件完成一个如下图所示的窗体应用界面：

这个窗体提供了连接和断开PLC，以及读取和写入文本框中的数据，接下来我们就来实现这几个功能。

实现PLC的连接与断开

要实现S7 PLC的连接和操作，目前已经有很多较为成熟的组件了，我们这里使用S7NetPlus组件，直接通过NuGet安装最新版本即可。

然后编写Connect按钮的Click事件如下：

private static Plc s7Instance;

public MainForm()
{
  InitializeComponent();
}

private void btnConnect_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
  if (btnConnect.Text == "Connect")
  {
    if (s7Instance == null)
      s7Instance = new Plc(CpuType.S71500, txtPlcIPAddress.Text.Trim(), 0, 1);

    s7Instance.Open();
    btnConnect.Text = "Disconnect";
  }
  else
  {
    s7Instance.Close();
    btnConnect.Text = "Connect";
    txtBool01.Clear();
    txtInt01.Clear();
    txtStr01.Clear();
    txtStr02.Clear();
  }
}

实现PLC数据块的读取

由于我们在博途项目中设置的数据块是DB01，且只有4个字段，所以这里我们编写ReadData按钮的Click事件如下，它通过指定参数读取到指定类型的数据并绑定到文本框的Text中。　

private void btnReadData_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
  if (s7Instance == null || !s7Instance.IsConnected)
  {
    MessageBox.Show("Your PLC is not connected now!", "Error", MessageBoxButtons.OK);
    return;
  }

  // bool
  var boolData = (bool)s7Instance.Read(DataType.DataBlock, 1, 0, VarType.Bit, 1);
  txtBool01.Text = boolData ? "1" : "0";
  // int
  var intData = (short)s7Instance.Read(DataType.DataBlock, 1, 2, VarType.Int, 1);
  txtInt01.Text = intData.ToString();
  // string
  var count = (byte)s7Instance.Read(DataType.DataBlock, 1, 4 + 1, VarType.Byte, 1); // +1表示读取偏移值的长度
  var str01Data = Encoding.Default.GetString(s7Instance.ReadBytes(DataType.DataBlock, 1, 4 + 2, count)); // +2表示读取偏移值（跳过）的字符
  txtStr01.Text = str01Data;
  // wstring
  var str02Data = (string)s7Instance.Read(DataType.DataBlock, 1, 260, VarType.S7WString, 254);
  txtStr02.Text = str02Data;
}

要点解读：

（1）针对bool和int类型，我们可以直接通过Read方法快速读取到，但需要告诉PLC准确的读写位置和数据类型，主要是偏移量一定要给正确。

Read方法的参数分别为数据块类型，数据块，偏移量，读取类型，读取长度

（2）针对string和wstring类型，就稍微麻烦一些了：针对string，需要先获取string值的所占长度。再拿到具体byte值。转换为utf8格式的ascci码，具体代码中有体现。

+1 表示获取到长度

+2 表示获取到跳过偏移长度的字符

特别注意：string类型只能存储ascci码，需要注意，不能存储中文！

针对wstring，稍微简单点，但是需要注意的是获取的字符需要为254个，因为符号占用了4个字节。

实现PLC数据块的写入

和读取一样，通过Write方法即可轻松实现写入，但针对string和wstring仍然是复杂一些，这里我封装了一个S7DataWriter的静态类，提供了两个方法来获取要写入的bytes，因为它无法直接接收C#程序中的string类型。

public static class S7DataWriter
{
  /// <summary>
  /// 获取西门子PLC字符串数组--String类型
  /// </summary>
  public static byte[] GetPlcStringByteArray(string str)
  {
    byte[] value = Encoding.Default.GetBytes(str);
    byte[] head = new byte[2];
    head[0] = Convert.ToByte(254);
    head[1] = Convert.ToByte(str.Length);
    value = head.Concat(value).ToArray();
    return value;
  }

  /// <summary>
  /// 获取西门子PLC字符串数组--WString类型
  /// </summary>
  public static byte[] GetPlcWStringByteArray(string str)
  {
    byte[] value = Encoding.BigEndianUnicode.GetBytes(str);
    byte[] head = BitConverter.GetBytes((short)508);
    byte[] length = BitConverter.GetBytes((short)str.Length);
    Array.Reverse(head);
    Array.Reverse(length);
    head = head.Concat(length).ToArray();
    value = head.Concat(value).ToArray();
    return value;
  }
}

然后，我们就可以编写Write Data按钮的Click事件了：

private void btnWriteData_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
  if (s7Instance == null || !s7Instance.IsConnected)
  {
    MessageBox.Show("Your PLC is not connected now!", "Error", MessageBoxButtons.OK);
    return;
  }

  // bool
  var boolValue = txtBool01.Text.Trim() == "1" ? true : false;
  s7Instance.Write(DataType.DataBlock, 1, 0, boolValue);
  // int
  var intValue = Convert.ToInt16(txtInt01.Text);
  s7Instance.Write(DataType.DataBlock, 1, 2, intValue);
  // string
  s7Instance.Write(DataType.DataBlock, 1, 4, S7DataWriter.GetPlcStringByteArray(txtStr01.Text.Trim()));
  // wstring
  s7Instance.Write(DataType.DataBlock, 1, 260, S7DataWriter.GetPlcWStringByteArray(txtStr02.Text.Trim()));

  MessageBox.Show("Write data successfully!", "Info", MessageBoxButtons.OK);
}

效果演示

（1）读取数据

（2）写入数据

小结

本文通过使用C#开发了一个简单的WindowsForm窗体程序，实现了S7 PLC的连接、数据读取和写入。虽然只是一个简单的Demo，但是从中可以看见上位机的基本思想，就是对PLC的数据采集和监控。当然，实现这个目的，不止S7协议一条路，我们还可以通过ModBus、OPC UA等协议，这些就留到后面的专题吧，如果你感兴趣的话，就保持关注哦！