Python and PLC Communication

ในการแปลงแท็กหน่วยความจำ %MXX เป็นแอดเดรสหน่วยความจำ เพียงแค่แปลงเลขฐานสิบเป็นเลขฐานสิบหก (ใช้อักษรตัวพิมพ์เล็กสำหรับสตริง) ตัวอย่างแสดงอยู่ด้านล่าง:

MEM_ADDR_TAG_Example = {
    'M0':   '0000',
    'M1':   '0001',
    'M2':   '0002',
    'M3':   '0003',
    'M4':   '0004',
    'M5':   '0005',
    'M6':   '0006',
    'M10':  '000a',
    'M20':  '0014',
    'M30':  '001e',
    'M40':  '0028',
    'M50':  '0032',
    'M60':  '003c'
}

ขั้นตอนที่ 4: การใช้ Python เพื่อสื่อสารกับ PLC

4.1 เริ่มต้นการเชื่อมต่อ

ในการสื่อสารกับ PLC ขั้นแรกให้เริ่มต้นไคลเอนต์ TCP ที่เชื่อมต่อกับ IP แอดเดรสของ PLC บนพอร์ต 502 ดังแสดงด้านล่าง:

self.plcAgent = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
try:
    self.plcAgent.connect((self.ip, self.port))
    if self.debug: print("M221Client: Connected to the PLC [%s]" % self.ip)
    self.connected = True
except Exception as error:
    print("M221Client: Can not access to the PLC [%s]" % str(self.plcAgent))
    print(error)

4.2 ส่งข้อความไปยัง PLC

ในการส่งข้อความไปยัง PLC ให้แปลงสตริงเลขฐานสิบหกเป็นไบต์:

bdata = bytes.fromhex(modbusMsg)
try:
    self.plcAgent.send(bdata)
    respBytes = self.plcAgent.recv(BUFF_SZ)
    respStr = respBytes.dencode('hex') if DECODE_MD else respBytes.hex()
    self.connected = True

4.3 อ่านข้อมูลหน่วยความจำ PLC

จากขั้นตอนที่ 3 สร้างข้อความ Modbus สำหรับอ่านหน่วยความจำและเรียกใช้ฟังก์ชันส่งเพื่ออ่านไบต์หน่วยความจำจาก PLC

def readMem(self, memAddrTag, bitNum=8):
    if str(memAddrTag).startswith('M'):
        memoryDecimal = int(memAddrTag[1:])
        memoryHex = hex(memoryDecimal)[2:]
        bitNumHex = hex(bitNum)[2:]
        modbusMsg = ''.join((TID, PROTOCOL_ID, R_LENGTH, UID, M_RD, 
                memoryHex, bitNumHex))
        response = self._getPlCRespStr(modbusMsg)
        return response

อินพุต:

• memAddrTag: (str) แท็กหน่วยความจำในแผนภาพบันไดที่เรากำหนดค่าไว้ในขั้นตอนที่ 2 เช่น "M60"

• bitNum: (int) จำนวนบิตที่เราต้องการอ่านจากหน่วยความจำ หากเราต้องการอ่าน 1 ไบต์ bitNum =4

4.4 เขียนข้อมูลหน่วยความจำ PLC

เช่นเดียวกับการอ่านข้อมูล สร้างข้อความ modbus ตามลำดับไบต์ในขั้นตอนที่ 3:

def writeMem(self, memAddrTag, val):
    if str(memAddrTag).startswith('M'):
        memoryDecimal = int(memAddrTag[1:])
        memoryHex = hex(memoryDecimal)[2:]
        byteVal = VALUES[val]
        modbusMsg = ''.join((TID, PROTOCOL_ID, W_LENGTH, UID, M_FC, memoryHex, 
                BIT_COUNT, BYTE_COUNT, byteVal))
        response = self._getPlCRespStr(modbusMsg)
        return response

โปรแกรมไคลเอนต์ Python M221 PLC แบบเต็ม

คุณสามารถดาวน์โหลดโปรแกรมไคลเอนต์ Python M221 PLC แบบเต็มได้จากลิงก์นี้: M221PlcClient.py โปรแกรมนี้มี API สำหรับเชื่อมต่อ PLC อ่าน/เขียนบิตหน่วยความจำ และคลาส wrapper แบบ threading ที่ช่วยให้คุณสามารถรันตัวอ่าน PLC ในเธรดคู่ขนานกับโปรแกรมหลักของคุณเพื่ออ่านสถานะ PLC เป็นประจำ

ไลบรารียังมีกรณีทดสอบสามกรณี:

• กรณีทดสอบ 1 และ 2: สาธิตวิธีการอ่านและเขียนหน่วยความจำ PLC

• กรณีทดสอบ 3: แสดงวิธีการใช้คลาส wrapper เธรดไคลเอนต์
  

สื่อสารกับ Siemens S7-1200 PLC

บทนำเกี่ยวกับ PLC

: ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ขนาดกะทัดรัดและอเนกประสงค์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เป็นส่วนหนึ่งของตระกูล SIMATIC S7 และเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพที่แข็งแกร่ง ความสามารถในการปรับขนาด และความง่ายในการใช้งาน มีอินเทอร์เฟซ PROFINET ในตัวและรองรับโปรโตคอลการสื่อสารต่างๆ ทำให้สามารถผสานรวมเข้ากับเครือข่ายอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น S7Comm เป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งใช้โดย Siemens PLCs รวมถึงซีรีส์ S7-1200 เพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์และซอฟต์แวร์ ทำงานผ่านเลเยอร์ทางกายภาพต่างๆ รวมถึง Ethernet (ผ่าน PROFINET) ทำให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง PLCs, HMIs และระบบ SCADA ได้

ขั้นตอนที่ 1: การกำหนดค่า Siemens S7-1200

เชื่อมต่อ Siemens S7-1200 PLC เข้ากับเครือข่ายของคุณ ใช้ซอฟต์แวร์แก้ไข Siemens PLC, Siemens SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) , เพื่อกำหนดค่าที่อยู่ IP ในหน้าอินเทอร์เฟซ PROFINET:

Figure-08: ตั้งค่า S71200 IP ผ่าน SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) , เวอร์ชัน v1.3 (2024)

คุณสามารถทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในบทความนี้: https://www.geekering.com/categories/automation/rodrigovieira/siemens-tia-portal-s7-1200-plc-online-connection-2/ เพื่อตั้งค่าที่อยู่ IP และกำหนดค่า PLC

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดค่า Ladder Logic และพื้นที่หน่วยความจำ

S7-1200 PLC รองรับการแมปโดยตรงของพื้นที่หน่วยความจำสำหรับการอ่านและเขียนข้อมูลบนหน้าสัมผัส คอยล์ และหน่วยความจำที่แก้ไขได้ของ PLC การสื่อสารกับ PLC ทำได้โดยใช้ไลบรารี snap7 ผ่านโปรโตคอล Siemens S7Comm สามารถกำหนดค่า PLC ladder logic ได้ดังนี้:

  | ix.x/mx.x | --> | Ladder Logic ของคุณ | --> | qx.x/mx.x |

ในการดำเนินการนี้ ให้สร้างบล็อกและรวม ladder logic ตามที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง:

Figure-08: ตั้งค่า S71200 Ladder Diagram ผ่าน SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) , เวอร์ชัน v1.3 (2024)

เมื่อใช้พื้นที่หน่วยความจำเริ่มต้น ที่อยู่เริ่มต้นสำหรับหน้าสัมผัส คอยล์ และหน่วยความจำที่แก้ไขได้มีดังนี้:

• พื้นที่หน่วยความจำหน้าสัมผัส PLC (%i0.X) : 0x81

• พื้นที่หน่วยความจำจัดเก็บที่แก้ไขได้ของ PLC (%m0.x): 0x83

• พื้นที่หน่วยความจำคอยล์ PLC (%q0.x): 0x82

ขั้นตอนที่ 3: ทำความเข้าใจโปรโตคอลการสื่อสาร

สำหรับโครงสร้างแพ็กเก็ต S7Comm โดยละเอียด คุณสามารถอ้างอิงบทความนี้: https://blog.viettelcybersecurity.com/security-wall-of-s7commplus-part-1/ โครงสร้างแพ็กเก็ตแสดงไว้ด้านล่าง:

ในการสื่อสารกับ PLC โดยใช้โปรโตคอล S7Comm เราจะใช้ไลบรารี Python snap7 https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest/ ไลบรารีนี้มีฟังก์ชัน read_area และ write_area เพื่ออำนวยความสะดวกในการดำเนินการอินพุตและเอาต์พุตด้วยข้อมูล PLC ฟังก์ชันเหล่านี้มีความสำคัญต่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลและการควบคุมที่มีประสิทธิภาพภายในสภาพแวดล้อม PLC

ขั้นตอนที่ 4: การใช้ Python เพื่อสื่อสารกับ PLC

4.1 การเริ่มต้นการเชื่อมต่อ

ในการสร้างการสื่อสารกับ PLC เราเริ่มต้นไคลเอนต์ snap7 ที่เชื่อมต่อกับที่อยู่ IP ของ PLC โดยใช้พอร์ต 102 ดังที่แสดงในส่วนของโค้ดด้านล่าง:

 self.plcAgent = snap7.client.Client()        
 try:
     self.plcAgent.connect(self.ip, 0, 1, 502)
     if self.debug: print("S71200Client: เชื่อมต่อกับ PLC แล้ว [%s]" % self.ip)
     self.connected = True 
 except Exception as err:
     print("ข้อผิดพลาด: ข้อผิดพลาดในการเริ่มต้น S71200Client: %s" % err)
     return None

4.2 การอ่านหน่วยความจำ PLC

S7-1200 รองรับการอ่านข้อมูลในประเภทข้อมูลต่างๆ จากพื้นที่หน่วยความจำต่างๆ รองรับประเภทข้อมูลต่อไปนี้:

ประเภทข้อมูล	จำนวนไบต์	การระบุ	รูปแบบแท็กหน่วยความจำ
BOOL_TYPE (bool)	1 ไบต์	x	x.
Byte_TYPE (byte/int)	ในการแปลงข้อมูลที่อ่านได้เป็นค่าที่สอดคล้องกัน ให้ใช้ฟังก์ชันจาก snap7.util.get_* ดังที่แสดงด้านล่าง:   def _memByte2Value(self, mbyte, valType, startMIdx, bitIndex):       """ แปลงไบต์หน่วยความจำให้เป็นค่าของชนิดที่ระบุ           Args:               mbyte (bytes): ไบต์ข้อมูล               valType (int): ชนิดข้อมูลของค่าที่จะแปลง               startMIdx (int): ดัชนีเริ่มต้นของไบต์หน่วยความจำ               bitIndex (_type_): ดัชนีเริ่มต้นของบิตหน่วยความจำ           Returns:               _type_: _description_       """       data = None       if valType == BOOL_TYPE:           data = snap7.util.get_bool(mbyte, 0, bitIndex)       elif valType == INT_TYPE:           data = snap7.util.get_int(mbyte, startMIdx)       elif valType == REAL_TYPE:           data = snap7.util.get_real(mbyte, 0)       elif valType == WORD_TYPE:           data = snap7.util.get_word(mbyte, startMIdx)       elif valType == DWORD_TYPE:           data = snap7.util.get_dword(mbyte, 0)       else:           print("Error: _getMemValue()> ชนิดอินพุตไม่ถูกต้อง: %s" % str(valType))       return data ในการอ่านข้อมูลจากชนิดแท็กหน่วยความจำเฉพาะ ให้กำหนดค่าดัชนีไบต์เริ่มต้นและดัชนีบิต จากนั้นอ่านข้อมูล:       if(memAddrTag[1].lower() == 'x'):           # กำหนดค่าแท็กข้อมูลชนิดบูลีน           valLength = 1           valType = BOOL_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.split('.')[0][2:])           bitIndex = int(memAddrTag.split('.')[1])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'b'):           # กำหนดค่าแท็กข้อมูลชนิดไบต์หรือจำนวนเต็ม           valLength = 1           valType = INT_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag[2:])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'w'):           # กำหนดค่าแท็กข้อมูลชนิดเวิร์ด           valLength = 2           valType = WORD_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag[2:])       elif(memAddrTag[1].lower() == 'd'): # double           valLength = 4           valType = DWORD_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.split('.')[0][2:])       elif('freal' in memAddrTag.lower()): # float real number           valLength = 4           valType = REAL_TYPE           startMIdx = int(memAddrTag.lower().replace('freal', ''))       else:           print("Error: readMem()> แท็กหน่วยความจำอินพุตไม่ถูกต้อง: %s" %str(memAddrTag))           return None       # เริ่มต้นพื้นที่หน่วยความจำ       memoryArea = MEM_AREA_IDX[memType]       try:           mbyte = self.plcAgent.read_area(memoryArea, 0, startMIdx, valLength)   4.3 การเขียนข้อมูลหน่วยความจำ PLC เมื่อเขียนข้อมูลไบต์ไปยัง PLC สิ่งสำคัญคือต้องไม่เขียนทับบิตที่ไม่ควรเปลี่ยนแปลง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ขั้นแรกให้อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ แก้ไขส่วนที่เกี่ยวข้องโดยใช้ฟังก์ชัน snap7.util.set_* จากนั้นเขียนข้อมูลที่แก้ไขกลับไปยังหน่วยความจำ นี่คือฟังก์ชันการเขียนหน่วยความจำแบบง่าย:   def writeMem(self, mem, value):       """ กำหนดสถานะ PLC จากที่อยู่หน่วยความจำที่เกี่ยวข้อง: IX0.N-อินพุต, QX0.N-เอาต์พุต,           MX0.N-หน่วยความจำ       """       data = self.getMem(mem, True)       start = bit = 0 # ดัชนีตำแหน่งเริ่มต้น       # รับที่อยู่หน่วยความจำของพื้นที่       memType = mem[0].lower()       area = self.memAreaDict[memType]       # กำหนดความยาวข้อมูลและดัชนีเริ่มต้น และเรียกใช้ฟังก์ชันยูทิลิตี้จาก       if(mem[1].lower() == 'x'): # บิต           start, bit = int(mem.split('.')[0][2:]), int(mem.split('.')[1])           set_bool(data, 0, bit, int(value))       elif(mem[1].lower() == 'b'): # ไบต์           start = int(mem[2:])           set_int(data, 0, value)       elif(mem[1].lower() == 'w'):           start = int(mem.split('.')[0][2:])       elif(mem[1].lower() == 'd'):           start = int(mem.split('.')[0][2:])           set_dword(data, 0, value)       elif('freal' in mem.lower()): # double word (real numbers)           start = int(mem.lower().replace('freal', ''))           set_real(data, 0, value)       # เรียกใช้ฟังก์ชันการเขียนและส่งคืนค่า       return self.plc.write_area(area, 0, start, data) คำอธิบายและโครงสร้างโค้ดที่ได้รับการปรับปรุงนี้ ควรให้ความเข้าใจและแนวทางการนำไปใช้ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับการสื่อสารกับ PLC โดยใช้ Python และไลบรารี snap7 การปรับเปลี่ยนพื้นที่หน่วยความจำและชนิดข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการข้อมูลและการควบคุมที่แม่นยำในแอปพลิเคชัน PLC   โปรแกรมไคลเอนต์ Python S71200 PLC แบบเต็ม คุณสามารถดาวน์โหลดโปรแกรมไคลเอนต์ Python M221 PLC แบบเต็มได้จากลิงก์นี้: S71200PlcClient.py โปรแกรมนี้มี API สำหรับเชื่อมต่อ PLC อ่าน/เขียนหน้าสัมผัส PLC ข้อมูลคอยล์หน่วยความจำ และคลาส wrapper แบบ threading ที่ช่วยให้คุณสามารถรันตัวอ่าน PLC ในเธรดคู่ขนานกับโปรแกรมหลักของคุณเพื่ออ่านสถานะ PLC เป็นประจำ ไลบรารียังมีกรณีทดสอบสามกรณี: กรณีทดสอบ 1: สาธิตวิธีการอ่านหน้าสัมผัส PLC หน่วยความจำ และคอยล์ กรณีทดสอบ 1: สาธิตวิธีการเขียนหน้าสัมผัส PLC หน่วยความจำ และคอยล์ กรณีทดสอบ 3: แสดงวิธีการใช้คลาส wrapper เธรดไคลเอนต์   อ้างอิง Python Physical PLC Communication Clients: https://github.com/LiuYuancheng/PLC_and_RTU_Simulator/tree/main/Physical_PLC_Client M221 Manual: https://media.distributordatasolutions.com/schneider2/2020q4/documents/fbb188fbd042afd838384db125b9dad1c2a6a9e9.pdf S7-1200 Manual : https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:c7de7888-d24c-4e74-ad41-759e47e4e444/Programovani-S7-1200-1500-2018.pdf Introduction of Modbus-TCP: https://www.prosoft-technology.com/kb/assets/intro_modbustcp.pdf Introduction of S7Comm: https://blog.viettelcybersecurity.com/security-wall-of-s7commplus-part-1/ S71200 PLC IP config: https://www.geekering.com/categories/automation/rodrigovieira/siemens-tia-portal-s7-1200-plc-online-connection-2/ Python snap7 library: https://python-snap7.readthedocs.io/en/latest Communicate to S71200 PLC: http://simplyautomationized.blogspot.com/2014/12/raspberry-pi-getting-data-from-s7-1200.html     RELATED Python PLC Honeypot Project Python PLC Honeypot: Env Deployment And Attack Detection Python Virtual PLC Simulator with IEC 62541 OPC-UA-TCP Communication Protocol Hacking the ICS: A Step-by-Step Guide to Solve a Critical Infrastructure IT-OT CTF Challenge Design and Usage of the Human-Machine Interfaces (HMI) for a Land-Based Railway Cyber Range Python Virtual PLC Simulator with IEC-60870-5-104 Communication Protocol Aviation Runway Cyber Range Security Case Study OT Power Grid System Development 3D_6Axis_Robotic_Arm_Simulator with Python-wxPython-OpenGL and OPC-UA [Cyber Twin] OT Cyber Attack Demo on PLC [ Case Study 03 ] : DDoS Attack Case   COMMENTS 0 No comment for this article.  Nickname  Get email when getting reply   COMMENT ABOUT About us Library Privacy policy Terms of service HOW IT WORKS Feeds Post help Article guideline Submit article FOLLOW US  RSS  Weibo  Facebook  X  WeChat  YouTube FEEDBACK Contact us Bug report Feedback ©2026 PixelsTech.net All rights reserved