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

在工業(yè)自動化和智能制造領域，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）則在各個領域展現(xiàn)出巨大潛力。本項目旨在探索如何在鴻蒙系統(tǒng)上實現(xiàn)與西門子S7 PLC的通信，這不僅是技術上的挑戰(zhàn)，也是跨界融合的一次嘗試。

一、系統(tǒng)簡介

PLC是工業(yè)控制系統(tǒng)的關鍵組成部分，負責控制和監(jiān)視機器或生產(chǎn)過程。S7協(xié)議是西門子PLC通信的核心，它支持對輸入/輸出狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊內(nèi)容等進行讀寫操作。
鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS）是華為開發(fā)的操作系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)跨多種設備的無縫體驗。它的設計理念特別適合物聯(lián)網(wǎng)應用，為工業(yè)自動化領域帶來新的可能性。

這次嘗試要實現(xiàn)的目標：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、技術難點

1、這次嘗試的難點如下：
通信協(xié)議實現(xiàn)：S7協(xié)議相對復雜，需要準確理解和實現(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)境對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性要求極高。

2、實現(xiàn)方案：

首先，需要在鴻蒙系統(tǒng)上實現(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)。為了實現(xiàn)這一點，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（鴻蒙應用）：負責提供用戶界面，顯示PLC的狀態(tài)，并發(fā)送用戶指令。

后端（S7通信服務）：運行在鴻蒙系統(tǒng)上，實現(xiàn)S7協(xié)議，與PLC進行數(shù)據(jù)交換。

3、關鍵技術點：

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

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

用戶界面：設計直觀的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是一個開源的西門子S7通信庫，支持多種編程語言和平臺。將其集成到鴻蒙系統(tǒng)中是實現(xiàn)S7通信的關鍵步驟。

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)。在實際的應用程序中，我們需要考慮用戶與UI之間的交互。例如，當用戶想要更改一個數(shù)字輸入時，我們需要提供一個文本輸入框來接收新值，然后將其寫入到PLC。

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

在鴻蒙系統(tǒng)中，錯誤處理可能涉及更新UI以反映錯誤狀態(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進行通信的客戶端應用。這個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)（如浮點數(shù)、整數(shù)和布爾值）。下面是對程序中幾個關鍵功能的詳細解析：
custom_s7_main 函數(shù)：
此函數(shù)是整個程序的核心部分。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)，例如浮點數(shù)、字（word）、布爾值等。數(shù)據(jù)讀取之后，函數(shù)會對某些數(shù)據(jù)進行字節(jié)序轉(zhuǎn)換，以確保數(shù)據(jù)的正確性。這是因為PLC的字節(jié)序可能與應用程序所在的系統(tǒng)不同。

WriteInt16Data、WriteFloatData、WriteBoolData 函數(shù)這三個函數(shù)分別負責將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)接收一個整數(shù)（int16_t）和一個偏移量，然后將該整數(shù)寫入PLC的指定位置。在寫入之前，該函數(shù)會檢查與PLC的連接狀態(tài)，并在必要時對數(shù)據(jù)進行字節(jié)序轉(zhuǎn)換。
WriteFloatData：與WriteInt16Data類似，此函數(shù)用于寫入浮點數(shù)。它使用一個聯(lián)合體（union）來處理浮點數(shù)的字節(jié)序問題。

WriteBoolData：此函數(shù)用于寫入布爾值。它首先讀取當前的字節(jié)值，然后根據(jù)需要設置或清除相應的位，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不同類型的變量（如數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、定時器等）。

以上代碼實現(xiàn)了如何使用Snap7庫與西門子PLC進行有效的通信和數(shù)據(jù)處理。它涵蓋了從基本連接到復雜的數(shù)據(jù)處理的多個方面，為希望在自己的項目中實現(xiàn)類似功能的開發(fā)人員提供了一個有用的參考。
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 進行交互。下面是對程序中幾個關鍵功能的詳細解析：
PLCData 結(jié)構(gòu)定義：定義了一個名為 PLCData 的結(jié)構(gòu)體，用于保存從 PLC 讀取的數(shù)據(jù)。這個結(jié)構(gòu)體包括浮點數(shù)、int16_t（替代了原本的 word 類型，以匹配C++的標準類型）和布爾值等多種數(shù)據(jù)類型。

GetPLCValue 函數(shù)：這是一個 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 對象，并將 PLC 數(shù)據(jù)設置為該對象的屬性。

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

WritePLCData_JS 函數(shù)：該函數(shù)用于處理來自 JavaScript 的 PLC 寫入請求。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?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、浮點數(shù)或整數(shù)）調(diào)用 WriteBoolData、WriteFloatData 或 WriteInt16Data 函數(shù)來更新 PLC 中的相應數(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，使它們在 JavaScript 環(huán)境中可用。

以上代碼實現(xiàn)了如何將復雜的 PLC 通信邏輯封裝在一個原生模塊中，并通過簡單的 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 應用程序中。

四、總結(jié)

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

審核編輯：湯梓紅