淺談python在工業控制領域的應用

袁金慶

摘要：現在工業控制領域大部分仍是以PLC（可編程邏輯控制器）為控制核心的工業自動化，但隨著工業4.0概念的提出，制造業對自動化、智能化生產模式的需求日益增長，作為邏輯控制器的PLC對一些大數據量處理工作力不從心。本文主要將淺顯談論下python在工業控制領域的應用。

關鍵詞：python;自動化;工業控制;

1、概述

隨著科學技術的發展，越來越多的企業開始進入智能化生產，PLC在對連續數據采集，數據顯示，數據庫管理等工作顯得心有余而力不足。連續數據采集，數據顯示，數據庫管理等工作使用上位機比較適合，而上位機開發語言主要有C、C++、C#、VB.NET、python等，python相對與其他語言簡單易學，效率高，免費且開源等優勢。

2、PLC發展現狀

（1）在PLC技術中，開關量的邏輯控制是最為常見的類型，其應用最為廣泛。基于開關量的邏輯控制技術取代了傳統繼電器電路，使電路控制技術的真正進入了邏輯控制時代。

（2）由于PLC只能處理數字信號，在應用過程中需要將模擬量進行數字化轉換，此過程需要借助A/D和D/A轉換器實現，為便于用戶使用，PLC廠家在進行設計的過程中，就已經研發了與之相匹配的A/D和D/A轉換器，從而保證PLC器件能夠對模擬量控制信號做出正確的響應。

（3）在控制機構的配置上，基于開關量的串口控制模塊需要與位置傳感器相連接，根據執行機構的運動情況，進行周期性的響應，這就是基于運動控制的PLC技術。

（4）所謂過程控制，也就是自動控制原理中的反饋控制（或閉環控制），在PLC技術的實際應用中，不僅需要對現場狀態進行及時的反饋，還應當具備對過程量的控制能力。

3、python語言優勢

Python語言目當前最為流行的編程語言之一，相對于其他語言Python具有明顯優勢。

（1）簡單、易學

（2）免費、開源

（3）高層語言

（4）可移植性

（5）解釋性

（6）面向對象

（7）可擴展性

（8）豐富的庫

（9）規范的代碼

4、python在工業控制領域的應用

（1）與PLC通訊

本文以西門子S7系列的PLC為例，使用Snap7庫實現與PLC的數據交換。

① python安裝snap7只需要簡單命令pip install python-snap7即可。

② 使用snap7.client.Client庫中connect（self，address，rack，slot， tcpport=102）與PLC連接。

例：

import snap7

client = snap7.client.Client（）

client.connect（"127.0.0.1"，0，0，1012） #"127.0.0.1"為PLCip地址，0為PLC號，0為CPU所在槽號，1012為端口號。

③ 數據讀取，又分為ct?_read、db_read、mb_read、tm_read或者read_area等。

例：

read_area（area，dbnumber，start，size）

#area為內存地址區域如下表，dbnumber為DB號，僅讀取DB區域時使用，start為偏移起始地址，size讀取字節數

④ 數據寫入，同數據讀取，又分為ct?_write、db_write、mb_write、tm_write或者write_area等。

通過以上，用很少的代碼就可以實現PLC的讀寫。

（2）機器人或其他第三方智能設備通訊。

Python自帶socket模塊，可以通過socket通訊實現與支持socket通訊方式的設備通訊。

第三方設備一般作為服務端會與多個設備相連接，上位系統一般使用客戶端，使用python如下代碼建立客戶端。

from socket import *

HOST = '127.0.0.1' #第三方設備的ip地址

PORT = 21567 #端口號

BUFSIZ =1024 #設置緩存器大小

ADDR = （HOST，PORT）

tcpCliSock = socket（AF_INET，SOCK_STREAM）

tcpCliSock.connect（ADDR）

（3）建立數據庫

現在已經存在了很多優秀的商業數據庫，如Oracle、DB2、SQL Server、Access等。同時，還有很多優秀的開源數據庫，如MySQL、PostgreSQL等。

其中MySQL是一種開放源代碼的關系型數據庫管理系統，因為其速度、可靠性和適應性而備受關注。MySQL是流行的關系型數據庫管理系統之一。本文以MySQL為例介紹。

① 數據庫安裝。首先必須確保安裝MySQL。Python中使用pip install MySQL-python安裝即可。

② 數據庫連接。

例：import MySQLdb

db=MySQLdb.connect（"localhost"，"testuser"，"test123"，"TESTDB"， charset='utf8'） #打開數據庫連接

③ 獲取游標，要想操作數據庫，光連接數據是不夠的，必須拿到操作數據庫的游標，才能進行后續的操作。

例：cursor=conn.cursor（）

④ 創建數據庫

如果數據庫連接存在我們可以使用execute（）方法來為數據庫創建表：

cursor.execute（'CREATE DATABASE IF NOT EXISTS pythonDB DEFAULT CHARSET utf8 COLLATE utf8_general_ci;'）

⑤ 創建表

sql="""CREATE TABLE IF NOT EXISTS user` （`id`int（11） NOT NULL AUTO_INCREMENT，`name` varchar（255） NOT NULL， `age` int（11） NOT NULL，PRIMARY KEY （`id`） ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 AUTO_INCREMENT=0"""

cursor.execute（sql）

⑥ 插入單條數據

insert=cur.execute（"insert into user values（1，'liming'，18）"）

⑦ 數據庫查詢

查詢Mysql使用fetchone（）方法獲取單條數據，使用fetchall（）方法獲取多條數據。

5、結束語

Python具有大量的第三方庫，比如Numpy庫具有支持大量的維度數組與矩陣運算，此外也針對數組運算提供大量的數學函數庫，可以處理PLC或第三方設備中的大量數據。再比如PIL、matplotlib庫，可以將讀取的數據進行圖片形式或三維形式的直觀顯示。Xlwt/xlrd等EXCEL庫可以將數據寫入EXCEL中，便于數據的整理保存比較等工作。Python作為現在最流行的編程語言，在工業控制領域我們也可以適當應用，解決一些小問題，提高工作效率。

參考文獻：

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