基于Snap7使用C#编程访问西门子PLC系列教程(2)-S7协议

本文是Snap7软件包系列教程的第2篇，我们来介绍下S7协议，包括如下几个主题：

1、S7协议简介
2、S7协议命令简介
3、S7协议通信的角色与模式

1、S7协议简介

S7协议是西门子S7系列PLC通信的核心协议，它是一种位于传输层之上的通信协议，其物理层/数据链路层可以是MPI总线、PROFIBUS总线或者工业以太网。

本教程要介绍的Snap7软件包支持基于工业以太网的S7通信协议，其网络参考模型如下图所示：

从上图可以看出，S7协议的下层是传输层的RFC1006协议，也就是ISO-On-TCP协议。这个协议在之前的文章中有介绍，请参考文章：ISO传输协议、ISO-ON-TCP协议和TCP协议有什么不同？

ISO-On-TCP协议依赖TCP协议，其下层依赖是网络层的IP协议。

S7协议的报文采用封装的形式逐层向下传递。首先在S7报文的前面加上TPKT和COTP报头变成ISO-On-TCP协议报文，然后再添加TCP/IP的报头变成TCP/IP报文，如此层层向下传递最后经过物理层发送到网络中。

（图片来源 : Snap7手册）

网络中接收数据的设备，以相反的顺序依次去掉相应层的报文头，就得到了S7协议的报文。
S7协议的基本传输单位称为：过程数据单元(process data unit，PDU)。每个过程数据单元(PDU)都包括一条命令或者对命令的回复。可以说S7协议是一种命令型的协议，每条命令包括如下几个部分：

报文头（header）；
参数（parameters）；
参数数据（parameter data）；
数据块（data block）；

报文头和参数是必须有的，参数数据和数据块根据命令的不同而可选。

比如说：将"数据写入到DB100的起始地址偏移量为4的地方"就是一个命令，在这个命令中：写入、数据、DB100、偏移量4都是该命令的组成部分。
2、S7协议命令简介
S7协议的命令有很多，主要包括如下几个类型：

数据读写命令；
块访问命令；
块操作命令；
系统信息命令；
PLC控制命令；
管理命令；
日期时间命令；
安全命令；

数据读写命令可以对存储器（I、Q、M、C、T）的数据进行读写访问；
块访问命令可以访问PLC中块(Block)的详细信息；
块操作命令可以对块进行上传、下载、删除等操作；
系统信息命令可以获取系统相关的信息，比如：系统状态列表、CPU信息、序列号等等；
PLC控制命令可以让CPU执行热启动、冷启动、停机、获取CPU状态等等；
管理命令可以创建与CPU的连接、取消连接、设置通信的参数等；
日期时间命令可以读写CPU的日期时间值；
安全命令可以获取CPU的安全等级、发送用于连接的密码、清除当前会话的密码等；
3、S7协议通信的角色与模式
在S7通信中，有三种角色：客户端/服务器/伙伴。有两种通信模式：客户端/服务器（Client/Server）模式和伙伴/伙伴（Partner/Partner）模式。

在客户端/服务器模式中，必须由客户端发起询问(query)，然后服务器才能应答(reply)，服务器端不能主动发起询问请求；

在伙伴/伙伴模式中，通信的双方之间都可以主动发起询问，也都可以对伙伴的询问进行应答；

我们经常使用的模式是客户端/服务器模式。

这种模式下，我们通常把PLC作为服务器，而把编程电脑、工控机、触摸屏等作为客户端，比如下面这张图：