EdgeX 设备微服务之西门子 S7 -- device-s7 完整使用手册

2024-02-10 20:59:03 1.4k 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›
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EdgeX Foundry （以下统一简称：EdgeX）设备微服务 device-s7 由 YIQISOFT｜亿琪软件 贡献给社区，文档也是必不可少的环节，社区要求英文，现翻译成中文，方便国内客户阅读和使用。

  • 目的
  • 入门
  • 配置
  • 协议属性
  • API 参考
  • 源代码
  • 额外细节

目的

该服务的目的是将西门子 S7 PLC 设备连接到 EdgeX。

入门

本页介绍如何将 S7 设备连接到 EdgeX。 在此示例中，我们使用真实设备（例如 S7-1200）。 这提供了一种测试设备服务功能的简单方法。

环境

您可以使用任何可以安装 docker 和 docker-compose 的操作系统。 在本例中，我们使用 Ubuntu 使用 docker 部署 EdgeX。

设置 S7 设备

警告

本页面并不是设置 S7 设备的完整指南，仅介绍了几个重要步骤。

设置 ISO-on-TCP 访问

IP PROTOCOL

设置 Ethernet addresses -> IP protocol, 例如： 192.168.123.199/255.255.255.0

IP

启用 S7 COMMUNICATION 远程访问

启用 Permit access with PUT/GET communication from remote partner.

s7 comm

(可选) 保留 S7 COMMUNICATION

S7 Communication 保留和使用的资源数量，“Configured” 为 0，表示 EdgeX 最多可以建立 8 个连接。

提示

重要提示：不要与单个 S7 设备创建超过“6”个连接！ 我们需要为 WINCC 保留 “2” 个连接。

reserved

设置数据块 Data Blocks

Data Block 1

在本例子中，只需使用 Clcok 偏移量 160.0 中的进行测试即可。

db1

Data Block 4

在本例子中, 使用 bool, byte, word, dword, int, dint, real 作为测试.

db4

启动微服务之前

以下部分介绍如何在启动服务之前完成设置。

  • 使用预定义的配置进行测试
  • 设置新配置

使用预定义的配置进行测试

文件夹中的预定义配置：cmd/res/

预定义 DEVICE PROFILE

设备配置 Device Profile profiles/Simple-Driver.yaml 描述了一个 S7-1200 设备，它包含 8 个资源，如下所示：

name: S7-Device
manufacturer: YIQISOFT
description: Example of S7 Device
model: Siemens S7
labels: [ISO-on-TCP]
deviceResources:
  - name: bool
    description: PLC bool
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Bool
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBX0.0
  - name: byte
    description: PLC byte
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Uint8
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBB1
  - name: word
    description: PLC word
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Int16
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBW2
  - name: dword
    description: PLC dword
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Int32
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBD4
  - name: int
    description: PLC int
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Int16
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBW8
  - name: dint
    description: PLC dint
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Int32
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBW10
  - name: real
    description: PLC real
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Float32
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB4.DBD14
  - name: heartbeat
    description: PLC heartbeat
    isHidden: false
    properties:
      valueType: Int16
      readWrite: RW
    attributes:
      NodeName: DB1.DBW160
deviceCommands:
  - name: AllResource
    isHidden: false
    readWrite: RW
    resourceOperations:
      - deviceResource: bool
        defaultValue: 'false'
      - deviceResource: byte
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: word
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: dword
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: int
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: dint
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: real
        defaultValue: '0'
      - deviceResource: heartbeat
        defaultValue: '0'

该表描述了设备配置文件的每个资源：

Resource NamevalueType of EdgeXNodeNameNote(DB: Data Block)
boolBoolDB4.DBX0.0DB4: DBX0.0: (BOOL) bit 0 of offset 0
byteUint8DB4.DBB1DB4, DBB1: (BYTE) one byte of offset 1
wordInt16DB4.DBW2DB4, DBW2: (WORD) two bytes of offset 2
dwordInt32DB4.DBD4DB4, DBD4: (DWORD) four bytes of offset 4
intInt16DB4.DBW8DB4, DBW8: (WORD) two bytes of offset 8
dintInt32DB4.DBW10DB4, DBW10: (WORD) two bytes of offset 10
realFloat32DB4.DBD14DB4, DBD14: (REAL) four bytes of offset 14
heartbeatInt16DB1.DBW160DB1, DBW160: (WORD) two bytes of offset 160

预定义设备配置 DEVICE CONFIGURATION

设备配置 Device Configuration devices/Simple-Device.yaml 描述了如下所示的两种设备。

  • S7-Device01：自动事件“interval”值(10s) < IdleTimeout(30s)，只有一个 tcp 连接，直到连接失败。
  • S7-Device02：自动事件“interval”值（10s）> IdleTimeout（5s），因此每个读/写命令都会重新连接到 S7 设备。
deviceList:
  - name: S7-Device01
    profileName: S7-Device
    description: Example of S7 Device
    labels: [industrial]
    protocols:
      s7:
        Host: 192.168.123.199
        Port: 102
        Rack: 0
        Slot: 1
        Timeout: 30
        IdleTimeout: 30
    autoEvents:
      - interval: 10s
        onChange: false
        sourceName: AllResource
  - name: S7-Device02
    profileName: S7-Device
    description: Example of S7 Device
    labels: [industrial]
    protocols:
      s7:
        Host: 192.168.123.199
        Port: 102
        Rack: 0
        Slot: 1
        Timeout: 5
        IdleTimeout: 5
    autoEvents:
      - interval: 10s
        onChange: false
        sourceName: heartbeat

设置一个新的配置 Configuration

创建自定义配置文件夹

运行以下命令：

mkdir -p custom-config

设置新的设备配置 DEVICE PROFILE

运行以下命令来创建您的设备配置文件：

cd custom-config
vi new-device-profile.yaml

插入您的设备配置文件定义，这取决于您的 S7 设备配置。

设置设备服务配置 CONFIGURATION

cd custom-config
vi new-device-config.yaml

填写 new-device-config.yaml 文件。

准备 docker-compose 文件

生成 docker compose 文件

  1. Clone edgex-compose
git clone https://github.com/edgexfoundry/edgex-compose.git
  1. 生成 docker-compose.yml 文件
cd edgex-compose
make gen ds-s7

将自定义配置添加到 docker-compose 文件

将准备好的配置文件添加到 docker-compose 文件中，您可以使用卷挂载它们并更改 device-s7 内部使用的环境。

打开 docker-compose.yml 文件，然后添加卷路径和环境，如下所示：

device-s7:
  ...
  environment:
    ...
    DEVICE_PROFILESDIR: /custom-config
    DEVICE_DEVICESDIR: /custom-config
  volumes:
    ...
    - /path/to/custom-config:/custom-config

在 Docker 上启动 EdgeX Foundry

由于我们在上一步中生成了 docker-compose.yml 文件，因此我们可以部署 EdgeX，如下所示：

cd edgex-compose/compose-builder
docker compose -p edgex up -d

[+] Running 12/12
 ✔ Container edgex-core-consul                      Started    0.0s
 ✔ Container edgex-ui-go                            Started    0.0s
 ✔ Container edgex-redis                            Started    0.0s
 ✔ Container edgex-core-common-config-bootstrapper  Started    0.1s
 ✔ Container edgex-support-scheduler                Started    0.0s
 ✔ Container edgex-kuiper                           Started    0.0s
 ✔ Container edgex-support-notifications            Started    0.1s
 ✔ Container edgex-core-metadata                    Started    0.1s
 ✔ Container edgex-core-command                     Started    0.0s
 ✔ Container edgex-core-data                        Started    0.0s
 ✔ Container edgex-app-rules-engine                 Started    0.0s
 ✔ Container edgex-device-s7                        Started    0.0s

启动服务后设置

如果服务已在运行并且您想要添加设备，则可以使用本节中概述的“核心元数据 API”。 如果您按照启动服务之前的设置中的说明设置设备配置文件和服务，则可以跳过此部分。

要在启动服务后添加设备，请完成以下步骤：

  1. 使用 POST 将上面的设备配置文件上传到元数据：http://localhost:59881/api/v3/deviceprofile/uploadfile ，并以表单数据格式将文件作为密钥“文件”添加到正文，以及创建的 ID 将被退回。 以下示例命令使用 curl 发送请求：
curl http://localhost:59881/api/v3/deviceprofile/uploadfile -F "file=@new-device-profile.yml"

  1. 确保 S7 设备服务正在运行，如有必要或使用其他设备服务，请调整下面的服务名称以匹配。

  2. 使用 POST 将设备添加到 http://localhost:59881/api/v3/device，正文将类似于：

curl http://localhost:59881/api/v3/device -H "Content-Type:application/json" -X POST \
  -d '[
        {
            "apiVersion" : "v3",
            "device": {
                "name": "S7-Device03",
                "description": "Example of S7 Device",
                "adminState": "UNLOCKED",
                "operatingState": "UP",
                "serviceName": "device-s7",
                "profileName": "S7-Device",
                "protocols": {
                    "s7": {
                        "Host": "192.168.123.199",
                        "Port": 102,
                        "Rack": 0,
                        "Slot": 1,
                        "Timeout": 30,
                        "IdleTimeout": 30
                    }
                },
                "autoEvents": [
                    {
                        "interval": "10s",
                        "onChange": false,
                        "sourceName": "AllResource"
                    }
                ]
            }
        }
    ]'

服务名称必须匹配/引用目标设备服务（“device-s7”），并且配置文件名称必须与前面步骤中的设备配置文件名称（“S7-Device”）匹配。

执行命令

现在我们准备运行一些命令。

查找可执行命令

使用以下查询查找可执行命令：

curl http://localhost:59882/api/v3/device/name/S7-Device03 | json_pp

{
  "apiVersion": "v3",
  "deviceCoreCommand": {
    "coreCommands": [
      {
        "get": true,
        "name": "word",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "word",
            "valueType": "Int16"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/word",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "int",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "int",
            "valueType": "Int16"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/int",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "real",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "real",
            "valueType": "Float32"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/real",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "heartbeat",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "heartbeat",
            "valueType": "Int16"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/heartbeat",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "AllResource",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "bool",
            "valueType": "Bool"
          },
          {
            "resourceName": "byte",
            "valueType": "Uint8"
          },
          {
            "resourceName": "word",
            "valueType": "Int16"
          },
          {
            "resourceName": "dword",
            "valueType": "Int32"
          },
          {
            "resourceName": "int",
            "valueType": "Int16"
          },
          {
            "resourceName": "dint",
            "valueType": "Int32"
          },
          {
            "resourceName": "real",
            "valueType": "Float32"
          },
          {
            "resourceName": "heartbeat",
            "valueType": "Int16"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/AllResource",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "bool",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "bool",
            "valueType": "Bool"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/bool",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "byte",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "byte",
            "valueType": "Uint8"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/byte",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "dword",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "dword",
            "valueType": "Int32"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/dword",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      },
      {
        "get": true,
        "name": "dint",
        "parameters": [
          {
            "resourceName": "dint",
            "valueType": "Int32"
          }
        ],
        "path": "/api/v3/device/name/S7-Device03/dint",
        "set": true,
        "url": "http://edgex-core-command:59882"
      }
    ],
    "deviceName": "S7-Device03",
    "profileName": "S7-Device"
  },
  "statusCode": 200
}

执行设置命令

根据url和parameterNames执行 SET 命令，运行 SET 命令时将localhost替换为服务器 IP。

这里我们使用“heartbeat”命令：

curl http://localhost:59882/api/v3/device/name/S7-Device03/heartbeat \
-H "Content-Type:application/json" -X PUT  \
-d '{"heartbeat": "1"}'

{"apiVersion":"v3","statusCode":200}

执行获取命令

运行 GET 命令时，将 localhost 替换为服务器 IP。

这里我们使用“heartbeat”命令：

curl http://localhost:59882/api/v3/device/name/S7-Device03/heartbeat

{
  "apiVersion": "v3",
  "statusCode": 200,
  "event": {
    "apiVersion": "v3",
    "id": "dd56ed66-2874-4d78-af02-753783164b3c",
    "deviceName": "S7-Device03",
    "profileName": "S7-Device",
    "sourceName": "heartbeat",
    "origin": 1702103303160428120,
    "readings": [
      {
        "id": "8324105a-1843-415d-bea7-b61e6d12142c",
        "origin": 1702103303159722671,
        "deviceName": "S7-Device03",
        "resourceName": "heartbeat",
        "profileName": "S7-Device",
        "valueType": "Int16",
        "value": "1"
      }
    ]
  }
}

自动事件

AutoEvent 在设备定义文件的 autoEvents 部分中定义：

deviceList:
  autoEvents:
    interval: '30s'
    onChange: false
    sourceName: 'heartbeat'

服务启动后，查询 core-data API。 结果显示该服务每“30 秒”自动执行一次命令。

配置

该服务没有设备 SDK 提供的附加配置。 常用设备服务配置请参见设备服务配置部分。

协议属性

设备 S7 为 ISO-on-TCP 定义以下协议属性。

这些属性位于每个设备定义的协议部分中的“s7”键下。

ProperityDefault valueNote
HostN/AS7 ip address, e.g. 192.168.123.199
PortN/AS7 port, e.g. 102
RackN/ARack number, e.g. 0
SlotN/ASlot number, e.g. 1
Timeout30connect to S7 timeout, seconds
IdleTimeout30connection idle timeout, seconds

S7 协议属性示例

...
"protocols": {
    "s7": {
        "Host": "192.168.123.199",
        "Port": 102,
        "Rack": 0,
        "Slot": 1,
        "Timeout": 30,
        "IdleTimeout": 30
    }
}
...

API 参考

该服务继承了 SDK 中的通用设备服务 API API。

源代码

Device S7 的源代码可以在 https://github.com/edgexfoundry-holding/device-s7 中找到。

额外细节

在 S7 设备资源使用带有“Int16”数字的“WORD”数据类型的用例中，“WORD”有两个字节，应转换为整数。

以下来自设备配置文件的摘录将“NodeName”DB4.DBW2 定义为“valueType”Int16：

示例 - 设备配置文件

name: S7-Device
manufacturer: YIQISOFT
description: Example of S7 Device
model: Siemens S7
labels: [ISO-on-TCP]
deviceResources:
    - name: word
    description: PLC word
    isHidden: false
    properties:
        valueType: Int16
        readWrite: RW
    attributes:
        NodeName: DB4.DBW2

读命令 Read Command

读取命令执行如下：

  1. Client 执行 Read Command；
  2. 设备服务发送 Read Command 读取一个‘WORD’数据；
  3. S7 设备返回一个两字节数据；
  4. 设备服务解析数据；
  5. 设备服务将数据转换为 Int16 值；
  6. 设备服务返回 json 格式给 Client。

写命令 Write Command

写入命令执行如下：

  1. Client 执行 Write Command 写入一个 In16 值；
  2. 设备服务将 Int16 值转换为两个字节；
  3. 设备服务转换为二进制；
  4. 设备服务向 S7 设备发送写请求；
  5. 设备服务返回结果 json 给 Client。

何时转换数据

您通常需要随时转换数据，因为 S7 设备仅接收其特定的数据类型。

支持的转换

支持的转换如下：

From NodeNameBit(s)To valueTypeAddress Sample
Bool1BoolDB1.DBX0.0
Byte8UintDB1.DBB1
Word16Int16DB1.DBW2
DWord32Int32DB1.DBD4
Int16Int16DB1.DBW6
DInt32Int32DB1.DBD8
Real32Float32DB1.DBD20
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