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今天我們分享鴻蒙系統與西門子PLC數據通信實踐~

在工業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，而華為開發的鴻蒙系統（HarmonyOS）則在各個領域展現出巨大潛力。本項目旨在探索如何在鴻蒙系統上實現與西門子S7 PLC的通信，這不僅是技術上的挑戰，也是跨界融合的一次嘗試。

一、系統簡介

PLC是工業控制系統的關鍵組成部分，負責控制和監視機器或生產過程。S7協議是西門子PLC通信的核心，它支持對輸入/輸出狀態、數據塊內容等進行讀寫操作。
鴻蒙系統（HarmonyOS）是華為開發的操作系統，旨在實現跨多種設備的無縫體驗。它的設計理念特別適合物聯網應用，為工業自動化領域帶來新的可能性。

這次嘗試要實現的目標：鴻蒙系統（HarmonyOS）與西門子S7 PLC之間的數據通信，包括讀取和寫入數字輸入輸出、模擬量等。

二、技術難點

1、這次嘗試的難點如下：
通信協議實現：S7協議相對復雜，需要準確理解和實現。

系統兼容性：鴻蒙系統作為新興系統，如何保證與現有工業協議的兼容性是一大挑戰。

性能優化：工業環境對系統的穩定性和實時性要求極高。

2、實現方案：

首先，需要在鴻蒙系統上實現S7協議的基本通信功能。這包括與PLC建立連接、讀取和寫入數據。為了實現這一點，可以利用現有的開源S7通信庫（如Snap7）來加速開發過程。

系統架構：

前端（鴻蒙應用）：負責提供用戶界面，顯示PLC的狀態，并發送用戶指令。

后端（S7通信服務）：運行在鴻蒙系統上，實現S7協議，與PLC進行數據交換。

3、關鍵技術點：

S7協議的實現：使用Snap7庫來處理底層的S7通信。

數據處理：實現數據類型（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。

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中是實現S7通信的關鍵步驟。

讀取PLC中的數據涉及到地址定位和數據類型轉換。例如，從DB塊中讀取浮點數：

向PLC寫入數據需要正確處理數據格式和字節序。例如，寫入一個整數：

在鴻蒙系統上構建用戶界面，顯示PLC的狀態并接收用戶指令。例如，使用Toggle組件來控制PLC的布爾型數據。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，必須考慮到網絡延遲、連接中斷和數據不一致等問題。因此，適當的異常處理是必不可少的。在Snap7庫中，每個操作都會返回一個狀態碼，可以用來判斷操作是否成功。

在鴻蒙系統中，錯誤處理可能涉及更新UI以反映錯誤狀態，或者執行重試邏輯。

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、讀取和寫入數據塊（DB），以及處理不同類型的數據（如浮點數、整數和布爾值）。下面是對程序中幾個關鍵功能的詳細解析：
custom_s7_main 函數：
此函數是整個程序的核心部分。它演示了如何建立與PLC的連接，并從指定的數據塊（DB）讀取多種類型的數據。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，函數就會讀取特定的數據塊，并從中提取出所需的數據，例如浮點數、字（word）、布爾值等。數據讀取之后，函數會對某些數據進行字節序轉換，以確保數據的正確性。這是因為PLC的字節序可能與應用程序所在的系統不同。

WriteInt16Data、WriteFloatData、WriteBoolData 函數這三個函數分別負責將int16_t、float和bool類型的數據寫入PLC的特定數據塊。
WriteInt16Data：此函數接收一個整數（int16_t）和一個偏移量，然后將該整數寫入PLC的指定位置。在寫入之前，該函數會檢查與PLC的連接狀態，并在必要時對數據進行字節序轉換。
WriteFloatData：與WriteInt16Data類似，此函數用于寫入浮點數。它使用一個聯合體（union）來處理浮點數的字節序問題。

WriteBoolData：此函數用于寫入布爾值。它首先讀取當前的字節值，然后根據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函數來管理與PLC的連接。這些函數分別處理連接建立和斷開連接的邏輯。

多重讀取：MultiRead函數展示了如何一次性讀取多個不同類型的變量（如數字輸入、數字輸出、定時器等）。

以上代碼實現了如何使用Snap7庫與西門子PLC進行有效的通信和數據處理。它涵蓋了從基本連接到復雜的數據處理的多個方面，為希望在自己的項目中實現類似功能的開發人員提供了一個有用的參考。
我們需要定義用于從 PLC 讀取數據和向 PLC 寫入數據的函數，并將這些函數暴露給 Node.js 環境，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 結構定義：定義了一個名為 PLCData 的結構體，用于保存從 PLC 讀取的數據。這個結構體包括浮點數、int16_t（替代了原本的 word 類型，以匹配C++的標準類型）和布爾值等多種數據類型。

GetPLCValue 函數：這是一個 N-API 回調函數，用于從 PLC 獲取數據并將其轉換為 JavaScript 對象。

調用 custom_s7_main 函數獲取 PLC 數據，然后使用 N-API 函數創建 JavaScript 對象，并將 PLC 數據設置為該對象的屬性。

該函數使用 napi_create_* 系列函數創建對應類型的 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：該函數用于處理來自 JavaScript 的 PLC 寫入請求。它讀取 JavaScript 提供的參數，然后根據參數類型和內容調用適當的寫入函數。

函數首先解析傳入的參數，然后根據參數的類型（如布爾值、浮點數或整數）調用 WriteBoolData、WriteFloatData 或 WriteInt16Data 函數來更新 PLC 中的相應數據。

WriteInt16Data、WriteFloatData、WriteBoolData 函數這些函數用于將特定類型的數據寫入 PLC。它們首先檢查與 PLC 的連接狀態，然后執行寫入操作。

N-API 模塊初始化：Init 函數用于初始化 N-API 模塊，將 GetPLCValue 和 WritePLCData_JS 函數注冊為 Node.js 可以調用的函數。

通過 napi_define_properties 將這些函數作為模塊的屬性注冊，使它們在 JavaScript 環境中可用。

以上代碼實現了如何將復雜的 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 環境，從而使 JavaScript 開發者能夠輕松地與 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

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

審核編輯：湯梓紅