浅谈python在工业控制领域的应用

袁金庆

摘要：现在工业控制领域大部分仍是以PLC（可编程逻辑控制器）为控制核心的工业自动化，但随着工业4.0概念的提出，制造业对自动化、智能化生产模式的需求日益增长，作为逻辑控制器的PLC对一些大数据量处理工作力不从心。本文主要将浅显谈论下python在工业控制领域的应用。

关键词：python;自动化;工业控制;

1、概述

随着科学技术的发展，越来越多的企业开始进入智能化生产，PLC在对连续数据采集，數据显示，数据库管理等工作显得心有余而力不足。连续数据采集，数据显示，数据库管理等工作使用上位机比较适合，而上位机开发语言主要有C、C++、C#、VB.NET、python等，python相对与其他语言简单易学，效率高，免费且开源等优势。

2、PLC发展现状

（1）在PLC技术中，开关量的逻辑控制是最为常见的类型，其应用最为广泛。基于开关量的逻辑控制技术取代了传统继电器电路，使电路控制技术的真正进入了逻辑控制时代。

（2）由于PLC只能处理数字信号，在应用过程中需要将模拟量进行数字化转换，此过程需要借助A/D和D/A转换器实现，为便于用户使用，PLC厂家在进行设计的过程中，就已经研发了与之相匹配的A/D和D/A转换器，从而保证PLC器件能够对模拟量控制信号做出正确的响应。

（3）在控制机构的配置上，基于开关量的串口控制模块需要与位置传感器相连接，根据执行机构的运动情况，进行周期性的响应，这就是基于运动控制的PLC技术。

（4）所谓过程控制，也就是自动控制原理中的反馈控制（或闭环控制），在PLC技术的实际应用中，不仅需要对现场状态进行及时的反馈，还应当具备对过程量的控制能力。

3、python语言优势

Python语言目当前最为流行的编程语言之一，相对于其他语言Python具有明显优势。

（1）简单、易学

（2）免费、开源

（3）高层语言

（4）可移植性

（5）解释性

（6）面向对象

（7）可扩展性

（8）丰富的库

（9）规范的代码

4、python在工业控制领域的应用

（1）与PLC通讯

本文以西门子S7系列的PLC为例，使用Snap7库实现与PLC的数据交换。

① python安装snap7只需要简单命令pip install python-snap7即可。

② 使用snap7.client.Client库中connect（self，address，rack，slot， tcpport=102）与PLC连接。

例：

import snap7

client = snap7.client.Client（）

client.connect（"127.0.0.1"，0，0，1012） #"127.0.0.1"为PLCip地址，0为PLC号，0为CPU所在槽号，1012为端口号。

③ 数据读取，又分为ct¬_read、db_read、mb_read、tm_read或者read_area等。

例：

read_area（area，dbnumber，start，size）

#area为内存地址区域如下表，dbnumber为DB号，仅读取DB区域时使用，start为偏移起始地址，size读取字节数

④ 数据写入，同数据读取，又分为ct¬_write、db_write、mb_write、tm_write或者write_area等。

通过以上，用很少的代码就可以实现PLC的读写。

（2）机器人或其他第三方智能设备通讯。

Python自带socket模块，可以通过socket通讯实现与支持socket通讯方式的设备通讯。

第三方设备一般作为服务端会与多个设备相连接，上位系统一般使用客户端，使用python如下代码建立客户端。

from socket import *

HOST = '127.0.0.1' #第三方设备的ip地址

PORT = 21567 #端口号

BUFSIZ =1024 #设置缓存器大小

ADDR = （HOST，PORT）

tcpCliSock = socket（AF_INET，SOCK_STREAM）

tcpCliSock.connect（ADDR）

（3）建立数据库

现在已经存在了很多优秀的商业数据库，如Oracle、DB2、SQL Server、Access等。同时，还有很多优秀的开源数据库，如MySQL、PostgreSQL等。

其中MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统，因为其速度、可靠性和适应性而备受关注。MySQL是流行的关系型数据库管理系统之一。本文以MySQL为例介绍。

① 数据库安装。首先必须确保安装MySQL。Python中使用pip install MySQL-python安装即可。

② 数据库连接。

例：import MySQLdb

db=MySQLdb.connect（"localhost"，"testuser"，"test123"，"TESTDB"， charset='utf8'） #打开数据库连接

③ 获取游标，要想操作数据库，光连接数据是不够的，必须拿到操作数据库的游标，才能进行后续的操作。

例：cursor=conn.cursor（）

④ 创建数据库

如果数据库连接存在我们可以使用execute（）方法来为数据库创建表：

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

⑤ 创建表

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 插入单条数据

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

⑦ 数据库查询

查询Mysql使用fetchone（）方法获取单条数据，使用fetchall（）方法获取多条数据。

5、结束语

Python具有大量的第三方库，比如Numpy库具有支持大量的维度数组与矩阵运算，此外也针对数组运算提供大量的数学函数库，可以处理PLC或第三方设备中的大量数据。再比如PIL、matplotlib库，可以将读取的数据进行图片形式或三维形式的直观显示。Xlwt/xlrd等EXCEL库可以将数据写入EXCEL中，便于数据的整理保存比较等工作。Python作為现在最流行的编程语言，在工业控制领域我们也可以适当应用，解决一些小问题，提高工作效率。

参考文献：

[1]陈琥.PLC的发展现状及应用前景[J].电子技术与软件工程，2017，000（009）：120-120.

[2]宋春颖.基于Python的数据挖掘与分析[C]//第三十四届中国（天津）2020’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议.0.

[3]丁未.将工业与科技世界的运行统一在Python语言的开源框架中[J].中国仪器仪表，2013，000（008）：23-25，31.