淺談python在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

袁金慶

摘要：現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域大部分仍是以PLC（可編程邏輯控制器）為控制核心的工業(yè)自動(dòng)化，但隨著工業(yè)4.0概念的提出，制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)模式的需求日益增長(zhǎng)，作為邏輯控制器的PLC對(duì)一些大數(shù)據(jù)量處理工作力不從心。本文主要將淺顯談?wù)撓聀ython在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：python;自動(dòng)化;工業(yè)控制;

1、概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入智能化生產(chǎn)，PLC在對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)庫(kù)管理等工作顯得心有余而力不足。連續(xù)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)庫(kù)管理等工作使用上位機(jī)比較適合，而上位機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言主要有C、C++、C#、VB.NET、python等，python相對(duì)與其他語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，效率高，免費(fèi)且開(kāi)源等優(yōu)勢(shì)。

2、PLC發(fā)展現(xiàn)狀

（1）在PLC技術(shù)中，開(kāi)關(guān)量的邏輯控制是最為常見(jiàn)的類(lèi)型，其應(yīng)用最為廣泛。基于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制技術(shù)取代了傳統(tǒng)繼電器電路，使電路控制技術(shù)的真正進(jìn)入了邏輯控制時(shí)代。

（2）由于PLC只能處理數(shù)字信號(hào)，在應(yīng)用過(guò)程中需要將模擬量進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，此過(guò)程需要借助A/D和D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，為便于用戶(hù)使用，PLC廠家在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就已經(jīng)研發(fā)了與之相匹配的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，從而保證PLC器件能夠?qū)δM量控制信號(hào)做出正確的響應(yīng)。

（3）在控制機(jī)構(gòu)的配置上，基于開(kāi)關(guān)量的串口控制模塊需要與位置傳感器相連接，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行周期性的響應(yīng)，這就是基于運(yùn)動(dòng)控制的PLC技術(shù)。

（4）所謂過(guò)程控制，也就是自動(dòng)控制原理中的反饋控制（或閉環(huán)控制），在PLC技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的反饋，還應(yīng)當(dāng)具備對(duì)過(guò)程量的控制能力。

3、python語(yǔ)言?xún)?yōu)勢(shì)

Python語(yǔ)言目當(dāng)前最為流行的編程語(yǔ)言之一，相對(duì)于其他語(yǔ)言Python具有明顯優(yōu)勢(shì)。

（1）簡(jiǎn)單、易學(xué)

（2）免費(fèi)、開(kāi)源

（3）高層語(yǔ)言

（4）可移植性

（5）解釋性

（6）面向?qū)ο?/p>

（7）可擴(kuò)展性

（8）豐富的庫(kù)

（9）規(guī)范的代碼

4、python在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

（1）與PLC通訊

本文以西門(mén)子S7系列的PLC為例，使用Snap7庫(kù)實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交換。

① python安裝snap7只需要簡(jiǎn)單命令pip install python-snap7即可。

② 使用snap7.client.Client庫(kù)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(hào)，0為CPU所在槽號(hào)，1012為端口號(hào)。

③ 數(shù)據(jù)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(nèi)存地址區(qū)域如下表，dbnumber為DB號(hào)，僅讀取DB區(qū)域時(shí)使用，start為偏移起始地址，size讀取字節(jié)數(shù)

④ 數(shù)據(jù)寫(xiě)入，同數(shù)據(jù)讀取，又分為ct?_write、db_write、mb_write、tm_write或者write_area等。

通過(guò)以上，用很少的代碼就可以實(shí)現(xiàn)PLC的讀寫(xiě)。

（2）機(jī)器人或其他第三方智能設(shè)備通訊。

Python自帶socket模塊，可以通過(guò)socket通訊實(shí)現(xiàn)與支持socket通訊方式的設(shè)備通訊。

第三方設(shè)備一般作為服務(wù)端會(huì)與多個(gè)設(shè)備相連接，上位系統(tǒng)一般使用客戶(hù)端，使用python如下代碼建立客戶(hù)端。

from socket import *

HOST = '127.0.0.1' #第三方設(shè)備的ip地址

PORT = 21567 #端口號(hào)

BUFSIZ =1024 #設(shè)置緩存器大小

ADDR = （HOST，PORT）

tcpCliSock = socket（AF_INET，SOCK_STREAM）

tcpCliSock.connect（ADDR）

（3）建立數(shù)據(jù)庫(kù)

現(xiàn)在已經(jīng)存在了很多優(yōu)秀的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，如Oracle、DB2、SQL Server、Access等。同時(shí)，還有很多優(yōu)秀的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)，如MySQL、PostgreSQL等。

其中MySQL是一種開(kāi)放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，因?yàn)槠渌俣?、可靠性和適應(yīng)性而備受關(guān)注。MySQL是流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之一。本文以MySQL為例介紹。

① 數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)庫(kù)連接。

例：import MySQLdb

db=MySQLdb.connect（"localhost"，"testuser"，"test123"，"TESTDB"， charset='utf8'） #打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)連接

③ 獲取游標(biāo)，要想操作數(shù)據(jù)庫(kù)，光連接數(shù)據(jù)是不夠的，必須拿到操作數(shù)據(jù)庫(kù)的游標(biāo)，才能進(jìn)行后續(xù)的操作。

例：cursor=conn.cursor（）

④ 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)

如果數(shù)據(jù)庫(kù)連接存在我們可以使用execute（）方法來(lái)為數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建表：

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

⑤ 創(chuàng)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(shù)據(jù)

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

⑦ 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)

查詢(xún)Mysql使用fetchone（）方法獲取單條數(shù)據(jù)，使用fetchall（）方法獲取多條數(shù)據(jù)。

5、結(jié)束語(yǔ)

Python具有大量的第三方庫(kù)，比如Numpy庫(kù)具有支持大量的維度數(shù)組與矩陣運(yùn)算，此外也針對(duì)數(shù)組運(yùn)算提供大量的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，可以處理PLC或第三方設(shè)備中的大量數(shù)據(jù)。再比如PIL、matplotlib庫(kù)，可以將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖片形式或三維形式的直觀顯示。Xlwt/xlrd等EXCEL庫(kù)可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入EXCEL中，便于數(shù)據(jù)的整理保存比較等工作。Python作為現(xiàn)在最流行的編程語(yǔ)言，在工業(yè)控制領(lǐng)域我們也可以適當(dāng)應(yīng)用，解決一些小問(wèn)題，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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