西门子数采实战：S7协议解析与MQTT上云(S7Comm)

最新推荐文章于 2025-11-27 14:31:08 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-27 14:31:08 发布 · 579 阅读

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摘要：本文面向工业物联网开发者，深度解析西门子数据采集的技术细节。我们将跳过OPC UA，直接深入到S7通信协议（S7Comm）层面，讲解如何寻址机床PLC的DB块、M区数据。同时，展示如何利用支持Docker的边缘计算网关（如鲁邦通EG系列），实现数据的解析、映射及MQTT云端推送。

导语：作为开发者，当你要采集西门子系统数据时，是否也被复杂的OPC配置搞得头大？其实，西门子系统内部就是一个S7-300 PLC。只要掌握了S7通信协议，你就能像读普通PLC一样读取精密机床的数据。本文将带你硬核拆解S7协议在CNC采集中的应用，并教你如何用边缘网关把这些二进制数据变成云端友好的JSON。

西门子数采实战：S7协议解析与MQTT上云(S7Comm)

1. 西门子系统的内部架构与S7协议

西门子的控制核心NCU中集成了一个PLC（通常是S7-300系列）。CNC系统的所有状态、报警、坐标等信息，都会通过内部总线实时映射到这个PLC的数据块（DB Block）中。

结论： 搞定S7-300的数据采集，就搞定了西门子数据采集。
协议： S7 Communication (S7Comm)，基于TCP/IP，默认端口102。

2. 关键数据地址映射 (Data Mapping)

要做采集，必须手握“地图”。以下是西门子系统标准的数据块定义（UDT）：

状态数据：

DB11.DBX6.1: Mode Group Ready (方式组就绪)
DB21.DBX35.0: Channel Operating (通道运行中)

坐标数据（轴数据）：

DB31...: 轴信号。例如 DB31 是第1轴，DB32 是第2轴。
DB31.DBD100: 轴实际位置（需转换浮点数）。
DB31.DBD84: 主轴/轴负载（百分比）。

报警数据：

DB1600: 报警信号区域。

3. 边缘网关的实现路径

为了避免在PC上跑臃肿的S7驱动，我们使用鲁邦通EG5120边缘网关。它内置了基于Linux的S7驱动，且支持Docker。

方案A：低代码配置（推荐） 利用网关内置的Edge2Cloud Pro平台：

驱动选择： Siemens S7
连接配置： IP 19168.214.1 (NCU内部IP) 或 X130口IP。Rack 0, Slot 2。
点位添加： 直接填入 DB21.DBB4 (进给倍率)。网关会自动处理S7协议的握手、PDU打包和字节序转换。

方案B：高代码开发（Python + Docker） 如果你需要更灵活的控制，可以在网关的Docker容器里跑Python脚本，使用 python-snap7 库。

Python

import snap7
from snap7.util import *
import struct

plc = snap7.client.Client()
plc.connect('192.168.0.1', 0, 2) # IP, Rack, Slot

# 读取主轴负载 (假设在DB31.DBD84)
data = plc.read_area(snap7.types.Areas.DB, 31, 84, 4) 
load = get_real(data, 0) 
print(f"Spindle Load: {load}%")

4. MQTT数据封装与上报

采集到的原始数据需要封装成JSON，推送到MQTT Broker。 Payload设计：

JSON

{
  "machine_id": "CNC_001",
  "timestamp": 1678886400000,
  "status": {
    "run": true,
    "alarm": false
  },
  "process": {
    "spindle_load": 45.2,
    "feed_override": 100
  }
}

鲁邦通网关支持配置“北向”MQTT服务，将上述映射好的点位自动打包发送，无需写代码实现重连和缓存逻辑。