PLC | 西门子 Siemens S7 ISO-on-TCP 通讯协议探究——提高数据采集效率故障分析（使用边缘计算网关）
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众所周知，我们软件读取 PLC 数据时按照 Bool/Byte/Word/Real 等类型进行通讯，有时候，需要频繁读取 PLC 多个数据字段偏移量时，就会造成传输效率低下的问题。
需求/故障现场
- PLC 上有 100 个 word 需要读取，偏移量顺序排列，比如：从 0 - 200；
- 需要 1 秒读取 1 次数据；
- 转换后，数据转发到第三方系统：MQTT，SQL等；
- 逐个读取每个 word，两个字节，需要在一个 TCP 会话中执行 100 次请求；
- 每次请求，三个 TCP 数据传输，每次需要
15ms（423行-421行：3.614448-3.598902=0.015546s）；
- 这样的话，100次请求需要1.5546s，算上网络延迟和处理性能问题，整个过程需要2秒以上；
- 结果就是：完全达不到
1秒1次采集的需求。
分析过程
winCC 数据采集抓包
分析过程1：采集20个 real 数据字段
- winCC 将数据包分解成 3个 item
分析过程2：采集10个 word 数据字段
- 同样原理，winCC 将数据包按照每个 item 32 个字节
自有软件数据采集抓包
每次只是读取了1个 word 数据字段
解决方案构思
- 每次按照要求，获取所有需要的数据偏移量；
- 取回来后，按照测点要求，自己根据数据类型分解出来；
- 循环读取下一次数据；
验证
读取1000个字节
- 可以看到分了5次数据，222+222+222+222+112=1000
下一步是继续验证分多个 item 进行数据采集
winCC 数据格式
- 效率高，每次只需要 <2ms，分析原因：每次读取都是连续的地址空间，不需要PLC进行分段读取；
自己代码
- 效率低，每次需要20-50ms，分析原因：每个 item 里面只有一个测点（word类型），需要分段读取；
开发过程
大概过程描述
- 由于每次请求的数据量（按测点）叠加在一起，通过 S7DataItem 来组合，最多20个 item，打包一起发送到 PLC；
- 收到每次的返回数据，再解析成对象插入二维表，等待处理；
- 全部处理完成，统一根据请求数量，返回相应的结果集；
总结
- PLC 针对于每个测点的处理时间在 1-3秒，数量越多，时间越长，是累加的；
- 100个测点，算上 TCP 包头和包尾，大概来回数据时间是 220ms左右，200个测点是 400ms左右；
- 通过这种方式，一个 PLC 建议采集点不超过 500个，虽然对 PLC 性能影响不大，但是处理时间较长，不适用1秒一次采集需求；
- 每个型号 PLC 的处理性能不一样，支持的 TCP 连接数也不一定一样，所以，要根据具体需求来决定。
效果展示
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存入 SQL 数据库，完全控制在1秒一次采集
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4 个 TCP 连接非常稳定
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网关性能稳定
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与 PLC 交互的网卡网络流量很少
改进？
- 类似 winCC 的模式，一次性读取一段偏移量，节省 TCP 开销，也节省 PLC 处理每个测点；
- 针对一次读取来的一段偏移量内容进行解析，需要对字节码流处理非常熟悉；
- 对于新建项目，比较适合用改进的方法，毕竟 PLC 可以根据需求改动测点偏移量；
解决方案
关于 亿琪软件
上海亿琪软件有限公司成立于2016年，专注于 5G 通信、AI 人工智能、边缘计算和大数据网络安全多项技术领域，致力于物联网领域前沿技术的创新，为用户提供全方位、智能化和安全的物联网解决方案。
2023年，公司发布“YiFUSION｜工业边缘智能融合一体机”产品，为工业客户提供一整套的边缘计算+AI能力：高性能数据采集、多类型数据融合、AI算法集成、云端业务对接。在边缘网关的基础上，集成了 IoT 平台的边缘协同能力、本地Web SCADA 和 HMI 功能、本地数据存储、边缘 AI 视频分析、行业应用集成等。
2022年公司推出 “YiCLOUD｜亿琪云”一站式物联网应用解决方案。公司的业务涵盖了智慧城市、智慧农业、智能工厂和智慧园区等多个领域，公司软硬件产品和解决方案获得华为技术认证，得到中国移动OCP认证，公司还是边缘计算产业联盟ECC成员。
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