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【物联网-S7Comm协议】

article 2025/8/25 0:23:35

物联网-S7Comm协议

  • ■ 调试工具
  • ■ S7协议-简介
  • ■ S7协议和modbusTCP协议区别
  • ■ OSI 层 S7 协议
  • ■ S7协议数据结构 （TPKT+COTP+S7Comm）
    • ■ TPKT（第五层：会话层） 总共占4个字节
    • ■ COTP（第六层：表示层）
      • ■ 1. COTP连接包（COTP Connection Packet）也就是S7Comm的握手包
      • ■ 2. COTP功能包 （COTP Fuction Packet）
    • ■ S7Comm（第七层：应用层）总用占24个字节
      • ■ 1. S7Comm Header：
      • ■ 2. S7Comm Parameter：
  • ■ S7协议的工作流程
  • ■ 数据包分析
    • ■ S7 Setup Communication （Job）
    • ■ S7 Setup Communication （ACk_data）
    • ■ 读取数据 （Job）
    • ■ 读取数据 （ACk_data）
    • ■ 读取数据
  • ■ 读写部分代码

■ 调试工具

Wireshark 抓包工具
Wireshark 抓包工具进行抓包看详细的发送报文格式。
西门子PLC调试助手

■ S7协议-简介

S7Comm（ S7 Communication）是西门子专有的协议，是西门子 S7 通讯协议簇里的一种。
S7 通信协议是西门子 S7 系列 PLC 内部集成的一种通信协议，是 S7 系列 PLC 的精髓所在。
它是一种运行在传输层之上的（会话层/表示层/应用层）、经过特殊优化的通信协议，其信息传输可以基于 MPI 网络、 PROFIBUS 网络
或者以太网。

■ S7协议和modbusTCP协议区别

项目说明
1工作方式：S7协议是基于串行通信方式进行通信的，
而modbusTCP协议则采用了基于以太网的通信方式，可以实现更高的数据传输速度和数据量。
2通信速度：S7通信速度相对较慢，一般为12Mbps以下；
modbusTCP协议则支持更高的通信速度和更广的数据带宽，可达到100Mbps或以上的速度。
3网络拓扑：S7协议在网络拓扑方面相对简单，通常采用星形网络拓扑；
而modbusTCP协议支持基于以太网的网状拓扑结构，可以实现更复杂的网络配置和更完备的自组网功能。
4实时性：modbusTCP协议具有更高的实时性能，可满足工业自动化领域的实时控制要求。

■ OSI 层 S7 协议

OSI层S7 协议–
第 7 层：应用层 S7 协议 S7 Communication
第 6 层：表示层 S7 协议（COTP）
第 5 层：会话层 S7 协议(TPKT）
第 4 层：传输层 Transmission Control Protocol
第 3 层：网络层 IP
第 2 层：数据链路层 Ethernet
第 1 层：物理层 Ethernet

■ S7协议数据结构 （TPKT+COTP+S7Comm）

■ TPKT（第五层：会话层） 总共占4个字节

在这里插入图片描述

版本号预留长度
1字节1字节2字节
0x030x000x001F

■ COTP（第六层：表示层）

■ 1. COTP连接包（COTP Connection Packet）也就是S7Comm的握手包

在这里插入图片描述

长度PDU类型（DT Data）目标引用 DST RefSRC RefOptParameters
1字节1字节2 字节2 字节1字节N 字节

■ 2. COTP功能包 （COTP Fuction Packet）

在这里插入图片描述

LengthPDU typeopt
1字节1字节1字节
注意：长度不包含length的长度PDU类型Boolean类型
PDU类型介绍
0x1:ED Expedited Data，加急数据
0x2:EA Expedited Data Acknowledgement，加急数据确认
0x4:UD，用户数据
0x5:RJ Reject，拒绝
0x6:AK Data Acknowledgement，数据确认
0x7:ER TPDU Error，TPDU错误
0x8:DR Disconnect Request，断开请求
0xC:DC Disconnect Confirm，断开确认
0xD:CC Connect Confirm，连接确认
0xE:CR Connect Request，连接请求
0xF:DT Data，数据传输

■ S7Comm（第七层：应用层）总用占24个字节

■ 1. S7Comm Header：

在这里插入图片描述

协议ID（Protocol ID）PDU type预留PDU Reference参数长度数据长度Error classError code
1字节1字节2字节2字节2字节2字节1字节1字节
编号类型字节说明
0(unsigned integer, 1 byte):Protocol Id，协议ID，通常为0x32；
1(unsigned integer, 1 byte):ROSCTR，PDU type，PDU的类型
2~3(unsigned integer, 2 bytes):Redundancy Identification (Reserved)，冗余数据，通常为0x0000；
4~5(unsigned integer, 2 bytes):Protocol Data Unit Reference，it’s increased by request event。协议数据单元参考，通过请求事件增加；
6~7(unsigned integer, 2 bytes):Parameter length，the total length (bytes) of parameter part。参数的总长度；
8~9(unsigned integer, 2 bytes):Data length，数据长度。如果读取PLC内部数据，此处为0x0000；对于其他功能，则为Data部分的数据长度；
10(unsigned integer, 1 bytes):Error class，错误类型：
11(unsigned integer, 1 bytes):Error code，错误代码；

■ 2. S7Comm Parameter：

在这里插入图片描述

功能码 Read Var：0x04
通信项数：0x01（Item1）通信项1：通信项 Header变量指定：   0x12地址长度：   0x0ASyntaxID:   0x10传输数据类型byte：  0x02通信项 Param读取长度：  0x04DB号： 0x01存储区类型DB存储区：  0x84开始字节： 0x000000
编号类型字节说明
0(Unsigned integer, 1 byte):Variable specification，确定项目结构的主要类型，通常为0x12，代表变量规范；
1(Unsigned integer, 1 byte):Length of following address specification，本Item其余部分的长度；
2(Unsigned integer, 1 byte):Syntax Ids of variable specification，确定寻址模式和其余项目结构的格式；
3(Unsigned integer, 1 byte):Transport sizes in item data，确定变量的类型和长度：
4~5(Unsigned integer ,2 byte):Request data length，请求的数据长度；
6~7(Unsigned integer, 2 byte):DB number，DB模块的编号，如果访问的不是DB区域，此处为0x0000；
8(Unsigned integer, 1 byte)：Area，区域类型：
9~11(Unsigned integer, 3 byte):Address，地址。

■ S7协议的工作流程

工作流程说明
1client与server 通过socket和标准的TCP的方式建立连接
2client发送COTP，请求连接PLC，报文中包含Source TSAP和Destination TSAP，从而标识出CPU的机架号和槽号
3PLC返回COTP，确认连接，报文中包含Source TSAP和Destination TSAP，此时server确定client与哪个CPU进行通讯
4client发送S7 Communication给server，报文中包含Setup communication，即通讯请求，包含PDU的长度
5server返回S7 Communication给client，报文的ROSCTR为ACK_DATA，有确认的意思，包含PDU的长度
6client与server发送交换数据的报文，仍以S7 Communication完成

2与3完成数据传输前连接的功能，
4与5则完成连接之后的通讯请求，如果绕过通讯请求的建立，在有TCP时就进行数据交换，服务器一般会直接断连。

  1. 建立Socket连接：进行TCP三次握手
  2. COTP的握手请求（请求建立通信）
  3. 整个S7的握手请求（请求建立操作通信）
  4. 进行读写操作（S7协议报文）

■ 数据包分析

■ S7 Setup Communication （Job）

■ S7 Setup Communication （ACk_data）

在这里插入图片描述

■ 读取数据 （Job）

在这里插入图片描述

■ 读取数据 （ACk_data）

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
0x123 == data 0x007b

■ 读取数据

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

■ 读写部分代码

using System;
using System.Net.Sockets;namespace Zhaoxi.SiemensS7.Study
{class Program{/// <summary>/// VS2019  16.9  社区版/// 框架.NET5    ->  项目没法直接找开/// </summary>/// <param name="args"></param>static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Hello World!");// 调库S7.Net.Plc plc = new S7.Net.Plc(S7.Net.CpuType.S71500, "192.168.151.200", 0, 1);plc.Open(); VW100 Word   short ishort   int16 uint16 DB1.DBW100.0-7   Bit    S7.NET   粘包：两个报文一次接收了 请求了一个Word，2个Byte//var value = plc.Read("DB2.DBW0"); 基本的读写    读SZL、启停、上传下载// 关于连接报文：// 假如保证通信环境不会掉线，只做一次// 断线重连，再次进行TCP三次握手   COTP   Setup// 连接部分封装一个方法，这个方法主要做检查连接状态，Connect的重连操作-》连接正常了  再做COTP  Setup建立连接// 第一种，在一个后台线程做连续的连接状态判断，// 第二种，在读写操作方法里调用这个方法Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);// 可以进行TCP通信 ，也可以进行UDP通信 // 1、进行TCP的三次握手    连接西门子PLC  默认102端口socket.Connect("192.168.151.200", 102);try{// 2、进行COTP的连接请求byte[] cotpBytes = new byte[] {// TPKT0x03,0x00,0x00,0x16,// COTP0x11,0xe0,// 连接请求0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,// Parameter-code0xc1,0x02,0x10,0x00,0xc2,0x02,0x03,0xFF,// 机架号和插槽号进行特殊的计算     机架0,插槽10xc0,0x01,0x0a};socket.Send(cotpBytes);int count = socket.Receive(new byte[22]);}catch (Exception ex){}// S7 Setup Communication    // 还有进行数据交换  PDUbyte[] setupBytes = new byte[] {// TPKT0x03,0x00,0x00,0x19,// COTP0x02,0xf0,// 数据传输0x80,// S7-Header0x32,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,// Parameter len0x00,0x08,// Data len0x00,0x00,// S7-Parameter0xf0,//   读:0x04    写:0x050x00,0x00,0x03,0x00,0x03,0x03,0xc0};socket.Send(setupBytes);// 百度网盘下载地址，包括模拟器，博途、安装视频// 已经建立好了通信，下一步进行数据的读写   DB   I  Q  M   // 读写的报文与响应解析，明天继续// V 区为什么读取不了？一会答疑的时候来讲// 做读写操作   发送特定指令   启停// 读哪个// DB2.DBW10-// 请求的是一个Word  Bit   5  DBW10.5 // BIT  BitAddr 可以是0-7任意数// Byte Word  DWord   BitAddr只是0int byteAddr = 10;int bitAddr = 0;// byteAddr = byteAddr << 3;byteAddr += bitAddr;byte[] readBytes = new byte[] {    //31+12  43   2B// TPKT0x03,0x00,0x00,0x2b,// COTP0x02,0xf0,// 数据传输0x80,// S7-Header0x32,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,// Parameter-Len0x00,0x1a,  //26个字节长度// Data-Len0x00,0x00,// S7-Paramter   26个字节0x04,// Read Var0x02,// 1个ITEM   涉及多读（不同存储区，分散存储的数据）// S7-Parameter-Item-10x12,0x0a,0x10,0x04,// 请求一个Word类型     0x02  Byte0x00,0x01,// 读取长度0x00,0x02,//DB块的编号0x84,// 区域类型// 把这个地址分成3个字节(byte)(byteAddr/256/256%256),(byte)(byteAddr/256%256),(byte)(byteAddr%256),// S7-Parameter-Item-2    读I2.1     12个字节0x12,0x0a,0x10,0x01,// 请求一个Word类型     0x02  Byte0x00,0x02,// 读取长度   ,读Bit   只能1个0x00,0x00,//DB块的编号0x81,// 区域类型// 把这个地址分成3个字节(byte)(((2<<3)+1)/256/256%256),(byte)(((2<<3)+1)/256%256),(byte)(((2<<3)+1)%256)// 肯定没有，固定的几个长度信息没有改  };socket.Send(readBytes);// 写// 下去}}
}
http://www.lryc.cn/news/2401791.html

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