codesysplc与python的socket“牵手”：开启工业控制无限可能

关键词：codesys、python、socket 通信、raspberry pi、工业物联网、实时数据采集、跨语言集成

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一、引言：让 plc 拥抱开放的编程世界

传统工业里，plc 稳守固定逻辑，精准执行控制任务。在工业物联网与智能制造浪潮下，工程师有了新期待：让 plc 与 python 等现代高级编程语言联手，将 plc 的稳定可靠与 python 的开放多元完美融合，从而释放出无限潜能。

本文将以一个精彩案例，展示 plc 程序通过 socket 请求，让树莓派上 python 服务器抓取实时天气数据并回传解析存储的奇妙过程，一起探索！

二、系统总体架构与数据流

系统由两个主要部分构成：

三、codesys 端：实现 plc 调用外部服务的关键逻辑

codesys中新建名为socket_fb的功能块(function block)，在plc主循环中调用。

3.1 功能块的引脚设计

socket_fb功能块引脚示意图

3.2 上升沿触发与一次通信周期

代码示例：

brisingedge := bsendtrigger and not btrigold;

btrigold := bsendtrigger;

plc 程序通过检测输入 bsendtrigger 的上升沿，触发一次完整的通信任务。这样可确保每次请求都是用户或外部事件驱动，不会连续触发导致网络阻塞。一旦触发在后续的程序中会依次执行以下命令：

周期初始化，清空所有状态变量；

创建 tcp socket；

连接到服务器；

发送命令；

等待并接收应答；

解析结果；

关闭连接。

这是一个典型的“事务式通信模式”，类似工业现场中“一次握手、一问一答”的数据采集流程。

3.3 周期初始化

代码示例：

if brisingedge then

bconnectok := false;

bsendok := false;

brecvok := false;

bdone := false;

srecvbuffer := '';

ierrorcode := errors.err_ok;

每次通讯开始前重置所有状态标志，清空接收缓冲区。

3.4 socket 通信核心流程

codesys 的 syssocket 库提供了底层网络访问能力：

(1) 创建socket：

代码示例：

hsocket := syssockcreate(socket_af_inet, socket_stream, socket_ipproto_tcp, adr(iresult));

codesys库syssockcreate文档

创建一个新的 socket，并返回该 socket 的句柄（handle）。这个句柄以后会作为参数传给其他套接字相关函数，例如 syssockbind、syssockconnect、syssocklisten、syssockaccept、syssocksend、syssockrecv、syssockclose 等。

参数：socket_af_inet, socket_stream, socket_ipproto_tcp是 codesys 系统库中定义的常量，初始值如下表所示。

(2)设置socket服务器地址

代码示例：

sockinetaddr_result := syssockinetaddr('127.0.0.1', adr(ipaddr));

if sockinetaddr_result = errors.err_ok then

addrserver.sin_family := socket_af_inet;

addrserver.sin_port := syssockhtons(5678);

addrserver.sin_addr.uladdr := ipaddr;

这段代码的作用是：将字符串形式的 ip 地址 "127.0.0.1" 转换为可用于网络通信的数值格式，并在转换成功后，设置服务器地址结构 addrserver 的基本参数：指定使用 ipv4 协议、端口号为 5678，并将目标 ip 地址设为 127.0.0.1，为后续建立 socket 连接做准备。

codesys库syssockinetaddr文档

在使用syssockconnect 前，需要把目标 ip（字符串）转换为可写入地址结构的二进制值。所以，syssockinetaddr 通常是网络通信初始化步骤中的一环。syssockinetaddr 的作用就是：把 "点分十进制" 的 ip 地址（例如 '127.0.0.1'）转成一个 32 位无符号整数（udint）形式。

在实际测试中使用的‘127.0.0.1’通过syssockinetaddr转换结果是16777343。一个 ipv4 地址本质上是 4 个字节（共 32 位）,把它转换为16进制按字节拼起来是0x7f000001。网络中数据是 big endian（高位在前），但大多数 plc/cpu（x86、arm）是 little endian（低位在前）。也就是说在内存中这 4 个字节的排列是反的：

网络字节序（标准）: 7f 00 00 01

plc内存（小端表示）: 01 00 00 7f

0x0100007f = (1 × 256^3) + (0 × 256^2) + (0 × 256) + 127= 16777343

codesys库sockaddress文档

sockaddress 结构用于在 codesys 中描述一个完整的网络通信地址，它包含了建立或识别网络连接所需的全部信息——包括地址族（如 ipv4）、端口号以及目标或本地的 ip 地址。该结构在调用syssockconnect函数时作为参数使用，用来告诉系统“我要与哪个 ip、哪个端口进行通信”。其中端口号需要通过 syssockhtons() 转换为网络字节序，ip 地址通常由 syssockinetaddr() 生成。简单来说，sockaddress 就是 codesys 中 socket 通信的“地址卡片”。

(3)建立socket连接

代码示例：

sockconnect_result := syssockconnect(hsocket, adr(addrserver), sizeof(addrserver));

这段代码的作用是：通过已创建的 socket (hsocket)，调用 syssockconnect() 函数，将其连接到由 addrserver 定义的远程服务器地址，并返回连接结果。

codesys库syssockconnect文档

syssockconnect是一个用于实现客户端连接socket服务器功能的功能块。使用时，需将传入socket句柄和包含服务器ip地址和端口号等信息的sockaddress结构等。函数执行后会返回一个rts_iec_result类型的值，用于指示连接操作是否成功，若返回0表示连接成功，可进行后续数据传输等操作，否则需根据返回值进行相应的错误处理。

(4) 发送命令

代码示例：

ssendbuffer := 'fun1';

if syssocksend(hsocket, adr(ssendbuffer), len(ssendbuffer), 0, adr(socksend_result)) >; 0 and socksend_result = errors.err_ok then

bsendok := true;

这段代码的作用是：plc通过已连接的socket发送字符串 “fun1”，并在确认发送成功后设置发送成功标志。

codesys库syssocksend文档

syssocksend 函数用于向已建立的 socket发送数据。hsocket 是先前创建并连接成功的 socket 句柄；adr(ssendbuffer) 提供发送缓冲区的内存地址；len(ssendbuffer) 指定要发送的数据长度；0 表示不使用额外的发送标志；adr(socksend_result) 用于接收运行时系统返回的错误码。函数返回成功发送的字节数。如果发送的字节数大于 0 且系统返回码 socksend_result 等于 errors.err_ok，则说明数据成功发出，于是程序将 bsendok 置为 true，表示发送完成。

(5) 接收数据

代码示例：

direcvbytes := syssockrecv(hsocket, adr(byrecvbuffer), sizeof(byrecvbuffer), 0, adr(sockrecv_result));

if direcvbytes >; 0 and sockrecv_result = errors.err_ok then

if direcvbytes >; sizeof(srecvbuffer) - 1 then

direcvbytes := sizeof(srecvbuffer) - 1;

end_if

sysmemcpy(adr(srecvbuffer), adr(byrecvbuffer), direcvbytes);

srecvbuffer[direcvbytes] := byte#0;

brecvok := true;

这段代码的主要作用是：从一个已建立的 tcp socket (hsocket) 中接收数据并保存到接收缓冲区中 (srecvbuffer)，并在成功接收后标记 brecvok := true。

codesys库syssockrecv文档

syssockrecv用于从 socket中接收数据。它通过指定的socket句柄 hsocket 从端口读取数据，并将接收到的字节写入由 pbybuffer 指向的接收缓冲区中，最大接收长度由 dibuffersize 限制。

codesys库sysmemcpy文档

sysmemcpy用于内存数据复制，其作用是将指定源地址 psrc 中的内容复制到目标地址 pdest，复制的字节数由参数 udicount 决定。

实际运行状态监控

网络传输底层不认识“字符串”，所有内容（包括文字、数字、图片）都要被转为字节流（byte stream）。byrecvbuffer 收到的就是这些 ascii/utf-8 字节，direcvbytes是接收到的字节数量。

codesys监控byrecvbuffer

byrecvbuffer接收到的字节数据前9个依次为：123，34，110，97，109，101，101，110，34。根据字符与字节（ascii / utf-8 编码）之间的关系，以上字节可转译为：{、"、n、a、m、e、e、n、"。

标准 ascii 或 utf-8 编码

文本的案例中接收到的完整字符串为：{"nameen": "baoshan", "temp": "23.9", "wde": "nw", "wse": "11km/h", "sd": "84%", "qy": "1015", "njd": "4km", "updatetime": "20:40", "rain": "0", "rain24h": "0", "aqi": "88", "aqi_pm25": "88", "weathere": "haze"}，共211字节，与监控的direcvbytes值一致。

(6) json 解析

代码示例：

s_nameen := getfieldvalue(srecvbuffer, 'nameen');

function getfieldvalue : string

...

spattern := concat(skey, '": "');

istart := find(ssrc, spattern);

...

getfieldvalue := left(stemp, iend - 1);

这段代码的主要作用是：从 ssrc 字符串中查找以 skey 为字段名的键值对，并提取该键对应的字符串值。类似从 ... "name": "alice", ... 中提取 alice 的功能。

虽然 plc 没有内置完整 json 解析器，但通过字符串查找函数即可实现简化版字段提取。这说明即便在嵌入式 plc 环境中，也可以通过基础字符串操作解析网络数据。解析完成后，plc 将天气各项指标写入输出变量，如：

s_temp := getfieldvalue(srecvbuffer, 'temp');

s_windspeed := getfieldvalue(srecvbuffer, 'wse');

s_humidity := getfieldvalue(srecvbuffer, 'sd');

s_weather := getfieldvalue(srecvbuffer, 'weathere');

这些变量可用于显示在 hmi、记录数据库、或驱动后续控制逻辑。

(7) 关闭socket

syssockclose(hsocket);

关闭已创建的套接字 hsocket，释放与该套接字相关的系统资源，结束该网络连接。

四、python 端：codesys 的“外部智能助手”

4.1 设计思路

python 在此系统中扮演“中间件服务层”角色。plc 不直接访问互联网，而是请求 python 服务端，由 python 完成网络请求与数据解析任务，再将结果以简洁 json 返回。

这既保证了：

plc 稳定、安全（不直接暴露外网请求）；

python 灵活、强大（可访问任意 api 或算法）。

这种设计模式是“plc + 外部语言”协同的典型结构。

本文案例以python监听socket端口，接收来自plc的命令来执行获取当前天气数据的功能，并且将天气数据返还给plc进行解析。

4.2 主要功能模块

(1) 天气数据抓取

代码示例：

def get_weather_data():

url = f"https://d1.weather.com.cn/sk_2d/101020300.html?_{int(time.time() * 1000)}"

headers = {

'referer': 'https://e.weather.com.cn/',

'user-agent': 'mozilla/5.0'

}

response = requests.get(url, headers=headers, timeout=10)

return parse_weather_data(response.text)

这段代码的作用是：python 使用 requests 库访问气象网站，提取返回数据包中的 json 数据段。

解析后得到标准字典对象，例如：

{

"nameen": "pudong",

"temp": "26",

"wde": "east",

"wse": "3.4",

"sd": "65%",

"qy": "1012"

}

(2) 端口监听

def handle_client(conn, addr):

data = conn.recv(2048).decode('utf-8').strip()

if data == "fun1":

weather_data = format_weather_data(get_weather_data())

reply = json.dumps(weather_data, ensure_ascii=false)

conn.sendall(reply.encode('utf-8'))

python 服务监听端口 5678，一旦接收到 "fun1"，便执行天气抓取并回传 json。采用多线程模式，保证可以同时服务多个 plc 连接。

4.3 codesys 与 python 的契约：数据格式 + 通信协议

通过这种契约，plc不需要理解python，只需发命令并解析字符串即可。这正是 “codesys 调用 python” 的精髓：plc 不直接运行 python 代码，但通过 socket 请求 → python 执行 → 结果返回，实现了间接调用。

五、实验结果与运行验证

实验环境：

硬件：raspberry pi 4b + 2gb ram

操作系统：raspberry pi os (64-bit)

codesys 版本：3.5 sp21

python 版本：3.11

网络：同机运行（127.0.0.1）

运行效果：

1. 启动 python 服务器：

[服务器启动] 正在监听 127.0.0.1:5678

树莓派python

2. 在 codesys 中触发 bsendtrigger 上升沿：

bconnectok = true

bsendok = true

brecvok = true

s_temp = "26"

s_windspeed = "3.4"

s_humidity = "65%"

bdone = true

codesys在线监控

3. codesys可视化界面显示：

codesys可视化界面

验证：通信成功，数据解析正确。

六、codesys 与 python 协同的技术意义

6.1 打破 plc 封闭边界

传统 plc 依赖专有协议和有限的函数库，难以直接与云端 api 或第三方系统交互。通过 syssocket，codesys 实现了跨语言通信的“开放接口”，使 plc 能够访问：

web 服务（restful api）

本地算法服务（python、c/c++）

数据库代理（通过 python、node.js 等）

6.2 各取所长的架构优势

这是一种工业界常见的分层架构：plc 负责“控制”，python 负责“智能”。

七、扩展应用方向

(1)工业 iot 数据融合

可将 python 改为接入 mqtt、modbus、opc ua 等接口，plc 作为订阅者。

(2)ai 辅助控制

python 端可运行机器学习模型，根据实时天气预测能耗或生产计划，再通过 socket 返回控制参数。

(3)边缘计算节点

树莓派同时运行 plc 与 python，形成“混合智能边缘设备”，既具实时性又具云连接能力。

(4)云服务接口

可替换天气 api 为任意 web 服务（设备管理、能源监控、物流状态等），实现 codesys 与云端系统的数据桥接。

八、结语：codesys 与 python 的融合之路

本文以“codesys 获取实时天气数据”为案例，完整展示了：

l 如何在树莓派上运行 codesys runtime；

l 如何用 iec 61131-3 语言建立socket通信；

l 如何通过 python 服务器实现外部数据访问；

l 以及两者协作实现“plc 调用 python”的机制。

这不是简单的网络实验，而是一个工业控制新时代的缩影。plc 不再局限于封闭的逻辑循环，而是可以与 ai、云端、web 世界自由交互。python 也不只是桌面脚本，而能成为工业现场的“智慧补脑”。

这种模式预示着未来工业控制系统的方向：控制逻辑与数据智能的融合，实时性与开放性的统一。