MQTT协议网关网口连接西门子SMART200PLC

前言：MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议的特点是轻量、简单、开放和易于实现的，同时，西门子PLC广泛应于工业控制领域，是一款性能高、稳定性强的PLC设备。

此文档将介绍如何使用MQTT协议网关串口连接西门子200SMART PLC，将PLC的数据通过MQTT协议传输到阿里云MQTT数据平台，用户可以在阿里云的MQTT台上实时接收到200SMART PLC的数据，实现将PLC数据上云，远程监控数据的功能。

使用流程

流程如下，首次使用网关按照以下流程就可以实现将的PLC数据上传到阿里云的MQTT服务器，实现数据采集。

下文将按照此流程分步进行介绍说明。

准备工作

需要准备如下物品

1)    西门子200SMART PLC一台

2)    MQTT协议网关一台，天线和电源适配器（以下用LF220作为实例）。

3)    SIM卡一张，有流量，大卡(移动，联通或者电信卡)。

4)    联网电脑一台（WinXP/Win7/Win8/Win10操作系统）。

5） 能登录阿里云的账号（本文以新开通的账号为例）。

6)    USB转RS232线、网线、电工工具、导线若干。

LF220网关准备工作

网关相关技术参数与使用说明，可参考《LF220边缘计算网关使用手册V1.1》。

保证网关可以正常联网，可通过4G卡（移动/联通/电信流量卡，大卡）联网（需接上随网关附带的天线）或通过网线联网（需将路由器出来的网线接到网关的WAN口）；

网关接12V或24V直流电源，上电。（注意，电源正负极不要接反）。

PLC准备工作

PLC连接电源（注意电源是24VDC还是220VAC），将PLC网口和LF220的LAN口用网线连接起来。

电脑的准备工作

电脑安装“蓝蜂MQTT网关配置工具压缩包”。

进入蓝蜂官网（https://www.lanfengkeji.com/），点击【资源中心】→【技术手册】→【蓝蜂MQTT网关配置工具压缩包】，如图：

也可进入如下地址进行下载：

https://download.s21i.faiusr.com/6318546/0/2/ABUIABBQGAAgmrfnkwYolNWLDw?f=%E8%93%9D%E8%9C%82MQTT%E7%BD%91%E5%85%B3%E9%85%8D%E7%BD%AE%E5%B7%A5%E5%85%B7%281%29.rar&v=1652153359

※本客户端为免安装客户端，下载后请使用解压软件进行解压缩操作，打开解压缩后的文件夹，双击“蓝蜂MQTT网关配置工具.exe”文件，即可启动蓝蜂MQTT网关配置工具。

使用方式：启动蓝蜂MQTT网关配置工具，会开启命令行窗口并启动电脑内默认浏览器，在浏览器内进行配置操作，请勿关闭已打开的命令行窗口，或修改浏览器内地址，否则将无法正常使用配置工具。

推荐浏览器：Chrome浏览器，Edge浏览器，360浏览器。

不推荐浏览器：不推荐使用IE浏览器，火狐浏览器，世界之窗浏览器。

MQTT服务器准备工作

需要准备一台MQTT服务器，实体服务器、云服务器（阿里云、华为云等）均可。使用云服务器，需要配置网关的MQTT上报脚本，必须要满足云服务器的格式。

本文以阿里云服务器介绍。

进入阿里云IoT平台官网（https://www.aliyun.com/），登录账号，然后点击右上角控制台。

进入控制台后，选择【产品与服务】→【物联网平台】。或直接搜索“物联网平台”。

注：第一次使用阿里云 IoT 平台物联网服务器需要先开通服务才能使用，跟随界面提示点击即可。

这样就可以进入阿里云的物联网平台。“公众实例”平台是免费的。

阿里云IoT平台配置步骤

成功登陆阿里云IoT平台以后，需要进行配置，按照如下步骤操作。

创建产品

点击实例，可进入实例详情，点击【设备管理】→【产品】→【创建产品】，如图。

【产品名称】：可自定义填写，会在“设备所属产品”中进行展示。

【所属品类】：本案例选择自定义品类，自定义功能。标准品类时，可选择与自己产品设备相近的模型，选择后系统可自动为您创建必选功能，也可根据需要添加可选功能和自定义功能。

【节点类型】：选择直连设备

【联网方式】：蜂窝（2G/3G/4G/5G）

【数据格式】：ICA标准数据格式（Alink JSON）

【校验类型】和【认证方式】保持默认即可。

添加设备

创建产品完成后，点击确认，可进行添加设备，点击“前往添加”。

【DeviceName】建议填写蓝蜂网关sn编号，可方便后续对配置文件进行导入导出操作，也可以自定义名称。

【备注】可不写。

完成后点击【确认】按钮后，可在设备列表中看到添加的设备。

点击【查看】按钮，可查看设备的连接参数以及其他详细信息。

【DeviceName】和【ProductKey】需要记录下来，在之后的配置过程中会用到。

配置阿里云IoT平台物模型

此步骤类似于在平台创建变量。只有添加了变量以后，平台才会将这些数据进行展示。

在阿里云IoT平台，点击【产品】，找到我们刚刚创建的产品，点击查看按钮，如图：

进入产品中，点击【功能定义】→【编辑草稿】。

进入编辑草稿页面，点击【添加自定义功能】，可根据自己需求进行变量创建。

这里我们添加属性，添加温度，湿度和开关三个变量，如图：

注意：数据类型需要根据设备每个属性的实际情况进行选择，在后面使用蓝蜂MQTT网关配置工具配置时，需要与之进行匹配。

区别于EMCP物联网云平台，此处不需要填写变量的地址，数据是根据“标识符”来展示的。建议在创建变量后将创建的“变量名称”、“标识符”、“数据类型”记录下来，如下表。在之后的蓝蜂MQTT网关配置工具中会用到。

添加完成后，列表中可看到我们添加的3个属性，点击左下角发布上线。

注：

如果想要修改创建好的功能类型，点击编辑草稿即可。

如果想要创建新的模块（类似于变量的分组）点击编辑草稿→添加模块即可。

每个产品中可以有多个设备，共用所有的模块（变量）信息。举例：我有10台设备在同一个产品下，默认模块中设置了3个变量。在通讯正常时，10台设备都会采集这3个相同的变量进行展示。

获取连接阿里云IoT平台的参数

点击【设备】，找到刚刚创建的设备，点击后方的【查看】如图

非常重要。在后面使用蓝蜂MQTT网关配置工具配置网关登陆时（4.3节处）需要按照此处信息填写。这个界面刷新后会变化，建议在配置网关时打开，复制粘贴即可。

至此，按照如上步骤，对于阿里云平台的设置就完成了。

总结：

关于变量：在阿里云平台中创建变量完成后，必须要知道设备的“DeviceName”、“ProductKey”、“变量名称”、“标识符”、“数据类型”。

关于MQTT连接参数：非常重要，此为网关登录阿里云IoT平台的参数。

MQTT网关登陆平台配置步骤

首次使用蓝蜂网关进行连接MQTT服务器时，必须使用电脑与网关232串口连接，只有RS232口可以配置网关。接线如下：

登录

打开“蓝蜂MQTT网关配置工具”，此处必须使用本地串口配置的方式进行配置，如图：

使用232串口，将网关的RS232口使用USB转232线接到电脑串口上，同时填写配置参数，包括选择通讯口，波特率，数据位，数据校验，停止位。默认参数为115200，8，无，1。

【通讯口】：选择正确的串口号，可在电脑的“设备管理器”中查看。本机为COM4。

【读取网关串口参数】：如果对于串口参数并不了解，可点击“读取网关串口参数”按钮，客户端会主动搜索并填入已选中的串口的参数。前提是必须选择正确的通讯口。

【记住配置】：点击“记住配置”按钮后，会记住当前配置，避免每次进入时需要重新配置的问题，再次进入时可直接进行连接操作。

点击“立即连接”按钮，稍等片刻即可进入网关配置工具进行配置。

网关概况

当连接成功后，即可进入网关配置页面，对网关进行相应的配置。

关于网关基本信息的具体介绍，见《蓝蜂MQTT网关配置工具使用说明V1.0》第4.1节。

关于日志设置，强烈建议在非调试阶段关闭全部日志配置，长时间开启日志会影响网关性能。

注意：LF220最多支持添加500个变量，16个驱动。

MQTT连接配置

MQTT配置页面可用于填写MQTT服务器参数，具体介绍内容见《蓝蜂MQTT网关配置工具使用说明V1.0》第4.2节。首次拿到网关需要进行MQTT连接配置，可用于配置连接的MQTT服务器的参数。配置完成后，网关即可连接MQTT服务器，如图：

此处所有的配置是从阿里云平台处获取的（见3.4节内容），复制时不要添加或删除任何字符，否则将无法连接阿里云MQTT平台。填写完成后点击保存按钮，需要重启网关，配置才会生效，同时需要重新登录配置工具。

驱动管理

驱动管理用来配置网关与下位机的驱动管理，支持创建/编辑，删除驱动，设置通讯口配置信息等，如图。由于是第一次配置，此处为空，需要进行添加驱动的操作。

【通讯口配置】：点击通讯口配置下面有3个通讯端口项，【RS232】、【RS485】和【LAN】，分别对应网关上的3个数据通讯端口，3个通讯口可以同时和下位机进行通讯。可按照需要对相应通讯口进行配置。

我们需要使用网线与PLC进行通讯，所以需要配置网口的参数。如下图。本案例中，PLC的IP地址为192.168.1.55。

同时，建议使用手动设置IP的方式。需要填写和PLC同一网段的地址，任意即可，这里填写192.168.1.10，子网掩码为255.255.255.0。

【+新增】：点击此处创建驱动，可根据实际使用需求进行选择填写。

【驱动名称】：自定义。不限中英文，不限标点符号，包括空格，最大支持20个字。

【品牌】、【型号】：根据需要选择品牌型号，网关会根据您选择的品牌型号的专有协议跟设备进行通讯。本案例连接西门子200SMART PLC，所以【品牌】选择“西门子”，【型号】选择“S7-200 SMART”。

【IP地址】：必填项，填写PLC的IP地址。

【端口号】：西门子默认为102。

完成后点击确定即可看到新创建的驱动。

变量管理

首先我们需要拿到PLC端的地址表， 此处的【寄存器类型】和【寄存器地址】需要和PLC的地址表一致。地址表见后方说明。

注意：此处的【变量标识（key）】需要和阿里云MQTT平台中填写的一致且区分大小写。见3.3节表格。

注：

1、网关会将创建的所有变量上传到阿里云IoT平台，由IoT平台根据标识符来判断数据是否采集、展示。

2、MQTT网关配置工具支持变量的复制/导入/导出功能，使用【复制】可以快速添加变量。

具体内容介绍见《蓝蜂MQTT网关配置工具使用说明V1.0》第4.5.2节和4.5.3节。

※变量名称说明：

【仪表、PLC】：必填，选择刚才创建的西门子smart200即可。

【变量表示（key）】：必填，自定义即可。注意不能有重复的名称。

【寄存器类型】：必填，填写对应西门子smart200PLC的寄存器类型。

【寄存器地址】：必填，与实际寄存器地址一致。具体可见下方地址表示例。

【数据类型】：必填，根据实际需要选择即可。

【死区设置】：具体内容见后方“？”。

【读写方式】：可根据需求自行修改该寄存器的读写方式，默认为只读。

【采集公式】：可根据需求自行编写公式，需要使用英文字符。具体内容介绍见《蓝蜂MQTT网关配置工具使用说明V1.0》第4.5.4节。

地址表示例：

数据上报和写入配置

由于阿里云IoT平台是有自己独立的数据上报格式的，我们需要在“蓝蜂MQTT网关配置工具”中对这一部分进行编辑。

数据上报配置设置

配置步骤

打开阿里云平台，点击【产品】→【查看】，如图：

进入产品后，点击【topic类列表】-【物模型通信topic】，即找到属性上报主题，如图

其中“ /sys/ gqbaihhDlTb /${deviceName}/thing/event/property/post”中的gqbaihhDlTb是IoT平台自动生成的，需要改成自己设备的ProductKey。为3.2节中标出需要记录的ProductKey。

主题中的通配符${deviceName}需要替换成我们这个产品中创建的设备的DeviceName。我们的示例在阿里云IoT平台创建的设备的DeviceName为网关sn编号，而在蓝蜂配置工具中可使用通配符${sn}代替sn编号。

因此我们的上报主题为/sys/gqbaihhDlTb/${sn}/thing/event/property/post

我们将该主题写入数据上报配置中的上报主题中，如图：

【上报方式】：可按需求选择定时上报或变化上报，此文档以定时上报为例。

※【加工脚本】如下，复制粘贴即可，一般不需要进行修改：

function reportToJson(signalArray, system){

    var json ={

        id: system.msgId,

        version:"1.0",

        sys:{ ack : 0},

        method: "thing.event.property.post",

        params:{}

    }

    var time = new Date().getTime();

    for(var i=0; i<signalArray.length; i++){

        var signal = signalArray[i];

        json.params[signal.key] = {

            time:time,

            value:Number(signal.value)

        }

    }

    return JSON.stringify(json);

}

点击确定按钮，配置完成，需要重启网关，配置才会生效，将网关接入设备后，采集到的数据就可上报到阿里云IoT平台了。

查看数据

当设备采集到数据并上报到阿里云IoT平台后，我们可以在阿里云IoT平台，点击设备，找到我们接入的设备。

点击查看按钮，进入设备详情中，点击物模型数据，便可查看到我们采集到的数据，如图：

点击查看数据按钮，可查看该属性的历史数据详情，如图：

写变量配置

操作步骤

从阿里云IoT平台向设备写入数据，需要在蓝蜂MQTT网关配置工具中对写入进行配置。

点击【数据传输配置】-【写变量配置】，我们可在写变量配置中设置请求和响应主题，在阿里云IoT平台打开对应设备的topic列表找到属性设置topic，如图：

进入产品后，点击【topic类列表】-【物模型通信topic】，即找到属性设置主题，如图：

其中“/sys/ gqbaihhDlTb /${deviceName}/thing/service/property/set”中的gqbaihhDlTb是IoT平台自动生成的，需要改成自己设备的ProductKey。为3.2节中标出需要记录的ProductKey。

主题中的通配符${deviceName}需要替换成我们这个产品中创建的设备的DeviceName。

我们的示例在阿里云IoT平台创建的设备的DeviceName为网关sn编号，而在蓝蜂配置工具中可使用通配符${sn}代替sn编号。

因此我们的请求主题为：/sys/gqbaihhDlTb/${sn}/thing/service/property/set，

响应主题为：/sys/gqbaihhDlTb/${sn}/thing/service/property/set_reply

我们将请求主题和响应主题写入写变量配置中的请求和响应主题中，如图：

※【请求解析脚本】如下，复制粘贴即可，一般不需要进行修改：

function writeReqToJson(str){

    if(str!=""){

    var req = JSON.parse(str)

    var keys = Object.keys(req.params)

    var key = keys[0]

    var msgId = req.id

    var json = { key: key, value:req.params[key]+"",msgId:msgId}

    return JSON.stringify(json)

    }   

       return {}

}

※【响应加工脚本】如下，复制粘贴即可，一般不需要进行修改：

function writeRespToJson(signal, system){

    var json = {

        "code": 200,

         "data": {},

         "id": system.msgId,

         "message": "success",

         "version": "1.0"

    }

    return JSON.stringify(json)

}

点击确定按钮，配置完成，需要重启网关，配置才会生效，将网关接入设备后，就可以从阿里云IoT平台直接控制设备，进行写入数据了。

向设备写入数据

打开阿里云IoT平台，点击【监控运维】→【在线调试】，选择我们想要写入数据的设备，如图：

找到想要写入数值的属性，我们此处对温度进行写入数值36，如图：

设置成功后，在阿里云IoT平台数值查看处我们也可以看到我们写入成功的数据，如图。

注意：

点击“获取”时，获取到的值是阿里云平台最后一次成功通讯的值。即使获取成功，也不能说明网关和下位机通讯正常。

连接阿里云IoT平台时建议将网关的“透传设置”、“采集异常设置”、“状态上报设置”关闭。

注意事项

1、LF220网关暂时不支持web配置页，目前暂时不能设置交换机和路由器模式。

2、在打开蓝蜂MQTT网关配置工具之后，请勿关闭已打开的命令行窗口，或修改浏览器内地址，否则将无法正常使用配置工具。

3、配置成阿里云服务器以后，再次配置网关时只能使用RS232转USB本地配置，不能使用在线配置。

4、配置LF220网关参数时必须要和阿里云服务器中设置的一致。

5、阿里云服务器（或其他服务器）有自己固定的格式，需要编写对应的脚本。阿里云服务器脚本按照文档中填写的即可，可以直接复制粘贴。

6、如果串口232是7位时，串口连接点击升级，升级成功客户端不会提示升级成功，但是网关实际会升级成功。

7、蓝蜂MQTT网关配置工具的网关编码格式为UTF-8。

8、兼容性：win7, win10, win11系统，不支持winxp及更低版本windows系统，不支持linux、MacOS、android和ios系统。