Siemens PPI協(xié)議分析
大家好：由于前段時間的瘋狂的研究西門子PPI協(xié)議解密之故，所以無心插柳的研究出了較實(shí)用的西門子S7-200 PPI協(xié)議，今天奉獻(xiàn)大家。我們經(jīng)常要用于上位機(jī)、現(xiàn)場設(shè)備與S7-200CPU之間的通訊，但是西門子公司沒有公布PPI協(xié)議的格式，用戶如果想使用PPI協(xié)議監(jiān)控，必須購買其監(jiān)控產(chǎn)品或第三方廠家的組態(tài)軟件。大家要知道國內(nèi)的組態(tài)王、紫金橋、力控等等組態(tài)公司是花了多少錢才得到的PPI的深層協(xié)議嗎？其實(shí)西門子工控產(chǎn)品的超高價壟斷掠奪行為已經(jīng)引起了我們國家及業(yè)內(nèi)人士的抵制和抗議，他們的什么軟件都需要授權(quán)且對于系統(tǒng)的霸道性是有目共睹的。
這樣給用戶自主開發(fā)就帶來了一定的困難，特別是想用VB、VC等語言自行開發(fā)，根本沒辦法接入PLC，要么你大把掏錢給他們。我是通過一個串口監(jiān)視軟件的數(shù)據(jù)監(jiān)視與分析，找出了PPI協(xié)議的關(guān)鍵報文格式所在。
其實(shí)西門子S7-200 PLC之間或者PLC與PC之間通信有很多種方式:自由口，PPI方式，MPI方式，Profibus方式。使用自由口方式進(jìn)行編程時，在上位機(jī)和PLC中都要編寫數(shù)據(jù)通信程序。使用PPI協(xié)議進(jìn)行通信時，PLC可以不用編程，而且可讀寫所有數(shù)據(jù)區(qū)，快捷方便。這也是我們之所以要研究、找出PPI協(xié)議的源動力！
下面我們就要說說分析的方法了！
西門子的STEP 7 MicroWIN 是用于S7-200系列PLC的開發(fā)工具，它使用PC機(jī)上的COM口通過一條PC/PPI編程電纜連到PLC的編程口上。這說明，PC實(shí)際上是可以通過串口同S7-200 CPU通訊。只是我們不知道通訊協(xié)議而已。通過截獲PC機(jī)串口上的收發(fā)數(shù)據(jù)，對照Step 7軟件發(fā)出的指令，我們就有可能分析出有關(guān)指令的報文和通訊方式；然后，直接通過串口向PLC發(fā)送報文，以驗(yàn)證這些指令報文是否正確。本著這一思想，我們采用以下步驟獲得這些報文。
你首先下載上面那個英文的串口監(jiān)控軟件，英文不好的網(wǎng)友可以使用我們?yōu)槟銤h化的漢化包，替換原文件即可，你必須使用這個軟件，因?yàn)槲蚁惹笆褂眠^很多的監(jiān)控軟件，在收發(fā)數(shù)據(jù)很多的情況下都有死機(jī)現(xiàn)象，造成數(shù)據(jù)丟失，容易給我們錯誤分析。接下來你先打開這個軟件，新建、選擇端口COM1,然后再將PC/PPI編程電纜接在COM1上，這樣，Step7 Micro/Win發(fā)給PLC的報文就可以在監(jiān)視軟件上完全裸露的展現(xiàn)在你的面前了。我們按S7-200系統(tǒng)手冊設(shè)置好串口參數(shù)：9600，8，E偶校驗(yàn)，1位停止位。然后設(shè)置好Step7軟件，使之能與S7-200 CPU正常通訊。從Step7軟件中發(fā)出一個明確指令，監(jiān)視軟件就能顯示這條報文了（用16進(jìn)制顯示，ASCII碼的只能看到幾個版本號之類的，其他都沒有意義）。
我們的破解策略就是通過軟件監(jiān)視的方法，分析PLC內(nèi)部固有的PPI通訊協(xié)議，然后上位機(jī)采用VB編程，遵循PPI通訊協(xié)議，讀寫PLC數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作任務(wù)。這種通訊方法，與一般的自由通訊協(xié)議相比，省略了PLC的通訊程序編寫，只需編寫上位機(jī)的通訊程序資源。S7-200的編程口物理層為RS-485結(jié)構(gòu)，SIEMENS提供MicroWin軟件，采用的是PPI(Point to Point)協(xié)議，關(guān)于232串口轉(zhuǎn)485你可以采用我們網(wǎng)站開發(fā)研制的自制PPI電纜，效果倍好哦!
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不能光說不練啊！下面我們就說說西門子PLC到底是怎么通訊的。
PC與PLC采用主從方式通訊，PC按如下文的格式發(fā)讀寫指令，PLC作出接收正確的響應(yīng)（返回應(yīng)答數(shù)據(jù)E5H或F9H見下文分析），上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)命令（10 02 00 5C 5E 16），PLC再返回給上位機(jī)相應(yīng)數(shù)據(jù)。一般上位機(jī)要連接PLC就要先發(fā)送如下尋呼數(shù)據(jù) 10 02 00 49 4B 16 同志們吶！我們可都是有血、有肉、有思想、有靈感的高級動物啊，面對這么多枯燥、無味、復(fù)雜、混亂的機(jī)器數(shù)字你怎么記呢？反正我是記不住啊！（^_^開始洗腦）這時你可以閉上眼睛，安靜、靜、再靜。。。。。。想一想戰(zhàn)爭時期的戰(zhàn)地對講機(jī)通話模式，那么這個初始的尋呼指令（10 02 00 49 4B 16）就可以理解為：“洞兩洞兩（02），我是洞洞（00），聽到請回答，聽到請回答！over！”。
現(xiàn)在我們來簡單的分析一下這個指令的具體含義： 10起始符，咳嗽一聲要開始講話的意思。02是上位機(jī)要聯(lián)系的下位機(jī)PLC的地址站號，就是要找的人。 00就是上位機(jī)電腦本身自己的站號。49尋呼指令，呼叫尋找的意思。16終止符，over、完畢、結(jié)束的意思。 其中4B為校驗(yàn)碼，防止數(shù)據(jù)傳輸出錯而設(shè)計的，它是這樣得來的：02+00+49和的最后兩位就是校驗(yàn)碼，這就是所說的偶校驗(yàn)或稱和校驗(yàn)也稱余校驗(yàn)，因?yàn)槿〉氖浅?00后的余數(shù)。計算器在16進(jìn)制計算時公式（02+00+49）mod 100得出的數(shù)就是校驗(yàn)碼，你計算一下是不是等于4B啊！其他的所有PPI協(xié)議校驗(yàn)都是如此。假如02站號的PLC收到尋呼信號那么會回答： 10 00 02 00 02 16 意思是：“報告洞洞（00） ，洞兩（02）收到，請指示，over！” 這樣的解釋是不是很好理解啊！你有更好的解釋嗎？既然找到了要找的人，接下來PC上位機(jī)電腦，就是司令啦！就可以發(fā)號施令了。這時上位機(jī)發(fā)出一條指令，這個指令下面詳細(xì)解說，發(fā)號施令后如果PLC正確接收就會返回 E5 字符，意思是：“明白！”。其實(shí)啊，說到這里PLC只說他明白，他已經(jīng)明白了上位機(jī)PC的指示，但并沒有執(zhí)行命令，那么要怎么他才執(zhí)行命令呢？就是上位機(jī)PC發(fā)出確認(rèn)命令后才執(zhí)行。這時上位機(jī)會發(fā)出確認(rèn)指令（10 02 00 5C 5E 16），這里的5C是執(zhí)行指令，意思是：“請洞兩立即執(zhí)行，over！”。然后PLC就干他該干的工作了！原來PLC也不容易啊，怪不得叫下位機(jī)呢！就是下人的意思！
說了這么多亂不亂吶？目的就是要理清上下級關(guān)系、主從關(guān)系，指令的順序，用一個好的記憶方法記住枯燥無味的機(jī)器碼。
下面我們列表分析讀取PLC密碼的指令：68 1B 1B 68 02 00 6C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 00 04 01 12 0A 10 02 00 08 00 00 03 00 05 E0 D2 16
讀命令分析：一次讀一條數(shù)據(jù)
1.開始定界符(68H)
2.報文數(shù)據(jù)長度
3.重復(fù)數(shù)據(jù)長度
4.開始定界符(68H)
5.遠(yuǎn)程目標(biāo)地址，指該地址的值，就是PLC的地址
6.本地地址，指該地址的指針，就是上位機(jī)自己的地址
7.功能碼，5CH為交替周期觸發(fā)，6CH為首次信息周期觸發(fā)，7CH為交替周期觸發(fā)。
8-17.目的服務(wù)存取點(diǎn)
18-22.源服務(wù)存取點(diǎn) 18位分析：01:位排列 02:字節(jié)排列 04:字排列 06:雙字排列
23-31.數(shù)據(jù)單元
32.校驗(yàn)碼
33.結(jié)束分界符（16H）
報文數(shù)據(jù)長度和重復(fù)數(shù)據(jù)長度為自DA至DU的數(shù)據(jù)長度，校驗(yàn)碼為DA至DU數(shù)據(jù)的和校驗(yàn)，只取其中的末字節(jié)值關(guān)于這個校驗(yàn)碼的計算方法同上面說明。
在讀寫PLC的變量數(shù)據(jù)中，讀數(shù)據(jù)的功能碼為 6CH，寫數(shù)據(jù)的功能碼為 7CH。
對于一次讀取一個數(shù)據(jù)，讀命令都是33個字節(jié)。前面的1—22字節(jié)是相同的，為
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
起始符 | 長度 | 起始符 | 遠(yuǎn)程 | 本地 | 功能碼 | | | 通訊編號 | 參數(shù)長度 | | | 04讀05寫 | 排列格式 |
68 | 1B | 1B | 68 | 02 | 00 | 6C | 32 | 01 | 00 | 00 | 00 | 88 | 00 | 0E | 00 | 00 | 04 | 01 | 12 | 0A | 10 |
讀取PLC密碼的指令：68 1B 1B 68 02 00 6C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 00 04 01 12 0A 10 02 00 08 00 00 03 00 05 E0 D2 16
23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |
讀取長度 | 數(shù)據(jù)個數(shù) | 存儲器類型 | 偏移量 | 校驗(yàn)碼 | 終止符 |
02 | 00 | 08 | 00 | 00 | 03 | 00 | 05 | E0 | D2 | 16 |
因?yàn)槭荘C上發(fā)的讀PLC數(shù)據(jù)的命令，SA=00，DA=02，如果有多個站，DA要改成相應(yīng)的站號。讀命令中從DA到DU的長度為1B即27個字節(jié)。從23字節(jié)開始根據(jù)讀取數(shù)據(jù)的類型、位置不同而不同。上表是讀不同存儲器命令的Byte23—33。
字節(jié) | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |
功能 | 讀取長度 | 數(shù)據(jù)個數(shù) | 存儲器類型 | 偏移量 | 校驗(yàn)碼 | 終止符 |
讀Q0.1 | 01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 82 | 00 | 00 | 00 | 64 | 16 |
讀M0.0 | 01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 83 | 00 | 00 | 00 | 65 | 16 |
讀M0.1 | 01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 83 | 00 | 00 | 01 | 66 | 16 |
讀SMB34 | 02 | 00 | 01 | 00 | 00 | 05 | 00 | 00 | 01 | F9 | 16 |
讀VB100 | 02 | 00 | 01 | 00 | 01 | 84 | 00 | 03 | 20 | 8B | 16 |
讀VW100 | 04 | 00 | 01 | 00 | 01 | 84 | 00 | 03 | 20 | 8D | 16 |
讀VD100 | 06 | 00 | 01 | 00 | 01 | 84 | 00 | 03 | 20 | 8F | 16 |
讀I0.5 | 01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 81 | 00 | 00 | 05 | 68 | 16 |
讀I0.7 | 01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 81 | 00 | 00 | 07 | 6A | 16 |
上表讀命令的Byte23-33從表中我們可以得出以下結(jié)果：
Byte 23 讀取數(shù)據(jù)的長度
01：1 Bit 02：1 Byte
04：1 Word 06：Double Word
Byte 25數(shù)據(jù)個數(shù),這里是01 ，一次讀多個數(shù)據(jù)時見下面的說明。
Byte 27 存儲器類型，01：V存儲器 00：其它
Byte 28 存儲器類型
04：S 05：SM 06：AI 07：AQ 1E: C
81：I 82：Q 83：M 84：V 1F: T
Byte 29,30,31存儲器偏移量指針（存儲器地址*8），如：VB100，存儲器地址為100，偏移量指針為800,轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制就是320H,則Byte 29—31這三個字節(jié)就是：00 03 20。
Byte 32 校驗(yàn)和，前面已說到這是從(DA+SA+DSAP+SSAP+DU) Mod 256 。
一次讀多條數(shù)據(jù)
對于一次讀多個數(shù)據(jù)的情況，前21Byte與上面相似只是長度LD，LDr及Byte 15不同：
Byte 15 數(shù)據(jù)塊占位字節(jié)，它指明數(shù)據(jù)塊占用的字節(jié)數(shù)。與數(shù)據(jù)塊數(shù)量有關(guān)，長度=4+數(shù)據(jù)塊數(shù)*10,如：一條數(shù)據(jù)時為4+10=0E(H)；同時讀M,V,Q三個不同的數(shù)據(jù)塊時為4+3*10=22(H)。
Byte 23 總是02 即以Byte為單位。
Byte 25 以字節(jié)為單位，連續(xù)讀取的字節(jié)數(shù)。如讀2個VD則Byte25=8
Byte 19---30 按上述一次讀一個數(shù)據(jù)的格式依次列出，
Byte 31---42 另一類型的數(shù)據(jù)，也是按上述格式給出。
以此類推，一次最多讀取222個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
寫命令分析：
一次寫一個Double Word類型的數(shù)據(jù)，寫命令是40個字節(jié)，其余為38個字節(jié)。寫一個Double Word類型的數(shù)據(jù)，前面的1—22字節(jié)為 ：
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 15 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
開始符 | 長度 | 開始符 | 遠(yuǎn)程 | 本地 | 功能碼 | | | | | | | | | | | | | | | |
68 | 21 | 21 | 68 | 02 | 00 | 7C | 32 | 01 | 00 | 00 | 00 | 00 | 00 | 0E | 00 | 00 | 04 | 01 | 12 | 0A | 10 |
68 23 23 68 02 00 6C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 00 04 01 12 0A 10
寫一個其它類型的數(shù)據(jù)，前面的0—21字節(jié)為 ：（與上面比較，只是長度字節(jié)發(fā)生變化）
68 21 21 68 02 00 6C 32 01 00 00 00 00 00 0E 00 00 04 01 12 0A 10
23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 |
數(shù)據(jù)長度 | 數(shù)據(jù)個數(shù) | 存儲類型 | 偏移量 | 數(shù)據(jù)形式 | 數(shù)據(jù)位數(shù) | 寫入值 | 校驗(yàn)碼 | 終止符 |
01 | 00 | 01 | 00 | 00 | 82 | 00 | 00 | 00 | 00 | 03 | 00 | 01 | 01 | 79 | 16 |
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
