Protocolo S7 sobre ISOTCP

Introdução

O TISOTCPDriver fala o protocolo S7comm sobre ISO-on-TCP (RFC 1006, porta TCP 102) — o mesmo que o STEP 7, o TIA Portal e a LibNodave usam para ler e escrever memórias de um CLP Siemens. O driver é uma reescrita em Pascal do ISOTCP da LibNodave de Thomas Hergenhahn: não depende de nenhuma DLL ou biblioteca externa.

Ele conversa com:

• S7-300, S7-400, ET200S/ET200SP com CPU ou CP Ethernet;
• S7-1200 e S7-1500 — depois de liberar o acesso PUT/GET e desligar o acesso otimizado dos DBs (veja Preparando o CLP);
• S7-200 através de um CP 243-1 (ConnectionWay = ISOTCP_VIA_CP243);
• LOGO! 0BA7/0BA8 (LOGO! 7 e 8), que expõe a área V como DB1;
• qualquer simulador ou gateway compatível com S7comm (PLCSIM com NetToPLCSim, Snap7 server, etc.).

Ele não conversa com o S7-1200/1500 pelo protocolo nativo deles (S7CommPlus, que é o que o TIA Portal usa para acesso simbólico) — para isso existe o TS7CommPlusDriver. O ISOTCP continua sendo a opção mais simples para esses CLPs quando você controla o projeto no TIA e pode desligar o acesso otimizado.

Componentes necessários

1. Uma TTCP_UDPPort com Host = IP do CLP, Port = 102 (padrão) e PortType = ptTCP. Veja Portas de comunicação.
2. Um TISOTCPDriver com CommunicationPort apontando para a porta.
3. Os tags (TPLCTagNumber, TPLCBlock, TPLCStruct, TPLCString) com ProtocolDriver apontando para o driver.

O jeito mais rápido de chegar ao passo 3 é clicar com o botão direito no TISOTCPDriver e escolher Tag Builder (veja abaixo).

Propriedades do driver

Propriedade	Padrão	Descrição
CommunicationPort	–	A porta TTCP_UDPPort usada pelo driver.
PLCRack	0	Rack da CPU.
PLCSlot	0	Slot da CPU.
PLCStation	2	Endereço da estação. Só tem significado em redes MPI/PROFIBUS atrás de um gateway; em Ethernet deixe o padrão.
ConnectionWay	ISOTCP	ISOTCP para conexão direta à CPU/CP Ethernet; ISOTCP_VIA_CP243 para S7-200 atrás de um CP 243-1.
ISOTCPConnType	ctOP	Tipo de conexão que o driver se identifica ao CLP: ctPG (programadora), ctOP (painel de operação) ou ctBasic (outra). O CLP reserva recursos por tipo; se todas as conexões OP estiverem em uso, troque para ctBasic.
ForcePDUSize	pduAuto	Tamanho de PDU negociado. pduAuto pede o maior que o CLP aceita; force pdu240 para CLPs antigos ou LOGO!, que não negociam corretamente.
ReadOnly	False	Se True, o driver recusa qualquer escrita (ioReadOnlyProtocol). Útil para uma tela de supervisão que nunca deve alterar o processo.
ReadSomethingAlways	True	Mantém a conexão viva lendo algum tag a cada ciclo mesmo que nenhum precise ser atualizado.

Uma conexão ISOTCP fala com um único CLP. Por isso, as propriedades PLCRack, PLCSlot e PLCStation dos tags são ignoradas: o que vale é o que está configurado no driver. Para falar com dois CLPs, use duas portas e dois drivers.

Valores de rack/slot que funcionam na maioria dos casos:

CPU	PLCRack	PLCSlot
S7-300 (CPU com PN integrada ou CP 343-1)	0	2
S7-400	0	slot físico da CPU (normalmente 2 ou 3)
S7-1200 / S7-1500	0	0 (1 também funciona no 1200)
ET200S / ET200SP CPU	0	2 (ET200S) / 0 (ET200SP)
S7-200 via CP 243-1	0	0
LOGO! 7 / 8	0	0 (ver Preparando o CLP)

Em código, UpdatePLCAddress(Rack, Slot, Station) troca os três de uma vez sem reiniciar a conexão três vezes.

Preparando o CLP

S7-300 / S7-400: nada a fazer além de ter o IP configurado. Se a CPU tiver senha de proteção contra escrita, o driver lê mas não escreve.

S7-1200 / S7-1500 (no TIA Portal):

1. Nas propriedades da CPU → Protection & Security → Connection mechanisms: marque Permit access with PUT/GET communication from remote partner.
2. Em cada DB que o PascalSCADA vai acessar, desmarque Optimized block access (propriedades do DB → Attributes) e recompile. Um DB otimizado não tem endereços absolutos, e o ISOTCP só endereça por byte.
3. Se o nível de proteção da CPU for Full access, nada mais. Com Read access o driver só lê; com HMI access ou No access a conexão é recusada.

LOGO! 7 / 8 (no LOGO!Soft Comfort): em Tools → Ethernet connections, adicione uma conexão de servidor com TSAP local 20.00 e TSAP remoto 10.00, ou marque Allow all connections. A área V (VB/VW/VD) aparece para o PascalSCADA como DB1 (MemReadFunction = 4, MemFile_DB = 1); as memórias M como área M (MemReadFunction = 3). O exemplo examples/demo_logo8 mostra isso, com ForcePDUSize = pdu240 e PLCStation = 0.

S7-200: use ConnectionWay = ISOTCP_VIA_CP243 e configure uma conexão no CP 243-1 pelo assistente do STEP 7-Micro/WIN. A área V é MemReadFunction = 4 com MemFile_DB = 1.

Endereçando memórias

Todo endereço S7 é composto de uma área, um número de DB (só para a área DB), um endereço em bytes e o tipo da variável. No tag isso vira:

Propriedade do tag	Preencha com
MemReadFunction	Código da área (tabela abaixo).
MemFile_DB	Número do DB, quando a área for 4. Ignorado nas outras.
MemAddress	Endereço do byte inicial (o número depois de IB, MW, DBD…).
TagType	Tipo da variável (tabela mais abaixo).
MemWriteFunction, MemSubElement, PLCRack/Slot/Station	Não usados. Deixe em zero.

Códigos de área para MemReadFunction:

Código	Área	CPUs	Observação
1	I — entradas digitais (imagem de processo)	todas
2	Q — saídas digitais (imagem de processo)	todas
3	M — memórias/flags	todas
4	DB — bloco de dados	300/400/1200/1500; V no S7-200 e LOGO!	Preencha MemFile_DB.
5	C — contadores	300/400	TagType = pttWord.
6	T — temporizadores	300/400	TagType = pttWord.
7	SM — memória especial	S7-200
8	AI — entradas analógicas	S7-200	TagType = pttWord.
9	AQ — saídas analógicas	S7-200	TagType = pttWord.
10	C — contadores	S7-200	TagType = pttWord.
11	T — temporizadores	S7-200	TagType = pttWord.
12	PIW — periferia de entrada	300/400	TagType = pttWord. Lê o valor direto do cartão, sem passar pela imagem de processo.

Tipos de dados S7 e o TagType correspondente:

Tipo no CLP	Bytes	TagType	SwapBytes	SwapWords	SwapDWords
BOOL	–	pttByte no tag + um TTagBit por bit
BYTE, CHAR, USINT	1	pttByte
SINT	1	pttShortInt
WORD, UINT, S5TIME, DATE	2	pttWord	✔
INT	2	pttSmallInt	✔
DWORD, UDINT, TIME_OF_DAY	4	pttDWord	✔	✔
DINT, TIME	4	pttLongInt	✔	✔
REAL	4	pttFloat	✔	✔
LINT, LTIME	8	pttInt64	✔	✔	✔
ULINT, LWORD	8	pttQWord	✔	✔	✔
LREAL	8	pttDouble	✔	✔	✔
STRING[n]	n + 2	TPLCString com StringType = stSIEMENS

Os CLPs Siemens guardam os valores em big-endian e o PascalSCADA monta os bytes na ordem da máquina (little-endian). Por isso tudo que tem mais de um byte precisa dos Swap* marcados como na tabela — sem eles, um INT = 1 aparece como 256 e um REAL vira um número absurdo. O Tag Builder já marca os swaps corretos.

Exemplos:

Endereço S7	MemReadFunction	MemFile_DB	MemAddress	TagType	Swaps
IB3	1	0	3	pttByte	–
Q0.5	2	0	0	pttByte + TTagBit com StartBit = EndBit = 5	–
MW10	3	0	10	pttWord	B
MD100 (como REAL)	3	0	100	pttFloat	B + W
DB5.DBW20	4	5	20	pttSmallInt	B
DB5.DBD24 (como DINT)	4	5	24	pttLongInt	B + W
DB10.DBB0 até DBB49	4	10	0	TPLCBlock pttByte, Size = 50	–
DB12 STRING[30] em DBB8	4	12	8	TPLCString, StringSize = 30, stSIEMENS	–
VW6 (LOGO!/S7-200)	4	1	6	pttSmallInt	B
T5 (S7-300)	6	0	5	pttWord	B

Bits

O ISOTCP do PascalSCADA lê e escreve por byte. Para um BOOL (uma entrada, uma saída, um bit de um DB), crie um TPLCTagNumber com TagType = pttByte apontando para o byte que contém o bit e um TTagBit para cada bit de interesse (StartBit = EndBit = número do bit). A escrita no TTagBit lê o byte atual, altera só aquele bit e grava o byte de volta.

Para muitos bits no mesmo byte, clique com o botão direito no tag e escolha Map bits: ele cria os oito TTagBit de uma vez. O exemplo examples/laz_isotcp_mapping_bits_from_other_tag faz isso com DB1.DBB0.

Blocos, estruturas e strings

• Um TPLCBlock lê Size variáveis consecutivas do mesmo tipo em uma requisição — um array de REAL num DB, por exemplo (TagType = pttFloat, Size = número de elementos, MemAddress = byte inicial). Os swaps valem para o bloco inteiro.
• Um TPLCStruct lê Size bytes consecutivos, e cada TPLCStructItem/TPLCStructString interpreta um trecho com seu próprio tipo e swap. É a forma natural de mapear um DB com campos mistos ou uma UDT — veja o exemplo em Tags.
• Um TPLCString com StringType = stSIEMENS lê uma STRING[n]: os dois bytes de cabeçalho (tamanho máximo e tamanho atual) são tratados pelo driver. Use stC só para arrays de CHAR terminados em zero.

O driver junta automaticamente tags vizinhos da mesma área e do mesmo RefreshTime em uma requisição só, respeitando o tamanho da PDU negociado. Com pduAuto numa CPU moderna cabem até 1920 bytes de dados por mensagem; num S7-300 antigo ou LOGO!, 240. Se o AvgUpdateRate dos tags ficar muito acima do RefreshTime, o CLP não está dando conta — aumente o RefreshTime dos tags menos críticos ou agrupe-os em blocos.

Tag Builder

Botão direito no TISOTCPDriver → Tag Builder abre o assistente Siemens S7 Tag builder:

1. Escolha a área (entradas, saídas, flags, DB, contadores, timers, áreas do S7-200…), o tipo de tag a criar (TPLCTagNumber separados, um TPLCBlock, ou TPLCStruct) e o tempo de varredura.
2. Para tags separados ou bloco: informe o tipo de dado, o endereço inicial, a quantidade e o DB. O assistente já marca SwapBytes/SwapWords conforme o tipo.
3. Para estruturas: monte a lista de itens (nome, tipo, swap, scan) na aba Items declaration; o assistente calcula os offsets e pode gerar N estruturas iguais em sequência (útil para arrays de UDT).

Os componentes criados aparecem no form/datamodule com ProtocolDriver já ligado.

Exemplo passo a passo

Ler a temperatura DB1.DBD0 (REAL) e escrever o setpoint DB1.DBW4 (INT) de um S7-1200 em 192.168.0.10:

1. No TIA Portal: libere PUT/GET, desmarque Optimized block access no DB1, compile e carregue.
2. Solte um TTCP_UDPPort: Host = 192.168.0.10, Port = 102, Active = True.
3. Solte um TISOTCPDriver: CommunicationPort = TCP_UDPPort1, PLCRack = 0, PLCSlot = 0.
4. Solte um TPLCTagNumber chamado Temperatura: ProtocolDriver = ISOTCPDriver1, MemReadFunction = 4, MemFile_DB = 1, MemAddress = 0, TagType = pttFloat, SwapBytes = True, SwapWords = True.
5. Solte outro chamado Setpoint: idem, com MemAddress = 4, TagType = pttSmallInt, SwapBytes = True.
6. Ligue um THMILabel em Temperatura e um THMIEdit em Setpoint. Rode.

O mesmo em código, para quem cria os componentes em tempo de execução:

uses tcp_udpport, ISOTCPDriver, PLCTagNumber, ProtocolTypes;

var
  Port: TTCP_UDPPort;
  Drv: TISOTCPDriver;
  Temp: TPLCTagNumber;
begin
  Port := TTCP_UDPPort.Create(Self);
  Port.Host := '192.168.0.10';
  Port.Port := 102;

  Drv := TISOTCPDriver.Create(Self);
  Drv.CommunicationPort := Port;
  Drv.PLCRack := 0;
  Drv.PLCSlot := 0;

  Temp := TPLCTagNumber.Create(Self);
  Temp.MemReadFunction := 4;   // DB
  Temp.MemFile_DB := 1;
  Temp.MemAddress := 0;
  Temp.TagType := pttFloat;
  Temp.SwapBytes := True;
  Temp.SwapWords := True;
  Temp.RefreshTime := 500;
  Temp.ProtocolDriver := Drv;  // por último

  Port.Active := True;
end;

Outros exemplos no repositório: examples/laz_isotcp_demonstration (DB com bloco, string e bits), examples/laz_isotcp_hourmeter (horímetro com escrita), examples/laz_isotcp_performance (medição de taxa de atualização) e examples/demo_logo8.

Problemas comuns

Sintoma	Causa provável
Porta abre (Active = True) mas nenhum tag atualiza; LastSyncReadStatus = ioConnectPLCFailed	Rack/slot errados, ou S7-1200/1500 sem PUT/GET liberado, ou nível de proteção No access.
Porta não abre (OnCommPortOpenError)	IP errado, porta 102 bloqueada por firewall, ou o CLP já atingiu o limite de conexões (troque ISOTCPConnType).
Tags de um DB específico dão ioIllegalMemoryAddress / ioObjectNotExists	DB não existe, é menor que o endereço pedido, ou (1200/1500) ainda está com Optimized block access.
Valores de 16/32 bits absurdos (1 vira 256, REAL vira 1E-40)	Falta SwapBytes/SwapWords.
Escritas falham com ioReadOnlyProtocol ou ioObjectAccessNotAllowed	ReadOnly = True no driver, ou a CPU está com proteção de escrita/senha.
Funciona no S7-300 e não no LOGO!	Force ForcePDUSize = pdu240 e confira o TSAP da conexão de servidor no LOGO!Soft.
Timers/contadores lidos como zero	TagType precisa ser pttWord nessas áreas.

Exemplos relacionados

• examples/laz_isotcp_demonstration — DB com TPLCBlock, elementos, TPLCString e bits, com THMIEdit/THMIText (há uma versão Delphi em examples/delphi_isotcp_demonstration).
• examples/laz_isotcp_hourmeter — horímetros lidos de blocos com dezenas de TTagBit e THMIAnimation, com escrita.
• examples/laz_isotcp_mapping_bits_from_other_tag — DB1.DBB0 com um TTagBit por bit.
• examples/laz_isotcp_performance — milhares de elementos de bloco para medir a taxa de atualização e o efeito do tamanho da PDU.
• examples/demo_logo8 — LOGO! 8: área V como DB1, ForcePDUSize = pdu240.
• examples/hmi_bandeja — TPLCStruct sobre um DB, com THMIBandeja.