施耐德電氣開放自動化平台初體驗（3）

背景資料

施耐德電氣的EcoStruxure Automation Expert（簡稱為EAE），是一個（gè）自動化平台，他們（men）稱之（zhī）為（wéi）軟件為（wéi）中（zhōng）心的工業（yè）自動化。EAE具有三層架構。從底層的PLC，變頻（pín）器，傳感器到邊緣控製的軟件dPAC，到頂層的應用，分析和服務。

EcoStruxure Automation Expert基本組成

EcoStruxure Automation Expert軟件dPAC是先進的多平台IEC61499為基（jī）礎（chǔ）的控製運行時，它包括（kuò）：

●基於事件，網絡透明的自動化能（néng）力

●原生過（guò）程（chéng）告警支持

●modbus/TCP客戶端和服務器

●OPC UA服（fú）務器

●Ethernet/IP（在v20.2中支持有限平台

EcoStruxure Automation Expert軟件dPAC在一個標準PC上（shàng）使能（néng）一個開放，靈活，可擴展，高度集成（chéng）IEC61499運行時。從低（dī）成本的嵌入式係統到高（gāo）性能（néng）IT服務器。

運（yùn）行時在工業邊緣提供了集成和運行先進IT工具，程序庫和應用（yòng）的開放平台。這是（shì）通過TCP/UDP socket和直接（jiē）鏈接DLL庫的方式實現的。

這（zhè）個公（gōng）共運行時集成（chéng）硬件解決方案，比（bǐ）如Altivar 變頻器，Modicon M251 dPAC,Modicon M580 dPAC,加上linux係統上基於容（róng）器的虛擬軟件運行時。

EcoStruxure Automation Expert的Linux軟件dPAC兼容實時Linux內核，並且支持每台機器上多個運行時同時運（yùn）行，它們通過modbus/TCP和Ethernet/IP通信。

由此可見，Linux下（xià）的運行時有兩個（gè）版本：

●X86-64版本是Intel X86下的版本

●Arm HF版（bǎn）本是（shì）32位Arm版本（běn）。arm hf arm hard float的簡寫。

這就意味著Soft dPAC不僅能夠在Intel X86計算機上運行（háng），也可以在Arm嵌入式平台上運行，比如樹莓PI4，RK3399，H6等Arm板上運行。

Soft dPAC要求在docker容器（qì）中運（yùn）行（háng）。施耐德電氣提供的是一個（gè）docker容（róng）器的image。直接可以在docker中安裝成（chéng）為容器運行。

這是一件令人興奮的事情（qíng），我們可以在各種邊緣計算機上部署（shǔ）Soft dPAC，甚至可（kě）以將它們部署在雲端。和其它（tā）微服務協同操作。構建一個（gè）開（kāi）發性係統。

有（yǒu）了docker版本的Soft dPAC，就（jiù）可以將它部（bù）署到邊緣（yuán）服務器上麵，並且與docker容器中的其它微服務協同操作。下麵（miàn）是一個典型的架構圖：

前麵提到，Soft dPAC提供了3種方式與外部程序交互

●動態庫DLL直接調用（yòng）

●modbus TCP

●TCP/UDP方式。

docker容器中程（chéng）序以微服務的方式運行，所有的微服務通過一個統一的消息係統實現消息交換。比如RabbitMQ，MQTT等。為此（cǐ），我們要設計一個Soft Gateway程序將Soft dPAC TCP傳輸的（de）數（shù）據轉（zhuǎn）換成微服務消息（xī），通過message bus信息交換。在這裏我們選擇簡單MQTT作為消息總線（xiàn）。

測試過程

解壓出EAE V20.2後有一個文件，這就是Linux版本Soft dPAC的壓縮（suō）包：

tar zxvf ./softdpac.tar

sudo python3 install.py

按照文檔中的提示是運行startSoftdPAC.sh

sudo sh startSoftdPAC.sh 

--ipbase 192.168.31.95  

--itname enp1s0  

--image-name softdpac:x86-v20.2-20315-1064  

--nbcontainer 1

不過具體過程中發現docker的端口51499沒有暴露除了來，直接使（shǐ）用物理端口IP地址也不是很好。可以使用（yòng）docker的方式直接安裝。我采（cǎi）用（yòng）portainer 基於web的容器管理（lǐ）工具。

modbus/TCP 通信

在EAE中，有一個Modbus Software Gateway，可以實現與（yǔ）外部modbus TCP server的（de）通信。這就可以連（lián）接第三（sān）方的遠程（chéng）IO模塊（kuài），也可以連接（jiē）其（qí）它的應用程（chéng）序。

在EAE中，modbus是作為硬件功能塊來實現的。需要在device List窗口中，指定設備擊右鍵選擇 HW Configuration.

出現下麵窗口，選擇 Standard.IoModbus.MODBUS.

於是在HW Configuration中（zhōng）出現MODBUS項目。

下一步，在（zài）MODBUS端口添加（jiā）設備，在（zài）MODBUS 下擊右（yòu）鍵，出現下麵窗口（kǒu）。選擇MODBUSGENTCPS。

添加的MODBUSGENTCPS相當於Slave MODBUS設（shè）備。它內（nèi）部的讀寫寄存器在一個XML 中定義。比如modbusmap.xml。如下麵所示

最後還需要添加一個Standard.IoModbus.MODBUSSLAVEND.(不要忘記，我就是忘了，一直搞不通）

該文件（jiàn）可以存儲在Project文件夾中。下一步指（zhǐ）向MODBUSGENTCPS1擊右鍵，選擇（zé）Modbus Gateway。彈出一個文件選擇窗口。選擇 modbusmap.xml.

經過上麵一係列添加之後，HW Configuration是這樣的：

我們還需要設置上麵窗口中所有項目的屬性（property），它們包括：

MODBUS，

MODBUSGENTCPS1，

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1

VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1

下麵是相關項目的屬性窗口。

MODBUS屬性

MODBUSGENTCPS1屬性

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1屬性

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1的屬性

要反複檢查，不要遺留。要不然（rán）也搞不定。

設置完成後（hòu），點擊HW Configuration邊上的Mapping，這時切換（huàn）到RES窗口，發現在裏麵添加了（le）兩個功能塊MODBUSGENTCPS MBRead和MODBUSGENTCPS MBWrite.你可以添加連線（xiàn）如下圖。

GO語言編寫了一個簡單的modbus server

TCP/UDP 通信

modbusTCP協議比較適合soft dPAC連接遠程IO模塊，而TCP/UDP更適合於軟件交換數據。EAE 有一個NETIO功能塊提供給用戶建立（lì）特定的TCP，UDP通信。這（zhè）個功能塊意義非凡，使用戶可以實現與非EAE程序的通信。

下麵（miàn）是一個簡單的例子：

ENDPOINT設置外部應用的協議類型和IP地址，端口。在EAE的文檔中解釋有點淩（líng）亂。我設（shè）置為 TCP Client模式，在9200端口接收數據，在與（yǔ）Soft dPAC同（tóng）一台主（zhǔ）機（jī）上向9201發送數據。

'TCP:9200;127.0.0.1:9201'

外部（bù）的測試程序采用GO 語言編寫，代碼如下：

運行的結果如下：

一個簡單的軟件網關（guān）（Soft Gateway）

Soft dPAC隻是提供了一個（gè）簡（jiǎn）單的TCP，UDP和modbusTCP通信機製。為（wéi）了實現Soft dPAC與容器中的其它微服務通信。需要設計一個軟件網關，將TCP數據轉化成為微服（fú）務的消息總線協議（yì）。為了（le）簡單演示，我們（men）實現了一（yī）個TCP/MQTT的軟件網關（Soft Gateway），它（tā）采用Go語言編寫。

MQTT代理使（shǐ）用開源Eclipse Mosquitto。