背景資料

施耐德電氣的EcoStruxure Automation Expert（簡稱為EAE），是一個自動化平臺，他們稱之為軟件為中心的工業(yè)自動化。EAE具有三層架構(gòu)。從底層的PLC，變頻器，傳感器到邊緣控制的軟件dPAC，到頂層的應(yīng)用，分析和服務(wù)。

EcoStruxure Automation Expert基本組成

EcoStruxure Automation Expert軟件dPAC是先進的多平臺IEC61499為基礎(chǔ)的控制運行時，它包括：

●基于事件，網(wǎng)絡(luò)透明的自動化能力

●原生過程告警支持

●modbus/TCP客戶端和服務(wù)器

●OPC UA服務(wù)器

●Ethernet/IP（在v20.2中支持有限平臺

EcoStruxure Automation Expert軟件dPAC在一個標(biāo)準(zhǔn)PC上使能一個開放，靈活，可擴展，高度集成IEC61499運行時。從低成本的嵌入式系統(tǒng)到高性能IT服務(wù)器。

運行時在工業(yè)邊緣提供了集成和運行先進IT工具，程序庫和應(yīng)用的開放平臺。這是通過TCP/UDP socket和直接鏈接DLL庫的方式實現(xiàn)的。

這個公共運行時集成硬件解決方案，比如Altivar 變頻器，Modicon M251 dPAC,Modicon M580 dPAC,加上linux系統(tǒng)上基于容器的虛擬軟件運行時。

EcoStruxure Automation Expert的Linux軟件dPAC兼容實時Linux內(nèi)核，并且支持每臺機器上多個運行時同時運行，它們通過modbus/TCP和Ethernet/IP通信。

由此可見，Linux下的運行時有兩個版本：

●X86-64版本是Intel X86下的版本

●Arm HF版本是32位Arm版本。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，也可以在Arm嵌入式平臺上運行，比如樹莓PI4，RK3399，H6等Arm板上運行。

Soft dPAC要求在docker容器中運行。施耐德電氣提供的是一個docker容器的image。直接可以在docker中安裝成為容器運行。

這是一件令人興奮的事情，我們可以在各種邊緣計算機上部署Soft dPAC，甚至可以將它們部署在云端。和其它微服務(wù)協(xié)同操作。構(gòu)建一個開發(fā)性系統(tǒng)。

有了docker版本的Soft dPAC，就可以將它部署到邊緣服務(wù)器上面，并且與docker容器中的其它微服務(wù)協(xié)同操作。下面是一個典型的架構(gòu)圖：

前面提到，Soft dPAC提供了3種方式與外部程序交互

●動態(tài)庫DLL直接調(diào)用

●modbus TCP

●TCP/UDP方式。

docker容器中程序以微服務(wù)的方式運行，所有的微服務(wù)通過一個統(tǒng)一的消息系統(tǒng)實現(xiàn)消息交換。比如RabbitMQ，MQTT等。為此，我們要設(shè)計一個Soft Gateway程序?qū)oft dPAC TCP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成微服務(wù)消息，通過message bus信息交換。在這里我們選擇簡單MQTT作為消息總線。

測試過程

解壓出EAE V20.2后有一個文件，這就是Linux版本Soft dPAC的壓縮包：

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(fā)現(xiàn)docker的端口51499沒有暴露除了來，直接使用物理端口IP地址也不是很好。可以使用docker的方式直接安裝。我采用portainer 基于web的容器管理工具。

modbus/TCP 通信

在EAE中，有一個Modbus Software Gateway，可以實現(xiàn)與外部modbus TCP server的通信。這就可以連接第三方的遠程IO模塊，也可以連接其它的應(yīng)用程序。

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

出現(xiàn)下面窗口，選擇 Standard.IoModbus.MODBUS.

于是在HW Configuration中出現(xiàn)MODBUS項目。

下一步，在MODBUS端口添加設(shè)備，在MODBUS 下?lián)粲益I，出現(xiàn)下面窗口。選擇MODBUSGENTCPS。

添加的MODBUSGENTCPS相當(dāng)于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。如下面所示

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

該文件可以存儲在Project文件夾中。下一步指向MODBUSGENTCPS1擊右鍵，選擇Modbus Gateway。彈出一個文件選擇窗口。選擇 modbusmap.xml.

經(jīng)過上面一系列添加之后，HW Configuration是這樣的：

我們還需要設(shè)置上面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

下面是相關(guān)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

要反復(fù)檢查，不要遺留。要不然也搞不定。

設(shè)置完成后，點擊HW Configuration邊上的Mapping，這時切換到RES窗口，發(fā)現(xiàn)在里面添加了兩個功能塊MODBUSGENTCPS MBRead和MODBUSGENTCPS MBWrite.你可以添加連線如下圖。

GO語言編寫了一個簡單的modbus server

TCP/UDP 通信

modbusTCP協(xié)議比較適合soft dPAC連接遠程IO模塊，而TCP/UDP更適合于軟件交換數(shù)據(jù)。EAE 有一個NETIO功能塊提供給用戶建立特定的TCP，UDP通信。這個功能塊意義非凡，使用戶可以實現(xiàn)與非EAE程序的通信。

下面是一個簡單的例子：

ENDPOINT設(shè)置外部應(yīng)用的協(xié)議類型和IP地址，端口。在EAE的文檔中解釋有點凌亂。我設(shè)置為 TCP Client模式，在9200端口接收數(shù)據(jù)，在與Soft dPAC同一臺主機上向9201發(fā)送數(shù)據(jù)。

'TCP:9200;127.0.0.1:9201'

外部的測試程序采用GO 語言編寫，代碼如下：

運行的結(jié)果如下：

一個簡單的軟件網(wǎng)關(guān)（Soft Gateway）

Soft dPAC只是提供了一個簡單的TCP，UDP和modbusTCP通信機制。為了實現(xiàn)Soft dPAC與容器中的其它微服務(wù)通信。需要設(shè)計一個軟件網(wǎng)關(guān)，將TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為微服務(wù)的消息總線協(xié)議。為了簡單演示，我們實現(xiàn)了一個TCP/MQTT的軟件網(wǎng)關(guān)（Soft Gateway），它采用Go語言編寫。

MQTT代理使用開源Eclipse Mosquitto。