施耐德电气开放自动化平台初体验（3）

背景资料

施耐德电气的EcoStruxure Automation Expert（简称为EAE），是一个自动化平台，他们称之为软件为中心的工业自动化。EAE具有三层架构。从底层的PLC，变频器，传感器到边缘控制的软件dPAC，到顶层的应用，分析和服务。

EcoStruxure Automation Expert基本组成

EcoStruxure Automation Expert软件dPAC是先进的多平台IEC61499为基础的控制运行时，它包括：

●基于事件，网络透明的自动化能力

●原生过程告警支持

●modbus/TCP客户端和服务器

●OPC UA服务器

●Ethernet/IP（在v20.2中支持有限平台

EcoStruxure Automation Expert软件dPAC在一个标准PC上使能一个开放，灵活，可扩展，高度集成IEC61499运行时。从低成本的嵌入式系统到高性能IT服务器。

运行时在工业边缘提供了集成和运行先进IT工具，程序库和应用的开放平台。这是通过TCP/UDP socket和直接链接DLL库的方式实现的。

这个公共运行时集成硬件解决方案，比如Altivar 变频器，Modicon M251 dPAC,Modicon M580 dPAC,加上linux系统上基于容器的虚拟软件运行时。

EcoStruxure Automation Expert的Linux软件dPAC兼容实时Linux内核，并且支持每台机器上多个运行时同时运行，它们通过modbus/TCP和Ethernet/IP通信。

由此可见，Linux下的运行时有两个版本：

●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的简写。

这就意味着Soft dPAC不仅能够在Intel X86计算机上运行，也可以在Arm嵌入式平台上运行，比如树莓PI4，RK3399，H6等Arm板上运行。

Soft dPAC要求在docker容器中运行。施耐德电气提供的是一个docker容器的image。直接可以在docker中安装成为容器运行。

这是一件令人兴奋的事情，我们可以在各种边缘计算机上部署Soft dPAC，甚至可以将它们部署在云端。和其它微服务协同操作。构建一个开发性系统。

有了docker版本的Soft dPAC，就可以将它部署到边缘服务器上面，并且与docker容器中的其它微服务协同操作。下面是一个典型的架构图：

前面提到，Soft dPAC提供了3种方式与外部程序交互

●动态库DLL直接调用

●modbus TCP

●TCP/UDP方式。

docker容器中程序以微服务的方式运行，所有的微服务通过一个统一的消息系统实现消息交换。比如RabbitMQ，MQTT等。为此，我们要设计一个Soft Gateway程序将Soft dPAC TCP传输的数据转换成微服务消息，通过message bus信息交换。在这里我们选择简单MQTT作为消息总线。

测试过程

解压出EAE V20.2后有一个文件，这就是Linux版本Soft dPAC的压缩包：

tar zxvf ./softdpac.tar

sudo python3 install.py

按照文档中的提示是运行startSoftdPAC.sh

sudo sh startSoftdPAC.sh 

--ipbase 192.168.31.95  

--itname enp1s0  

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

--nbcontainer 1

不过具体过程中发现docker的端口51499没有暴露除了来，直接使用物理端口IP地址也不是很好。可以使用docker的方式直接安装。我采用portainer 基于web的容器管理工具。

modbus/TCP 通信

在EAE中，有一个Modbus Software Gateway，可以实现与外部modbus TCP server的通信。这就可以连接第三方的远程IO模块，也可以连接其它的应用程序。

在EAE中，modbus是作为硬件功能块来实现的。需要在device List窗口中，指定设备击右键选择 HW Configuration.

出现下面窗口，选择 Standard.IoModbus.MODBUS.

于是在HW Configuration中出现MODBUS项目。

下一步，在MODBUS端口添加设备，在MODBUS 下击右键，出现下面窗口。选择MODBUSGENTCPS。

添加的MODBUSGENTCPS相当于Slave MODBUS设备。它内部的读写寄存器在一个XML 中定义。比如modbusmap.xml。如下面所示

最后还需要添加一个Standard.IoModbus.MODBUSSLAVEND.(不要忘记，我就是忘了，一直搞不通）

该文件可以存储在Project文件夹中。下一步指向MODBUSGENTCPS1击右键，选择Modbus Gateway。弹出一个文件选择窗口。选择 modbusmap.xml.

经过上面一系列添加之后，HW Configuration是这样的：

我们还需要设置上面窗口中所有项目的属性（property），它们包括：

MODBUS，

MODBUSGENTCPS1，

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1

VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1

下面是相关项目的属性窗口。

MODBUS属性

MODBUSGENTCPS1属性

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1属性

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1的属性

要反复检查，不要遗留。要不然也搞不定。

设置完成后，点击HW Configuration边上的Mapping，这时切换到RES窗口，发现在里面添加了两个功能块MODBUSGENTCPS MBRead和MODBUSGENTCPS MBWrite.你可以添加连线如下图。

GO语言编写了一个简单的modbus server

TCP/UDP 通信

modbusTCP协议比较适合soft dPAC连接远程IO模块，而TCP/UDP更适合于软件交换数据。EAE 有一个NETIO功能块提供给用户建立特定的TCP，UDP通信。这个功能块意义非凡，使用户可以实现与非EAE程序的通信。

下面是一个简单的例子：

ENDPOINT设置外部应用的协议类型和IP地址，端口。在EAE的文档中解释有点凌乱。我设置为 TCP Client模式，在9200端口接收数据，在与Soft dPAC同一台主机上向9201发送数据。

'TCP:9200;127.0.0.1:9201'

外部的测试程序采用GO 语言编写，代码如下：

运行的结果如下：

一个简单的软件网关（Soft Gateway）

Soft dPAC只是提供了一个简单的TCP，UDP和modbusTCP通信机制。为了实现Soft dPAC与容器中的其它微服务通信。需要设计一个软件网关，将TCP数据转化成为微服务的消息总线协议。为了简单演示，我们实现了一个TCP/MQTT的软件网关（Soft Gateway），它采用Go语言编写。

MQTT代理使用开源Eclipse Mosquitto。