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施耐德开放自动化平台编程笔记（1）

由 点点圈 提交于 2020-12-28 01:16:48

本文记录如何在施耐德 EAE 开法环境下，如何构建一个 MQTT 功能块，通过外部的一个Soft Gateway 实现MQTT 通信。

概述

  任何一个控制系统的开发提供的功能块或者程序库都是有限的。在实际应用中经常会感觉少了一些库和功能块。开放性系统的好处在于提供了一整套工具，让用户，或者第三方开发者参与开发功能块和支撑服务。基于IEC61499 功能块技术的施耐德EAE 就是这样的系统。用户可以编写自己的功能块。EAE 编写功能块特性如下：

用户可编写的功能块

  •    IEC61499基本功能块（BASIC FUNCTION BLOCK)
  •    复合功能块（Conposite Function Block）
  •  子应用 （Sub Application）

用户使用IEC61131-3 的ST语言（Structured Text) 编写功能块内部的算法。

用户编写的功能块可以在EAE 中直接编译，下载到运行时中运行。

      用户不需要任何干预。使用起来比较方便。至于编译是在EAE 中完成的，还是在运行时中完成的，目前不得而知。

MQTT 网关实现

施耐德EAE 没有提供MQTT 协议的功能块。我们尝试使用EAE 现有的功能块和编写功能块的方法，自己来构建一个MQTT 软件网关（Soft Gateway）。具体的思路如下

使用已有的NETIO 功能块实现与外部程序的TCP 通信。外部程序（Soft Gateway）将TCP 数据转化成为 MQTT 消息发布。另外一个外部程序（GatewayClient订阅该主题的消息。

为了实现IEC61499 功能块网中的数据打包成TCP 数据块。我们编写了一个基本功能块（package）。整个实验的结构如下：

MQTT 代理使用了公网上的一个公开的代理 broker.emqx.io  。你也可以在自己的电脑上安装一个Mosqquitto MQTT Broker。Soft Gateway和MQTT Client 都是为了本次测试临时编写的。使用Go 语言编写。

 

 

功能块package 的设计

功能块package 是一个IEC61499 基本功能块。实现将MQTT Topic 和counter 数据组成一个TCP 包。由于NETIO 是完成数据的透明TCP 传输。没有定义更高级的数据格式。我们在这里简单地使用IEC61499 标准推荐的ASN.1 数据格式。有关ASN.1 的更多信息可以参阅我的博文-关于IEC61499 的数据交换信息抽象语法ASN.1

建立基本功能块

在EAE 左边项目树中选择Basic 击右键，选择 New Item

出现如下画面，添加一个topic 和VAL1 输入两个数据输入脚，点击REQ 的With 框，选择将这两个输入与REQ 关联。类似方式添加OUT和OUT_LEN 两个数据 输出，并且与CNF 关联

REQ 的算法(ST)

点击工作区中的Algorithms。选择REQ 事件的算法。使用ST语言编写。

ALGORITHM REQ IN ST:
(* Add your comment (as per IEC 61131-3) here
Normally executed algorithm
*)
VAR
	BUF:ARRAY [64] OF BYTE;
	INDEX:UINT;
	i:INT;
	n:DINT;
	
END_VAR
INDEX:=0;
n:=LEN(TOPIC);
BUF[INDEX]:=86;
INDEX:=INDEX+1;
BUF[INDEX]:=0;
INDEX:=INDEX+1;
BUF[INDEX]:=DINT_TO_BYTE(n);
INDEX:=INDEX+1;
i:=1;
REPEAT
BUF[INDEX]:= CHAR_TO_BYTE(TOPIC[i]);
INDEX:=INDEX+1;
i:=i+1;
UNTIL i > n 
END_REPEAT;
 
 BUF[INDEX]:=70;
 INDEX:=INDEX+1;
 BUF[INDEX]:=UINT_TO_BYTE(VAL1/256);
 INDEX:=INDEX+1;
  BUF[INDEX]:=UINT_TO_BYTE(VAL1);
 INDEX:=INDEX+1;
 OUT_LEN:=INDEX;
 i:=0;
 OUT:='';
 REPEAT
	
 	OUT:=CONCAT (OUT,CHAR_TO_STRING(BYTE_TO_CHAR(BUF[i])));
 	i:=i+1;
 UNTIL i>=OUT_LEN
 END_REPEAT; 
END_ALGORITHM

这个算法实现在OUT 数据中输出ASN.1 格式的字符串。有两个ASN.1 数据项，一个是STRING类型的Topic ，另一个是UINT 类型的Counter。

SoftGateway.go

package main

import (
    "fmt"
    "net"
	"os"
//	"strings"
"strconv"
	mqtt "github.com/eclipse/paho.mqtt.golang"
)

const (
    CONN_HOST = "localhost"
    CONN_PORT = "9201"
    CONN_TYPE = "tcp"
)
var messagePubHandler mqtt.MessageHandler = func(client mqtt.Client, msg mqtt.Message) {
    fmt.Printf("Received message: %s from topic: %s\n", msg.Payload(), msg.Topic())
}

var connectHandler mqtt.OnConnectHandler = func(client mqtt.Client) {
    fmt.Println("Connected to MQTT Broker")
}

var connectLostHandler mqtt.ConnectionLostHandler = func(client mqtt.Client, err error) {
    fmt.Printf("Connect lost: %v", err)
}

func main() {
	var broker = "broker.emqx.io"
    var port = 1883
    opts := mqtt.NewClientOptions()
    opts.AddBroker(fmt.Sprintf("tcp://%s:%d", broker, port))
    opts.SetClientID("go_mqtt_client")
    opts.SetUsername("emqx")
    opts.SetPassword("public")
    opts.SetDefaultPublishHandler(messagePubHandler)
    opts.OnConnect = connectHandler
    opts.OnConnectionLost = connectLostHandler
    client := mqtt.NewClient(opts)
    if token := client.Connect(); token.Wait() && token.Error() != nil {
        panic(token.Error())
  }
  //subscribe(client,"dPACWrite")
    // Listen for incoming connections.
    l, err := net.Listen(CONN_TYPE, CONN_HOST+":"+CONN_PORT)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error listening:", err.Error())
        os.Exit(1)
    }
    // Close the listener when the application closes.
    defer l.Close()
    fmt.Println("Listening on " + CONN_HOST + ":" + CONN_PORT)
    for {
        // Listen for an incoming connection.
        conn, err := l.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println("Error accepting: ", err.Error())
            os.Exit(1)
        }
        // Handle connections in a new goroutine.
        go handleRequest(conn,client)
    }
}

// Handles incoming requests.
func handleRequest(conn net.Conn ,client mqtt.Client) {
  // Make a buffer to hold incoming data.
  buf := make([]byte, 1024)
  //index:=0
  for { 
  // Read the incoming connection into the buffer.
  cnt, err := conn.Read(buf)
  if err != nil {
    fmt.Println("Error reading:", err.Error())
  }
  fmt.Printf("message len=%d\n",cnt)
 // line := strings.TrimSpace(string(buf[0:cnt]))
  //          fmt.Println(line)
  
  len:=int(buf[1]<<8)|int(buf[2])
 fmt.Printf("topic len=%d",len)
  topicArray := make([]byte, len)
  for index:=0;index<len;index++ {
	  topicArray[index]=buf[index+3]
  }
 topic:=string(topicArray)
  fmt.Println(topic)
  counter:=int(buf[len+4]<<8)|int(buf[len+5])
  fmt.Printf("Counter=%d\n",counter)
  client.Publish(topic, 0, false, strconv.Itoa(counter))
 
}
  conn.Close()
}

MQTTClient.go

package main

import (
    "fmt"
    mqtt "github.com/eclipse/paho.mqtt.golang"
 "time"
)

var messagePubHandler mqtt.MessageHandler = func(client mqtt.Client, msg mqtt.Message) {
    fmt.Printf("Received message: %s from topic: %s\n", msg.Payload(), msg.Topic())
}

var connectHandler mqtt.OnConnectHandler = func(client mqtt.Client) {
    fmt.Println("Connected")
}

var connectLostHandler mqtt.ConnectionLostHandler = func(client mqtt.Client, err error) {
    fmt.Printf("Connect lost: %v", err)
}
func main() {
	var broker = "broker.emqx.io"
    var port = 1883
    opts := mqtt.NewClientOptions()
    opts.AddBroker(fmt.Sprintf("tcp://%s:%d", broker, port))
    opts.SetClientID("Gateway_client")
    opts.SetUsername("client")
    opts.SetPassword("public")
    opts.SetDefaultPublishHandler(messagePubHandler)
    opts.OnConnect = connectHandler
    opts.OnConnectionLost = connectLostHandler
    client := mqtt.NewClient(opts)
    if token := client.Connect(); token.Wait() && token.Error() != nil {
        panic(token.Error())
  }
  topic:="dPACWrite"
  token:=client.Subscribe("dPACWrite", 0, nil)
  token.Wait()
  fmt.Printf("Subscribed to topic: %s\n", topic)
 for {
	time.Sleep(time.Second)
 }
}

运行

EAE 的Soft dPAC 在windows 下运行。而SoftGateway 和MQTTClient 在同一台PC 中windows 10 下的ubuntu wsl 下运行。

本例子涉及的内容比较多，有问题，就添加在评论区中吧。如果没有特别明白，也没有关系，可以自己先尝试建立一些小的基本功能块。学习复杂系统最好的方法就是尝试。

标签
mqtt
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