施耐德開放自動化平臺編程筆記（1）

本文記錄如何在施耐德 EAE 開法環境下，如何構建一個 MQTT 功能塊，通過外部的一個Soft Gateway 實現MQTT 通信。

概述

任何一個控制系統的開發提供的功能塊或者程序庫都是有限的。在實際應用中經常會感覺少了一些庫和功能塊。開放性系統的好處在於提供了一整套工具，讓用戶，或者第三方開發者參與開發功能塊和支撐服務。基於IEC61499 功能塊技術的施耐德EAE 就是這樣的系統。用戶可以編寫自己的功能塊。EAE 編寫功能塊特性如下：

用戶可編寫的功能塊

IEC61499基本功能塊（BASIC FUNCTION BLOCK)
複合功能塊（Conposite Function Block）
子應用（Sub Application）

用戶使用IEC61131-3 的ST語言（Structured Text) 編寫功能塊內部的算法。

用戶編寫的功能塊可以在EAE 中直接編譯，下載到運行時中運行。

用戶不需要任何干預。使用起來比較方便。至於編譯是在EAE 中完成的，還是在運行時中完成的，目前不得而知。

MQTT 網關實現

施耐德EAE 沒有提供MQTT 協議的功能塊。我們嘗試使用EAE 現有的功能塊和編寫功能塊的方法，自己來構建一個MQTT 軟件網關（Soft Gateway）。具體的思路如下

使用已有的NETIO 功能塊實現與外部程序的TCP 通信。外部程序（Soft Gateway）將TCP 數據轉化成爲 MQTT 消息發佈。另外一個外部程序（GatewayClient訂閱該主題的消息。

爲了實現IEC61499 功能塊網中的數據打包成TCP 數據塊。我們編寫了一個基本功能塊（package）。整個實驗的結構如下：

MQTT 代理使用了公網上的一個公開的代理 broker.emqx.io 。你也可以在自己的電腦上安裝一個Mosqquitto MQTT Broker。Soft Gateway和MQTT Client 都是爲了本次測試臨時編寫的。使用Go 語言編寫。

功能塊package 的設計

功能塊package 是一個IEC61499 基本功能塊。實現將MQTT Topic 和counter 數據組成一個TCP 包。由於NETIO 是完成數據的透明TCP 傳輸。沒有定義更高級的數據格式。我們在這裏簡單地使用IEC61499 標準推薦的ASN.1 數據格式。有關ASN.1 的更多信息可以參閱我的博文-關於IEC61499 的數據交換信息抽象語法ASN.1

建立基本功能塊

在EAE 左邊項目樹中選擇Basic 擊右鍵，選擇 New Item

出現如下畫面，添加一個topic 和VAL1 輸入兩個數據輸入腳，點擊REQ 的With 框，選擇將這兩個輸入與REQ 關聯。類似方式添加OUT和OUT_LEN 兩個數據輸出，並且與CNF 關聯

REQ 的算法(ST)

點擊工作區中的Algorithms。選擇REQ 事件的算法。使用ST語言編寫。

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

這個算法實現在OUT 數據中輸出ASN.1 格式的字符串。有兩個ASN.1 數據項，一個是STRING類型的Topic ，另一個是UINT 類型的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)
 }
}

運行

EAE 的Soft dPAC 在windows 下運行。而SoftGateway 和MQTTClient 在同一臺PC 中windows 10 下的ubuntu wsl 下運行。

本例子涉及的內容比較多，有問題，就添加在評論區中吧。如果沒有特別明白，也沒有關係，可以自己先嚐試建立一些小的基本功能塊。學習複雜系統最好的方法就是嘗試。

施耐德開放自動化平臺編程筆記（1）

概述

MQTT 網關實現

功能塊package 的設計

運行

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