PYTHON – 让“Monty 语言”进入自动化行业：第 2 部分

在第 1 部分中，我向大家展示了硬件装置。RevPi 项目具有“开源”的特性，因此可以使用网络上提供下载的大量材料。然而这种灵活性的另一面是，我们需要安装并设置所有这些第三方组件，这些组件占项目的 90%。在本例中，我使用了我的朋友 Sven Sager 编写的库 REVPIMODIO 和 PEVPIPYPLC，前者在简化 IO 访问方面起到重要作用，而后者可以简化 MQTT。因此大家可能需要一点耐心。现在，让我们来逐步完成这些操作吧……

首先，切勿忘记在做出任何更改之前先备份 RevPi 固件。然后获得最新的固件升级并安装（详见这篇文章）。在这里，我将向大家简单介绍我是如何搭建“我的宝贝”的（我设计了 RevPi 产品并开发了硬件）。

我喜欢在“无头”模式下使用设备：没有 HDMI 显示器和键盘，仅连接 12 - 24V 直流电源，并将 RJ45 网络电缆连接到局域网交换机上。RevPi Core 的出厂默认模式为 DHCP 模式（从 DHCP 服务器/交换机获得未知 IP）。所以，我在个人电脑上使用“高级 IP 扫描工具”（点击这里免费下载）来查找 IP。

在本例中，工具扫描出 IP 192.168.0.241（如果本地网络中有不止 1 个 RevPi，请检查 MAC 或名称 – MAC 和名称中的数字部分均印在橙色前板上）。

然后，我在装有 Windows 操作系统的个人电脑上运行 PuTTY（点击这里免费下载），以将 RevPi 连接 SSH（连接至端口 22）。RevPi 应弹出 Linux 登录提示，因为 SSH 默认启用：

使用印在 RevPi 的外壳侧面的标签上的壳用户名，用户名默认为“pi”（Linux 区分大小写！）。密码默认具有唯一性，是通过散列算法从内部序列号得出的。密码同样印在标签上。请注意，RevPi 的键盘布局默认为德语。因此在使用英语键盘时，任何“z”和“y”都需要交换输入。登录后将会看见 Linux 提示。我的 RevPi 屏幕如下所示：

上述由 Sven Sager 编写的两个工具均可从 KUNBUS 存储库中安装。如此一来，安装变得相当简单：输入壳命令“sudo apt update”以列出软件包清单，接着输入“sudo apt install python3-revpimodio2”。然后通过命令“sudo apt-get install revpipyload”安装另一个工具。

使用 revpipyload 工具可在以太网上远程控制 Python“PLC”。它使用 XML-RPC（“可扩展标记语言远程过程调用”）。因此，我们需要通过编辑应用程序的配置，在 RevPi 上启用 XML-RPC 服务器。输入壳命令“sudo nano /etc/revpipyload/revpipyload.conf”并编辑 [XMLRPC] 部分，用“xmlrpc = 1”覆盖行“xmlrpc = 0”。针对所有不熟悉 Linux 的用户：这是未进入 GUI 模式的 RevPi 上的命令行编辑器。因此鼠标不可用（虽然可在 Windows GUI 上使用）。必须使用键盘上的箭头键导航至需要编辑的行。通过 Ctrl-X 退出命令行编辑器，并接受保存对指定文件所做的更改。

我们应当配置对 RevPi 上 XML-RPC 服务器的访问权限。必须将 IP 掩码连同权限等级一起添加到配置文件 (“/etc/revpipyload/aclxmlrpc.conf”) 中。在本例中，我添加的是自己这台装有 Windows 操作系统的个人电脑的 IP 和 4 级访问权限（即最高权限等级）。于是，我输入壳命令“sudo nano /etc/revpipyload/aclxmlrpc.conf”，然后添加以下屏幕转存图片中的命令行：

由于在写入和调试 Python 软件时需要用到 RevPi 的 GUI，我们需要使用 HDMI 显示器、USB 鼠标和 USB 键盘，或者从个人电脑上使用远程桌面访问。正如上文中提到的，我喜欢在无头模式下使用 RevPi。因此我需要使用壳命令“sudo raspi-config”启用预先安装的“VNC 服务”。

由于在写入和调试 Python 软件时需要用到 RevPi 的 GUI，我们需要使用 HDMI 显示器、USB 鼠标和 USB 键盘，或者从个人电脑上使用远程桌面访问。正如上文中提到的，我喜欢在无头模式下使用 RevPi。因此我需要使用壳命令“sudo raspi-config”启用预先安装的“VNC 服务”。

我将光标移动至 5 号“Interfacing Options（接口选项）”，点击 <enter>（确定），出现以下内容

这时我选择“P3 VNC”并点击 <enter>（确定）。在下一屏幕上，我通过选择“Yes（是）”启用 VNC：

系统回复“VNC Server is enabled（VNC 服务器已启用）”。点击“Ok（确定）”确认此消息后，我接着设置“3 Boot Options（3 启动选项）”，因为我想让 RevPi 启动后进入 GUI 模式。打开启动子菜单后，我先后选择“B1 Desktop/CLI（B1 桌面/命令行界面）”和“B4 Desktop Autologin（B4 桌面自动登录）”：

我需要选择 <Finish>（结束）以退出 raspi-config。当系统询问是否重启时，我选择“yes（是）”。

系统重启后，SSH 连接将断开。于是在 30 秒后，我右键点击 PuTTY 窗口顶部，然后选择“Restart Session（重新启动会话）”。

此外，我还需要在个人电脑上安装 VNC Viewer（点击这里免费下载）。安装好此应用程序后，我打开程序并输入 RevPi 的 IP 地址，然后进行连接。就这样，RevPi 桌面 GUI 以窗口的形式在我的个人电脑上神奇地打开了。

我可以使用基于浏览器的工具“PiCtory”来配置 RevPi 的 IO 系统（驱动器），方法是在 Firefox 上打开 RevPi 的 IP。但是首先需要登录 RevPi 的网络服务器。请注意，这里的默认用户不是“pi”，而是“admin”。但是密码是一样的（只要没有改过密码）。

在这里，我想谈几点关于安全问题的注意事项：

请勿将这些设置用于生产系统！

启动时无需登录直接进入 GUI 对于实验系统来说没什么问题。而生产系统则需要有唯一的强密码提供保护。此外，系统要么不连接互联网和任何访问策略欠佳的局域网，要么需要关闭内部网络服务器。就目前而言，我们确实需要网络服务器来运行“PiCtory”。

当我点击 APPS 表格中 PiCtory 行的“START（开始）”时，就打开了这一配置工具。请参考 RevPi 网页上的教程，以了解更多关于使用 PiCtory 的信息。在此，我将只简单地介绍我的系统，即 RevPi Core、DIO 和 AOI 模块按顺序安装在 DIN 导轨上。我将“RevPi Core V1.2”从“Base Devices（基础设备）”列表拖放至系统空槽“0”中。接下来，我将“RevPi DIO”从“I/O Devices（I/O 设备）”拖放至 Core 右侧的空槽中。然后，我再将“RevPi AIO”拖放至 DIO 模块右侧的空槽中。我的窗口和 DIN 导轨的视图如下所示：

这里有一些需要调整的配置值。我点击选中 AIO 模块以显示“value editor（参数编辑器）”。我滚动至 RTD1 部分并更改数值，如下图所示：

我使用的是一个经过校准的 4 线 PT100 传感器，因此我保留了默认的刻度值（乘数、除数、补偿）以忽略缩放。温度值将存储在过程映像中，单位为 °C * 10（例如，25.4°C 将显示为 254）。请勿尝试使用除数 10 直接得出 °C 数值，因为这样会损失 1/10 °C 值（系统在过程映像中使用 2 字节整数，因此结果精度减小）。过程映像中存储数值的地址称为“RTDValue_1”，而我把它改成了“Temp10”（表示 °C 的乘数 10）。请不要忘记勾选“Export（导出）”复选框，因为 Sven Sager 的工具必须经过勾选才能使数值通过 MQTT 得到报告。

现在，我们接着进行 DIO 模块的配置。我点击选中模块。右键点击参数编辑器中复选框一列的“Export（导出）”，弹出上下文菜单，接着我点击“Check NONE（全部取消）”以取消选中所有的数值。

然后我使用参数编辑器将输出“PWM_1”更名为“PWM_heater1”，并将“PWM_2”更名为“PWM_heater2”，接着更改了输出类型，如以下屏幕转存图片所示：

我们需要输出 1 和 2 是“Highside Switch（高侧开关）”类型（默认类型），而不是“Push/Pull（推挽）”类型。后者将用于 FET 开关：一个将输出连接至 GND，数值为 0，另一个将它连接至正向 I/O 电源电压（通常为 24V），数值为 1。但是在此模式下，每个输出的电流上限仅为 100 mA，而在高侧开关模式下，当输出值设置为 1 时，从正向 IO 电源到 GND 的电流最高可达 500 mA。默认情况下，输出仅使用二进制值 0 或 1。仅当配置为“PWN active（PWN 激活）”时，它们才会使用无符号整数值“PWM_n”。如需设置任何输出至 PWM 激活，我们需要更改“OutputPWMActive”的数值。该数值属于位编码数值。这个字的每个位占一个输出。位 0 表示输出 1，位 1 表示输出 2，依次类推。将所有位的数值 2^n（n 为输出编号）相加，即得出配置字的数值总和。在本例中，这一计算过程相当简单：我们需要输出 1（位 0）和输出 2（位 1）为 PWM。由于 2^0 + 2^1 = 1+2 = 3，我们将 3 写入配置字中。我们将 OutputPWMFrequency 保留为最低值 40 Hz，因为这样可以得到 1% 的最高 PWM 分辨率。因此，如果在过程映像的“PWM_heater”位置中写入 50，则将在输出 1 得到 50% 的占空比。例如，如果数值为 12，则开通时间占 12%，关断时间占 88%，结果是脉冲开通 3 ms，关断 22 ms。

我需要保存该配置，并将它载入系统的驱动程序中。于是我点击菜单中的“File（文件）”，再点击“Save as Start-Config.（保存为 Start-Config.）”。然后，我点击“Tools（工具）”菜单中的“Reset Driver（重置驱动程序）”，这样便将配置载入了驱动程序并将它激活了。这时三个模块上的所有 LED 都应变为绿色。

我已经下载并安装了一种名为“RevPi PLC Control”的 Python 工具（点击这里免费下载），它相当于 Windows 电脑的 RevPiPyControl 软件。此工具可以使 RevPi 上 Python 脚本的保存和自动启动变得简单。但是，它同时还可通过 GUI 轻松查看过程映像的所有当前数值。您甚至还可通过此 GUI 设置数值。

通过“Main（主菜单）”打开“Connections…（连接…）”。通过输入名称和 IP 来新建连接。将“Port（端口）”保留为默认值 55123。点击“Apply（应用）”将新建连接添加到左侧的列表中。然后点击“Save（保存）”以保存此连接。最后，点击弹出消息框中的“Yes（是）”确认接受。

这时如果点击“Connect（连接）”，则可以看见新建连接已列出。

选中它，然后个人电脑将立即连接至 RevPi。忽略红色消息“FILE NOT FOUND（未找到文件）”，此消息仅表示尚无 Python PLC 程序保存至 RevPi。但是点击“PLC watch mode（PLC 查看模式）”可查看当前模块配置（“Devices of RevPi（RevPi 设备）”）。例如，如果点击“RevPi AIO”，将列出过程映像中的所有数值：

Temp10 显示 402，这意味着我在办公室内接受 40.2°C 的高温炙烤（开个玩笑）。当我点击“RevPi DIO”时，则出现以下列表：

即使在“PWM_heater1”中输入 25，也不会改变实际输出。首先，我们需要点击“Autorefresh values（自动刷新数值）”，接着点击“Write values to RevPi（向 RevPi 写入数值）”。这时会出现警告消息。如果您知道自己在做什么，则点击 OK，并在 PWM_heater 中输入 25，使输出 1 的占空比变为 25%。此时示波器屏幕如下所示：

上文中大篇幅地介绍了安装和配置步骤。让我们稍作休息，然后我们会在第 3 部分中接着讲解 Python 程序。请不要错过，订阅文章！