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基于PackML通过MQTT接口的生产线模拟器，用于工业4.0软件解决方案开发，实现PackML状态模型并支持基本MQTT主题结构或SparkPlugB协议。
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PackML MQTT 生产线模拟器

基于PackML通过MQTT接口的生产线模拟器

PackML MQTT Simulator是一个虚拟生产线，通过MQTT实现PackML接口，适用于工业4.0软件解决方案的开发。该模拟器实现PackML状态模型，并通过环境变量定义的MQTT主题进行通信，支持基本MQTT主题结构或SparkPlugB协议。

!PackML状态模型

模拟器支持以下主题和负载定义：

  • 基本MQTT主题结构
  • SparkPlugB v1.0

概述与主要用途

该模拟器提供虚拟生产线环境，用于测试和开发工业4.0软件解决方案。它实现完整的PackML状态模型，通过MQTT协议进行通信，可模拟生产线的状态转换、速度变化、计数器数据等关键指标，支持基本MQTT或SparkPlugB协议，帮助开发人员在无需实际硬件的情况下验证工业软件的功能。

核心功能与特性

  • PackML状态模型：实现完整的PackML状态转换，启动时自动进入"Clearing"状态，随后进入"Stopped"状态
  • 模式与状态管理：支持PackML UnitMode命令与状态监控
  • 机器速度模拟：包括速度设定值、当前速度状态、设计速度遵循，支持速度升降与波动
  • 计数器功能：包含消耗计数器、生产计数器和缺陷计数器，记录实时与累计值
  • 自动状态转换：支持从执行状态自动暂停/恢复
  • 命令回显：将参数、远程接口和产品命令回显至状态标签
  • 概率模拟：使用概率随机数决定模拟动作

使用场景与适用范围

  • 工业4.0软件解决方案开发与测试
  • PackML协议实现验证
  • MQTT工业通信接口测试
  • 生产线状态监控系统原型开发
  • SparkPlugB协议设备集成测试
  • 多生产线环境模拟（通过docker-compose部署多个实例）

使用方法与配置说明

前提条件

需运行并可访问MQTT服务器，推荐使用Docker方式运行模拟器，通过环境变量控制MQTT连接、站点、区域和生产线配置。

Docker部署

基本MQTT结构

$ docker run -it -e SITE=Site -e AREA=Area -e LINE=Line -e MQTT_URL=mqtt://broker.hivemq.com -m 30m spruiktec/packml-simulator
2020-06-22T03:13:49.301Z | info: Initializing
2020-06-22T03:13:49.817Z | info: Connected to mqtt://broker.hivemq.com:1883
2020-06-22T03:13:49.819Z | info: Site/Area/Line/Status/UnitModeCurrent : Production

启动后，使用MQTT客户端发布命令至Site/Area/Line/Command/Reset和Site/Area/Line/Command/Start，使模拟机器进入执行状态。

SparkPlugB

$ docker run -it -e CLIENT_TYPE=sparkplugb -e SITE=Site -e AREA=Area -e LINE=Line -e MQTT_URL=mqtt://broker.hivemq.com -m 30m spruiktec/packml-simulator
2020-06-22T03:13:49.301Z | info: Initializing
2020-06-22T03:13:49.817Z | info: Connected to mqtt://broker.hivemq.com:1883
2020-06-22T03:13:49.819Z | info: Site/Area/Line/Status/UnitModeCurrent : Production

启动后，使用Sparkplug B设备命令发布Command.Reset和Command.Start指标，使模拟机器进入执行状态。

Node部署

基本MQTT结构

$ npm i
...
added 421 packages from 213 contributors and audited 421 packages in 12.337s
found 0 vulnerabilities
$ export LINE=Line

$ node --max-old-space-size=20 ./src/index.js
2020-06-22T03:13:49.301Z | info: Initializing
2020-06-22T03:13:49.817Z | info: Connected to mqtt://broker.hivemq.com:1883
2020-06-22T03:13:49.819Z | info: Site/Area/Line/Status/UnitModeCurrent : Production

SparkPlugB

$ npm i
...
added 421 packages from 213 contributors and audited 421 packages in 12.337s
found 0 vulnerabilities
$ export LINE=Line
$ export CLIENT_TYPE=sparkplugb

$ node --max-old-space-size=20 ./src/index.js
2021-06-01T20:05:30.841Z | info: Initializing
2021-06-01T20:05:31.141Z | info: Connected to mqtt://broker.hivemq.com:1883
2021-06-01T20:05:31.142Z | info: Site/Area/Line/Status/UnitModeCurrentStr : Production

基本MQTT结构命令发布

发送命令时请间隔一定时间，使机器在发出Start命令前进入Idle状态：

# 发送Reset命令
$ docker run --init -it --rm efrecon/mqtt-client pub -h broker.hivemq.com -u USERNAME -P PASSWORD -t "Site/Area/Line/Command/Reset" -m 1

# 发送Start命令
$ docker run --init -it --rm efrecon/mqtt-client pub -h broker.hivemq.com -u USERNAME -P PASSWORD -t "Site/Area/Line/Command/Start" -m 1

接口方式

通过基本MQTT主题结构

虚拟生产线通过基本MQTT结构进行接口交互，订阅<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/*主题（见下文），并发布信息至<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status和<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin。<SITE>、<AREA>和<LINE>通过环境变量设置。

命令主题

可用命令如下：

主题取值功能
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Clear1, 0清除命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Reset1, 0重置命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Start1, 0启动命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Hold1, 0暂停命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Unhold1, 0恢复命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Complete1, 0完成命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Stop1, 0停止命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Abort1, 0中止命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/UnitModeString模式命令（Production生产, Manual手动, Maintenance维护）
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/MachSpeedDecimal机器速度命令
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Parameter/*n*/IDInteger参数n ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Parameter/*n*/NameString参数n 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Parameter/*n*/UnitString参数n 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Parameter/*n*/ValueDecimal参数n 值
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/IDInteger产品i ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/IDInteger产品i 工艺参数j ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/NameInteger产品i 工艺参数j 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/UnitInteger产品i 工艺参数j 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/ValueInteger产品i 工艺参数j 值
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/Ingredient/*j*/IDInteger产品i 原料j ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/IDInteger产品i 原料j 参数k ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/NameInteger产品i 原料j 参数k 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/UnitInteger产品i 原料j 参数k 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Command/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/ValueInteger产品i 原料j 参数k 值

状态主题

可用状态如下：

主题取值功能
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/StateCurrentString当前PackML状态（字符串）
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/StateCurrentStrInteger当前PackML状态
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/UnitModeInteger当前PackML模式
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/UnitModeStrString当前PackML模式（字符串）
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/CurMachSpeedDecimal当前机器速度
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/MachSpeedDecimal当前机器速度设定值
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Parameter/*n*/IDInteger参数n ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Parameter/*n*/NameString参数n 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Parameter/*n*/UnitString参数n 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Parameter/*n*/ValueDecimal参数n 值
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/IDInteger产品i ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/IDInteger产品i 工艺参数j ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/NameInteger产品i 工艺参数j 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/UnitInteger产品i 工艺参数j 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/ProcessParameter/*j*/ValueInteger产品i 工艺参数j 值
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/Ingredient/*j*/IDInteger产品i 原料j ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/IDInteger产品i 原料j 参数k ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/NameInteger产品i 原料j 参数k 名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/UnitInteger产品i 原料j 参数k 单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Status/Product/*i*/Ingredient/*j*/Parameter/*k*/ValueInteger产品i 原料j 参数k 值

管理主题

可用管理状态如下：

主题取值功能
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/MachDesignSpeedString当前PackML状态
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdConsumedCount/*i*/IDString消耗计数器ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdConsumedCount/*i*/NameString消耗计数器名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdConsumedCount/*i*/UnitString消耗计数器单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdConsumedCount/*i*/CountString消耗计数器自重置后计数
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdConsumedCount/*i*/AccCountString消耗计数器累计计数
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdProcessedCount/*i*/IDString加工计数器ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdProcessedCount/*i*/NameString加工计数器名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdProcessedCount/*i*/UnitString加工计数器单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdProcessedCount/*i*/CountString加工计数器自重置后计数
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdProcessedCount/*i*/AccCountString加工计数器累计计数
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdDefectiveCount/*i*/IDString缺陷计数器ID
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdDefectiveCount/*i*/NameString缺陷计数器名称
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdDefectiveCount/*i*/UnitString缺陷计数器单位
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdDefectiveCount/*i*/CountString缺陷计数器自重置后计数
<SITE>/<AREA>/<LINE>/Admin/ProdDefectiveCount/*i*/AccCountString缺陷计数器累计计数

通过SparkplugB v1.0

请参考Sparkplug B负载和主题负载定义规范。

以下是发布至Ignition v8.1.5 SCADA（带Cirrus Link模块）的示例。MQTT引擎配置了与模拟

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常见问题

轩辕镜像免费版与专业版有什么区别？

免费版仅支持 Docker Hub 加速，不承诺可用性和速度；专业版支持更多镜像源，保证可用性和稳定速度，提供优先客服响应。

轩辕镜像免费版与专业版有分别支持哪些镜像？

免费版仅支持 docker.io；专业版支持 docker.io、gcr.io、ghcr.io、registry.k8s.io、nvcr.io、quay.io、mcr.microsoft.com、docker.elastic.co 等。

流量耗尽错误提示

当返回 402 Payment Required 错误时，表示流量已耗尽，需要充值流量包以恢复服务。

410 错误问题

通常由 Docker 版本过低导致，需要升级到 20.x 或更高版本以支持 V2 协议。

manifest unknown 错误

先检查 Docker 版本，版本过低则升级；版本正常则验证镜像信息是否正确。

镜像拉取成功后，如何去掉轩辕镜像域名前缀？

使用 docker tag 命令为镜像打上新标签，去掉域名前缀，使镜像名称更简洁。

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