Когда серводвигатели встречаются с микросервисами: расслабляющее путешествие по подключению к gRPC

Представьте себе этот сценарий. Вы потратили несколько дней на отладку набора роботизированных рук. Сервоприводы каждого шарнира были отрегулированы чрезвычайно точно, а оборудование было идеальным. Но все становится сложнее, когда вы пытаетесь заставить их общаться с системами управления более высокого уровня. Задержка данных, несоответствие протоколов, потеря пакетов команд в реальном времени… кажется ли вам это немного знакомым?

Давайте поговорим о том, как по-настоящему соединить эти «мускулы» физического мира с цифровым мозгом.

Почему традиционные методы подключения вызывают такую ​​головную боль?

Предыдущий подход часто заключался в использовании множества специализированных протоколов последовательного порта или инкапсуляции набора форматов сообщений в TCP. Дело не в том, что он не может бежать, просто поддерживать его — все равно, что идти по канату. Каждый раз, когда добавляется двигатель, логика привода должна быть переписана; если необходимо изменить управление, возможно, придется переместить весь уровень связи.

Не говоря уже о режиме реального времени. Механическое управление не может ждать сотни миллисекунд сетевой задержки. Если инструкция прибудет с опозданием, действие заморозится. Обратная связь о положении сервопривода также должна постоянно возвращаться на сервер, иначе кто знает, куда она направляется?

В это время кто-то задумался о микросервисной архитектуре — о разделении управляющей логики на независимые небольшие сервисы, каждый из которых отвечает за одну часть, гибко развертываемые и расширяемые. Идея отличная, но как сделать так, чтобы эти сервисы стабильно и быстро взаимодействовали с железом?

gRPC уже здесь: управляйте двигателями, как по телефону

gRPC — не новая концепция, но она привносит нечто новое в промышленные микросервисы.

Вы можете думать об этом как о «звонке, чтобы договориться о встрече». Оба конца заранее определяют, что они хотят сказать (например, «задать положение», «скорость чтения»), а затем общаются напрямую, используя этот набор соглашений. Двоичная передача происходит намного быстрее, чем текстовые протоколы, такие как JSON; он основан на HTTP/2 и поддерживает мультиплексирование. Несколько потоков команд могут выполняться одновременно по одному соединению.

Для такого оборудования, как серводвигатели, это означает, что вы можете отправлять инструкции по положению в реальном времени и синхронно получать данные обратной связи. Двунаправленная потоковая передача так же естественна, как настройка параметров непосредственно на месте.

Практическое подключение: от идеи до сигнала

Как это сделать конкретно? Не так сложно, как представлялось.

Первым шагом является определение вашей «телефонной книги». То есть прото-файл. Здесь можно четко прописать интерфейс сервиса: например, сервис MotorControl, который содержит такие методы, как SetPosition и GetStatus. Какие параметры требует каждый метод и какую структуру он возвращает, записаны черным по белому. Это определение может затем генерировать как код инфраструктуры на стороне сервера, так и код вызова на стороне клиента.

Второй шаг — позволить серверу «говорить». Реализуйте определенные интерфейсы в микросервисах. Когда вы получаете вызов SetPosition, вы отправляете его фактическомумощностьСервопривод выдает инструкции. Данные энкодера, ток, температура и другая информация, возвращаемая двигателем, также могут быть организованы в структурированные сообщения и возвращены вызывающей стороне посредством потоковой передачи gRPC или все сразу.

Третий шаг — клиент должен «позвонить по телефону». Управление, человеко-машинный интерфейс или другие услуги: вы можете удаленно запросить двигательное действие или запросить статус, как при вызове локальной функции. Из-за предыдущего строгого определения соглашения ни одна из сторон не поймет неправильно смысл друг друга.

Вы обнаружите, что логика доступа к оборудованию, которая изначально была разбросана повсюду, теперь объединена в четко определенный микросервис. Остальным частям нужно заниматься только своим делом и не нужно знать конкретные провода, через которые подключается мотор.

Некоторые небольшие волны, с которыми вы столкнетесь на практике

Конечно, реальный мир никогда не бывает прямой линией. В сети может наблюдаться дрожание, а оборудование может временно перестать отвечать на запросы. К счастью, gRPC имеет встроенные механизмы повтора, крайнего срока, перехватчика и других механизмов. Вы можете настроить автоматическую повторную попытку, если ответ не будет получен в течение 500 миллисекунд, или настроить выполнение определенных операций запроса в течение 20 миллисекунд.

Некоторые люди также спрашивают, почему бы просто не использовать MQTT или традиционный REST? Это зависит от того, чего вы хотите. Если вам нужно строгое определение структуры, высокопроизводительная двусторонняя связь в реальном времени, и вы хотите автоматически генерировать строго типизированный код на основе определения интерфейса, чтобы уменьшить количество ошибок, ощущение обновления, создаваемое gRPC, очевидно. Это делает границу между программным и аппаратным обеспечением такой же четкой, как и модульное программирование.

когда все будет готово

Когда вы выполните эти подключения, у вас возникнет чудесное ощущение: эти холодные металлические и пластиковые роботизированные руки, кажется, действительно стали гибко вызываемым «объектом» в цифровой системе. Для управления им можно использовать любой язык программирования, поддерживающий gRPC, вы можете легко A/B протестировать логику управления и обновлять параметры сервопривода без выключения.

Аппаратное обеспечение больше не является островом. Он плавно вплетен во всю экосистему программного обеспечения.

Вероятно, это крошечный роман, вызванный технологиями, позволяющими двум, казалось бы, не связанным между собой мирам плавно общаться на одном языке. И все, что вам нужно сделать, это подобрать правильные инструменты и определить первое приветствие между ними.

Основанная в 2005 году,мощностьбыла посвящена профессиональному производителю компактных приводов со штаб-квартирой в Дунгуане, провинция Гуандун, Китай. Используя инновации в технологии модульных приводов,мощностьобъединяет высокопроизводительные двигатели, прецизионные редукторы и многопротокольные системы управления, обеспечивая эффективные и индивидуальные решения для интеллектуальных систем привода. Kpower предоставила профессиональные решения в области приводных систем более чем 500 корпоративным клиентам по всему миру, предлагая продукты, охватывающие различные области, такие как системы «умный дом», автоматическая электроника, робототехника, точное земледелие, дроны и промышленная автоматизация.