使用 EMQX 接入 OCPP 设备：构建新能源车充电网络

OCPP 简介

开放充电桩协议（Open Charge Point Protocol, OCPP）是一种应用协议，旨在实现电动汽车充电站与中央管理系统之间的通信，通过交换充电会话、状态更新和其他操作数据，促进充电业务的高效管理。

作为电动汽车充电站与中央管理系统之间的事实标准，OCPP 在电动汽车充电行业的采用率显著上升。许多国家和公司正在将 OCPP 纳入其基础设施，以确保电动汽车充电网络的无缝衔接和扩展。

OCPP 协议标准化了信息交换，支持多种操作：

1. 启动通知：充电桩连接到中央系统时发送启动通知，进行自我注册并提供初始状态信息。
2. 心跳：充电桩定期向中央系统发送心跳信息，以表明其仍处于连接和运行状态。
3. 授权：充电会话开始前，充电桩向中央系统发送授权请求，以验证用户或车辆身份。
4. 启动和停止交易：充电桩报告充电会话的开始和结束，提供仪表读数、会话持续时间和能源消耗等数据。
5. 状态通知：充电桩发送状态更新，告知中央系统其当前状态，如可用、占用或故障。
6. 固件管理：中央系统可通过发送更新命令来管理充电桩的固件。
7. 数据传输：该协议支持在充电桩和中央系统之间传输各种运行数据，以便进行监控和分析。

这些操作可确保中央系统能够有效地监测、控制和管理电动汽车充电站网络。

OCPP 协议通过两种规范在网络上传输信息：

• OCPP-J：通过 WebSockets 使用 JSON 进行 OCPP 通信。具体的 OCPP 版本以 J 扩展名标示，如 OCPP1.6J 表示 1.6 版的 JSON/WebSockets 实现。
• OCPP-S：通过 SOAP 和 HTTP 进行 OCPP 通信。从 1.6 版本开始，S 必须明确标示。旧版本默认使用 S（除非另有说明），例如 OCPP 1.5 与 OCPP1.5S 相同。

OCPP-J 规范中的 BootNotification.req 消息格式如下：

[
  // MessageTypeId, 2 表示这是客户端向服务器发送的请求消息
  2,
  // UniqueId，消息的唯一 ID，用于标识消息
  "19223201",
  // 操作，表示传输的信息类型
  "BootNotification",
  // 有效载荷，信息正文
  {"chargePointVendor": "VendorX", "chargePointModel": "SingleSocketCharger"}
]

EMQX 5 中的 OCPP 网关

EMQX 是一个可以无限连接、任意集成、随处运行的大规模分布式物联网 MQTT 接入平台。它提供了一个多协议网关，用于处理所有非 MQTT 协议的连接、身份验证和消息收发。

有关 EMQX 多协议网关的更多信息，请参阅：EMQX 5.0 全新网关框架：轻松实现多物联网协议接入

EMQX 5 中提供了一个支持 OCPP-J 1.6 协议的 OCPP 网关：

其工作原理如下：

• OCPP 网关启动一个 WebSocket 服务器端口，处理所有充电桩设备的连接、信息接收和信息传送。
• 第三方服务是由用户实现的后端服务，它根据 MQTT 消息传递模式处理 OCPP 请求。
• OCPP 网关将来自设备的所有上行信息转换为相应的 MQTT 主题和有效载荷，并将其发送至第三方服务。同时，它接收来自第三方服务的 MQTT 控制消息，将其转换为 OCPP 格式消息，并发送到相应的充电桩。

本文将介绍如何使用 EMQX 5.0 中的 OCPP 网关集成 OCPP 设备，实现不同制造商和服务提供商之间的互操作性。

配置 OCPP 网关

首先，我们要安装最新的 EMQX Enterprise。请参阅 EMQX Enterprise 入门指南| EMQX Enterprise 文档。

或者，也可以直接使用以下命令，通过 Docker 启动最新版本的 EMQX 容器：

docker run -p 18083:18083 -p 1883:1883 -p 33033:33033 emqx/emqx-enterprise:latest

在 EMQX 仪表板，点击左侧导航菜单中的管理 -> 网关。在网关页面上，列出了所有支持的网关。找到 OCPP，然后单击操作列中的 配置。接下来，将进入初始化 OCPP 页面。

为了简化配置过程，EMQX 为网关页面上的所有必填字段提供了默认值。我们只需要：

1. 将消息格式检查改为Disable。
2. 在基本参数选项卡中点击下一步，接受所有默认设置。
3. 然后，您将被引导至监听器选项卡，EMQX 已预先配置了一个 33033 端口的 WebSocket 监听器。再次单击下一步确认设置。
4. 最后，单击启用按钮激活 OCPP 网关。

完成网关激活过程后，返回网关页面，可以看到 OCPP 网关现在显示启用状态。

连接 OCPP 客户端

OCPP 网关启动后，可以使用 OCPP 客户端工具来测试连接，并验证设置是否正确。

以 ocpp-go 为例，以下是如何在 EMQX 中将 ocpp-go 客户端连接到 OCPP 网关的步骤。

首先，准备一个 MQTT 客户端用于与 OCPP 网关交互。例如，使用 MQTTX，配置其连接到 EMQX 并订阅主题 ocpp/#。

然后，运行 ocpp-go 客户端并与 OCPP 网关建立连接。

注：请将以下命令中的 <host> 替换为 EMQX 服务器的地址。

docker run -e CLIENT_ID=chargePointSim -e CENTRAL_SYSTEM_URL=ws://<host>:33033/ocpp -it --rm --name charge-point ldonini/ocpp1.6-charge-point:latest

连接成功后，将看到类似以下的日志输出：

INFO[2023-12-01T03:08:39Z] connecting to server logger=websocketINFO[2023-12-01T03:08:39Z] connected to server as chargePointSim logger=websocketINFO[2023-12-01T03:08:39Z] connected to central system at ws://172.31.1.103:33033/ocppINFO[2023-12-01T03:08:39Z] dispatched request 1200012677 to server logger=ocppj

接下来，检查 MQTTX 是否收到如下格式的消息：

Topic: ocpp/cp/chargePointSim
Payload
{
  "UniqueId": "1200012677",
  "Payload": {
    "chargePointVendor": "vendor1",
    "chargePointModel": "model1"
  },
  "Action": "BootNotification"
}

此消息表示 ocpp-go 客户端已连接到 OCPP 网关并发起了 BootNotification 请求。

在 MQTTX 中，向主题 ocpp/cs/chargePointSim 发送包含以下内容的消息。

注：请将 UniqueId 替换为上一条消息中收到的 UniqueId。

{
  "MessageTypeId": 3,
  "UniqueId": "***",
  "Payload": {
    "currentTime": "2023-12-01T14:20:39+00:00",
    "interval": 300,
    "status": "Accepted"
  },
  "Action": "BootNotification"
}

随后，MQTTX 将收到一条 StatusNotification 状态报告。这表明 OCPP 客户端已成功与 OCPP 网关建立连接。

Topic: ocpp/cp/chargePointSim
​
Payload:
{
  "UniqueId": "3062609974",
  "Payload": {
    "status": "Available",
    "errorCode": "NoError",
    "connectorId": 0
  },
  "MessageTypeId": 2,
  "Action": "StatusNotification"
}

至此，OCPP 客户端已成功连接到 EMQX 的 OCPP 网关，并与第三方服务进行了通信。

结语

EMQX 5.0 的 OCPP 网关可以实现 OCPP 设备的轻松接入，为构建统一的电动汽车充电网络提供了便利。企业从而可以高效监控和管理其电动汽车充电基础设施，为实现更具可持续性和互联性的未来铺平道路。