CSP Library

CSP Common Library 是一個模組化的 Python 工具集，專為能源管理系統與工業設備通訊設計。

特點

• 8 層分層架構：Core → Modbus/CAN → Equipment → Controller → Manager → Integration → Storage → Additional
• Async-first：所有設備 I/O 與管理器皆採用 asyncio
• 多協議支援：Modbus TCP/RTU 與 CAN Bus 雙協議設備抽象
• 策略引擎：PQ/QV/FP/Droop/Island/PVSmooth/LoadShedding/RampStop 等 10+ 內建策略
• 功率補償：前饋 + 積分閉環補償（PowerCompensator），含 FF Table 自動學習
• 動態保護：DynamicSOCProtection / GridLimitProtection 從 RuntimeParameters 即時讀取參數
• 功率分配：Equal / Proportional / SOCBalancing 多機分配，含硬體限制 + 溢出轉移
• Modbus TCP Gateway：宣告式暫存器映射、寫入驗證、資料同步，對接 EMS/SCADA
• 韌性機制：CircuitBreaker（指數退避 + jitter）+ RetryPolicy
• Event-driven：設備事件系統 + WeakRef 自動清理
• 精度控制：ExecutionConfig.interval_seconds 支援 float（sub-second 策略如 DReg 0.3 s）；StrategyExecutor work-first + 絕對時間錨定漂移補償（v0.8.0）
• NO_CHANGE sentinel：Command.p_target / q_target 支援 NO_CHANGE，策略可宣告「此軸不變更」，CommandRouter 跳過對應軸寫入，多策略 cascade 正確組合（v0.8.0）
• Event-driven Trigger：SystemController.attach_read_trigger(device_id) 綁定設備讀完即觸發策略，搭配 TRIGGERED/HYBRID 模式消除 phase drift（v0.8.0）
• ContextMapping param_key：直接從 RuntimeParameters 注入 context 欄位，不需手動搬入 extra（v0.8.0）
• Fluent Builder：SystemControllerConfig.builder() 鏈式配置
• Operator Pattern：Reconciler Protocol + TypeRegistry + YAML Site Manifest，K8s 風宣告式站點配置與自我修復調和迴圈（v0.9.0）
• 按需安裝：Optional dependencies 避免引入不必要的套件

安裝

# 基本安裝
pip install csp0924_lib

# 按需安裝
pip install csp0924_lib[modbus]     # Modbus 通訊
pip install csp0924_lib[can]        # CAN Bus 通訊
pip install csp0924_lib[mongo]      # MongoDB
pip install csp0924_lib[redis]      # Redis（含 Sentinel + TLS）
pip install csp0924_lib[monitor]    # 系統監控
pip install csp0924_lib[cluster]    # 分散式叢集
pip install csp0924_lib[gui]        # FastAPI Web GUI
pip install csp0924_lib[manifest]   # YAML Site Manifest（pyyaml）
pip install csp0924_lib[all]        # 所有功能

架構

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Layer 8  Additional                                         │
│  Cluster · Monitor · Notification · ModbusServer · Gateway   │
│  Statistics · GUI                                            │
├──────────────────────────────┬──────────────────────────────┤
│  Layer 7  Storage            │  Layer 6  Integration         │
│  MongoDB · Redis             │  Registry · SystemController  │
│                              │  ContextBuilder · CommandRouter│
├──────────────────────────────┤  Distributor · Orchestrator   │
│  Layer 5  Manager            ├──────────────────────────────┤
│  Unified · Alarm · Command   │  Layer 4  Controller          │
│  DataUpload · StateSync      │  Strategies · Executor        │
│                              │  Protection · Compensator     │
├──────────────────────────────┴──────────────────────────────┤
│  Layer 3  Equipment                                          │
│  AsyncModbusDevice · Points · Alarms · Transport · Pipeline  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 2  Modbus / CAN                                       │
│  DataTypes · Codec · Clients (TCP/RTU/Shared) · CAN Bus      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 1  Core                                               │
│  Logging · Lifecycle · Errors · Health · Resilience           │
│  RuntimeParameters                                           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

依賴方向：下層 → 上層（下層不可 import 上層）

Quick Start

import asyncio
from csp_lib.modbus import PymodbusTcpClient, ModbusTcpConfig, Float32, UInt16
from csp_lib.equipment.core import ReadPoint, WritePoint
from csp_lib.equipment.device import AsyncModbusDevice, DeviceConfig

device = AsyncModbusDevice(
    config=DeviceConfig(device_id="inverter_001", unit_id=1),
    client=PymodbusTcpClient(ModbusTcpConfig(host="192.168.1.100")),
    always_points=[
        ReadPoint(name="voltage", address=0, data_type=Float32()),
        ReadPoint(name="power", address=2, data_type=UInt16()),
    ],
)

async def main():
    async with device:
        values = await device.read_all()
        print(f"Voltage: {values['voltage']}V, Power: {values['power']}W")

asyncio.run(main())

更多範例見 examples/ 目錄。

模組總覽

層	模組	說明	文件
L1	core	Logging · Lifecycle · Errors · Health · Resilience · RuntimeParameters	→
L2	modbus	資料型別 · Codec · TCP/RTU/Shared 客戶端	→
L2	can	CAN Bus 客戶端 · 配置 · 例外	→
L3	equipment	AsyncModbusDevice · Points · Alarms · Transport · Transforms	→
L4	controller	10+ 策略 · Executor · Protection · Compensator · Calibration	→
L5	manager	Unified · Alarm · Command · DataUpload · StateSync	→
L6	integration	Registry · SystemController · ContextBuilder · CommandRouter · Distributor	→
L7	mongo	MongoConfig · MongoBatchUploader	→
L7	redis	RedisClient（Standalone/Sentinel/TLS）· Pub/Sub	→
L8	cluster	Leader Election · State Sync · HA Controller	→
L8	monitor	系統指標收集 · 告警評估 · Redis 發佈	→
L8	notification	多通道告警分發（Telegram/LINE/自訂）	→
L8	modbus_server	Modbus TCP 模擬伺服器（測試用）	→
L8	modbus_gateway	Modbus TCP Gateway（EMS/SCADA 介面）	→
L8	statistics	能源統計（累計度數、運行時數）	—
L8	gui	FastAPI Web 介面	—

控制流程

設備讀取 → ContextBuilder → StrategyContext
                                ↓
                    StrategyExecutor（策略由 ModeManager 決定）
                                ↓
                    Command → ProtectionGuard → CommandProcessor
                                ↓
                    PowerDistributor → CommandRouter → 設備寫入

範例

檔案	說明
01_basic_device.py	基本設備讀寫
03_control_strategies.py	控制策略使用
05_system_controller.py	SystemController 進階控制
14_power_distributor.py	多機功率分配
15_modbus_gateway.py	Modbus TCP Gateway
demo_ess_dreg.py	ESS Droop 調頻 + 補償 + 校準
demo_full_system.py	完整系統端到端整合

完整範例列表見 examples/。

開發

# 安裝所有依賴
uv sync --all-groups --all-extras

# 測試
uv run python -m pytest tests/ -v

# Lint + Format + Type Check
uv run ruff check .
uv run ruff format .
uv run mypy csp_lib/

授權

Apache License 2.0 — Copyright 2024-2026 Cheng Sin Pang（鄭善淜）

引用

@software{csp_library,
  title = {CSP Library},
  author = {Cheng Sin Pang (鄭善淜)},
  year = {2024},
  url = {https://github.com/csp0924/csp_lib},
  version = {0.9.1}, % x-release-please-version
  license = {Apache-2.0}
}

詳見 CITATION.cff · CHANGELOG.md