Jak zbudować prosty system IIoT z wykorzystaniem czujników ELA, routera Teltonika i panela operatorskiego Astraada HMI?

Internet Rzeczy (IoT – Internet of Things) oraz Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT – Industrial Internet of Things) cały czas się rozwijają i zyskują na popularności, znacząco wpływając na nasze życie. W tym artykule przedstawimy użyteczny przykład IIoT – pokażemy, jakie możliwości otwiera właściwe połączenie ze sobą kilku urządzeń automatyki przemysłowej.

Czujniki ELA Innovation

Czujniki ELA INNOVATION są to bezprzewodowe sensory, pozwalające mierzyć różne wielkości. Mają one szereg zalet:

• są wytrzymałe, mogą pracować w bardzo trudnych warunkach środowiskowych,
• są łatwe w montażu,
• mają wytrzymałą, niewymienną baterię,
• są zgodne z technologią BLE,
• mają duży zasięg,
• są łatwo konfigurowalne poprzez interfejs NFC,
• posiadają dedykowaną aplikację na PC oraz smartfona,
• są kompatybilne z każdym urządzeniem, które obsługuje technologię BLE od wersji 4.0.

Tutaj skupimy się na czujnikach wykorzystujących standard Bluetooth, ale producent zapewnia też czujniki pracujące w technologii MESH oraz AOA.

Więcej informacji o czujnikach znajdziesz w artykule „Pierwsze kroki z czujnikami ELA. Bezprzewodowe zbieranie danych w praktyce”.

Sprawdź ofertę czujników ELA Innovation
w Sklepie ASTOR

Aktywne czujniki wysyłają ramki danych w świat zgodnie z skonfigurowaną mocą i częstotliwością nadawania. Konfiguracje sensorów realizujemy za pomocą aplikacji Device Manager, którą pobieramy na smartfon z obsługą NFC z sklepu Google Play lub Apple App Store. Do tego przykładu użyliśmy czujnika RHT, który mierzy wilgotność i temperaturę.

Informacje zebrane przez czujniki mogą być dalej przekazywane za pomocą protokołu MQTT. Dane może odbierać dowolny odbiorca, który jest kompatybilny z czujnikami – czyli obsługuję technologię BLE od wersji 4.0. Urządzenie to powinno móc zeskanować czujniki znajdujące się w jego otoczeniu, a następnie się z nimi sparować i wysłać odebrane dane na broker.

W roli takiego urządzenia świetnie sprawdzą się routery Teltonika – w naszym przypadku użyjemy routera RUTX11.

Routery Teltonika

Routery Teltonika idealnie nadają się do zastosowań przemysłowych, dzięki posiadaniu takich cech jak:

• możliwość połączenia VPN, co umożliwia zdalne programowanie PLC/HMI/maszyny,
• połączenie szeregowe i Ethernet,
• opcja komunikacji Modbus i MQTT,
• Bluetooth,
• możliwość użycia I/O,
• alarmowanie przy pomocy SMS,
• kontrolowanie ilości zużycia danych na karcie SIM,
• zabezpieczenia sieciowe,
• zdalne zarządzanie / monitorowanie.

Podstawowa konfiguracja routera jest bardzo prosta i została opisana w artykule „Podstawowa konfiguracja routera dla sieci przemysłowej – dostęp do Internetu, publiczny IP, LAN, WiFi, resetowanie routera, DDNS”.

Sprawdź ofertę routerów Teltonika
w Sklepie ASTOR

Router Teltonika może pełnić funkcję MQTT BROKERA – może wysyłać sam na siebie dane. W tym przypadku RUTX11 jest równocześnie brokerem i publikuje dane. Aby tak było, musimy wykonać 3 kroki w konfiguracji routera.

Aby dostać się do strony konfiguracyjnej routera, należy podłączyć go do komputera PC poprzez kabel Ethernet, wpisać adres IP routera w przeglądarkę i zalogować się.

Krok 1. Router w funkcji brokera

Aby nasz router mógł pełnić role serwera, należy w aplikacji konfiguracyjnej routera z menu SERVICES wybrać zakładkę MQTT. Aktywujemy MQTT BROKER przesuwając suwak na „on”.

Krok 2. Sparowanie czujnika z gatewayem Teltonika RUTX11

Na początku należy uruchomić usługę Bluetooth z menu SERVICES, a następnie poprzez naciśnięcie przycisku SCAN wykonać skanowanie czujników znajdujących się w otoczeniu routera. Jeśli w AVAIBLE DEVICES pojawi się nasz czujnik – zaznaczamy go i parujemy z routerem za pomocą przycisku PAIR. Na koniec zapisujemy zmiany klikając SAVE&APPLY.

Krok 3. Wysyłanie zgromadzonych danych na serwer

Przechodzimy w aplikacji do SERVICES -> DATA TO SERVER. Ta zakładka pozwoli nam na skonfigurowanie czujników, które zbierają dane i okresowo wysyłają na serwer. Lista sensorów jest domyślnie pusta, więc klikamy przycisk ADD i przechodzimy do konfiguracji.

Należy zwrócić szczególną uwagę na wybranie odpowiedniego formatu JSON, który będzie obsługiwany przez aplikację kliencką. Ważny jest również odpowiedni temat, na który będą wysyłane dane oraz aby wybrać filtrowanie po MAC adresie/nazwie czujnika.

Panel Astraada HMI

Astraada HMI Panel to dotykowe, ekonomiczne panele operatorskie. Dzięki swojej niezawodności, intuicyjności i rozbudowanej funkcjonalności są szeroko stosowane do obsługi maszyn w systemach sterowania. Zapewniają bogate możliwości komunikacyjne, ponieważ w standardzie dostarczane jest ponad 400 protokołów komunikacyjnych, co pozwala na wymianę danych z większością urządzeń automatyki.

Dostępne jest bezpłatne oprogramowanie narzędziowe Astraada HMI CFG do tworzenia ekranów wizualizacyjnych, które posiada:

• dostęp do gotowej biblioteki elementów graficznych
• rejestrację i archiwizacje danych
• alarmowanie, trendy, receptury
• własne algorytmy sterowania
• wbudowany kompilator i symulator
• mechanizm pomocy
• obsługa protokołu MQTT

Dodatkowo istnieje możliwość połączenia zdalnego z panelem, co umożliwia mobilny dostęp do niego. Zrealizowane jest to w oparciu o protokół VNC lub FTP.

Sprawdź ofertę paneli operatorskich Astraada HMI
w Sklepie ASTOR

W naszym przypadku wykorzystamy funkcjonalność panelu opartą na protokole MQTT, aby panel mógł połączyć się z brokerem i odebrać od niego dane. Na panelu później można wykonać aplikacje wizualizującą odebrane dane pomiarowe.

Konfiguracja MQTT w panelu operatorskim Astraada odbywa się w oparciu o dedykowane oprogramowanie Astraada HMI CFG. Konfigurację przechodzimy w 3 krokach.

Krok 1. Połączenie z brokerem

Z węzła Links wybieramy MQTT Client i w oknie konfiguracji uzupełniamy informacje odnośnie brokera.

Krok 2. Tryb publikacji i subskrypcji

W drzewie projektowym w zakładce Text Format Table konfigurujemy tryb publikacji, subskrypcji panelu Astraada HMI w protokole MQTT. Zajmujemy się tam przygotowanie tematu publikacji, subskrypcji a także ich treści wiadomości. W tabeli pojawią nam się 3 kolumny ID, Nazwa, Language1, gdzie największe znaczenie będzie miał tekst zapisywany w ostatniej kolumnie, ponieważ nim będzie operował panel Astraada HMI.

Krok 3. Ostatni etap konfiguracji

Na koniec wracamy do zakładki MQTT Client i przeprowadzamy ostatnie elementy w oknie konfiguracyjnym. Nadajemy zdefiniowanym przez nas wcześniej tematom odpowiednie ID w kolumnie Publish Topic wybieramy tematy do publikowania a w Subscripton Topic tematy służące do subskrypcji.

Dodatkowo należy stworzyć specjalne makra w zależności od zamysłu tworzonej aplikacji, ponieważ za ich pomocą przebiega komunikacji MQTT.

Tym samym nasze trzy elementy – czujniki, router, panel operatorski – mogą się ze sobą komunikować, wymieniając dane, co razem pozwala nam stworzyć użyteczny system z szerokimi zastosowaniami.

Proces komunikacji odbywa się w 5 krokach:

1. Czujniki wysyłają paczki danych w świat.

2. Router skanuje czujniki i się z nimi paruje.

3. Dane zebrane z czujników router wysyła na serwer.

4. Panel Astraada HMI subskrybuje dany temat MQTT, za pośrednictwem którego router wysyła dane.

5. Panel Astraada HMI wizualizuje dane pomiarowe na ekranie.

Monitorowanie danych

Aby monitorować dane wysyłane na serwer, wystarczy użyć aplikacji klienckiej MQTT Explorer. Jest to darmowa aplikacja, którą można pobrać na komputer PC ze sklepu Microsoft. Konfiguracja jest bardzo prosta – należy za pomocą przycisku + Connctions dodać nowego, interesującego nas brokera, a następnie kliknąć CONNECT. Aplikacja domyślnie subskrybuje wszystkie tematy oraz pozwala na publikowanie danych.

Zastosowania panelu Astraada HMI z czujnikami ELA Innovation i routerem Teltonika

W zależności od tego, jakiego rodzaju czujnika użyjemy, możemy powyższy system zastosować w różnego rodzaju sytuacjach, jak np.:

• Monitorowanie parametrów środowiskowych w pomieszczeniach.
• Monitorowanie parametrów środowiskowych w odległych od siebie miejscach.
• Monitorowanie temperatury pracy maszyn.
• Monitorowanie drgań maszyn.
• Monitorowanie temperatury produktów spożywczych.
• Monitorowanie temperatury produktów farmaceutycznych .
• Monitorowanie zużycia energii .
• Wykrywanie otwarcia i zamknięcia drzwi aut.
• Monitorowanie pomiaru stanu załadunku wózków kontenerowych.
• Monitorowanie temperatury w rozdzielniach.

Tekst napisała Natalia KAZYKALEWICZ (ASTOR Mission Critical)

Współpraca i konsultacja: Łukasz ŻABSKI.