Centralizacja danych w chmurze - czyli koncepcja IoT na przykładzie rozwiązań firmy Weintek

Powrót do listy artykułów Aktualizowany: 2024-03-27

Na początek wyjaśnijmy czym jest Internet rzeczy. IoT to koncepcja, wedle której jednoznacznie identyfikowalne przedmioty mogą pośrednio lub bezpośrednio gromadzić, przetwarzać lub wymieniać dane za pośrednictwem sieci komputerowej. Weintek proponuje panele, w których zaimplementował dwa uniwersalne protokoły: MQTT i OPC UA.

MQTT to komunikacja trochę inna niż klasyczna – oparta o wzorzec Publisher / Subscriber. W takiej architekturze wiadomości wysyłane przez nadawców trafiają do serwera pośredniczącego, a nie bezpośrednio do odbiorców. Przy takim rozwiązaniu komunikacji nie występuje tzw. pulling – cykliczne odpytywanie serwera o to, czy pojawiły się nowe dane. Tutaj ten koncept został odwrócony o 180 stopni: serwer poinformuje zainteresowanych klientów o nowej wiadomości.

Implementacja MQTT opiera się o Topic Based, co oznacza, że wiadomość publikowana jest na tzw. temat. Klienci, którzy subskrybują dany temat otrzymają publikowane na nim wiadomości. Protokół MQTT jest bardzo popularny – wykorzystuje go m.in. Facebook w komunikatorze internetowym Messenger, Amazon w usłudze AWS IoT oraz szeroko pojęta dziedzina medycyny np. podczas komunikacji drogą radiową z rozrusznikami serca. AWS IoT to usługi Amazon – tak zwane Amazon Web service. Są to usługi chmurowe, a dokładniej platforma chmurowa, umożliwiająca podłączonym urządzeniom łatwą i bezpieczną interakcję z aplikacjami w chmurze i innymi urządzeniami.

Dioda RGB jako subskrybent MQTT

Zasada jest bardzo prosta – do serwera/brokera podłączają się klienci. Klient może wysłać wiadomość na dany temat lub odbierać wiadomość na wybranych przez siebie tematach. Można wydzielić następujące odpowiedzialności:

Publisher: czyli nasz inteligentny przełącznik
Nadawca wiadomości: podmiot publikujący dane na konkretnym temacie; dane publikowane przy użyciu protokołu MQTT są danymi tekstowymi – z łatwością możemy serializować strukturę danych do formatu xml
Broker: czyli nasza aplikacja w chmurze lub na komputerze
Serwer: pośrednik w komunikacji odpowiedzialny za dostarczenie wiadomości. Do brokera podłączają się Klienci w celu wysłania oraz odbierania danych. Serwer pośredniczący możemy wykorzystać z chmury np. Amazon lub zainstalować na własnym urządzeniu. Obecnie bardzo popularną aplikacją MGTT jest mosquito
Subskrybent: inteligentna lampa diodowa RGB, czyli odbiorca wiadomości, podmiot nasłuchujący na wybranych tematach; jego rolą jest deserializacja danych

MQTT w chmurze AWS IoT wykorzystuje tzw. cieniowanie – subskrybent nie musi być online w momencie aktualizacji danych. Urządzenie po podłączeniu do sieci otrzymuje aktualne dane.

OPC UA

Kolejny protokół komunikacyjny, o którym warto wspomnieć to OPC UA. Jest to niezależny od dostawcy protokół komunikacyjny do zastosowań w automatyce przemysłowej. Jego działanie opiera się na tradycyjnej zasadzie Klient-Serwer i umożliwia sprawną komunikację pomiędzy poszczególnymi czujnikami czy serwomechanizmami poprzez SCADA, MES, ERP i chmury.

OPC UA jest to standard przemysłowy, który może zostać zaimplementowany na różnych systemach, na dowolnej platformie sprzętowej oraz przy użyciu wielu języków programowania. W tradycyjnej architekturze do sterownika podłączane są wszystkie sygnały wejściowe i wyjściowe, obsługiwane w systemie sterowania. Sterownik PLC nie jest potrzebny w każdej aplikacji, a nawet jeżeli jego zastosowanie jest wymagane, to niekoniecznie musi on obsługiwać wszystkie dostępne w systemie sygnały. Z tego względu idealnym rozwiązaniem z punktu widzenia IoT jest maksymalne skrócenie pionowej drabiny kolejnych urządzeń pośredniczących pomiędzy maszyną, a systemem informatycznym wykorzystującym dane.

OPC UA jest standardem umożliwiającym osiągnięcie tego celu, niezależnie od tego, czy urządzenia są spięte fizycznie w jedną sieć, czy też komunikują się ze sobą za pośrednictwem bramek sieciowych i chmury. Zastosowanie OPC UA pozwala, by każdy odbiorca danych mógł dowolnie z nich korzystać. OPC UA wypełnia lukę pomiędzy światem urządzeń informatycznych opartym na IP a światem hali produkcyjnej. Warto też wspomnieć o bezpieczeństwie, ponieważ organizacja OPC UA postawiła sobie za cel sprostanie tym wymogom i stworzenie rozwiązania zapewniającego bezpieczeństwo danych, np. poprzez mechanizmy uwierzytelnienia dostępu i szyfrowania komunikatów.

Bramka protokołu cMT-G02 Weintek

Wiele mobilnych urządzeń stosuje protokoły OPC UA, co pozwala na zdalny podgląd danych z dowolnego miejsca na świecie. Urządzenia Weintek mogą być zarówno Klientem jak i serwerem OPC UA. cMT-G02 od Weintek pozwala zbierać dane z urządzeń, wykorzystując ich własne protokoły i przesyłać dalej do nadrzędnych aplikacji za pomocą MQTT, OPC UA lub MODBUS TCP. Dzięki bezprzewodowemu połączeniu poprzez Wi-Fi możemy w łatwy sposób skomunikować urządzenie nawet w bardzo trudno dostępnych miejscach.

Urządzenie wspiera ponad 300 protokołów komunikacyjnych różnych producentów m.in.: Siemens, Schneider, Fatek. Pozwala ono monitorować stan urządzenia i zgłaszać stany alarmowe. Urządzenie pozwala także przechowywać receptury, bądź zmieniać parametry pracy na bieżąco w recepturach. Użytkownik może zdalnie połączyć się z urządzeniem będąc nawet poza fabryką, a przy pomocy programowania transparentnego może zmienić program w sterowniku PLC, który jest podpięty do urządzenia Weintek. Wszystkie dane zmienne procesowe mogą zostać zebrane i przesłane dalej uniwersalnym protokołem OPC UA lub MQTT. Dodatkowo dzięki usłudze EasyAccess możemy otrzymywać na telefon powiadomienia o stanach alarmowych i być zawsze na bieżąco

Dodatkowo zapraszamy do obejrzenia naszego webinaru „Przemysł 4.0 w akcji – przykłady zastosowań", w którym omawiamy panele operatorskie HMI z protokołami przeznaczonymi do komunikacji z chmurami obliczeniowymi.

Obserwuj nas na:

Facebooku – www.facebook.com/multiprojekt
LinkedIn – www.linkedin.com/company/multiprojekt
Instagramie – www.instagram.com/multiprojekt.pl