技術文章

當前頁面: 首頁 >技術文章 >德國赫優訊物聯網網關TPI 51 ——實現PROFINET與OPC UA網絡通訊

德國赫優訊物聯網網關TPI 51 ——實現PROFINET與OPC UA網絡通訊

供稿:赫優信(上海)自動化系統貿易有限公司 2021/2/5 16:25:49

0 人氣:665

  • 關鍵詞: 赫優訊 物聯網網關 PROFINET OPC UA
  • 摘要:德國赫優訊推出的實現自動化網絡與云通訊連接的物聯網網關netIOT Edge Gateway,可以實現安全地將自動化網絡連接至云端或物聯網平臺

1.產品簡介

德國赫優訊推出的實現自動化網絡與云通訊連接的物聯網網關netIOT Edge Gateway,可以實現安全地將自動化網絡連接至云端或物聯網平臺,產品作為IO現場設備與PLC進行周期數據交換,然后直接通過OPC UA或MQTT云通訊方式連接到IoT設備或平臺中??梢钥焖俅罱∣T和IT數據的“橋梁”,用于安全地實施工業物聯網和工業4.0等邊緣自動化項目。

根據不同的應用場景和項目需求,赫優訊推出的netIOT Edge Gateway可分為以下兩類:

(1)“Connect”:NIOT-E-TPI51-EN-RE適用于傳輸有限數量的物聯網應用,通過Node-RED / Docker進行數據挖掘和數據處理分發;

(2)“On-Promise”:NIOT-E-TIJCX-GB-RE適用于數據密集型和復雜的物聯網應用,對性能、連接性和內存容量要求更高,Node-RED/Docker作為基礎,本地云連接和云計算作為選項。

 赫1.png

圖1 netIOT Edge Gateway

本文以“Connect”網關TPI 51為實驗對象,針對PROFINET網絡到OPC UA通訊的實際應用場景,進行通訊測試和分析。

1.1  Edge Gateway Manager

Edge Gateway Manager是一個帶有瀏覽模塊的網頁,可以快速訪問集成在設備中的應用程序或外部網頁。

 赫2.png

圖2 Edge Gateway Manager

訪問方式:

① https://(通過DHCP方式)

② https://(通過固定IP)

注:登錄Edge Gateway Manager,第一次登錄需要通過局域網給設備分配IP地址,可通過交換機將設備與PC同時連接到局域網,然后通過設備名登錄。登陸之后,可設置固定IP登錄方式。

1.2  Control Pannel

使用控制面板可以配置Edge Gateway并顯示系統信息和特定于設備的信息。

(1)System:包含信息中心、許可證管理、時間設置等,用于顯示系統信息和激活的許可證,上傳或下載許可證文件,設置時間和時間同步等。

(2)Network:可以配置IT和OT網絡(現場總線)的以太網接口、WiFi設置、組態現場總線接口等操作。

(3)Services:顯示、啟動和停止Edge Gateway的服務配置。

(4)User Management:顯示用戶權限。

(5)Security:存儲和管理證書以及密鑰文件。

(6)Node-RED – The wiring editor

1.3  Node-RED

物聯網中的網關的任務是在不同的設備之間建立簡單的可配置的靈活連接,netIOT Edge Gateway使用Node-RED完成基本配置,Node-RED是一個非常靈活的物聯網可視化布線編輯器,基于流的編程模型,表示節點間事件流的消息、觸發以及輸出結果的處理,獨立于平臺。內置節點集,為開發者提供了強大的基礎。

結合物理層面和邏輯應用,Node-RED模型中的“流”與“節點”建立基本模型,代表物聯網中的對象,可將這些對象與物理接口以及邏輯功能相關聯。使用簡單的拖拽和拖放技術,無需編程,只需配置,使用功能塊進行數據連接,縮短應用構建時間。如下圖所示:

 赫3.png

圖3 Node-RED與物理接口的關系

在Node-RED中msg對象包含topic和payload。topic定義消息,payload包含傳輸的載荷。

1.4  OPC UA通訊協議

OPC UA 是一套集信息模型定義、服務與通訊標準為一體的標準化技術框架, 作為一種面向服務的通信協議,目的是使工業化通訊有據可循,可以理解為一個 UA 服務端和 UA 客戶端的實時數據庫框架。UA 服務端負責數據管理與邏輯運算,并通過OPC UA 通訊協議對 UA 客戶端程序提供相應的數據與服務。

UA 服務端既可以是可編程邏輯控制器 (PLC)、I/O控制器或傳感器等設備上二次開發的應用程序,也可以是 MES、SCADA等物聯網應用平臺。UA 客戶端是 UA 服務端進行通訊的系統或設備,可以是ERP系統、大數據平臺、物聯網系統,也可以是任意物聯網設備。OPC UA整體架構如下圖所示:

 赫4.png

圖2 OPC UA整體架構

為打通異構信息系統集成的信息渠道,實現數據的互聯互通和無縫傳遞,OPC UA 技術需具備獨立于平臺、可伸縮性、高度可利用性、因特網服務可植入等特點,不但可實現獨立于各大設備制造商,還獨立于各個主流操作系統,并支持多種編程語言實現軟件應用開發。OPC UA作為物聯網通訊協議有以下幾大特點:

(1)訪問統一性,OPC UA提供一致的、完整的地址空間和服務模型;

(2)通信性能,可通過任何單一端口進行通信;

(3)高度可靠性和冗余性;

(4)標準安全模型,提高互通性的同時降低維護和額外配置費用;

(5)獨立于平臺,不依靠和局限于任何特定的操作平臺。

2.實驗準備

試驗所需設備:

赫5.png

3.硬件連接

根據實驗要求,西門子S7-1200作為PROFINET主站,TPI 51邊緣網關作為PROFINET從站同時作為OPC UA server,Ua Expert OPC UA Client作為客戶端可訂閱TPI 51邊緣網關的消息,即可直接接收PROFINET主站發送的數據,同時也可以發送的數據到主站。

TPI 51邊緣網關和西門子PLC都需要24V供電,需連接相應的電源設備。關于邊緣網關的相關配置及硬件LED燈閃爍情況,請參考文檔:Edge Gateway NIOT-E-TPI51-EN-RE UM 08 EN。

4.軟件安裝

本次實驗采用兩臺計算機,分別模擬IT和OT的部分,需要分別安裝西門子TIA博途軟件和UaExpert客戶端軟件。通過瀏覽器訪問Edge Gateway Manager主控制界面,然后通過Node-RED進行數據流的創建。

5.測試步驟

5.1 系統配置

登錄Edge Gateway Manager,第一次登錄需要通過局域網給設備分配IP地址,可通過交換機將設備與PC同時連接到局域網,然后通過設備名登錄。登陸之后,可以通過cmd查看設備的IP地址,然后設置固定IP登錄方式。首次登陸,登錄名和密碼都為admin,然后根據操作提示可更新密碼。

(1)設置固定IP

設備的訪問方式可以通過固定IP的方式登錄,在管理界面的上側菜單欄,點擊NetWork,選擇LAN,設置固定IP即可。注意:通過固定IP登錄時,需要與PC的IP地址在同一個網段之內。

 赫6.png

圖4 設置固定IP

(2)設置Field

Edge作為從站設備連接到OT網絡中,目前可支持PROFINET、Ethernet/IP、Modbus TCP,需要在Field中選擇相應的協議棧即可。點擊上側菜單欄NetWork,選擇Field,進入Field的配置界面。首先,修改Field的工作模式,TPI 51邊緣網關作為現場設備,所以設置其為Active模式,然后選擇相應的firmware,本次測試選擇PROFINET IO Device:

  赫7.png

圖5 設置Field界面

(3)Node-RED設置

 需要在Service list中啟動Node-RED選項,才可以在首頁中激活Node-RED功能塊,然后直接進入Node-RED界面進行配置。

 赫8.png

圖6 啟動Node-RED

5.2 設置Fieldbus節點

在管理界面首頁,點擊Node-RED圖標,進入Node-RED編輯器,首先是對TPI 51邊緣網關進行相應的配置,通過創建數據流實現PROFINET網絡到OPC UA的通訊。

Fieldbus節點分為Input和Output節點,用來從現場層(例如PROFINET、EtherNet/IP等實時以太網網絡)接收數據,或者將數據發送至現場層,每個節點都需要信號來尋址數據,所以需要先配置現場總線系統,然后定義信號,將信號用于Fieldbus的輸入和輸出節點。

添加Fieldbus節點,首先需要將Connect設置為PROFINET從站設備,選擇PROFINET IO Device(version3.14,build 0 revision 4):cifX0,點擊右側的按鈕進入具體的設置界面,

 赫9.png

圖7 添加Fieldbus輸入節點

 赫10.png

圖8 進入Fieldbus配置器

設置輸入輸出模塊長度分別為:2 send byte(inputs)和2 receive byte(outputs)

 赫11.png

圖9 添加輸入輸出模塊

對于PROFINET從站設備,只需要設置設備名稱和輸入輸出長度,IP地址可由主站分配。配置完成之后,點擊Project,選擇Save,保存工程。然后,點擊Download,下載設備描述文件,用于在主站配置工具中做網絡組態。

5.3創建OPC UA信息模型

(1)添加OPC UA節點,在原有的Node-RED中只有node-red-contrib-iiot-opcua的節點,在測試中采用的是node-red-contrib-opcua節點,所以需要通過節點管理手動添加節點。注意,添加節點集時,TPI 51邊緣網關需處于聯網的狀態才可進行。

 赫12.png

圖10 添加OPC UA 節點集

(2)添加OPC UA Server節點,選中OPC UA節點,直接拖拽至工作區,雙擊對其進行參數設置:

Port:53880

Name:OPC UA-Server 

Endpoint:UA/SimpleNodeRedServer

點擊完成即可完成設置。

 赫13.png

圖11 添加OPC UA Server節點

 赫14.png

圖12 節點配置

(3)添加Status節點,用來判斷OPC UA-Server的運行狀態

報告狀態范圍:指定節點

名稱:Get OPC UA server status

 赫15.png

圖13 添加Status節點

 赫16.png

圖14 Status節點配置

(4)添加Comment節點,用作注釋:

 赫17.png

圖15 添加注釋節點

(5)添加Switch節點,添加相應的規則用來判斷OPC UA-Server的狀態

 赫18.png

圖16 添加Switch節點

參數配置為設置如果OPC UA-Server已經啟動則發送狀態信息:

名稱:If running—>continue

屬性:msg.status.fill

規則:== green

 赫19.png

圖17 Switch節點參數配置

(6)添加change節點,用來在OPC UA-Server中建立相應的信息模型,添加Input對象:

名稱:Add "Inputs" variable

規則:設定 msg.topic到ns=1;s=Inputs;datatype=String

 赫20.png

圖18 change節點配置

(7)同樣的,添加change節點設置output對象:

名稱:Add "Outputs" variable

規則:設定 msg.topic到ns=1;s=Outputs;datatype=String

赫21.png

 圖19 change節點配置

(8)添加change節點,設置在OPC UA-Server中添加對象的命令:

名稱:Command "addVariable"

規則:設定 msg.payload 到 { "opcuaCommand": "addVariable" }

 赫22.png

圖20 change節點配置

(8)連接以上所有節點,關于OPC UA-Server的測試都設置完成

 赫23.png

圖21 創建數據流

5.3 創建從PROFINET到OPC UA數據流

對于從PLC發來的數據,是數列的格式,添加Function節點,設置將接收的數據轉化為string格式:

名稱:array to string

函數:msg.payload = msg.payload.value.toString();

return msg;

 赫24.png

圖22 Function節點配置

添加change節點,設置將接收到的數據發給Inputs對象,然后再添加change節點,將對象轉化為JSON格式

 赫25.png

圖23 change節點配置

 赫26.png

圖24 添加規則

然后創建數據流,將從PROFINET主站接收到的數據發送至OPC UA-Server。

同樣的,創建outputs節點,用于接收從OPC UA-Server發送給PROFINET主站的數據

 赫27.png

圖25 創建output節點

將string格式轉化為數列:

函數:

msg.payload.value = [];

for (let i=0; i < msg.payload.variableValue.length; i++) {

    msg.payload.value[i] = msg.payload.variableValue.charCodeAt(i);

}

delete msg.payload.variableValue;

delete msg.payload.variableName;

delete msg.payload.messageType;

return msg;

赫28.png 

圖26 設置Function節點

添加Fieldbus output節點,設置其為PROFINET IO Device 輸出模塊。

 赫29.png

圖27 添加output節點

添加Debug節點,用于在測試過程中檢測數據的變化:

 赫30.png

圖28 添加Debug節點

5.4 PROFINET網絡組態

對于TPI 51邊緣網關,作為PROFINET網絡中的從站設備,可以獲取PROFINET網絡的過程數據,然后通過OPC UA通訊協議上傳至具有物聯網通訊功能的設置。在測試中,選擇西門子S7-1200作為PROFINET主站,在博途軟件中進行網絡配置。

首先,需要將TPI 51邊緣網關的設備描述文件裝載至博途軟件中,然后,通過Ethernet Device Configuration軟件查看TPI 51邊緣網關的設備名和IP地址,并設置參數與博途軟件中的設備名和IP地址一致。添加TPI 51邊緣網關的輸入輸出模塊,與Node-RED中Fieldbus節點設置的參數一致,即2 Byte Input和2 Byte Output,然后點擊裝載,將參數下載到PLC中。點擊在線,查看通訊狀態。

 赫31.png

圖29 PROFINET網絡組態

6.通訊測試

在Node-RED編輯器中,部署創建好的數據流,可以看到所有節點處于運行狀態,在Debug區域可以查看狀態輸出信息。

 赫32.png

圖30 部署功能

首先測試TPI 51邊緣網關實現將PROFINET網絡數據發送至OPC UA通訊,可分別在Node-RED和OPC UA Client中監測數據的變化,PLC發送數據1,2:

 赫33.png

圖31 PLC發送數據

 赫34.png

圖32 Node-RED中查看數據

通過UaExpert連接OPC UA Server,打開UaExpert軟件,點擊上側菜單欄的“+”圖標,添加OPC UA Server:

 赫35.png

圖33 添加OPC UA Server

雙擊,OPC UA Server與主機Connect為同一個IP地址,根據在Node-RED中設置的端口號,添加OPC UA Server的URL即可。

 赫36.png

圖34 添加OPC UA Server

添加完OPC UA Server,右鍵選擇Connect,UaExpert自動掃描信息模型,可以看到在Node-RED中創建的Input和Output對象,將其拖拽至View區域即可查看到數據的變化。通過PLC發送的數據,可以查看Input對象的Value:

 赫37.png

圖35 UaExper中數據變化

同樣的,通過OPC UA Client也可以發送數據至西門子PLC,實現從OPC UA通訊到PROFINET網絡。在UaExpert中,設置Output對象的Value,即可在博途中接收到數據。因為在Client中的數據格式為String,發送3,4,對應的ASC-II碼為51,52,可以在Node-RED和博途中查看接收到的數據變化。

 赫38.png

圖36 UaExpert發送數據

 赫39.png

圖37 Node-RED中數據變化

 赫40.png

圖38 PLC接收到的數據

7.總結

TPI 51邊緣網關可作為標準IO設備無縫集成在自動化網絡中,使用IoT配置工具Node-RED,在現場設備和應用程序間實現快速模型化數據流的創建,直接與云端或物聯網設備進行OPC UA通訊,并實現與PLC并行傳輸數據。

對于應用需求來說,基于赫優訊的邊緣云網關設置,可實現現場層數據實時訂閱,并快速搭建數據采集通道。從而幫助生產制造業探索最佳的工藝流程,降低生產成本,提高產品質量。


審核編輯(王靜)
更多內容請訪問 赫優信(上海)自動化系統貿易有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=35397)

手機掃描二維碼分享本頁

工控網APP下載安裝

 

我來評價

評價:
一般
10元提现棋牌排行 精选料一尾中特平 河南快赢481近200期走势图 澳客足彩比分直播完整版 qq空间捕鱼王游戏外挂 微信麻将群公告规则 双色球2016年号码查询 陕西快乐10分投注技巧 秒速赛车玩法技巧_Welcome 极速11选5怎么赢 山西快乐十分开奖八位 im体育下载安装 陕西麻将下载安装手机 快乐十分福彩开奖结果查询 江苏快3在哪买 中彩票后的计划 青海11选5前三和值表