Jste zde

TEST - Flexibilní programovatelná IoT jednotka Unipi Gate G110

Antonín Vojáček, 7. Duben 2021 - 8:06

Unipi G110 je zajímavá moderní kompaktní IoT/IIoT programovatelná jednotka pro velmi široké spektrum aplikací v průmyslu i automatizaci budov či dalších sektorech. Toto zařízení jsem měl možnost si prakticky otestovat a vyzkoušet možnosti jeho předinstalovaného OS Linux se softwarem NodeRed.

Co je Unipi Gate G110?

Unipi Gate G110 je IoT/IIoT programovatelná jednotka, která umožňuje velmi široké pole nasazení, například jako multifunkční komunikační brány mezi senzory, akčními prvky a cloudovými systémy, nebo jako řídicí a monitorovací jednotky či programovatelného rozhraní mezi moderními chytrými senzory a nadřazenými vizualizačními a databázovými systémy.

Z hlediska použití a výkonu je někde na pomezí rozšiřujícího se portfolia PLC jednotek postavených na platformě Raspberry Pi a konfigurovatelných IoT bran realizujících připojení senzorů a automatizovaných systémů na cloudové služby. Přesněji řečeno v sobě do jisté míry spojuje oba tyto požadavky. S jednotkami Raspberry Pi je spojuje použití OS Linux, konkrétně distribuce Debian jako řídicího softwaru, s IoT bránami/routery mají společnou plnou připravenost k nasazení bez nutnosti cokoli dalšího instalovat. Vše je již od výrobce hezky uvnitř připraveno a nainstalováno, konkrétně zmíněné OS Debian Linux se známým softwarem NodeRed. Stačí jen Unipi G110 připojit na klasický 24 VDC zdroj, přes ethernetový konektor RJ-45 napojit k routeru s aktivovanou DHCP službou a zapnout počítač s prohlížečem. Po zadání jména jednotky "http://g110-snxy" (kde "xy" označuje sériové číslo uvedené na etiketě zařízení) se hned přihlásí úvodní webová stránka s prvním popisem dalšího postupu, předvytvořená v uvnitř běžícím softwaru NodeRed. A právě v NodeRed pak lze "programovat" různé měřicí i řídicí aplikace i s cloud komunikací.

Po připojení Unipi G110 na lokální ethernetovou síť k němu lze přistoupovat z jakéhokoliv počítače v síti jen zadáním symbolické adresy do webového prohlížeče (zde například konkrétně "http://g110-sn17"). Pokud se navíc adresa doplní o kanál ":1880", zobrazí se běžící grafické nastavovací rozhraní aplikace NodeRed.

Kompaktní hardware s Ethernetem i RS-485

Unipi Gate G110 je na první pohled velmi kompaktní a poměrně malá. Svými rozměry jen 94x70x35 mm se doslova vejde do dlaně. Velmi malé rozměry a možnost upevnění na šrouby či prostřednictvím držáku na klasickou 35 mm DIN lištu umožňují snadnou vestavbu do průmyslových rozvaděčů i do různých skříní. Na první pohled se svým hardwarovým provedením příliš neliší od malého průmyslového routeru.

Úzké zástavbě dominují na čelní straně dva ethernetové porty RJ-45, které se vzájemně liší svojí komunikační rychlostí. Zatímco port eth0 reprezentuje 10/100 Mb Ethernet, port eth1 již je použitelný i pro 1 Gb Ethernet. Ty slouží jak k připojení jednotky přes lokální síť či internet na cloudové služby, tak i ke vzdálenému lokálnímu přístupu z PC pro konfiguraci nebo i připojení ethernetově komunikujících řídicích jednotek PLC či senzorů. Spolu s nimi se zde pak nachází i vyjímatelné šroubovací napájecí svorky i dvojce svorek sběrnic RS-485 pro napojení prakticky libovolných komponent komunikujících po této klasické průmyslové sériové lince. Použít lze standardizovaný komunikační protokol Modbus-RTU, tak i případně různé nestandardizované protokoly či komunikaci prostřednictvím ASCII dat a příkazů. U svorek se nacházejí i malé DIP přepínače pro aktivaci zakončovacích rezistorů na konci linky. Vše ještě doplňují indikační LED, informující o aktivním napájení, běžícím OS jednotky Unipi a aktivním přenosu na obou RS-485 sběrnicích.

Na jedné straně lze Unipi G110 připojit přes router na internet a tím na cloudové databáze a služby a z druhé strany lze přes Ethernet nebo RS-485 připojit prakticky libovolné PLC, HMI panel, či moduly vzdálených vstupů a výstupů.

Na zadní straně pouzdra se pak nachází klasický velký USB port a dost nenápadně i slot pro microSD kartu. USB konektor primárně slouží pro připojení USB Flash paměti pro zálohu nebo nahrání OS systému, ať již ze zálohy či nahrání zcela čistého OS. V tomto směru lze použít Unipi verzi OS Linux Debian, ale v případě speciálních aplikací i vlastní upravený operační systém. V případě microSD karty lze použít její velikost až do velikosti 128 GB a využít ji zejména jako další úložiště, např. pro lokální ukládání velkého množství naměřených dat.

Uvnitř odolného kovového pouzdra se pak nachází "počítačový systém" (SBC) postavený okolo čtyřjádrového procesoru ARM A53 s frekvencí 600 MHz doplněný RAM pamětí 512MB DDR3 a interním eMMC uložištěm o velikosti 16 GB. Tato konfigurace již umožňuje celkem bez velkého omezení instalovat a provozovat i další Linux aplikace, i když je nutné vždy brát v úvahu výkon procesoru i velikost RAM paměti.

Flexibilita s OS Linux

Jak již bylo zmíněno v úvodu, Unipi Gate G110 je již dodáván s nainstalovaným OS Linux a běžícím softwarem NodeRed. Na rozdíl od většiny různých PLC postavených také na OS Linux (např. Raspberry Pi deskách), kde je nutné nejdříve OS nainstalovat, v případě Unipi Gate G110 je již vše z výroby plně připraveno pro rychlé zprovoznění. Pokud si uživatel "vystačí" jen s konfiguračními / programovacími možnostmi softwaru NodeRed, tak jej prakticky vůbec nemusí zajímat, co se uvnitř jednotky děje. Tento přístup se mi vždy líbí, protože každé zřízení by mělo být v základní konfiguraci snadné na zprovoznění. Současně pro techniky, znalé Linuxu, je zde obrovský prostor pro vlastní úpravu funkce, vložení vlastních programů i softwarů.

Na OS Linux v Unipi G110 se lze snadno připojit z PC prostřednictvím zabezpečeného vzdáleného připojení SSH přes LAN (přímo kabelem nebo přes WIFI router bezdrátově). Na straně PC to lze realizovat prostřednictvím softwaru, který podporuje SSH terminál, např. PuTTY. Když se do něj zadá IP adresa Unipi G110, tak po prvním zadání defaultního jména a hesla se připojíte na bash terminál Linuxu jednotky a dále již je možné využívat klasické Linux bash operace, vytvářet a spouštět skripty nebo Python programy. Nainstalovaný je v základní konfiguraci jak Python verze 2.7, tak i Python verze 3.7. Jinak je z důvodu maximalizace výkonu procesoru pro samotnou měřicí / řídicí aplikaci instalovaný Debian Linux hodně "okleštěný", takže nečekejte v této základní konfiguraci přítomnost složitějších programů nebo nějakého GUI grafického rozhraní. Nicméně například textový editor VIM nechybí. Další aplikace lze případně doinstalovat snadno prostřednictvím internetu pomocí klasického příkazu "sudo apt-get install xxxx", kde xxxx je název softwaru.

Po připojení SSH komunikace z PC softwarem PuTTY do Unipi OS a přihlášením defaultním heslem (které je následně vhodné si změnit) je možné již Linux Debian ovládat z příkazového bash řádku. Například zobrazení velikosti a využití vnitřního eMMC uložiště nebo vložené microSD karty, či příkazem "top" zobrazit vytížení procesoru a běžící procesy (zde je vidět běžící NodeRed = proces "node").

Z běžných aplikací lze například nainstalovat jednoduchý textový editor "nano". Ten se hodí jak třeba pro editaci Python programů, tak i například pro kontrolu a prohlížení uložených hodnot ze senzorů. Pomocí zmíněné microSD karty lze do Unipi nahrát například vytvořené vlastní programy a případně je nastavit na automatické spouštění při zapnutí napájení Unipi G110. Aplikacím a iniciativě se zde prakticky žádné meze nekladou..

NodeRed aplikace měření s přenosem na cloud

Software NodeRed je ideální pro vytváření aplikací, provádějících sběr a zpracování hodnot ze senzorů i dalších digitálně komunikujících zařízení a jejich následné odeslání nadřazenému zařízení do databází, na cloud servery nebo ukládání do souborů. V případě jednotky Unipi G110 tak lze realizovat aplikace s přenosem dat po Ethernetu či sériové sběrnici RS-485, včetně komunikačních protokolů Modbus-TCP a Modbus-RTU.

Firma Unipi na svém webu pro tento účel poskytuje skvělé podpůrné návody na zprovoznění některých aplikací popisující postup opravdu "krok-za-krokem". Osobně jsem to i já ocenil, protože minimálně pro první vyzkoušení a seznámení lze rychle bez velkého vymýšlení "rozběhat" nějakou základní aplikaci. A podle těchto návodů to jistě zvládne každý, kdo umí pracovat s počítačem a internetem. Konkrétně v příkladové studii "Zasílání dat z převodníku Unipi Gate do cloudu ThingsBoard" je ukázka kompletního zprovoznění přenosu teploty z 1-Wire senzorů teploty připojených přes převodník Unipi xG18 realizující převod 1-Wire komunikace na Modbus-RTU právě pro jednotku Unipi G110. V ní je pak podrobně popsáno vytvoření jednoduchého NodeRed programu pro přepočítávání hodnot teploty a jejich odesílání protokolem MQTT na cloud ThingsBoard. Tam se ukládají a zaznamenávají do grafu. Já jsem si k tomu realizovanému příkladu na zkoušku přidal i ukládání hodnot do souboru na eMMC uložiště či microSD kartu a načítání hodnot z PLC s jejich odesíláním na MQTT broker HiveMQ.

Základem realizace aplikace v defaultním nastavení Unipi je jen se přihlásit přes webový prohlížeč do v něm běžícího NodeRed a zde již pak postupovat dle návodu. Pokud přímo použijete i další Unipi komponenty, jako Modbus-RTU/1-Wire komunikační převodník xG18 a 1-Wire digitální senzory, je to velmi jednoduché. Ale stejný návod lze obdobně dobře použít i pro jiná připojená zařízení (PLC či senzory) s Modbus-RTU komunikací, pouze musíte znát jeho Modbus adresu zařízení od výrobce čísla Modbus registrů, ze kterých potřebujete číst nebo do nich zapisovat hodnoty. Podobné je to i v případě, že chcete i napojit zařízení ethernetovou komunikací s protokolem Modbus-TCP.

Jednoduchý prográmek v Unipi G110 v NodeRed aplikaci, realizující čtení teploty dvou 1-Wire senzorů připojených přes Modbus-RTU převodník Unipi xG18 a pravidelné vysílání jejich naměřených hodnot v intervalu 10 sekund na cloud ThingBoard a pak i ukládání do souboru v Unipi. Současně je zde i čtení 3 hodnot z PLC komunikujícího přes Ethernet protokolem Modbus-TCP a jejich odesílání protokolem MQTT na internetový broker HiveMQ.

Ukázka realizace ThingsBoard cloudové vizualizace měřených hodnot obou senzorů teploty (Teplota 1 a Teplota 2) připojených na Unipi G110 přes převodník Unipi xG18.

Hodnoty přijímané MQTT brokerem HiveMQ odesílané z Unipi G110 aplikací NodeRed z dat získaných z PLC prostřednictvím Modbus-TCP.

Závěr

Unipi Gate G110 je ideální pro moderní smart aplikace, kde senzory či akční členy již patří mezi zařízení vybavené ethernetovým nebo RS-485 rozhraním, nebo jsou připojené na jednotky vzdálených vstupů a výstupů (Remote I/O), které již tyto komunikační rozhraní poskytují. Ale stejně tak lze připojit i různá PLC, která například potřebujeme připojit na cloudové služby či úložiště.

Zařízení si navíc současně zachovává programátorskou flexibilitu OS Linux, kam si lze snadno naprogramovat Python aplikace nebo nahrát vlastní software, a možnost jednoduše zpracovávat signály nebo řídit vzdálené jednotky (chytrá relé, frekvenční měniče apod.). Je tedy ideálním základem pro široké spektrum aplikací v oblasti Smart City, Smart Factory, IoT, IIoT a Edge Computing, těžících z velkého množství nasbíraných dat.

Nakonec je nutné zmínit i skvělé podrobné návody na webu výrobce, které lze použít pro rychlé zprovoznění i jako inspiraci na řešení některých aplikací, včetně i velmi důležitého zabezpečení přístupu i šifrování přenosu dat.