Jste zde

Průmyslová IIoT gateway Weintek cMT-G02 - 1. Představení

Antonín Vojáček, 1. Únor 2019 - 19:21

V případě, že řídící jednotka nebo PLC nemá implementované moderní prostředky IIoT komunikace, jako např. MQTT nebo OPC UA, lze je doplnit k tomu určenou "krabičkou" v podobě komunikační brány "Gateway", která to umožní.

Co je IIoT Gateway?

Ne všechny průmyslové systémy mají implementované funkce vyžadované ve stále více akcentovaném požadavku na drátovou i bezdrátovou komunikaci pro moderní IIoT řízení. V průmyslu zatím stále převládá LAN/WAN komunikace v základu na standardu TCP/IP s nadstavbou různých přenosových průmyslových i IoT protokolů. V poslední době začíná masivně nastupovat protokol MQTT a OPC UA, jako systémy komunikace řídící jednotky linky se vzdáleným nadřazeným systém. Tomu již nenáleží úloha přímo řízení prvků / částí linky, jako například motorů či pneumatických prvků, a snímání stavu senzorů.

Nadřazený systém již je obvykle zcela nebo více/méně ve formě databázového systému, kterého zajímají hlavně komplexní data "vyšší úrovně" jako například navážené hmotnosti, detekované rozměry, přepravní výkony, identifikační data z RFID a čteček čárových kódů, množství spotřebovaného materiálů, provozní hodiny a zvolené provozní režimy. Na druhou stranu posílají do řídícího PLC databázové informace, jako například informace jaké produkty a za jakých materiálů se mají zpracovávat, jaké informace se mají tisknout na etikety, jaké mají být rozhodovací parametry pro kontrolní zařízení, jaké produkty jsou ještě v normě a jaké již zmetky apod.

Hlavní řídící PLC linky pak obvykle se tímto nadřazeným databázovým systémem komunikuje již prostřednictvím k těmto účelům optimalizovaným protokolům. Poslední dva roky se na tomto poli začínají zabydlovat hlavně MQTT a hlavně OPC UA. Zatímco MQTT se spíše více doménou komerčních IoT aplikací a nebyl primárně vyvíjen pro průmyslové aplikace, OPC UA byl s ohledem na průmyslové výrobní aplikace přímo navržen.

Mnohé moderní PLC, HMI a podobné automaty již začínají mít podporu pro tyto protokoly přímo integrovanou ve svém firmwaru / programovacím softwaru. Pokud tomu tak není, je možné použít k tomuto účelu "převodní krabičky" realizující tzv. brány (gateways). Ta by měly umět na jedné straně přinášet data do / z s PLC prostřednictvím LAN/Ethernet, RS-485 nebo RS-232 rozhraní a na druhé straně předávat tyto data do/z nadřazeného systému již prostřednictvím daného protokolu, zde tedy MQTT nebo OPC UA.

IIoT gateway Weintek cMT-G02

Mezi takové komunikační brány patří i zařízení společnosti Weintek označená jako cMT-G0x. Konkrétně jsou v nabídce 4 varianty cMT-G01 až cMT-G04, kde každá z nich provádí stejnou funkci převodu, ale mají odlišnou výbavu komunikačních rozhraní. Například typ cMT-G01 má dva RJ-45 konektory pro Ethernet, naopak provedení cMT-G03/G04 zase větší výbavu sériových klasických sériových rozhraní RS-485/RS-232. Nakonec typ cMT-G02 je varianta obsahující i WIFI bezdrátové rozhraní, jako jediné z všech uvedených provedení. A právě toto provedení jsem měl možnost prakticky vyzkoušet.

Na obrázcích výrobce vypadá gateway Weintek cMT-G02 jako poměrně velká krabička. Ve skutečnosti má cca velikost jako základní 5-portový ethernetový průmyslový switch na DIN lištu. Konkrétně jsou jeho rozměry 109 x 81 x 27 mm. Pouzdro je šedé plastové a po upevnění na DIN lištu zabere na šířku cca stejné místo jako cca 1,5 násobek jednofázového jističe a na výšku jako většina běžných PLC. Tedy nevyžaduje pro zástavbu žádné velké místo. Provedení pouzdra je celoplastové, kvalitou odpovídající levnějším PLC.

Napájení brány se provádí ze zdroje 12/24 VDC prostřednictvím vyjímatelného konektoru se šroubovacími svorkami, který je zcela shodný (typizovaný) pro všechny zařízení výrobce Weintek. Příkon je max. 2,8 VA.

Z pohledu připojovacích rozhraních lze na čelní straně nalézt 3 možnosti:

RS-232/485 - 9 pinový D-sub konektor obsahující:
- 1x sdílená kom. RS-232 (4 piny) / dvoudrátová RS-485 (2 piny),
- 1x dvou-/čtyřdrátová RS-485 (4 piny).
Ethernet 10/100 Base-T - RJ-45 konektor
WiFi rozhraní IEEE 802.11 b/g/n - konektor pro anténu (součástí je anténa 2 dBi).

Nastavování a programování bran cMT-G0x

Všechny brány Weintek cMT-G0x mají integrovaný webový server, který obsahuje základní informace o běhu zařízení, možnosti nastavení, i možnost přehrání firmwaru či natažení vlastního uživatelského programu.

Podobně jako u ostatních zařízení Weintek (HMI panely apod.) je zde nutné donahrát vlastní aplikaci, definující konkrétní funkci brány, vytvořenou v PC softwaru EasyBuilder PRO (od verze 6). Byť narozdíl do vizualizace pro HMI panely, zde není možné vytvořit a nahrát nějakou konkrétní vizualizaci (jako například u podobně vypadající "krabičky cMT-SVR - viz např. článek "TEST - HMI vizualizační server Weintek cMT-SVR").

Základní nastavení a monitorování funkce brány Weintek cMT-G02 se provádí prostřednictvím vestavěného web serveru, na který lez přistoupit jak přes RJ-45 port i přes WiFi.

U všech bran cMT-G0x je možné v EasyBuilderu pouze nadefinovat podmínky komunikací, jak ze strany napojení na PLC či HMI přes ethernet port RJ-45 nebo přes RS232/485, tak z pohledu MQTT či OPC UA komunikace (případně i vzdáleného přístupu přes VNC nebo funkci EasyAccess 2.0 - viz článek "TEST: Vzdálený přístup do HMI přes internet - EasyAccess 2.0"). Zde se využívá veliká knihovna komunikačních formátů na různá konkrétní PLC či HMI a samozřejmě i včetně podpory univerzálních protokolů Modbus-RTU / Modbus-TCP a EtherNet/IP.

Aktivace a nastavení OPC UA serveru prostřednictvím PC softwaru "EasyBuilder Pro 6000". Do brány cMT-G0x se pak nastavení / program nahrává opět buď přes WiFi nebo přes ethernetový kabel.

Také je možné si data mezi PLC a MQTT/OPC UA upravit prostřednictvím prográmků "Macro", kde lze prakticky realizovat libovolnou matematickou operaci s daty (binární i aritmetickou) či data třídit a škálovat (viz např. článek "TEST - HMI panel Millenium Touch MTP6/50 - 3.díl - programování Macro"). Jednotlivé "Macro" lze pak buď aktivovat na základě změny stavů nějakých bitů či hodnot, nechat je proběhnout jednou při zapnutí nebo je nechat vykonávat periodicky Místo zařazení mezi mnoha výrobky Weinteku v podobě nějakého provedení HMI rozhraní, zde tak jde spíše o takové speciální PLC s mnoha komunikačními možnostmi.

Možností napojení bran Weintek cMT-G0x na různá PLC, HMI a i například frekvenční měniče je opravdu hodně (viz obr. vlevo). Funkce "Data Sampling" pak například umožňuje z nich stahovat a archivovat data a zpřístupňovat nadřazenému systému nejen přes MQTT či OPC UA, ale i prostřednictvím klasického protokolu Modbus nebo i ve formě FTP serveru.

Mezi další zajímavé funkce je "Data Sampling", kde je možné využít vnitřní RAM 256 MB a Flash paměti také 256 MB pro časem nebo stavem proměnné aktivované záznamy a uchování dat. K takto v paměti "nastřádaným datům z různých napojených komunikujících jednotek lze přistupovat přes WiFi nebo drátový Ethernet v režimu FTP serveru. Data lze ukládat i v snadno editovatelném souboru *.CSV, který lze otevřít ve všech "tabulkových programech" (např. Excel apod.).

Prezentační video výrobce o cMT-G02:

Závěr

Brána Weintek cMT-G02 představuje velmi zajímavou možnost, jak do řízení s PLC implementovat moderní IIoT datovou komunikaci MQTT a OPC UA, ale také doposud méně obvyklou WiFi bezdrátovou LAN. Prostřednictvím DHCP i pevně nastavené IP adresy lze bránu snadno napojit na místní WiFi síť a tím následně snadno k PLC vzdáleně přistupovat s lokální / podnikové sítě bez potřeby "řešit" připojovací kabeláž. Drátový RJ-45 LAN port se naopak více hodí pro napojení brány k PLC, HMI či díky Modbus-TCP komunikaci i k jakémukoliv měřícímu zařízení, které Modbus protokol podporuje.

V příštím 2. díle se blíže podíváme na zprovoznění OPC UA komunikace...