Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

TwinCAT IoT – rozsiahle možnosti konektivity priamo z PLC

S uvedením riadiacich systémov na báze PC v roku 1986 na trh vytvorila spoločnosť Beckhoff nový celosvetový štandard v oblasti automatizácie. Jeho jadrom sa stal softvérový balík TwinCAT (The Windows Control and Automation Technology). V súčasnosti však riešiť len úlohu samotného riadenia strojov a zariadení nestačí. Čoraz viac sa zvyšuje dopyt po presune, ukladaní a vyhodnocovaní dát z výroby. A práve na problém presunu dát z výroby sa zameriava tento článok.

Vďaka tomu, že TwinCAT je založený na počítačovej platforme, dokáže veľmi jednoducho implementovať nové komunikačné štandardy. Nový štandard sa vo forme balíka, označovaného ako TF (TwinCAT Function), doinštaluje do už existujúceho riešenia. Systém TwinCAT podporuje mnoho komunikačných štandardov. V poslednej dobe získali na popularite komunikačné štandardy patriace do skupiny IoT (Internet of Things). Práve preto sa článok zameriava na tie doplnky, ktoré sú súčasťou rodiny TwinCAT IoT. Patria sem tieto TF balíky:

  • TF6701 – IoT Communication (MQTT),
  • TF6710 – IoT Functions,
  • TF6720 – IoT Data Agent,
  • TF6730 – IoT Communicator,
  • TF6735 – IoT Communicator App,
  • TF6760 – IoT HTTPS/REST.

Vďaka týmto rozšíreniam sa TwinCAT dokáže pripojiť na lokálne služby a systémy, ktoré disponujú komunikačnými rozhraniami MQTT, OPC UA a HTTPS/REST, či vzdialené cloudové služby, ako sú napr.:

  • AWS IoT Core,
  • Bosch IoT Suite,
  • Google IoT Core,
  • IBM Watson IoT,
  • MathWorks ThingSpeak,
  • Microsoft Azure IoT Hub,
  • MindSphere,
  • Node-RED.

TF6701 – IoT Communication (MQTT)

Rozšírenie TF6701 – IoT Communication (MQTT) vkladá do modulu PLC v prostredí TwinCAT knižnicu Tc3_IotBase, ktorá obsahuje funkciu publisher/subscriber pre výmenu dát medzi systémom TwinCAT a modulom message broker (programový modul pre sprostredkovanie správ) cez komunikačný protokol MQTT. Dáta môžu byť posielané pomocou režimu publish, ale tak isto prijímané v režimu subcribe (obr. 1).

TF6710 – IoT Functions

TF6710 – IoT Functions rozširuje modul PLC o možnosť obojsmernej komunikácie s cloudovými službami. K dispozícii sú rôzne komunikačné protokoly: MQTT, AMQP, ADS alebo OPC UA. Výber protokolu závisí od použitej cloudovej služby.

Funkcia je implementovaná v knižnici Tc3_IotFunctions. Pre úspešné spojenie je nutné najprv vytvoriť konfiguráciu pripojenia do cloudovej služby pomocou doplnku TF6720 – IoT Data Agent. Na vytvorenú konfiguráciu následne nadväzujú funkčné bloky z knižnice Tc3_IotFunctions, aby riadili komunikáciu.

TF6720 – IoT Data Agent

TF6720 je samostatná aplikácia s grafickým rozhraním umožňujúcim nastaviť tok dát medzi výrobnými zariadeniami a cloudovou službou. Aplikáciu je možné inštalovať buď priamo na priemyselné PC so systémom TwinCAT, alebo na centrálne PC, ktoré bude slúžiť ako komunikačná brána (gateway) pre ostatné výrobné zariadenia a umožní im pripojiť sa do cloudu.

Pre získanie prevádzkových dát z výrobných zariadení je možné sa pripojiť z IoT Data Agent prostredníctvom buď protokolu ADS (k zariadeniam Beckhoff so systémom TwinCAT), alebo protokolu OPC UA k zariadeniam tretích strán.

Na pripojenie sa do cloudových služieb je možné využiť protokoly MQTT, AMQP a OPC UA (obr. 2).

TF6730 – IoT Communicator

Rozšírenie TF6730 prináša knižnicu Tc3_IoT Communicator, ktorá sa vloží do modulu PLC a vďaka ktorej budú prístupné prevádzkové dáta zo systému TwinCAT s použitím mobilnej aplikácie TF6735 – IoT Communicator App. Rozšírenie TF6730 – IoT Communicator, ako aj mobilná aplikácia sa pripoja k spoločnému modulu MQTT message broker, ktorý sa bude starať o vzájomnú výmenu dát (obr. 3).

TF6735 – IoT Communicator App

TF6735 je aplikácia určená pre mobilné zariadenia, ktorá poskytuje jednoduché riešenie pre monitorovanie a analýzu dát dostupných zo systému TwinCAT. Prijíma, posiela a zobrazuje vybrané prevádzkové dáta. Aplikácia je voľne k stiahnutiu na Google Play pre telefóny so systémom Android a na App Store pre zariadenia s iOS.

TF6760 – IoT HTTPS/REST

Vďaka rozšíreniu TF6760 je možné po­užívať rozhranie REST API pre komunikáciu protokolmi HTTP/HTTPS vo forme klienta v programu PLC v systéme TwinCAT. Celá funkcia komunikácie je implementovaná vo forme funkčných blokov, ktoré sa nachádzajú v knižnici PLC Tc3_IoTBase. K dispozícií sú bežné príkazy HTTP ako GET, PUT, POST a ďalšie. Dáta môžu byť pomocou REST API prijímané aj odosielané (obr. 4).

Zabezpečenie

Pri posielaní dát z výrobných zariadení smerom do cloudu je zabezpečenie takéhoto prenosu na prvom mieste. Preto spomenuté rozšírenia podporujú bežné kryptografické mechanizmy ako TLS (Transport Layer Security), ktoré poskytujú zabezpečenie pre tok dát. K dispozícií sú tieto mechanizmy TLS:

  • TLS-PreSharedKey (TSL-PSK),
  • TLS-CertificateAuthority (TLS-CA).

Záver

Zo systému TwinCAT je možné posielať a prijímať dáta do cloudových služieb vo svete bežne požívaných, ako aj do lokálnych služieb, ktoré podporujú komunikačné štandardy IoT, pričom sa kladie dôraz na zabezpečenie toku dát.

Mimo balíkov patriacich do skupiny TwinCAT IoT možno v systému TwinCAT nájsť aj podporu ďalších komunikačných štandardov, ako sú OPC UA, Modbus TCP/RTU, FTP, TCP/IP, S7, IEC 60870-5-10x, IEC 61850/IEC 61400-25 a mnohé ďalšie.

Viac informácií môžu čitatelia nájsť na https://www.beckhoff.com/. Svoje prípadné otázky môžu smerovať na mailovú adresu info@beckhoff.sk alebo info@beckhoff.cz.

 

(BECKHOFF Automation s. r. o.)

 

Obr. 1. Koncept komunikácie protokolom MQTT pomocou rozšírenia TF6701 – IoT Communication (MQTT)
Obr. 2. Možné konfigurácie pre posielanie dát z výrobných zariadení do cloudových služieb pomocou TwinCAT IoT Agent
Obr. 3. Topológia pre výmenu dát medzi TF6730 – IoT Communicator a TF6735 – IoT Communicator App
Obr. 4. Ukážka komunikácie protokolom HTTP so serverom pomocou TF6760 – IoT HTTPS/REST