Серия «Контроллер интернет вещей AntexGate»

Добрый день коллеги, поговорим о прозрачном конверторе Modbus TCP в Modbus RTU.

Казалось бы, что выбор ограничен несколькими проприетарными продуктами которые не всегда удовлетворяют нашим потребностям.

Мы предложим свободно программируемый контроллер AntexGate с помощью которого можно получить конвертер Modbus tcp – Modbus rtu – can – profitnet – bacnet – mqtt – http – opc UA – другой протокол.

Итак, рассмотрим первую связку Modbus TCP – Modbus RTU, нам понадобится сам контроллер AntexGate либо другой компьютер с linux/windows на борту и периферией RS485.

Первое, что необходимо – это установить программный продукт Node-Red, это делается одним скриптом в командной строке:

bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/...)

Далее после установки делаем Node-red сервисом:

sudo systemctl enable nodered.service

Перезагружаем железяку:

sudo reboot

Теперь попадаем в среду нашего программного конвертора Node-red через web браузер по ссылке ip шлюза:1880

Далее настроим скрипт, который конвертирует посылку Modbus TCP в RTU, посылает в RS485/232 порт, ждет ответ и тут же преобразует ответ обратно в Modbus TCP.

Заходим в "меню" > "импорт"

Проект конвертора Modbus TCP <> RTU (прошу прощения в пикабу нет спойлера)

[ { "id": "22ff3060.54da6", "type": "function", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "Convert TCP to RTU", "func": "var MBAPHeader = [5];\nvar crc = 0xFFFF;\n\nMBAPHeader[0]= msg.payload[0];\nMBAPHeader[1]= msg.payload[1];\nMBAPHeader[2]= msg.payload[2];\nMBAPHeader[3]= msg.payload[3];\nMBAPHeader[4]= msg.payload[4];\nflow.set('MBAP_HEADER', MBAPHeader);\n\nvar ReqLen = msg.payload[5];\nvar MBLen = (msg.payload.length)-ReqLen;\nvar MBReq = [MBLen];\n\nfor (let x=0; x < MBLen;x++){\n MBReq[x] = msg.payload[x+ReqLen];\n}\n\nfor (var req = 0; req < ReqLen; req++) {\n crc ^= MBReq[req]; // XOR byte into least sig. byte of crc\n \n for (var i = 8; i !== 0; i--) { // Loop over each bit\n if ((crc & 0x0001) !== 0) { // If the LSB is set\n crc >>= 1; // Shift right and XOR 0xA001\n crc ^= 0xA001;\n } else { // Else LSB is not set\n crc >>= 1; // Just shift right\n }\n }\n}\n\nvar MyCRC = crc.toString(16);\nMBReq[MBLen+1] = parseInt(MyCRC.substring(0,2),16);\nMBReq[MBLen] = parseInt(MyCRC.substring(2,4),16);\n\nvar buf = new Buffer(MBReq);\nmsg.payload = buf;\nreturn msg;", "outputs": 1, "noerr": 0, "initialize": "", "finalize": "", "libs": [], "x": 300, "y": 100, "wires": [ [ "7e62bbbc.bd8ea4" ] ], "outputLabels": [ "XO" ] }, { "id": "7e62bbbc.bd8ea4", "type": "serial request", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "", "serial": "27dabad398437b7e", "x": 490, "y": 100, "wires": [ [ "db79ee80.1d792", "9e53f02d0a4e04fb" ] ] }, { "id": "db79ee80.1d792", "type": "function", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "Convert RTU to TCP", "func": "if (msg.payload.length > 0) {\n var resLen = msg.payload.length - 2;\n var respond = [];\n respond[0] = flow.get('MBAP_HEADER')[0];\n respond[1] = flow.get('MBAP_HEADER')[1];\n respond[2] = flow.get('MBAP_HEADER')[2];\n respond[3] = flow.get('MBAP_HEADER')[3];\n respond[4] = flow.get('MBAP_HEADER')[4];\n respond[5] = resLen;\n\n for (let req = 6; req < resLen+6; req++) {\n respond[req]= msg.payload[req-6];\n }\n msg.payload = new Buffer(respond);\n return msg;\n} else {\n return null;\n}\n", "outputs": 1, "noerr": 0, "initialize": "", "finalize": "", "libs": [], "x": 640, "y": 60, "wires": [ [ "2622a1e893f52bed", "140a62f5366490d9" ] ] }, { "id": "55423964225fa869", "type": "comment", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "Convert Modbus TCP to Modbus RTU", "info": "", "x": 170, "y": 40, "wires": [] }, { "id": "cbd6e86861af643d", "type": "tcp in", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "Modbus TCP - IN", "server": "server", "host": "", "port": "5002", "datamode": "stream", "datatype": "buffer", "newline": "", "topic": "", "trim": false, "base64": false, "tls": "", "x": 100, "y": 100, "wires": [ [ "22ff3060.54da6", "48471bdeae3a1d30" ] ] }, { "id": "2622a1e893f52bed", "type": "tcp out", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "Modbus TCP - OUT", "host": "127.0.0.1", "port": "502", "beserver": "reply", "base64": false, "end": false, "x": 850, "y": 100, "wires": [] }, { "id": "9e53f02d0a4e04fb", "type": "debug", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "debug 17", "active": true, "tosidebar": true, "console": false, "tostatus": false, "complete": "false", "statusVal": "", "statusType": "auto", "x": 640, "y": 220, "wires": [] }, { "id": "140a62f5366490d9", "type": "debug", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "debug 18", "active": true, "tosidebar": true, "console": false, "tostatus": false, "complete": "false", "statusVal": "", "statusType": "auto", "x": 820, "y": 200, "wires": [] }, { "id": "48471bdeae3a1d30", "type": "debug", "z": "de082ac2.4b8bf8", "name": "debug 19", "active": true, "tosidebar": true, "console": false, "tostatus": false, "complete": "false", "statusVal": "", "statusType": "auto", "x": 260, "y": 200, "wires": [] }, { "id": "27dabad398437b7e", "type": "serial-port", "serialport": "/dev/ttyUSB0", "serialbaud": "115200", "databits": "8", "parity": "none", "stopbits": "1", "waitfor": "", "dtr": "none", "rts": "none", "cts": "none", "dsr": "none", "newline": "5", "bin": "bin", "out": "time", "addchar": "", "responsetimeout": "1000" } ]

Настраиваем порт для просушки в узле Modbus TCP IN, рекомендуем не использовать стандартный 502, а использовать нестандартный порт более 1024, для них не нужны дополнительные разрешения в Linux.

Настраиваем последовательный порт RS485/232 на скорость конечного железа, поддерживающего протокол Modbus RTU.

Жмем "Развернуть" и наш конвертер готов!

Настраиваем Ваш инструмент верхнего уровня, например Modbus TCP OPC сервер стандартно: ip_адре_ шлюза:5002:id_RTU_устройства.

Все работает стабильно, чтение и запись! Посылки как видим между запросом и ответом 100-200мс, что равно пингу. Удаленный шлюз AntexGate работает на встроенном LTE модеме.

Бонусом, для тех, у кого софт верхнего уровня поддерживает функцию Modbus RTU поверх TCP включаем это правило.

В Node-Red упрощаем поток и исключаем функции RTU TCP обработки, и наш проект в Node-Red становится без единой строчки кода.

Контроллер AntexGate в связке с Node-red является отличным универсальным решением для обработки, пересылки и хранения данных. Прошу прощения за рекламу, однако выше представленный проект Вы можете реализовать на любом железе и любой ОС.

Присоединяйтесь к нашему сообществу в Telegram

Железо можно получить на тесты, пишите на почту: info@antexcloud.ru (на три месяца для ЮР лиц и ИП)

Мы протестировали относительно не дорогой комплект, установили по 3шт промышленных датчика (modbus rtu) температуры +влажность в каждую 100метровую теплицу, которых было 9шт, собрали все данные по проводной шине (Utp5e RS485) около 900метров без каких-либо промежуточных коммутаторов и усложнения проекта. В промежутке поставили компьютер AntexGate.

Итак проект реализовали на разработанном нами контроллере интернет вещей AntexGate + бесплатный софт Node-red, который передает данные либо сразу на экран монитора либо через web-интерфейс:

На главный экран выводится текущая температура и влажность по каждому прибору, в случае обрыва или отсутствия датчика выводится значение ERR, а для выбора страницы реализован всплывающий экран.

За каждый день можно посмотреть данные на графике и проанализировать отношение температуры и влажности (синяя линяя влажность, белая температура), график строится как за отдельный датчик, так и средние значения в теплице.

Для более подробного анализа возможно скачать архив в формате csv и построить аналитику внешними средствами, например, за целый сезон.

Страница настроек для оповещения и привязки Teleram бота. Когда достигнут критический придел из всех устройств (телефоны, ПК) с открытым web интерфейсом либо из подключенного монитора происходит голосовое оповещение о низкой, или высокой температуре определенной теплицы и конкретного датчика.

Планируем расширять проект, т.к. в локальной wifi сети у Всех есть доступ к текущим значениям, но хочется посмотреть значения удаленно, тут мы планируем использовать Умный дом Яндекс, бесплатное приложения для мониторинга отлично подойдём еще и строит график.

Примерно такой дружелюбный интерфейс у Яндекса, в добавок на производстве можно раскидать колонок и спрашивать о состоянии системы.

В заключении хотелось бы сказать, что реализация данной системы подходит для конкретного заказчика и большое преимущество свободно программируемых систем AntexGate + Node-red в том, что ее можно доработать в дальнейшем. Можно добавить стыковку с другими системами, весами, поливом, приводами, климатическими системами и другим.

Ниже наш прибор на котором реализован проект, система отработала год.

Интересно услышать мнение профессионалов о необходимости такой системы на рынке, с разработчиками в РФ и учетом Европейских санкций.

Подробнее об устройстве на котором реализован проект можно почитать в нашем Телеграмм-канале и задать вопросы.

Если коротко, то речь пойдет о промышленном ПК на основе Raspberry CM4 – это абсолютный аналог Raspberry Pi4 в промышленном исполнении с надёжной eMMC от Samsung и полной программно-аппаратной совместимостью.

Одну статью мы закончили фразой: «Надеемся, что мы вдохновим читателей на переработку Ваших личных проектов в более масштабное производство с коммерческими перспективами.»

В этой статье мы расскажем о продолжении этой истории и что мы имеем на сегодняшний день.

Глава 1. Небольшие трудности

После пандемии начался великий дефицит на устройства Raspberry CM3+, а потом их и вовсе сняли с производства, что сильно нас не поломало. Мы нашли моментальный выход в виде китайского качественного переходника Raspberry CM3-CM4, тем самым клиенты получили лучшие технические характеристики, а мы время на переход к новому форм-фактору.

Еще одной проблемой была замена корпуса с Китайского Gainta на собственный, в связи с тем же дефицитом и тяжёлой логистикой (дорого возить куски металла) из Китая. Было решено покончить с этой коробкой.

Спустя несколько недель корпус получился, а идею крепления на DIN рейку/панель взяли у Moхи.

Глава 2. Пора переезжать на новую платформу.

Собрав обратную связь от текущих клиентов, специалистов АСУ ТП и остальных диванных критиков, мы выделили следующие недостатки в первой версии:

1. Необходима гальваническая развязка RS485 портов.

2. Необходимо два LAN порта для создания киберзащищенных шлюзов между низким и высоким уровнем.

3. Малый объем оперативной памяти 1Gb в некоторых случаях (установка Касперского, VipNet и другая большая обработка данных)

4. Отсутствие дополнительного хранилища данных кроме внешней USB флешки.

5. Нехватка питания для мощных периферийных модемов.

6. Отсутствие дискретных входов\выходов.

Решено было оставаться на обновленной Raspberry CM4, это устройство сразу решало несколько наших недостатков, а именно ОЗУ до 8GB, WIFI сразу на борту, есть MPCI-E линия для SSD диска, инфраструктура под 1GB Ethernet и самое главное это всемирное сообщество, поддерживающее этот продукт.

В интернете много готовых программах продуктов и исходников для Raspberry.

Самое главное, что клиенту нет необходимости предварительно приобретать такое устройство и можно весь софт писать и тестировать на настольной Raspberry PI и даже целиком перенести слепок на AntexGate c помощью Win32DiskImager.

Инженеру больше не нужно краснеть перед руководством, объясняя, что на этой малинке можно собрать все что угодно, малина — это как-то по-детски, а тут железяка черная – красота!

Накидали функциональную схему и начал тянуться долгий год разработки и отладки.

И вот, наконец, поле нескольких подходов плата получилась и работает безупречно, питание не скачет, все нагрузки выдерживает.

RS485 мы конечно развязали, предусмотрели возможность демонтажа гальваники, когда это критически необходимо, получили два LAN порта 1Gb/s и 100Mb/s и более того добавили возможность питания от любого passive POE-инжектора.

По традиции набор интерфейсов 2xRS485/1xRS232/1x1Wire/1xCAN/2xUSB/1xHDMI/2xSMA, самое главное появились дискретные каналы: 4 входа 9-48В развязанные оптопарами, 3 выхода: 2-реле и 1-оптопара.

Также оставили очень полезные вещи: RTC часы, аппаратный watchdog, MPCI-e разъем для модема, двухцветный программируемый светодиод, которым можно поморгать либо настроить для внешнего визуального осмотра состояния прибора (зеленый/желтый/красный).

С диском m.2 получилось все достаточно хорошо и одна линия MPCI-e выдает свои стабильные 300Mb/s на чтение и 300Mb/s на запись. Теперь уже можно хранить огромные базы данных, использовать как тонкий клиент, загрузить медиа контент, хранить и обрабатывать фото и видеофайлы.

Питание для устройства сделали с запасом и в широком диапазоне от 9 до 48В. У каждого инженера найдется блок питания в таком диапазоне. Отдельно для периферийных устройств реализовали понижающий импульсный источник питания в пределах 5А для дисков NVME + модем одновременно.

Корпус решили оставить в прежнем исполнении за исключением нескольких технических решений, а именно выкинуть крепежные стойки для платы. Вместо стоек мы отогнули 4 уха и нарезали в них резьбу, таким образом в одном цикле мы получаем 2 готовые железяки к сборке.

У нас получился компьютер для встраиваемых систем и действительно безотказный! Всем «дедам» назло.

Шутки в сторону — мы ведь серьезная организация!

Всем кто дочитал до конца мы готовы предоставить устройство на тестирование.

Подробная инструкция и обсуждение в Telegram.

Не так давно мы с командой разработали небольшой встраиваемый компьютер для решения задач IIoT и промышленной автоматизации. Первую статью о нашем устройстве можно посмотреть здесь: Разработка IoT-шлюза на базе Raspberry CM3+

Разрабатывать устройство решили на распространенном и оттестированном модуле Raspberry CM3+, что позволило нам создать компьютер с большими вычислительными способностями, огромным сообществом и простотой его использования. Под катом расскажу по этапам, от чего отталкивались и к чему пришли в итоге.

Муки выбора корпуса

Для устройств даже в промышленной сфере очень важен внешний вид устройства и законченность, таким образом начались долгие поиски корпуса, подходившие под наши требования по размеру. Хотелось максимально много уместить в одну коробку и самые минимальные параметры платы получались 10*10 см.

После того, как мы заказали несколько вариантов корпусов, пришлось большее количество из них выбросить, так как они подходили только для домашних поделок и продавать их людям в таком виде не представлялось возможным. Основным претендентом на тот момент стал алюминиевый корпус с пластиковыми крышками 10*10*5 см (рисунок 1).

Рисунок 1 — Первый вариант корпуса

Получив этот корпус в руки, было принято решение остановиться на нем. В этот же момент разработка платы подходила к концу и уже можно было по чертежам предварительно оценить, каким образом обрабатывать торцы для выводных разъемов. Однако пластиковые крышки корпуса после механической обработки сделали вид не товарным и мы опять пришли к поделке, а не к законченному коммерческому продукту.

Глянец весь быстро поцарапался и в этой блестящей рамке отверстия выглядели очень асимметрично (рисунок 2). Ожидание и реальность, как говорится.

Рисунок 2 — Пластиковые крышки корпуса

Однако отказываться от корпуса не пришлось, потому что у производителя был такой же, но с алюминиевыми торцами, мы быстро его заказали и удивились, насколько он идеально выглядел (рисунок 3). Торцы очень красивые, матовые и бонусом была дополнительная помехозащищенность. Стоил такой корпус уже немного дороже, но красота требует жертв.

Рисунок 3 — Металлический корпус

Вторая попытка обработать торцы была гораздо удачнее. Технологию надписей мы выбрали путём гравировки (рисунок 4), однако были недостатки которые пришлось решать. Самое главное это то, что гравер (сверло) очень маленький и нежный, скорость нанесения гравировки достаточно низкая. Плюс само сверло часто ломается. Из-за всего этого сильно растёт цена из-за потребляемой электроэнергии и трудозатрат. Также внутрь гравировки набивается грязь и постепенно окисляется алюминий, делая надписи менее заметными.

Рисунок 4 — Гравировка металлического корпус

Эту технологию пробовали менять на лазерную гравировку, но получилось некрасиво. Лазер выжигал краску некорректно, а надписи получались темными.

В итоге мы пришли к шелкографии с запеканием в печи (рисунок 5). Эта технология оказалась самой быстрой и очень крепкой. Всё свелось к тому, чтобы заказать единожды шаблон (фотовывод) и по нему делать партию до 50 штук в день.

Рисунок 4 — Гравировка металлического корпус

Исправление недоработок

С корпусом закончили, а вот с платой оставались недоработки. Задумка нашего компьютера в том, чтобы любой пользователь мог спокойно установить дополнительное оборудование в устройство, открутив четыре болта на корпусе, как в свой ноутбук. Я думаю прошли те времена, когда на корпуса клеили наклеечки «Не вскрывать, потеря гарантии».

Внутри корпуса есть периферия для прошивки вычислительного модуля, SIM-карта и многое другое. Однако была одна проблема с монтажом платы в корпус, а именно выводные светодиоды на ножках, которые постоянно гнулись у наших клиентов, взявших прототипы на тест (рисунок 6).

Рисунок 6 — Выводные светодиоды на ножках

В этой связи пришлось поменять диоды на ножках на SMD-светодиоды, которые светят в бок и проблема с установкой платы в корпус решилась, больше ничего не гнулось (рисунок 7).

Рисунок 7 — SMD-светодиоды

Индикация была глубоко внутри корпуса и чтобы увидеть свет приходилось смотреть под прямым углом на торец. В голову пришла идея световодов из полимерных прозрачных материалов (рисунок 8). Оставалось найти бюджетный, но эстетически красивый вариант. В голову пришел молочный плексиглас с прозрачностью 20% с толщиной листа 3 мм, в первой же фирме лазерной резки подобрали диаметр миниатюрного цилиндра, он был равен диаметру отверстия в корпусе. Особенность в том, что станок при лазерной резке дает небольшой скос нижнего диаметра на 0.1 мм и таким образом мы получили мешок миниатюрных усеченных конусов с нижним диаметром 2,9 мм и верхним 3 мм, а высота была 3 мм как и толщина торцов нашего корпуса. Вставляем конус в отверстие и запрессовка крепко загоняет эти световоды в отверстие, а небольшая капелька клея с обратной стороны фиксирует их намертво.

Рисунок 8 — Световоды из плексигласа

Итак, устройство получило эстетичный вид при небольших вложениях в корпус, однако этот путь хорош на старте производства и уменьшение издержек планируется путем изготовления подобного корпуса при наращивании производства. Литье из пластика не рассматривается в виду дорогого запуска производства и низких экранирующих способностей по сравнению с металлом.

Итог...

Также мы решили сделать небольшое видео с презентацией нашего устройства.

Спасибо за внимание! Надеемся, что мы вдохновим читателей на переработку Ваших личных проектов в более масштабное производство с коммерческими перспективами. В нашей великой стране на полочках у инициаторов пылятся действительно нужные вещи, которые могут заменять зарубежные производства.

В следующей статье мы расскажем Вам историю тестирования и тонкости настройки mPCIe 3G-модема Huawei и mPCIe LoraWan-модуля MikroTik.