Беспроводной модуль связи с объектом WISE-4000
Можно ли без навыков программирования развернуть систему сбора данных промышленного уровня? В статье мы познакомимся с устройствами, которые позволяют в несколько кликов получить готовую систему обработки цифровых сигналов, доступных через JSON API.
Серия WISE-4000 — это устройства ввода-вывода для логирования, мониторинга и передачи данных с удаленных объектов. Они поддерживают промышленные протоколы MQTT, Modbus/TCP и имеют HTTP JSON API. Имеется интеграция с облачными сервисами Microsoft Azure, Dropbox и другими.
Устройства могут работать как в составе SCADA, так и автономно. Поддерживается подключение к сети по WiFi.
Технические характеристики
- Цифровые и выходы (DI/DO) — доступны модели с 8 и 4 цифровыми входами и 4 цифровыми выходами.
- Силовые реле — модель WISE-4060 имеет на борту 4-х канальное реле, позволяющее управлять силовой нагрузкой.
- Поддержка промышленных протоколов — управление цифровыми каналами и сбор данных через Modbus/TCP и MQTT
- Поддержка облачных провайдеров — загрузка данных в Microsoft Azure, Dropbox, Alibaba Cloud
- Поддержка WiFi — поддержка протоколов 802.11b/g/n, работа в режиме станции (клиента) и точки доступа (AP).
- Web-интерфейс — вся настройка может быть выполнена через веб-интерфейс, без использования сторонних программ
- SMA разъем для антенн — возможность подключения сторонних антенн вместо штатной.
- Часы реального времени — Модуль RTC с автономным питанием, для сохранения точного времени в случае отключения питания и потери связи.
- Работа от напряжения 10–30VDC — с наличием защиты от неправильного подключения питания
Первичная настройка
Первичная настройка происходит через веб-интерфейс: устройство переводится в режим точки доступа с названием сети (SSID) вида WISE-<модель<-
Важно иметь в виду, что переключение в режим настройки не сбрасывает пароль веб-интерфейса на заводской. Для того, чтобы сбросить настройки, необходимо использовать утилиту под Windows Adam/Apax. Net Utility.
В веб-интерфейсе можно задать режим Wi-Fi-клиента (Infrastrucutre mode) или режим точки доступа (AP Mode).
В режиме клиента можно задать две разных сети Wi-Fi, к которым будет пытаться подключаться устройство. В качестве второй сети удобно использовать служебную сеть для настройки, к которой устройство будет автоматически подключаться, находясь на стенде обслуживания. После настройки сети можно установить DIP-переключатель SW1-P1 в положение ON.
DIP-переключатели на задней крышке WISE-4051
Порты ввода-вывода
Разберем назначения портов ввода-вывода на примере модели WISE-4051, которая имеет восемь портов цифровых входов (DI) и один порт RS-485 для Modbus/RTU Master. Основное назначение данной модели — сбор данных с датчиков и мониторинг удаленных объектов.
Логические уровни
Порты 0–3 имеют тип «сухой» (dry) контакт. Логической единицей считается замкнутый контакт с DCOM0, а логическим нулем, соответственно, открытый разомкнутый контакт. К этим контактом можно подключать герконы, реле, кнопки.
Порты 4–7 имеют тип «мокрый» (wet) контакт. Логической единицей считается напряжение 10–30V, а логическим нулем — 0–3V между контактом и землей DCOM1.
Все порты поддерживают инвертирование логических уровней, а также импульсный сигнал частотой до 3 кГц.
Назначение портов WISE-4051
Режимы работы I/O
Каждый из цифровых входов может независимо работать в одном из пяти режимов обработки входного сигнала. В зависимости от выбранного режима, принятый сигнал будет по-разному сохранятся в памяти устройства. Каждый из режимов позволяет инвертировать логический ноль и единицу.
DI — обычный цифровой вход
Данный режим позволяет считать состояние контакта Low/High. Дополнительно можно активировать фильтр помех, установив минимальную и максимальную длину сигнала в десятых долях миллисекунд.
Счетчик (Counter)
Режим «счетчик» последовательно считает число принятых сигналов и сохраняет их количество. Дополнительно можно задать стартовое значение переменной. Такой режим удобно использовать для подсчета регулярных событий, например срабатывания геркона для оценки проходимости разных дверей.
Режим счетчика цифрового входа
Режим сигнализации (Latch)
В данном режиме однократный сигнал безвозвратно переключает состояние входа в режим срабатывания, до того момента, пока он не будет сброшен принудительно, через API или вручную. Этот режим полезен для сигнализаций, предохранителей и любых сигналов, требующих вмешательства персонала.
Два цифровых контакта в режиме сигнализации. Контакт 0 находится в состоянии срабатывания сигнализации.
Режим измерения частоты (Frequency)
Хранит текущее значение частоты сигнала с точностью от 0.1 до 0.01 Гц. Дополнительно можно задать временной интервал обнуления значения. Данный режим можно использовать для импульсных сигналов, счетчиков оборотов, моторов, колебаний и т.д.
Локальное хранилище
Принятые сигналы устройство может сохранять во внутреннюю память, на случай потери связи с сервером или для полностью автономной работы. Резервный аккумулятор позволяет хранить данные в энергозависимой памяти при отключении основного питания.
Запросы к локальному хранилищу можно выполнить через веб-интерфейс, Modbus/TCP и HTTP RESTful API.
Запрос локального хранилища через веб-интерфейс.
HTTP RESTful
Для примера работы с HTTP API попробуем развернуть простой тестовый стенд. На вход №3 подключим обычную механическую кнопку и установим режим работы «счетчик» (counter) в веб-интерфейсе. Нажмем кнопку несколько раз, чтобы проверить, изменяется ли значение.
В веб интерфейсе видно, что значение счетчика увеличивается
Значение счетчика входа №3 в веб-интерфейсе
Далее попробуем прочесть состояние счетчика с помощью HTTP API, описанного в документации. Для этого выполним GET-запрос с помощью утилиты curl, где 10.0.0.1 — ip адрес устройства, di_value означает Digital Input Value, slot_0 — номер слота и ch_3 — номер порта на устройстве. Так как используется HTTP Basic Auth, логин и пароль можно передать в URL.
curl http://username:password@10.0.0.1/di_value/slot_0/ch_3
{
"Ch": 3,
"Md": 1,
"Val": 27,
"Stat": 0,
"Cnting": 1,
"OvLch": 0
}
Разберем значения в ответе:
Ch — номер входа, в нашем случае №3.
Md — режим работы, в нашем случае «счетчик» (0 — DI, 1 — Counter, 2 — LowToHighLatch, 3 — HighToLowLatch, 4 — Frequency).
Val — значение счетчика, в нашем случае — число нажатий кнопки.
Таким образом без навыков программирования и установки дополнительного ПО, используя только веб-интерфейс, мы смогли за пять минут настроить простое устройство сбора и хранения данных, которое можно легко интегрировать в любую современную систему. Несмотря на то, что данный пример достаточно примитивный, он дает общее понимание простоты настройки. По такому же принципу можно развернуть более сложные системы, с разнородными типами данных и режимами работы.
Облачные провайдеры
Устройства серии WISE-4000 поддерживают интеграцию с облачными сервисами. Собранные данные могут передаваться в облачное хранилище по протоколу MQTT или загружаться в виде файлов на dropbox или на внутренний сервер. Также поддерживается интеграция со SCADA-системой Advantech WebAccess
Microsoft Azure
Чтобы подключить устройство к Microsoft Azure IoT Hub, достаточно указать адрес сервера, название устройства и секретный токен.
Dropbox
Для подключения Dropbox используется авторизация Oauth2, прямо в веб-интерфейсе. Данные из локального хранилища будут загружаться в виде *.csv файлов. Эту функцию можно использовать для резервного хранения или обработки данных вручную.
SDK для разработчиков
Набор WISE-4012E специально создан для удобной разработки и отладки систем на базе WISE-4000. В комплект входит модуль WISE-4012E с двумя аналоговыми и двумя цифровыми входами, а так же двумя каналами реле. Устройство питается напрямую от USB и не требует дополнительных блоков питания.
Набор для разработчиков WISE-4012E с питанием от USB и демо-платой ввода-вывода
Демо плата I/O
Чтобы разработчик мог самостоятельно симулировать сигналы ввода-вывода на аппаратном уровне в комплект входит демо-плата. Для отладки аналоговых выходов предназначены два потенциометра, для дискретных вводов — DIP переключатели, для выходов реле — два светодиода. Это позволяет получить на рабочем месте полноценный тестовый стенд без лишних проводов.
Заключение
WISE-4000 объединяют в себе функции устройства сбора и передачи данных (УСПД) и устройства удаленной связи с объектом (УСО). Настройка не требует навыков программирования и может быть выполнена через веб-интерфейс со смартфона в кратчайшие сроки. Благодаря поддержке современных протоколов, устройства могут легко интегрироваться в современные SCADA и облачные системы.
