KepOPC实现CAN设备的OTIT互操作!
KepOPC是支持OPC、S7等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議設(shè)備數(shù)據(jù)采集與交換的中間件軟件,本文主要介紹如何采用KepOPC中間件與工業(yè)級(jí)嵌入式主板(CM4-CAN)實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議的總線設(shè)備與OT及IT系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)交換。
圖1?KepOPC工業(yè)級(jí)嵌入式主板(CM4-CAN)
隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(CAN協(xié)議)設(shè)備的使用越來越廣泛,并陸續(xù)延伸到其他工業(yè)行業(yè),CAN協(xié)議設(shè)備如運(yùn)動(dòng)控制器、遙控器、傳感器等具有高速率、高可靠性、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),特別適用于車輛及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制場(chǎng)景。
近年來,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,越來越多的平臺(tái)支持標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊,如通過OPCDA與上位機(jī)組態(tài)軟件互通;通過OPCUA/Modbus與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通互通,缺少能夠直接連接CAN總線控制器、傳感器的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。即便是國(guó)內(nèi)知名廠商ZLG生產(chǎn)的CAN模塊,也只是提供了CAN-Socket的透?jìng)鞴δ?#xff0c;難以實(shí)現(xiàn)OT系統(tǒng)的快速接插,更難實(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)的跨地域融合互通。
因此,KepOPC工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)首次推出基于CM4-CAN工業(yè)級(jí)嵌入式平臺(tái)的軟硬件一體化CAN設(shè)備上云的解決方案。首先,讓我們來熟悉一下CM4-CAN工業(yè)級(jí)嵌入式硬件平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn):
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基于樹莓派CM4工業(yè)級(jí)核心板,支持內(nèi)存擴(kuò)展(標(biāo)配2G),運(yùn)行l(wèi)inux系統(tǒng);
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基于野芯的工業(yè)級(jí)嵌底板(雙網(wǎng)卡+CAN+RS485+RS232+ssd2242固態(tài)硬盤啟動(dòng));
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雙網(wǎng)卡:支持1000M+100M雙路以太網(wǎng)連接;
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CAN:支持1路隔離CAN通道,波特率跑滿1Mbit/s;
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RS485:支持1路RS485通道,接入ModbusRTU協(xié)議設(shè)備雙向連接;
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RS232:支持多路串口及ttl串口的接入能力;
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IIC:支持iic設(shè)備的連接,主板搭載0.96寸oled屏幕;
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SPI:支持SPI設(shè)備的連接;
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RTC:板載時(shí)鐘,提供高精度系統(tǒng)時(shí)鐘;
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SSD硬盤:主板采用固態(tài)硬盤安裝系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),高速讀寫、存儲(chǔ)空間超大;
其次,KepOPC在CM4-CAN主板上實(shí)現(xiàn)了如下功能:
(1)基于CAN接口的總線設(shè)備的數(shù)據(jù)收發(fā),波特率最高達(dá)到1Mbit/S;
(2)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成ModbusTCP協(xié)議,支持雙向讀寫,CM4-CAN主板作為ModbusSlave,供OT系統(tǒng)的快速連接;
(3)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成MQTT協(xié)議,支持雙向讀寫,CM4-CAN主板作為MQTT?Broker,供IT系統(tǒng)的快速連接;
(4)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成WebSocket協(xié)議,支持雙向讀寫,供IT系統(tǒng)(web前端或移動(dòng)app)的快速連接;
(5)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成OPCUA協(xié)議,支持雙向讀寫,CM4-CAN主板作為OPCUA服務(wù)器,供OT系統(tǒng)的快速和安全連接;
(6)以上功能均提供web管理頁(yè)面參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行日志監(jiān)測(cè)。
具體功能介紹如下:
1、CAN協(xié)議設(shè)備的通訊
圖2?CAN測(cè)試儀器連接主板收發(fā)數(shù)據(jù)
KepOPC支持CAN協(xié)議設(shè)備的ID過濾、波特率設(shè)置、發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)定、擴(kuò)展/標(biāo)準(zhǔn)幀格式設(shè)置等功能,負(fù)載測(cè)試過程能夠達(dá)到不超過1ms級(jí)別的數(shù)據(jù)同步能力,保障總線數(shù)據(jù)的采集和處理速度。
2、CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus協(xié)議
圖3?Modbus?master連接讀取CAN數(shù)據(jù)
KepOPC支持Modus?master的TCP方式連接,按照配置的地址讀取CAN?ID及其對(duì)應(yīng)的8個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)的值,OT系統(tǒng)快速組態(tài)獲取對(duì)應(yīng)地址數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換計(jì)算得到需要的信息,modbus值發(fā)布頻率為1ms,同時(shí)KepOPC還提供CAN的通訊及數(shù)據(jù)狀態(tài),用于判斷總線設(shè)備是否在線;OT系統(tǒng)需要向CAN總線自動(dòng)/手動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),通過向用戶自定義的數(shù)據(jù)地址寫入CAN?ID及數(shù)據(jù)后,使能狀態(tài)位,KepOCP即時(shí)降數(shù)據(jù)下發(fā)到CAN總線,下發(fā)成功后清零狀態(tài)位,從而實(shí)現(xiàn)了CAN-ModbusTCP的雙向互通。
圖4?Modbus?master向總線下發(fā)CAN數(shù)據(jù)
3、CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成MQTT/WebSocket協(xié)議
圖5?MQTT客戶端訂閱KepOPC的CAN數(shù)據(jù)
圖6?MQTT客戶端通過KepOPC向CAN總線發(fā)布數(shù)據(jù)
圖7?websocket客戶端通過KepOPC向CAN總線發(fā)布數(shù)據(jù)
總結(jié):
基于CM4-CAN工業(yè)主板的KepOPC數(shù)據(jù)交換解決方案可以擴(kuò)展如下定制:
(1)CAN-OPCUA協(xié)議的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)基于OPCUA的工業(yè)互聯(lián);
(2)擴(kuò)展4G/5G模組實(shí)現(xiàn)車輛或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備與云平臺(tái)的移動(dòng)互聯(lián);
(3)擴(kuò)展RS485/RS232等其他私有協(xié)議設(shè)備與OT/IT平臺(tái)的互聯(lián)互通;
(4)擴(kuò)展基于以上通訊方式的AD采集、IO輸出等互操作功能。
KepOPC搭載CM4-CAN工業(yè)級(jí)主板實(shí)現(xiàn)了CAN協(xié)議與ModbusTCP/MQTT/WebSocket協(xié)議的互聯(lián)互通,將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的傳感器、控制器快速連接到自動(dòng)化車間OT系統(tǒng)或互聯(lián)網(wǎng)云端的移動(dòng)APP,提供高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換一體化解決方案。
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KepOPC工業(yè)互聯(lián)
KepOPC是服務(wù)于工業(yè)數(shù)據(jù)采集及交換的定制型工業(yè)軟件,它支持OPC DA、OPC UA、西門子S7系列PLC的多個(gè)服務(wù)連接,并實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的MQTT代理服務(wù)器及各類數(shù)據(jù)庫(kù)的快速接插,作為一個(gè)高性能的運(yùn)行中間件,起到工業(yè)數(shù)據(jù)橋梁的作用。
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總結(jié)
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