ioThinx 4510 — сбор данных и управление с использованием современных технологий

Содержимое статьи

• IIoT модуль ввода/вывода от компании Moxa
• Особенности ioThinx 4510
• Начало работы с модулем
• Безопасность системы сбора данных
• Шлюз Modbus RTU
• Использование протокола Modbus TCP
• Взаимодействие с web-службами с помощью Restful API

В наше время развивающихся технологий происходит глобальное введение всех устройств в мир Интернета вещей (IoT). Уже никого не удивит использование онлайн-навигатора, который анализирует ситуацию на дорогах и предлагает наилучший маршрут, или фитнес-браслета для отслеживания и анализа тренировок и других подобных вещей. Облачные сервисы анализируют полученную информацию от конечных устройств и помогают нам оптимизировать свое время и ресурсы. Тоже самое происходит и в промышленности.

Промышленный Интернет вещей (IIoT) – это логическое продолжение автоматизации производства. Концепция IIoT предполагает не только сбор информации в едином центре управления, но и передачу данных в облачные сервисы, где происходит предиктивный анализ, который позволяет увеличить эффективность производства, предотвратить аварийные ситуации, снизить расходы и повысить качество итогового продукта или услуги. Поэтому сейчас происходит повсеместная модернизация систем и подключение полевых устройств в облачное пространство.

В силу того, что большинство конечных устройств на предприятиях используют специализированные промышленные протоколы и интерфейсы, напрямую передавать от них информацию в облачные пространства или web-сервисы, ориентированные на IT-системы, не получится. Для интеграции промышленных устройств в системы IIoT используют специализированные шлюзы с поддержкой IT протоколов.

Классический вариант обмена данными – это полевые устройства (исполнительные устройства, датчики и счетчики) подключаются к контроллерам, которые собранную информацию отправляют на верхний уровень по одному из промышленных протоколов (например, Modbus TCP или Profinet). Далее IIoT-шлюзы транслируют данные в облачные пространства, систему управления или в web-сервисы, выполняя преобразование промышленных протоколов в IT-протоколы (например, MQTT или SNMP).

IIoT модуль ввода/вывода от компании Moxa

Компания Moxa разработала новое устройство ioThinx 4510, которое объединило в себе поддержку как промышленных, так и IT-протоколов для упрощения взаимодействия между системами АСУ ТП и IT. Универсальность данного модуля позволяет собирать с оконечных устройств как дискретные и аналоговые сигналы, так и данные по протоколу Modbus RTU, и все это легко интегрировать в любую IT- и IIoT-систему.

Особенности ioThinx 4510

ioThinx 4510 поддерживает большое количество интерфейсов и протоколов, но ко всему прочему, еще и прост в установки и эксплуатации.

Начало работы с модулем

ioThinx 4510 имеет крепление на DIN-рейку, и модули легко собираются в единую систему. Для удаления или замены модуля достаточно нажать на защелку и потянуть модуль вверх. Кроме того, все каналы ввода/вывода и питания на данном устройстве реализованы в виде клемм под защелки, и монтажнику не нужно будет искать отвертку для подключения очередного устройства.

При настройки модульных систем часто возникают трудности с переконфигурированием всей системы при замене или добавлении нового модуля. При работе с ioThinx 4510 достаточно только выполнить настройки только нового модуля, без изменения всей системы. Все настройки ioThinx 4510 осуществляется через web-интерфейс.

Безопасность системы сбора данных

Кроме универсальности использования, ioThinx 4510 гарантирует безопасность информации. Обычные модули ввода/вывода передают собранные данные в открытом виде, например, по протоколу Modbus, поэтому подобные устройства необходимо устанавливать только в информационно закрытых системах, к которым нет доступа из внешней сети, либо использовать межсетевые экраны. Модуль ioThinx 4510 может шифровать передаваемые данные, благодаря этому стало возможным организовывать сбор данных в любой открытой системе.

Функции безопасности устройства ioThinx 4510 соответствуют стандарту IEC 62443 уровня 1 и основаны на принципе CIA - Confidential, Integrity, Availability (конфиденциальность, защищенность, доступность)

1. Конфиденциальность:

   • Шифрование прошивки и конфигурационного файла

     При скачивании прошивки или конфигурационного файла они сохраняются в зашифрованном виде и прочесть или изменить их не получится. Это обезопасит систему от внешнего вмешательства.

   • Аутентификация

     Для данного устройства доступна только локальная аутентификация, но можно создать несколько учетных записей с разными правами. Кроме того, можно определить политику входа в систему и осуществить управление сеансами связи.

     Данные функции настраиваются в разделе Security - Account Settings

     

   • Защищенные протоколы связи: HTTPS, RESTful API через https, SNMPv3, MQTT через TLS

     Безопасность передаваемых данных осуществляется путем шифрования полученной информации, что защищает данные от вмешательства или анализа сторонними пользователями.

     Для передачи данных по одному из перечисленных выше протоколов нужно предварительно включить его использование в настройках ioThinx 4510.

     

2. Защищенность:

   • Контроль доступа к устройству на основе списка разрешенных IP-адресов

   • Разделение прав пользователей

     Разграничение прав доступа к функционалу ioThinx 4510 для разных пользователей позволяет предотвратить случайное изменение настроек или направленные действия злоумышленников, которые могут привести к аварийным ситуациям на объекте.

     Управление учетными записями происходит в разделе Security - User Settings. Можно назначить пользователю один из трех уровней доступа.

   • Administrator – полное управление устройством
   • Operator – мониторинг и управление каналами ввода/вывода
   • User – только мониторинг

   

3. Доступность:

   • Защита интерфейса

     Порты TCP и UDP, используемые для передачи данным по разным протоколам, по умолчанию на ioThinx 4510 отключены. Когда необходимо осуществлять обмен данными, нужно в настройках модуля включить тот или иной сервис, и только после этого порты будут доступны.

   

   Доступность системы - восстановление прошивки / конфигурации и системного журнал для непрерывного мониторинга

Шлюз Modbus RTU

ioThinx 4510 имеет два встроенных последовательных интерфейса. СОМ1 настраивается на один из режимов - RS-232/422/485, а СОМ2 может выступать только в качестве 2- проводного RS-485 при условии, что СОМ1 тоже RS-485. К этим портам можно подключать полевые устройства, работающие по протоколу Modbus RTU. В подобной системе ioThinx 4510 будет выступать в качестве шлюза протоколов Modbus RTU в один из поддерживаемых Ethernet-протоколов.

Особенности:

• Максимальное количество Modbus RTU устройств: 8 (по 4 на два порта RS-485)
• Протоколы со стороны Ethernet порта: Modbus TCP, SNMP, Restful API или MQTT
• Протоколы со стороны последовательного порта: Modbus RTU Master
• Скорость последовательного интерфейса: 1200 – 115200 бит/с
• Максимальный размер памяти 256 ячеек внутреннего регистра

ioThinx 4510 сам опрашивает последовательные устройство по заранее указанным параметрам и сохраняет данные в своей памяти.

Настройка ioThinx 4510 для работы с устройствами Modbus RTU

1. В разделе Serial Port нужно установить параметры последовательного интерфейса

   

2. В этом же разделе нужно включить устройство Modbus RTU

   

3. Добавить параметры опроса

   

В разделе Internal Register можно посмотреть в какие именно ячейки памяти ioThinx сохраняются данные по тому или иному запросу.

Использование протокола Modbus TCP

Для сбора данных в единой SCADA системе часто используют протокол Modbus TCP. Устройство ioThinx 4510 так же может передавать информацию со своих модулей ввода/вывода по этому протоколу. Кроме того, по Modbus TCP можно транслировать данные от Modbus RTU-устройств, подключенным к последовательным портам.

Чтобы можно было опросить ioThinx 4510 по Modbus TCP, нужно указать это в настройках модуля в разделе Security - Service Settings

Таблица Modbus-адресов для ioThinx приведена в документации к устройству, также ее можно увидеть и в web-интерфейсе в разделе Protocol- Modbus TCP Slave. Если окажется, что SCADA-система настроена на опрос конечных устройств по другим адресам и не позволит эти адреса менять, то в ioThinx можно назначить пользовательские адреса регистров для каналов ввода/вывода.

Пример опроса ioThinx 4510 по протоколу Modbus TCP доступен в статье.

Передача данных в облако по протоколу MQTT

Для передачи данных напрямую от модуля ioThinx 4510 в облако используется протокол MQTT. Данный протокол поддерживается большинством облачных сервисов (AWS, Azure, Google, Alibaba и другие). Эти сервисы содержат большой набор инструментов. Например, визуализация данных, алгоритмы обработки данных, интеллектуальный анализ и машинное обучение и др. Поэтому пользователям не нужно тратить много времени на разработку подобных сервисов с нуля.

Поскольку в подобных системах передача данных происходит по сети Интернет, то очень важно обеспечить защиту данных и конфиденциальность информации. Поэтому MQTT брокеры, доступные в сети Интернет, ведут базу учетных записей своих клиентов, чтобы защитить систему от несанкционированного доступа, при этом для защиты самих данных используют шифрование TLS. Модуль ioThinx поддерживает как функцию авторизации на MQTT-брокере, так и TLS-шифрование.

Подробная информация о настройке ioThinx 4510 для работы по протоколу MQTT приведена в инструкции.

Взаимодействие с web-службами с помощью Restful API

Многие IT-специалисты предпочитают получать данные через web-приложения, а не с помощью промышленных протоколов связи, к которым привыкли инженеры АСУ ТП. Поэтому в устройстве ioThinx 4510 реализована поддержка протокола Restful API. Модуль ввода/вывода поддерживает три типа запросов: GET – для считывания данных, PUT – для записи и OPTIONS – описывает параметры соединения с целевым ресурсом.

Пример работы с устройством ioThinx 4510 при помощи Restful API доступен по ссылке.

Получить подробную информацию об оборудовании, запросить устройство на тестирование или приобрести оборудование Вы можете у генерального партнёра Moxa Inc. в России ООО «Ниеншанц-Автоматика».
e-mail: sales@moxa.ru, support@moxa.ru, тел.: (495) 980-64-06, (812) 326-59-24, (343) 311-90-07, (383) 330-05-18.