低代码/无代码方式下如何实现工业协议与MQTT互转?无编程经验者速戳!

Posted 2021-09-04 hongke_iiot

前 言

关于【虹科工业树莓派与Node-RED】之间配合的种种可能性，我们在以往的文章中已经进行了介绍。今天，我们将通过实操案例，来看看如何使用Node-RED以拖拽式低代码，甚至是无代码编程的方式，轻松实现工业协议与MQTT互转以及简单的HMI数据面板，帮助您有效降低在OT协议方面的学习成本，在低经验、甚至是无OT编程经验的情况下，快速在OT协议中的数据与云端数据之间建立联系。

所需材料

1.硬件准备

✓ PC一台
✓ 虹科工业树莓派一台
✓ 24V直流电源
✓ 网线
✓ 相关协议网关模块（可选，根据实际需求添加）

2.软件准备

PC上：
✓ Chrome内核的浏览器

虹科RevPi上：
✓ Node-RED、
✓ Node-RED RevPi Nodes Server
（默认已预装）
*若发现预装缺失或需要版本更新可【联系虹科获取】
✓ node-red-dashboard
（可选，用于制作简单的HMI数据面板）

操作步骤

1. 虹科工业树莓派RevPi上电，连好网线，使用Advanced IP Scanner或类似软件扫描工业树莓派的IP地址，或在路由器后台中直接查看DHCP客户端列表，从而确定树莓派所在IP地址。

2. 浏览器打开虹科树莓派所在IP地址，出现登录画面，账号为admin，默认密码会印在机身侧面的贴纸上，每台机子默认密码各不相同。

3. 登录后打开SERVICES选项卡，分别将以下三项设为Enable，最后点SAVE ALL保存设置。
   Modbus Master（本文以Modbus为例，因此需要将Modbus主站功能使能，若不使用Modbus协议则无需Enable此项）
   Node-RED
   Node-RED RevPi Nodes Server

4. 回到APPS选项卡，点击PiCtory右边的START进入树莓派的模块配置界面——PiCtory。

5. 首先把主模块按实际情况从左边设备列表中拖到右边（作为例子，本文使用Core作为主模块），把其它IO模块和协议网关模块按实际情况中的左右物理位置，按顺序把模块拖到主模块两边（本文没有使用额外模块）。最后，若要使用主模块的Modbus RTU/TCP主站功能，则在Virtual Devices中找到相应的虚拟模块，拖动到右边，如下图所示。

6. 设置相应的协议模块，本文以设置Modbus TCP主站为例：选定要设置的Modbus TCP主站虚拟模块，在右下角变量表中拖到最下方，在slave_IP_address中填入Modbus TCP从站所在IP地址，slave_TCP_port中填入Modbus TCP通讯设置的端口号，默认是502。

7. 对着Modbus TCP主站虚拟模块右键点击，打开Extended Data设置界面，并按实际情况设置Modbus变量地址等相关参数，输入完成后点OK确定，附上本文Modbus TCP的从站相关参数表：

8. 配置完成后点上方菜单的File -> Save as Start-Config. 保存到启动方案，然后点Tools -> Reset Driver立即使配置生效。

9. 开一个新标签页，再次输入树莓派IP打开工业树莓派设置主页，点击Node-RED右边START，或直接访问 [树莓派IP]:1880 进入Node-RED编程界面。

10. 在左边的节点列表中找到Revolution Pi分类，此分类底下的节点即为专为工业树莓派设计的节点。拖动一个revpi-multiple-input节点到右边网格区域，然后双击打开对其进行配置。先点击Server右边的铅笔案例，保持默认的localhost地址和8000端口，其它参数保持留空，然后点击右上角的添加，最后在Input Pins列表中找到以下3个变量（该列表只能找到输入变量，输入是对树莓派而言），分别勾上然后点右上角的完成。
    Input_Word_1
    Input_Word_2
    Input_Word_3

11. 拖一个Debug节点到revpi-multiple-input节点的右边，简单的把两个模块连上，点整个网页右上角的“部署”。

12. 把Modbus TCP从站中的变量值稍作更改，这里我把从站中地址1变量的值改成了321(revpi-multiple-input节点需要它监视的变量中至少一个值有变化，才会向后面的节点输出信息)，此时在Debug信息区中找到如下信息表示Modbus TCP数据获取成功(变量属性是数字形式或者字符串形式都没关系，不影响后续使用)。

13. 按下图方式配置节点，其中MQTT输入输出节点仅需配置MQTT地址、端口、Topic等基本信息即可，本文把树莓派的发布Topic设为了RevPiPub，订阅Topic设为了RevPiSub。

分割消息和消息分流节点配置分别如下：

分流节点右边的3个节点为revpi – output，默认会选定前面设置过的localhost：8000作为 Server，这部分不需要更改，在下方Pin中分别选择3个输出变量名：Output_Word_1\\Output_Word_2\\Output_Word_3 即可。

14. 修改完成后，别忘了点击整个网页右上角的“部署”。然后我们尝试把Modbus TCP从站中地址2变量的值改成44555，此时即能通过MQTT获取到一条记录Modbus变量的信息。

15. 随后我们通过MQTT发送指令，分别通过JSON中out1、out2、out3三个字段，修改3个Modbus写入变量的值，效果如下图。

16. 至此，MQTT和工业通讯协议中的变量交互已经完成，我们既实现了MQTT数据上传，也实现了数据下发。接下来，我们可以尝试创建一个简单的HMI数据面板。首先，在Node-RED右上角的“三”菜单中找到“节点管理”，然后进入“安装”选项卡，搜索node-red-dashboard并安装（安装速度取决于网络环境和树莓派工作负载）。

17. 在前面的基础上，我们额外加上按下图形式编排的一些节点。其中左边一列节点均为inject节点，被设为每秒为周期重复注入字符串（变量名），中间一列节点全是工业树莓派专用节点中的revpi – getpin，用以通过变量名获取值，右边全是dashboard分类下的gauge。

18. 点击部署后，浏览器访问[树莓派IP]:1880/ui 即可看到由Node-RED自动生成的简易HMI数据面板。

总结

通过在浏览器上进行以上设置操作，我们就轻松实现了Modbus变量数据与MQTT的交互，中途没有输过任何一行代码，甚至没有进入过命令行界面。

对于其它虹科工业树莓派所支持的通讯协议的配置也是大同小异。其中，总的思路在于：给树莓派设置好相应的参数，树莓派自动从相应协议中获取值并存到变量中，仅需在Node-RED中拖拽编程，把变量送到MQTT发送组件即可。

这种编程方式大幅降低了非OT从业人员开发相关应用的学习成本，用户不用担心之前从未使用过树莓派，即使是完全没有Linux系统的使用经验也没有关系。此外，利用Node-RED上的其它开源节点，我们也能够以MQTT以外的多种方式传输数据、以丰富多样方式的展示数据。有编程经验的用户，也可以通过function节点在发送前对数据进行运算、过滤等多种处理，甚至利用exec节点接入其它应用，进行更为复杂的边缘运算。