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使用 N3uron、MQTT 和 Modbus 将工业数据发布到 AWS 云

介绍​

在工业自动化中，Modbus 是最常见的协议之一。而 MQTT 因其众多特性，已成为工业自动化中物联网的领先协议。其轻量化设计、高效性、可扩展性以及对异步消息的支持尤为显著。在 MQTT 中，设备仅在有可报告事件时进行通信，与持续更新检查形成对比。这种事件驱动的方法结合异常报告（仅在数据偏离常规或触发特定条件时发送数据），节省了带宽和资源，从而优化了关键物联网应用的数据传输。

reComputer R1000 和 N3uron Duo 的强大组合通过提供强大的连接性和数据处理能力，实现了高效的工厂管理。本 Wiki 强调了 Modbus TCP 在工业环境中的重要性，并突出了与 MQTT 设备的无缝集成，以进一步增强连接性。

前置条件​

硬件​

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软件​

我们强烈建议先学习 N3uron 入门指南。该指南提供了关于如何导航 N3uron Web 界面的重要见解，包括了解 Web UI 和 Web Vision 模块的概念、掌握标签的概念以及创建基本仪表板。如果您尚未探索这些基础知识，建议在继续之前先完成学习。您可以通过提供的链接访问该指南。

配置 Modbus TCP/IP 的以太网设置​

由于您的 PLC/设备 IP 域与无线设置不同，您可能需要手动更改 IP 配置。具体步骤如下：

  • 步骤 01：如果您运行的是 Bullseye，请运行以下命令：
sudo nano /etc/dhcpcd.conf
  • 步骤 02：然后根据您的 PLC/设备网络域配置以太网端口设置，并使用 metric 命令设置优先级。数值越低的 metric 优先级越高。
  • 步骤 01：如果您运行的是 Bookworm OS，可以使用 GUI 点击网络图标。在高级选项中选择“编辑连接”。
  • 步骤 02：选择“有线连接 2”（ETH 1），并在 IPv4 设置中添加地址、子网掩码和网关。

Modbus 模块创建与配置​

在 N3uron 的 WebUI 界面中创建模块实例

  • 步骤 01：在导航面板中，选择 Config。
  • 步骤 02：在资源管理器面板中，选择 Modules。
  • 步骤 03：点击模型菜单并选择 New Module。
  • 步骤 04：实例可以命名为任意名称，但在本示例中，我们将使用 ModbusClient。
  • 步骤 05：将模块类型属性设置为 ModbusClient。其余属性保持默认值，然后点击 Save。

通道创建与配置​

  • 步骤 01：在已创建的 Modbus 客户端和模型下，选择 New Channel。将通道命名为 Client。
  • 步骤 02：现在，我们将使用 Modbus TCP 与 PLC 通信。请提供 PLC 的 IP 地址 和 端口地址。
note

如果您使用的是 Modbus RTU，则需要考虑多种配置。为此，您需要提供诸如 COM 端口、波特率等详细信息。有关在 N3uron 上配置 Modbus RTU 和 TCP 协议的更多信息，请参考提供的 指南。

  • 步骤 03：添加设备：每个通道可以包含一个或多个设备。为设备设置一个 名称 并继续配置。在本例中，设备名称为 PLC。
  • 步骤 04：通过此界面，您可以调整一些设置。您可以通过此链接找到更多详细信息。然而，在本例中，我们将保持默认设置。

标签配置​

  • 步骤 01：进入 WebUI，选择 Config，然后点击 Tag。在模型部分，点击菜单并选择 New Tag。将其命名为 Q1。通常，Q 用于表示输出线圈。
  • 步骤 02：然后需要进行以下配置：
    • Source：Enabled/Yes
    • Module Type：ModbusClient
    • ModuleName：ModbusClient
    • Config：Device: Client/PLC
    • Modbus 地址：008931
    • 数据类型：Boolean
      并点击 Save。
note

建议参考 PLC 或设备制造商的技术手册中关于 Modbus 地址的说明。在那里，您可以找到有关输入、输出和保持地址的详细信息。根据这些规范，应在标签配置中的 Modbus 地址行进行调整。例如，如果制造商将输出线圈 Q1 标记为 8193，则地址应配置为 008193。同样，如果网络输入标记为 1 且为线圈类型，则地址应设置为 000001。

  • 步骤 03：实时模拟

连接到系统后，您可以查看输出线圈和输入线圈的实时状态。

note

通过 N3uron 界面与 PLC 交互需要适当的访问权限，包括读写能力。

在 N3uron 的 WebUI 界面中创建一个 MQTT 模块实例​

  • 步骤 01：在导航面板中，选择 Config。
  • 步骤 02：在资源管理器面板中，选择 Modules。
  • 步骤 03：点击 Model 菜单并选择 New Module。
  • 步骤 04：实例可以命名为任何名称，但在本例中，我们将使用 MQTT。
  • 步骤 05：将模块类型属性设置为 MqttClient。保持其他属性为默认值，然后点击 Save。

配置 N3uron 的 MQTT 模块​

  • 步骤 01：在资源管理器面板中，选择刚刚创建的 MQTT 实例。

  • 步骤 02：点击 Model 菜单按钮并选择 New Connection。

  • 步骤 03：为新连接命名。在本例中，命名为 MqttClient：

    • 目标代理：Custom
    • 认证模式：Password
    • 用户名：您的代理用户名
    • 密码：您的代理密码
    • 协议：MQTT
    • 代理 URL：代理 IP 保存 配置

使用 N3uron 的 MQTT 模块订阅主题​

  • 步骤 01：在 Model 面板中，右键点击 AWS 连接，选择 New Subscriber，并为其命名。在本例中，我们简单命名为 Subscriber。
  • 步骤 02：点击它，并在 Topic 字段中添加一个名称。在本例中，我们使用 device/data。
note

为了测试和实践，我们为您提供了一个 Arduino 代码，可以在 XIAO 上运行。此外，您需要在上传代码之前输入自己的凭据。

  • 步骤 03：使用以下值设置以下属性，保持其他属性为默认值：

    • Qos：Qos 0
    • 编码：UTF8
    • 压缩：None
    • 序列化：JSON
    • 数据解析器/类型：MqttClient JSON 然后点击 Save。
note

在这里，我们使用了为 MQTTClient JSON 格式配置的数据解析器。XIAO 设备以此格式向代理发布数据。如果您的设备未以此特定格式发布数据，您需要确定其使用的格式，并创建自定义 JavaScript 代码片段以相应处理设备。有关更多指导，请参考提供的 指南。

创建一个 Tag​

  • 步骤 01：在资源管理器面板中，选择 Tags。
  • 步骤 02：在 Model 菜单中，右键点击文件夹图标，选择 New Tag，并为其命名。在本例中，我们使用 test。

  • 步骤 03：在配置面板中，使用以下值设置以下属性，保持其他属性为默认值：

    • 类型：Number
    • 来源/启用：Yes
    • 模块类型：MqttClient
    • 模块名称：MQTT
    • 配置/订阅者：MqttClient/Subscriber 点击 Save。
  • 步骤 04：实时模拟 连接到系统后，您可以查看来自 MQTT 代理的输出的实时状态。

奖励：使用 AWS 发布工厂状态​

note

我们提供了逐步的操作指南，教您如何将 AWS 云连接到您的 reComputer R1000 设备。如果您是第一次访问此 Wiki，请参考该链接。

  • 第一步：在 Explorer 面板中，选择您刚刚创建的 MQTT 实例。
  • 第二步：点击 Model 菜单按钮并选择 New Connection。
  • 第三步：为新连接命名。在本示例中，命名为 MqttPublisher。

  • 第四步：配置连接属性：

    • A: 从 Destination Broker 下拉菜单中选择 Amazon Web Services。Authentication mode 将设置为 Certificate。此外，Client Id 在本示例中为 N3uron。
    • B: 加载您在 AWS IoT 控制台中创建 Thing 时下载并保存的 Certificate、Private key 和 CA certificate。
    • C: 在 AWS IoT 控制台的左侧菜单中，进入 Settings 并复制您的 Device Data Endpoint。返回 N3uron 并将其粘贴到 Broker URL 字段中。
    • D: 保留其他属性为默认值，然后点击 Save。
  • 第五步：在 Model 面板中，右键点击您刚刚配置的 MqttPublisher 连接，选择 New Publisher，并为其命名。在本示例中，我们将其命名为 AWS。

  • 第六步：点击它并在 Topic 字段中添加一个名称。在本示例中，我们使用了 N3uron。

  • 第七步：点击 Tag Filter 按钮，选择 New Tag Filter，并更改默认名称。在本示例中，我们使用了 TagFilter。保留 Mode、Path 和 Regex pattern 为默认值。通过此配置，N3uron 中配置的每个标签都会发布到我们的 AWS Broker。

  • 第八步：进入 AWS IoT 控制台，在左侧菜单中选择 MQTT test client。点击 Subscribe to a topic 标签，在 Topic filter 中输入 N3uron 以订阅所有内容，然后点击 Subscribe。

技术支持与产品讨论​

感谢您选择我们的产品！我们为您提供多种支持渠道，以确保您使用我们的产品时体验顺畅。我们提供多种沟通方式，以满足不同的偏好和需求。

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