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reComputer R1000 atuando como servidor OPC UA com Node-RED

Introdução​

A Arquitetura Unificada OPC (OPC Unified Architecture - UA), introduzida em 2008, representa uma evolução significativa nos padrões de comunicação industrial. Diferente de seus antecessores sob o guarda-chuva do OPC Classic, o OPC UA é uma arquitetura orientada a serviços e independente de plataforma, que unifica todas as funcionalidades das especificações OPC anteriores em uma estrutura única e extensível. Essa abordagem moderna não apenas preserva as capacidades centrais do OPC Classic, como também as aprimora com um design em múltiplas camadas que atende às demandas complexas dos ambientes industriais atuais.

A arquitetura do OPC UA é projetada com princípios-chave em mente: ela garante equivalência funcional ao mapear todas as especificações OPC Classic baseadas em COM para o framework UA, permitindo transições perfeitas para sistemas legados. A independência de plataforma do OPC UA permite que ele opere em uma ampla gama de dispositivos, desde microcontroladores embarcados até infraestruturas em nuvem, tornando-o versátil e preparado para o futuro. A segurança é uma pedra angular do OPC UA, com recursos robustos de criptografia, autenticação e auditoria para proteger a integridade e a confidencialidade dos dados. Além disso, sua natureza extensível permite a integração contínua de novos recursos sem interromper as aplicações existentes, garantindo que ele possa se adaptar às necessidades industriais em evolução. As capacidades de modelagem abrangente de informações do OPC UA também fornecem uma ferramenta poderosa para definir estruturas de informação complexas, tornando-o uma escolha ideal para indústrias que exigem soluções de gerenciamento de dados detalhadas e escaláveis.

Primeiros Passos​

Antes de iniciar este projeto, você pode precisar preparar seu hardware e software com antecedência, conforme descrito aqui.

Preparação de Hardware​

reComputer R1000
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Preparação de Software​

Neste tutorial, criaremos um exemplo prático de configuração do nosso reComputer R1000 como um servidor OPC UA usando Node-RED. Vamos focar na coleta de dados de dispositivos Modbus TCP e RTU, embora valha mencionar que você também pode coletar dados de dispositivos MQTT, BACnet e outros. Para fins de demonstração, usaremos especificamente Modbus TCP e RTU. Se você não estiver familiarizado com a coleta de dados a partir desses protocolos, consulte nossos tutoriais anteriores:

Instalando o Nó de Servidor OPC-UA​

Acessar o Node-RED no reComputer R1000

Abra seu navegador web e acesse http://{reComputer_IP_ADDRESS}:1880 para abrir a interface do Node-RED no seu reComputer R1000.

Instalar o Nó de Servidor OPC-UA

No Node-RED, vá até o menu no canto superior direito e selecione Manage palette.

Na guia Install, pesquise por node-red-contrib-opcua-server.

Clique no botão Install ao lado do pacote de nó para adicioná-lo ao seu ambiente Node-RED.

Adicionar o Nó Compact OPC-UA Server.

Após a instalação, localize os nós OPC-UA no palette do Node-RED. Arraste e solte o nó de servidor compacto no seu espaço de trabalho para começar a configurar seu servidor OPC-UA.

Configuração de Porta​

Depois de arrastar o nó de servidor compacto para o seu espaço de trabalho, clique duas vezes nele para abrir as configurações de configuração.

No painel de configuração, você verá o número da Porta atribuído ao servidor. Anote esse número de porta, pois você precisará dele nas próximas etapas.

Criar a URL de Endpoint

Altere para a guia Discovery dentro das configurações.

Aqui, você precisará criar uma URL de Endpoint para o servidor OPC-UA.

Use o seguinte formato para a URL: opc.tcp://<IP_reComputer>:<Port>

Por exemplo, se o endereço IP do seu reComputer for 192.168.0.157 e a porta atribuída for 54840, sua URL de Endpoint será: opc.tcp://192.168.0.157:54840

Armazenando Variáveis no Contexto do Fluxo​

No Node-RED, a função flow.set() é usada para armazenar dados no contexto do fluxo, permitindo salvar informações que podem ser acessadas por qualquer nó dentro do mesmo fluxo. Isso é particularmente útil quando você precisa compartilhar dados entre diferentes partes do seu fluxo.

Adicionar um Nó Function

Arraste e solte um nó Function no seu espaço de trabalho do Node-RED. Clique duas vezes no nó Function para abrir o editor.

Armazenando Dados de Temperatura

Suponha que você queira armazenar o valor de temperatura de um sensor Modbus RTU como uma variável de contexto de fluxo. No editor do nó Function, insira o seguinte código.

flow.set("Temperature", msg.payload);

Esse código salva os dados de temperatura (contidos em msg.payload) em uma variável de contexto de fluxo chamada "Temperature".

Conectando o Nó Function

Conecte esse nó Function ao nó onde os dados brutos de temperatura estão chegando. Isso garante que o valor de temperatura seja armazenado assim que for recebido do sensor.

Armazenando Valores DI/DO do CLP

Se você precisar armazenar um valor específico de um array de Entrada/Saída Digital (DI/DO) de um CLP, poderá fazer isso usando uma abordagem semelhante. Por exemplo, para armazenar o valor da terceira bobina no array, use o seguinte código:

flow.set("Coil3", msg.payload[2]);

Esse código extrai o terceiro valor do array msg.payload e o armazena em uma variável de contexto de fluxo chamada "Coil3".

Conectando o Nó Function para DI/DO

Conecte esse nó Function ao nó que gera o array DI/DO. Isso armazenará o valor específico da bobina sempre que o array for atualizado.

Configuração do Espaço de Endereços do Servidor OPC UA​

A aba Address Space é onde o Modelo de Informação do servidor OPC UA é construído. Esse modelo define a estrutura e os dados disponíveis para os clientes OPC UA, usando classes e métodos do SDK node-opcua.

// Import the OPC UA SDK and utilities from the coreServer
const opcua = coreServer.choreCompact.opcua;

Criação de Namespace​

O namespace é criado dentro do espaço de endereços do servidor. Esse namespace conterá todos os nós e variáveis específicos da sua aplicação.

// Create a new namespace for the server within the address space
const namespace = addressSpace.getOwnNamespace();
// Internal reference to the server instance for use within functions
var flexServerInternals = this;

Tipos de Dados e Códigos de Status OPC UA​

As classes Variant, DataType e StatusCodes do SDK OPC UA são usadas para definir os tipos e os status das variáveis que serão publicadas pelo servidor.

// Define OPC UA data structures and types for later use
const Variant = opcua.Variant;
const DataType = opcua.DataType;
const StatusCodes = opcua.StatusCodes;

Inicializando Variáveis​

As variáveis que serão publicadas pelo servidor são inicializadas no contexto do fluxo. Essas variáveis representam os dados que os clientes irão ler ou escrever.

// Initialize variables in the flow context that will be exposed by the OPC UA server
this.sandboxFlowContext.set("Coil2", 0);
this.sandboxFlowContext.set("Coil3", 0);
this.sandboxFlowContext.set("Humidity", 0);
this.sandboxFlowContext.set("Temperature", 0);

Definindo a Estrutura de Pastas no Espaço de Endereços​

Uma estrutura de pastas é definida dentro do namespace do servidor para organizar os nós. Essa estrutura facilita para os clientes a navegação pelos dados disponíveis.

// Find the root folder node in the address space
const rootFolder = addressSpace.findNode("RootFolder");

// Add a new device folder under the root for the RaspberryPI-reComputer
const myDevice = namespace.addFolder(rootFolder.objects, {
    "browseName": "RaspberryPI-reComputer"
});

// Add subfolders for digital outputs (DIO) and analog values under the device folder
const isoOutputs = namespace.addFolder(myDevice, { "browseName": "DIO" });
const Analogvalues = namespace.addFolder(myDevice, { "browseName": "Analog" });

Definindo Views OPC UA​

As views OPC UA são hierarquias personalizadas que fornecem maneiras alternativas para os clientes navegarem pelos dados do servidor, além da estrutura de pastas padrão.

// Create a view for digital outputs (DO)
const viewDO = namespace.addView({
    "organizedBy": rootFolder.views,
    "browseName": "PLC-Digital-Outs"
});

// Create a view for analog values
const Analogvals = namespace.addView({
    "organizedBy": rootFolder.views,
    "browseName": "Analog_Values"
});

// Add references to the nodes in the respective views
Analogvals.addReference({
    "referenceType": "Organizes",
    "nodeId": Humid.nodeId  // Reference to the Humidity node
});

viewDO.addReference({
    "referenceType": "Organizes",
    "nodeId": gpioDI1.nodeId  // Reference to the Coil2 node
});

Conectando ao servidor OPC UA com o UaExpert​

Para se conectar ao nosso endpoint de servidor OPC UA, você precisará de um cliente OPC UA. Siga estas etapas para começar:

Baixar o UaExpert

Visite e faça o registro para baixar o UaExpert, um cliente OPC UA gratuito.

Instalar o UaExpert

Após o download, instale o UaExpert em seu computador seguindo as instruções exibidas na tela.

Configurar a conexão

Inicie o UaExpert e vá para a seção Endpoints. Crie uma nova conexão inserindo a URL de endpoint do seu servidor OPC UA. For example:opc.tcp://<IP_reComputer>:<Port>

Exemplo: opc.tcp://192.168.0.157:54840

Configure quaisquer definições de segurança ou regras de conexão necessárias com base na configuração do seu servidor.

Conectar ao servidor

Quando a conexão estiver estabelecida, navegue até o Address Space no UaExpert. Você verá a pasta principal chamada RaspberryPI-reComputer, que você criou no Node-RED. Dentro dessa pasta principal, você encontrará duas subpastas: Analog e DIO.

Monitorar valores

Arraste e solte as variáveis das pastas Analog e DIO na área de visualização de dados do UaExpert. Agora você pode monitorar visualmente como os valores mudam em tempo real conforme o seu sistema opera.

Suporte Técnico e Discussão sobre o Produto​

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