Gateway IoT - TLE3-21100 - Conversor ModBus RTU para MQTT – Base de Conhecimento

Neste tutorial estão descritos os procedimentos para capacitar o usuário a configurar o TLE3-21100 para viabilizar a comunicação Modbus RTU entre uma rede de dispositivos de campo e o TLE.
Estes dados coletados devem ser armazenados no TLE e posteriormente vamos publicá-los através de protocolo MQTT.

Componentes

Software: Mastertool IEC XE 3.52; MQTT.FX (Ferramenta para assinar os tópicos publicados no broker)

Broker: HiveMQ

Equipamento: CLP XP340; Gateway TLE3-21100; Switch ET5-0602-M

Protocolos de Comunicação: ModBus RTU; MQTT

Seções do Tutorial

1. ARQUITETURA

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Acessando o equipamento

2.2. Configurando ModBus no TLE

2.3. Configuração do TLE para a coleta de Logs

2.4. Definições do protocolo MQTT no TLE

2.5. Conectando o TLE na internet

2.6. Configuração do driver ModBus no PLC

2.7. Programa MQTT.fx

2.8. Testes

1. ARQUITETURA

Na arquitetura deste tutorial, conectou-se a porta serial (RS-485) do TLE3-21100 a porta serial (RS-485) do XP340, observar a pinagem do TLE3-21100, conforme imagens abaixo:

Na sequência, conectou-se a porta Ethernet do TLE3-21100 à porta Ethernet 1 do switch, a porta Ethernet do XP340 a porta Ethernet 2 do switch e a porta Ethernet do computador a porta Ethernet 3 do switch, conforme figura abaixo:

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Acessando o equipamento

Primeiramente vamos acessar o equipamento para configurá-lo, por default o IP do TLE3-21100 é 192.168.123.254.

Altere o IP do seu computador para a mesma rede do IP do TLE3-21100 (192.168.123.xxx);
Conecte uma ponta do cabo de rede no seu computador e a outra no TLE3-21100;
Digite na barra de endereço do seu navegador padrão o IP do TLE3-21100 (192.168.123.254);
Altere a senha do equipamento, por default o usuário e senha são admin.

Para alterar o IP do TLE3-21100 para a mesma rede dos outros equipamentos do sistema, siga os seguintes passos:
Basic Network -> LAN -> Ethernet LAN

2.2. Configurando ModBus no TLE

Clique em Field Communication -> Bus & Protocol -> Port Configuration -> Edit, conforme figura abaixo:

Preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:
Operation Mode: selecione o modo de comunicação: ModBus ou Virtual COM;
Interface: selecione a interface física para comunicação: por default RS-232 ou RS-485;
Baud Rate: selecione a velocidade de transmissão adequada para a comunicação do dispositivo;
Data Bits: selecione 7 ou 8;
Stop Bits: selecione 1 ou 2;
Clique em Save.

Para esse tutorial, alterou-se as seguintes configurações:

Clique em Field Communication -> Bus & Protocol -> Modbus -> Edit, conforme figura abaixo:

Para esse tutorial, alterou-se as seguintes configurações:

2.3. Configuração do TLE para a coleta de Logs

Clique em Field Communication -> Data Logging -> Configuration, para esse tutorial configurou-se, conforme figura abaixo e na sequência clique em Add:

Obs: Caso a rede possua muitos dispositivos e os mesmos comuniquem grandes quantidades de dados, recomendamos a utilização de um Cartão SD.

Preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:

Name: Nome da sua relação de comunicação com os dispositivos;

Type: Tipo de servidor de proxy;

Modbus Slave Type: Endereço do escravo modbus de 1 até 127;

Function Code: Função modbus usada em sua relação;

Start Address: Endereço inicial da sua relação modbus (Atenção endereço inicial do modbus no TLE é 0, verificar em seus dispositivos se o endereço inicial é 0 ou 1;

Number Of Coils/Registers: Quantidade de endereços na relação lida (1 até 125);

Poling Rate: Tempo das perguntas do mestre para o escravo em ms;

Clique em Save.

Para esse tutorial, inseriu-se as seguintes configurações:

Obs: O TLE3-21100 não possui distinção entre endereços absolutos e endereços relativos. Ele é capaz apenas de operar endereços relativos (que iniciam em zero), ao passo que os CLPs operam com os endereços absolutos (iniciam em "1").
Desse modo, quando for realizada a configuração do endereçamento dos registradores no TLE3-21100, deve ser levado em conta um offset de "1" registrador, ou seja, se o endereço no CLP iniciar em 5, no TLE3-21100 deverá iniciar em 4, por exemplo.

Clique em Field Communication -> Data Logging -> Scheme Setup e na sequência clique em Add:

Preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:

Name: Nome para esta comunicação;
Mode: Tipo de requisições feitas ao escravo;
Master Type: Porta onde será aplicada a configuração;
Proxy Rules: Quais regras de proxy devem ser lidas;
Enable: Habilita e desabilita as configurações.
Clique em Save.

Para esse tutorial, inseriu-se as seguintes configurações e clicou-se em Save:

Para a definição do tamanho do log, clique em Field Communication -> Data Logging -> Log File Management -> Edit:

Preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:

File Content Format: formato do arquivo;

Split File by: Tamanho do arquivo ou intervalo de tempo;
Auto Upload: definições de parâmetros para envio e gerenciamento de arquivo FTP;
When Storage Full: definição do que fazer quando o arquivo alcançar o tamanho máximo.
Clique em Save.

2.4. Definição do protocolo MQTT no TLE

Clique em Field Communication -> Data Interchange -> Habilitar o Enable -> Add para adicionar o tópico MQTT Client List:

Preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:

Connection Name: Nome para a conexão;

Address: IP ou URL do Broker;

Port: Porta;

Authentication: Configuração se a conexão vai ou não usar autenticação;

Security: Seleção de protocolo de segurança;

Client ID: Identificação do cliente;

Keep Alive: Tempo de verificação da conexão;

Enable: habilita as configurações feitas.

Para esse tutorial, inseriu-se as seguintes configurações em MQTT Client Configuration:

Na sequência, em Publish Message List, clique em Add e preencha as lacunas de cada tópico, levando em consideração as informações listadas a seguir:

Topic: Nome do tópico
Topics prefix: Prefixo para a mensagem
Message Style: Tipo de mensagem enviada;
QoS: Tipo de publicação da mensagem, com dupla verificação de recebimento, sem verificação de recebimento ou com verificação simples de recebimento;
Retained: Opção de retenção de mensagem;
Publish Behavior: Tempo de envio da mensagem;
Enable: Habilita os parâmetros configurados.
Clique em Save.

Para esse tutorial, inseriu-se as seguintes configurações e clicou-se em Save:

2.5. Conectando o TLE na internet

Para fazer uso de chip 3G/4G, no tutorial Gateway IoT - TLE3-21100 - OpenVPN - 3G/4G, configure conforme o subitem 2.2. Depois de realizadas as configurações, verificar a conexão com a internet em Status -> Basic Network -> WAN & Uplink.

Para fazer uso do Wi-Fi, no tutorial Gateway IoT - TLE3-21100 - OpenVPN - Wi-Fi, configure conforme o subitem 2.2. Depois de realizadas as configurações, verificar a conexão com a internet em Status -> Basic Network -> WAN & Uplink.

2.6. Configuração do driver ModBus no PLC

Para os testes foi desenvolvida uma aplicação, que contém uma GVL chamada GVL_MQTT, onde foram criadas duas variáveis: Comando, do tipo BOOL (boleana) e NUN, do tipo INT (inteira).

Na porta COM 1 foi adicionado um dispositivo MODBUS_Symbol_RTU_Slave, onde configuramos uma comunicação modbus RTU escrava, como demonstrado na figura abaixo:

Obs: os parâmetros de configuração da porta COM 1 do CLP devem ser iguais aos parâmetros da porta COM do TLE.
Abaixo está demonstrado a configuração da porta COM 1 do CLP, para verificar a configuração da porta COM do TLE, voltar ao sub item 2.2.
No Software Mastertool clique duas vezes na porta COM1 para verificar essas configurações:

Obs: ao fazer download do programa, verificar se o IP do computador está na mesma faixa de IP do CLP, por default o IP do CLP é 192.168.15.1.

Para alterar o IP do CLP para a mesma rede dos outros equipamentos do sistema, acesse o seguinte tutorial Nexto Xpress - Alteração do endereço IP.

2.7. Programa MQTT.fx

Para que seja possível visualizar os dados publicados no Broker em MQTT, é necessário instalar o software MQTT.fx.

Desta forma, no seu navegador padão, acesse o link Download MQTT.fx e baixe o software no seu computador, na sequência abra e clique na configuração destacada em vermelho na imagem:

Em Broker Addres, adicione o link do broker: broker.hivemq.com, configure em Broker Port a porta do broker dessejada e clique em Apply, conforme figura abaixo, depois clique em Connect.

Para que os dados sejam de fato publicados, clique na aba Subscribe e digite os tópicos, conforme configurados no subitem 2.4 deste tutorial em Publish Message List. Em seguida, selecione o botão em azul Subscribe.

2.8. Testes

Conforme descrito no subitem 2.5, foram criadas duas variáveis: Comando e NUN, essas variáveis estão mapeadas no driver modbus associado a COM1 do CLP, que correspondem às variáveis que mapeamos no TLE e que serão enviadas através do protocolo de comunicação MQTT para o broker.

Desta forma, quando alterarmos os valores das variáveis, devemos ser capazes de observar a mudança no MQTT.FX, que está assinando os tópicos.

Exemplo 1 – Inscrição no tópico: Leitura Coil