如何用工业树莓派和 MQTT 平台打通 OT 和 IT

一、应用设备

OT端设备：步进电机，MODBUS TCP远程I/O模块，PLC设备
边缘侧设备：宏集工业树莓派；
IT端设备：PC、安卓手机；
IT端软件：宏集HiveMQ MQTT通信平台

二、原理

宏集工业树莓派通过MODBUS协议分别采集步进电机、MODBUS TCP IO 模块、PLC设备数据，并在工业树莓派完成一些简单的数据处理。宏集 HiveMQ 将 PC 端配置为 MQTT Broker；工业树莓派可通过MQTT协议将数据传输到PC端；在手机端，操作人员可通过自行编写的APP程序订阅PC端的数据主题。

三、实际测试

1、工业树莓派源码

import threading
import time
from doctest import OutputChecker
from os import P_PID
from time import sleep
from threading import Thread
from tkinter import W
from myCtrlLib import *
import sys
import serial
import paho.mqtt.client as mqtt
import json

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print(f"Connected with result code {rc}")
 
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.connect("192.168.1.168", 1883, 60)

#读取PLC数据
def read_plc_data():
    on_motor()
    i = 0
    j = 0
    while True:
        Weight = readFromName('Weight')         #读取PLC重量值数据
        Humidity = readFromName('Humidity')     #读取PLC湿度值数据
        Temperature = readFromName('Temperature')       #读取PLC温度值数据
        
        #读取光电开关状态，0表示两个光电开关没有被触发；1表示光电开关1被触发，2表示光电开关2被触发，3表示两个光电开关同时被触发
        Switch = readFromName('Switch_1')
        sleep(1)
        Back_motor()
        sleep(1)
        Advance_motor()

        #根据光电开关状态控制电机
        if Switch == 1:
            i = i+1

        if Weight > 500:
            j = 1
        else:
            j = 0

        #构建JSON数据
        data = {
            'Stepping_motor_speed':300,     #电机转速
            'Temperature':Temperature,      #温度值
            'Humidity':Humidity,        #湿度值
            'Obj_weighth':Weight,            #重量值
        }

        json_data = json.dumps(data)
        client.publish('IndustrialProductionLin', payload=json_data, qos=0, retain=True)
        print(i)

#电机启动
def on_motor():
    writeToName('Motor',1)
    pass

#电机正转
def Advance_motor():
    writeToName('DIR',0)
    pass

#电机反转
def Back_motor():
    writeToName('DIR',1)
    pass

#电机停止
def stop_motor():
    writeToName('Motor',0)
    pass


# 创建并启动线程
plc_thread = threading.Thread(target=read_plc_data)

#启动线程
plc_thread.start()

# 主线程等待两个线程结束
plc_thread.join()

2、效果

四、为何选择宏集工业树莓派和宏集 HiveMQ 方案？

1、宏集工业树莓派集成了较多的现场总线协议，配合对应的Python库，能通过一些简单配置就能够实现OT端数据的采集，例如该案例使用的MODBUS协议，通过PiCtory配置，就能够编写Python程序，快速实现OT端的数据对接；
2、宏集工业树莓派目前最高配置达到了8GB RAM，性能上等同于一台PC，能够完成一些较为复杂的运算和轻量化机器学习模型。
3、宏集HiveMQ平台是基于MQTT通信的物联网解决方案，支持快速配置MQTT Broker，支持高负载、高并发、高扩展性。在实际应用中，能够确保数据的快速稳定传输，保证不会出现任何一条数据丢失。除此之外的话，它还支持企业级扩展，例如对接Kafka以及企业级信息安全管理等功能。