เชื่อมต่อ Arduino OPC Server โดยใช้ Matrikon OPC Explorer

เชื่อมต่อ Arduino OPC Server โดยใช้ Matrikon OPC Explorer

ขั้นแรกก็ต้องมี Matrikon OPC Explorer โหลดจาก http://www.matrikonopc.es/products/opc-desktop-tools/opc-explorer.aspx
ติดตั้งแล้ว ทำการหา Arduino OPC Server ดังรูป

ถ้า Arduino OPC Server ไม่แสดงขึ้นมา ตรวจว่าทำการรันArduino OPC Server หรือยัง จากนั้นให้ Matrikon OPC Server ทำการค้นหาใหม่

ไปที่ Options and configure ของโปรแกรม Matrikon OPC ทำการค้นหา OPC Servers จาก  Windows registry ดังรูป

เมื่อเจอแล้วก็สามารถทำการเชื่อมต่อกับ OPC Server for Arduino  และอย่าลืมกำหนดค่าการสื่อสารของบอร์ดArduinoให้ถูกต้อง

 OPC Server จะทำการสื่อสารกับบอร์ด Arduino . เราสามารถสร้าง items groups ได้

ในตัวอย่างเราจะสร้าง  group  ที่ชื่อว่า "test" และเราจะสร้าง Item ใน grop นี้ได้


คลิกขาวแล้วเลือก "Add All Items to Tag List" หรือเลือก Item ที่ต้องการก็ได้

ในตอนนี้เราก็จะมองเห็นค่าของ OPC Items ที่ส่งมาจากบอร์ด Arduino แล้ว     :)

Arduino UNO + HMI Weinview, HMI Easyview เชื่อมต่อ UNO ไมโครคอนโทรลเลอร์ยอดฮิต กับ HMI ยอดนิยม MT6070i

Arduino UNO + HMI Weinview, HMI Easyview เชื่อมต่อ UNO ไมโครคอนโทรลเลอร์ยอดฮิต กับ HMI ยอดนิยม MT6070i ผ่าน ฺMODBUS Protocol

  เมื่อพูดถึงระบบอัตโนมัติในงานอุตสาหกรรมแล้ว ทุกคนต้องนึกถึง SCADA ,PLC และ HMI  บทความก่อนหน้าได้นำเสนอการใช้งาน Arduino OPC Server เพื่อรับส่งข้อมูลกับ SCADA ไปแล้ว บทความนี้ผมขอนำเสนอการใช้ Arduino เชื่อมต่อข้อมูลการ HMI บ้าง
   เมื่อพูดถึงProtocol ที่ใช้ในงานในอุตสาหกรรมแล้วคงต้องนึกถึง MODBUS Protocol ซึ่ง เป็นโปรโตคอลเพื่อสื่อสารข้อมูลอินพุต/เอาต์พุตและรีจีสเตอร์ภายใน PLC ซึ่งถูกคิดค้นโดย Modicon (ปัจจุบันคือบริษัท Schneider Electric) โปรโตคอล MODBUS ได้เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางในการติดต่อสื่อสารที่เป็นแบบ Network Protocol อันเนื่องมาจาก MODBUS เป็นระบบเปิด, ไม่มีค่าใช้จ่าย, เชื่อมต่อและพัฒนาง่าย พร้อมทั้งยังสามารถนำโปรโตรคอลนี้ไปใช้งานในอุปกรณ์อื่นๆ เช่น Digital Power Meter, RTU (Remote Terminal Unit), Remote I/O, PLC เป็นต้น นอกจากนี้ MODBUS ยังสามารถรองรับและใช้งานร่วมกับ Application จำพวก SCADA และ HMI Software ได้อีกด้วย ของฟรีมันต้องจับมาคู่กับ Arduino ครับ
   ก่อนอื่นต้องทำการลง Library Modbus ใน Arduino IDE กันก่อนเลยครับวิธีการคงไม่ต้องพูดถึง เอาลิ๊งไปโหลดมาเลยดีกว่า Library Modbus  
เมื่อลงเสร็จแล้วก็ Sketch ตามนี้เลยครับ

#include <modbus.h>
#include <modbusDevice.h>
#include <modbusRegBank.h>
#include <modbusSlave.h>
/*
This example code shows a quick and dirty way to get an
arduino to talk to a modbus master device with a
device ID of 1 at 9600 baud.
*/

//Setup the brewtrollers register bank
//All of the data accumulated will be stored here
modbusDevice regBank;
//Create the modbus slave protocol handler
modbusSlave slave;

void setup()
{   

//Assign the modbus device ID.  
  regBank.setId(1);

/*
modbus registers follow the following format
00001-09999  Digital Outputs, A master device can read and write to these registers
10001-19999  Digital Inputs, A master device can only read the values from these registers
30001-39999  Analog Inputs, A master device can only read the values from these registers
40001-49999  Analog Outputs, A master device can read and write to these registers 

Analog values are 16 bit unsigned words stored with a range of 0-32767
Digital values are stored as bytes, a zero value is OFF and any nonzer value is ON

It is best to configure registers of like type into contiguous blocks.  this
allows for more efficient register lookup and and reduces the number of messages
required by the master to retrieve the data
*/

//Add Digital Output registers 00001-00016 to the register bank
  regBank.add(1);
  regBank.add(2);
  regBank.add(3);
  regBank.add(4);
  regBank.add(5);
  regBank.add(6);
  regBank.add(7);
  regBank.add(8);
  regBank.add(9);
  regBank.add(10);
  regBank.add(11);
  regBank.add(12);
  regBank.add(13);
  regBank.add(14);
  regBank.add(15);
  regBank.add(16);

//Add Digital Input registers 10001-10008 to the register bank
  regBank.add(10001);  
  regBank.add(10002);  
  regBank.add(10003);  
  regBank.add(10004);  
  regBank.add(10005);  
  regBank.add(10006);  
  regBank.add(10007);  
  regBank.add(10008);  

//Add Analog Input registers 30001-10010 to the register bank
  regBank.add(30001);  
  regBank.add(30002);  
  regBank.add(30003);  
  regBank.add(30004);  
  regBank.add(30005);  
  regBank.add(30006);  
  regBank.add(30007);  
  regBank.add(30008);  
  regBank.add(30009);  
  regBank.add(30010);  

//Add Analog Output registers 40001-40020 to the register bank
  regBank.add(40001);  
  regBank.add(40002);  
  regBank.add(40003);  
  regBank.add(40004);  
  regBank.add(40005);  
  regBank.add(40006);  
  regBank.add(40007);  
  regBank.add(40008);  
  regBank.add(40009);  
  regBank.add(40010);  
  regBank.add(40011);  
  regBank.add(40012);  
  regBank.add(40013);  
  regBank.add(40014);  
  regBank.add(40015);  
  regBank.add(40016);  
  regBank.add(40017);  
  regBank.add(40018);  
  regBank.add(40019);  
  regBank.add(40020);  

/*
Assign the modbus device object to the protocol handler
This is where the protocol handler will look to read and write
register data.  Currently, a modbus slave protocol handler may
only have one device assigned to it.
*/
  slave._device = ®Bank;  

// Initialize the serial port for coms at 9600 baud  
  slave.setBaud(9600); 
  
  pinMode(8, OUTPUT);
  pinMode(9, OUTPUT);
}

void loop()
{
//put some data into the registers
  regBank.set(1, 1);  
  regBank.set(2, 1);  
  regBank.set(3, 0);  
  regBank.set(4, 1);  
  regBank.set(5, 1);  
  regBank.set(6, 0);  
  regBank.set(7, 1);  
  regBank.set(8, 0);  

  regBank.set(10001, 1);
  regBank.set(10002, 1);  
  regBank.set(10003, 1);  
  regBank.set(10004, 1);  
  regBank.set(10005, 0);  
  regBank.set(10006, 0);  
  regBank.set(10007, 0);  
  regBank.set(10008, 0);  


  regBank.set(30001,1);
  regBank.set(30002,2);
  regBank.set(30003,3);
  regBank.set(30004,4);
  regBank.set(30005,5);
  regBank.set(30006,6);
  regBank.set(30007,7);
  regBank.set(30008,8);
  regBank.set(30009,9);
  regBank.set(30010,10);

  regBank.set(40001,1);
  regBank.set(40002,2);
  regBank.set(40003,2);
  regBank.set(40004,4);
  regBank.set(40005,5);
  regBank.set(40006,6);
  regBank.set(40007,7);
  regBank.set(40008,8);
  regBank.set(40009,9);
  regBank.set(40010,10);
  digitalWrite(8,HIGH);
 while(1)
  {
    //put a random number into registers 1, 10001, 30001 and 40001
     digitalWrite(8, regBank.get(1));
     regBank.set(10001, (byte) random(0, 2));
     regBank.set(30001, analogRead(A0));
     analogWrite(9, regBank.get(40001));
     slave.run();  
  }

}

เมื่อเขียนเสร็จแล้วก็โหลดลงบอร์ด Arduino UNO ได้เลยครับ
มาดูในส่วนของสายต่อระหว่าง UNO กับ HMI การเชื่อมต่อนั้นใช้สัญญาณแบบRS232
โดยทั่วไปแล้วMODBUSจะนิยมใช้ในรูปแบบRS485มากกว่าเพราะสามารถต่อหลายๆตัวได้ วงจรตามนี้เลยครับ

หรือจะใช้ Module สำเร็จรูปตัวนี้เลยก็ได้นะครับ

   จากนั้นทำการเขียนโปรแกรมบนหน้าจอHMI แล้ว กำหนดรูปแบบพอร์ตสือสารเป็น MODBUS สัญญาณแบบ RS232 อ้างที่อยู่ของข้อมูลตามมาตรฐานได้เลย แต่จะสามารถเชื่อมต่อได้แค่จำนวนที่ตามที่เราใช้ฟังก์ชัน regBank.add เท่านั้นนะครับ
ส่วนรายละเอียดการเขียนหน้าจอ HMI ไว้รอบหน้าจะมาอธิบายแยกเป็นรุ่นๆอีกที

การติดตั้ง OPC Library ลงใน Arduino IDE และการทดสอบเชื่อมต่อ

การติดตั้ง OPC Library ลงใน Arduino IDE

Link สำหรับโหลด Arduino OPC Library
ต่อไปเราจะทำการติดตั้ง OPC Library ลงใน IDE Arduino 

หลังจากโหลดมาแล้วให้ทำการ unzip  Aduino OPC Server  เปิด Arduino IDE programming แล้วไปที่เมนู select Sketch -> Import Library -> Add Library

เลือกที่อยู่แฟ้ม OPC  แล้วกด Open (หรือจะเลือกจากZipไฟล์เลยก็ได้)

 ในตอนนี้เราก็สามารถทดสอบการทำงานของ  OPC Library ได้แล้วจากตัวอย่าง Sketch ดังรูปทำการทดลอง โหลดตัวอย่างโดยใช้ตัวอย่างที่ชื่อว่า ArduinoOPCsample ทำการส่งไปยังบอร์ด Arduino

     ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบการเชื่อมต่อระหว่าง Arduino กับ Arduino OPC Server โดยใช้โปรแกรม dOPC Explorer ดาวน์โหลดได้จาก http://www.dopc.kassl.de/explorer.shtml

หลังจากติดตั้งแล้ว เปิดโปรแกรมจะได้ดังรูป คลิกขวาที่ OPC sever -> New Server Ins

เลือกที่ Arduino OPC Server จากรายการ OPC Servers ทั้งหมดที่ติดตั้งในเครื่องของเรา แล้วกดโอเค

คลิกขวาที่ Arduino OPC Server -> Connect ตังรูป

ตอนนี้เราสามารถเพิ่ม OPC item จาก Arduino เพื่อเชื่อมต่อข้อมูลระหว่าง dOPC Explorer และ Arduino ของเราได้แล้ว

การติดตั้ง Arduino OPC Server ลงคอมพิวเตอร์

   การลงโปรแกรมนั้นทำได้ง่ายๆ เพียงไม่กี่ขั้นตอน ดังนี้
ถ้าคอมพิวเตอร์ของคุณยังไม่เคยลง OPC Server อื่นๆเลย  ต้องดาวน์โหลด OPC Core Components Redistributable จาก https://opcfoundation.org/developer-tools/developer-kits-classic/core-components ทำการติดตั้งให้เรียบร้อยก่อน จากนั้นค่อยมาลง Arduino OPC Server
 Link สำหรับโหลด Arduino OPC Server  
   แตกไฟล์ ZIP จะได้ไฟล์ดังรูป ที่สำคัญหลังจากรันโปรแกรมนี้และกำหนดค่าการเชื่อมต่อต่างๆแล้วไม่ควรย้าย ไฟล์นี้ไปที่อยู่อื่น

ทำการรัน ArduinoOPCDAServer.exe. โปรแกรมจะทำการสร้าง ไฟล์.bat  ขึ้นมาสองไฟล์ดังรูป

สองไฟล์นี้จะทำการ register  OPC server ลงในระบบของคอมพิวเตอร์ แต่ต้องกำหนดค่าการเชื่อมต่อระหว่าง Arduino กับ OPC Server ให้เรียบร้อยก่อนรัน bat ไฟล์

ไปที่แท็บการกำหนดค่าใน Arduino OPC Server  ตั้งค่า comport และ baud rate ที่ใช้เชื่อมต่อกับArduino ให้ถูกต้อง แล้วกดปุ่ม Save Configuration

การตั้งค่าจะถูกเก็บไว้ในแฟ้มใหม่ที่ ชื่อว่า "ArduinoOPCDAServer.ini"  ทุกครั้งที่เริ่มต้น OPC Arduino Server จะกลับมาใช้การตั้งค่าเหล่านี้   

ตอนนี้เราสามารถที่จะ register OPC Arduino Server ในระบบปฏิบัติการ(OS) เพื่อให้ระบบ Scada ค้นหา Arduino OPC Server เจอ และสามารเชื่อมต่อกันได้
ทำการรัน register.bat โดยใช้สิทธิ์ของ admin นะครับ
เมื่อต้องการยกเลิกให้รัน unregister.bat

Arduino OPC Server

         
        OPC Server สำหรับ Arduino เป็นโปรแกรมสำหรับเชื่อมต่อกับ Arduino กับคอมพิวเตอร์แล้วจัดรูปแบบให้เป็นไปตามมาตรฐาน OPC Server ช่วยให้เราสามารถ รับส่งข้อมูล ไปยังซอฟแวร์ SCADA ,HMI หรือ DCS  ที่ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมได้ และที่สำคัญคือ "ฟรี"
         คุณลักษณะ :
             -MultiArduino (OPC เดียวสามารถเชื่อมต่อข้อมูลจากหลาย Arduinos (YUN, UNO, MEGA, Ethernet Shield )
              -Multi Serial Port (พอร์ตอนุกรมใช้หลายช่องในเวลาเดียวกัน)

               -รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

OLE for Process Control (OPC)

OLE for Process Control (OPC)

           OPC คือ OLE For Process Control อธิบายง่าย ๆ คือ หากเรามี Controller (PLC, DCS) แต่ต้องการจะสื่อสารกับอุปกรณ์ควบคุมอื่น ๆ เช่น HMI,SCADA หรือ Remote Unit ต่างๆ ที่คนละยี่ห้อกันเพื่อให้สามารถสื่อสารกันได้จะต้องใช้ OPC เปรียบง่าย ๆ ก้อคือเป็นเหมือนตัวแปลภาษาของอุปกรณ์ให้คุยกันรู้เรื่องนั่นเอง แต่ถ้าอุปกรณ์ยี่ห้อเดียวกันอันนี้แล้วแต่บริษัทนั้น ๆ แล้วว่าวางคอนเซ็ปต์ไว้ว่าต้องใช้ OPC หรือไม่ ส่วนมากหากอุปกรณ์ยี่ห้อเดียวกันก็มักไม่จำเป็นต้องใช้  

           ด้วยรูปแบบมาตรฐานของข้อมูลแบบเปิด ทำให้ผู้ผลิตอุปกรณ์ทั้งหลายบนโลกใบนี้สามารถพัฒนาระบบสื่อสารข้อมูลของตนให้เป็นไปตามมาตรฐานเดียวกันบ้างก็เป็น Server (ผู้ให้ข้อมูลซึ่งก็มักจะเป็นอุปกรณ์หรือเครื่องมือต่างๆในโรงงาน เช่น Sensor, Controller, PLC, หรือ HMI ) กับ Client (ผู้ใช้ข้อมูลซึ่งมักจะเป็นระบบการบริหารจัดการทรัพยากรต่างๆเช่น HMI , SCADA ) ทั้งนี้การประยุกต์ใช้ส่วนใหญ่จะเป็นการช่วยให้มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลจากอุปกรณ์ต่างค่ายกัน หรือ การรวบรวมข้อมูลจากอุปกรณ์ต่างๆที่หลากหลายในเชิงของข้อมูลมีรูปแบบและมารตรฐานที่แตกต่างกันทำได้ง่ายขึ้น (หากต่างคนต่างพูดแต่ภาษาของตัวเอง พอจับมาอยู่รวมกันก็คงจะสื่อสารกันลำบาก)

           บางครั้งเราอาจใช้วิธีการอื่นๆเช่น นำข้อมูลต่างๆจากอุปกรณ์ไปกองไว้ในระบบฐานข้อมูล เช่น SQL Server ไว้ก่อน จากนั้นค่อยให้ระบบบริหารจัดการทรัพยากรค่อยมานำข้อมูลจากฐานข้อมูล ไปใช้อีกทีซึ่งก็มีข้อเด่นข้อด้อยแตกต่างกันไปทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้ข้อมูลของท่านเอง ว่าท้ายที่สุดแล้วท่านอยากจะได้อะไร

          ปัจจุบัน OPC Foundation มีสมาชิกทั่วโลก 140 บริษัท และมีแนวโน้มจะเพิ่มขึ้น เรื่อยๆ โดยเอกสารต่างๆเกี่ยวกับ OPC สามารถดาวน์โหลดได้ที่ www.OPCFoundation.org