IIoTエッジ開発– OPCUAプロトコルの使用

編集者注：産業用モノのインターネット（IIoT）は、産業運営に関する深い洞察を提供し、接続されたマシンとシステムの効率を高めることを約束します。大規模なIIoTアプリケーションは、階層化されたアーキテクチャに依存して、さまざまなセンサーからデータを収集し、データを確実かつ安全にクラウドに移動し、その洞察と効率を提供するために必要な分析を実行します。インダストリアルインターネットアプリケーション開発では、著者はIIoTアーキテクチャの詳細な調査を提供し、これらのシステムに関連する幅広い要件を満たすためのアプローチについて説明します。

産業用インターネットアプリケーション開発から改作、Alena Traukina、Jayant Thomas、Prashant Tyagi、KishoreReddipalliによる。

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第3章IIoTエッジ開発（続き）
by Alena Traukina、Jayant Thomas、Prashant Tyagi、Kishore Reddipalli

産業用M2Mプロトコル– OPC UA

このセクションでは、RaspberryPiハブとOPCUAプロトコルを使用して、センサーシミュレーターモジュールからレシーバーデバイス（PCまたはクラウド）にデータを送信するためのシンプルなIoTアプリの構築を試みます。

センサーシミュレーターからレシーバーデバイスへのデータフロー

OPC UAプロトコルはModbusに似ていますが、より多くのデータタイプで動作し、セキュリティ、圧縮、および低遅延を提供しながら、重大な制限はありません。

このプロトコルは、OPCFoundationによって産業用マシンツーマシン通信プロトコルとして開発されました。 OPC UA（Unified Architecture）は、 Open Platform Communications の改良版です。 （ OPC ）プロトコル。主な変更点の1つは、新しいプロトコルが制限なしで無料で利用できることです。

次の表に、プロトコルの詳細な説明を示し、ニーズに適しているかどうかを理解します。

キー 価値 オープンソースはいOSIレイヤートランスポートまたはアプリケーションデータタイプ整数、浮動小数点、文字列、ブール、日付、時刻など制限複雑なアーキテクチャには適していません可能な操作読み取り/書き込み/監視/クエリ変数LatencyLowUsageIIoTSecurityYesCompressionYes

表5：OPCUAプロトコルの仕様

アプリケーションを構築するには、次のものが必要です。

• 必要なソフトウェア
• Node.js 6+（https：//nodejs。org/en / download /）
• PostgreSQL（https：//www。postgresql。org/download /）
• Cloud Foundry CLI（https：//github。com/cloudfoundry / cli＃downloads）
• リクエスト（https：//www。npmjs。com/package / request）
• NodeOPCUA（https：//www。npmjs。com/package / node- opcua）
• 非同期（https：//www。npmjs。com/package / async）
• Docker（https：//docs。docker。com/engine / installation /）

必要なハードウェア

Raspberry Pi 3（モデルB）

電源アダプター（2A / 5V）

microSDカード（8 GB以上）とSDアダプター

有線ネットワーク接続用のイーサネットケーブル

SDカードの準備

SDカードを準備するには、説明されている一連のアクションに従います。

1. 最新のRaspbian LITEイメージをダウンロードします（https://raspberrypi.org/downloads/raspbian/で入手可能）。

2. SDカードをコンピューターに接続し、Etcher（https：// io /）を使用してRaspbian.imgファイルをSDにフラッシュしますカード。

3. SSHを有効にする：

cd / Volumes / boot touch ssh

4. Wi-Fiを有効にするには、次のコンテンツでconfを作成します。

network ={
ssid =” YOUR_SSID”
psk =” YOUR_WIFI_PASSWORD”
}

Linuxコンソールでファイルを作成するには、GNUNanoエディターを使用できます。ほとんどのLinuxディストリビューションにプリインストールされています。必要なのは、nano FILE_NAMEコマンドを実行し、表示される指示に従うことだけです。

5. / home / pi / hubを作成

6. 次のコンテンツを含む/home/pi/hub/package.jsonファイルを作成します。

{
"name"： "hub"、
"version"： "1.0.0"、
"description"： ""、
" main」：「index.js」、「scripts」：{
「start」：「node index.js」、
「test」：「echo「エラー：テストが指定されていません」&&exit 1」
}、
「作成者」：「」、
「ライセンス」：「ISC」、「依存関係」：{
「非同期」：「^ 2.4.0」、
“ node-opcua”：“ 0.0.64”、
“ request”：“ ^ 2.81.0”
}
}

7. 次のコンテンツで/home/pi/hub/index.jsファイルを作成し、置き換えます

REMOTE-SERVER-ADDRESS.comおよびREMOTE-SENSOR-ADDRESSと実数値：
var opcua =require（“ node-opcua”）; var async =require（“ async”）;
var request =require（“ request”）;
var session、subscription;
var client =new opcua.OPCUAClient（）;
var Sensor =“ opc.tcp：// REMOTE-SENSOR- ADDRESS：4334 / UA / resourcePath”;
var receive =“ http://REMOTE-SERVER-ADDRESS.com:8080”;
async.series（[
//接続機能の確立（cb）{
client.connect（sensor、function（err）{
if（err）{
console.log （「接続先」+センサー+「失敗」）;
} else {
console.log（「接続成功」）;
}
cb（err）;
}）;
}、
//セッション開始function（cb）{
client.createSession（function（err、res）{
if（！err）session =res;
cb（err）;
}）;
}、
//値を読み取る
関数（cb）{
session.readVariableValue（ " ns =1; s =Variable1”、function（err、dataValue）{
if（！err）console.log（“ Variable1 =“、dataValue.value.value）;
cb（err）;
}）;
}、
//値を書き込む
関数（cb）{
session.writeSingleNode（“ ns =1; s =Variable1”、new opcua.Variant（{
dataType：opcua.DataType.Double、value：100
}）、function（err）{
cb（err）;
}）;
}、
//変更をサブスクライブする
function（cb）{
subset =new opcua.ClientSubscription（session、{
maxNotificationsPerPublish：5、
priority：5、
publishingEnabled： true、
requestedLifetimeCount：5、
requestedMaxKeepAliveCount：3、
requestedPublishingInterval：500、
}）;
subset.on（ "started"、function（）{
console.log（ "subscription id："、
subscription.subscriptionId）;
}）。on（ "terminated"、function（）{
cb（）;
}）;
setTimeout（function（）{
subset.terminate（）;
}、5000）;
//監視対象アイテムをインストール
var monitor =Subscription .monitor（{
attributeId：opcua。 AttributeIds.Value、
nodeId：opcua.resolveNodeId（ "ns =1; s =Variable1"）、
}、
{
discardOldest：true、
samplingInterval： 50、
queueSize：5、
}、
opcua.read_service.TimestampsToReturn.Both
）;
monitor.on（ "changed"、function（dataValue）{
console.log（ "Variable1 ="、dataValue.value.value）;
//受信者に送信
var data ={
デバイス： "sensor1"、
タイムスタンプ：Date.now（）、
Variable1：dataValue.value.value
};
request.post（{url：receiver、form：data}、function（err）{
if（err）console.log（“ Failed to send” +
JSON.stringify（data）+” to” + receive）;
}）;
}）;
}、
//セッションを閉じる
関数（cb）{
session.close（function（err）{
if（err）console.log（ "Failed toセッションを閉じる」）; cb（）;
}）;
}
]、
function（err）{if（err）{
console.log（ "Failed with error：" 、err）;
} else {
console.log（ "Successfully finish"）;
}
client.disconnect（function（）{
}）;
}
）;

8. 次の内容で/ home / pi / hub / Dockerfileファイルを作成します。

FROM hypriot / rpi-node：boron-onbuild

9. / home / pi / sensorを作成

10. 次のコンテンツを含む/home/pi/sensor/package.jsonファイルを作成します：

{
「name」：「sensor」、
「version」：「1.0.0」、
「description」：「」、
「 main」：「index.js」、
「scripts」：{
「start」：「node index.js」、
「test」：「echo「エラー：テストが指定されていません」 &&exit 1″
}、
"author"： ""、
"license"： "ISC"、
"dependencies"：{
"node-opcua 」：「0.0.64」
}
}

11. 次のコンテンツを含む/home/pi/sensor/index.jsファイルを作成します。

var opcua =require（“ node-opcua”）;
var min =1;
var max =100;
var host =new opcua.OPCUAServer（{ buildInfo：{
buildDate：new Date（2018、8、8）、
buildNumber：“ 1234”、
productName：“ productName”、
}、
port ：4334、
resourcePath：“ UA / resourcePath”、
}）;
host.initialize（function（）{
var space =host.engine.addressSpace;
var componentOf =space.addObject（{
ブラウズ名：「browseName」、
OrganizedBy：space.rootFolder.objects、
}）;
var variable1 =0;
//新しい値を生成
setInterval（function（）{
variable1 =Math.floor（max – Math.random（）*（max – min））;
}、500）;
space.addVariable（{
browseName：「browseName」、
componentOf：componentOf、
dataType：「Double」、
nodeId：「ns =1; s =Variable1”、//文字列nodeID
value：{
get：function（）{
return new opcu a.Variant（{dataType：opcua.DataType.Double、value：variable1}）;
}、
set：function（variant）{
variable1 =parseFloat（variant.value）;
return opcua.StatusCodes.Good;
}
}
}）;
host.start（function（）{
var endpoint =
host.endpoints [0] .endpointDescriptions（）[0] .endpointUrl; console.log（“エンドポイント：“、エンドポイント）;
}）;
}）;

12. 最初に最小値と最大値を設定します

/ home / pi / sensor / index.jsファイル。

13. 次の内容で/ home / pi / Sensor / Dockerfileファイルを作成します：

FROM hypriot / rpi-node：boron-onbuild