康泰克 | 利用ONPROSYS物联网网关推动商业物联网标准化

关键词：康泰克,物联网网关,物联网
摘要：康泰克一直致力于提供适用于各种传感器和现场设备的测量控制用扩展板，并在过去30多年中一直引领基于PC的电子测量和FA控制市场。此外，本公司还在太阳能发电和基础设施领域交付了超过2万个远程监视系统。基于这些开发技术和交付经验，本公司于2015年推出了针对M2M/IoT市场，追求“简单”、“便利”、“易用”的“CONPROSYS™”。随后，为了满足各种用户需求和要求，本公司进行了功能的添加和调整，并推进了面向更广泛市场的网络功能和标准化IoT功能的固件开发。

本技术专栏是针对2023年11月刊载的indexPro iP-special（PR文章）中涉及的通信协议等，由本公司独家添加解说并重新编辑而成。

康泰克一直致力于提供适用于各种传感器和现场设备的测量控制用扩展板，并在过去30多年中一直引领基于PC的电子测量和FA控制市场。此外，本公司还在太阳能发电和基础设施领域交付了超过2万个远程监视系统。基于这些开发技术和交付经验，本公司于2015年推出了针对M2M/IoT市场，追求“简单”、“便利”、“易用”的“CONPROSYS™”。随后，为了满足各种用户需求和要求，本公司进行了功能的添加和调整，并推进了面向更广泛市场的网络功能和标准化IoT功能的固件开发。

CONPROSYS IoT网关系列的特点

△ 标准化的IoT机制通过零代码、低代码操作

△ 考虑了实用量产系统的耐环境工业设备

△ 全新配备路由器功能、楼宇设备BACnet通信功能

△ 购买后也可通过固件更新使用新功能

可根据用途选择的CONPROSYS IoT网关系列

通过固件更新不断发展的IoT功能

全新支持BACnet通信

通过OPC UA服务器、MTConnect通信实现数据联合

灵活支持各公司SCADA/云服务

简易路由器功能

无需SCADA/BI工具！？标配Web HMI功能

标配可通过视觉设置规则的低代码脚本功能

总结

可根据用途选择的CONPROSYS IoT网关系列

IoT（Internet of Things）市场正在从导入期（创新者～早期采用者）过渡到普及期（多数群体），在大多数企业都提倡DX（Digital transformation）化的背景下，无论行业如何，IoT的理念正在稳步渗透。康泰克与用户共同走过这个市场变革，扩大了CONPROSYS的商品阵容，并提供了构建IoT机制所需的功能。

本公司提供了4种类型的产品，从可以通过非编程方式进行监视和测量的遥测器（TM Telemeter），到可以使用PLC（Programmable Logic Controller）语言执行指令和控制程序的配备软PLC的可编程自动化控制器（PAC System）。

CONPROSYS IoT网关产品的用途和功能如下所示。

通过固件更新不断发展的IoT功能

CONPROSYS IoT网关支持全球标准的现场网络/IoT通信协议，如MTConnect、OPC UA、Modbus、MQTT。

这些功能以固件的形式配备于计算机设备中，并导入了用户可以自行更新固件的机制。自开始发售以来，已经多次进行了基于用户需求的功能添加和改良，使产品真正实现了“简单”、“便利”、“易用”的目标。

CONPROSYS IoT网关在发生通信故障导致数据发送未完成时，会自动进行数据发送重试。同时还具备这样的功能，即使通信故障持续，未完成的数据发送处理会积累为多个队列，一旦通信故障解决，就会从未完成的数据发送处理重新开始。防止由通信故障导致数据丢失的功能这一标准配置，对于系统设计者来说是十分便利。

M2M Gateway的方框图如下所示。

IoT网关功能方框图

什么是MQTT

MQTT是由IBM公司和Eurotech公司的成员于1999年提出的协议。在MQTT通信中，发送方可以将要发送的数据暂时保存在数据区域，而不必等待接收方处理完成，可以立即转移到下一个处理。

由于在网络带宽和设备资源方面的需求最小化，同时能够确保一定的可靠性，因此该通信方式在IoT领域备受关注。

MQTT通信形态示例

MQTT协议的特点

协议简单

由于其最小的报头大小为2Byte，是一种非常小巧轻量的协议，因此可以在对内存和运行速度有严格限制的设备，以及带宽狭窄的通信环境中使用。

可扩展

由于实现通信环境所需的资源较少，因此可以在小型IoT设备到高性能终端等各种设备上实现，从而实现高度灵活的系统构建。

可靠性

在MQTT中，可以实现在通信环境不稳定等情况下根据级别进行通信的机制，例如缩短IoT设备重新连接所需的时间以及可设置通信的到达性等功能。

MQTT协议的安全性

在使用MQTT构建IoT系统时，保护系统免受各种攻击和威胁是非常重要的要素。建议使用SSL证书和密码，在客户端和代理之间实施ID、认证和许可。

全新支持BACnet通信

CONPROSYS IoT网关此次通过全新配备BACnet服务器功能、客户端功能和路由器功能，从而可用于实现楼宇设备的IoT化。

配备BACnet通信功能

BACnet是用于智能楼宇用网络的通信协议标准。在空调设备、照明系统、电气设备、安防和防灾设备以及电梯等各个领域，可以构建一个即使是来自不同制造商的产品，也能够通过通用接口连接和监视所有设备的系统。CONPROSYS M2M Gateway支持“BACnet IP”协议，配备服务器通信功能和客户端通信功能。

服务器通信功能

这是通过使用BACnet对象类型，可以向BACnet客户端提供IoT网关的内部信息的功能。它可以将不支持BACnet的设备和传感器整合到支持BACnet通信的楼宇管理系统中。

客户端通信功能

这是一种收集楼宇设备（BACnet服务器）信息，将其转换为MQTT等不同通信协议，并向上级系统提供信息的功能。它可以构建通过云端对分散的楼宇设备信息进行整合，并对其进行远程监视的系统。此外，它还可以将支持BACnet的楼宇设备转换为OPC UA或MTConnect等其他通信协议，并与工厂设备系统进行整合。

什么是BACnet

BACnet（Building Automation and Control Network）是用于建筑网络的通信协议标准。它用于控制楼宇内的空调、照明、电力、安防、防灾、电梯等。1987年，BA（Building Automation）系统相关的各类团体在一次会议上确定了方针，基于1995年由ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）制定的ANSI/ASHRAE Standard 135-1995，BACnet于2003年作为BA系统用协议，在国际标准规范ISO16484-5中进行了规定。

日本由电气设备学会制定了扩展为日本规格的日本标准（IEIEJp、IEIEJp-A），因此包括标准规范的ASHRAE BACnet在内，存在3种协议。

BACnet包括用于通过以太网进行BACnet服务通信的“BACnet IP”协议，以及使用EIA-485（RS-485）作为数据传输物理层的“BACnet MS/TP”协议。

楼宇管理系统的构成示例

通过使用BACnet协议，可以不再需要传统设备和系统制造商独有规格的接口，可以构建一个通过通用的BACnet接口连接和监视不同制造商设备的系统。

通过OPC UA服务器、MTConnect通信实现数据联合

CONPROSYS IoT网关配备了OPC UA服务器功能，可以使用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）或BI（Business Intelligence）工具轻松可视化收集的数据。同时还配备了面向机床的通信协议MTConnect Adapter功能，使其能够从支持MTConnect的客户端软件进行访问。

什么是OPC UA

OPC UA（OPC Unified Architecture）是为生产工厂和厂区设备等工业自动化等领域制定的、用于进行安全可靠数据交换的开放性国际标准规范。OPC Foundation于2008年发表，之后其作为IEC 62541得到了国际标准化。

此外，它与PLC的国际标准IEC61131-3高度整合，能够在维持制造现场（FA）信息与上级监视控制系统（SCADA）和生产管理系统（MES）之间的可靠性的同时，还可轻松进行连接。因此，它在包装机的通信标准规范PackML（ANSI/ISA-TR88），注塑机的通信标准规范EUROMAP，以及机床的通信标准规范umati等众多行业中得到采用。德国机械工业联盟（VDMA）正在制定一项名为“OPC UA for Machinery”的通信标准，该标准整合了为不同行业制定的规范，旨在成为所有机械装置的基础。

利用OPC UA的系统构成示例

OPC UA的特点

扩展性

通过使用OPC UA，可以从嵌入式系统到大型机实现系统的统一和可扩展配置。

相互连接性

传统上，工业用设备和控制装置通常采用制造商独有的通信标准，从而导致整个系统难以协同工作。OPC UA可以从工厂内用于控制的控制器无缝连接到监控系统、生产管理系统等。

安全性

最近，厂区和工厂设备的安全对策成为一项课题。OPC UA通过使用Secure Channel，保证了OPC UA Server和Client之间消息的安全性，因此可以轻松实现装置之间的安全通信。

什么是MTConnect

MTConnect是由MTConnect协会制定了标准的面向机床的通信协议。制定该协议旨在增强设备和应用程序的数据获取功能，降低整合成本。在美国为中心，许多大型制造商已经采用了这一标准，并且它作为未来的标准规范备受关注。

利用MTConnect的系统示例

MTConnect的特点

开放协议

传统上，在使用多个公司的机床时，需要开发符合每个公司独有标准的软件，但由于MTConnect是采用了HTTP、XML等标准互联网技术的开放协议，因此转换用软件可以相对容易地进行安装。

无使用费

由于MTConnect无使用费，因此无需向MTConnect协会支付许可使用费。此外，同意MTConnect的许可合同的企业还可以将MTConnect整合到其自己公司的产品中。

数据结构通用化

MTConnect针对从机床获取的各类数据（主轴负载、轴速度、报警等）的数据结构按各个数据种类规定了数据结构。用户企业可以在连接不同机床制造商的设备时，无需担心数据结构的问题，从而可以轻松进行相同类型的数据比较和统计。

灵活支持各公司SCADA/云服务

通过MQTT、HTTPS、TCP等通信功能，可以与自己公司的云服务“FacilityView”、SCADA软件CONPROSYS HMI System（CHS）以及各公司的云服务实现出色的连接性。

简易路由器功能

CONPROSYS IoT网关此次全新配备了路由器功能。具体功能包括DHCP服务器、静态路由、端口转发、IP过滤等基本功能。虽然不及专业的商用设备，但作为用于IoT网关的功能已经足够。由于不再需要额外准备路由器设备，装置箱体更加小巧，设备结构也更为简单。而削减成本则更是其魅力所在。

无需SCADA/BI工具！？标配Web HMI功能

当对工厂设备或控制装置中使用的PLC等控制设备的数据进行可视化或指令控制时，通常会使用可编程显示器。这是因为PLC没有画面显示功能，也没有积累大容量数据的功能。在远程查看显示画面或者信息量较大时，用户可能会准备额外的SCADA软件或BI工具环境。

CONPROSYS IoT网关同时还标配了可视化功能作为IoT机制的必要功能，并且使用方便，从而降低了相关成本。

通过从Web浏览器访问CONPROSYS IoT网关，并调用HMI画面的创建功能，用户只需配置预先准备好的图表、仪表、滑块、按钮等显示配件，并与数据进行关联，就可以轻松创建HMI画面。由于Web浏览器充当查看器的角色，因此画面大小没有限制也是一大特点。在可编程显示器中，由于画面大小的关系，信息量较大时可能需要翻页处理，而CONPROSYS IoT网关则可以在大画面空间上配置大量显示部件进行显示。

将CONPROSYS IoT网关放置在收纳PLC等控制设备的控制盘中，就可以在1个控制盘中完成可视化功能。

CONPROSYS HMI创建的画面示例

标配可通过视觉设置规则的低代码脚本功能

CONPROSYS IoT网关配备了通过绘制流程图的方式，实现了可视化任务设置的低代码脚本功能CONPROSYS VTC（Visual Task Control）。

用户可以通过组合50种功能图标，进行诸如输入数据运算、数据发送、字符串操作、条件分支、文件操作等的可视化任务设置。功能图标中包含了发送电子邮件、将数据保存/读取到SD卡，以及将数据发送到Microsoft Azure IoT Hub等，功能十分丰富。此外，还可以设置20个任务和10个子程序，因此，即使需要进行相当大规模的边缘处理，也可以仅通过CONPROSYS IoT网关来完成。

康泰克的网站（contec.com）上发布了大量CONPROSYS VTC示例程序作为“脚本100选”。它们被分为通信、传感器连接、控制、监视、数据运算/转换等类别，使其更易于查找。