Exploiter OPC UA pour un développement IIoT edge robuste

Adapté de Industrial Internet Application Development, par Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

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Chapitre 3. Développement IIoT en périphérie (suite)

Par Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Protocoles M2M industriels – OPC UA

Dans cette section, nous allons essayer de construire une application IoT simple pour envoyer des données d'un module simulateur de capteur à un périphérique récepteur (un PC ou un cloud), en utilisant un hub Raspberry Pi et le protocole OPC UA :

Le protocole OPC UA est similaire à Modbus, mais fonctionne avec plus de types de données, et n'a pas de limitations sérieuses, tout en fournissant sécurité, compression et faible latence.

Le protocole a été développé par la OPC Foundation comme protocole de communication machine-à-machine industriel. OPC UA (Unified Architecture) est une version améliorée du protocole Open Platform Communications (OPC), l'un des changements majeurs étant que le nouveau protocole est disponible gratuitement sans aucune restriction.

Dans le tableau suivant, vous trouverez une description plus détaillée du protocole pour comprendre s'il convient à vos besoins :

Clé	Valeur
Open source	Oui
Couche OSI	Transport ou application
Types de données	Entier, flottant, chaîne, booléen, date, heure, etc.
Limitations	Non adapté pour une architecture complexe
Opérations possibles	Lecture/écriture/surveillance/interrogation de variables
Latence	Faible
Usage	IIoT
Sécurité	Oui
Compression	Oui

Tableau 5 : Spécifications du protocole OPC UA

Prérequis logiciels et matériels

• Logiciels requis
  • Node.js 6+ (https://nodejs.org/en/download/)
  • PostgreSQL (https://www.postgresql.org/download/)
  • Cloud Foundry CLI (https://github.com/cloudfoundry/cli#downloads)
  • Request (https://www.npmjs.com/package/request)
  • NodeOPCUA (https://www.npmjs.com/package/node-opcua)
  • Async (https://www.npmjs.com/package/async)
  • Docker (https://docs.docker.com/engine/installation/)
• Matériel requis
  • Raspberry Pi 3 (modèle B)
  • Adaptateur d'alimentation (2A/5V)
  • Carte microSD (8 Go+) et adaptateur SD
  • Câble Ethernet pour connexion réseau filaire

Préparation de la carte SD

1. Téléchargez la dernière image Raspbian LITE (disponible sur https://raspberrypi.org/downloads/raspbian/).
2. Connectez votre carte SD à un ordinateur et utilisez Etcher (https://www.balena.io/etcher/) pour flasher le fichier .img de Raspbian sur la carte SD.
3. Activez SSH :

cd /Volumes/boot
touch ssh

4. Pour activer le Wi-Fi, créez wpa_supplicant.conf avec le contenu suivant :

network={
 ssid="VOTRE_SSID"
 psk="VOTRE_MOT_DE_PASSE_WIFI"
}

5. Créez le répertoire /home/pi/hub
6. Créez le fichier /home/pi/hub/package.json avec le contenu suivant :

{
 "name": "hub",
 "version": "1.0.0",
 "description": "",
 "main": "index.js",
 "scripts": {
 "start": "node index.js",
 "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
 },
 "author": "",
 "license": "ISC",
 "dependencies": {
 "async": "^2.4.0",
 "node-opcua": "0.0.64",
 "request": "^2.81.0"
 }
}

7. Créez le fichier /home/pi/hub/index.js avec le contenu suivant, en remplaçant ADRESSE-SERVEUR-DISTANT.com et ADRESSE-CAPTEUR-DISTANT par de vraies valeurs :

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://ADRESSE-CAPTEUR-DISTANT:4334/UA/resourcePath";
var receiver = "https://ADRESSE-SERVEUR-DISTANT.com:8080";
async.series( [
// établir la connexion
function (cb) {
 client.connect(sensor, function (err) {
 if (err) {
 console.log("Connection to " + sensor + " failed");
 } else {
 console.log("Connection successful");
 }
 cb(err);
 });
},
// démarrer la session
function (cb) {
 client.createSession(function (err, res) {
 if (!err) session = res;
 cb(err);
 });
},
// lire la valeur
function (cb) {
 session.readVariableValue("ns=1;s=Variable1", function (err, dataValue) {
 if (!err) console.log("Variable1 = ", dataValue.value.value);
 cb(err);
 });
},
// écrire la valeur
function (cb) {
 session.writeSingleNode("ns=1;s=Variable1", new opcua.Variant({
 dataType: opcua.DataType.Double, value: 100
 }), function (err) {
 cb(err);
 });
},
// s'abonner aux changements
function (cb) {
 subscription = new opcua.ClientSubscription(session, {
 maxNotificationsPerPublish: 5,
 priority: 5,
 publishingEnabled: true,
 requestedLifetimeCount: 5,
 requestedMaxKeepAliveCount: 3,
 requestedPublishingInterval: 500,
 });
 subscription.on("started", function () {
 console.log("subscription id: ", subscription.subscriptionId);
 }).on("terminated", function () {
 cb();
 });
 setTimeout(function () {
 subscription.terminate();
 }, 5000);
 // installer l'élément surveillé
 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);
 // envoyer au récepteur
 var data = {
 device: "sensor1",
 timestamp: 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 " + receiver);
 });
 });
},
// fermer la session
function (cb) {
 session.close(function (err) {
 if (err) console.log("Failed to close session"); cb();
 });
}
],
function (err) { if (err) {
 console.log("Failed with error:", err);
 } else {
 console.log("Successfully finished");
 }
 client.disconnect(function () {
 });
}
);

8. Créez le fichier /home/pi/hub/Dockerfile avec le contenu suivant :

FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild

9. Créez le répertoire /home/pi/sensor
10. Créez le fichier /home/pi/sensor/package.json avec le contenu suivant :

{
 "name": "sensor",
 "version": "1.0.0",
 "description": "",
 "main": "index.js",
 "scripts": {
 "start": "node index.js",
 "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
 },
 "author": "",
 "license": "ISC",
 "dependencies": {
 "node-opcua": "0.0.64"
 }
}

11. Créez le fichier /home/pi/sensor/index.js avec le contenu suivant :

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({
 browseName: "browseName",
 organizedBy: space.rootFolder.objects,
 });
 var variable1 = 0;
 // générer nouvelle valeur
 setInterval(function () {
 variable1 = Math.floor(max - Math.random() * (max - min));
 }, 500);
 space.addVariable({
 browseName: "browseName",
 componentOf: componentOf,
 dataType: "Double",
 nodeId: "ns=1;s=Variable1", // un nodeID string
 value: {
 get: function () {
 return new opcua.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("Endpoint: ", endpoint);
 });
});

12. Configurez les valeurs min et max au début du fichier /home/pi/sensor/index.js.

13. Créez le fichier /home/pi/sensor/Dockerfile avec le contenu suivant :

FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild