MQTT-rajapinnan toteutus ohjelmoitavaan logiikkaan

Abstract

Ohjelmoitavien logiikoiden liittäminen pilvipalveluihin mahdollistaa tuotannon tilan reaaliaikaisen seurannan ja datan keskittämisen analytiikkaa varten. Finno Solutions Oy:ssä tunnistetaan tarve yhdistää myös Siemensin S7-1200-logiikat kevyesti ja kustannustehokkaasti MQTT-pohjaisiin järjestelmiin ilman erillisiä lisälaitteita. Ohjelmoitavien logiikkojen liittämiseen yksi tapa on lisätä erillinen laite hoitamaan kommunikointia. Kuitenkaan aina tämä ei ole kustannustehokkain ratkaisu Tavoitteena on toteuttaa kaksisuuntainen tiedonsiirtoratkaisu S7-1200 ohjelmoitavaan logiikkaan, joka lähettää viestejä ulkoiseen järjestelmään. Tavoitteena on myös tarkastella mahdollisia ongelmakohtia tälläisen kokonaisuuden toteuttamisessa.

Kehittämistutkimustyössä hyödynnetään SIMATIC STEP 7 V19 Basic -versiota sekä Libraries for Communication -kirjaston LMQTT-lohkoa. Viestien sarjallistamiseen käytetään LStream-kirjastoa ja yhteyden testaamiseen MQTTX-asiakasohjelmaa. MQTT-välittäjänä toimii Eclipse Mosquitto -välittäjä.

Tuloksena on MQTT-välittäjälle prosessidataa lähettävä kokonaisuus, joka on toteutettu S7-1200-sarjan. S7-1200:lla toteutettu MQTT-asiakkaan viesti siirtyy onnistuneesti logiikasta välittäjälle ilman erillisiä välilaitteita. Toteutus osoittaa, että viestien sarjallistaminen, lähettäminen ja vastaanottaminen toimii luotettavasti paikallisverkon sisällä.

Kokonaisuus osoittaa, että S7-1200 ja täten myös muun sarjan ohjelmoitavat logiikat voidaan liittää MQTT-pohjaisiin järjestelmiin ilman erillistä laitteistoa. Tuloksia voidaan hyödyntää erityisesti pienissä automaatiosovelluksissa, joissa tuotantodataa halutaan siirtää analytiikka- tai tekoälyratkaisujen käyttöön. Jatkokehityksessä keskeisiä tavoitteita ovat kaksisuuntaisen viestinnän toteutus, joka jäi aikarajoitteiden takia pieneksi, viestien dynaaminen rakentaminen prosessidatasta sekä tietoturvaominaisuuksien, kuten TLS-salauksen, autentikoinnin ja sertifikaattien käyttöönotto. Kokonaisuuden laajentaminen eri verkkoympäristöihin ja vastaanottavien viestien käsittely logiikkapäässä lisäisi ratkaisun soveltuvuutta tuotantokäyttöön.

Connecting programmable logic controllers (PLCs) to cloud services enables real-time monitoring of pro-duction status and centralization of data for analytics. At Finno Solutions Oy, there is a recognized need to integrate Siemens S7-1200 PLCs with MQTT-based systems in a lightweight and cost-effective manner, without requiring additional hardware. One common approach to connecting PLCs is to add a separate device to handle the communication, but this is not always the most cost-effective solution. The goal is to implement a bidirectional data transfer solution for the S7-1200 PLC that can send messages to an exter-nal system. Another objective is to examine potential challenges in implementing such a setup.

The development work utilizes SIMATIC STEP 7 V19 Basic and the LMQTT block from the Libraries for Communication library. The LStream library is used for message serialization, and the MQTTX client is used for connection testing. The MQTT broker in use is Eclipse Mosquitto.

The result is a functional system based on the S7-1200 series that sends process data to an MQTT broker. The MQTT client message implemented on the S7-1200 successfully transmits from the PLC to the broker without the need for any additional intermediary devices. The implementation demonstrates that mes-sage serialization, sending, and receiving work reliably within a local network.

This outcome shows that the S7-1200 and by extension, other PLCs in the series can be connected to MQTT-based systems without additional hardware. The results are particularly useful in small to medium-scale automation applications where production data needs to be transferred for use in analytics or artifi-cial intelligence solutions. Key objectives for further development include implementing fully bidirectional communication (which remained limited due to time constraints), dynamically constructing messages from process data, and enabling security features such as TLS encryption, authentication, and certificates. Expanding the setup to various network environments and handling incoming messages within the PLC logic would further increase the suitability of this solution for production use.