PLCnext Control は様々なクラウドサービスと連携することが可能です。
この記事では PLCnext Control から Microsoft Azure サービスへ MQTT でデータを送信し、クラウド側でデータに対する処理を行ってからその結果を MQTT でデバイスへ送信し、PLCnext Control でそのデータを受信する方法の概要を解説します。
各処理の実装方法の詳細については、以下の記事もご覧ください。
- Azure連携(1)：クラウド-デバイス間のMQTTによるデータ交換 [当記事]
- Azure連携(2)：デバイスからIoT HubへのMQTT送信(Python) … ＜準備中＞
- Azure連携(3)：IoT Hub受信データをCosmos DBへ自動保存 … ＜準備中＞
- Azure連携(4)：IoT Hub受信データをAzure Functionsで処理(C#) … ＜準備中＞
- Azure連携(5)：Azure FunctionsからデバイスへのMQTT送信(C#) … ＜準備中＞
- Azure連携(6)：クラウドからのMQTT通信を受信(Python) … ＜準備中＞
- Azure連携(7)：IoT Hub受信データをPower BIで可視化 … ＜準備中＞
デバイスと Azure サービスによるシステム構成例
クラウドを使って実現したい内容
左の図のように、PLCnext Control からクラウドへデータを送信し、クラウド上で処理を行った結果を別の PLCnext Control で受信して使用する例を考えます。
やりたいことはシンプルですが、実現方法はクラウドサービス毎に異なります。
Azure による具体的なシステム構成
Azure では、以下の様に IoT Hub サービス、Cosmos DB サービス、及び Functions サービスを組み合わせることでこの目的を実現することが出来ます。
- デバイス 上のデータを MQTT で Azure へ送信
- Azure で受信したデータをクラウド上で処理
- クラウド上での処理結果を MQTT でデバイスへ送信
- クラウドから MQTT で送られてきたデータをデバイス側で受信
Azure 内で使用するサービス
Azure IoT Hub サービス
IoT Hub は、現場 (フィールド) で使用するデバイスと Azure クラウド間の橋渡しを行うサービスです。
通信を行いたいエッジデバイス毎に、IoT Hub 内に「デバイス」の設定を作成します。
上記の図では、「センサデータ送信用デバイス」と「警報判定結果受信用デバイス」の 2 つのデバイスを設定を IoT Hub 内に作成しています。
また、「センサデータ送信用デバイス」にてクラウド側で受信したデータは自動的に Cosmos DB というデータベースサービス※1へ送られるように設定しています。このようなサービス間での自動的なデータ転送は、「IoT Hub メッセージルーティング」機能で実現することができます。
※1：データベースでなく、ストレージサービスへ送ることも可能です。今回は扱いの容易さなどを考慮して Cosmos DB の使用を選択しました。
メッセージルーティングは単純にデータを転送するだけでなく、条件式を用いて転送先を分けることも出来ます※2。 例えば、IoT Hub で 受信した JSON データの Status という要素の値が “Error” の時は転送先 1 のサービスへ、そうでなければ転送先 2 のサービスへ、という具合です。
※2：クラウドで受信したデータが JSON の場合。
Azure Cosmos DB サービス
Cosmos DB は、NoSQL (Not only SQL) 型、つまり非リレーショナル型のデータベースです。
データベースのレコードに追加・更新・削除が起きると、それをトリガーにして Azure Functions サービス内の関数の実行へとつなげることが出来ます。
Azure Functions サービス
Azure Functions は、ユーザが作成した関数 (プログラム) をクラウド上で実行するサービスです。
当記事では、Cosmos DB のレコードの変化をトリガとして関数を実行する例を紹介しています。
これにより、Iot Hub が MQTT でデータを受信しデータベースにレコードが追加されると、ユーザが作成して Azure Functions に登録しておいた関数が実行されることとなります。
デバイス上のデータを MQTT で Azure へ送信
PLCnext Control で MQTT 通信を行う方法はいくつかあります。
| 言語 | 説明 |
|---|---|
| Python | ・汎用の MQTT ライブラリ paho-mqtt モジュールを使用する。 ・Azure 専用ライブラリ azure.iot.device モジュールを使用する。 |
| Node-RED | ・デフォルトの MQTT ノードを使用する。 ・Azure IoT Hub 専用ノードを使用する。 |
| IEC 61131-3 (ラダー言語、ST言語、FBD など) | ・MQTT 接続用ライブラリ “IIoT Library” (Phoenix Contact 社製、無料) を使用する。 |
以下の記事では、Python と Azure 専用ライブラリ azure.iot.device モジュールを用いて PLCnext Control から Azure IoT Hub へ MQTT 通信を行うための実装の詳細を紹介しているので、合わせてご参照ください。
[リンク] Azure連携(2)：デバイスからIoT HubへのMQTT送信(Python) … ＜準備中＞
Azure で受信したデータをクラウド上で処理
Azure のクラウドサービス上に存在するユーザのプログラムを実行するためのトリガにはいくつか種類があります。
当記事では、Azure Cosmos DB トリガを利用して関数を実行する例を紹介しています。
| トリガ | 説明 |
|---|---|
| HTTP トリガ | HTTP 要求があると関数を実行します。WEB API を実装することが出来ます。 |
| タイマー トリガ | 指定された時刻に関数を実行します。 |
| Blob Storage トリガ | Azure Storage 内の Blob が作成または更新されたときに関数を実行します。 |
| キュー トリガ | 新しいキューメッセージが到着したときに関数を実行します。 |
| Event Grid トリガ | Event Grid イベントが発生したときに関数を実行します。 |
| Event Hubs トリガ | Event Hubs イベントが発生したときに関数を実行します。 |
| Azure Cosmos DB トリガ | Azure Cosmos DB にデータが追加または更新されたときに関数を実行します。 |
| Service Bus トリガ | Service Bus メッセージが到着したときに関数を実行します。 |
以下の記事では、Azure Cosmos DB トリガを使うための準備として、IoT Hub で受信したデータをメッセージルーティングにより CosmosDB へ自動的に登録する方法の詳細を紹介しているので、合わせてご参照ください。
[リンク] Azure連携(3)：IoT Hub受信データをCosmos DBへ自動保存 … ＜準備中＞
C# で作成したプログラムを Azure Functions によりクラウド上で実行する方法の詳細は以下の記事で紹介しています。
[リンク] Azure連携(4)：IoT Hub受信データをAzure Functionsで処理(C#) … ＜準備中＞
クラウド上での処理結果を MQTT でデバイスへ送信
クラウド上で処理した内容をデバイスに対して MQTT で送信するには、Azure Functions の関数内から IoT Hub へサービス接続を行って MQTT の送信要求を行うことで実現できます。
デバイスからクラウド (IoT Hub) への MQTT 送信とは使用する機能や手続きが異なります。
実装の詳細については、以下の記事で紹介しています。
[リンク] Azure連携(5)：Azure FunctionsからデバイスへのMQTT送信(C#) … ＜準備中＞
クラウドから MQTT で送られてきたデータをデバイス側で受信
デバイスから Azure へ MQTT へデータを送信するときと同様の言語とライブラリを使用して実現できます。
実装の詳細については、以下の記事で紹介しています。
[リンク] Azure連携(6)：クラウドからのMQTT通信を受信(Python) … ＜準備中＞
クラウド上のデータを Power BI で可視化
Azure IoT Hub で受信したデータを Microsoft Power BI サービスを用いて可視化することも出来ます。
以下の記事で、具体的な方法を紹介しているので、ご参照ください。
[リンク] Azure連携(7)：IoT Hub受信データをPower BIで可視化 … ＜準備中＞
