MQTT + MODBUS + WEB: как DRM88ER решает задачи современного IIoT / Хабр

Любой, кто работал с промышленной автоматизацией, сталкивался с одной и той же проблемой — разные устройства общаются на разных языках. Старое железо только на MODBUS, современные облачные сервисы требуют MQTT, а пользователи хотят красивые веб-интерфейсы. В итоге простая задача превращается в интеграционный квест или танцы с бубном с множеством шлюзов и костылей.

Поэтому, мы решили создать DRM88ER – интернет-реле "Разумный дом", которое решает эту проблему довольно изящно — просто собрав MODBUS, MQTT и WEB в одном устройстве за 14 500 рублей. Посмотрим, что из этого получилось.

Почему промышленный IoT до сих пор головная боль

Типичная архитектура промышленной автоматизации выглядит как многослойная система:

Датчики/исполнители → MODBUS RTU по RS-485

Контроллеры → MODBUS TCP через Ethernet

SCADA системы → Проприетарные протоколы

Облачные сервисы → MQTT/HTTP

Пользователи → WEB/мобильные приложения

Каждый уровень использует свой протокол, требуя дорогостоящих шлюзов и конвертеров. В результате простая задача "управлять насосом через интернет" превращается в сложную интеграционную задачу.

DRM88ER предлагает радикально иной подход — унификацию управления через множественные интерфейсы в одном устройстве.

DRM88ER собирает все протоколы в одной коробке

Единое регистровое пространство

Ключевая особенность DRM88ER — все интерфейсы работают с едиными MODBUS-регистрами:

Физические I/O ←→ MODBUS Registers ←→ Все протоколы связи

↓ ↓ ↓

8 входов IR/DI/HR/Coils MQTT/TCP/RTU/WEB/REST

8 выходов (единая карта) (параллельный доступ)

Это означает, что команда из MQTT мгновенно отражается в MODBUS TCP, а изменение состояния входа одновременно доступно через все интерфейсы.

Практический пример мультипротокольного мониторинга

Рассмотрим мониторинг температуры в серверной с резервированием каналов связи:

Python • Мультипротокольный мониторинг температуры

# Чтение через MODBUS TCP
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient

client = ModbusTcpClient('192.168.1.100')
result = client.read_input_registers(11, 1, unit=1)
temperature = result.registers[0] / 10

# Публикация в MQTT
import paho.mqtt.client as mqtt

mqtt_client = mqtt.Client()
mqtt_client.connect("iot.company.com", 1883)
mqtt_client.publish("factory/server-room/temperature", 
                   temperature, qos=1, retain=True)

# REST API для корпоративных систем
import requests

requests.post("https://api.company.com/sensors/data", 
              json={"temperature": temperature, "source": "drm88er"})

# WEB-интерфейс доступен из коробки по http://192.168.1.100

Кейс — умная насосная станция

Рассмотрим внедрение DRM88ER на насосной станции водоснабжения с 4 насосами, частотными преобразователями и облачным мониторингом.

Программирование логики управления

Встроенный язык сценариев позволяет реализовать алгоритм управления без внешнего ПЛК:

DRM88ER Script • Каскадное управление насосами

# Каскадное управление насосами
0: MB_IN SlaveID=10; Func=IR; Reg=1; Result=IR20; Period=1000ms # Опрос датчика давления
1: MB_IN SlaveID=11; Func=IR; Reg=1; Result=IR21; Period=1000ms # Опрос общего расхода
2: IR30 = (IR20 - 400) * IR21 / 1000 # Расчет требуемой производительности
3: IF IR30 > 0 AND IR30 <= 250 THEN GOSUB 10    # 1 насос
4: IF IR30 > 250 AND IR30 <= 500 THEN GOSUB 20  # 2 насоса
5: IF IR30 > 500 AND IR30 <= 750 THEN GOSUB 30  # 3 насоса
6: IF IR30 > 750 THEN GOSUB 40                  # 4 насоса
   # MQTT топики публикуются автоматически:
   # factory/pumps/pressure → IR20
   # factory/pumps/flow → IR21
   # factory/pumps/power → IR30
5: GOTO 0
# Подпрограммы управления насосами
10: MB_OUT SlaveID=1; Func=HR; Reg=1; Value=IR30; Period=500ms # Подпрограммы управления насосами
11: RETURN

Что получилось в итоге

Результат превзошел ожидания. Во-первых, энергопотребление упало на 23% — алгоритм каскадного управления оказался намного эффективнее ручного включения насосов. Во-вторых, внедрение заняло всего 2 дня вместо обычных 2-3 недель с классическими ПЛК — просто потому что не пришлось настраивать кучу отдельных устройств.

А еще, сэкономили около 60 000 рублей на оборудовании, не покупая отдельные MODBUS-шлюзы, MQTT-клиенты и промышленные контроллеры. А главное — теперь все управляется из одного места, будь то веб-интерфейс, SCADA или мобильное приложение через MQTT.

Ключевое

✅ Мультипротокольность — одно устройство заменило 4 разных компонента
✅ Встроенные сценарии — алгоритм управления работает локально, без зависимости от сети
✅ Режим Modbus Master — DRM88ER сам опрашивает датчики и управляет частотниками
✅ Облачная интеграция — данные автоматически попадают в систему мониторинга
✅ Отказоустойчивость — при сбое одного протокола работают остальные

RGB-освещение

Рассмотрим конкретный кейс из дока устройства – управление RGB-диммером DDL84R и мониторинг датчика MSU44RL через MQTT-интерфейс DRM88ER.

Архитектура MQTT-решения

Состав системы:

DRM88ER — центральный MQTT-контроллер (адрес 34)
MSU44RL — датчик освещенности (адрес 1)
DDL84R — RGB-диммер для управления освещением (адрес 2)
MQTT брокер — облачный или собственный сервер

💡 Все устройства (DRM88ER, MSU44RL, DDL84R) — разработка компании "Разумный дом"

Краткий обзор устройств экосистемы

MSU44RL — специализированный датчик освещенности с интерфейсом RS-485 MODBUS RTU. Компактный корпус, высокая точность измерений и простое подключение делают его идеальным для систем автоматического освещения.

DDL84RP — 4-канальный RGBW диммер с ШИМ-выходами 7А×24В на канал. Поддерживает частоту от 10Гц до 4кГц, имеет 8 входов для датчиков, встроенные сценарии, RTC и таймеры для сложной логики управления освещением.

Настройка MQTT-топиков

DRM88ER автоматически создает структурированные топики для публикации и подписки:

MQTT • Структура топиков DRM88ER

# Структура топиков MQTT
(Корневая тема)/(Клиент)/(Компонент)
# Примеры топиков для публикации (от DRM88ER в облако):
factory/sensors/light          # Освещенность с датчика
factory/lighting/status        # Состояние освещения
# Примеры топиков для подписки (команды в DRM88ER):
factory/lighting/red/set       # Управление красным каналом
factory/lighting/green/set     # Управление зеленым каналом
factory/lighting/blue/set      # Управление синим каналом

Конфигурация Modbus Master в DRM88ER

Для работы с внешними устройствами DRM88ER ��астраивается в режиме Modbus Master:

DRM88ER Script • Modbus Master конфигурация

# Автоматический опрос датчика освещенности MSU21+L
1: MB_IN SlaveID=1; Func=IR; Reg=19; Count=1; Result=IR30; Period=1000ms   # Читаем освещенность каждую секунду   # Результат сохраняется в IR30
# Управление диммером DDL84R  
2: MB_OUT SlaveID=2; Func=HR; Reg=1; Value=IR33; Period=500ms  # RED
3: MB_OUT SlaveID=2; Func=HR; Reg=2; Value=IR34; Period=500ms  # GREEN  
4: MB_OUT SlaveID=2; Func=HR; Reg=3; Value=IR35; Period=500ms  # BLUE

Интеграция с MQTT Explorer

Для тестирования и отладки используется MQTT Explorer — удобный инструмент для работы с топиками:

Команды управления через MQTT:

Установка яркости красного:

Топик: factory/lighting/red/set Значение: 512 (0-1023, где 1023 = 100%)

Чтение освещенности:

Топик: factory/sensors/light Формат: {"value": 850, "unit": "lux", "timestamp": 1640995200}

Преобразование данных и суффиксы

DRM88ER работает с целыми числами, но поддерживает автоматическое преобразование через суффиксы:

DRM88ER • Настройка суффиксов и преобразований

# Настройка суффиксов в WEB-интерфейсе
Освещенность: суффикс "1;lux"  → значение 850 отображается как 850 lux
Яркость:      суффикс "0.1;%"   → значение 512 отображается как 51.2%
# Эти же коэффициенты применяются к MQTT-топикам автоматически

Практическая ценность MQTT-интеграции

Какие возможности это открывает? Интеграция с облачными системами — данные можно передавать в любые внешние системы через MQTT-брокеры. Мобильные уведомления настраиваются через Telegram или Push-notifications за пару минут. Голосовое управление через Алису или Google Assistant можно подключить через внешние интеграции. Удаленный доступ работает из любой точки мира через MQTT-подключение. 👍

Преимущества мультипротокольного подхода

Экономическая эффективность

Один DRM88ER заменяет несколько специализированных устройств:

Классическое решение	Стоимость	DRM88ER	Стоимость
MODBUS RTU/TCP шлюз	8 000₽	Встроено	0₽
MQTT клиент	12 000₽	Встроено	0₽
WEB-сервер	5 000₽	Встроено	0₽
Программируемый контроллер	15 000₽	Встроено	0₽
ИТОГО	40 000₽	DRM88ER	14 500₽

Отказоустойчивость

При использовании нескольких протоколов система становится более устойчивой:

Python • Отказоустойчивый сбор данных

def robust_data_collection():
    """Отказоустойчивый сбор данных"""
    
    # Приоритет 1: MODBUS TCP
    try:
        return read_modbus_tcp('192.168.1.100', register=11)
    except Exception as e:
        logger.warning(f"MODBUS TCP недоступен: {e}")
        
        # Приоритет 2: REST API
        try:
            return read_rest_api('192.168.1.100', '/inputir.json?A=11&B=1')
        except Exception as e:
            logger.warning(f"REST API недоступен: {e}")
            
            # Приоритет 3: кэшированное значение из MQTT
            return get_cached_mqtt_value('factory/sensors/temperature')

Сравнение с промышленными решениями

Параметр	DRM88ER	Siemens SIMATIC IoT2050	Schneider EcoStruxure
Цена	14 500₽	~80 000₽	~60 000₽
MODBUS из коробки	Да	Требует настройки	Да
MQTT нативно	Да	Через Node-RED	Да
WEB-интерфейс	Готовый	Разработка	Готовый
Время внедрения	1-2 дня	1-2 недели	3-5 дней
Техподдержка	На русском	Переводная	Переводная

Взгляд в будущее

DRM88ER демонстрирует, что будущее IIoT — в специализированных устройствах, которые элегантно решают конкретные задачи интеграции, а не в универсальных платформах.

Что показал этот опыт?

Во-первых, унификация интерфейсов действительно упрощает архитектуру — вместо множества устройств получается одно универсальное.

Во-вторых, российские решения могут конкурировать с мировыми брендами не только по цене, но и по функциональности.

В-третьих, простота интеграции часто важнее избыточных возможностей — лучше устройство, которое работает из коробки, чем мощный комбайн, требующий месяцы настройки.