Как написать Viber чат-бота, работающего с АСУ ТП на базе ПЛК Siemens

В данном руководстве рассмотрено создание чат-бот помощника в Viber на языке программирования Python. Чат-бот имеет доступ к базе данных MySQL, которая в свою очередь связана с АСУ ТП (автоматизированной системой управления технологическим процессом), разработанной на базе логического контроллера Siemens серии S7-1500.

Чат-бот автоматизирует передачу информации о течение технологического процесса конечному пользователю, позволяет получать доступ к собранным данным с любого устройства (на котором, конечно, установлен Viber) и в любом месте.

Руководство рассчитано на инженеров-программистов, работающих в сфере автоматизации (АСУ ТП или АСУП).

Для реализации данной идеи необходимо знать:

1. Основы программирования контроллеров Siemens серии S7-1200/1500

2. Базовые принципы работы баз данных и языка запросов SQL

3. Язык программирования Python

Итак, весь материал будет разбит на две части:

1. Установка и конфигурация всех необходимых приложений

2. Написание программ

Установка и конфигурация приложений

1. Установить TIA Portal v16 из официального источника можно по ссылке.

   В разделе TRIAL Download STEP 7 Basic/Professional, STEP 7 Safety Basic/Advanced and WinCC Basic/Comfort/Advanced and WinCC Unified скачиваем DVD 1 Setup и при установке выбираем Step 7 Professional и WinCC Advanced. А также в разделе TRIAL Download STEP 7 PLCSIM скачиваем и устанавливаем DVD 1 Setup — это симулятор, который позволяет тестировать ПО без физического контроллера.

   После установки в новом проекте TIA Portal необходимо сконфигурировать ПЛК серии S7-1200/1500 (можно выбрать любой, главное не резервируемый) и панель оператора. Конфигурация, используемая мной на рисунке ниже.

   

   Далее создаётся глобальный дата блок, например, «test» с переменной «test». Переменную добавляем в HMI Tags, так как связь с базой данных MySQL будет реализована на стороне HMI клиента, в данном примере это панель оператора TP1200 Comfort. Программное обеспечение HMI разрабатывается в WinCC Advanced, интегрированной в TIA Portal (да-да, немного запутано). Средства WinCC позволяют писать код на VBScrpt, который и будет реализовывать обмен данными между ПЛК и БД MySQL.

   

2. Установка сервера MySQL подробно описана на других ресурсах (например, здесь). Однако стоит отметить, что необходимо помимо MySQL Server 8.0.XX также установить драйвер для Python и ODBC.

   

   Для подключения БД к TIA Portal необходимо дополнительно скачать и установить 32-ух разрядный ODBC драйвер по ссылке.

   После установки открываем командную строку (cmd) и запускаем MySQL:

   mysql -u root -p

   После ввода пароля и успешного входа необходимо создать и настроить базу данных с таблицей:

   CREATE DATABASE Siemens;

   USE Siemens;

   CREATE TABLE Data
(
Id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
Value INT
);

   Для настройки драйвера ODBC запускаем приложение «Источник данных ODBC» -32-ух разрядную версию и по кнопке «Добавить» необходимо выбрать MySQL ODBS 8.0 Unicode Driver.

   

   В настройках вводим данные пользователя, сконфигурированные при установке MySQL и выбираем созданную базу данных siemens. В качестве TCP/IP Server необходимо выбрать localhost. Кнопкой Test можно проверить корректность соединения. DSN ( Data Sourse Name) вводим также, как на скриншоте.

   

3. Установка Python версии 3 осуществляется с официального сайта.

4. Пожалуй, финальный подготовительный шаг — создание чат-бота и получение токена, который мы будем использовать в нашем python-приложении.

   Создание чат-бота производится через панель администрирования по ссылке. регистрация и получение токена бесплатны.

ПО обмена данными между БД и Siemens

'Объявление переменных Dim TableName, Uname, DBPassword, DataBaseName, SQLServer Dim SQLConnection Dim SQLConnectionString Dim SQLFields,SQLValues Dim SQLQueryString Dim SQLCommand  'Конфигурация для подключения к базе данных, все данные - строго в соотвествии с ODBC connector DataBaseName = "siemens" Uname = "ilya" DBPassword = "qwerty123" SQLServer = "127.0.0.1" TableName = "data"  'Конфигурационная строка SQLConnectionString = "Provider=MSDASQL;Initial Catalog=siemens; DSN=siemens"  'Создание объектов (команда set создаёт объект) Set SQLConnection = CreateObject("ADODB.Connection") SQLConnection.ConnectionString = SQLConnectionString 'Открытие соединения SQLConnection.Open Set SQLCommand = CreateObject("ADODB.Command") SQLCommand.ActiveConnection = SQLConnection  'Формирование запроса SQLFields = " (Value)" SQLValues = " Values('" & SmartTags("test_test") & "') " SQLQueryString = "INSERT INTO " & TableName & SQLFields & SQLValues  'Выполнение SQL запроса SQLCommand.CommandText = SQLQueryString SQLCommand.Execute  'Закрытие соединения с базой данных Set SQLCommand = Nothing SQLConnection.Close Set SQLConnection = Nothing

Данный код открывает соединение с базой данных, созданной выше. Записывает переменную «test_test» в таблицу «data». Также стоит обратить внимание, что обращение к тэгам HMI происходит через нотацию SmartTags():

VBS скрипт создаётся в дереве HMI в разделе Scripts:

Чтобы скрипт периодически исполнялся, необходимо создать для него триггер. В качестве триггера выбираем изменение переменной test_test. Во вкладке HMI находим тэг test_test и во вкладке Properties -> Events по параметру Value change добавляем вызов VBS скрипта:

Для тестирования работоспособности кода необходимо запустить PLC-SIM, выгрузить в него проект с конфигурированным контроллером, перейти в онлайн режим, активировать симуляцию HMI. Затем изменить переменную test_test. Чтобы убедиться, что запись в базу данных работает можно отправить к ней SQL запрос вручную с помощью командной строки:

use siemens SELECT * FROM data;

ПО Viber чат-бота

Для обеспечения работоспособности кода необходимо установить следующие модули:

viberbot==1.0.11 flask mysql-connector-python

Ядро чат-бота — приложение Flask, работающее с API Viber. Для локального тестирования приложения необходимо использовать ngrok. После его запуска вводим команду:

ngrok http 8443

В окне ngrok копируем ссылку https и сохраняем её, она нам скоро пригодится. Ngrok создаёт туннель, связывающий наш порт, в данном случае 8443, с https ссылкой, доступной по всему интернету. Этот https будет служить вебхуком для нашего приложения. Также пригодится токен viber чат-бота, который был получен в результате регистрации на Viber Admin Panel.

А вот и сам код чат-бота на Python 3:

#Импорт всех необходимых библиотек from flask import Flask, request, Response, session from viberbot import Api from viberbot.api.bot_configuration import BotConfiguration from viberbot.api.messages import (     TextMessage,     KeyboardMessage ) from viberbot.api.viber_requests import ViberMessageRequest, ViberConversationStartedRequest import sched import threading import time import mysql.connector  token = 'ВАШ ТОКЕН'  class UseDataBase: '''Менеджер контекста для подключения к базе данных'''     def __init__(self, config: dict) -> None:         self.configuration = config      def __enter__(self):         self.conn = mysql.connector.connect(**self.configuration)         self.cursor = self.conn.cursor()         return self.cursor      def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):         self.conn.commit()         self.cursor.close()         self.conn.close()   class ViberSay(): '''Чат-бот'''     def __init__(self, token):     #Инициализация чат-бота данными, полученными при регистрации на Admin Panel         self.viber = Api(BotConfiguration(             name='TestChatBotByIlya',             avatar='http://viber.com/avatar.jpg',             auth_token=token))         self.app = Flask(__name__)#Создание экземпляра приложения Flask         self.scheduler = sched.scheduler(time.time, time.sleep)         self.scheduler.enter(5, 1, self.set_webhook, ())         self.t = threading.Thread(target=self.scheduler.run)         self.t.start() #запуск потока         self.app.secret_key = 'YouWillNeverGuess'         #конфигурация базы данных         self.app.config['dbconfig'] = {'host': '127.0.0.1',                           'user': 'ilya',                           'password': 'qwerty123',                           'database': 'siemens', }         self.index = 0         self.app.add_url_rule('/', 'home', self.poll, methods=['POST', 'GET'])         self.app.run(host='0.0.0.0', port=8443, debug=True) #пуск приложения       def set_webhook(self):     #установка вебхука         self.viber.set_webhook('https://06841b02dbf3.ngrok.io')      def poll(self):        # приём входящих сообщений, обработка и декодирование         viber_request = self.viber.parse_request(request.get_data().decode('utf8'))           if isinstance(viber_request, ViberConversationStartedRequest):             #Определяем начало диалога с ботом             session['uid'] = viber_request.user.id              self.viber.send_messages(session['uid'], [                 TextMessage(text='Добро пожаловать!')             ])             #отправляем кнопку с предложением получить данные             self.send_buttons(uid=session['uid'], text=['Получить данные'], btns=1)                      elif isinstance(viber_request, ViberMessageRequest):         #если не начало диалога, то ждём запроса данных             session['uid'] = viber_request.sender.id             if viber_request.message.text == 'Получить данные':                 with UseDataBase(self.app.config['dbconfig']) as cursor:                 #ыполнение запроса к базу данных                     _SQL = """select Id, Value from data"""                     cursor.execute(_SQL)                     contents = cursor.fetchall()                     #Выбираем последнее значение из массива чисел и отправляем пользователю                     if self.index !=  contents[-1][0]:                         self.index = contents[-1][0]                         text_mes = 'Значение = {}'.format(contents[-1][1])                                              self.viber.send_messages(to=session['uid'], messages=[TextMessage(text=text_mes)])             #снова отправляем кнопку с предложением получить данные             self.send_buttons(uid=session['uid'], text=['Получить данные'], btns=1)                      return Response(status=200)      def send_buttons(self, uid, text, btns):     #метод формирует кнопку         KEYBOARD = {"Type": "keyboard", "Buttons": []}          for i in range(btns):             KEYBOARD["Buttons"].append(                 {                     "Columns": 6,                     "Rows": 1,                     "BgColor": '#4169E1',                     "BgMedia": None,                     "BgMediaType": None,                     "BgLoop": True,                     "ActionType": "reply",                     "ActionBody": text[i],                     "ReplyType": "message",                     "Text": text[i]                 }             )          message = KeyboardMessage(tracking_data='tracking_data', keyboard=KEYBOARD)         self.viber.send_messages(session['uid'], [message])   if __name__ == "__main__":     ViberSay(token)

Для лучшего понимая кода можно прочитать документацию по Flask и Viber API. Для того, чтобы веб-приложение заработало необходимо:

1. Cкопировать и вставить в код ваш токен от чат-бота

2. Правильно проинициализировать конфигурацию чат-бота

3. Указать верные настройки для подключения к базе данных

4. Установить вебхук (метод set_webhook) — та самая https ссылка из ngrok

А результат всей проделанной работы таков:

Заключение

Таким образом, данный проект реализует удалённый доступ к данным, которые контролируются АСУ ТП на базе ПЛК Siemens, через привычные интерфейс повседневного мессенджера. Доступность данных позволяет качественнее управлять технологическим процессом и анализировать его на более высоком уровне.

Буду рад увидеть комментарии читателей habr, и подчерпнуть для себя пользу в свежих взглядах со стороны.

Благодарю за то, что прочитали данную статью!