Moim celem podstawowym było stworzenie urządzenia które umożliwi tani – zdalny dostęp do maszyny za pomocą Internetu. Na rynku istnieją rozwiązania które umożliwiają taki dostęp, jednak ich cena zaczyna się od 3 tyś. złotych i nie rzadko jest obwarowana dodatkowymi ograniczeniami, na przykład: limit transferu, dodatkowe opłaty cykliczne.
Celem niniejszej publikacji jest wyjaśnienie w sposób najbardziej przyjazny, jak skonfigurować Raspberry Pi 3 do pracy jako urządzenie umożliwiające zdalny dostęp do PLC za pomocą Internetu, cena tego rozwiązania to około 150zł.
Nie potrzeba tu jakiejś tajemnej wiedzy z dziedziny informatyki, wszystko zostanie omówione w poszczególnych krokach.
Zapraszam do zapoznania się z niniejszym poradnikiem 😊
CO BĘDZIE POTRZEBNE?
Cały poradnik będzie się opierał na połączeniu ze sterownikiem SIEMENS s7-1200 poprzez oprogramowanie TIA Portal, co nie oznacza że nie będzie to wszystko działać z innymi platformami sterowników.A więc wymieńmy co nam potrzeba:
- Raspbery PI 3 – można dostać na allegro za około 139zł lub w innych sklepach elektronicznych.
- Laptop z TIA Portal V14/15 i połączniem z Internetem
- Sterownik PLC firmy SIEMENS – S7-1200 lub S7-1500
- Kabel LAN
- Karta SD 8GB lub większą
- Zasilacz 5v z wtyczką MicroUSB
- Oprogramowanie które będziemy musieli sobie pobrać – o tym w następnym rozdziale.
- Chęci 😊
Cały system polega na tym by na Raspberry (nazywanym dalej RPI) postawić serwer SoftEther i połączyć się z tym serwerem za pomocą klienta zainstalowanego na twoim laptopie z oprogramowaniem TIA Portal.
POBIERAMY OPROGRAMOWANIE
Aby rozpocząć przygodę z niniejszym poradnikiem, będziemy potrzebować oprogramowania które jest dostępne za darmo w Internecie.Co tak naprawdę będziemy potrzebować:
Najnowszą wersję systemu operacyjnego dla RPI. Pobierzemy go na stronie https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ należy pobrać „Raspbian Stretch with desktop” bezpośrednio lub poprzez klienta torrent (szybsze rozwiązanie).
Program do sporządzenia karty pamięci z naszym systemem dla RPI: https://etcher.io/ pobieramy najnowszą wersję programu Ether, który w 3 krokach sporządzi nam kartę micro SD z systemem dla RPI
Program PuTTY – Jest to terminal za pomocą którego skonfigurujemy naszą RPI: https://the.earth.li/~sgtatham/putty/latest/w64/putty-64bit-0.70-installer.msi
SoftEther Client – który zainstalujemy na komputerze z naszym TIA Portal. Aby go pobrać, wchodzimy na stronę: http://www.softether-download.com/en.aspx i zaznaczamy pola wyboru tak jak na poniższej ilustracji:
Pobieramy oprogramowanie klikając na „SoftEther VPN Client (Ver 4.25, Build 9656, rtm)”, następnie instalujemy na naszym laptopie z TIA Portal.Instalator zapyta – jakie oprogramowanie chcemy zainstalować, wybieramy „SoftEther VPN Client”.
Do konfiguracji klienta wrócimy w dalszej części poradnika, po pomyślnym skonfigurowaniu RPI.
PRZYGOTOWANIE KARTY SD DLA RPI
Kolejnym krokiem jest przygotowanie karty pamięci SD z systemem operacyjnym dla RPI.
Procedura jest prosta i sprowadza się do uruchomienia programu Ether, który pobraliśmy wcześniej oraz postepowania zgodnie z zaleceniami programu.
Najpierw musimy rozpakować pobrane archiwum z plikiem obrazu systemu operacyjnego „2017-11-29-raspbian-stretch”, wypakuje nam się plik obrazu systemu „2017-11-29-raspbian-stretch.img”.
Wkładamy kartę SD do czytnika w komputerze (innych metod nie będę opisywał gdyż praktycznie każdy obecnie laptop posiada czytnik kart SD, istnieje też możliwość skorzystania ze Smartfona jako czytnika kard SD).Uruchamiamy program Ether, klikamy na „Select image” następnie wskazujemy rozpakowany plik .img. W kolejnym kroku wybieramy naszą kartę SD z listy dostępnych napędów (lub zostanie wybrana automatycznie). Klikamy przycisk „Flash”.Po zakończeniu zapisywania karty, mamy gotowy nośnik z systemem operacyjnym, następnym krokiem będzie ustawienie stałego adresu IP karty sieciowej RPI, aby ustawić należy:
- Wyjąć i ponownie włożyć kartę SD do czytnika
- Wchodzimy na partycję „boot” nośnika SD i odszukujemy plik cmdline.txt
- Edytujemy plik i odszukujemy frazę „rootwait” następnie wstawiamy za nią tekst „ip=192.168.0.111” aby wyglądało to tak jak poniżej
- Zapisujemy plik
Kolejnym krokiem będzie utworzenie pustego pliku o nazwie „ssh” bez rozszerzenia i umieszczenie w głównym katalogu partycji „boot” karty SD. Czynność ta odblokuje nam połączenie SSH z RPI, jest to niezbędne.
Możemy utworzyć plik ssh.txt w notatniku, następnie zmienić nazwę za pomocą konsoli cmd i polecenia:
ren ssh.txt ssh
KONFIGURACJA PLC
Aby nawiązać połączenie zdalne z naszym sterownikiem PLC, musimy nadać mu stały adres IP. Ja zazwyczaj ustawiam dla sterowników PLC adres 192.168.0.10 (jeden PLC w maszynie) i taki sobie ustawimy.
Otwieramy TIA Portal, tworzymy nowy projekt, dodajemy nasz sterownik PLC, klikamy na „Device configuration” następnie ustawiamy adres IP i maskę podsieci jak poniżej.
Ładujemy “Hardware configuration” do sterownika PLC.
To wszystko jeżeli chodzi o PLC.
PODŁĄCZAMY RPI DO LAPTOPA
Aby rozpocząć zabawę z konfiguracją RPI, musimy najpierw podłączyć urządzenie do laptopa za pomocą kabla LAN
Niezbędne będzie też ustawienie stałego adresu IP naszej karty sieciowej laptopa. Aby ustawić, przechodzimy do właściwości naszego interfejsu sieciowego i na karcie ustawień protokołu IPV4 ustawiamy stałe IP: 192.168.0.230 oraz maskę podsieci: 255.255.255.0
Nie będę się szczegółowo rozpisywać (krok po kroku) na temat tego jak to dokładnie zrobić, ponieważ każdy automatyk programista powinien posiadać tą umiejętność. Jest to bezdyskusyjnie wiedza podstawowa.
INSTALUJEMY PuTTY
Aby zainstalować PuTTY, uruchamiamy wcześniej przez nas pobrany plik instalacyjny.
Program nie wymaga żadnej konfiguracji wstępnej.
KONFIGURUJEMY NASZĄ RPI
W pierwszym kroku konfiguracji musimy nawiązać połączenie z Internetem przez naszą RPI.
- Uruchamiamy program PuTTY, ustawiamy połączenie z RPI. Adres IP naszej RPI to 192.168.0.111, zaznaczamy protokół SSH po czym klikamy przycisk „Open”
- Potwierdzamy ostrzeżenie o dostępie
- W oknie terminala wprowadzamy dane logowania do RPI, nazwa użytkownika „pi”, hasło „raspberry”
Po poprawnym zalogowaniu ujrzymy tekst powitalny i znak zachęty konsoli Linuxa.
Aby rozpocząć konfigurację podnosimy uprawnienia wpisując:
sudo su
Każdą komendę potwierdzamy naciśnięciem przycisku ENTER. Za pomocą klawiszy strzałek możemy wracać do poprzednio wpisanych komend.
Wpisujemy:
sudo raspi-config
Uruchomi nam się narzędzie konfiguracji RPI jak na poniższym obrazku
Wybieramy opcję 2 (Network Options) następnie N2 Wi-FI.
Konfigurator poprosi o wpisanie nazwy SSID naszego punktu dostępowego Wi-FI. Wpisujemy SSID (u mnie to „FunBox2-5A62” następnie potwierdzamy klawiszem ENTER.
W tym momencie konfigurator zapyta nas o hasło do naszego punku dostępu. Wpisujemy hasło i zatwierdzamy.
Za pomocą tabulatora przechodzimy do przycisku <Finish> i zatwierdzamy. Wróciliśmy do linii komend.
Aby sprawdzić nasze połączenie z Internetem wpisujemy w linii komend RPI:
ping www.google.com
Jeżeli połączenie odbyło się poprawnie, powinniśmy otrzymać odpowiedź jak poniżej:
Zatrzymać testowanie możemy wciskając klawisze CTRL+C.
Możemy też sprawdzić bieżące ustawienia interfejsów sieciowych za pomocą polecenia:
ifconfig
Interesują nas ustawienia interfejsów:
- eth0 – podstawowa karta sieciowa
- wlan0 – podstawowa karta wi-fi
Kolejnym krokiem będzie ustawienie stałego IP dla karty sieciowej RPI. Co prawda przy okazji preparowania karty SD ustawiliśmy ten adres w pliku cmdline.txt, jednaj nie jest to polecany sposób na konfiguracje statycznego adresu dla interfejsu sieciowego eth0.
Aby ustawić statyczny adres naszej karty sieciowej, musimy edytować plik „dhcpcd.conf” za pomocą edytora „Nano”.
Wpisujemy:
sudo nano /etc/dhcpcd.conf
Za pomocą klawisza strzałki w dół przewijamy na koniec pliku, następnie uzupełniamy o następujące 2 linijki:
interface eth0
inform 192.168.0.111
Powinno to wyglądać tak:
Aby zapisać i zamknąć wciskamy klawisze CTRL+X następnie klawisz Y po czym naciskamy ENTER aby potwierdzić zapisanie pliku. Ponownie jesteśmy w linii komend RPI.
INSTALUJEMY SERVER VPN NA RPI
Możemy rozpocząć instalację oraz konfigurację serwera SoftEther VPN na naszym mini komputerku.
Musimy najpierw zdobyć link do pobrania serwera, aby go zdobyć wchodzimy na znaną nam już stronę http://www.softether-download.com/en.aspxNa stronie wybieramy kolejno:
- Select Software – SoftEther VPN (Freeware)
- Select Component – SoftEther VPN Server
- Select Platform – Linux
- Select CPU – ARM EABI (32 bit)
Klikamy prawym przyciskiem na „SoftEther VPN Server (Ver 4.25, Build 9656, rtm)” i wybieramy „Kopiuj adres linku”
Kolejnym krokiem będzie użycie komendy „wget” w linii komend RPI w celu pobrania pliku serwera SoftEther. A więc wpisujemy wget i klikamy prawy przycisk myszy aby wkleić link, całość powinna wyglądać tak:
wget http://www.softether-download.com/files/softether/v4.25-9656-rtm-2018.01.15-tree/Linux/SoftEther_VPN_Server/32bit_-_ARM_EABI/softether-vpnserver-v4.25-9656-rtm-2018.01.15-linux-arm_eabi-32bit.tar.gz
Po potwierdzeniu klawiszem ENTER rozpocznie się pobieranie pliku archiwum z naszym serwerem. Po pobraniu wpisujemy komendę „ls” i naciskamy ENTER (komenda „ls” wyświetli nam zawartość bieżącego folderu).
Widzimy nasz pobrany plik „softether-vpnserver……… itd.”, musimy go rozpakować za pomocą komendy „tar” a więc wpisujemy w linii komend:
tar -xzvf softether-vpnserver-v4.25-9656-rtm-2018.01.15-linux-arm_eabi-32bit.tar.gz
Aby to zrobić łatwo, wpisujemy najpierw „tar -xzvf” następnie zaznaczamy za pomocą myszki całą nazwę pliku i klikamy prawy przycisk myszy. Nazwa pliku automatycznie wstawi się za komendą. Możemy też ręcznie wpisać całą nazwę pliku.
W wyniku działania komendy, zostanie utworzony podkatalog „vpnserver” a wszystkie pliki i katalogi z pliku archiwum zostaną do niego rozpakowane.
Kolejną czynnością jaką musimy wykonać będzie wykonanie instalacji SoftEther Server. Przechodzimy więc do nowego podkatalogu używając komendy:
cd vpnserver
Następnie używamy komendy:
make
Program najpierw poprosi nas o potwierdzenie licencji, aby tego dokonać wciskamy klawisz 1, następnie ENTER. potwierdzamy też zapoznanie się z zasadami licencji GPL wciskając klawisz 1, następnie ENTER. W kolejnym kroku ponownie wciskamy klawisz 1, następnie ENTER.
Musimy teraz przenieść folder „vpnserver” do katalogu /usr/local/. Najpierw cofamy się do poprzedniego folderu wpisując komendę:
cd ../
Następnie za pomocą komendy „mv” przenosimy katalog:
mv vpnserver /usr/local/
Przechodzimy do nowej lokalizacji za pomocą komendy:
cd /usr/local/vpnserver
Zmieniamy zezwolenia dostępu do wszystkich plików w katalogu:
sudo chmod 600 *
Następnie do „vpncmd” i „vpnserver”:
sudo chmod 700 vpncmd vpnserver
Uruchamiamy program „vpncmd” wpisując:
./vpncmd
Wybieramy opcję 3 następnie wpisujemy „exit” i potwierdzamy za pomocą klawisza ENTER.
W tym momencie utworzone zostały niezbędne pliki konfiguracyjne serwera VPN. Oraz działaniem aplikacji potwierdziliśmy poprawną jej instalację. W kolejnych częściach poradnika będziemy używać konsoli VPNCMD w celu konfiguracji serwera VPN.
Kolejnym naszym krokiem będzie skonfigurowanie automatycznego uruchamiania usługi serwera podczas startu urządzenia. W tym celu utworzymy specjalny skrypt, umożliwiający uruchamianie, zatrzymanie oraz restart usługi serwera.
Tworzymy plik skryptu używając notatnika Nano. W tym celu wpisujemy w linii komend:
sudo nano /etc/init.d/vpnserver
Następnie wklejamy do nowo utworzonego pliku poniższy skrypt:
#!/bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides: softether-vpnserver
# Required-Start: $network $remote_fs $syslog
# Required-Stop: $network $remote_fs $syslog
# Should-Start: network-manager
# Should-Stop: network-manager
# X-Start-Before: $x-display-manager gdm kdm xdm wdm ldm sdm nodm
# X-Interactive: true
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Short-Description: SoftEther VPN service
### END INIT INFO
# chkconfig: 2345 99 01
# description: SoftEther VPN Server
DAEMON=/usr/local/vpnserver/vpnserver
LOCK=/var/lock/vpnserver
test -x $DAEMON || exit 0
case „$1” in
start)
$DAEMON start
touch $LOCK
;;
stop)
$DAEMON stop
rm $LOCK
;;
restart)
$DAEMON stop
sleep 3
$DAEMON start
;;
*)
echo „Usage: $0 {start|stop|restart}”
exit 1
esac
exit 0
Zapisujemy plik wciskając klawisze CTRL+X, następnie klawisz Y po czym potwierdzamy zapis klawiszem ENTER.Mamy już gotowy skrypt uruchamiający usługę, w kolejnej części poradnika nadamy mu uprawnienia, zarejestrujemy oraz przetestujemy jego działanie.
Nadajemy uprawnienia dla naszego skryptu poleceniem „chmod”:
sudo chmod 755 /etc/init.d/vpnserver
Testujemy uruchomienie naszej usługi wpisując:
sudo /etc/init.d/vpnserver start
Jeżeli wszystko przebiegło pomyślnie, otrzymamy komunikat „The SoftEther VPN Server service has ben started”.
Następnie testujemy opcję zatrzymania usługi:
sudo /etc/init.d/vpnserver stop
Po czym restartujemy serwer:
sudo /etc/init.d/vpnserver restart
Kolejnym krokiem będzie dowiązanie naszego skryptu do listy skryptów startowych, w tym celu wpisujemy w linię komend:
sudo update-rc.d vpnserver defaults
W tym momencie mamy zainstalowany i gotowy do użycia serwer VPN. W kolejnym rozdziale przeprowadzimy konfigurację naszego serwera.
Poniżej screenshot z rezultatów wykonania powyższych komend.
Proszę nie brać pod uwagę 4 i 3 linijki od dołu, za pierwszym razem wprowadziłem ostatnią komendę z pełną ścieżką do skryptu, co nie jest właściwe – mój mały błąd 😊
KONFIGURUJEMY SERWER VPN
W tym rozdziale dokonamy konfiguracji serwera VPN. Nie jest to jakieś bardzo skomplikowane i nie powinno nikomu sprawić większych trudności.
Uruchamiamy najpierw linię komend serwera VPN, w tym celu wpisujemy w linię komend RPI:
sudo /usr/local/vpnserver/vpncmd
Wybieramy opcję 1, potwierdzamy klawiszem ENTER.
Konfigurator serwera zapyta nas o „Hostname of IP Address of Destination”, nic nie wpisujemy i po prostu wciskamy klawisz ENTER. Następnie konfigurator zapyta nas o nazwę HUB-a, nie mamy jeszcze HUB-a więc po raz kolejny nie wpisując nic, potwierdzamy klawiszem ENTER.
W tym momencie konfigurator poinformuje nas że mamy uprawnienia administratora oraz ustawi znak zachęty w wierszu poleceń – po „VPN Server>”.
Najpierw ustawimy sobie hasło administratora, w tym celu wpisujemy komendę:
ServerPasswordSet
Po czym dwukrotnie wprowadzamy swoje hasło administratora. Będzie wprowadzać to hasło za każdym razem gdy uruchomimy konfigurator VPNCMD.
W kolejnym kroku tworzymy swój HUB wpisując:
HubCreate VPN
Po potwierdzeniu klawiszem ENTER, będziemy musieli jeszcze wprowadzić hasło do nasze HUB-a a następnie go potwierdzić. Możemy ustawić te same hasło co hasło do serwera które ustawialiśmy powyżej.
Wybieramy nasz nowo utworzony HUB wpisując:
Hub VPN
Odblokowujemy obsługę IPSec wpisując:
IPSecEnable
Trzykrotnie potwierdzamy wpisując słowo „yes” i potwierdzając klawiszem ENTER. Na pozostałe 2 pytania konfiguratora odpowiadamy wpisują VPN.
Musimy utworzyć użytkownika który będzie miał dostęp do naszego HUB-a nazwanego VPN z poziomu klienta SoftEther zainstalowanego na naszym laptopie z TIA Portal.
Aby utworzyć wpisujemy:
UserCreate
Następnie wpisujemy nazwę użytkownika (nazwę sobie notujemy ponieważ będzie nam ona potrzebna podczas konfiguracji połączenia z serwerem)Po wprowadzeniu nazwy użytkownika musimy kilka razy nacisnąć klawisz ENTER aby potwierdzić pozostałe opcje konfiguracji użytkownika.
Tworzymy też hasło dla konta użytkownika wpisując komendę:
UserPasswordSet
Po zatwierdzeniu wprowadzamy nazwę naszego użytkownika oraz dwukrotnie wpisujemy nowe hasło dla naszego użytkownika (ja ustawiłem takie same hasło jak do serwera).
Kolejnym bardzo ważnym krokiem będzie odblokowanie usługi VpnAzure. Dzięki niej będziemy mogli łączyć się z nasza maszyną z każdego miejsca na świecie, nasz serwer otrzyma unikatowy – stały adres.
Wpisujemy więc komendę:
VpnAzureSetEnable YES
Sprawdzamy status połączenia z chmurą wpisując komendę:
VpnAzureGetStatus
W wyniku zatwierdzenia polecenia otrzymujemy dane na temat połączenia z chmurą:
Notujemy sobie adres naszego serwera (u mnie to vpn642071699.vpnazure.net)
Jeżeli wszystko działa jak należy, ujrzymy 2x YES w statusach i nasz adres serwera w przeciwnym wypadku należy sprawdzić czy mamy połączenie z internetem za pomocą polecenia „ping”, które wpisujemy w linii komend RPI po wyjściu z linii komend serwera VPN za pomocą komendy „exit”.
Ostatnią czynnością jaką wykonamy będzie skonfigurowanie mostu z kartą sieciową RPI.
Wpisujemy więc komendę:
BridgeCreate
Po zatwierdzeniu wprowadzamy nazwę naszego HUB-a i nazwę naszego interfejsu sieciowego LAN (eth0).
I to wszystko! Nasz serwer został skonfigurowany. Opuszczamy linię komend serwera spisując komendę „exit” i potwierdzając klawiszem ENTER, następnie restartujemy RPI wpisując komendę w linii komend RPI:
sudo reboot
KONFIGURACJA KLIENTA VPN
Na naszym laptopie uruchamiamy klienta „SoftEther VPN Client Manager” (ikona na pulpicie oraz w tray)
Klikamy „Add VPN Connection”
Wprowadzamy w polu „Setting name” nazwę naszego połączenia, w polu „Host Name” wpisujemy adres naszego serwera RPI, w polu „Virtual Hub Name” wpisujemy nazwę naszego HUB-a (VPN), w polu „User name” nazwę użytkownika którą wcześniej utworzyliśmy oraz hasło do konta.
Na końcu wybieramy wirtualną kartę sieciową „Virtual Network Adapter to Use” i naciskamy przycisk OK.
Ostatnim krokiem będzie ustawienie stałego IP wirtualnej karty sieciowej na 192.168.0.112 oraz maski podsieci 255.255.255.0
I już możemy połączyć się z naszym RPIklikając prawym przyciskiem myszy na nazwę naszego połączenia i wybierającopcję „Connect”
POŁĄCZENIE Z PLC
Aby połączyć się z naszym sterownikiem za pośrednictwem RPI wchodzimy w „Online & Diagnostics” w TIA Portal, wybieramy kartę sieciowa za pomocą której łączymy się z Internetem i klikamy przycisk „Go online”:
Po chwili TIA Portal połączy się z naszym sterownikiem.
Podsumowanie
Rozwiązanie z zastosowaniem RPI ma dwa ograniczenia: nie wyszukamy sterownika z nie skonfigurowanym adresem IP oraz nie będziemy mogli wyszukiwać urządzeń korzystając z zakładki „Online access”.
Nie zauważyłem innych niedogodności związanych z połączeniem oraz obsługą.
Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie aby podłączyć do RPI modem GSM i skorzystać z tej opcji połączenia z Internetem. postaram się w przyszłości napisać poradnik – jak skonfigurować modem USB (Huawei E3131) z RPI.
Jeżeli któryś z czytelników ma jakieś uwagi do niniejszego poradnika – proszę wiadomość na adres: sebastian.pawlus@hotmail.com
UWAGA! Autor poradnika nie ponosi żadnej odpowiedzialności za jakiekolwiek straty materialne i niematerialne, związane z nieprawidłowym działaniem urządzenia, które zostało skonfigurowane zgodnie z powyższym poradnikiem.
Wszystkie punkty poradnika zostały potwierdzone fizycznie podczas jego tworzenia.
Pozdrawiam,
inż. Sebastian Pawlus
Zobacz też:
