SCADA на Raspberry: мит или реалност?

Зимата идва. На мястото на програмираните логически контролери (PLC) постепенно навлизат вградени персонални компютри. Това е свързано с мощността на компютрите, която позволява на едно устройство да обедини функционалността на програмиран контролер, сървър и (при наличие на HDMI изход) също и автоматизирано работно място на оператора. В крайна сметка: уебсървър, OPC част, база данни и АРМ в един корпус, всичко това на цената на един PLC.

В статията ще разгледаме възможността за приложение на такива вградени компютри в промишлеността. Ще вземем за основа устройство на база Raspberry Pi и поетапно ще опишем процеса на инсталиране на отворена безплатна Open Source SCADA система с руски произход — Rapid SCADA, а също така ще разработим в нея проект на абстрактна компресорна станция, чиято задача ще включва дистанционно управление на компресора и три вентила, както и визуализация на технологичния процес по производство на сгъстен въздух.

Първо, нека отбележим, че задачата може да бъде решена по два начина. Принципиално, те не се различават помежду си, а въпросът е само в естетическата и практическата основа. И така, необходимостите включват:

1.1 Първият вариант предвижда наличието на самия Raspberry Pi 2/3/4, както и наличието на USB конвертор за RS485 (т.нар. „праделник“, който може да се поръча от Aliexpress).

Фигура 1 — Raspberry Pi 2 и USB конвертор за RS485

1.2 Вторият вариант включва всяко готово решение на база Raspberry, препоръчано за инсталации в промишлени условия с вградени RS485 портове. Например, такова, като на Фигура 2, на база модула Raspberry CM3+.

Фигура 2 — Устройство AntexGate

2. Устройство с Modbus на няколко управляващи регистъра;

3. ПК с Windows за конфигуриране на проекта.

Етапи на разработка:

1. Част I. Инсталиране на Rapid SCADA на Raspberry;
2. Част II. Инсталиране на Rapid SCADA на Windows;
3. Част III. Разработка на проекта и зареждане на устройството;
4. Изводи.

Част I. Инсталиране на Rapid SCADA на Raspberry

1. Попълваме форма на сайта Rapid Scada, за да получим дистрибуцията и изтегляме последната версия за Linux.

2. Разархивираме изтеглените файлове и копираме папката „scada“ в директорията /opt на устройството.

3. Поставяме три скрипта от папката „daemons“ в директорията /etc/init.d

4. Даваме пълен достъп на трите папки на приложението:

sudo chmod -R ugo+rwx /opt/scada/ScadaWeb/config
sudo chmod -R ugo+rwx /opt/scada/ScadaWeb/log
sudo chmod -R ugo+rwx /opt/scada/ScadaWeb/storage

5. Правим права на выполнение скриптов:

sudo chmod +x /opt/scada/make_executable.sh
sudo /opt/scada/make_executable.sh

6. Добавляем репозиторий:

sudo apt install apt-transport-https dirmngr gnupg ca-certificates
sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-keys 3FA7E0328081BFF6A14DA29AA6A19B38D3D831EF
echo "deb https://download.mono-project.com/repo/debian stable-stretch main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mono-official-stable.list
sudo apt update

7. Устанавливаем Mono .NET Framework:

sudo apt-get install mono-complete

8. Устанавливаем Apache HTTP-сервер:

sudo apt-get install apache2

9. Устанавливаем дополнительные модули:

sudo apt-get install libapache2-mod-mono mono-apache-server4

10. Создаём ссылку на Web-приложение:

sudo ln -s /opt/scada/ScadaWeb /var/www/html/scada

11. Из скачанного архива в папке «apache» копируем файл scada.conf в директорията. /etc/apache2/sites-available

sudo a2ensite scada.conf

12. Переходим по этому пути sudo nano /etc/apache2/apache2.conf и добавляем следующее в конец файла:

Require all denied

13. Выполняем скрипт:

sudo /opt/scada/svc_install.sh

14. Перезагружаем Raspberry:

sudo reboot

15. Открываем веб-сайт:

http://IP-адрес устройства/scada

16. В открывшемся окне вводим логин "admin" и пароль "12345".

Часть II. Установка Rapid SCADA на Windows

Установка Rapid SCADA на Windows потребуется для настройки Raspberry и конфигурации проекта. В теории можно это делать и на самой малине, но в технической поддержке нам посоветовали использовать среду разработки на Windows, поскольку здесь она работает корректнее, чем на Linux.

И така, нека започнем:

1. Обновляем Microsoft .NET Framework до самой свежей версии;
2. Изтеглете дистрибуцията Rapid SCADA для Windows и устанавливаем в автономном режиме;
3. Запускаем приложение «Администратор». В нём мы будем разрабатывать сам проект.

При разработке необходимо обратить внимание на некоторые моменты:

1. Нумерация регистров в данной SCADA-системе начинается с 1 адреса, поэтому нам пришлось увеличить нумерацию своих регистров на единицу. В нашем случае это: 512+1 и так далее:

Рисунок 3 — Нумерация регистров в Rapid SCADA (картинка кликабельна)

2. Для перенастройки директорий и корректного развертывания проекта на операционной системе Linux, в настройках необходимо зайти в «Сервер» -> «Общие параметры» и нажать кнопку «Для Linux»:

Рисунок 4 — Перенастройка директорий в Rapid SCADA (картинка кликабельна)

3. Определяем порт опроса для Modbus RTU таким образом, как он определяется в системе Linux устройства. В нашем случае это /dev/ttyUSB0

Рис. 5 — Конфигуриране на директориите в Rapid SCADA (картината е кликаемa)

При възникване на въпроси, всички допълнителни инструкции за инсталиране могат да се получат на сайта на компанията или на техния youtube канал.

Част III. Разработка на проекта и неговото качване на устройството

Проектирането и визуализацията на проекта се извършват директно в браузъра. Това не е съвсем обичайно след десктоп SCADA системите, но напълно е приемливо.

По специално, бих искал да отбележа ограничен набор от елементи за визуализация (рис. 6). От вградените компоненти тук има светодиод, бутон, ключ, линк и указател. Но голямото предимство е, че тази SCADA система поддържа динамични изображения и текст. С минимални познания в графичните редактори (Corel, Adobe Photoshop и др.) можете да създавате собствени библиотеки от изображения, елементи и текстури, а поддръжката на GIF елементи ще позволи добавянето на анимация във визуализацията на технологичния процес.

Рис. 6 — Инструменти на редактора на схеми в Rapid SCADA

Целта на настоящата статия не беше да се описва стъпка по стъпка процесът на графично създаване на проект в Rapid SCADA. Затова няма да се спираме подробно на този пункт. В средата на разработчика нашият прост проект „Системи за подаване на сгъстен въздух“ на компресорната станция изглежда по следния начин (рис. 7):

Рис. 7 — Редактор на схеми в Rapid SCADA (картината е кликаемa)

След това качваме нашия проект на устройството. За целта посочваме IP адреса на устройството за предаване на проекта, а не на localhost, а на нашия вградена компютър:

Рис. 8 — Качване на проекта на устройството в Rapid SCADA (картината е кликаемa)

В резултат получихме нещо подобно (рис. 9). В лявата част на екрана са разположени светодиодите, отразяващи статуса на работа на цялата система (компресор), а също така статуса на работа на затворите (открити или затворени), а в централната част на екрана — визуализация на технологичния процес с възможност за управление на устройствата чрез ключове. При отваряне на определен затвор цветът преминава от сиво на зелено, както на самия затвор, така и на съответстващия му тръбопровод.

Рис. 9 — Проект на компресорната станция (GIF анимация е кликаемa)

Тук можете да изтеглите файла на този проект за запознаване.

На изображението 10 е показано как изглежда това, което получихме.

Фигура 10 — SCADA система на Raspberry

Изводи

Появата на мощни вградени индустриални компютри позволява разширяване и допълване на функционалността на програмируемите логически контролери. Инсталирането на подобни SCADA системи на тях може да покрие нуждите на малко производство или технологичен процес. За по-големи задачи с повече потребители или по-високи изисквания за безопасност, вероятно ще се наложи инсталирането на пълноценни сървъри, автоматизационни шкафове и обичайни PLC. Все пак, за точки на средна и малка автоматизация, например в малки производствени сгради, котли, помпи или интелигентен дом, подобно решение изглежда разумно. По нашите изчисления, такива устройства са подходящи за задачи до 500 точки за въвеждане-извеждане на данни.

Ако имате опит в рисуването в различни графични редактори и не ви притеснява, че ще трябва самостоятелно да създавате елементи на мнемосхеми, вариантът с Rapid SCADA на Raspberry е много оптимален. Неговата функционалност като готово решение е донякъде ограничена, понеже е Open Source, все пак тя позволява да се покрият нуждите на малки производствени сгради. Затова, ако подготвите шаблони за визуализация, напълно можете да използвате това решение за интеграция, дори ако не за всички, то за част от вашите проекти.

Следователно, за да разберете колко полезно може да бъде за вас подобно решение на Raspberry и колко заменяеми са вашите проекти с Open Source SCADA системи на Linux, възниква напълно разумен въпрос: с какви SCADA системи най-често работите?

Само регистрирани потребители могат да участват в анкетата. Влезте, моля.

С какви SCADA системи най-често работите?

• 35.2%SIMATIC WinCC (TIA Portal)18

• 7.8%Intouch Wonderware4

• 5.8%Trace mode3

• 15.6%CoDeSys8

• 0%Genesis0

• 3.9%PcVue Solutions2

• 3.9%Vijeo Citect2

• 17.6%Master SCADA9

• 3.9%iRidium mobile2

• 3.9%Simple-Scada2

• 7.8%Rapid SCADA4

• 1.9%AggreGate SCADA1

• 39.2%Друг вариант (отговор в коментарите)20

Гласували 51 потребител. Въздържали се 33 потребителя.

Източник: habr.com