SCADA na Raspberry: mýtus nebo realita?

Zima se blíží. Programovatelné logické kontrolery (PLC) jsou postupně nahrazovány vestavěnými osobními počítači. To je způsobeno tím, že výkon počítačů umožňuje jednomu zařízení kombinovat funkce programovatelného kontroléru, serveru a (pokud má zařízení HDMI výstup) také automatizovaného pracovního místa operátora. Souhrn: Webový server, OPC část, databáze a APM v jednom těle, a to vše za cenu jednoho PLC.

V článku prozkoumáme možnosti využití takových vestavěných počítačů v průmyslu. Vezmeme jako základ zařízení založené na Raspberry Pi, postupně popíšeme proces instalace otevřeného bezplatného Open Source SCADA systému ruského vývoje — Rapid SCADA, a také vyvineme v něm projekt abstraktní kompresorové stanice, jejíž úkoly zahrnují dálkové ovládání kompresoru a tří ventilů, stejně jako vizualizaci technologického procesu výroby stlačeného vzduchu.

Hned si vyjasníme, že tuto úlohu lze řešit dvěma varianty. Zásadně se od sebe nijak neliší, otázka spočívá pouze v estetické a praktické části. Takže potřebujeme:

1.1 První varianta vyžaduje přímo Raspberry Pi 2/3/4, stejně jako USB konvertor na RS485 (takzvaný „čip“, který si lze objednat na Alliexpress).

Obrázek 1 — Raspberry Pi 2 a USB konvertor na RS485

1.2 Druhá varianta zahrnuje jakékoli hotové řešení založené na Raspberry, doporučené pro instalace v průmyslovém prostředí se zabudovanými RS485 porty. Například takové, jako na obrázku 2, na základě modulu Raspberry CM3+.

Obrázek 2 — Zařízení AntexGate

2. Zařízení s Modbus na několik ovládacích registrů;

3. PC na Windows pro konfiguraci projektu.

Fáze vývoje:

1. Část I. Instalace Rapid SCADA na Raspberry;
2. Část II. Instalace Rapid SCADA na Windows;
3. Část III. Vývoj projektu a jeho nahrání na zařízení;
4. Závěry.

Část I. Instalace Rapid SCADA na Raspberry

1. Vyplníme formuláře na webových stránkách Rapid Scada pro získání distribučního balíčku a stáhneme poslední verzi pro Linux.

2. Rozbalíme stažené soubory a zkopírujeme složku „scada“ do adresáře /opt zařízení.

3. Uložíme tři skripty ze složky „daemons“ do adresáře /etc/init.d

4. Poskytneme plný přístup třem složkám aplikace:

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. Děláme skripty spustitelné:

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

6. Přidáváme repozitář:

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. Instalujeme Mono .NET Framework:

sudo apt-get install mono-complete

8. Instalujeme Apache HTTP server:

sudo apt-get install apache2

9. Instalujeme další moduly:

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

10. Vytváříme odkaz na webovou aplikaci:

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

11. Z stáhnutého archivu v adresáři „apache“ kopírujeme soubor scada.conf do adresáře /etc/apache2/sites-available

sudo a2ensite scada.conf

12. Přecházíme na tuto cestu sudo nano /etc/apache2/apache2.conf a přidáváme následující na konec souboru:

Require all denied

13. Spouštíme skript:

sudo /opt/scada/svc_install.sh

14. Restartujeme Raspberry:

sudo reboot

15. Otevíráme webovou stránku:

http://IP-adresa zařízení/scada

16. V otevřeném okně zadáváme uživatelské jméno „admin“ a heslo „12345“.

Část II. Instalace Rapid SCADA na Windows

Instalace Rapid SCADA na Windows bude potřebná pro nastavení Raspberry a konfiguraci projektu. Teoreticky to lze dělat i na samotné maliné, ale v technické podpoře nám doporučili používat vývojové prostředí na Windows, protože zde to funguje správněji než na Linuxu.

Tak jdeme na to:

1. Aktualizujeme Microsoft .NET Framework na nejnovější verzi;
2. Stáhnout distribuce Rapid SCADA pro Windows a instalujeme v offline režimu;
3. Spouštíme aplikaci „Administrator“. V ní budeme vyvíjet samotný projekt.

Při vývoji je třeba věnovat pozornost některým aspektům:

1. Číslování registrů v tomto SCADA systému začíná s adresou 1, proto jsme museli zvýšit číslování svých registrů o jednu. V našem případě je to: 512+1 a tak dále:

Obrázek 3 — Číslování registrů v Rapid SCADA (obrázek je klikací)

2. Pro přeprogramování adresářů a správné nasazení projektu na operačním systému Linux je třeba v nastavení přejít na „Server“ -> „Obecné parametry“ a kliknout na tlačítko „Pro Linux“:

Obrázek 4 — Přeprogramování adresářů v Rapid SCADA (obrázek je klikací)

3. Určujeme port dotazování pro Modbus RTU tak, jak je určován v systému Linux zařízení. V našem případě je to /dev/ttyUSB0

Obrázek 5 — Přeconfigurování adresářů v Rapid SCADA (klikací obrázek)

Pokud máte nějaké dotazy, veškeré další instrukce k instalaci naleznete na webových stránkách společnosti nebo na jejich youtube kanálu.

Část III. Vývoj projektu a jeho nahrání na zařízení

Vývoj a vizualizace projektu probíhá přímo v prohlížeči. To není zcela obvyklé po desktopových SCADA systémech, ale je to určitě možné.

Rádi bychom vyzdvihli omezenou sadu vizualizačních prvků (obrázek 6). Mezi zabudované komponenty patří LED, tlačítko, přepínač, odkaz a ukazatel. Velkým plusem je, že tento SCADA systém podporuje dynamické obrázky a texty. Při minimálních znalostech grafických editorů (Corel, Adobe Photoshop atd.) je možné vytvářet vlastní knihovny obrázků, prvků a textur, a podpora GIF prvků umožní přidání animace do vizualizace technologického procesu.

Obrázek 6 — Nástroje editoru schémat v Rapid SCADA

Cílem tohoto článku nebylo podrobně popisovat krok za krokem proces grafického vytvoření projektu v Rapid SCADA. Proto se na tomto bodě nebudeme podrobně zastavovat. V prostředí vývojáře vypadá náš jednoduchý projekt "Systémy přívodu stlačeného vzduchu" kompresorové stanice takto (obrázek 7):

Obrázek 7 — Editor schémat v Rapid SCADA (klikací obrázek)

Dále nahráváme náš projekt na zařízení. K tomu uvedeme IP adresu zařízení pro přenos projektu nikoli na localhost, ale na náš vestavěný počítač:

Obrázek 8 — Nahrání projektu na zařízení v Rapid SCADA (klikací obrázek)

Nakonec jsme dosáhli něčeho podobného (obrázek 9). V levé části obrazovky jsou LED diody, které odrážejí stav práce celého systému (kompresoru) a také stav práce uzávěrů (otevřené nebo zavřené), a ve střední části obrazovky se nachází vizualizace technologického procesu s možností ovládání zařízení pomocí přepínačů. Při otevření určitého uzávěru se barva mění ze šedé na zelenou, jak samotného uzávěru, tak odpovídající trasy.

Obrázek 9 — Projekt kompresorové stanice (klikací GIF animace)

Zde můžete si stáhnout soubor tohoto projektu pro seznámení.

Na obrázku 10 je znázorněno, jak vypadá to, co jsme celkově vytvořili.

Obrázek 10 — SCADA systém na Raspberry

Závěry

Vznik mocných vestavěných průmyslových počítačů umožňuje rozšířit a doplnit funkčnost programovatelných logických kontrolérů. Instalace podobných SCADA systémů na nich může pokrýt úkoly malých výrob nebo technologických procesů. Pro větší úkoly s vyšším počtem uživatelů nebo zvýšenými požadavky na bezpečnost bude pravděpodobně nutné instalovat plnohodnotné servery, rozvaděče automatizace a běžné PLC. Nicméně pro střední a malé automatizace, jako jsou malé výrobní objekty, kotelny, čerpadlové stanice nebo inteligentní domy, se takové řešení jeví jako rozumné. Podle našich výpočtů jsou podobná zařízení vhodná pro úkoly až do 500 vstupně-výstupních bodů.

Pokud máte zkušenosti s kreslením v různých grafických editorech a nevadí vám, že budete muset sami vytvářet prvky mnemo schémat, je varianta s Rapid SCADA na Raspberry velmi optimální. Její funkce jako připraveného řešení je poněkud omezená, protože je to Open Source, ale i tak umožňuje pokrýt úkoly malého výrobního objektu. Takže pokud si připravíte šablony vizualizace, lze toto řešení použít pro integraci, pokud ne pro všechny, tak pro nějakou část vašich projektů.

Takže abyste pochopili, jak užitečné může být pro vás takové řešení na Raspberry a jak nahraditelné jsou vaše projekty Open Source SCADA systémy na Linuxu, vyvstává zcela rozumná otázka: jaké SCADA systémy používáte nejčastěji?

Pouze registrovaní uživatelé se mohou účastnit ankety. Přihlaste se, prosím.

Jaké SCADA systémy používáte nejčastěji?

• 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%Jiná varianta (odpověď v komentáři)20

Hlasovalo 51 uživatelů. Zdrželo se 33 uživatelů.

Zdroj: habr.com