Díky rozsáhlým zkušenostem v oblasti průmyslové automatizace neustále hledáme optimální řešení našich výzev. V závislosti na technických specifikacích zákazníka jsme se často rozhodli pro konkrétní hardwarovou a softwarovou platformu. Pokud neexistovaly přísné požadavky na instalaci zařízení Siemens ve spojení s TIA portálem, byla MasterSCADA 3.XX obvykle volbou. Nic však netrvá věčně...
Přečtěte si o mých zkušenostech s přechodem na MasterSCADA 4D, jeho předpokladech a specifikách jeho provozu na vestavěných počítačích s architekturou ARM.
Pozadí
Nedávno jsme začali testovat relativně nový vývoj společnosti Insat, MasterSCADA 4D. Důvodů bylo několik. Nejprve jsme provedli několik nezávislých průzkumů mezi specialisty na průmyslovou automatizaci, abychom zjistili, které SCADA systémy jsou nejoblíbenější (obrázek 1). Podle výsledků průzkumu se MasterSCADA umístila na prvním místě mezi domácími systémy.
Obrázek 1 – Výsledky průzkumu nejoblíbenějších systémů SCADA (klikatelný obrázek)
Druhý předpoklad lze považovat...
Nyní se přesuňme k samotnému MasterSCADA 4D. Ten se skládá ze dvou softwarových produktů: vývojového prostředí a běhového prostředí. Každou z těchto komponent si probereme níže.
Vývojové prostředí
Systémový projekt se vytváří ve vývojovém prostředí MasterSCADA 4D. K tomu je třeba si stáhnout bezplatnou verzi z webových stránek Insat a nainstalovat ji podle pokynů.
Obrázek 2 – Rozhraní vývojového prostředí (klikatelný obrázek)
První věc, která upoutá pozornost, je uživatelsky přívětivé rozhraní vývojového prostředí a pohodlná hierarchická struktura tvorby projektu. Nyní můžete v jednom projektu vytvořit program nejen pro pracovní stanici, ale pro celé zařízení, od řídicí jednotky až po server nebo operátorskou pracovní stanici.
Vývojové prostředí funguje pouze na OS Windows, to je relativně známé a snesitelné, ale běhové prostředí (RunTime) mile překvapilo svou schopností integrace do různých operačních systémů a architektur procesorů, ale o tom později.
Potěšila mě také rozsáhlá knihovna vizualizačních prvků. Profesionálové z různých oborů si tak budou moci najít vizualizační prvky, aniž by je museli kreslit nebo hledat ikony online.
Obrázek 3 – Vizualizační prvky (klikatelný obrázek)
Komunikační protokoly
Systém podporuje různé ovladače (výměnné protokoly), které jsou standardně integrovány do MasterSCADA 4D:
- Modbus TCP/RTU, RTU přes TCP
- DCON
- OPC UA/DA/HDA
- IEC61850
- SNMP
- PostgreSQL
- MQTT
- IEC104
- MSSQL
- MySQL
- Merkur (samostatná knihovna) a další.
Běhové prostředí
Runtime prostředí lze spustit na různých operačních systémech a architekturách osobních počítačů. RunTime lze spustit i na lokálním počítači. Instaluje se spolu s vývojovým prostředím a pracuje hodinu (nebo 32 proměnných) bez omezení.
Zařízení AntexGate
MasterSCADA Runtime je předinstalován jako samostatná volba na vestavěném počítači AntexGate s architekturou procesoru a operačním systémem ARM. Debian, provedeme na tomto zařízení testy.
Obrázek 4 — Zařízení AntexGate
Vlastnosti:
- CPU: 4jádrový x64 ARM v8 Cortex-A53
- 1.2 MHz RAM: LPDDR2 1024 MB
- Energeticky nezávislá paměť: 8/16/32GB eMMC
Více si o zařízení můžete přečíst .
Spusťme program ve výkonném zařízení. V tomto příkladu jsme vytvořili systém pro dotazování a řízení zařízení pomocí protokolu Modbus RTU. Proces nastavení dotazování je intuitivní a do jisté míry podobný nastavení známého OPC serveru. RunTime však nyní obsahuje vestavěné ovladače protokolů pro výměnu dat.
Jako příklad si vytvořme jednoduchý projekt pro řízení tří čerpadel a dvou ventilů, které jsou potřebné pro abstraktní výrobní proces. Ve vývojovém prostředí to vypadá jako na obrázku 5.
Obrázek 5 – Projekt ve vývojovém prostředí (klikatelný obrázek)
Výsledkem byl jednoduchý mnemotechnický diagram (obrázek 6), který funguje v jakémkoli prohlížeči podporujícím HTML5.
Obrázek 6 – Mnemotechnický diagram (animace GIF je klikatelná)
Možnosti zobrazení informací na HMI
K běhovému prostředí je možné se připojit přes WEB; tato možnost nás neomezuje ve výběru klienta pro zobrazení dat na mnemotechnickém diagramu.
V našem případě zařízení poskytuje informační výstup přes HDMI, Ethernet a 3G.
Při připojení přes HDMI přistupujeme k LocalHost 127.0 0.1:8043 prostřednictvím vestavěného prohlížeče v AntexGate, nebo se připojujeme k pevné adrese IP:8043 na internetu nebo v lokální síti podniku pomocí jiného „tenkého klienta“.
Obrázek 7 — Struktura WEB monitoringu (klikatelný obrázek)
Zajímavým vývojem byl dlouho očekávaný protokol MQTT, který tradičně chyběl pro monitorování vzdálených objektů v systémech SCADA.
Dnes si kdokoli může pořídit levný VDS server na internetu s pevnou IP adresou (například server firemních webových stránek) a nasadit na něj MQTT Brokera (například Mosquito).
Pořízením jednoho serveru s MQTT brokerem se můžeme snadno zbavit drahých pevných IP služeb operátora a platit 900 rublů ročně místo 4 000 rublů za 3G komunikaci.
Obrázek 8 – Struktura monitorování MQTT (klikatelný obrázek)
Tento návrh sítě nejen ušetří provoz, ale také zabezpečí data, protože přenos dat protokolem Modbus TCP přes internet nezaručuje bezpečnost a kvalitu komunikace.
Takto můžete prodávat opakovaně použitelné projekty, kde si klient vybere vlastního poskytovatele internetu. A nikdo se nemusí starat o nastavování a přidělování IP adres: klient jednoduše vloží libovolnou SIM kartu nebo se připojí k routeru s DHCP serverem.
Rychlost výkonu
Výkon je pro projekt prvořadý a takzvané „úkoly“ nám toho pomohou dosáhnout. Ve výchozím nastavení má každý uzel při vytvoření pouze jeden – primární úkol. Vývojář projektu jich může pro konkrétní projekt vytvořit tolik, kolik potřebuje. Výpočetní funkce, jako je výpočetní cyklus, budou záviset na nastavení každého úkolu. Každý úkol bude na zařízení fungovat nezávisle na ostatních. Vytvoření více úloh je vhodné, pokud je nutné podporovat různé výpočetní cykly pro různé programy v projektu.
Tato funkce je obzvláště užitečná pro zařízení s vícejádrovým procesorem. Každý „úkol“ běží v systému jako samostatný proces a zátěž je rovnoměrně rozložena mezi procesor. Zařízení AntexGate je vybaveno procesorem ARM se čtyřmi jádry o frekvenci 1.2 GHz a 1 GB RAM, což mu umožňuje vytvořit alespoň čtyři velké úlohy a rozložit zátěž mezi jádra. Ve srovnání s PLC dokáže zařízení AntexGate poskytnout alespoň čtyřnásobný výpočetní výkon za stejnou cenu.
Obrázek 9 – Načítání výpočetních možností AntexGate v běhovém režimu (klikatelný obrázek)
Jak je vidět z obrázku 9, využití CPU nepřesahuje 2,5 % a je alokováno pouze 61 MB paměti. Tento malý projekt tedy za běhu spotřebovává jen velmi málo vestavěných zdrojů.
Zařízení lze použít nejen jako kontrolér, ale také jako plnohodnotný server s dotazováním více než 2000 vstupních/výstupních bodů a možností podpory více než 100 webových klientů.
Například připojme k zařízení 9 webových klientů a podívejme se na průběh spotřeby zdrojů (obrázek 10).
Obrázek 10 — Načtení výpočetní kapacity AntexGate při připojení 9 webových klientů (klikatelný obrázek)
Jak je vidět z výše uvedeného obrázku, využití CPU se v průměru zvýšilo z 2,5 % na 6 %, zatímco alokace paměti se zvýšila pouze o 3 MB.
Díky velkým výpočetním zdrojům zařízení nemusí vývojář šetřit na kvalitě programu vytvořeného v MasterSCADA 4D.
Cross-platform
Rád bych také zdůraznil multiplatformní povahu uvažovaného SCADA systému, která integrátorům poskytuje široký výběr platforem pro realizaci jejich projektů. Tento přístup velmi usnadňuje přepínání mezi operačními systémy nebo architekturami PC.
Závěr
MasterSCADA 4D je relativně nový produkt od společnosti Insat. V současné době není k dispozici tolik informací o tom, jak tento software používat, kolik by si člověk přál. Z oficiálních webových stránek společnosti si však můžete stáhnout bezplatné vývojové prostředí, které obsahuje velmi podrobnou nápovědu.
Obrázek 11 – Okno nápovědy (klikatelný obrázek)
Závěrem bych rád zdůraznil, že tento článek poskytuje pouze úvodní informace o softwaru MasterSCADA 4D a mnoho věcí ponechává nedořečených. S vaší podporou však zveřejníme podrobnější příklady a návody k používání tohoto softwaru.
Rádi si v komentářích vyslechneme vaše nejčastější otázky. Pokud to bude možné, proměníme je v tutoriál o vytváření projektů v MasterSCADA 4D.
Zdroj: www.habr.com
