Master SCADA 4D. Gibt es ein Leben auf ARM?

Mit einer ausreichend großen Erfahrung im Bereich der industriellen Automatisierung sind wir ständig auf der Suche nach optimalen Lösungen für unsere Aufgaben. Je nach den technischen Anforderungen des Kunden mussten wir uns für eine bestimmte Software-Hardware-Basis entscheiden. Wenn es keine strengen Anforderungen an die Installation von Siemens-Geräten in Verbindung mit dem TIA-Portal gab, fiel die Wahl in der Regel auf MasterSCADA 3.XX. Doch nichts ist ewig unter dem Mond…

Über unsere Erfahrungen beim Umstieg auf MasterSCADA 4D, die Voraussetzungen und Besonderheiten ihres Betriebs auf Embedded-Computern mit ARM-Architektur im Folgenden dieser Artikel.

Vorbedingungen

Wir haben vor nicht allzu langer Zeit mit der Testung einer relativ neuen Entwicklung von Insat – MasterSCADA 4D – begonnen. Es gab mehrere Voraussetzungen dafür. Erstens haben wir mehrere unabhängige Umfragen unter Spezialisten im Bereich der industriellen Automatisierung durchgeführt, um herauszufinden, welche SCADA-Systeme am beliebtesten sind (Abbildung 1). Den Ergebnissen der Umfrage zufolge belegt das System MasterSCADA den ersten Platz unter den einheimischen Systemen.

Abbildung 1 — Ergebnisse der Umfrage zu den beliebtesten SCADA-Systemen (das Bild ist klickbar)

Eine zweite Voraussetzung könnte als… betrachtet werden.

Jetzt kommen wir direkt zu MasterSCADA 4D. Es besteht aus zwei Softwareprodukten, nämlich: einer Entwicklungsumgebung und einer Ausführungsumgebung. Über die Funktionsweise jeder dieser Teile sprechen wir weiter unten.

Entwicklungsumgebung

Das Projekt des Systems wird in der Entwicklungsumgebung MasterSCADA 4D erstellt, dafür muss eine kostenlose Version von der Website des Unternehmens Insat heruntergeladen und installiert werden, indem man den Anweisungen folgt.

Abbildung 2 — Benutzeroberfläche der Entwicklungsumgebung (das Bild ist klickbar)

Das erste, was ins Auge fällt, ist die angenehme Benutzeroberfläche der Entwicklungsumgebung und die übersichtliche hierarchische Struktur des Projekts. Jetzt kann man in einem Projekt nicht nur Programme für ARM erstellen, sondern auch für das gesamte Objekt, von der Steuerung bis hin zum Server oder Arbeitsplatz des Bedieners.

Die Entwicklungsumgebung läuft nur auf Windows-Betriebssystemen, was relativ vertraut und akzeptabel ist, während die Ausführungsumgebung (RunTime) positiv überrascht hat durch ihre Möglichkeit, sich in verschiedene Betriebssysteme und Prozessorarchitekturen zu integrieren, aber darüber später mehr.

Auch die umfangreiche Bibliothek von Visualisierungselementen hat gefallen. Spezialisten aus verschiedenen Bereichen werden Visualisierungselemente finden, ohne auf Zeichnungen oder die Suche nach Icons im Internet angewiesen zu sein.

Abbildung 3 — Visualisierungselemente (Bild anklickbar)

Kommunikationsprotokolle

Das System unterstützt verschiedene Treiber (Austauschprotokolle), die standardmäßig in MasterSCADA 4D integriert sind:

• Modbus TCP/RTU, RTU über TCP
• DCON
• OPC UA/DA/HDA
• IEC61850
• SNMP
• PostgreSQL
• MQTT
• IEC104
• MSSQL
• MySQL
• Merkur (separate Bibliothek) u.a.

Ausführungsumgebung

Die Ausführungsumgebung kann auf verschiedenen Betriebssystemen und Architekturen von Personalcomputern gestartet werden. Sie können das RunTime auch auf einem lokalen Computer starten; es wird zusammen mit der Entwicklungsumgebung installiert und funktioniert eine Stunde (oder 32 Tags) ohne Einschränkungen.

AntexGate Gerät

MasterSCADA Runtime ist als separate Option auf dem Embedded-PC AntexGate mit ARM-Prozessorarchitektur und Debian-Betriebssystem vorinstalliert. Wir werden die Tests an diesem Gerät durchführen.

Abbildung 4 — AntexGate Gerät

Spezifikationen:

• CPU: 4-Kern x64 ARM v8 Cortex-A53
• 1.2Mhz Arbeitsspeicher: LPDDR2 1024MB
• Nichtflüchtiger Speicher: 8/16/32GB eMMC

Weitere Informationen zum Gerät können gelesen werden hier.

Wir werden das Programm auf dem Ausführungsgerät starten. Zu diesem Zweck haben wir eine Umfrage und Steuerung des Geräts über das Modbus RTU-Protokoll erstellt. Der Prozess der Umfragekonfiguration ist intuitiv und ähnelt der Konfiguration eines vertrauten OPC-Servers. Derzeit sind jedoch Treiber für Datenübertragungsprotokolle im RunTime integriert.

Als Beispiel erstellen wir ein einfaches Projekt zur Steuerung von drei Pumpen und zwei Klappen, das für einen abstrakten Produktionsprozess erforderlich ist. In der Entwicklungsumgebung sieht es wie folgt aus, wie in Abbildung 5.

Abbildung 5 — Projekt in der Entwicklungsumgebung (Bild anklickbar)

Letztendlich haben wir ein einfaches Mnemogramm (Abbildung 6) erstellt, das in jedem Browser mit HTML5-Unterstützung funktioniert.

Abbildung 6 — Mnemogramm (GIF-Animation anklickbar)

Anzeigeoptionen für HMI-Informationen

Es besteht die Möglichkeit, sich über WEB mit der Ausführungsumgebung zu verbinden; diese Option schränkt uns nicht bei der Wahl des Clients zur Anzeige der Daten im Mnemogramm ein.
In unserem Fall sieht das Gerät die Ausgabe von Informationen über HDMI, Ethernet, 3G vor.
Beim Anschluss über HDMI greifen wir über den integrierten Browser in AntexGate auf LocalHost 127.0.0.1:8043 zu oder verbinden uns mit einer festen IP:8043-Adresse im Internet oder im lokalen Netzwerk des Unternehmens über einen anderen "Thin Client".

Abbildung 7 — Struktur der WEB-Überwachung (Bild ist klickbar)

Eine interessante Neuigkeit ist das lange erwartete MQTT-Protokoll, das normalerweise für die Überwachung entfernter Objekte in SCADA-Systemen fehlte.
Heutzutage hat jeder die Möglichkeit, einen kostengünstigen VDS-Server im Internet mit einer festen IP-Adresse zu erhalten (zum Beispiel den Server der Unternehmenswebsite) und darauf einen MQTT-Broker (zum Beispiel Mosquito) zu installieren.
Nachdem wir einen Server mit einem MQTT-Broker erhalten haben, können wir uns leicht von teuren Diensten des Anbieters abkoppeln — feste IP und jährlich 900 Rubel anstelle von 4000 Rubel für 3G-Verbindungen zahlen.

Abbildung 8 — Struktur der MQTT-Überwachung (Bild ist klickbar)

Eine solche Netzwerkstruktur ermöglicht nicht nur eine Einsparung des Datenverkehrs, sondern schützt auch die Daten, da die Datenübertragung über das Modbus TCP-Protokoll im Internet keine Sicherheit und Qualität der Verbindung garantiert.
So können Sie reproduzierbare Projekte verkaufen, bei denen der Kunde selbst den Internetanbieter wählt. Und niemand muss sich um die Konfiguration und Vergabe von IP-Adressen kümmern: Der Kunde kann jede SIM-Karte einlegen oder sich mit einem Router mit DHCP-Server verbinden.

Geschwindigkeit

Für das Projekt ist die Leistung entscheidend, dabei helfen uns sogenannte "Aufgaben". Standardmäßig hat jeder Knoten bei seiner Erstellung nur eine — die Hauptaufgabe. Der Projektentwickler kann so viele erstellen, wie für die Arbeit an einem bestimmten Projekt erforderlich sind. Die Berechnungsmerkmale, zum Beispiel der Berechnungszyklus, hängen von den Einstellungen der jeweiligen Aufgabe ab. Jede von ihnen wird unabhängig von anderen im Gerät arbeiten. Die Schaffung mehrerer Aufgaben ist sinnvoll, wenn unterschiedliche Berechnungszyklen für verschiedene Programme des Projekts sichergestellt werden müssen.

Diese Funktion ist besonders interessant für Geräte, die mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet sind. Jede "Aufgabe" wird als separater Prozess im System gestartet, und die Last verteilt sich gleichmäßig auf die Prozessorarbeit. Im AntexGate-Gerät ist ein ARM-Prozessor mit 4 Kernen zu 1,2 GHz und 1 GB RAM installiert, was es ermöglicht, mindestens 4 große Aufgaben zu erstellen und die Last auf die Kerne zu verteilen. Im Vergleich zu einer SPS kann das AntexGate-Gerät mindestens viermal mehr Rechenleistung zum gleichen Preis bieten.

Abbildung 9 — Auslastung der Rechenleistung von AntexGate im Ausführungsmodus (Bild anklickbar)

Wie aus Abbildung 9 hervorgeht, liegt die CPU-Auslastung bei maximal 2,5 %, und der Arbeitsspeicher beträgt nur 61 MB. Somit benötigt ein kleines Projekt im Ausführungsmodus sehr wenige eingebettete Ressourcen.
Das Gerät kann nicht nur als Steuerungseinheit, sondern bereits als vollwertiger Server mit der Abfrage von über 2000 Ein-/Ausgabepunkten und der Möglichkeit zur Unterstützung von mehr als 100 WEB-Clients verwendet werden.

Zur Veranschaulichung schließen wir 9 WEB-Clients an das Gerät an und beobachten den Fortschritt des Ressourcenverbrauchs (Abbildung 10).

Abbildung 10 — Auslastung der Rechenleistung von AntexGate bei Verbindung von 9 WEB-Clients (Bild anklickbar)

Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich ist, stieg die CPU-Auslastung im Durchschnitt von 2,5 % auf 6 %, während der Speicher nur um 3 MB erhöht wurde.
Dank des großen Überangebots an Rechenressourcen des Geräts ist es für die Entwickler nicht erforderlich, bei der Qualität des in MasterSCADA 4D erstellten Programms Kompromisse einzugehen.

Plattformunabhängigkeit

Es ist auch erwähnenswert, dass die betrachtete SCADA-System plattformübergreifend ist, was Integratoren eine enorme Auswahl an Plattformen zur Umsetzung ihrer Projekte bietet. Dank dieses Ansatzes ist der Wechsel zwischen Betriebssystemen oder PC-Architekturen sehr einfach.

Fazit

MasterSCADA 4D ist ein relativ neues Produkt der Firma Insat. Bis heute gibt es nicht so viele Informationen zur Arbeit mit diesem Softwareprodukt, wie man sich wünschen würde. Man kann jedoch die kostenlose Entwicklungsumgebung von der offiziellen Webseite des Unternehmens herunterladen; sie bietet eine sehr ausführliche Hilfe zur Nutzung des Programms.

Abbildung 11 — Hilfe-Fenster (Bild anklickbar)

Abschließend möchte ich sagen, dass dieser Artikel grundlegende Informationen über das Softwareprodukt MasterSCADA 4D enthält und vieles unerwähnt bleibt. Doch mit Ihrer Unterstützung werden wir detailliertere Beispiele und Lektionen zur Nutzung dieses Softwareprodukts veröffentlichen.

Ich würde mich freuen, in den Kommentaren zu erfahren, welche Fragen Sie am meisten interessieren. Die am häufigsten gestellten Fragen werden wir nach Möglichkeit in eine Lektion zur Erstellung von Projekten in MasterSCADA 4D umwandeln.

Quelle: habr.com