Der Winter naht. Programmierbare Logiksteuerungen (PLCs) werden allmĂ€hlich von eingebetteten Personalcomputern abgelöst. Dies liegt daran, dass die Rechenleistung der Computer es einem GerĂ€t ermöglicht, die Funktionen eines programmierbaren Controllers, eines Servers und (bei Vorhandensein eines HDMI-Ausgangs) sogar einen automatisierten Arbeitsplatz fĂŒr den Operator zu integrieren. Insgesamt: Web-Server, OPC-Komponente, Datenbank und APM in einem einzigen GehĂ€use, und das alles zum Preis eines PLC.
In diesem Artikel betrachten wir die Möglichkeiten des Einsatzes solcher eingebetteten Computer in der Industrie. Wir nehmen ein GerĂ€t basierend auf dem Raspberry Pi als Grundlage, beschreiben schrittweise den Installationsprozess des kostenlosen Open Source SCADA-Systems der russischen Entwicklung â Rapid SCADA â und entwickeln darin ein Projekt fĂŒr eine abstrakte Kompressorstation, die die Aufgaben umfassen soll, den Kompressor und drei Ventile aus der Ferne zu steuern und den teknologiellen Prozess der Herstellung von Druckluft zu visualisieren.
Wir möchten gleich klarstellen, dass die Aufgabe auf zwei Arten gelöst werden kann. Prinzipiell unterscheiden sie sich nicht voneinander, es geht nur um Àsthetische und praktische Aspekte. Also, wir benötigen:
1.1 Die erste Variante erfordert das Raspberry Pi 2/3/4 selbst sowie einen USB-Converter fĂŒr RS485 (so genannte âSticksâ, die man bei Alliexpress bestellen kann).
Abbildung 1 â Raspberry Pi 2 und USB-Converter fĂŒr RS485
1.2 Die zweite Variante umfasst jede fertige Lösung auf Basis des Raspberry, die fĂŒr Installationen in industriellen Umgebungen mit integrierten RS485-Ports empfohlen wird. Zum Beispiel wie in Abbildung 2, basierend auf dem Modul Raspberry CM3+.
Abbildung 2 â GerĂ€t AntexGate
2. GerĂ€t mit Modbus fĂŒr mehrere Steuerregister;
3. PC mit Windows zur Projektkonfiguration.
Entwicklungsphasen:
Teil I. Installation von Rapid SCADA auf Raspberry
1. Registrieren Sie sich auf der Rapid SCADA-Website, um das Distributionspaket zu erhalten und die neueste Version fĂŒr Linux herunterzuladen.
2. Entpacken Sie die heruntergeladenen Dateien und kopieren Sie den Ordner âscadaâ in das Verzeichnis /opt des GerĂ€ts.
3. Legen Sie drei Skripte aus dem Ordner âdaemonsâ in das Verzeichnis /etc/init.d
4. GewÀhren Sie vollen Zugriff auf die drei Anwendungsverzeichnisse:
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/storage5. Machen Sie die Skripte ausfĂŒhrbar:
sudo chmod +x /opt/scada/make_executable.sh
sudo /opt/scada/make_executable.sh6. FĂŒgen Sie das Repository hinzu:
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 update7. Installieren Sie das Mono .NET Framework:
sudo apt-get install mono-complete8. Installieren Sie den Apache HTTP-Server:
sudo apt-get install apache29. Installieren Sie zusÀtzliche Module:
sudo apt-get install libapache2-mod-mono mono-apache-server410. Erstellen Sie einen Link zur Web-Anwendung:
sudo ln -s /opt/scada/ScadaWeb /var/www/html/scada11. Kopieren Sie die Datei aus dem heruntergeladenen Archiv im Ordner âapacheâ scada.conf in das Verzeichnis /etc/apache2/sites-available
sudo a2ensite scada.conf12. Gehen Sie zu diesem Pfad sudo nano /etc/apache2/apache2.conf und fĂŒgen Sie Folgendes am Ende der Datei hinzu:
Require all denied13. FĂŒhren Sie das Skript aus:
sudo /opt/scada/svc_install.sh14. Starten Sie Raspberry neu:
sudo reboot15. Ăffnen Sie die Webseite:
http://IP-Adresse des GerÀts/scada16. Geben Sie im geöffneten Fenster den Benutzernamen ein "admin" und das Passwort "12345".
Teil II. Installation von Rapid SCADA unter Windows
Die Installation von Rapid SCADA unter Windows ist erforderlich, um Raspberry zu konfigurieren und das Projekt einzurichten. Theoretisch kann dies auch direkt auf dem Raspberry durchgefĂŒhrt werden, aber der technische Support hat uns geraten, die Entwicklungsumgebung unter Windows zu verwenden, da sie hier stabiler funktioniert als unter Linux.
Fangen wir an:
- Aktualisieren Sie das Microsoft .NET Framework auf die neueste Version;
- Wir laden herunter Rapid SCADA fĂŒr Windows und installieren Sie es im Offline-Modus;
- Starten Sie die Anwendung âAdministratorâ. In dieser werden wir das Projekt entwickeln.
Bei der Entwicklung sollten einige Punkte beachtet werden:
1. Die Nummerierung der Register in diesem SCADA-System beginnt mit der Adresse 1, weshalb wir unsere Register um eins erhöhen mussten. In unserem Fall ist das: 512+1 und so weiter:
Abbildung 3 â Nummerierung der Register in Rapid SCADA (Bild anklickbar)
2. Um die Verzeichnisse umzustellen und das Projekt korrekt auf dem Betriebssystem Linux bereitzustellen, mĂŒssen Sie in den Einstellungen zu âServerâ -> âAllgemeine Parameterâ gehen und die SchaltflĂ€che âFĂŒr Linuxâ drĂŒcken:
Abbildung 4 â Umstellung der Verzeichnisse in Rapid SCADA (Bild anklickbar)
3. Bestimmen Sie den Abfragetyp fĂŒr Modbus RTU entsprechend der Art, wie er im Linux-System des GerĂ€ts ermittelt wird. In unserem Fall ist das /dev/ttyUSB0
Abbildung 5 â Neuordnung von Verzeichnissen in Rapid SCADA (klickbares Bild)
Bei Fragen können alle zusÀtzlichen Installationsanleitungen auf oder auf deren .
Teil III. Entwicklung des Projekts und Upload auf das GerÀt
Die Entwicklung und Visualisierung des Projekts erfolgt direkt im Browser. Dies ist nicht ganz gewöhnlich im Vergleich zu Desktop-SCADA-Systemen, hat aber durchaus seine Berechtigung.
Besonders hervorzuheben ist die begrenzte Auswahl an Visualisierungselementen (Abbildung 6). Zu den integrierten Komponenten gehören hier eine LED, ein Knopf, ein Schalter, ein Link und ein Zeiger. Ein groĂer Vorteil ist jedoch, dass dieses SCADA-System dynamische Bilder und Texte unterstĂŒtzt. Mit minimalen Kenntnissen in Grafikeditoren (Corel, Adobe Photoshop usw.) kann man eigene Bibliotheken fĂŒr Bilder, Elemente und Texturen erstellen, und die UnterstĂŒtzung von GIF-Elementen ermöglicht es, Animationen in die Visualisierung des technologischen Prozesses einzufĂŒgen.
Abbildung 6 â Werkzeuge des Schemeditors in Rapid SCADA
Ziel dieses Artikels war es nicht, den Prozess der grafischen Erstellung eines Projekts in Rapid SCADA Schritt fĂŒr Schritt zu erlĂ€utern. Daher werden wir an diesem Punkt nicht weiter darauf eingehen. In der Entwicklermilieu sieht unser einfaches Projekt âLuftdrucksystemâ der Kompressoranlage wie folgt aus (Abbildung 7):
Abbildung 7 â Schemeditor in Rapid SCADA (klickbares Bild)
Als NĂ€chstes laden wir unser Projekt auf das GerĂ€t hoch. Dazu geben wir die IP-Adresse des GerĂ€ts an, um das Projekt nicht auf localhost, sondern auf unseren Embedded-Computer zu ĂŒbertragen:
Abbildung 8 â Hochladen des Projekts auf das GerĂ€t in Rapid SCADA (klickbares Bild)
Am Ende haben wir etwas Ăhnliches erhalten (Abbildung 9). Auf der linken Seite des Bildschirms befinden sich LEDs, die den Status des gesamten Systems (Kompressor) sowie den Status der Absperrventile (offen oder geschlossen) anzeigen, und in der Mitte des Bildschirms findet die Visualisierung des technologischen Prozesses mit der Möglichkeit zur Steuerung der GerĂ€te ĂŒber Schalter statt. Wenn ein bestimmtes Absperrventil geöffnet wird, Ă€ndert sich die Farbe sowohl des Ventils als auch der entsprechenden Leitung von grau auf grĂŒn.
Abbildung 9 â Projekt der Kompressoranlage (klickbare GIF-Animation)
Sie können die Datei dieses Projekts zu Ihrer Information herunterladen.
Abbildung 10 zeigt, wie das Endresultat insgesamt aussieht.
Abbildung 10 â SCADA-System auf Raspberry
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Das Erscheinen leistungsstarker eingebetteter Industriecomputer ermöglicht die Erweiterung und ErgĂ€nzung der FunktionalitĂ€t von speicherprogrammierbaren Steuerungen. Die Installation solcher SCADA-Systeme kann die Aufgaben kleinerer Produktionen oder technologischer Prozesse abdecken. FĂŒr gröĂere Aufgaben mit einer hohen Anzahl von Benutzern oder erhöhten Sicherheitsanforderungen ist es wahrscheinlich notwendig, vollstĂ€ndige Server, AutomatisierungsschrĂ€nke und gewohnte SPS zu installieren. FĂŒr Stellen mit mittlerer und kleiner Automatisierung, wie kleine ProduktionsgebĂ€ude, Heizkraftwerke, Pumpen oder Smart Homes, erscheint eine solche Lösung jedoch sinnvoll. Nach unseren Berechnungen eignen sich solche GerĂ€te fĂŒr Aufgaben bis zu 500 Daten-Eingabe-/Ausgabepunkten.
Wenn Sie Erfahrung im Zeichnen mit verschiedenen Grafikeditoren haben und es Ihnen nichts ausmacht, dass Sie die Elemente der Mnemogramme selbst erstellen mĂŒssen, dann ist die Option mit Rapid SCADA auf Raspberry sehr optimal. Ihre FunktionalitĂ€t als fertige Lösung ist etwas eingeschrĂ€nkt, da es sich um Open Source handelt, jedoch ist sie in der Lage, die BedĂŒrfnisse eines kleinen ProduktionsgebĂ€udes abzudecken. Wenn Sie also Vorlagen zur Visualisierung vorbereiten, können Sie diese Lösung durchaus fĂŒr die Integration, wenn nicht aller, so doch eines Teils Ihrer Projekte verwenden.
Um zu verstehen, wie nĂŒtzlich eine solche Lösung auf Raspberry fĂŒr Sie sein kann und inwieweit Ihre Projekte durch Open Source SCADA-Systeme auf Linux ersetzt werden können, stellt sich eine berechtigte Frage: Welche SCADA-Systeme nutzen Sie am hĂ€ufigsten?
Nur registrierte Benutzer können an der Umfrage teilnehmen. .
Welche SCADA-Systeme nutzen Sie am hÀufigsten?
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%Eine andere Option (Antwort im Kommentar)20
51 Benutzer haben abgestimmt. 33 Benutzer haben sich enthalten.
Quelle: habr.com
