Mit umfangreicher Erfahrung im Bereich der industriellen Automatisierung sind wir ständig auf der Suche nach optimalen Lösungen für unsere Herausforderungen. Je nach technischem Auftrag des Kunden war es notwendig, eine bestimmte Software-Hardware-Basis zu wählen. Und 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...
In diesem Artikel erfahren Sie von meinen Erfahrungen mit dem Übergang zu MasterSCADA 4D, den Hintergründen und den Besonderheiten seiner Nutzung auf eingebetteten Computern der ARM-Architektur.
Voraussetzungen
Wir haben vor kurzem mit dem Test einer relativ neuen Entwicklung von Insat – MasterSCADA 4D – begonnen. Es gab mehrere Gründe dafür. Erstens haben wir eine Reihe von unabhängigen Umfragen unter Fachleuten 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 inländischen Systemen.
Abbildung 1 – Ergebnisse der Umfrage zu den beliebtesten SCADA-Systemen (Bild ist klickbar)
Eine zweite Voraussetzung könnte als… betrachtet werden.
Nun kommen wir direkt zu MasterSCADA 4D. Es besteht aus zwei Softwareprodukten, nämlich: der Entwicklungsumgebung und der Ausführungsumgebung. Über die Funktionsweise jeder dieser Teile werden wir weiter unten sprechen.
Entwicklungsumgebung
Das Projekt des Systems wird in der Entwicklungsumgebung MasterSCADA 4D erstellt, dazu ist es notwendig, die kostenlose Version auf der Website des Unternehmens Insat herunterzuladen und zu installieren, indem man den Anweisungen folgt.
Abbildung 2 — Benutzeroberfläche der Entwicklungsumgebung (Bild ist klickbar)
Das erste, was auffällt — ist die ansprechende Benutzeroberfläche der Entwicklungsumgebung und die benutzerfreundliche hierarchische Struktur zur Erstellung des Projekts. Jetzt kann man in einem einzigen Projekt nicht nur ein Programm für die APM erstellen, sondern auch für das gesamte Objekt, vom Controller bis hin zum Server oder zum Arbeitsplatz des Operators.
Die Entwicklungsumgebung läuft nur auf Windows-Betriebssystemen, was relativ vertraut und akzeptabel ist, während die Ausführungsumgebung (RunTime) positiv überrascht hat mit der Möglichkeit, sich in verschiedene Betriebssysteme und Prozessorarchitekturen zu integrieren, aber dazu später mehr.
Die umfangreiche Bibliothek von Visualisierungselementen hat mich ebenfalls beeindruckt. Fachleute aus verschiedenen Bereichen werden passende Visualisierungselemente finden, ohne Zeichnen oder das Suchen von Icons im Internet durchführen zu müssen.
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 (eine separate Bibliothek) u.a.
Ausführungsumgebung
Die Ausführungsumgebung kann auf verschiedenen Betriebssystemen und Architekturen von Personalcomputern ausgeführt werden. Das RunTime kann auch auf der lokalen Maschine gestartet werden, 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. Die Tests werden auf diesem Gerät durchgeführt.
Abbildung 4 – AntexGate Gerät
Technische Daten:
- CPU: 4-Kern x64 ARM v8 Cortex-A53
- 1,2 MHz Arbeitsspeicher: LPDDR2 1024 MB
- Nichtflüchtiger Speicher: 8/16/32 GB eMMC
Weitere Informationen zu dem Gerät finden Sie hier. .
Wir starten das Programm auf dem Ausführungsgerät. Zum Beispiel haben wir eine Umfrage und die Steuerung des Geräts über das Modbus RTU-Protokoll erstellt. Der Einrichtungsprozess für die Umfrage ist intuitiv und ähnelt der Konfiguration eines gewohnten OPC-Servers. Tatsächlich sind derzeit in RunTime Treiber für Protokolle zum Datenaustausch integriert.
Als Beispiel erstellen wir ein einfaches Projekt zur Steuerung von drei Pumpen und zwei Absperrventilen, das für einen abstrakten Produktionsprozess erforderlich ist. In der Entwicklungsumgebung sieht es wie folgt aus, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5 – Projekt in der Entwicklungsumgebung (Bild ist klickbar)
Schließlich haben wir ein einfaches Mnemonschema (Abbildung 6) erstellt, das in jedem Browser mit HTML5-Unterstützung funktioniert.
Abbildung 6 – Mnemonschema (GIF-Animation ist klickbar)
Anzeigeoptionen für die HMI-Informationen
Es besteht die Möglichkeit, sich über das WEB mit der Laufzeitumgebung zu verbinden. Diese Option schränkt die Auswahl des Clients zur Anzeige der Daten im Mnemonschema nicht ein.
In unserem Fall ist auf dem Gerät eine Ausgabe von Informationen über HDMI, Ethernet und 3G vorgesehen.
Bei der Verbindung über HDMI greifen wir über den eingebauten Browser in AntexGate auf LocalHost 127.0.0.1:8043 zu oder verbinden uns über eine feste IP-Adresse:8043 im Internet oder im Unternehmensnetzwerk mit einem anderen "Thin Client".
Abbildung 7 — Struktur der WEB-Überwachung (Bild ist anklickbar)
Eine interessante Neuheit ist das lang 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 (z.B. Mosquito) bereitzustellen.
Mit einem Server, der über einen MQTT-Broker verfügt, können wir uns leicht von teuren Betreiberdiensten — wie einer festen IP — lösen und jährlich nur 900 Rubel statt 4000 Rubel für 3G-Daten bezahlen.
Abbildung 8 — Struktur der MQTT-Überwachung (Bild ist anklickbar)
Eine solche Netzwerkstruktur ermöglicht nicht nur Einsparungen beim Datenverkehr, sondern schützt auch die Daten, da die Datenübertragung über das Modbus TCP-Protokoll im Internet keine Sicherheit und Qualität der Verbindung garantiert.
So haben Sie die Möglichkeit, skalierbare Projekte anzubieten, bei denen der Kunde selbst seinen Internetanbieter wählt. Damit entfällt der Aufwand für die Einrichtung und Zuweisung von IP-Adressen: Der Kunde kann einfach jede SIM-Karte einlegen oder sich mit einem Router, der über einen DHCP-Server verfügt, verbinden.
Leistung
Für das Projekt ist die Leistung entscheidend, und hierbei helfen uns die sogenannten „Aufgaben“. Standardsmäßig hat jeder Knoten bei seiner Erstellung nur eine – die Hauptaufgabe. Der Projektentwickler kann so viele Aufgaben erstellen, wie für die spezifische Projektarbeit erforderlich sind. Die Besonderheiten der Berechnung, wie beispielsweise der Berechnungszyklus, hängen von den Einstellungen der jeweiligen Aufgabe ab. Jede dieser Aufgaben arbeitet unabhängig von den anderen im Gerät. Es ist sinnvoll, mehrere Aufgaben zu erstellen, wenn unterschiedliche Berechnungszyklen für verschiedene Programme des Projekts benötigt werden.
Diese Funktion ist besonders interessant für Geräte, die mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet sind. Jede „Aufgabe“ wird als separater Prozess im System gestartet, wodurch die Last gleichmäßig auf die Kerne des Prozessors verteilt wird. Das AntexGate-Gerät ist mit einem ARM-Prozessor mit 4 Kernen zu je 1,2 GHz und 1 GB RAM ausgestattet, was es ermöglicht, mindestens 4 große Aufgaben zu erstellen und die Last auf die Kerne zu verteilen. Im Vergleich zu SPS kann das AntexGate-Gerät mindestens 4-mal mehr Rechenleistung zum gleichen Preis bieten.
Abbildung 9 – Auslastung der Rechenleistung des AntexGate im Ausführungsmodus (das Bild ist klickbar)
Wie in Abbildung 9 zu sehen ist, liegt die CPU-Auslastung bei maximal 2,5 %, und es sind lediglich 61 MB RAM belegt. Somit verbraucht ein kleines Projekt im Ausführungsmodus nur sehr wenig integrierte Ressourcen.
Das Gerät kann nicht nur als Steuerelement verwendet werden, sondern auch als vollwertiger Server, der mehr als 2000 Ein- und Ausgangspunkte abfragen und über 100 WEB-Clients unterstützen kann.
Zum Beispiel schließen wir 9 WEB-Clients an das Gerät an und sehen uns den Fortschritt des Ressourcenverbrauchs an (Abbildung 10).
Abbildung 10 – Auslastung der Rechenkapazitäten von AntexGate bei der 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 %, und der Arbeitsspeicher wurde um nur 3 MB erhöht.
Dank des großen Spielraums an Rechenressourcen hat der Entwickler keinen Grund, bei der Qualität der in MasterSCADA 4D erstellten Software zu sparen.
Plattformunabhängigkeit
Es ist auch erwähnenswert, dass die betrachtete SCADA-Lösung plattformübergreifend ist, was den Integratoren eine riesige Auswahl an Plattformen für die Umsetzung ihrer Projekte bietet. Durch diesen Ansatz gestaltet sich der Wechsel zwischen Betriebssystemen oder PC-Architekturen sehr einfach.
Fazit
MasterSCADA 4D ist ein relativ neues Produkt des Unternehmens Insat. Derzeit gibt es nicht so viele Informationen zur Nutzung dieses Softwareprodukts, wie man sich wünschen würde. Allerdings kann man die kostenlose Entwicklungsumgebung von der offiziellen Website des Unternehmens herunterladen; sie enthält sehr detaillierte Hinweise zur Nutzung des Programms.
Abbildung 11 – Fenster der Hilfe (Bild anklickbar)
Abschließend möchten wir darauf hinweisen, dass dieser Artikel grundlegende Informationen über die Software MasterSCADA 4D enthält, aber viel ungesagt bleibt. Mit Ihrer Unterstützung werden wir jedoch detailliertere Beispiele und Tutorials zur Nutzung dieser Software herausgeben.
Wir würden uns freuen, in den Kommentaren zu erfahren, welche Fragen Sie besonders interessieren. Die häufigsten Fragen werden wir nach Möglichkeit in ein Tutorial zur Erstellung von Projekten in MasterSCADA 4D umwandeln.
Quelle: habr.com
