Der Winter naht. Anstelle von programmierbaren Logiksteuerungen (PLCs) kommen zunehmend eingebettete Personal Computer zum Einsatz. Dies liegt daran, dass die Rechenleistung von Computern es einem GerĂ€t ermöglicht, die FunktionalitĂ€t eines programmierbaren Controllers, eines Servers und (bei Vorhandensein eines HDMI-Ausgangs) sogar eines automatisierten ArbeitsplĂ€tzen eines Operators zu vereinen. Zusammengefasst: Web-Server, OPC-Komponente, Datenbank und APM in einem einzigen GehĂ€use â und das alles zum Preis eines PLC.
In diesem Artikel betrachten wir die Möglichkeit der Anwendung solcher eingebetteten Computer in der Industrie. Wir nehmen ein GerĂ€t auf Basis des Raspberry Pi und skizzieren schrittweise den Installationsprozess des kostenlosen, auf Open Source basierenden SCADA-Systems aus Russland â Rapid SCADA. AuĂerdem entwickeln wir darin ein Projekt fĂŒr eine abstrakte Kompressorstation, die das entfernte Management des Kompressors und dreier Ventile sowie die Visualisierung des technologischen Prozesses der Luftdruckerzeugung umfasst.
Um gleich vorweg klarzustellen: Die Aufgabe kann auf zwei Arten gelöst werden. GrundsĂ€tzlich unterscheiden sich die beiden AnsĂ€tze nicht, es geht eher um die Ăsthetik und praktische Umsetzung. Also, was wir benötigen:
1.1 Die erste Option umfasst den Raspberry Pi 2/3/4 sowie einen USB-Converter fĂŒr RS485 (auch als âSchwanzâ bezeichnet, der ĂŒber Aliexpress bestellt werden kann).
Abbildung 1 â Raspberry Pi 2 und USB-Converter fĂŒr RS485
1.2 Die zweite Option umfasst jede fertige Lösung auf Basis von Raspberry, die fĂŒr Installationen unter industriellen Bedingungen mit integrierten RS485-Ports empfohlen wird. Zum Beispiel so, wie in Abbildung 2, basierend auf dem Modul Raspberry CM3+.
Abbildung 2 â AntexGate GerĂ€t
2. Ein GerĂ€t mit Modbus fĂŒr mehrere Steuerregister;
3. Ein PC mit Windows zur Projektkonfiguration.
Entwicklungsphasen:
Teil I. Installation von Rapid SCADA auf dem Raspberry
1. FĂŒllen Sie das Formular aus auf der Rapid Scada-Website, um das Distributionspaket zu erhalten, und laden Sie die neueste Version fĂŒr Linux herunter.
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 drei Ordner der Anwendung:
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/storageâ 5. Machen Sie die Skripte ausfĂŒhrbar:
sudo chmod +x /opt/scada/make_executable.sh
sudo /opt/scada/make_executable.shâ 6. 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 updateâ 7. Installieren Sie das Mono .NET Framework:
sudo apt-get install mono-completeâ 8. Installieren Sie den Apache HTTP-Server:
sudo apt-get install apache2â 9. Installieren Sie zusĂ€tzliche Module:
sudo apt-get install libapache2-mod-mono mono-apache-server4â 10. Erstellen Sie einen Link zur Webanwendung:
sudo ln -s /opt/scada/ScadaWeb /var/www/html/scadaâ 11. Kopieren Sie die Datei aus dem heruntergeladenen Archiv im Ordner âapacheâ scada.conf in das Verzeichnis /etc/apache2/sites-available
sudo a2ensite scada.confâ 12. Gehen Sie zu diesem Pfad sudo nano /etc/apache2/apache2.conf und fĂŒgen Sie Folgendes am Ende der Datei hinzu:
Require all deniedâ 13. FĂŒhren Sie das Skript aus:
sudo /opt/scada/svc_install.shâ 14. Starten Sie Raspberry neu:
sudo rebootâ 15. Ăffnen Sie die Webseite:
http://IP-Adresse des GerĂ€tes/scadaâ 16. Geben Sie im geöffneten Fenster den Benutzernamen "admin" und das Passwort "12345".
Teil II. Installation von Rapid SCADA auf Windows
Die Installation von Rapid SCADA auf Windows ist erforderlich, um den Raspberry einzurichten und das Projekt zu konfigurieren. Theoretisch kann das auch direkt auf dem Raspberry erfolgen, aber der technische Support hat uns geraten, die Entwicklungsumgebung unter Windows zu nutzen, da sie hier zuverlÀssiger arbeitet als auf Linux.
Also, lassen Sie uns beginnen:
- Aktualisieren Sie das Microsoft .NET Framework auf die neueste Version;
- Laden Sie die Datei herunter. Laden Sie Rapid SCADA fĂŒr Windows herunter und installieren Sie es offline;
- Starten Sie die Anwendung âAdministratorâ. Hier werden wir das Projekt entwickeln.
Bei der Entwicklung sollten Sie auf einige Punkte achten:
1. Die Nummerierung der Register in diesem SCADA-System beginnt mit der Adresse 1, weshalb wir die Nummerierung unserer Register um eins erhöhen mussten. In unserem Fall betrÀgt dies: 512+1 und so weiter:
Abbildung 3 â Nummerierung der Register in Rapid SCADA (Bild ist anklickbar)
2. Um die Verzeichnisse korrekt neu zu konfigurieren und das Projekt unter dem Betriebssystem Linux bereitzustellen, mĂŒssen Sie in den Einstellungen unter âServerâ -> âAllgemeine Parameterâ die SchaltflĂ€che âFĂŒr Linuxâ drĂŒcken:
Abbildung 4 â Neuordnung der Verzeichnisse in Rapid SCADA (Bild ist anklickbar)
3. Bestimmen Sie den Abfrageport fĂŒr Modbus RTU so, wie er im System Linux des GerĂ€ts festgelegt ist. In unserem Fall ist das /dev/ttyUSB0
Abbildung 5 â Neuordnung der Verzeichnisse in Rapid SCADA (Bild ist anklickbar)
Bei Fragen sind alle zusÀtzlichen Installationsanweisungen unter oder auf deren .
Teil III. Projektentwicklung und -ĂŒbertragung auf das GerĂ€t
Die Entwicklung und Visualisierung des Projekts erfolgt direkt im Browser. Dies ist nach den Desktop-SCADA-Systemen etwas ungewohnt, hat jedoch durchaus seine Berechtigung.
Besonders hervorzuheben ist das limitierte Set an Visualisierungselementen (siehe Abbildung 6). Zu den eingebauten Komponenten gehören hier eine LED, ein Button, ein Schalter, ein Link und ein Zeiger. Ein groĂer Vorteil dieser SCADA-Lösung ist die UnterstĂŒtzung von dynamischen Bildern und Texten. Mit Grundkenntnissen in Grafikbearbeitungsprogrammen (Corel, Adobe Photoshop usw.) können eigene Bilder, Elemente und Texturen erstellt werden, und die UnterstĂŒtzung von GIF-Elementen ermöglicht es, Animationen in die Visualisierung des technologischen Prozesses einzufĂŒgen.
Abbildung 6 â Werkzeuge des Schema-Editors in Rapid SCADA
Im Rahmen dieses Artikels war es nicht das Ziel, den grafischen Erstellungsprozess eines Projekts in Rapid SCADA Schritt fĂŒr Schritt zu betrachten. Daher werden wir an diesem Punkt nicht nĂ€her darauf eingehen. In der Entwicklerumgebung sieht unser einfaches Projekt "Luftkompressorsystem" folgendermaĂen aus (siehe Abbildung 7):
Abbildung 7 â Schema-Editor in Rapid SCADA (Bild klickbar)
Danach 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 ProjektĂŒbertragung auf das GerĂ€t in Rapid SCADA (Bild klickbar)
Insgesamt sieht unser Ergebnis folgendermaĂen aus (siehe Abbildung 9). Auf der linken Seite des Bildschirms befinden sich Leuchtdioden, die den Status des gesamten Systems (des Kompressors) sowie den Status der Ventile (offen oder geschlossen) widerspiegeln. In der Mitte des Bildschirms erfolgt die Visualisierung des technologischen Prozesses mit der Möglichkeit, die GerĂ€te ĂŒber Schalter zu steuern. Wenn ein Ventil geöffnet wird, Ă€ndert sich die Farbe von Grau auf GrĂŒn sowohl fĂŒr das Ventil als auch fĂŒr die zugehörige Leitung.
Abbildung 9 â Projekt der Kompressoranlage (GIF-Animation klickbar)
Sie können die Datei dieses Projekts zur Einsicht herunterladen.
In Abbildung 10 ist zu sehen, wie das Gesamtergebnis aussieht.
Abbildung 10 â SCADA-System auf Raspberry
Fazit
Das Aufkommen leistungsstarker eingebetteter Industriecomputer ermöglicht es, die FunktionalitĂ€ten programmierbarer Logiksteuerungen zu erweitern und zu ergĂ€nzen. Die Installation solcher SCADA-Systeme kann die BedĂŒrfnisse kleinerer Betriebe oder technologischer Prozesse abdecken. FĂŒr gröĂere Aufgaben mit einer höheren Anzahl von Benutzern oder erhöhten Sicherheitsanforderungen wird es wahrscheinlich notwendig sein, vollstĂ€ndige Server, AutomatisierungsschrĂ€nke und gĂ€ngige PLK zu installieren. Allerdings scheint eine solche Lösung fĂŒr mittlere und kleine Automatisierungspunkte wie kleine ProduktionsgebĂ€ude, Heizkraftwerke, Pumpstationen oder Smart Homes sinnvoll zu sein. Nach unseren Berechnungen sind solche GerĂ€te fĂŒr Aufgaben bis zu 500 Ein- und Ausgabepunkten geeignet.
Wenn Sie Erfahrung im Zeichnen mit verschiedenen Grafikeditoren haben und es Ihnen nichts ausmacht, dass Sie die Elemente der Mnemotechnik selbst erstellen mĂŒssen, ist die Verwendung von Rapid SCADA auf Raspberry eine sehr optimale Wahl. Ihre FunktionalitĂ€t als fertige Lösung ist etwas eingeschrĂ€nkt, da es sich um Open Source handelt, jedoch ist sie ausreichend, um die Aufgaben eines kleinen ProduktionsgebĂ€udes zu erfĂŒllen. Daher ist es durchaus möglich, diese Lösung zu verwenden, um wenn nicht alle, dann doch einen Teil Ihrer Projekte zu integrieren, wenn Sie sich visuelle Vorlagen erstellen.
Um zu verstehen, wie nĂŒtzlich eine solche Lösung auf Raspberry fĂŒr Sie sein kann und wie ersetzbar Ihre Projekte durch Open Source SCADA-Systeme auf Linux sind, stellt sich berechtigterweise die Frage: Welche SCADA-Systeme verwenden Sie am hĂ€ufigsten?
Nur registrierte Benutzer können an der Umfrage teilnehmen. Sind Sie an Contour interessiert?
Welche SCADA-Systeme verwenden 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 Nutzer haben abgestimmt. 33 Nutzer haben sich enthalten.
Quelle: habr.com
