מאסטר SCADA 4D. האם יש חיים על ARM?

עם די הרבה ניסיון בתחום האוטומציה התעשייתית, אנו תמיד מחפשים את האפשרויות הטובות ביותר לפתור את הבעיות שלנו. בהתאם למפרט הטכני של הלקוח, היינו צריכים לבחור בסיס חומרה ותוכנה כזה או אחר. ואם לא היו דרישות קפדניות להתקנת ציוד סימנס בשילוב עם פורטל TIA, אז, ככלל, הבחירה נפלה על MasterSCADA 3.XX. עם זאת, שום דבר לא נמשך לנצח תחת השמש...

על הניסיון שלי במעבר ל-MasterSCADA 4D, תנאים מוקדמים, תכונות העבודה שלו על מחשבים משובצים של ארכיטקטורת ARM תחת חתך מאמר זה.

Предпосылки

התחלנו לבדוק פיתוח חדש יחסית של Insat - MasterSCADA 4D - לא כל כך מזמן. היו כמה תנאים מוקדמים לכך. ראשית, ערכנו מספר סקרים בלתי תלויים בקרב מומחים בתחום האוטומציה התעשייתית כדי לגלות אילו מערכות SCADA הן הפופולריות ביותר (איור 1). על פי תוצאות הסקר, מערכת MasterSCADA תופסת את המקום הראשון מבין המערכות המקומיות.

איור 1 - תוצאות סקר של מערכות SCADA הפופולריות ביותר (ניתן ללחוץ על התמונה)

ניתן לשקול את התנאי המקדים השני...

כעת נעבור ישירות ל-MasterSCADA 4D עצמו. הוא מורכב משני מוצרי תוכנה, כלומר: סביבת פיתוח וסביבת זמן ריצה. נדבר על איך כל אחד מהחלקים האלה פועל להלן.

סביבת פיתוח

פרויקט המערכת נוצר בסביבת הפיתוח של MasterSCADA 4D; לשם כך, עליך לקבל גרסה חינמית באתר Insat ולהתקין אותה בעקבות ההנחיות.

איור 2 - ממשק סביבת פיתוח (ניתן ללחוץ על התמונה)

הדבר הראשון שמושך את עיניכם הוא הממשק הנעים של סביבת הפיתוח והמבנה ההיררכי הנוח של הפרויקט. כעת בפרויקט אחד אתה יכול ליצור תוכנית לא רק עבור מקום עבודה אוטומטי, אלא גם עבור כל המתקן, החל מהבקר וכלה בשרת או בתחנת העבודה של המפעיל.

סביבת הפיתוח פועלת רק על מערכת ההפעלה Windows, שהיא יחסית מוכרת ונסבלת, אך סביבת הריצה (RunTime) הפתיעה אותנו לטובה ביכולתה להשתלב במערכות הפעלה שונות ובארכיטקטורות מעבדים, אך על כך בהמשך.

הייתי גם מרוצה מהספרייה הגדולה של אלמנטים להדמיה. מומחים מתחומים שונים יוכלו למצוא לעצמם אלמנטים להדמיה מבלי להזדקק לצייר או לחפש אייקונים באינטרנט.

איור 3 - רכיבי ויזואליזציה (ניתן ללחוץ על התמונה)

פרוטוקולי תקשורת

המערכת תומכת בדרייברים שונים (פרוטוקולי החלפה), המשולבים ב-MasterSCADA 4D כברירת מחדל:

• Modbus TCP/RTU, RTU על TCP
• DCON
• OPC UA/DA/HDA
• IEC61850
• SNMP
• PostgreSQL
• MQTT
• IEC104
• MSSQL
• MySQL
• מרקורי (ספרייה נפרדת) וכו'.

סביבת זמן ריצה

ניתן להפעיל את סביבת זמן הריצה על מערכות הפעלה שונות וארכיטקטורות מחשב אישיות, ניתן גם להפעיל את RunTime על מחשב מקומי, הוא מותקן יחד עם סביבת הפיתוח ופועל במשך שעה (או 32 תגיות) ללא הגבלות.

מכשיר AntexGate

MasterSCADA Runtime מותקן מראש כאפשרות נפרדת במחשב המשובץ AntexGate עם ארכיטקטורת מעבד ARM ומערכת ההפעלה Debian; אנו נבצע בדיקות במכשיר זה.

איור 4 - מכשיר AntexGate

מפרט המוצר:

• מעבד: 4 ליבות x64 ARM v8 Cortex-A53
• 1.2Mhz RAM: LPDDR2 1024MB
• זיכרון לא נדיף: 8/16/32GB eMMC

תוכל לקרוא עוד על המכשיר כאן.

בואו נריץ את התוכנית במכשיר המנהל. לדוגמה, יצרנו סקר ובקרת מכשירים באמצעות פרוטוקול Modbus RTU; תהליך הגדרת הסקר הוא אינטואיטיבי ודומה במקצת להגדרת שרת OPC מוכר. נכון, כעת ל-RunTime יש מנהלי התקנים מובנים של פרוטוקולים להחלפת נתונים.

כדוגמה, בואו ניצור פרויקט פשוט לשליטה בשלוש משאבות ושני שסתומים לתהליך ייצור מופשט. בסביבת הפיתוח זה נראה כך, כמו באיור 5.

איור 5 - פרויקט בסביבת הפיתוח (ניתן ללחוץ על התמונה)

כתוצאה מכך, קיבלנו דיאגרמת מנמוני פשוטה (איור 6) שפועלת בכל דפדפן שתומך ב-HTML5.

איור 6 - דיאגרמת מנמוני (אנימציית GIF ניתנת ללחיצה)

אפשרויות תצוגת מידע של HMI

ניתן להתחבר לסביבת הביצוע באמצעות WEB, אפשרות זו אינה מגבילה אותנו בבחירת לקוח לצפייה בנתונים על דיאגרמת המנמונית.
במקרה שלנו, המכשיר מספק פלט מידע באמצעות HDMI, Ethernet, 3G.
בעת חיבור באמצעות HDMI, אנו ניגשים ל-LocalHost 127.0 0.1:8043 דרך הדפדפן המובנה ב-AntexGate, או מתחברים לכתובת IP:8043 קבועה באינטרנט או ברשת המקומית של הארגון עם "קליינט דק" אחר.

איור 7 - מבנה ניטור אינטרנט (ניתן ללחוץ על התמונה)

חדשות מעניינות היו פרוטוקול MQTT המיוחל, שבדרך כלל לא הספיק לניטור אובייקטים מרוחקים במערכות SCADA.
כיום, לכל אחד יש הזדמנות להשיג שרת VDS זול באינטרנט עם כתובת IP קבועה (למשל שרת אתר של חברה) ולפרוס עליו MQTT Broker (למשל Mosquito).
לאחר שקיבלנו שרת אחד עם מתווך MQTT, נוכל בקלות להיפטר משירותי מפעיל יקרים - IP קבוע ולשלם 900 רובל בשנה במקום 4000 רובל עבור תקשורת 3G.

איור 8 - מבנה ניטור MQTT (ניתן ללחוץ על התמונה)

בניית רשת כזו לא רק תחסוך בתעבורה, אלא גם תבטיח נתונים, שכן העברת נתונים באמצעות פרוטוקול Modbus TCP באינטרנט אינה מבטיחה את אבטחת ואיכות התקשורת.
כך, ניתן למכור פרויקטים ניתנים לשכפול בהם הלקוח בוחר בעצמו את ספק האינטרנט. ולאף אחד אין כאב ראש עם הגדרה והקצאה של כתובות IP: הלקוח מכניס כל כרטיס סים בעצמו או מתחבר לנתב עם שרת DHCP.

ביצועים

עבור הפרויקט, העיקר הוא מהירות, מה שנקרא "משימות" יעזור לנו עם זה. כברירת מחדל, לכל צומת יש רק אחד כאשר הוא נוצר - המשימה הראשית. יזם הפרויקט יכול ליצור כמה מהם הנדרש להפעלת פרויקט מסוים. תכונות החישוב, למשל, מחזור החישוב, יהיו תלויות בהגדרות של משימה מסוימת. כל אחד מהם יעבוד ללא תלות באחרים במכשיר. מומלץ ליצור מספר משימות אם יש צורך לספק מחזורי חישוב שונים עבור תוכניות פרויקט שונות.

תכונה זו מעניינת במיוחד עבור מכשירים בעלי מעבד עם מספר ליבות. כל "משימה" מופעלת כתהליך נפרד במערכת והעומס מתחלק באופן שווה על פני המעבד. למכשיר ה-AntexGate יש מעבד ARM עם 4 ליבות של 1.2 גיגה-הרץ ו-1 ג'יגה-בייט של זיכרון RAM, המאפשר ליצור לפחות 4 משימות גדולות ולחלק את העומס על פני הליבות. בהשוואה ל-PLC, AntexGate יכול לספק לפחות פי 4 יותר כוח מחשוב באותו מחיר.

איור 9 - טעינת יכולות מחשוב AntexGate במצב זמן ריצה (ניתן ללחוץ על התמונה)

כפי שאנו יכולים לראות מאיור 9, עומס המעבד אינו עולה על 2,5%, ורק 61MB של זיכרון מוקצה. לפיכך, פרויקט זמן ריצה קטן צורך מעט מאוד משאבים מובנים.
המכשיר יכול לשמש לא רק כבקר, אלא גם כשרת מן המניין עם סקר של יותר מ-2000 נקודות I/O ויכולת לתמוך ביותר מ-100 לקוחות WEB.

לדוגמה, בואו נחבר 9 לקוחות WEB למכשיר ונראה את התקדמות צריכת המשאבים (איור 10).

איור 10 - טעינת יכולות המחשוב של AntexGate בעת חיבור 9 לקוחות WEB (ניתן ללחוץ על התמונה)

כפי שניתן לראות מהאיור שלמעלה, ניצול ה-CPU עלתה מממוצע של 2,5% ל-6%, והוקצו רק 3MB יותר זיכרון.
הודות להיצע הגדול של משאבי המחשוב של המכשיר, המפתח אינו צריך לחסוך באיכות התוכנית שנוצרה ב-MasterSCADA 4D.

חוצה פלטפורמה

ברצוני לציין גם את האופי חוצה הפלטפורמות של מערכת ה-SCADA הנבחנת, מה שנותן לאינטגרטורים מבחר עצום של פלטפורמות ליישום הפרויקטים שלהם. הודות לגישה זו, המעבר בין מערכות הפעלה או ארכיטקטורות PC הוא פשוט מאוד.

מסקנה

MasterSCADA 4D הוא מוצר חדש יחסית מבית Insat. כיום אין מידע רב על עבודה עם מוצר תוכנה זה כפי שהיינו רוצים. עם זאת, אתה יכול להוריד סביבת פיתוח בחינם מהאתר הרשמי של החברה; יש לה עזרה מפורטת מאוד בעבודה עם התוכנית.

איור 11 - חלון עזרה (ניתן ללחוץ על התמונה)

לסיכום, אני רוצה לומר שמאמר זה מכיל נתוני היכרות על מוצר התוכנה MasterSCADA 4D ואינו אומר הרבה. עם זאת, עם תמיכתך, נפרסם דוגמאות ושיעורים מפורטים יותר על עבודה עם מוצר תוכנה זה.

הייתי רוצה לראות בתגובות אילו שאלות הכי מעניינות אותך. ואם אפשר, נהפוך את השאלות הנפוצות ביותר לשיעור על יצירת פרויקטים ב-MasterSCADA 4D.

מקור: www.habr.com