Master SCADA 4D. Is er leven op ARM?

Met een aanzienlijke ervaring in de industriële automatisering zijn we altijd op zoek naar optimale oplossingen voor onze uitdagingen. Afhankelijk van de technische vereisten van de klant moesten we soms kiezen voor een bepaalde hardware- en softwareoplossing. En als er geen strikte eisen waren voor het installeren van Siemens-apparatuur in combinatie met TIA-portal, viel de keuze meestal op MasterSCADA 3.XX. Maar niets is eeuwig onder de zon...

Over mijn ervaring met de overstap naar MasterSCADA 4D, de achtergronden en de kenmerken van het gebruik op embedded computers met ARM-architectuur, lees verder in dit artikel.

Achtergronden

We zijn onlangs begonnen met het testen van de relatief nieuwe ontwikkeling van het bedrijf Insat – MasterSCADA 4D. Er waren verschillende redenen voor deze keuze. Ten eerste hebben we verschillende onafhankelijke enquêtes gehouden onder specialisten op het gebied van industriële automatisering om te achterhalen welke SCADA-systemen het populairst zijn (afbeelding 1). Uit de resultaten van de enquête blijkt dat MasterSCADA de eerste plaats in beslag neemt onder de binnenlandse systemen.

Afbeelding 1 — Resultaten van de enquête naar de populairste SCADA-systemen (klikbare afbeelding)

De tweede reden kan worden beschouwd als...

Laten we nu overgaan naar MasterSCADA 4D zelf. Het bestaat uit twee softwareproducten, namelijk: de ontwikkelomgeving en de uitvoeringsomgeving. We zullen onderstaande dieper ingaan op het functioneren van elk van deze onderdelen.

Ontwikkelomgeving

Het project van het systeem wordt gecreëerd in de ontwikkelomgeving van MasterSCADA 4D; hiervoor moet je een gratis versie verkrijgen via de website van het bedrijf Insat en deze installeren volgens de aanwijzingen.

Afbeelding 2 — Interface van de ontwikkelomgeving (klikbare afbeelding)

Het eerste dat opvalt, is de aangename interface van de ontwikkelomgeving en de handige hiërarchische structuur voor het opbouwen van het project. Nu kun je in één project niet alleen een programma creëren voor de ARM, maar ook voor het hele object, beginnend bij de controller tot aan de server of de werkplek van de operator.

De ontwikkelomgeving werkt alleen op Windows OS, wat relatief vertrouwd en aanvaardbaar is, maar de uitvoeringsomgeving (RunTime) verraste aangenaam met de mogelijkheid om te integreren in verschillende besturingssystemen en processorarchitecturen, maar daarover later meer.

Ook de grote bibliotheek met visualisatie-elementen viel in de smaak. Specialisten uit verschillende vakgebieden kunnen visualisatie-elementen vinden zonder zelf te hoeven tekenen of iconen op het internet te zoeken.

Figuur 3 — Visualisatie-elementen (afbeelding is klikbaar)

Communicatieprotocollen

Het systeem ondersteunt verschillende drivers (uitwisselingsprotocollen), die standaard zijn geïntegreerd in MasterSCADA 4D:

• Modbus TCP/RTU, RTU over TCP
• DCON
• OPC UA/DA/HDA
• IEC61850
• SNMP
• PostgreSQL
• MQTT
• IEC104
• MSSQL
• MySQL
• Mercury (aparte bibliotheek) enzovoorts.

Uitvoeringsomgeving

De uitvoeringsomgeving kan worden uitgevoerd op verschillende besturingssystemen en architecturen van persoonlijke computers. U kunt RunTime ook op een lokale machine uitvoeren; het wordt samen met de ontwikkelomgeving geïnstalleerd en functioneert een uur (of 32 tags) zonder beperkingen.

AntexGate-apparaat

MasterSCADA Runtime is vooraf geïnstalleerd als een aparte optie op de embedded pc AntexGate met een ARM-processorarchitectuur en het besturingssysteem Debian. We zullen tests uitvoeren op dit apparaat.

Figuur 4 — AntexGate-apparaat

Specificaties:

• CPU: quad-core x64 ARM v8 Cortex-A53
• 1.2Mhz Geheugen: LPDDR2 1024MB
• Niet-vluchtig geheugen: 8/16/32GB eMMC

Meer informatie over het apparaat is beschikbaar hier.

We zullen het programma uitvoeren op het uitvoerapparaat. Als voorbeeld hebben we een enquête en controle van het apparaat via het Modbus RTU-protocol gecreëerd. Het instellen van de enquête is intuïtief en lijkt op het instellen van een gebruikelijke OPC-server. Feitelijk zijn er nu ingebouwde protocoldrivers in de RunTime voor gegevensuitwisseling.

Als voorbeeld maken we een eenvoudig project voor het aansturen van drie pompen en twee afsluiters, nodig voor een abstract productieproces. In de ontwikkelomgeving ziet het er als volgt uit, zoals in figuur 5.

Figuur 5 — Project in de ontwikkelomgeving (afbeelding is klikbaar)

Uiteindelijk hebben we een eenvoudige mnemoschema (figuur 6) gemaakt, die werkt in elke browser die HTML5 ondersteunt.

Figuur 6 — Mnemoschema (GIF-animatie is klikbaar)

Opties voor informatie-weergave HMI

Het is mogelijk om verbinding te maken met de uitvoeringsomgeving via WEB. Deze optie beperkt ons niet in de keuze van de client voor het bekijken van gegevens in het mnemoschema.
In ons geval is het apparaat voorbereid om informatie uit te voeren via HDMI, Ethernet, 3G.
Bij een HDMI-verbinding openen we LocalHost 127.0.0.1:8043 met de ingebouwde browser in AntexGate, of we maken verbinding met een vast IP-adres:8043 via internet of het lokale bedrijfsnetwerk met een andere ‘Dunne Client’.

Afbeelding 7 - Structuur van de WEB-monitoring (klikbare afbeelding)

Een interessante ontwikkeling is het langverwachte MQTT-protocol, dat vaak ontbrak voor het monitoren van afgelegen objecten in SCADA-systemen.
Tegenwoordig heeft iedereen de mogelijkheid om een goedkope VDS-server met een vast IP-adres in het internet te verkrijgen (bijvoorbeeld een server voor de bedrijfswebsite) en daarop een MQTT-broker (bijvoorbeeld Mosquitto) te implementeren.
Met één server met een MQTT-broker kunnen we eenvoudig afzien van dure diensten van de provider — een vast IP-adres en jaarlijks 900 roebel betalen in plaats van 4000 roebel voor 3G-verbinding.

Afbeelding 8 - Structuur van de MQTT-monitoring (klikbare afbeelding)

Zo'n netwerkinrichting zal niet alleen helpen om op dataverkeer te besparen, maar ook de gegevens beveiligen, aangezien de dataoverdracht via het Modbus TCP-protocol in het internet geen veiligheid en kwaliteit van verbinding garandeert.
Zo kunt u herhaalbare projecten verkopen waarin de klant zelf de internetprovider kiest. En niemand hoeft zich zorgen te maken over het instellen en toewijzen van IP-adressen: de klant plaatst zelf een SIM-kaart of verbindt met een router met een DHCP-server.

Snelheid

Voor het project is snelheid de belangrijkste factor, en dit wordt mogelijk gemaakt door zogenaamde ‘Taken’. Standaard heeft elke knooppunt bij de creatie slechts één — de HoofddTaak. De projectontwikkelaar kan er zoveel creëren als nodig is voor de specifieke werking van het project. De rekenkenmerken, zoals de rekencyclus, zullen afhangen van de instellingen van de specifieke taak. Elke taak zal onafhankelijk van de anderen in het apparaat functioneren. Het creëren van meerdere taken is zinvol als het nodig is om verschillende rekencycli voor verschillende programmatacties te waarborgen.

Deze functie is vooral interessant voor apparaten met een meerkernige processor aan boord. Elke "Taak" wordt uitgevoerd als een apart proces in het systeem en de belasting wordt gelijkmatig verdeeld over de werking van de processor. In het AntexGate apparaat is een ARM-processor met 4 kernen van 1,2 GHz en 1 GB RAM geïnstalleerd, wat het mogelijk maakt om minstens 4 grote taken te creëren en de belasting over de kernen te verdelen. In vergelijking met een PLC kan het AntexGate apparaat minstens 4 keer meer rekencapaciteit bieden voor dezelfde prijs.

Figuur 9 - Laadcapaciteit van de AntexGate in uitvoeringmodus (afbeelding is klikbaar)

Zoals we kunnen zien in figuur 9, is de CPU-belasting niet meer dan 2,5%, en is er slechts 61 MB geheugen toegewezen. Dit betekent dat een klein project in uitvoering zeer weinig ingebouwde middelen gebruikt.
Het apparaat kan niet alleen als controller worden gebruikt, maar ook als een volwaardige server met polling van meer dan 2000 invoer-/uitvoerpunten en de mogelijkheid om meer dan 100 WEB-clients te ondersteunen.

Laten we ter illustratie 9 WEB-clients aansluiten op het apparaat en de voortgang van het middelenverbruik bekijken (figuur 10).

Figuur 10 - Laadcapaciteit van de AntexGate bij aansluiting van 9 WEB-clients (afbeelding is klikbaar)

Zoals blijkt uit de bovenstaande afbeelding, is de CPU-belasting gemiddeld gestegen van 2,5% naar 6%, en is er slechts 3 MB meer geheugen toegewezen.
Dankzij de grote reserve aan rekencapaciteiten van het apparaat, hoeft de ontwikkelaar niet in te boeten op de kwaliteit van de programma's die zijn gemaakt in MasterSCADA 4D.

Cross-platform

Ook wil ik de cross-platform functionaliteit van het besproken SCADA-systeem benadrukken, die integratoren een enorme keuze aan platforms biedt om hun projecten uit te voeren. Dankzij deze aanpak is de overgang tussen besturingssystemen of PC-architecturen heel eenvoudig.

Conclusie

MasterSCADA 4D is een relatief nieuw product van het bedrijf Insat. Tot nu toe is er niet zoveel informatie beschikbaar over het werken met dit softwareproduct als men zou willen. Echter, je kunt de gratis ontwikkelomgeving downloaden van de officiële website van het bedrijf, die een zeer gedetailleerde handleiding bevat over het gebruik van het programma.

Figuur 11 - Hulpvenster (afbeelding is klikbaar)

Tot slot willen we opmerken dat dit artikel basisinformatie over het softwareproduct MasterSCADA 4D biedt, maar dat er nog veel niet is gezegd. Met uw steun kunnen we echter meer gedetailleerde voorbeelden en lessen over het gebruik van deze software uitbrengen.

We zouden graag in de reacties vernemen welke vragen u het meest interesseren. De meest gestelde vragen zullen we, waar mogelijk, omzetten in een les over het maken van projecten in MasterSCADA 4D.

Bron: habr.com