🥇SCADA na Raspberry: mit czy rzeczywistość?

Zima nadchodzi. Programowalne sterowniki logiczne (PLC) są stopniowo zastępowane przez wbudowane komputery osobiste. Wynika to z faktu, że moc komputerów pozwala na połączenie w jednym urządzeniu funkcjonalności programowalnego sterownika, serwera, a także (jeśli urządzenie posiada wyjście HDMI) także zautomatyzowanego stanowiska operatora. Razem: serwer WWW, część OPC, baza danych i stacja robocza w jednej obudowie, a wszystko to w cenie jednego sterownika PLC.

W tym artykule rozważymy możliwość wykorzystania takich komputerów wbudowanych w przemyśle. Weźmy za podstawę urządzenie oparte na Raspberry Pi, opiszemy krok po kroku proces instalacji na nim otwartego, darmowego systemu SCADA Open Source rosyjskiej konstrukcji - Rapid SCADA, a także opracujemy projekt abstrakcyjnej stacji kompresorowej, zadania które obejmie zdalne sterowanie sprężarką i trzema zaworami oraz wizualizację procesu produkcji sprężonego powietrza.

Zastrzegajmy od razu, że problem można rozwiązać na dwa sposoby. W zasadzie niczym się od siebie nie różnią, kwestia jedynie estetyczna i praktyczna. Potrzebujemy więc:

1.1 Pierwsza opcja zakłada obecność samego Raspberry Pi 2/3/4, a także obecność konwertera USB na RS485 (tzw. „Gwizdek”, który można zamówić w Alliexpress).

SCADA na Raspberry: mit czy rzeczywistość?
Rysunek 1 - Raspberry Pi 2 i konwerter USB na RS485

1.2 Opcja druga obejmuje dowolne gotowe rozwiązanie oparte na Raspberry, zalecane do instalacji w środowiskach przemysłowych z wbudowanymi portami RS485. Przykładowo tak jak na rysunku 2, w oparciu o moduł Raspberry CM3+.
SCADA na Raspberry: mit czy rzeczywistość?
Rysunek 2 — Urządzenie AntexGate

2. Urządzenie z Modbusem dla kilku rejestrów sterujących;

3. Komputer włączony Windows aby skonfigurować projekt.

Etapy rozwoju:

Część I. Instalacja Rapid SCADA na Raspberry;
Część II. Instalacja Rapid SCADA na Windows;
Część III. Opracowanie projektu i pobranie na urządzenie;
Wnioski.

Część I. Instalacja Rapid SCADA na Raspberry

1. Wypełnij форму na stronie internetowej Rapid Scada, aby uzyskać dystrybucję i pobrać najnowszą wersję Linux.

2. Rozpakuj pobrane pliki i skopiuj folder „scada” do katalogu / opt urządzenia.

3. Umieść w katalogu trzy skrypty z folderu „daemons”. /etc/init.d

4. Dajemy pełny dostęp do trzech folderów aplikacji:

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/storage

⠀5. Tworzenie skryptów wykonywalnych:

sudo chmod +x /opt/scada/make_executable.sh
sudo /opt/scada/make_executable.sh

⠀6. Dodaj repozytorium:

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 update

⠀7. Zainstaluj Mono .NET Framework:

sudo apt-get install mono-complete

⠀8. Zainstaluj serwer Apache HTTP:

sudo apt-get install apache2

⠀9. Zainstaluj dodatkowe moduły:

sudo apt-get install libapache2-mod-mono mono-apache-server4

⠀10. Utwórz łącze do aplikacji internetowej:

sudo ln -s /opt/scada/ScadaWeb /var/www/html/scada

⠀11. Skopiuj plik z pobranego archiwum do folderu „apache”. scada.conf do katalogu / etc / apache2 / sites-available

sudo a2ensite scada.conf

⠀12. Idźmy tą ścieżką sudo nano /etc/apache2/apache2.conf i dodaj na końcu pliku następujący wpis:

<Directory /var/www/html/scada/>
  <FilesMatch ".(xml|log|bak)$">
    Require all denied
  </FilesMatch>
</Directory>

⠀13. Wykonaj skrypt:

sudo /opt/scada/svc_install.sh

⠀14. Uruchom ponownie Malinę:

sudo reboot

⠀15. Otwarcie strony internetowej:

http://IP-адрес устройства/scada

⠀16. W oknie, które zostanie otwarte, wpisz swój login "Administrator" i hasło «12345».

Część II. Instalacja Rapid SCADA na Windows

Instalacja Rapid SCADA na Windows Będzie to wymagane do skonfigurowania Raspberry Pi i projektu. Teoretycznie można to zrobić na samym Raspberry Pi, ale wsparcie techniczne zaleciło nam korzystanie ze środowiska programistycznego. Windows, ponieważ tutaj działa to poprawniej niż na Linux.

A więc zacznijmy:

Aktualizujemy Microsoft .NET Framework do najnowszej wersji;
Ściąganie zestaw dystrybucyjny Szybki SCADA dla Windows i zainstaluj w trybie offline;
Uruchom aplikację „Administrator”. W nim opracujemy sam projekt.

Podczas opracowywania należy zwrócić uwagę na kilka punktów:

1. Numeracja rejestrów w tym systemie SCADA zaczyna się od adresu 1, dlatego musieliśmy zwiększyć numerację naszych rejestrów o jeden. W naszym przypadku jest to: 512+1 i tak dalej:

Rysunek 3 — Numeracja rejestrów w Rapid SCADA (obrazek do kliknięcia)

2. Aby ponownie skonfigurować katalogi i poprawnie wdrożyć projekt w systemie operacyjnym Linux, w ustawieniach należy przejść do „Serwer” -> „Parametry ogólne” i kliknąć „Dla Linux»:

Rysunek 4 - Rekonfiguracja katalogów w Rapid SCADA (obrazek, który można kliknąć)

3. Zdefiniuj port sondowania dla protokołu Modbus RTU w taki sam sposób, w jaki jest on zdefiniowany w systemie Linux urządzeń. W naszym przypadku jest to / dev / ttyUSB0

Rysunek 5 - Rekonfiguracja katalogów w Rapid SCADA (obrazek, który można kliknąć)

Jeśli masz jakiekolwiek pytania, wszystkie dodatkowe instrukcje dotyczące instalacji można uzyskać pod adresem witryna internetowa lub na ich kanał Youtube.

Część III. Opracowanie projektu i pobranie na urządzenie

Opracowanie i wizualizacja projektu tworzy się bezpośrednio w samej przeglądarce. Nie jest to całkowicie zwyczajowe w przypadku stacjonarnych systemów SCADA, ale jest dość powszechne.

Osobno chciałbym zwrócić uwagę na ograniczony zestaw elementów wizualizacyjnych (ryc. 6). Wbudowane komponenty obejmują diodę LED, przycisk, przełącznik dwustabilny, łącze i wskaźnik. Jednak dużym plusem jest to, że ten system SCADA obsługuje dynamiczne obrazy i tekst. Przy minimalnej znajomości edytorów graficznych (Corel, Adobe Photoshop itp.) można tworzyć własne biblioteki obrazów, elementów i tekstur, a obsługa elementów GIF umożliwi dodanie animacji do wizualizacji procesu technologicznego.

SCADA na Raspberry: mit czy rzeczywistość?
Rysunek 6 — Narzędzia edytora schematów w Rapid SCADA

W ramach tego artykułu nie było celem opisanie krok po kroku procesu graficznego tworzenia projektu w Rapid SCADA. Dlatego nie będziemy szczegółowo omawiać tego punktu. W środowisku deweloperskim nasz prosty projekt „Układ zasilania sprężonym powietrzem” dla tłoczni wygląda następująco (Rysunek 7):

Rysunek 7 — Edytor schematów w Rapid SCADA (klikalny obrazek)

Następnie wgraj nasz projekt na urządzenie. W tym celu wskazujemy adres IP urządzenia, aby przenieść projekt nie na localhost, ale na nasz wbudowany komputer:

Rysunek 8 - Przesyłanie projektu na urządzenie w Rapid SCADA (obrazek do kliknięcia)

W rezultacie otrzymaliśmy coś podobnego (rysunek 9). Po lewej stronie ekranu znajdują się diody LED, które odzwierciedlają stan pracy całej instalacji (sprężarki) oraz stan pracy zaworów (otwarte lub zamknięte), a w centralnej części ekranu znajduje się wizualizacja procesu technologicznego z możliwością sterowania urządzeniami za pomocą przełączników dźwigniowych. Po otwarciu konkretnego zaworu kolor zarówno samego zaworu, jak i odpowiadającej mu linii zmienia się z szarego na zielony.

Rysunek 9 — Projekt tłoczni (można kliknąć animację GIF)

Tutaj możesz pobrać plik tego projektu do przeglądu.

Rysunek 10 pokazuje, jak wygląda ogólny wynik.

SCADA na Raspberry: mit czy rzeczywistość?
Rysunek 10 - System SCADA na Raspberry

odkrycia

Pojawienie się wydajnych wbudowanych komputerów przemysłowych umożliwia poszerzenie i uzupełnienie funkcjonalności programowalnych sterowników logicznych. Instalowanie na nich podobnych systemów SCADA może objąć zadania małego procesu produkcyjnego lub technologicznego. W przypadku większych zadań z dużą liczbą użytkowników lub podwyższonymi wymaganiami bezpieczeństwa najprawdopodobniej będziesz musiał zainstalować pełnowartościowe serwery, szafy automatyki i zwykłe sterowniki PLC. Jednak w przypadku punktów o średniej i małej automatyce, takich jak małe budynki przemysłowe, kotłownie, przepompownie czy inteligentne domy, takie rozwiązanie wydaje się właściwe. Według naszych obliczeń urządzenia takie nadają się do zadań obejmujących do 500 punktów wejścia/wyjścia danych.

Jeśli masz doświadczenie w rysowaniu w różnych edytorach graficznych i nie przeszkadza Ci to, że będziesz musiał samodzielnie tworzyć elementy diagramów mnemonicznych, to opcja z Rapid SCADA dla Raspberry jest bardzo optymalna. Jego funkcjonalność jako gotowego rozwiązania jest nieco ograniczona, ponieważ jest to oprogramowanie Open Source, ale nadal pozwala na pokrycie zadań małego budynku przemysłowego. Dlatego jeśli sam przygotujesz szablony wizualizacji, całkiem możliwe jest wykorzystanie tego rozwiązania do zintegrowania, jeśli nie wszystkich, to jakiejś części swoich projektów.

Aby zrozumieć, jak przydatne może być dla Ciebie takie rozwiązanie na Raspberry i w jakim stopniu Twoje projekty mogą zostać zastąpione systemami SCADA Open Source na Linux, pojawia się bardzo zasadne pytanie: z jakich systemów SCADA korzystacie najczęściej?

W ankiecie mogą brać udział tylko zarejestrowani użytkownicy. Zaloguj się, Proszę.