SCADA på Raspberry: myt eller verklighet?

Vintern närmar sig. Istället för programmerbara logikstyrsystem (PLC) ersätts de gradvis av inbyggda persondatorer. Detta beror på att datorernas kapacitet gör det möjligt för enheter att kombinera funktioner från en programmerbar styrning, en server och (om enheten har en HDMI-utgång) även en automatiserad arbetsplats för operatören. Sammanfattningsvis: En webserver, OPC-del, databas och arbetsstation i en enda enhet, allt till priset av en PLC.

I denna artikel kommer vi att se på möjligheten att använda sådana inbyggda datorer inom industrin. Vi tar en enhet baserad på Raspberry Pi som grund, och går steg för steg igenom installationsprocessen för det öppna gratis Open Source SCADA-systemet från rysk utveckling — Rapid SCADA, samt utvecklar ett projekt för en abstrakt kompressorstation som kommer att ha i uppgift att fjärrstyra kompressorn och tre ventiler, samt visualisera den teknologiska processen för produktion av komprimerad luft.

Vi avgränsar oss direkt här, att uppgiften kan lösas på två sätt. Principiellt skiljer de sig inte åt, frågan är bara estetisk och praktisk. Så, vi behöver:

1.1 Det första alternativet innebär att vi har Raspberry Pi 2/3/4, samt en USB-konverterare till RS485 (den så kallade "dongeln", som kan beställas från Aliexpress).

Bild 1 — Raspberry Pi 2 och USB-konverterare till RS485

1.2 Det andra alternativet inkluderar vilken färdig lösning som helst baserad på Raspberry, rekommenderad för installationer i industriella miljöer med inbyggda RS485-portar. Till exempel, den på bild 2, baserad på modulen Raspberry CM3+.

Bild 2 — AntexGate-enheten

2. En enhet med Modbus för flera styrregister;

3. En PC på Windows för att konfigurera projektet.

Utvecklingssteg:

1. Del I. Installation av Rapid SCADA på Raspberry;
2. Del II. Installation av Rapid SCADA på Windows;
3. Del III. Utveckling av projektet och laddning på enheten;
4. Slutsatser.

Del I. Installation av Rapid SCADA på Raspberry

1. Fyll i formuläret på Rapid Scada:s webbplats för att få distributionspaketet och ladda ner den senaste versionen för Linux.

2. Packa upp de nedladdade filerna och kopiera mappen "scada" till enhetens katalog. /opt 3. Lägg tre skript från mappen "daemons" i katalogen

4. Ge full tillgång till tre mappar i applikationen: /etc/init.d

4. Ge full tillgång till tre mappar av applikationen:

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. Gör skripten körbara:

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

6. Lägger till förvaret:

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. Installerar Mono .NET Framework:

sudo apt-get install mono-complete

8. Installerar Apache HTTP-server:

sudo apt-get install apache2

9. Installerar extra moduler:

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

10. Skapar en länk till webbapplikationen:

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

11. Från den nedladdade arkivet i mappen "apache" kopierar vi filen scada.conf till katalogen /etc/apache2/sites-available

sudo a2ensite scada.conf

12. Vi går till denna vägen sudo nano /etc/apache2/apache2.conf och lägger till följande i slutet av filen:

Require all denied

13. Kör skriptet:

sudo /opt/scada/svc_install.sh

14. Startar om Raspberry:

sudo reboot

15. Öppnar webbplatsen:

http://enhetens IP-adress/scada

16. I det öppna fönstret skriver vi in användarnamn "admin" och lösenord "12345".

Del II. Installation av Rapid SCADA på Windows

Installationen av Rapid SCADA på Windows är nödvändig för att ställa in Raspberry och konfigurera projektet. Rent teoretiskt kan detta göras på själva enheten, men teknisk support rekommenderade att använda en utvecklingsmiljö på Windows, eftersom den fungerar bättre här än på Linux.

Låt oss börja:

1. Uppdaterar Microsoft .NET Framework till den senaste versionen;
2. Ladda ner distro Rapid SCADA för Windows och installerar offline;
3. Startar applikationen "Administrator". Här kommer vi att utveckla själva projektet.

Vid utvecklingen är det viktigt att uppmärksamma vissa punkter:

1. Numreringen av register i detta SCADA-system börjar från adress 1, så vi var tvungna att öka numreringen av våra register med ett. I vårt fall är det: 512+1 och så vidare:

Figur 3 — Numrering av register i Rapid SCADA (bilden är klickbar)

2. För omkonfigurering av kataloger och korrekt distribuerande av projektet på operativsystemet Linux, måste man gå till inställningar och välja "Server" -> "Allmänna parametrar" och trycka på knappen "För Linux":

Figur 4 — Omkonfigurering av kataloger i Rapid SCADA (bilden är klickbar)

3. Bestämmer pollingporten för Modbus RTU på det sätt som det bestäms i enhetens Linux-system. I vårt fall är det /dev/ttyUSB0

Bild 5 — Omkonstruktion av kataloger i Rapid SCADA (bilden är klickbar)

Vid eventuella frågor kan ytterligare installationsanvisningar fås på företagets webbplats eller på deras youtube-kanal.

Del III. Projektutveckling och uppladdning till enheten

Utvecklingen och visualiseringen av projektet sker direkt i webbläsaren. Detta är inte helt vanligt efter desktop SCADA-system, men det är absolut möjligt.

Det bör särskilt nämnas den begränsade uppsättningen visualiseringselement (bild 6). Bland de inbyggda komponenterna finns det en lysdiod, en knapp, en strömbrytare, en länk och en pekare. Den stora fördelen är dock att detta SCADA-system stöder dynamiska bilder och text. Med minimal kunskap om grafiska redigerare (Corel, Adobe Photoshop m.fl.) kan man skapa egna bildbibliotek, element och texturer, och stödet för GIF-element möjliggör att man kan lägga till animationer i visualiseringen av den tekniska processen.

Bild 6 — Verktyg för schemaeditorn i Rapid SCADA

Syftet med denna artikel var inte att systematiskt beskriva processen för grafisk skapelse av projektet i Rapid SCADA. Därför kommer vi inte att gå in på den punkten i detalj. I utvecklarmiljön ser vårt enkla projekt "System för tillförsel av komprimerad luft" från kompressorstationen ut som följer (bild 7):

Bild 7 — Schemaeditorn i Rapid SCADA (bilden är klickbar)

Därefter laddar vi upp vårt projekt till enheten. För detta anger vi IP-adressen för enheten för att överföra projektet inte till localhost, utan till vår inbyggda dator:

Bild 8 — Uppladdning av projektet till enheten i Rapid SCADA (bilden är klickbar)

Resultatet blev något liknande (bild 9). På vänster sida av skärmen finns lysdioder som visar statusen för hela systemet (kompressorn), samt statusen för ventilerna (öppna eller stängda), och i den centrala delen av skärmen finns en visualisering av den tekniska processen med möjlighet att styra enheterna genom strömbrytare. När en ventil öppnas ändras färgen från grått till grönt både för ventilen och för den motsvarande huvudledningen.

Bild 9 — Projekt för kompressorstationen (GIF-animation är klickbar)

Här du kan ladda ner filen för detta projekt för att bekanta dig med den.

Figur 10 visar hur det sammantaget ser ut med vad vi har åstadkommit.

Figur 10 - SCADA-system på Raspberry

Slutsatser

Framväxten av kraftfulla inbyggda industriella datorer möjliggör att utöka och komplettera funktionaliteten hos programmerbara logikstyrningar. Installation av sådana SCADA-system på dem kan täcka behoven hos små produktioner eller teknologiska processer. För större uppgifter med fler användare eller högre säkerhetskrav kommer det sannolikt att krävas att installera fullfjädrade servrar, automationsskåp och vanliga PLC:er. Men för punkter med medel- och liten automatisering, som små produktionsbyggnader, pannhus, pumpar eller smarta hem, verkar denna lösning lämplig. Enligt våra beräkningar passar sådana enheter för uppgifter upp till 500 datapunkter.

Om du har erfarenhet av att rita i olika grafiska redigeringsprogram och inte har något emot att du själv måste skapa symboler, är alternativet med Rapid SCADA på Raspberry mycket optimalt. Dess funktionalitet som en färdig lösning är något begränsad eftersom det är Open Source, men den tillåter ändå att täcka behoven hos en liten produktionsbyggnad. Därför, om du förbereder visuella mallar för dig själv, kan denna lösning användas för integration, om inte för alla, så åtminstone för en del av dina projekt.

För att förstå hur användbart en sådan lösning på Raspberry kan vara för dig och hur utbytbara dina projekt är med Open Source SCADA-system på Linux, uppkommer en helt rimlig fråga: vilka SCADA-system använder du oftast?

Endast registrerade användare kan delta i omröstningen. Logga in, tack.

Vilka SCADA-system använder du oftast?

• 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%Annat alternativ (svar i kommentar)20

51 användare har röstat. 33 användare avstod.

Källa: habr.com