SCADA บน Raspberry: ตำนานหรือความจริง?

ฤดูหนาวกำลังจะมา. ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) จะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแบบฝัง เนื่องจากพลังของคอมพิวเตอร์ทำให้อุปกรณ์หนึ่งสามารถรวมฟังก์ชันการทำงานของตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ เซิร์ฟเวอร์ และ (หากอุปกรณ์นั้นมีเอาต์พุต HDMI) ก็สามารถรวมเวิร์กสเตชันของผู้ปฏิบัติงานอัตโนมัติได้ ทั้งหมด: เว็บเซิร์ฟเวอร์, ชิ้นส่วน OPC, ฐานข้อมูลและเวิร์กสเตชันในกรณีเดียว และทั้งหมดนี้ในราคาของ PLC เพียงเครื่องเดียว

ในบทความนี้เราจะพิจารณาความเป็นไปได้ของการใช้คอมพิวเตอร์ฝังตัวในอุตสาหกรรม ลองใช้อุปกรณ์ที่ใช้ Raspberry Pi เป็นพื้นฐานทีละขั้นตอนอธิบายกระบวนการติดตั้งระบบ Open Source SCADA แบบโอเพ่นซอร์สฟรีของการออกแบบของรัสเซีย - Rapid SCADA และพัฒนาโครงการสำหรับสถานีคอมเพรสเซอร์แบบนามธรรมงานของ ซึ่งจะรวมถึงการควบคุมระยะไกลของคอมเพรสเซอร์และวาล์วสามตัว ตลอดจนการแสดงภาพกระบวนการผลิตอากาศอัด

ให้เราจองทันทีว่าปัญหาสามารถแก้ไขได้สองวิธี โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาไม่ได้แตกต่างกัน แต่อย่างใดคำถามเดียวคือองค์ประกอบด้านสุนทรียศาสตร์และการปฏิบัติ ดังนั้นเราจึงต้องการ:

1.1 ตัวเลือกแรกแสดงถึงการมีอยู่ของ Raspberry Pi 2/3/4 เองรวมถึงการมีตัวแปลง USB เป็น RS485 (ที่เรียกว่า "นกหวีด" ซึ่งสามารถสั่งซื้อได้จาก Alliexpress)

รูปที่ 1 - ตัวแปลง Raspberry Pi 2 และ USB เป็น RS485

1.2 ตัวเลือกที่สองประกอบด้วยโซลูชันสำเร็จรูปที่ใช้ Raspberry ซึ่งได้รับการแนะนำสำหรับการติดตั้งในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีพอร์ต RS485 ในตัว ตัวอย่างเช่น ในรูปที่ 2 ตามโมดูล Raspberry CM3+

รูปที่ 2 — อุปกรณ์ AntexGate

2. อุปกรณ์ที่มี Modbus สำหรับรีจิสเตอร์ควบคุมหลายตัว

3. เปิดพีซี Windows เพื่อกำหนดค่าโปรเจ็กต์

ขั้นตอนการพัฒนา:

1. ส่วนที่ XNUMX การติดตั้ง Rapid SCADA บน Raspberry
2. ส่วนที่ 2 การติดตั้ง Rapid SCADA บน Windows;
3. ส่วนที่ XNUMX การพัฒนาโครงการและการดาวน์โหลดลงในอุปกรณ์
4. สรุปผลการวิจัย

ส่วนที่ XNUMX การติดตั้ง Rapid SCADA บน Raspberry

1. เรากรอก форму เข้าไปที่เว็บไซต์ Rapid Scada เพื่อดาวน์โหลดเอกสารการแจกจ่ายและเวอร์ชันล่าสุด Linux.

2. แตกไฟล์ที่ดาวน์โหลดมาและคัดลอกโฟลเดอร์ “scada” ไปยังไดเร็กทอรี /เลือก อุปกรณ์

3. วางสคริปต์สามตัวจากโฟลเดอร์ “daemons” ในไดเร็กทอรี /etc/init.d

4. เราให้สิทธิ์การเข้าถึงโฟลเดอร์แอปพลิเคชันสามโฟลเดอร์โดยสมบูรณ์:

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. การทำให้สคริปต์ปฏิบัติการได้:

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

⠀6. เพิ่มพื้นที่เก็บข้อมูล:

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. ติดตั้งโมโน .NET Framework:

sudo apt-get install mono-complete

⠀8. ติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ Apache HTTP:

sudo apt-get install apache2

⠀9. ติดตั้งโมดูลเพิ่มเติม:

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

⠀10. สร้างลิงค์ไปยังเว็บแอปพลิเคชัน:

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

⠀11. คัดลอกไฟล์จากไฟล์เก็บถาวรที่ดาวน์โหลดมาในโฟลเดอร์ "apache" scada.conf ไปยังไดเร็กทอรี / etc / apache2 / sites-available

sudo a2ensite scada.conf

⠀12. ไปตามเส้นทางนี้กันเถอะ sudo นาโน /etc/apache2/apache2.conf และเพิ่มสิ่งต่อไปนี้ที่ส่วนท้ายของไฟล์:

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

⠀13. ดำเนินการสคริปต์:

sudo /opt/scada/svc_install.sh

⠀14. รีบูตราสเบอร์รี่:

sudo reboot

⠀15. การเปิดเว็บไซต์:

http://IP-адрес устройства/scada

⠀16. ในหน้าต่างที่เปิดขึ้น ให้ป้อนข้อมูลเข้าสู่ระบบของคุณ "ผู้ดูแลระบบ" และรหัสผ่าน "12345".

ส่วนที่ 2 การติดตั้ง Rapid SCADA บน Windows

ติดตั้ง Rapid SCADA บน Windows ขั้นตอนนี้จำเป็นสำหรับการตั้งค่า Raspberry Pi และการกำหนดค่าโปรเจ็กต์ ในทางทฤษฎีแล้ว สามารถทำได้บน Raspberry Pi เอง แต่ฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิคแนะนำให้เราใช้สภาพแวดล้อมการพัฒนาบน Raspberry Pi Windowsเพราะที่นี่มันทำงานได้ถูกต้องกว่าที่อื่น Linux.

เริ่มกันเลย:

1. เราอัปเดต Microsoft .NET Framework เป็นเวอร์ชันล่าสุด
2. ดาวน์โหลด การกระจาย ระบบ SCADA ที่รวดเร็วสำหรับ Windows และติดตั้งในโหมดออฟไลน์;
3. เปิดแอปพลิเคชัน “ผู้ดูแลระบบ” ในนั้นเราจะพัฒนาโครงการเอง

เมื่อพัฒนาคุณต้องใส่ใจกับบางประเด็น:

1. การกำหนดหมายเลขของการลงทะเบียนในระบบ SCADA นี้เริ่มต้นจากที่อยู่ 1 ดังนั้นเราจึงต้องเพิ่มจำนวนการลงทะเบียนของเราขึ้นหนึ่ง ในกรณีของเราคือ: 512+1 และอื่นๆ:

รูปที่ 3 — การกำหนดหมายเลขการลงทะเบียนใน Rapid SCADA (คลิกรูปภาพได้)

2. เพื่อกำหนดค่าไดเร็กทอรีใหม่และติดตั้งโปรเจ็กต์บนระบบปฏิบัติการอย่างถูกต้อง Linuxในการตั้งค่า คุณต้องไปที่ “เซิร์ฟเวอร์” -> “พารามิเตอร์ทั่วไป” แล้วคลิก “สำหรับ” Linux":

รูปที่ 4 - การกำหนดค่าไดเรกทอรีใหม่ใน Rapid SCADA (คลิกรูปภาพได้)

3. กำหนดพอร์ตโพลลิ่งสำหรับ Modbus RTU ในลักษณะเดียวกับที่กำหนดไว้ในระบบ Linux อุปกรณ์ ในกรณีของเราคือ อุปกรณ์ /dev/ttyUSB0

รูปที่ 5 - การกำหนดค่าไดเรกทอรีใหม่ใน Rapid SCADA (คลิกรูปภาพได้)

หากคุณมีคำถามใด ๆ สามารถรับคำแนะนำการติดตั้งเพิ่มเติมทั้งหมดได้จาก เว็บไซต์ของ บริษัท หรือบนของพวกเขา ช่องยูทูป.

ส่วนที่ XNUMX การพัฒนาโครงการและการดาวน์โหลดลงในอุปกรณ์

การพัฒนาและการแสดงภาพโครงการถูกสร้างขึ้นโดยตรงในเบราว์เซอร์เอง นี่ไม่ใช่เรื่องปกติทั้งหมดหลังจากระบบ SCADA บนเดสก์ท็อป แต่เป็นเรื่องปกติ

แยกกัน ฉันต้องการทราบชุดองค์ประกอบการแสดงภาพที่มีจำกัด (รูปที่ 6) ส่วนประกอบภายในประกอบด้วย LED ปุ่ม สวิตช์สลับ ลิงค์ และตัวชี้ อย่างไรก็ตามข้อดีข้อใหญ่ก็คือระบบ SCADA นี้รองรับรูปภาพและข้อความแบบไดนามิก ด้วยความรู้ขั้นต่ำเกี่ยวกับโปรแกรมแก้ไขกราฟิก (Corel, Adobe Photoshop เป็นต้น) คุณสามารถสร้างไลบรารีรูปภาพ องค์ประกอบ และพื้นผิวของคุณเองได้ และการรองรับองค์ประกอบ GIF จะทำให้คุณสามารถเพิ่มแอนิเมชั่นลงในการแสดงภาพของกระบวนการทางเทคโนโลยีได้

รูปที่ 6 — เครื่องมือแก้ไข Scheme ใน Rapid SCADA

ภายในกรอบของบทความนี้ ไม่มีเป้าหมายที่จะอธิบายกระบวนการสร้างโครงการแบบกราฟิกใน Rapid SCADA ทีละขั้นตอน ดังนั้นเราจะไม่กล่าวถึงประเด็นนี้โดยละเอียด ในสภาพแวดล้อมของนักพัฒนา โครงการง่ายๆ ของเรา “ระบบจ่ายอากาศอัด” สำหรับสถานีคอมเพรสเซอร์มีลักษณะดังนี้ (รูปที่ 7):

รูปที่ 7 — โปรแกรมแก้ไข Scheme ใน Rapid SCADA (คลิกรูปภาพได้)

จากนั้น อัปโหลดโปรเจ็กต์ของเราไปยังอุปกรณ์ ในการดำเนินการนี้ เราจะระบุที่อยู่ IP ของอุปกรณ์ที่จะถ่ายโอนโปรเจ็กต์ไม่ใช่ไปยังโลคัลโฮสต์ แต่ไปยังคอมพิวเตอร์ฝังตัวของเรา:

รูปที่ 8 - การอัพโหลดโปรเจ็กต์ไปยังอุปกรณ์ใน Rapid SCADA (คลิกรูปภาพได้)

เป็นผลให้เราได้สิ่งที่คล้ายกัน (รูปที่ 9) ทางด้านซ้ายของหน้าจอมีไฟ LED ที่แสดงสถานะการทำงานของทั้งระบบ (คอมเพรสเซอร์) รวมถึงสถานะการทำงานของวาล์ว (เปิดหรือปิด) และในส่วนกลางของหน้าจอจะมีการแสดงภาพ ของกระบวนการทางเทคโนโลยีที่มีความสามารถในการควบคุมอุปกรณ์โดยใช้สวิตช์สลับ เมื่อเปิดวาล์วเฉพาะ สีของทั้งตัววาล์วและเส้นที่เกี่ยวข้องจะเปลี่ยนจากสีเทาเป็นสีเขียว

รูปที่ 9 - โครงการสถานีคอมเพรสเซอร์ (สามารถคลิกภาพเคลื่อนไหว GIF ได้)

ที่นี่ คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ของโครงการนี้เพื่อตรวจสอบได้

รูปที่ 10 แสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์โดยรวมเป็นอย่างไร

รูปที่ 10 - ระบบ SCADA บน Raspberry

ผลการวิจัย

การเกิดขึ้นของคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมแบบฝังตัวที่ทรงพลังทำให้สามารถขยายและเสริมการทำงานของตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ การติดตั้งระบบ SCADA ที่คล้ายกันสามารถครอบคลุมงานการผลิตขนาดเล็กหรือกระบวนการทางเทคโนโลยีได้ สำหรับงานขนาดใหญ่ที่มีผู้ใช้จำนวนมากหรือมีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น คุณมักจะต้องติดตั้งเซิร์ฟเวอร์เต็มรูปแบบ ตู้ระบบอัตโนมัติ และ PLC ตามปกติ อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบอัตโนมัติขนาดกลางและขนาดเล็ก เช่น อาคารอุตสาหกรรมขนาดเล็ก โรงต้มน้ำ สถานีสูบน้ำ หรือบ้านอัจฉริยะ วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวดูเหมือนเหมาะสม ตามการคำนวณของเรา อุปกรณ์ดังกล่าวเหมาะสำหรับงานที่มีจุดอินพุต/เอาท์พุตข้อมูลสูงสุด 500 จุด

หากคุณมีประสบการณ์ในการวาดภาพในโปรแกรมแก้ไขกราฟิกต่างๆ และไม่ทราบว่าคุณจะต้องสร้างองค์ประกอบของไดอะแกรมช่วยจำด้วยตัวเอง ตัวเลือกที่มี Rapid SCADA สำหรับ Raspberry นั้นเหมาะสมที่สุด ฟังก์ชันการทำงานในฐานะโซลูชันสำเร็จรูปค่อนข้างจำกัด เนื่องจากเป็นโอเพ่นซอร์ส แต่ก็ยังช่วยให้คุณครอบคลุมงานของอาคารอุตสาหกรรมขนาดเล็กได้ ดังนั้น หากคุณเตรียมเทมเพลตการแสดงภาพสำหรับตัวคุณเอง ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้โซลูชันนี้เพื่อผสานรวมบางส่วนของโปรเจ็กต์ของคุณ (หากไม่ใช่ทั้งหมด)

ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจว่าโซลูชันดังกล่าวบน Raspberry Pi มีประโยชน์ต่อคุณมากแค่ไหน และโครงการของคุณสามารถถูกแทนที่ด้วยระบบ SCADA แบบโอเพนซอร์สได้มากน้อยเพียงใด Linuxคำถามที่สมเหตุสมผลอย่างยิ่งจึงเกิดขึ้น: คุณใช้ระบบ SCADA ใดบ่อยที่สุด?

เฉพาะผู้ใช้ที่ลงทะเบียนเท่านั้นที่สามารถเข้าร่วมในการสำรวจได้ เข้าสู่ระบบ, โปรด.

คุณใช้ระบบ SCADA ใดบ่อยที่สุด?

• 35.2% SIMATIC WinCC (พอร์ทัล TIA)18

• 7.8% อินทัช วันเดอร์แวร์4

• 5.8% ติดตามโหมด3

• 15.6% CoDeSys8

• 0%ปฐมกาล 0

• 3.9% พีซีวิว โซลูชั่น2

• 3.9% วิเจโอ ซิเทค2

• 17.6% ปริญญาโท SCADA9

• 3.9% ไอริเดียม โมบายล์2

• 3.9% ง่าย-Scada2

• 7.8% SCADA4 อย่างรวดเร็ว

• 1.9% AggreGate SCADA1

• 39.2% ตัวเลือกอื่น (ตอบในความคิดเห็น)20

ผู้ใช้ 51 คนโหวต ผู้ใช้ 33 รายงดออกเสียง

ที่มา: will.com