SCADA über Himbeere: Mythos oder Realität?

Der Winter kommt. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) werden durch eingebettete PCs ersetzt. Dies liegt an der Tatsache, dass die Leistung von Computern es einem Gerät ermöglicht, die Funktionalität eines programmierbaren Controllers, eines Servers und (wenn das Gerät über einen HDMI-Ausgang verfügt) einer Operator-Workstation zu integrieren. Insgesamt: Webserver, OPC-Teil, Datenbank und Workstation in einem Paket - und das alles auf Kosten einer SPS.

In dem Artikel betrachten wir die Möglichkeit, solche eingebetteten Computer in der Industrie einzusetzen. Wir gehen von einem auf dem Raspberry Pi basierenden Gerät aus, beschreiben Schritt für Schritt den Installationsprozess eines offenen, freien russischen Open Source SCADA-Systems - Rapid SCADA - und entwickeln ein abstraktes Kompressorstationsprojekt, dessen Aufgaben die Fernsteuerung des Kompressors und der drei Ventile umfassen werden. sowie Visualisierung des Drucklufterzeugungsprozesses.

Reservieren Sie sofort, dass das Problem auf zwei Arten behoben werden kann. Grundsätzlich unterscheiden sie sich in keiner Weise voneinander, die Frage ist nur in der ästhetischen und praktischen Komponente. Also brauchen wir:

1.1 Die erste Option beinhaltet das Vorhandensein des Raspberry Pi 2/3/4 selbst sowie das Vorhandensein eines USB-Konverters in RS485 (die sogenannte "Pfeife", die bei Alliexpress bestellt werden kann).


Abbildung 1 - Raspberry Pi 2 und USB-Konverter in RS485

1.2 Die zweite Option umfasst alle vorgefertigten Lösungen auf Basis von Raspberry, die für Installationen unter industriellen Bedingungen mit integrierten RS485-Ports empfohlen werden. Zum Beispiel wie in Abbildung 2, basierend auf dem Raspberry CM3 + Modul.

Abbildung 2 - AntexGate-Gerät

2. Ein Gerät mit Modbus für mehrere Steuerregister;

3. Windows-PC zum Konfigurieren des Projekts.


Entwicklungsstadien:

1. Teil I. Rapid SCADA auf Raspberry installieren;
2. Teil II Installieren Sie Rapid SCADA unter Windows.
3. Teil III. Projektentwicklung und deren Download auf das Gerät;
4. Schlussfolgerungen

Teil I. Rapid SCADA auf Raspberry installieren

1. Füllen Sie das Formular auf der Rapid Scada-Website aus, um das Distributionspaket zu erhalten und die neueste Version für Linux herunterzuladen.

2. Entpacken Sie die heruntergeladenen Dateien und kopieren Sie den Ordner „scada“ in das Verzeichnis / opt des Geräts.

3. Wir haben drei Skripte aus dem Daemons-Ordner in das Verzeichnis /etc/init.d gestellt

4. Wir gewähren uneingeschränkten Zugriff auf drei Anwendungsordner:

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. Wir machen die Skripte ausführbar:

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

⠀6. Repository hinzufügen:

 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. Installieren Sie Mono .NET Framework:

 sudo apt-get install mono-complete 

⠀8. Installieren Sie den Apache HTTP-Server:

 sudo apt-get install apache2 

⠀ 9. Installieren Sie zusätzliche Module:

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

⠀ 10. Erstellen Sie einen Link zur Webanwendung:

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

11. Kopieren Sie aus dem heruntergeladenen Archiv im Ordner „apache“ die Datei scada.conf in das Verzeichnis / etc / apache2 / sites-available

 sudo a2ensite scada.conf 

⠀ 12. Wir folgen diesem Pfad sudo nano /etc/apache2/apache2.conf und fügen Folgendes am Ende der Datei hinzu:

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

⠀ 13. Wir führen das Skript aus:

 sudo /opt/scada/svc_install.sh 

14. Raspberry neu starten:

 sudo reboot 

⠀15. Öffnen Sie die Website:

 http://IP- /scada 

⠀ 16. Geben Sie im folgenden Fenster den Login "admin" und das Passwort "12345" ein .

Teil II Installieren Sie Rapid SCADA unter Windows

Die Installation von Rapid SCADA unter Windows ist erforderlich, um Raspberry und das Projekt zu konfigurieren. Theoretisch können Sie dies auf der Himbeere selbst tun, aber im technischen Support wurde uns geraten, die Entwicklungsumgebung unter Windows zu verwenden, da diese hier korrekter funktioniert als unter Linux.

Also fangen wir an:

1. Wir aktualisieren das Microsoft .NET Framework auf die neueste Version.
2. Laden Sie das Rapid SCADA- Distributionskit für Windows herunter und installieren Sie es offline.
3. Starten Sie die Administrator-Anwendung. Darin werden wir das Projekt selbst entwickeln.

Bei der Entwicklung müssen Sie auf einige Punkte achten:

1. Die Nummerierung der Register in diesem SCADA-System beginnt bei 1 Adresse, daher mussten wir die Nummerierung unserer Register um 1 erhöhen. In unserem Fall ist es: 512 + 1 und so weiter:


Abbildung 3 - Nummerierung der Register in Rapid SCADA (das Bild ist anklickbar)

2. Um Verzeichnisse neu zu konfigurieren und das Projekt auf dem Linux-Betriebssystem korrekt bereitzustellen, gehen Sie in den Einstellungen zu "Server" -> "Allgemeine Einstellungen" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Für Linux":


Abbildung 4 - Migrieren von Verzeichnissen in Rapid SCADA (das Bild kann angeklickt werden)

3. Wir definieren den Polling-Port für Modbus RTU so, wie er im Linux-System des Geräts definiert ist. In unserem Fall ist dies / dev / ttyUSB0


Abbildung 5 - Migrieren von Verzeichnissen in Rapid SCADA (das Bild kann angeklickt werden)

Bei Fragen finden Sie alle zusätzlichen Installationsanweisungen auf der Website des Unternehmens oder auf dessen YouTube-Kanal .

Teil III. Projektentwicklung und deren Download auf das Gerät

Die Entwicklung und Visualisierung des Projekts erfolgt direkt im Browser. Dies ist nach Desktop-SCADA-Systemen nicht ganz vertraut, aber es ist genau das Richtige.

Separat möchte ich eine begrenzte Anzahl von Visualisierungselementen erwähnen (Abbildung 6). Zu den eingebauten Komponenten gehören eine LED, eine Taste, ein Kippschalter, eine Verknüpfung und ein Zeiger. Ein großes Plus ist jedoch, dass dieses SCADA-System dynamische Bilder und Texte unterstützt. Mit minimalen Kenntnissen der Grafikeditoren (Corel, Adobe Photoshop usw.) können Sie Ihre eigenen Bibliotheken mit Bildern, Elementen und Texturen erstellen. Durch die Unterstützung von GIF-Elementen können Sie der Visualisierung des Prozesses Animationen hinzufügen.


Abbildung 6 - Schaltplaneditor-Tools in Rapid SCADA

Im Rahmen dieses Artikels gab es keinen Grund, den Prozess der grafischen Erstellung eines Projekts in Rapid SCADA Schritt für Schritt zu zeichnen. Daher werden wir nicht im Detail auf diesen Punkt eingehen. In der Entwicklerumgebung lautet unser einfaches Projekt „Druckluftversorgungssystem“ einer Kompressorstation wie folgt (Abbildung 7):


Abbildung 7 - Schemaeditor in Rapid SCADA (das Bild ist anklickbar)

Als nächstes füllen Sie unser Projekt auf dem Gerät. Geben Sie dazu die IP-Adresse des Geräts an, mit dem das Projekt nicht an localhost, sondern an unseren eingebetteten Computer übertragen werden soll:


Abbildung 8 - Herunterladen des Projekts auf das Gerät in Rapid SCADA (das Bild ist anklickbar)

Als Ergebnis haben wir etwas Ähnliches erhalten (Abbildung 9). Auf der linken Seite des Bildschirms befinden sich LEDs, die den Status des gesamten Systems (Kompressor) sowie den Status der Ventile (offen oder geschlossen) und im zentralen Teil des Bildschirms anzeigen - Visualisierung des Prozesses mit der Möglichkeit, Geräte über Kippschalter zu steuern. Wenn Sie das eine oder andere Ventil öffnen, wechselt die Farbe von Grau zu Grün, sowohl für das Ventil selbst als auch für die entsprechende Autobahn.


Abbildung 9 - Das Design der Kompressorstation (GIF-Animation ist anklickbar)

Hier können Sie die Datei dieses Projekts zur Überprüfung herunterladen.

Abbildung 10 zeigt, wie das Ergebnis im Großen und Ganzen aussieht.


Abbildung 10 - SCADA-System auf Raspberry

Schlussfolgerungen

Mit der Entwicklung leistungsfähiger Embedded-Industriecomputer können Sie die Funktionalität von speicherprogrammierbaren Steuerungen erweitern und ergänzen. Die Installation ähnlicher SCADA-Systeme kann die Aufgaben einer kleinen Produktion oder eines technologischen Prozesses abdecken. Für größere Aufgaben mit einer großen Anzahl von Benutzern oder einer erhöhten Sicherheitsanforderung müssen Sie höchstwahrscheinlich vollwertige Server, Automatisierungsschränke und vertraute SPS installieren. Für Punkte mittlerer und kleiner Automatisierung, wie kleine Industriegebäude, Kesselhäuser, Pumpenräume oder Smart Homes, erscheint eine solche Lösung jedoch angemessen. Nach unseren Berechnungen eignen sich solche Geräte für Aufgaben bis zu 500 Datenein- / ausgangspunkten.

Wenn Sie Erfahrung mit dem Zeichnen in verschiedenen Grafikeditoren haben und nicht verwirrt sind, dass Sie Elemente von Grafikanzeigen selbst erstellen müssen, ist die Option mit Rapid SCADA für Raspberry sehr optimal. Die Funktionalität als fertige Lösung ist etwas eingeschränkt, da es sich um Open Source handelt. Sie können jedoch auch die Aufgaben eines kleinen Industriegebäudes abdecken. Wenn Sie Visualisierungsvorlagen für sich selbst erstellen, ist es daher durchaus möglich, mit dieser Lösung einen Teil Ihrer Projekte, wenn nicht sogar alle, zu integrieren.

Um zu verstehen, wie nützlich eine solche Lösung unter Raspberry für Sie sein kann und in welchem ​​Umfang Ihre Projekte durch Open Source SCADA-Systeme unter Linux ersetzt werden, stellt sich die Frage, welche SCADA-Systeme Sie am häufigsten verwenden.