«Домашняя» SCADA для Arduino

Arduino больше предназначено для использования бытовых и рутинных задач. В основном эти контроллеры рассматривают для создания различных игрушечных прототипов. Всё таки можно найти действительно стоящее применение данных девайсов. SCADA для arduino — это одно из решений, позволяющее вести полный контроль за каким-либо процессом в любой точке мира. Это решение ещё называют «Интернет вещей». Существует великое множество сложных и неподъёмных SCADA — систем для различных проектов. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Из этой статьи вы узнаете:

Подключение MasterSCADA и Arduino
Подключение Arduino и Remote XY

Всем привет друзья, с вами Гридин Семён. В этой статье я хотел поделиться с вами своими мыслями по поводу применения SCADA систем вкупе с Arduino.

Кстати, недавно мы с моей невестой выезжали на природу. Было очень тепло и светло, почти как летом. Правда, к сожалению до шашлыков дело не дошло :- (. А как вы отдыхаете, дорогие читатели, выезжали вы на природу??

Мы на природе

Теперь давайте вернёмся к нашему диалогу. Теоретически можно подключить любую SCADA — систему к любому оборудованию, лишь бы был OPC — сервер и нужный протокол для передачи тех или иных данных…

Мы с вами рассмотрим два варианта подключений. Вариант с нашей любимой Master SCADA и с готовой системой RemoteXY для Arduino. Рассмотрим их различия, достоинства и недостатки.

Подключение MasterSCADA и Arduino

Что нам для этого нужно:

Установить Master SCADA 3.7 на 32 точки — бесплатная версия;
Установить Master OPC universal Modbus на 32 тега — тоже бесплатная версия;
Конечно Arduino UNO;
Написать скетч и настроить обе программы;

Дистрибутивы программ вы можете скачать с официального сайта ИНСАТ. Устанавливаете на компьютер и идём дальше.

Для того, чтобы вся эта штука заработала, нам нужно скачать библиотеки для Ардуино, чтобы он опрашивался по протоколу Modbus в режиме Slave. Для этого нужно скачать библиотеку SimpleModbusSlaveV9. Скачать можно отсюда. Как установить библиотеку, я писал статью.

Пример будет с измерением длины. Реализован он будет с помощью Ардуино и датчика дальномера HC-SR04.

Пишем скетч:

//подключаем библиотеку #include <SimpleModbusSlave.h> //объявляем переменные #define echoPin 2 #define trigPin 3  enum  {  ADC_VAL,  PWM_VAL,  HOLDING_REGS_SIZE=4 //вводим количество каналов  };  unsigned int holdingRegs[HOLDING_REGS_SIZE];   void setup() {  modbus_configure(&Serial, 115200, SERIAL_8N2, 1, 2, HOLDING_REGS_SIZE, holdingRegs); //вводим скорость опроса  modbus_update_comms(115200, SERIAL_8N2, 1);  // для УЗ датчиков   pinMode(trigPin, OUTPUT);  pinMode(echoPin, INPUT);  }  void loop() { int duration, cm;   digitalWrite(trigPin, LOW);  delayMicroseconds(2);  digitalWrite(trigPin, HIGH);  delayMicroseconds(10);  digitalWrite(trigPin, LOW);  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);  cm = duration / 58;  // Полученные значения передаем в OPC  modbus_update();  holdingRegs[2] = cm; //адрес 2 holdingRegs[3] = cm; //адрес 2 }

//подключаем библиотеку

#include <SimpleModbusSlave.h>

//объявляем переменные

#define echoPin 2

#define trigPin 3

enum

{

ADC_VAL,

PWM_VAL,

HOLDING_REGS_SIZE=4 //вводим количество каналов

};

unsigned int holdingRegs[HOLDING_REGS_SIZE];

void setup()

{

modbus_configure(&Serial, 115200, SERIAL_8N2, 1, 2, HOLDING_REGS_SIZE, holdingRegs); //вводим скорость опроса

modbus_update_comms(115200, SERIAL_8N2, 1);

// для УЗ датчиков

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

}

void loop()

{

int duration, cm;

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

cm = duration / 58;

// Полученные значения передаем в OPC

modbus_update();

holdingRegs[2] = cm; //адрес 2

holdingRegs[3] = cm; //адрес 2

}

Далее настраиваем OPC-сервер. Создаём устройство в дереве объектов. Добавляем подключение через COM-порт. В моём случае 3 порт. Обязательно указывайте в настройках.

Настройки ОРС

Далее добавляем устройство:

Добавляем устройство

После этого вносим теги, которые вы хотите опрашивать:

Настройки тега

Нулевой адрес обязателен. Так как без него произойдёт смещение адресации. Нажимаем на кнопочку пуск, и выскочит вот такая вот картинка:

Результат опроса

Это всё конечно здорово! Но нам надо увидеть эти данные на мнемосхеме, правильно. Тогда поступаем следующим образом — открываем MasterSCADA, создаём проект и делаем следующие настройки.

SCADA_1

Ищем ОРС-сервер и добавляем его:

SCADA_2

Добавляем ОРС-переменную нашего любимого датчика-дальномера:

SCADA_3

Далее добавляем Связываем теги и выводим это всё на мнемосхему. После этого запускаем всё хозяйство.

SCADA_4

А теперь давайте рассмотрим другую не менее интересную SCADA-систему для плат Ардуино.

Подключение Arduino и Remote XY

Remote XY — это специально разработанная программа для небольших контроллеров. Есть три типа подключений — это через bluetooth, WI-FI и Ethernet. Мнемосхему можно создавать прям в браузере. Главная фишка ПО — это управление с телефона или планшета. Для более подробного изучения заходите на официальный сайт разработчиков.

А мы с вами попробуем написать программу. Соединиться с помощью Ethernet-шильда W5100 по LAN-кабелю. Запустим процесс измерения влажности и температуры с помощью датчика DHT11. Ну что, поехали…

Что нам нужно:

контроллер Arduino UNO;
Ethernet W5100 шильд;
датчик DTH11;
Доступ к программе Remote XY;
Хорошее настроение;

Ethernet W5100 шильд соединяется с Arduino, разместив их одну над другой. Необходимо обеспечить подключение Ethernet-шильда к локальной сети.

Шильдик

Скачайте библиотеку RemoteXY. И загрузите такой скетч в контроллер:

/* RemoteXY select connection mode and include library */  #define REMOTEXY_MODE__W5100_SPI  #include <Ethernet.h>  /* Ethernet shield used pins: 10(SS) */  #include <SPI.h>  /* SPI interface used pins: 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) */   #include <RemoteXY.h>   /* RemoteXY connection settings */  #define REMOTEXY_ETHERNET_MAC "DE:AD:BE:EF:EF:ED"  #define REMOTEXY_SERVER_PORT 6377    /* RemoteXY configurate */  unsigned char RemoteXY_CONF[] =   { 0,25,88,0,4,5,67,4,53,14   ,30,6,0,11,67,4,53,34,30,6   ,0,11,66,193,15,21,34,4,6,66   ,129,49,21,34,4,1,66,129,15,41   ,68,4,4,129,0,14,14,38,6,0   ,84,101,109,112,101,114,97,116,117,114   ,101,58,0,129,0,15,34,28,6,0   ,72,117,109,105,100,105,116,121,58,0   ,129,0,44,25,10,6,0,48,194,176   ,67,0 };    /* this structure defines all the variables of your control interface */  struct {    /* output variable */   char text_temp[11]; /* string end zero UNICODE */   char text_hum[11]; /* string end zero UNICODE */   signed char level_temp_down; /* =0..100 level position */   signed char level_temp_up; /* =0..100 level position */   signed char level_hum; /* =0..100 level position */    /* other variable */   unsigned char connect_flag; /* =1 if wire connected, else =0 */   } RemoteXY;   #include "DHT.h"  #define DHTPIN 2  DHT dht(DHTPIN, DHT11);   void setup()  {   RemoteXY_Init ();      // TODO you setup code    }   void loop()  {   RemoteXY_Handler ();        // TODO you loop code   // use the RemoteXY structure for data transfer   float temp = dht.readTemperature();   float hum = dht.readHumidity();   dtostrf(temp, 0, 1, RemoteXY.text_temp);   dtostrf(hum, 0, 1, RemoteXY.text_hum);     if (temp<0) {   RemoteXY.level_temp_up = 0;   RemoteXY.level_temp_down = min (-temp*2,100);   }   else if (temp>0) {   RemoteXY.level_temp_up = min(temp*2,100);   RemoteXY.level_temp_down = 0;   }   else {   RemoteXY.level_temp_up = 0;   RemoteXY.level_temp_down = 0;   }   RemoteXY.level_hum = hum;  }

/* RemoteXY select connection mode and include library */

#define REMOTEXY_MODE__W5100_SPI

#include <Ethernet.h>

/* Ethernet shield used pins: 10(SS) */

#include <SPI.h>

/* SPI interface used pins: 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) */

#include <RemoteXY.h>

/* RemoteXY connection settings */

#define REMOTEXY_ETHERNET_MAC "DE:AD:BE:EF:EF:ED"

#define REMOTEXY_SERVER_PORT 6377

/* RemoteXY configurate */

unsigned char RemoteXY_CONF[] =

{ 0,25,88,0,4,5,67,4,53,14

,30,6,0,11,67,4,53,34,30,6

,0,11,66,193,15,21,34,4,6,66

,129,49,21,34,4,1,66,129,15,41

,68,4,4,129,0,14,14,38,6,0

,84,101,109,112,101,114,97,116,117,114

,101,58,0,129,0,15,34,28,6,0

,72,117,109,105,100,105,116,121,58,0

,129,0,44,25,10,6,0,48,194,176

,67,0 };

/* this structure defines all the variables of your control interface */

struct {

/* output variable */

char text_temp[11]; /* string end zero UNICODE */

char text_hum[11]; /* string end zero UNICODE */

signed char level_temp_down; /* =0..100 level position */

signed char level_temp_up; /* =0..100 level position */

signed char level_hum; /* =0..100 level position */

/* other variable */

unsigned char connect_flag; /* =1 if wire connected, else =0 */

} RemoteXY;

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 2

DHT dht(DHTPIN, DHT11);

void setup()

{

RemoteXY_Init ();

// TODO you setup code

}

void loop()

{

RemoteXY_Handler ();

// TODO you loop code

// use the RemoteXY structure for data transfer

float temp = dht.readTemperature();

float hum = dht.readHumidity();

dtostrf(temp, 0, 1, RemoteXY.text_temp);

dtostrf(hum, 0, 1, RemoteXY.text_hum);

if (temp<0) {

RemoteXY.level_temp_up = 0;

RemoteXY.level_temp_down = min (-temp*2,100);

}

else if (temp>0) {

RemoteXY.level_temp_up = min(temp*2,100);

RemoteXY.level_temp_down = 0;

}

else {

RemoteXY.level_temp_up = 0;

RemoteXY.level_temp_down = 0;

}

RemoteXY.level_hum = hum;

}

Потом скачайте приложение Remote XY на PlayMarket или AppStore. В открывшемся окне необходимо указать IP адрес, который был выдан Ethernet шильду роутером. В WEB-интерфейсе роутера можно посмотреть список подключенных устройств. Девайс можно идентифицировать по MAC-адресу в скетче.

В итоге должна получиться вот такая картинка:

Интерфейс DHT11

На сегодня у меня всё. Спасибо вам за то, что вы со мной, дорогие читатели. Подписывайтесь на новости блога. Пишите в комментах, пишите письма, я всегда отвечу по возможности. С вами был Гридин Семён. Пока — пока!!!

С уважением, Гридин Семён

Комментариев к статье: 15

Александр

Семен! Мне нужна Ваша помощь. Я — бывший полковник, доцент, 66 лет. Преподаю в Академии Можайского. Заинтересовался системами SCADA. Как программист, практик я 0. Но хочу, чтобы дипломник соединил Master SCADA с ARDUINO, а еще с каким либо ARM, апример,STM 32. дипломника пока не получается по Вашим инструкциям. Готов заплатить за помощь.
- Гридин Семён
  
  Добрый день, давайте начнём с того, что пытается соединить ваш дипломник. Arduino или STM 32? Arduino как он соединяет с MasterSCADA? По Modbus? У ребят от Simple-SCADA есть замечательные видеоуроки. Посмотреть можете здесь «Как мне помогла SCADA в автоматизации производства?». Я думаю, должно помочь.
Сергей

Ищите проект FLProg. Там и скада своя есть.
- Гридин Семён
  
  Вообще не знал, что у FLProga есть SCADA. И как она? Как интерфейс? Есть графики? Архивы? Тренды?
Владимир

Здравствуйте! Занимаюсь подключением Ардуино MEGA 2560 к SCADA-системе и у меня возникло несколько камней преткновения:

1) С начала не мог разобраться как мне со SCADA отправить некое число на Ардуино, потом разобрался: надо вместо «holdingRegs[2] = cm» написать "cm = holdingRegs[2]« — теперь переменной cm будет присваиваться значение, которое мы кинем в OPC-переменную holdingRegs[2]. (Этот лирический пункт)

2) В моем проекте управление Ардуино осуществляется также с сенсорного экрана(TFT3.2» с алиэкспрес за 600 руб) и я столкнулся с тем, что когда я добавил программный код для работы с OPC-сервером, я потерял возможность ввода температура с сенс. дисплея. Как я понял, это связано с ходом программного кода, т.е. когда я присваиваю переменной gradus значение температуры с сенс.экрана, то возникает конфликт логики и внизу кода значению graus заново переприсваивается значение OPC-переменной gradus = holdingRegs[2]. Я сумел обойти этот конфликт логики, кинув строку holdingRegs[2] = gradus в блок программы отвеч. за ввод температуры (в этот момент мы наоборот присваиваем ОРС-переменной значение температуры). Но такой «маневр» выручает не везде, т.к. программа у меня многоопциональная, так скажем, и конфликт порой никак нельзя разрешить! Скажите можно ли вот эти варианты строк gradus = holdingRegs[2] и holdingRegs[2] = gradus написать в программе так, чтобы они работали в обе стороны без описанных выше ухищрений. Или подобное подключение к SCADA, описанное в данной статье, не предполагает одновременного задания параметров и со SCADA-системы и с сенсорного экрана?

3) OPC-переменная для Ардуино holdingRegs[], как я понял, работает только с целыми числами, т.е. если мы переменную типа float или double равную 23,8 кинем в holdingRegs[], то она сразу отсечет десятичную часть и оставит только число 23. Можно ли как-то записывать в эти ОРС-переменные дробные числа? Как я пришел к такому выводу — долгая история (ели интересует, могу написать), если я не прав — поправьте меня!
Антон

Скетч не работает. Постоянно вываливает ошибку «expected unqualified-id before numeric constant»
Анатолий

Очень полезный пример, на основе него разобрался, подключил DS18b20, а также релейный модуль.

Да с переменной Floot вышла проблема, пришлось умножать на 100 и отправлять как integer, потом соответственно умножать на 0,01

Аналогично с переменной Byte также пришлось переводить в integer. (для управления реле)
Владислав

Спасибо большое за статью, помогла с дипломной работой) Но, мне кажется, в настройке ОПС сервера на компуктере ошибка… (первый пример с мастер скадой) В ардуино вы заливаете скетч, где настраиваете модбас с двумя стоп-битами (SERIAL_8N2), а в Мастере ОРС выставляете только один стоп-бит…
- Гридин Семён
  
  Есть такой Грешок, спасибо за замечание…
Илья

Необходима ваша помощь, подскажите как в Ардуино устройству задать адрес для опроса.

Т. е. в ОРС сервере к СОМ порту все подключается и дальше возникает ошибка в опросе устройства.
- Гридин Семён
  
  В коде последние строчки, попробуйте пощёлкать.
  - Григорий
    
    Здравствуйте, хотел бы задать вопрос. Я приступил к реализации управления шаговым двигателем с MasterScada, шаговый двигатель подключён к ардуино через драйвер а4988. При работе двигателя(задано направление и скорость вращения) наблюдается не плавное вращение, двигатель работает рывками, и происходит это в момент обмена данными между OPC-сервером и ардуино. При отключении OPC работа двигателя становится плавной, существует ли способ решения данной проблемы? OPC сервер настраивал как написано в примере.
  - Гридин Семён
    
    существует, нужно «разделять» управление двигателем и передачу данных.
Марк

Семён не могли бы вы помочь.

что может являться причиной?

COM5.arduino:Ошибка опроса устройства

COM5.arduino:Включен таймаут ошибки запроса 1

arduino:Ошибка выполнения команды 3 <> в устройстве 1 from arduino:HOLDING_REGISTERS
- Гридин Семён
  
  Это скорее всего ошиблись с адресами регистров. функция не прочитала ваш регистр.

«Домашняя» SCADA для Arduino

Подключение MasterSCADA и Arduino

Подключение Arduino и Remote XY

Вам так же может быть интересно