Nel mondo dell’automazione industriale, la creazione di un pannello SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) efficace è fondamentale per monitorare e controllare i processi industriali. In questa guida dettagliata, ti mostrerò come configurare un pannello SCADA collegato a un PLC S7-1200 reale, interfacciarlo con un database Microsoft SQL e visualizzare i dati raccolti tramite una dashboard di Power BI. Alla fine di questo articolo, avrai una comprensione approfondita di ogni passaggio necessario per realizzare un sistema completo e funzionante.
In particolar modo vedremo:
Introduzione alla Tecnologia SCADA
Il sistema SCADA è un componente essenziale nelle infrastrutture industriali moderne. Permette di acquisire dati in tempo reale, monitorare i processi, e persino controllare dispositivi remoti. I pannelli SCADA sono utilizzati in settori come la produzione, la gestione dell’energia, e l’automazione dei trasporti. La loro capacità di raccogliere e analizzare dati in tempo reale consente di ottimizzare i processi, ridurre i tempi di inattività e migliorare l’efficienza complessiva delle operazioni.
Il PLC (Programmable Logic Controller) è il cervello dietro la maggior parte dei sistemi SCADA. Si tratta di un computer industriale che controlla le macchine e i processi. In questo caso, utilizzeremo un PLC S7-1200, noto per la sua affidabilità e versatilità.
Passaggio 1: Configurazione del Progetto in TIA Portal
Per iniziare, dobbiamo configurare il nostro progetto in TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal), che è la suite di software di automazione di Siemens. TIA Portal è l’ambiente in cui puoi programmare e configurare i tuoi PLC, creare interfacce HMI (Human-Machine Interface), e integrare sistemi di automazione complessi.
Creazione di un Nuovo Progetto
- Apri TIA Portal e seleziona “Create new project”.
- Inserisci un nome per il progetto, ad esempio “SCADA_S7-1200_Project”, e seleziona una directory in cui salvare il progetto.
- Clicca su Create.
Aggiunta del PLC S7-1200
- All’interno del progetto, clicca su Add new device.
- Seleziona Controller > SIMATIC S7-1200 e scegli il modello specifico del tuo PLC.
- Configura le impostazioni di rete del PLC, selezionando l’indirizzo IP corretto e assicurandoti che sia collegato correttamente alla rete industriale.
Programmazione del PLC
- Clicca su Program Blocks nella struttura del progetto.
- Seleziona Add new block e scegli OB1 – Main Program.
- Aggiungi un contatore, utilizzando il ladder logic, inserendo il seguente codice di esempio:
IF M0.0 THEN
C1 := C1 + 1;
END_IF;
IF C1 >= 10 THEN
C1 := 10; // Assicurarsi che il contatore non superi il valore di preset
END_IF;
Spiegazione del codice SCL:
IF M0.0 THEN: Questo controlla se l'ingresso M0.0 è attivo (TRUE). Se lo è, il contatore (C1) viene incrementato di 1.
C1 := C1 + 1;: Incrementa il valore di C1 di 1.
IF C1 >= 10 THEN: Questo controllo garantisce che il contatore non superi il valore di preset (10). Se il contatore raggiunge o supera il valore di preset, viene fissato a 10.
END_IF;: Termina il blocco IF.Questo codice incrementa il contatore C1 ogni volta che l’ingresso M0.0 è attivo. Configura i contatori in modo che generino i dati necessari per la supervisione.
Configurazione delle Comunicazioni
- Nel menu di navigazione, vai su Devices & Networks.
- Seleziona il tuo PLC e clicca su Properties.
- Configura la PROFINET interface del PLC per abilitare la comunicazione con il sistema SCADA. Assegna un nome al dispositivo e un indirizzo IP coerente con la tua rete.
Passaggio 2: Configurazione del Sistema SCADA con WinCC
Con il PLC programmato e configurato, il passo successivo è creare il sistema SCADA utilizzando WinCC, che è la piattaforma HMI/SCADA di Siemens.
Creazione di una Nuova PC Station SCADA
- All’interno di TIA Portal, vai su Add new device > PC Station.
- Seleziona WinCC Runtime Advanced come software SCADA.
- Assegna un nome alla PC Station, ad esempio “SCADA_Station”.
Progettazione della Pagina HMI
- Seleziona la PC Station appena creata, poi vai su Screens e clicca su Add new screen.
- Disegna la pagina HMI trascinando gli elementi dalla barra degli strumenti (ad es. grafici, pulsanti, indicatori).
- Crea una visualizzazione delle curve di dati, selezionando Trend View e configurando le proprietà per visualizzare i valori dei contatori in tempo reale.
Configurazione delle Variabili
- Vai su Tags nella sezione HMI.
- Clicca su Add new tag e configura le variabili per mappare i contatori e altre variabili del PLC agli elementi HMI.
- Per collegare un contatore, seleziona il tag associato (ad es. “Counter1”) e imposta il Data Source come “PLC Tag”.
Simulazione e Testing
- Clicca su Start Simulation per avviare la simulazione del sistema SCADA.
- Verifica che i dati del PLC siano visualizzati correttamente nell’interfaccia HMI.
- Correggi eventuali problemi riscontrati durante la simulazione.
Passaggio 3: Configurazione del Database in Microsoft SQL Server
Ora che il sistema SCADA è configurato, dobbiamo configurare un database in Microsoft SQL Server per memorizzare i dati raccolti.
Installazione di SQL Server
- Se non l’hai già fatto, scarica e installa Microsoft SQL Server e SQL Server Management Studio (SSMS).
- Una volta completata l’installazione, apri SSMS e connettiti al server locale.
Creazione del Database
- In SSMS, clicca con il tasto destro su Databases e seleziona New Database.
- Inserisci il nome del database, ad esempio “SCADA_Data”, e clicca su OK.
Creazione delle Tabelle
- Clicca con il tasto destro sul database appena creato e seleziona New Table.
- Definisci le colonne della tabella, ad esempio:
- ID (Primary Key, int, Identity)
- Timestamp (datetime)
- CounterValue (int)
- Salva la tabella con il nome “Dati_PLC”.
Configurazione della Connessione ODBC
- Torna in TIA Portal, seleziona la PC Station e clicca su Properties.
- Vai su OPC Connections e aggiungi una nuova connessione ODBC.
- Inserisci i dettagli del database creato, incluso il nome del server, il nome del database e le credenziali di accesso.
Test della Connessione
- Esegui un test della connessione ODBC direttamente da TIA Portal.
- Se la connessione è corretta, verifica che i dati siano scritti correttamente nel database SQL inviando manualmente un set di dati dal PLC.
Passaggio 4: Interfacciamento con Power BI
Il passo successivo consiste nel creare una dashboard interattiva utilizzando Power BI per visualizzare i dati memorizzati nel database SQL.
Installazione di Power BI
- Scarica e installa Microsoft Power BI Desktop.
- Apri Power BI e seleziona Get Data dal menu iniziale.
Connessione al Database SQL
- Scegli SQL Server come fonte di dati.
- Inserisci il nome del server e il nome del database “SCADA_Data”.
- Una volta connesso, seleziona la tabella “Dati_PLC” e carica i dati in Power BI.
Creazione delle Visualizzazioni
- Nella vista Report, trascina i campi dalla tabella ai grafici.
- Crea un grafico a linee per visualizzare l’andamento dei valori del contatore nel tempo. Ad esempio, trascina il campo Timestamp sull’asse X e CounterValue sull’asse Y.
- Aggiungi ulteriori visualizzazioni per rappresentare altri dati importanti, come medie o valori massimi.
Implementazione dei Filtri e delle Dashboard Dinamiche
- Aggiungi un filtro di data alla dashboard, selezionando il tipo di filtro Date Range.
- Configura interazioni tra i vari grafici in modo che, cliccando su un elemento, si aggiornino dinamicamente anche gli altri grafici.
Pubblicazione e Condivisione della Dashboard
- Clicca su Publish per caricare la tua dashboard sul servizio cloud di Power BI.
- Condividi la dashboard con altri utenti configurando i permessi di accesso direttamente dal portale Power BI.
Passaggio 5: Ottimizzazione e Manutenzione del Sistema
Con il sistema completo e funzionante, è importante dedicare del tempo all’ottimizzazione e alla manutenzione continua per garantire che il sistema SCADA rimanga affidabile e performante.
Ottimizzazione del Database
- Implementa indici sulle tabelle SQL per migliorare le prestazioni delle query.
- Pianifica la rimozione dei dati più vecchi con procedure di pulizia automatizzate.
Monitoraggio delle Prestazioni del PLC e del Sistema SCADA
- Utilizza Performance Logs in SQL Server per monitorare le prestazioni del database.
- Integra strumenti di monitoraggio delle prestazioni del PLC direttamente in TIA Portal.
Backup e Ripristino
- Configura backup regolari del database SQL utilizzando i Maintenance Plans in SQL Server.
- Effettua anche backup delle configurazioni TIA Portal e delle impostazioni del sistema SCADA.
Aggiornamenti del Software
- Mantieni sempre aggiornati TIA Portal, WinCC e SQL Server installando le ultime patch di sicurezza e aggiornamenti funzionali.
- Verifica la compatibilità degli aggiornamenti con il resto del sistema prima di applicarli.
Documentazione e Formazione
- Documenta dettagliatamente ogni passaggio della configurazione, inclusi screenshot e descrizioni delle impostazioni.
- Organizza sessioni di formazione per il personale tecnico, assicurandoti che siano aggiornati sulle migliori pratiche e sull’uso corretto del sistema SCADA.
Conclusione
La creazione di un sistema SCADA integrato con un PLC S7-1200, un database SQL e una dashboard Power BI richiede una pianificazione attenta e una conoscenza approfondita di diverse tecnologie. Tuttavia, seguendo i passaggi descritti in questa guida, sarai in grado di sviluppare un sistema robusto e scalabile che può migliorare significativamente la tua capacità di monitorare e controllare i processi industriali.
Non dimenticare che il successo di un progetto SCADA dipende non solo dalla tecnologia, ma anche dalla formazione e dal supporto continuo. Mantieni il sistema aggiornato e investe nel continuo miglioramento delle competenze del tuo team per garantire che il sistema continui a soddisfare le esigenze della tua azienda.
Spero che questa guida ti sia stata utile. Se hai domande o desideri approfondire qualche aspetto specifico, non esitare a lasciare un commento o a contattarmi direttamente. E, se non l’hai già fatto, ti invito a iscriverti al mio canale per accedere a ulteriori contenuti esclusivi e guide avanzate sull’automazione industriale.
“Semplifica, automatizza, sorridi: il mantra del programmatore zen.”
Dott. Strongoli Alessandro
Programmatore
CEO IO PROGRAMMO srl