Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) играют ключевую роль в различных отраслях промышленности, от производства до энергетики. В этой статье мы рассмотрим классическую структуру АСУ ТП, путь передачи данных и преимущества единой шины данных (Open Connectivity Foundation, OCF) в контексте Открытых платформ промышленной автоматизации (ОППА или O-PAS).
Классическая структура АСУ ТП
Мы уже затрагивали вопрос об уровнях автоматизации, про средний уровень, который как бы есть, но как бы и нет... Но сейчас хотелось бы договориться о терминах для данной публикации, да и нужно добавить что-то выше верхнего уровня. Итак, классическая структура АСУ ТП включает несколько уровней:
1. Нижний уровень (Полевой уровень): Состоит из датчиков, приводов и других устройств, которые непосредственно взаимодействуют с производственным оборудованием.
2. Средний уровень (Контроллерный уровень): Включает программируемые логические контроллеры (PLC) и другие устройства, которые обрабатывают данные с полевого уровня.
3. Верхний уровень (Уровень SCADA): Системы сбора, анализа и визуализации данных, которые позволяют операторам мониторить и управлять процессами в реальном времени.
4. Уровень MES: Системы управления производственными операциями, которые занимаются планированием, контролем и оптимизацией производственных процессов.
5. Уровень ERP: Платформы для управления ресурсами предприятия, которые интегрируют все бизнес-процессы в единую систему.
Путь передачи данных
Данные передаются от полевого уровня через контроллеры на уровень SCADA. SCADA системы собирают информацию, обрабатывают её и передают на уровень MES для дальнейшей обработки и анализа. Затем данные интегрируются в ERP системы для обеспечения полного управления ресурсами предприятия.
Преимущества и недостатки классического подхода
Преимущества:
· Централизованный контроль и мониторинг.
· Высокая надежность и безопасность данных.
· Интеграция с ERP системами для полного управления ресурсами.
Недостатки:
· Сложность и высокая стоимость внедрения и поддержки.
· Узкая специализация компонентов, что затрудняет их интеграцию и модернизацию.
· Низкая гибкость в условиях быстро меняющихся требований.
· Неприемлемые временные задержки в ряде задач.
Концепция единой шины данных (OCF)
Единая шина данных (Open Connectivity Foundation, OCF) предлагает новый подход к интеграции данных в АСУ ТП. В рамках концепции ОППА, OCF обеспечивает открытую и стандартизированную платформу для обмена данными между различными уровнями и системами.
Преимущества OCF:
· Упрощение интеграции: OCF позволяет легко интегрировать новые устройства и системы благодаря единому стандарту обмена данными.
· Снижение затрат: Уменьшение расходов на разработку и поддержку специализированных интерфейсов.
· Повышенная гибкость: Легкость внесения изменений и обновлений в систему без необходимости полной замены компонентов.
· Улучшенная производительность: Более высокая скорость передачи данных и уменьшение задержек благодаря стандартизированному подходу.
Технология OPC UA over TSN
OPC UA (Unified Architecture) over TSN (Time-Sensitive Networking) представляет собой перспективный стек технологий, который может стать основой для OCF. OPC UA обеспечивает универсальный интерфейс для обмена данными в промышленных сетях, а TSN гарантирует надежную и своевременную передачу данных в реальном времени.
Преимущества OPC UA over TSN:
· Высокая надежность: TSN обеспечивает низкую задержку и надежность передачи данных, что критично для производственных процессов.
· Безопасность: Поддержка шифрования данных для защиты от несанкционированного доступа.
· Масштабируемость: Возможность интеграции с различными устройствами и системами благодаря OPC UA.
Что в итоге?
Единая шина данных на базе OCF и технологии OPC UA over TSN предлагает значительные преимущества по сравнению с классической структурой АСУ ТП. Она упрощает интеграцию, снижает затраты и повышает гибкость системы, что делает её привлекательной для современных промышленных предприятий. Внедрение таких решений способствует повышению эффективности и конкурентоспособности производственных процессов.
Кроме того, этот подход также привлекателен для разработчиков программного обеспечения и оборудования. Единая шина данных позволяет снизить затраты на разработку благодаря использованию стандартизированных интерфейсов, что ускоряет вывод продуктов на рынок и делает их доступными для более широкой аудитории. Это открывает новые возможности для интеграции и расширения на различные рынки, что, в свою очередь, способствует росту и развитию как для производителей, так и для разработчиков решений в области промышленной автоматизации.
Виталий Олейников. Мастерская Автоматизации Комитета по обустройству месторождений ИНТИ.