Программно-аппаратный комплекс ПЛК на платформе МПССофт: экспертный обзор для системных интеграторов – часть 1

Проблема фрагментации компетенций в АСУ ТП

В проектах автоматизации технологических процессов (АСУ ТП) часто участвуют разрозненные команды специалистов: одни разрабатывают проектную документацию, другие программируют контроллеры, третьи создают SCADA-систему, а четвертые выполняют пусконаладку. Каждый этап требует разных компетенций на стыке нескольких областей инженерии, от электроники до ИТ и технологического проектирования. В итоге нередко возникают потери информации при передаче эстафеты между стадиями: технические требования могут трактоваться по-разному, часть знаний теряется между проектированием и программированием, а при вводе в эксплуатацию выявляются недочеты, требующие доработок и повторных итераций. Такие разрывы приводят к затягиванию сроков, увеличению стоимости и риску сбоев на старте системы.

Как решить эту проблему фрагментации? Один из подходов – использовать единый программно-аппаратный комплекс на базе программного обеспечения МПССофт (бренд IEK DIGITAL) для построения АСУ ТП. Это экосистема продуктов, охватывающая все уровни промышленной автоматизации – от контроллеров ПЛК до SCADA/MES и даже облачных IIoT-платформ. Ниже рассмотрим архитектуру такого комплекса, ключевые инструменты МПССофт, их соответствие стадиям жизненного цикла по ГОСТ 34, а также преимущества и ограничения подобного решения. В заключение приведем рекомендации и чек-лист для запуска пилотного проекта на этой платформе.

Архитектура комплекса: уровни L0–L3

Современные системы промышленной автоматизации строятся по многоуровневой архитектуре (так называемой пирамиде автоматизации ISA-95). В контексте комплекса на МПССофт можно выделить уровни L0–L3:

• L0 – Полевой уровень. В самом низу пирамиды находятся физические устройства: датчики, исполнительные механизмы, приводная техника и прочие элементы, непосредственно взаимодействующие с технологическим процессом. Эти устройства измеряют параметры (температуру, давление, расход и т.п.) и осуществляют воздействие (открытие клапана, включение двигателя).
• L1 – Уровень контроллеров. На следующем уровне работают промышленные контроллеры (ПЛК) и другие устройства локального управления. Они опрашивают датчики L0 и управляют механизмами в реальном времени по заданным алгоритмам. В нашем комплексе за этот уровень отвечает программируемая логика, создаваемая с помощью среды MasterPLC – платформонезависимой системы программирования контроллеров на языках стандарта IEC 61131-3. MasterPLC поддерживает контроллеры с открытой архитектурой, что позволяет использовать разное аппаратное обеспечение без привязки к одному производителю. Программируя все ПЛК через единую среду, интегратор устраняет разнородность на уровне L1 и снижает вероятность ошибок при переносе алгоритмов между разными устройствами.
• L2 – Уровень мониторинга и диспетчеризации. Это уровень SCADA/HMI – систем диспетчерского управления и сбора данных, а также локальных человеко-машинных интерфейсов. Здесь осуществляется оперативный контроль процесса: сбор данных с контроллеров L1, визуализация технологических параметров, тревожная сигнализация, журналы событий. В комплексе МПССофт такую функциональность предоставляет MasterSCADA 4D – полнофункциональная платформа разработки АСУ ТП и диспетчеризации объектов. MasterSCADA 4D соответствует современным требованиям Industry 4.0 и масштабируется от локальных узлов до крупных территориально-распределенных систем. Операторские экраны, тренды, отчеты – все создается внутри этой единой SCADA-среды. Для типовых проектов автоматизации зданий доступен дополнительный модуль MasterBMS, содержащий готовые пресеты и шаблоны диспетчеризации инженерных систем. MasterBMS существенно ускоряет развертывание BMS-систем: по оценке разработчиков, в 10 раз сокращается время создания прикладного ПО для типовых задач. Это значит, что имея готовые библиотечные модули на уровне L2, интегратор может значительно повысить тиражируемость решений – отладив проект на одном объекте, легко адаптировать его под другие.
• L3 – Уровень производственного управления. На этом уровне происходит объединение автоматизации с ИТ-системами предприятия для управления производством, парками оборудования и ресурсами. Сюда относятся, например, MES-системы, системы мониторинга энергоресурсов и прочие приложения верхнего уровня. Продукты МПССофт интегрируются и на этом уровне. Во-первых, MasterSCADA может передавать данные в внешние информационные системы (через OPC UA сервер MasterOPC или API). Во-вторых, в линейке есть специальные решения: например, IEK ERM – система управления энергоресурсами, или MasterCAD – инструмент для проектирования систем здания с выпуском документации по ГОСТ 34.201–2020. Наконец, особое место занимает облачная платформа IEK IIoT – о ней следует сказать отдельно.

Инфографика 1: Архитектура комплекса уровней L0–L3. На иллюстрации отображена пирамида уровней АСУ ТП: на уровне L0 – датчики и исполнительные механизмы в полевых устройствах; L1 – контроллеры ПЛК, управляющие этими устройствами; L2 – сервер MasterSCADA 4D и рабочие станции операторов с человеко-машинным интерфейсом; L3 – надстройка из систем уровня MES/ERP, а также подключение к облаку IEK IIoT. Стрелками показаны потоки данных снизу вверх (от датчиков через контроллеры в SCADA и далее в корпоративные системы или облако) и управляющие воздействия сверху вниз.

Инструменты МПССофт: PLC, SCADA, BMS, Digital Twin и IIoT

МПССофт (IEK DIGITAL) – ведущий российский разработчик программного обеспечения для промышленных АСУ, зарегистрированный в реестре отечественного ПО. Экосистема МПССофт предоставляет интегратору целый спектр инструментов, охватывающих классический цикл создания АСУ ТП – от конфигурирования оборудования до диспетчеризации и дальнейшей цифровизации:

• Программирование ПЛК. MasterPLC, как упоминалось, служит единым IDE для логического управления. Программисты могут использовать языки релейной логики (LD), функциональных блоков (FBD), структурированный текст и другие стандарты IEC 61131-3, а затем выполнять код на совместимом аппаратном контроллере. Подход «платформонезависимого» ПЛК позволяет интегрировать различные контроллеры (в том числе импортонезависимые российские ПЛК) в общую систему. Единая база проектов и библиотек для контроллеров уменьшает дублирование усилий и ошибки при переносе алгоритмов между разными устройствами.
• SCADA и HMI. MasterSCADA 4D – основной инструмент для разработки интерфейсов и логики верхнего уровня. Интегратор в графической среде проектирует мнемосхемы, настраивает обмен данными с контроллерами, задаёт логику тревог и архивирование. Платформа поддерживает современные протоколы (OPC UA, MQTT и др.) и масштабируется от одиночного компьютера до кластера. Как отмечается в описании, MasterSCADA 4D позволяет создавать проекты любой сложности – от локальных до распределенных систем. Это означает, что на ней можно реализовать как простую локальную автоматику установки, так и заводскую систему с сотнями контроллеров и географически распределенными узлами. Для ускорения работ МПССофт предлагает готовые решения: MasterBMS для автоматизации зданий (шаблоны экранов, типовые библиотеки оборудования для HVAC, лифтов, насосов и т.д.) и другие отраслевые пресеты. Их использование многократно ускоряет разработку типовых систем, позволяя сосредоточиться на особенностях конкретного объекта.
• MasterDigitalTwin – цифровой двойник. Это плагин к MasterSCADA 4D, позволяющий создавать 3D-модель объекта на основе BIM-данных и реальных показаний датчиков. Цифровой двойник играет роль мостика между виртуальной моделью и физическим процессом. Для интегратора этот инструмент полезен на стадиях проектирования и пусконаладки: можно отладить алгоритмы управления на модели, обучить персонал в виртуальной среде, а также в дальнейшем применять двойник для анализа «what-if» сценариев и подготовки данных для алгоритмов машинного обучения. Наличие встроенного средства создания digital twin свидетельствует, что комплекс МПССофт готов к технологиям будущего, таких как predictive maintenance на основе ML, поскольку все данные процесса уже связаны с его имитационной моделью.
• Облачная платформа IEK IIoT. Это No-Code IIoT-платформа для сбора, хранения и аналитики данных с промышленного оборудования в режиме онлайн. IEK IIoT Platform развёртывается в отечественном облаке и не требует программирования – достаточно сконфигурировать устройства и виджеты визуализации через веб-интерфейс. Платформа спроектирована как микросервисное ПО с минимальными затратами на поддержку. Главное, что IEK IIoT интегрируется с остальными решениями МПССофт: например, есть готовая синергия с MasterSCADA 4D и другими системами. Это позволяет без сложной доработки организовать передачу данных с локального уровня L2 в облако L3. Приложения IEK IIoT дают доступ к информационной панели через интернет – руководители и инженеры могут контролировать производство из любой точки, получая уведомления о простоях, анализируя эффективность оборудования и т.д. Благодаря поддержке ролевой модели можно гибко разграничить права доступа к данным. Важно, что платформа соответствует закону 152-ФЗ по безопасности хранения данных, то есть может применяться в инфраструктурах, требующих защиты персональной и коммерческой информации.

Инфографика 2: Схема передачи данных в IEK IIoT. На рисунке показано, как данные с контроллеров (L1) и SCADA-сервера (L2) через защищенный шлюз или напрямую по протоколу OPC UA/MQTT отправляются в облако IEK IIoT. Облако состоит из микросервисов, которые хранят поступающую телеметрию, обрабатывают события и формируют визуализацию (дашборды, графики). Далее эти данные доступны пользователям через веб-интерфейс или мобильное приложение. Отдельными блоками отмечены модуль уведомлений (рассылка alarm-сообщений ответственным лицам) и модуль отчетов, который по заданному расписанию выгружает аналитику. Таким образом, инфографика отражает сквозную цепочку: от датчика на объекте до облачного сервиса и далее – до экрана руководителя.

Подписывайтесь и оставайтесь с нами, в следующей части Вы узнаете:

- Жизненный цикл проекта по ГОСТ 34 и нормативная база

- Преимущества интегрированной платформы МПССофт

- Ограничения и барьеры внедрения