Облачные решения в современных системах автоматизации

Каждому специалисту знакома пирамида автоматизации — классическая схема, сформированная за несколько десятилетий, показывает соотношение различных средств автоматизации внутри единой интегрированной системы. В то же время трудно не заметить, что жизнь стремительно меняется под воздействием новых цифровых технологий, в значительной степени основанных на облачных решениях. В числе прочего быстро растет популярность бизнес-ориентированных SaaS-продуктов. Бизнес-пользователи видят явную эффективность подобных систем в критически важных областях: логистика, банки, электронный документооборот и т. д. Поэтому, хотя в данный момент в классической пирамиде автоматизации нет явно выделенных облачных компонентов, развитие в данном направлении неизбежно.

Как пирамида автоматизации меняется под воздействием современных трендов цифрового развития? Каким может быть соотношение между классическими системами автоматизации и облачными решениями? Попробуем разобраться.

Классическая пирамида автоматизации

На рис. 1 приведен вариант пирамиды автоматизации, который чаще всего встречается в профессиональной литературе. Здесь важно обратить внимание на первостепенное значение программного обеспечения (ПО) для всех уровней пирамиды, кроме нулевого. На первом уровне речь идет в основном о встроенном ПО контроллеров. Для контроллеров аппаратные характеристики не менее важны, чем возможности ПО. Однако начиная со второго уровня практически все компоненты системы — это программные компоненты.

Рис. 1. Принятое представление о пирамиде автоматизации

В традиционных системах разно­образные программные компоненты размещены локально. SCADA — всегда непосредственно на предприятии, ERP и MES — или на самом предприятии, или в центральном офисе холдинговой структуры. У такого подхода есть понятные преимущества. Например, системы, непосредственно контролирующие технологический процесс, должны быть расположены близко к объекту контроля. Это помогает избежать обрывов или задержек связи.

При этом у традиционных локальных систем автоматизации есть ряд хорошо известных недостатков:

• Высокие сложность и стоимость первоначального внедрения и последующего технического сопровождения.
• Недостаточно развитые средства удаленной диспетчеризации.
• Крайне непростое создание территориально-распределенных систем с централизованным управлением. На практике построение распределенной системы могут себе позволить только крупные организации (холдинги), так как решение подобной задачи требует сложного конфигурирования, использования дорогого ПО и постоянного технического сопровождения в процессе эксплуатации.
• Затрудненные сложным процессом локального обновления доработки и появление новых функций (подробнее об этом ниже).

На современном уровне развития ИT-сервисов значительную часть перечисленных трудностей можно устранить с помощью облачных технологий, а именно за счет использования платформ промышленного «Интернета вещей» (IIoT-платформ). И это лишь малая часть кардинальной трансформации, через которую проходит индустрия АСУ ТП и АСУП.

Облачные IIoT-платформы

Крупнейшие мировые игроки в сфере автоматизации начали соревноваться в освоении облачных технологий более пяти лет назад. Наиболее известные IIoT-платформы — EcoStruxure (Schneider Electric) и MindSphere (Siemens). Однако и остальные крупные вендоры, такие как ABB и General Electric, не менее активно работают над созданием собственных платформ. Благодаря этому опыту у профессионального сообщества быстро формируется представление о том, какие типы задач можно эффективно решать посредством облачных платформ. И количество таких задач стремительно растет.

На рис. 2 показано, как может трансформироваться классическая пирамида автоматизации, если ее дополнить современными платформенными решениями.

Рис. 2. Облачная «надстройка» для пирамиды автоматизации

Изменения начинаются уже на первом уровне пирамиды. В малых системах автоматизации, для которых целесообразно непосредственное подключение к облачной платформе, на этом уровне добавляются коммуникационные устройства (шлюзы) для прямого подключения. Здесь же появляются специализированные контроллеры, поддерживающие обновление встроенного ПО через платформу. Такой подход позволяет решить одну из ключевых задач удаленной отладки и диспетчеризации — обеспечение бесперебойной работы системы при потенциально нестабильной связи с объектом. Благодаря удаленной отладке алгоритмов контроллера исчезает необходимость направлять инженера на объект, чтобы он внес любые, даже незначительные изменения.

Второй уровень дополняется возможностями облачной системы мониторинга и управления. Сегодня наибольший выигрыш от облачной диспетчеризации получают малые системы автоматизации. К ним относятся индивидуальные тепловые пункты (ИТП), дизель-генераторные установки (ДГУ), системы вентиляции и газоочистки и т. п. И производители, и эксплуатирующие организации нуждаются в полноценных средствах диспетчеризации, однако в большинстве случаев не могут ими воспользоваться. Слишком велики суммарные затраты на развертывание и сопровождение классических SCADA на небольших объектах. Особенно если необходимо организовать централизованный мониторинг и управление десятками (или даже сотнями) малых объектов, раскиданных по всему СНГ.

Вариант подключения малой системы автоматизации к облачной IIoT-платформе показан на рис. 3 (на примере подключения газоконвертерной установки к IIoT-платформе EKF Connect Industry).

Рис. 3. Подключение малой системы автоматизации к IIoT-платформе

Следует отметить, что на втором уровне пирамиды находится и точка подключения к платформе для более крупных систем, обладающих собственными средствами АСУ ТП. В этом случае локальная SCADA выступает источником данных для облачной системы и подключение производится по протоколу OPC UA (рис. 4). Собираемые таким образом данные — исходный материал для работы модулей, относящихся к более высоким уровням пирамиды.

Рис. 4. Подключение удаленной системы по протоколу OPC UA

С появлением облачных технологий третий и четвертый уровни пирамиды получили еще более существенные возможности для развития. При этом модули IIoT-платформы чаще дополняют, а не замещают продукты класса ERP и MES. Например, таким модулем может быть информационная система, обеспечивающая управление жизненным циклом оборудования предприятия, включая техническое обслуживание и ремонт (ТОиР). Другой пример — модуль энергоменеджмента, позволяющий анализировать качество и распределение электроэнергии и за счет этого повышать энергоэффективность производства. Подобные информационно-аналитические модули позволяют накапливать в облачной платформе достаточный объем данных для построения цифровых моделей (цифровых двойников) как для отдельных единиц оборудования, так и для целых систем, обеспечивая предиктивный анализ неисправностей и прогнозирование энергопотребления.

Дополнительные преимущества облачных решений

Сегодня, с учетом стремительного расширения возможностей информационных технологий, любая аналитическая система или система поддержки производственных процессов должна совершенствоваться опережающими темпами. Главное предназначение таких систем — обеспечивать конкурентные преимущества и адаптивность основного бизнеса в условиях острой конкуренции и под давлением постоянно меняющихся внешних факторов.

Поэтому важнейшим преимуществом становится способность облачных решений развиваться значительно быстрее локальных благодаря специальным методам разработки и внедрения. Разработчики могут обновлять облачное ПО несколько раз в месяц или чаще, постоянно отрабатывая обратную связь от конечных пользователей. Реализовывать подобные изменения в локальных системах сложнее, поскольку обновление локальной системы на предприятии требует сложных внутренних процедур, прерывания производственных процессов и привлечения дорогостоящих специалистов. Эти факторы, при прочих равных, приводят к постепенному отставанию локальных систем.

Дополнительным преимуществом служит и сама технологическая основа облачных решений. В современном мире наиболее сложные задачи обработки больших данных, практического использования средств искусственного интеллекта и построения высоконагруженных систем решаются на базе облачных платформ. Это дает разработчикам платформенных систем возможность использовать наработки и лучшие практики, создаваемые в других областях.

Будущее промышленной автоматизации

Смогут ли облачные решения в сфере автоматизации полностью заменить традиционные локальные решения? Скорее всего, не смогут, по крайне мере в ближайшем будущем. На сегодня преимущество скорее за органичным сочетанием «объектовых» и «облачных» компонентов в зависимости от задач и особенностей построения системы. Вместе с тем уже намечаются определенные ниши, в которых IIoT-платформы будут доминировать. И именно на базе IIoT-платформ (или в интеграции с ними) будет происходить наиболее активное развитие технологий и появляться значительная часть инноваций.