Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Решения, технологии, стандарты - статьи Ua.Automation.com

Отрасль голосует за новую архитектуру автоматизации

Отрасль голосует за новую архитектуру автоматизации

 

Билл Лайдон
 
В своей статье «Пришло ли время для новой архитектуры автоматизации?» я задал вопрос, естественным образом вытекающий из многих моих бесед с представителями отрасли, считающими, что она находится в стагнации. Практически всех их раздражают разговоры о том какая из существующих – и уже устаревших – архитектур лучше. Многие из них верят, что пришло время для НОВОЙ архитектуры.
 
Каждый вендор систем промышленной автоматизации имеет свой взгляд на то, какая из систем является лучшей. Им нужно спросить себя: «Какова цель автоматизации?». В вышеупомянутой статье я высказал предположение о том, что основные цели – улучшение качества, уменьшение времени простоев и повышение эффективности. Кроме того – уменьшение расходов на оплату труда. Улучшения АСУ ТП должны сокращать время, требуемое для разработки приложений, настройки управления оборудованием, конфигурации сетей и систем ввода/вывода.
 
Пока что в промышленности не применяют новые технологии с такой же скоростью, как в бизнес-среде. В результате производственные мощности уже далеко не всегда удовлетворяют потребностям сегодняшнего дня. Другим признаком близких перемен является появление новых стандартов, таких как Промышленность 4.0, «умная фабрика», «промышленный интернет». 
 
В моем представлении системная архитектура является той основой, которая определяет структуру и функции систем автоматизации. Вначале промышленные системы автоматизации получили закрытую архитектуру вынужденно. Некоторые из них эволюционировали до определенного уровня открытости. Так или иначе, ниже приведен список пожеланий и мнений сотен наших читателей – профессионалов области промышленной автоматизации.
 
Нативные интерфейсы
 
Убрать шлюзы, прокси, другие промежуточные устройства. Пользователи не могут заменить все оборудование сразу. Использование нативных промышленных сетевых интерфейсов (DeviceNet, Profibus, EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT, SERCOS и т.д.) в контроллерах дает пользователям возможность легко настраивать и поддерживать системы. Большое количество поставщиков сегодня поддерживают эту систему. Однако, некоторые из них остались яростными приверженцами своих собственных флагманских протоколов. Для взаимодействия с другими протоколами им нужны шлюзы и т.д. И всем этим устройствам нужны специальные усилия по настройке – это усложняет эксплуатацию и поддержку.  
 
Единые профили устройств
 
Единый промышленный стандартный профиль устройств, вне зависимости от нативного протокола, обеспечит совместимость устройств на уровне “plug-n-play”. Это позволит легко добавлять устройства в системы, упрощая конструирование и настройку. Это давно стало стандартом в ИТ-отрасли. Добавление таких устройств, как принтеры, сканеры, камеры, внешние накопители уже давно не требует особых интеллектуальных усилий. Почему бы не реализовать то же самое в компьютерной отрасли?
 
Контроллеры
 
Контроллеры должны быть мощными, распределенными вычислительными устройствами. Они должны упрощать архитектуру автоматизации благодаря встроенным архивам данных, аналитике, управлению тревогами, диагностике оборудования, оптимизации управления. Эти устройства будут осуществлять очистку данных непосредственно у источника информации. Включение функционала верхнего уровня прямо в новые контроллеры устраняет необходимость в компьютерах уровня 2, 3, 4. Эту улучшит производительность систем, устранит «узкие места» и дупликацию баз данных, упростит настройку и уменьшит расходы на поддержку ПО.
 
Полная оптимизация производства
 
Системные архитектуры сегодняшнего дня, как правило, являются «островками» управления. Они требуют огромных усилий по программированию при внедрении и модернизации контроллеров на предприятии. В принципе, будет намного проще управлять целостной системой контроля, «подвязанной» к бизнес-целям в режиме реального времени. 
 
Настройка и конфигурация ПО
 
У нас должна быть одна интегрированная среда типа “сделай один раз”, которая связывает все – логику тревог, ЧМИ, архивы данных, управление версиями и другие функции. Функциональная настройка позволит программистам АСУ ТП работать с производственными подсистемами, без необходимости в программировании базовой логики. Кроме того, у нас должен быть один программный стандарт создания, симуляции, отладки, коммуникации, загрузки для всех типов контроллеров.
 
Стандарты приложений автоматизации
 
У пользователей должна быть возможность создания и использования модулей приложений, которые могут работать на платформе любого вендора. Многие вендоры предоставляют библиотеки, построенные в их программных средах. Однако, их нельзя использовать на устройствах других вендоров. Нам нужен стандарт приложений автоматизации, который позволит профессионалам АСУ ТП обмениваться приложениями, работающими на различных платформах. Этот стандарт позволит реализовать совместимость и открытость приложений на уровне Android.
 
Унифицированная промышленная архитектура
 
Интернет и промышленные вычисления развиваются под влиянием открытых стандартов. Однако, промышленная автоматизация пока недостаточно зрела для принятия открытых стандартов.
 
Открытая аппаратная платформа
 
Один крупный заказчик построил систему автоматизации используя открытое аппаратное обеспечение CompactPCI. Она характеризуется на 100% открытой архитектурой, что позволяет вендорам производить совместимые карты ввода/вывода. Это станет радикальной переменой для отрасли промышленной автоматизации. А ведь стандартные вычислительные системы используются в военной промышленности и других сферах с повышенными требованиями уже в течение многих лет.
 
По мере того как приводы, сенсоры, исполнительные устройства и т.д. начинают приобретать функционал промышленных сетей, необходимость в отдельных картах ввода/вывода уменьшается. Промышленные компьютеры займут место контроллеров ПЛК и РСУ.
 
Plug-n-Play
 
Другой крупный заказчик использовал КИП на основе fieldbus около 10 лет. Большой проблемой, отнимающей массу времени, было получение описания устройств для настройки систем. Описания устройств помещались в датчики и другие устройства КИП для обеспечения функционала plug-n-play. 
 
Единый формат электронных данных для настройки устройств и сетей существенно упростит и стандартизирует настройку, запуск в эксплуатацию и обслуживание. Некоторые (довольно вялые) шаги в этом направлении предпринимаются пятью крупными организациями по автоматизации, такими как FDT Group, Fieldbus Foundation, HART Communication Foundation, PROFIBUS & PROFINET International и OPC Foundation. Единое общее решение Field Device Integration (FDI) – хорошее начало.
 
Open Source
 
Много разговоров идет о необходимости открытой и совместимой архитектуры – того, чем все пользуются в компьютерной отрасли. Многие верят, что это движение должно идти от заказчиков, так как вендоры неохотно относятся к этой идее. Это несложно понять хотя бы из того, как много лет заняло принятие промышленных сетевых стандартов и того, сколько существует конкурирующих стандартов. К примеру многие промышленные сети Ethernet заявляют о том, что они открытые, однако, они не могут общаться друг с другом без шлюзов и прокси. Дело в том, что в этих сетевых стандартах присутствуют уникальные компоненты разных вендоров. Данные компоненты не позволяют взаимодействовать различным версиям якобы одного стандарта. Если бы то же самое было в компьютерной отрасли, мы не могли бы серфить в интернете с помощью наших ПК, телефонов, планшетов, используя разные браузеры.
 
Один из моих собеседников сказал следующее: Мое определение «архитектуры» таково: «Делать одни и те же вещи одинаково и всегда», и «использовать одни и те же элементы для создания всего». «Все дома строятся из одних и тех же элементов, и, тем не менее, они соответствуют всем требованиям. Все электронные устройства используют одни и те же компоненты, но обеспечивают самую различную функциональность. Почему же этого нет в промышленной автоматизации? Почему приложения автоматизации нельзя использовать с различными продуктами различных вендоров? Ответ прост: НЕТ архитектуры. Я согласен со стандартами. Они сближают вендоров ради блага заказчиков. Но, на каком-то этапе нужно проанализировать требования и сравнить с доступными решениями, и, затем, создать новую архитектуру – для заполнения пробелов. Если пробелов нет – все хорошо».  
 
Облако
 
Некоторые из заказчиков отмечают развитие широкого набора новых технологий, включая сети датчиков, беспроводные коммуникации, облачные вычисления, IPV6, смартфоны и планшеты. Они верят в будущее сильно децентрализованных архитектур, где данные и большинство приложений будут жить в облаке. Облака автоматизации будут обеспечивать множество сервисов, включая стандартные приложения вроде архивов данных, настройки, управления тревогами, аналитики, оптимизации. Это будет отличный стимул для стандартизации интерфейсов между различным оборудованием и архитектуры, основанной на IP c общими интерфейсными протоколами и диалогами.
 
Высокораспределенная архитектура
 
Достаточно популярной темой также является перемещение функций к конечным устройствам в высокораспределенных архитектурах. Это позволяет повысить удельный вес вычислений в системах, а также, достичь более эффективного реагирования и высокой устойчивости. Это позволит использовать облачные вычисления для функций более высокого уровня. В итоге этот подход создаст сильную экосистему из локальных и облачных приложений.
 
Подобная архитектура будет похожа на интегрированный или «групповой разум». Централизованные функции будут распределены и резервированы, так же, как и в сетях ячеистой архитектуры. Каждый компонент будет узлом и все узлы будут работать вместе в самоисцеляющейся, динамической сети.
 
Полевые интерфейсы ввода/вывода, например, аналогово-цифровые преобразователи, должны быть как можно ближе к полевым датчикам, для максимально высоких точности и достоверности. В идеале, аналого-цифровые преобразования должны совершаться в самом преобразователе. У нас должны быть цифровые коммуникации в режиме реального времени, вместо аналоговых сигналов, на всем промежутке от преобразователей до систем управления, от контроллеров до позиционеров клапанов и ассоциированных точек ввода/вывода.
 
Цифровые сети, достигающие датчиков и исполнительных устройств в полевых условиях, кардинально уменьшат потребность в проводных соединениях. Особенно если учесть, что устройства, в среднем, имеют по три сигнала, а не одному. Цифровые коммуникации устраняют по три пары проводов на каждое устройство, по три канала ввода/вывода, по три барьера искробезопасности и т.д.
 
ПО управления
 
Проприетарная природа ПО для разработки приложений – постоянная тема обсуждений. Существует насущная потребность в интегрированной среде разработки, в которой можно разрабатывать, симулировать и отлаживать приложения, подходящие для контроллеров различных брендов.  
 
Интегрированные системы
 
Интеграция должна осуществляться на основе единой платформы. Благодаря этому, персонал зала управления уже не должен будет открывать, проверять, мониторить пять различных экранов и делать бесконечные распечатки. Все подсистемы должны быть интегрированы в единую платформу с помощью одного интерфейса, включая ПЛК, РСУ, системы автоматизации зданий, пожарной безопасности и т.д. 
 
Роботы для безопасной зоны
 
Мы должны устранить необходимость в присутствии людей в опасных зонах. Применение роботов будет исключительно целесообразным в этих сценариях: оно позволит поддерживать безопасность и здоровье персонала.
 
Foundation Fieldbus
 
Много говорится о соответствии Foundation Fieldbus требованиям распределенного управления. К сожалению, вендоры пока не приняли эту архитектуру в качестве основной. Поэтому объем выпуска устройств, использующих эту технологию, пока недостаточно высок, чтобы уменьшить их себестоимость.
 
Беспроводные технологии
 
Общая надежда пользователей заключается в том, что они станут дешевле, надежнее и безопаснее.  
 
Инновации
 
Инновации – это важный аспект любой отрасли.Когда ЧМИ только появились, мы сказали: «Никогда Windows не будет достаточно надежным». Когда появился Ethernet, мы сказали: «Никогда эта сеть не будет нормально работать в условиях цеха». Однако, эти продукты завоевали свою рыночную долю отнюдь не благодаря своей «более высокой надежности» или «большому количеству функций» или еще чему-то. Они получили свою рыночную долю благодаря тому, что они были «достаточно хороши», и компании, продвигавшие их, делали правильные вещи. Новые инфраструктуры промышленной автоматизации непрерывно развиваются и будут продолжать развитие. И это будет происходить в рамках двух тесно переплетенных концепций: Экосистема и Бизнес.  
 
1)  Экосистема должна быть стандартизирована, до определенной степени. Мы просто не были бы там, где мы находимся сейчас, без интернета. Однако стандартизация любой экосистемы должна ее укреплять, одновременно развивая. Мобильные технологии уже вышли на уровень постоянного развития инфраструктуры. Нам нужно сделать то же самое с MES и промышленной автоматизацией. Причем эти задачи надо решать одновременно, поскольку ответственность операторов технологических процессов идет далеко за пределы уровней автоматизации. Требования безопасности гласят, что функциональность автоматизации должна быть минимизирована в рамках области управления, и усилена вдоль линий ISA 99 и его ISO-эквивалента. Это означает, что среда оператора должна включать все три области: ERP, MES и автоматизации/управления. И экосистема должна обеспечивать к ним мобильный доступ, среди прочего.
 
2) Бизнес – отдельный вопрос, поскольку он находится в процессе постоянных изменений. Компании должны понимать, что их ИТ-системы являются их конкурентным преимуществом. Ни один вендор не должен полностью контролировать всю ИТ-систему компании, иначе она будет полностью зависеть от циклов разработки вендора. Это означает отставание. Компаниям необходимо оставаться быстрореагирующими и всячески продвигающими открытые стандарты и совместимость.
 
Поскольку (60-80%) затрат и задержек в процессе реагирования на требования бизнеса вызвано отсутствием совместимости между различными системами, нам нужно изменить подходы к управлению этими системами. В принципе, перед самыми разными производственными площадками стоят общие задачи. Аналогично, используя принципы инжиниринга систем для создания гибких экосистем, мы сможем постоянно сокращать время адаптации к новым задачам.