Эта статья является обновлением статьи 2012 года и выражает мои мысли относительно главных тенденций в автоматизации и управлении в 2013 году, а также в ближайшем будущем. Это видение тенденций сформировалось благодаря постоянному общению с пользователями, поставщиками и консультантами, участию в многочисленных форумах, конференциях и выставках, которые регулярно проводятся каждый год. Годы практического опыта как проектировщика и как пуско-наладчика систем автоматизации и управления также оказали влияние на формирование этого видения.
Система автоматизации предприятия
Когда мы говорим об обычных промышленных предприятиях, то можно сказать, что наличие у них единой, в рамках всего предприятия, архитектуры системы управления очень маловероятна и одна из тенденции в этом контексте – это переход на единую программную платформу для унификации операций и информационных потоков. Это, в свою очередь, позволит улучшить качество принимаемых решений, увеличит оперативность, уменьшит риски и улучшит эффективность производства.
Переход будет осуществляться, как правило, за счет выбора единой программной архитектуры от одного из поставщиков. Такого рода платформы базируются на открытой программной архитектуре, которая включают в себя высокопроизводительную базу данных реального времени и поддержку различных промышленных стандартов включая OPC, OPC UA, B2MML, многочисленные драйверы нативных протоколов, возможность интеграции с ERP и базами данных ИТ инфраструктуры предприятия. Ключом к успеху будет программные платформы, которые могут интегрировать программное обеспечение сторонних компаний, используя открытые стандарты, и могут быть легко сконфигурированы без необходимости написания дополнительного программного обеспечения.
Программное обеспечение для комплексной автоматизации предприятий сейчас начинает только появляться, но необходимо быть осторожным, т.к. на рынке присутствует большое количество предложений от многочисленных вендоров, которые, мягко говоря, выдают свои предложения как комплексные, но которые по факту не являются такими. Реальность такова, что большинство поставщиков все еще имеют набор слабо связанного программного обеспечения, что, конечно же, не позволяет, используя это программное обеспечение, сделать единую систему управления в масштабах всего предприятия. Пользователи должны быть осторожными, и внимательно оценивать все предложения, чтобы выбрать по-настоящему интегрированное программное решение для предприятия.
Сворачивание архитектуры
Новые технологии делает возможным и желательным создавать гибкие 2-3 уровневые системы автоматизации, чтобы увеличить производительность и уменьшить затраты на обслуживание программного обеспечения. Это значительное упрощение 5 уровневой системной модели промышленной автоматизации, которая доминировала в течение многих лет и которая типично выражалась в виде 5 уровневой модели Пердью (Purdue):
- Уровень 5 – Бизнес системы
- Уровень 4 – Уровень производства (ERP, MRP и MES)
- Уровень 3 – Уровень отдельного участка
- Уровень 2 – Уровень автоматизации оборудования и процессов
- Уровень 1 – Уровень контроллера
- Уровень 0 – Уровень датчиков и приводов
Существующие системы автоматизации, в общем-то, отражают эту архитектуру, включая программное обеспечение, работающее на компьютерах общего назначения на уровнях 2, 3, 4 и 5. Устройства уровней 2, 3 и 4 обычно включают в себя базу данных и коммуникационные интерфейсы для буферизации и синхронизации информации между каждым уровнем в дополнение к существующими HMI и другим интерфейсам.
Исторически сложилось, что ограниченные вычислительные мощности и узкая полоса пропускания компьютерных сетей продиктовали выше упомянутую конфигурацию. Эта многоуровневая и многокомпьютерная вычислительная модель является сложной и дорогой, требует постоянного управление конфигурацией и инвестиций в течение всего жизненного цикла.
В новой модели, контроллеры передают информацию на все уровни напрямую с уровня 0 и 1 на уровень 4 и 5, используя соответствующие технологии, например, такие как веб-сервисы.
Серверы автоматизации
(Automation Computing Engines (ACE))
На рынок выходят мощные контроллеры, которые называются серверами автоматизации (Automation Computing Engines (ACE)), они включают в себя функции 2, 3 и 4 уровня выше описанной архитектуры и это приведет к еще более быстрому сворачиванию многоуровневой архитектуры автоматизации.
Первые из этого поколения серверов автоматизации имеют двуядерные и четырехъядерный процессоры, что позволяет использовать их не только для управления, но и для выполнения ряда функций производственного уровня расширяя возможности систем предприятии, например, встраивание Historian систем, аналитика, менеджмент алармами, диагностика состояния оборудования, улучшенная оптимизация управления и т.д. Эти мощные устройства превращают полученные исходные данные в значимую и точную информацию, которая передается на уровень управления производством.
Включение высокоуровневых функций в контроллеры автоматизации устраняет необходимость в компьютерах на уровнях 2, 3 и 4, это увеличивает производительность системы, устраняет узкие места в архитектуре, устраняет дублирование баз данных, упрощает управление конфигурацией системы и снижает затраты на обслуживание программного обеспечения.
OPC UA
OPC UA объединяет открытые компьютерные промышленные стандарты, позволяя инженерам реализовывать концепцию Цифрового Производства и тем самым увеличивая эффективность производства. Технология OPC UA предоставляет эффективную и безопасную инфраструктуру для передачи информации от датчика до бизнес-систем предприятия для всех существующих на производстве систем автоматизации, диспетчеризации (SCADA) и систем управления процессами.
Благодаря использованию международных компьютерных стандартов, OPC UA ставит системы автоматизации на один уровень с информационными системами ИТ индустрии. OPC UA использует стандартную технологию веб-сервисов, которая отлично подходит для обмена информацией между системами и взаимодействия всех сетевых устройств. Консорциум WWW (W3C) определяет веб-сервисы как «программная система, разработанная для поддержки функциональной совместимости при взаимодействии между устройствами по сети».
Именно эта задача характерна для систем автоматизации. Уже сейчас в контроллерах есть поддержка OPC UA. Например, организация PLCopen уже включила функциональный блок OPC UA, который является расширением стандарта IEC 61131-3 и который инкапсулирует отображение программной модели IEC 61131-3 в информационную модель OPC UA. Это предоставляет стандартный путь для контроллеров выполняющих функции OPC UA серверов передавать данные OPC UA клиентам, в качестве которых могут выступать другие контроллеры, HMI, MES, LIMS, ERP и другие системы.
Монтаж без панелей
Цель – исключить шкафы управления и упростить прокладку кабелей. Идеально спроектированная система автоматизации исключает необходимость установки устройств в шкафы, с защитой начиная с IP67 и в шкафы, с защитой начиная с IP20 модулей ввода-вывода, поддерживающих промышленные сетевые протоколы. Встраивание целого IEC 61131-3 контроллера в шкаф с IP67 и в шкаф с IP20 модулей ввода-вывода – это другой пример уменьшения количества частей системы и исключение шкафов управления из системы автоматизации.
Новая тенденция – это использование контроллеров, приводов, сервоприводов, клапанов и HMI устройств, которые не требуют монтажа на панель, что снижает стоимость системы, упрощает монтаж и обслуживание.
Большие данные - информационное преимущество
Рост объема данных в системах автоматизации приобрел взрывной характер с началом мониторинга большого количества параметров в реального масштабе времени. Инструменты для анализа этих огромных массивов больших данных начинают появляются и они будут конечно же использоваться для повышения производительности и внедрения инноваций.
Ускорителями этой тенденции являются более мощные и дешевые компьютеры, беспроводные датчики и программное обеспечение для анализа. Низкая стоимость вычислительной мощности позволяет использовать сложное аналитическое программное обеспечение для улучшения операционной эффективности и повышения производительности. Это открывает двери для компаний, которые ищут пути использования данных анализа в целях повышения эффективности предприятия. Диагностирование неисправностей — это хороший пример использования аналитики для прогнозирования проблем до их возникновения, не допуская остановок в процессе производства. В дополнение к уменьшению простоев, это также позволяет максимально эффективно использовать квалифицированный обслуживающий персонал, который всегда в дефиците.
Все больше пользователей и поставщиков отходят от использования программного обеспечения, которое выполняет только функции пульта управления и визуализации и все большое используют вычислительную мощность современных компьютерных систем для создания передовых систем управления и автоматизации. Кроме того, сложные аналитические методы могут существенно улучшить принятие корректных и взвешенных решений для улучшения и совершенствования производственных процессов.