Компоненты открытой АСУ ТП «Северстали»

Автор статьи: Евгений Ионенко Руководитель направления Перспективные технологии автоматизации, АО «Северсталь-инфоком»

Что такое АСУ ТП?

В последнее время рынок автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) переживает период глубокой трансформации. Традиционные подходы к автоматизации, основанные на закрытых проприетарных решениях, уступают место открытым системам, которые предлагают большую гибкость, масштабируемость и экономическую эффективность. Но почему мир движется в этом направлении? Давайте разберёмся. Для начала рассмотрим понятия АСУ ТП и открытой АСУ ТП.

АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) — это многоуровневая система, состоящая из программно-аппаратных комплексов, которая в реальном времени собирает данные с датчиков, обрабатывает их и формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы. Основная цель такой системы — обеспечить стабильное, безопасное и эффективное протекание технологического процесса с минимальным участием человека.

Все системы АСУ ТП можно условно разделить на закрытые (проприетарные) и открытые.

Закрытые системы — это «чёрные ящики»: их аппаратная и программная архитектура жёстко фиксирована производителем, используются собственные протоколы обмена, а расширение функционала или замена компонентов возможны только с поддержкой вендора. Такие решения дороги в сопровождении и создают зависимость от одного поставщика.

Открытая АСУ ТП строится на общедоступных стандартах (таких как OPAS, NAMUR, РГ ОАСУ ТП) и спецификациях: открытых протоколах, унифицированных интерфейсах для датчиков и контроллеров, а также модульной архитектуре. Главное преимущество: оборудование разных производителей можно легко интегрировать в единую систему управления технологическими процессами, заменять компоненты без привязки к бренду и масштабировать систему поэтапно без кардинальной перестройки.

На практике открытая АСУ ТП — это не конкретный продукт, а подход, в результате которого получается более низкая совокупная стоимость владения, прозрачность архитектуры, возможность самостоятельно дорабатывать функционал и независимость от вендорских лицензионных ограничений.

Тренды в области АСУ ТП

1. Применение таких открытых стандартов, как OPC UA, IEC 61131, IEC 61499 и MQTT, становится основой для создания открытых АСУ ТП.
2. Развитие экосистем: производители оборудования и программного обеспечения объединяются в экосистемы, чтобы обеспечить совместимость своих решений.
3. Цифровизация и IIoT: открытые АСУ ТП интегрируются с облачными платформами и системами анализа данных, что позволяет создавать интеллектуальные производственные системы.
4. Модульность: открытые АСУ ТП строятся на модульной архитектуре, что упрощает масштабирование и обновление системы.
5. Использование решений с открытым кодом (open source).
   
   

Почему мир движется в сторону открытых АСУ ТП?

Открытые АСУ ТП — это не просто тренд, а необходимость в условиях цифровой трансформации и растущих требований к гибкости, безопасности и экономической эффективности. Компании, которые внедряют открытые системы, получают конкурентное преимущество, позволяющее им быстрее адаптироваться к изменениям и внедрять инновации. Мир движется в сторону открытых АСУ ТП, и те, кто не успеет за этим трендом, рискуют остаться позади.

Компоненты открытой АСУ ТП «Северстали»

«Северсталь» входит в межотраслевую Рабочую группу по вопросу разработки открытой автоматизированной системы управления технологическими процессами, которая создаёт Национальную платформу промышленной автоматизации (НППА). Инициаторами РГ выступили Индустриальные центры компетенций (ИЦК) «Металлургия» и «Химия», а также АНО «Открытые системы автоматизации». Эта рабочая группа создана для того, чтобы разработать решения, которые помогут российским предприятиям не только адаптироваться к новым условиям, но и стать лидерами в автоматизации, цифровизации и внедрении искусственного интеллекта в производство.

«Северсталь» разрабатывает два продукта из перечня, сформированного участниками технических рабочих групп Открытой АСУ ТП: открытый программный ПЛК и интегрированную среду разработки (IDE), которые являются одними из ключевых узлов открытой АСУ ТП и будут иметь свободно распространяемый исходный код. Эти открытые решения будут доступны всем разработчикам и вендорам АСУ ТП.

Для разработки компонентов открытой АСУ ТП был выбран более современный, но пока менее распространённый стандарт IEC 61499.

Коротко о стандарте IEC 61499

Изначально IEC 61499 был опубликован в 2000–2002 годах как серия общедоступных спецификаций (PASs) для пробного использования вместе с техническим отчётом (TR), содержащим учебную информацию. Большинство тех же экспертов от промышленности, консалтинга и академии, которые создали IEC 61131-3, также разработали эталонную модель IEC 61499. С тех пор модель подвергалась непрерывному совершенствованию в результате обширного тестирования в научных и промышленных лабораториях. В результате этих разработок в 2005 году был опубликован IEC 61499 как международный стандарт в трёх основных частях. Впоследствии работа по обновлению продолжилась, что привело к улучшению трёх частей стандарта и способствовало его популяризации. В 2012 году был опубликован второй выпуск IEC 61499.

IEC 61499 базируется на стандарте IEC 61131 и расширяет его возможности, предлагая более гибкий и модульный подход к программированию промышленной автоматики.

Преимущества

1. Поддержка распределённых систем управления. IEC 61499 поддерживает распределённые системы и многоконтроллерные архитектуры, что делает его гибким для реализации сложных и масштабируемых приложений.
2. Протокол связи между средой разработки (IDE) и средой исполнения стандартизирован, что позволяет добавлять новые функциональные блоки в уже исполняющуюся программу и запускать их в работу.
3. Поддержка универсальных языков программирования. Алгоритмы функциональных блоков могут быть реализованы не только на языках, указанных в стандарте IEC 61131, но и, например, на C++ или Python.
4. Функциональные блоки взаимодействуют через события и данные, что позволяет разделять потоки управления и данные.
5. Модульность. Функциональные блоки могут быть легко распределены между различными контроллерами или устройствами.
   
   

Недостатки

1. Сложность в освоении. IEC 61499 сложнее для понимания и реализации по сравнению с IEC 61131, особенно для инженеров, привыкших к традиционным методам программирования ПЛК.
2. Ограниченная поддержка. Не все производители ПЛК и инструменты разработки поддерживают IEC 61499, что ограничивает его распространение.
3. Меньше инструментов. По сравнению с IEC 61131 существует меньше инструментов и сред разработки, поддерживающих IEC 61499.
   
   

На наш взгляд, IEC 61131 — стандарт для программирования традиционных ПЛК, ориентированный на централизованное управление и простоту использования. IEC 61499 — это расширение IEC 61131, которое добавляет поддержку распределённых систем управления, событийно-ориентированное выполнение и более гибкие функциональные блоки, что делает его более подходящим для современных и будущих систем автоматизации. Крупные игроки на рынке автоматизации, например ISaGRAF (Rockwell Automation) и NXTStudio (Schneider Electric), уже создают системы управления на базе IEC 61499. Соответственно, чтобы быть в тренде мировых тенденций автоматизации, для открытой АСУ ТП «Северстали» был выбран стандарт IEC 61499.

Разрабатываемые компоненты ОАСУ ТП «Северстали» — открытый программный ПЛК и открытая интегрированная среда разработки

Открытая среда разработки. Функционал продукта

• Поддержка языков программирования ПЛК (IEC 61131-3, IEC 61499)
• Редактор кода и визуальное программирование
• Библиотеки и расширения
• Поддержка работы с протоколами
• Симуляция и отладка
• Кроссплатформенность
  
  

Открытая среда исполнения. Функционал продукта ОП ПЛК

• Портирование на различные аппаратные платформы
• Поддержка работы с протоколами
• Интеграция со средой разработки
• Динамическая реконфигурация
• Поддержка стандарта IEC 61499
• Масштабируемость
  
  

Где скачать компоненты открытой АСУ ТП: Разработка и проектирование ПО для программного ПЛК — внедрение АСУ ТП.