Над созданием открытой шины данных АСУ ТП работают как российские, так и зарубежные разработчики. Причина понятна – уйти от проприетарных протоколов и решений и создать единую прозрачную среду передачи данных систем автоматики. Раскроем суть задач, стоящих перед разработчиками.
1. Назначение и требования к открытой шине данных
Открытая шина данных (в терминологии стандартов OPAS – Open Connectivity Foundation) или OCF-шина обеспечивает совместимость и интеграцию различного ПО, протоколов и данных в единой системе АСУ ТП. Основное назначение OCF-шины: обеспечение взаимозаменяемости с эквивалентными компонентами других поставщиков (производителей) без внесения изменений в архитектуру системы управления.
Открытая шина данных должна удовлетворять следующим требованиям:
Совместимость. Шина должна обеспечивать непрерывный поток данных между различными аппаратными устройствами и верхним уровнем – уровнем приложений, т.е. обеспечить “всеядность” в области передачи данных.
Быстродействие. Необходимо обеспечить как можно быструю передачу данных в реальном режиме времени от датчиков и программируемых логических контроллеров (ПЛК) на верхний уровень для реализации логики и возврат решения снова на нижний уровень.
Инструменты разработки. Требуется создать инструменты для самостоятельной разработки пользователями дата-провайдеров (протоколов) для подключения аппаратных устройств. В этой связи нужно отметить, что уже готовые стандартизированные протоколы существенно облегчают решение задачи интеграции оборудования.
Разметка данных. Шина должна позволять разметить данные и организовать очередь этих данных.
Безопасность. Необходимо обеспечить безопасность передачи данных, которые собираются с полевых устройств.
Таким образом, шина OCF должна обеспечивает связь полевых устройств, датчиков, оборудования с верхним уровнем приложений. Шина состоит из DCN-шлюзов, обеспечивающих подключение к шине, разметку данных, трансфер данных. На уровне самой шины используется стек OPC UA. DCN-шлюзы обеспечивают конвертацию протоколов в стек OPC UA и разметку данных для технологии TSN over OPC UA. DCN-шлюз может быть реализован программным способом в самой шине. Шина имеет внутри себя устройство для создания шлюзов.
2. Сильные стороны и недостатки классической структуры АСУ ТП
Передача данных в классической АСУ проходит следующий путь:
А) Нижний (полевой) уровень – датчики, приводы, исполнительные механизмы, напрямую взаимодействующие с производственным оборудованием.
Б) Средний уровень – контроллеры (ПЛК), обрабатывающие сигналы с полевого уровня.
В) Верхний уровень – SCADA, отвечающий за сбор, анализ и визуализацию данных, необходимых для диспетчеризации системы и управления процессами.
Г) Уровень MES – системы, необходимые для контроля, управления и оптимизации производственных операций.
Д) Уровень ERP – платформы управления ресурсами предприятия, собирающие все бизнес-процессы в единую систему.
Преимущества и недостатки классической АСУ
Плюсы: централизованный контроль, высокая надежность системы, безопасность передачи данных.
Минусы: сложность внедрения, высокая стоимость поддержки, проприетарность системы, ограниченная специализация компонентов, затрудненная интеграция с другими системами, сложность модернизацию, сложная адаптация к меняющимся требованиями техпроцессов.
3. Преимущества и цели единой шины данных
Единая шина данных создает открытую и стандартизированную платформу обмена данными между различными уровнями и системами, предлагая следующие преимущества:
Упрощенная интеграция новых устройств;
Гибкость при внесении изменений без необходимости замены элементов;
Снижение затрат на разработку интерфейсов;
Увеличение производительности за счет снижения задержек передачи сигналов и использования стандартизированных интерфейсов.
Целью OCF является обеспечение функциональной совместимости между экземплярами распределенных управляющих узлов O-PAS (DCN). Данная платформа определяет механизмы обработки информационных потоков между экземплярами ВСТ O-PAS с помощью стандартной коммуникационной модели (интерфейса) OPC Unified Architecture (OPC UA). OCF определяет среды выполнения, используемые для передачи данных. А также обеспечивает возможность взаимодействия данных, связанных с экземплярами DCNS.
4. Работа рабочей группы по созданию открытой шины данных в рамках консорциума «Отрытая АСУ ТП»
В рабочую группу по созданию открытой шины входят ПАО «Ростелеком», Госкорпорация «Росатом» в лице структурного подразделения АО НПО «КИС» и АО "МХК "ЕвроХим". Цели и задачи группы:
Разработка технических требований к открытой интеграционной шине (OCF-шине), позволяющей обеспечивать коммутационной обмен между устройствами в рамках организации систем управления предприятием, установкой (узлом) и техпроцессом;
Обеспечение взаимозаменяемости компонентов эквивалентными компонентами других поставщиков (производителей) без внесения изменений в архитектуру системы управления;
Функциональные исследования и унификация промышленных сетевых протоколов, интерфейсов и технологий для применения на объектах КИИ;
Исследование информационной защищенности промышленных протоколов и интерфейсов, а также сетей АСУ ТП (IIoT);
Исследование доступности актуальных протокольных спецификаций, программных библиотек и интерфейсных микросхем;
Разработка технических требований для протокольных спецификаций, программных библиотек и интерфейсных микросхем полевого уровня;
Формирование интегрированного плана перехода на доверенные отечественные промышленные протоколы и интерфейсы, а также сети АСУ ТП (IIoT).
5. Дорожная карта создания OCF-шины
Работы по созданию открытой АСУ ТП, включая создание OCF-шины курирует Министерство промышленности и торговли Российской Федерации – Минпромторг. (На Хабре, к примеру, можно прочитать статью по этой же теме – "Как построить открытую АСУТП"). Уже в этом году предполагается разработать не только технические требования к единой шине, но и собрать стенд и протестировать возможности технологий и компонентов.
