Главная Пресс-центр Статьи и публикации Об интеграции АСУП и АСУТП в единую систему управления предприятием, "Промышленные контроллеры и АСУ", 10, 2000

Об интеграции АСУП и АСУТП в единую систему управления предприятием, "Промышленные контроллеры и АСУ", 10, 2000

О.Синенко, Н.Куцевич, В.Леньшин, ЗАО «РТСофт», Москва

Проблемы интеграции АСУП и АСУТП становятся все более актуальным не только для промышленных предприятий, но и для фирм, профессионально занимающихся компьютерной автоматизацией. При этом возникла парадоксальная ситуация: о технологии бизнеса глубже задумываются люди, связанные с его автоматизацией, а не с непосредственным его ведением. Именно им надо предвосхитить развитие технологии современного производства, чтобы вовремя подготовить свои программные и технические решения, выйти с ними на рынок к моменту прихода новых технологий. В этих условиях рассматриваются последние тенденции развития АСУТП, направленные на их эффективную интеграцию с АСУП. Представляются возможные пути интеграции в условиях уже сложившегося программного обеспечения, используемого в этих подсистемах. Прогнозируется скорое появление готовых программных решений, ориентированных на автоматизацию предприятия как единого целого.

Введение

Бурный прогресс современных информационных технологий, повсеместное проникновение Internet, широкое использование Web-решений начинают серьезно затрагивать промышленную сферу, имея в виду все уровни производственного цикла в целом, включая и системы управления производством.

Глобальное наступление Internet-технологий начинает врываться и в область промышленной автоматизации. Настало время объединения достижений современных информационных технологий с возможностями традиционных программно-технических решений АСУТП и повышения на этой основе эффективности управления промышленными предприятиями в целом.

Ведущие производители средств промышленной автоматизации, принимавшие участие в реализации проектов комплексной автоматизации крупных предприятий и корпораций, отреагировали на это, и осознав необходимость тесной интеграции систем верхнего (бизнес-приложений) и нижнего (технологического) уровней, заявили о выпуске новых видов программно-технических средств для АСУТП, основанных на использовании современных информационных технологий.


Так например компания «Шнейдер Электрик» в своей концепции Transparent Factory ( «прозрачное» предприятие) объявила о стратегическом решении по ориентации в АСУТП на такие мировые стандарты как Ethernet TCP/IP, JAVA и др. Другие компании придерживаются принципа более мягкого и постепенного внедрения этих технологий, путем использования сети Ethernet и Web-технологий в структуре АСУТП одновременно с традиционными промышленными сетями.

Еще одним фактором, подтверждающим устойчивость новых тенденций в АСУТП, является факт образования Ассоциации, в рамках которой ведутся работы по созданию стандарта Industrial Ethernet и его спецификаций, ориентированных на применение в задачах низовой автоматики.

Активное внедрение вышеупомянутых стандартов в АСУТП не является просто данью моде или стремлением таким образом дифференцироваться от конкурентов. Эти технологии явились инструментом для построения новой стратегии глобальной инфраструктуры предприятия и фактом повышения роли информационных технологий в области промышленной автоматизации.

Дело в том, что до последнего времени основные подсистемы автоматизации промышленных предприятий: АСУП, включающая систему автоматизации управленческой, финансово-хозяйственной деятельности и планирования ресурсов предприятия и АСУТП (система автоматизации технологических и производственных процессов) развивались обособленно и независимо друг от друга.


Поэтому исторически сложилось так, что каналы обмена информацией, особенно оперативной, между подсистемами оказались достаточно слабыми. Возможно, так и продолжалось бы дальше, но необходимость передачи технологических данных на уровень бизнес-приложений, в том числе и оперативных, стала очевидной. До сих пор, в большей части, управленческие решения на предприятиях строятся на интуиции и опыте. Однако заметное присутствие субъективного фактора на процесс принятия решения не гарантирует всегда взвешенного, проверенного решения.

Ситуация осложняется еще и тем, что программное обеспечение, используемое в подсистемах АСУП и АСУТП, достаточно долго развивалось автономно и не предусматривало возможность стандартизации каналов обмена между ними.

Актуальность решения этих проблем становится все более острой, поэтому не случайно по этому поводу в последнее время появляется все больше сообщений и публикаций.

Объективные предпосылки создания интегрированных систем управления предприятиями

Можно назвать целый ряд объективных показателей процесса производства, требующих все более тесную интеграцию систем, представляющих различные уровни управления предприятием. Среди них можно выделить следующие:

руководство предприятий становится все более заинтересованным в получении оперативной и объективной информации о текущих и имевших место ранее параметрах технологических и производственных процессов.

на крупных предприятиях возрастает необходимость оперативного управления территориально-распределенными структурами и ресурсами не только на уровне бизнес-приложений, но и на уровне производства.

новое поколение бизнес-приложений требует повышения объема и оперативности поступления информации с уровня.

на многих предприятиях уже создана достаточная сетевая инфраструктура. Существуют сети АСУП, объединенные по Ethernet. Имеется выход в Internet и создание внутренней Intranet-сети составит незначительные капитальные вложения.

интеграция система АСУП и АСУТП позволяет проводить текущее и оперативное планирование затрат и себестоимости. Обеспечивать их учет в темпе с процессом производства, мгновенное реагирование на отклонения от требуемого уровня. На основе текущей информации из АСУТП возможно осуществление целевого управления производством по следующим показателям:

качеству продукции;
энергосбережению и экономии ресурсов;
заданной производительности;
по воспроизводимости требуемых потребительских свойств продукции и др.

Таким образом, формируется реальная экономическая основа интеграции — появление требований не просто обмена информацией между подсистемами, а требование оперативного (!) сбора информации. Не в конце года, месяца или рабочего дня, а непосредственно в момент возникновения. В единой, взаимосвязанной системе управления наряду с информацией о стоимости сырья и рабочей силы, надо знать — сколько воды, пара, электричества, горючего ушло на изготовление каждой отдельной детали. Это в первую очередь, важно в тех технологических процессах, где высока вероятность отклонения от нормы. Например, сколько стоит расплавление одного и того же сырья от того или иного поставщика руды. Только по реальному расходу энергии можно понять это.

Не только предприятие в целом, но и различные внутренние службы управления заинтересованы в получении объективных технологических данных. Объем и степень доступа к технологической информации зависят и от типа программного обеспечения, используемого в управленческих структурах предприятия, и от категории сотрудников-потребителей данной информации. Какие проблемы обычно решаются «управленцами»?

Таким образом, объективные условия для интеграции созрели. На нее имеется реальный спрос, существует возможность использования единых сетевых протоколов, а современные информационные технологии создали необходимые предпосылки для решения этих проблем.

О возможностях интеграции

Одной из основных проблем создания интегрированных систем управления в рамках предприятия является проблема сопряжения и совместного функционирования программного обеспечения, традиционно используемого в системах разного уровня. Поэтому вопросы интеграции рассматриваются сейчас разработчиками ПО как уровня АСУП, так и уровня АСУТП.

Нужно отметить, что между программными системами разных уровней имеются как общие черты, так и принципиальные различия.

Общие свойства. Рассматриваемые подсистемы являются распределенными. Протоколы локальных сетей и Internet/Intranet протоколы позволяют интегрировать информационные и управляющие потоки в узлах каждой подсистемы. Объединение узлов возможно как в режиме n-tier (равный с равным), так и клиент — сервер.

Определились категории программных средств, используемых в подсистемах АСУП и АСУТП. Ниже приведены различные категории АСУП в зависимости от уровня интеграции систем (см. таблицу 1).

В рамках каждой отдельной категории можно обсуждать устоявшиеся протоколы обмена между компонентами при интеграции с ПО АСУТП. Основным же типом ПО, используемым для автоматизации технологических процессов, являются SCADA-системы, решающие следующие основные задачи:

визуализация технологического процесса;
сбор данных с различных источников информации по DDE (Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control) и частно-фирменным протоколам;
поддержка языка SQL для создания, удаления, чтения, записи, модификации информации в таблицы БД.

Различия. Отношение к реальному времени в подсистемах АСУТП является принципиально важным. Негарантированное время реакции на событие в технологическом процессе недопустимо. Различные каналы обмена характеризуются соответствующими приоритетами, и определяются ответственностью выполняемых задач (алармы, архивы, работа с таблицами РБД).


Ниже рассматриваются некоторые пути решения проблемы интеграции подсистем АСУП и АСУТП:

с использованием баз данных;
с применением класса продуктов, основанных на портировании объектов из одной подсистемы в другую;
с использованием готовых интегрированных решений.

Реляционные БД и БД реального времени

Важным компонентом, используемым в обеих системах, являются системы управления базами данных (СУБД). Именно они позволяют предоставить пользователю нужную информацию в нужном месте (независимо от уровня) и в нужное время. Но использование традиционных реляционных баз данных, ориентированных на АСУП-решения, не всегда реализуемо в системах управления технологическими процессами. Можно выделить следующие основные ограничения:

с высокой скоростью передачи данных от производственных процессов не всегда справляются обычные БД;
объемы первичной (необработанной) информации в АСУТП могут достигать слишком больших размеров даже для современных технологий;
SQL как язык не всегда подходит для обработки временных или периодических данных, типичных для производственных систем.

Как результат преодоления этих ограничений появился класс продуктов: базы данных реального времени (БДРВ). Отмечаются две концепции создания БДРВ: независимая, новая разработка БД или разработка БДРВ на основе известных реляционных БД, например, MS SQL Server. Более перспективным представляется второй способ создания, поскольку, во-первых, в стоимостном отношении он дешевле, во-вторых — технологичнее (следует в ногу с новыми технологиями Microsoft!). В качестве примера БДРВ можно привести такие, как IndustrialSQL Server (компания Wonderware) и Plant2SQL (Ci Technologies).

В настоящее время БДРВ являются продуктами, ориентированными на хранение технологической информации, на обеспечение связи с управленческими данными, на использование уже ставших стандартными в подсистемах АСУП OLE DB, Internet интерфейсов. На рис. 1 показаны информационные потоки. С одной стороны это данные, поступающие из различных технологических источников для сохранения в БД, с другой — данные, запрашиваемые потребителями через интерфейс SQL сервера.

Рис.1. БДРВ на основе Microsoft SQL Server

Стандартным механизмом поиска информации на серверах БДРВ является SQL, что гарантирует доступность данных самому широкому кругу приложений. В подмножество языка SQL входят расширения, служащие для получения динамических производственных данных и позволяющие строить запросы на базе временных отметок.

Используемая в БДРВ архитектура клиент-сервер позволяет заполнить промежуток между промышленными системами контроля и управления реального времени, характеризующимися большими объемами информации, и открытыми гибкими управленческими информационными системами.

Подсистемы АСУТП и АСУП, построенные на технологиях Microsoft

Существует устоявшийся набор стандартных протоколов, позволяющий назвать практически любую SCADA-систему открытой. Наибольшее количество SCADA-систем предлагается и развивается их разработчиками на платформе Windows 95/98 или Windows NT. Все они поддерживают технологии Microsoft, в первую очередь, как средство межпрограммного взаимодействия внутри подсистем АСУТП.

ПО подсистем АСУП, разработанное для Windows также не могло избежать влияния технологий Microsoft. Именно построенные на их основе каналы связи позволяют обеспечить обмен между рассматриваемыми подсистемами. Стандартные программные DDE-, OLE- и OPC-протоколы могут стать основой интеграции подсистем.

Новый класс продуктов

Для организации информационного потока технологических данных в АСУП-системы ряд крупных разработчиков инструментальных систем (прежде всего, SCADA) предложили использовать специальный тип программных продуктов, например, VisualFlow компании Envisionlt.

Ключевое назначение VisualFlow — объединять. Графический объектно-ориентированный инструментарий позволяет через объекты и промежуточные (middleware) мосты организовывать каналы связи с приложениями. Приложения, способные быть источником, могут формировать специальные объекты, передаваемые в VisualFlow. В нем с помощью таблиц и методов на объекте, переданном из источника, выполняются необходимые преобразования. Далее объект передается целевому приложению. Уже сейчас VisualFlow может обеспечить интерфейс для более 120 приложений и баз данных.

Так для интеграции с системами SAP R/3 определены в VisualFlow следующие интерфейсы:

PPPI интерфейс — поддерживает PI-PCS BAPI;
сертифицированные SAP
интерфейс общего назначения R/3 RFC
Access 10,000+RFC
CALL_TRANSACTION RFC
поддержка IDOC
поддержка пользовательского ABAP/4
интерфейс баз данных:
доступ к таблице/полю;
поддержка всех R/3 баз данных.

Выводы

Рассматриваемые в статье пути создания и развития интегрированных систем управления предприятием позволяют отметить следующие тенденции:

Все более популярным сетевым решением для систем промышленной автоматики, интегрированных с сетями офисных приложений, становится Ethernet.

Простой и легкий доступ к получению данных в масштабах всего предприятия, от датчиков/исполнительных механизмов и до уровня планирования и управления предприятием, наиболее оптимальным способом реализуется при наличии интегрированной сети. Такой сетью становится корпоративная сеть предприятия Intranet, построенная по принципу клиент/сервер и обеспечивающая единое информационное пространство.

Перспективные системы будут использовать стандартные и максимально открытые, объектно-ориентированные средства управления и доступа к информации. В качестве таких основных средств становятся встроенные Web-серверы и интерфейс ОРС.

Традиционные АСУП-системы имеют тенденцию превращаться из систем управления сетевыми и системными ресурсами в интеллектуальную платформу управления предприятием в целом. И в этих условиях объективная информация, поступающая с технологического уровня, позволит принимать более качественные управленческие решения.

Создание и внедрение интегрированных систем позволяет предприятию получить ряд серьезных преимуществ, отметим только некоторые из них:

интеграция подсистем АСУП и АСУТП позволяет обеспечить автоматизированный мониторинг затрат непосредственно в процессе производства, например, с целью определения текущей себестоимости продукции с учетом состояния рынка сырья, темпов инфляции и потерь, связанных с плохой организацией производства;

появляется возможность значительной экономии средств за счет коллективного использования общей для АСУТП и АСУП сетевой инфраструктуры, включающей в себя кабельные коммуникации, активное сетевое и коммуникационное оборудование, компьютерное оснащение;

для крупных предприятий, имеющих подразделения и филиалы, расположенные в различных регионах открывается возможность оперативного доступа руководителей высшего звена к технологическим данным c любого уровня системы и географической точки предприятия;

в ряде случаев использование отмеченных выше технологий может заменить установку дорогостоящих SCADA систем, обеспечивающих визуализацию и просмотр данных.

19.04.2014