Построение и разработка Открытой АСУ ТП

Открытая АСУ ТП становится платформой для разработки программного обеспечения, интеграции IoT-решений, цифровых двойников и аналитических сервисов. Это - инструмент цифровой трансформации и оптимизации бизнеса, особенно актуальный в наше время.

Традиционные АСУ ТП долгое время строились по закрытой модели: каждая компания предлагала собственную экосистему контроллеров, протоколов, а также инструментов, что приводило к удорожанию владения и зависимости от конкретного поставщика.
Переход к открытой архитектуре стал ответом на несколько вызовов:

• несовместимость компонентов и ограниченные возможности масштабирования;
• рост затрат на сопровождение и поддержку ПО;
• необходимость интеграции с облачными платформами, интернетом вещей и системами аналитики;
• требования к функциональной безопасности и сертификации ПО.

Открытые стандарты позволили объединить разработку программных решений, проектирование программных систем и инженерные услуги в единую экосистему. Это упростило разработку требований, тестирование, верификацию и валидацию ПО, обеспечив управляемое качество и прозрачную сертификацию программных продуктов.

Мировая индустрия промышленной автоматизации движется к модульным и открытым платформам. Основные тенденции:

• Открытые стандарты и протоколы. IEC 61499, OPC UA, MQTT и REST API формируют основу для системной интеграции и обмена данными между устройствами и облачными сервисами.
• Цифровые двойники. Открытые АСУ ТП поддерживают моделирование производственных процессов, позволяя проводить верификацию и тестирование ПО в виртуальной среде до внедрения на реальном объекте.
• Модульность и масштабируемость. Архитектура упрощает разработку под заказ и последующее сопровождение ПО.
• Безопасное программное обеспечение. Реализация требований по функциональной безопасности и возможности сертификации ПО становятся стандартом.
• На рынке развиваются экосистемы, где вендоры и интеграторы объединяют усилия для создания готовых отраслевых решений. Примеры - Eclipse 4diac, CODESYS, nxtControl (Phoenix Contact), OpenPLC, Ignition от Inductive Automation.

После ухода иностранных производителей в 2022 году российский рынок столкнулся с дефицитом комплексных решений в области промышленной автоматизации. Поэтому, конечно же, возникла необходимость развития собственных инициатив внутри страны.

В 2023 году при поддержке Минпромторга России создана межотраслевая рабочая группа «Открытая АСУ ТП» (ОАСУ ТП). Её задача - выработка стандартов и создание открытой архитектуры для отечественных предприятий.
Проект объединяет индустриальные центры компетенций «Металлургия» и «Химия», Ассоциацию «Индустриальные инновации» и ведущие промышленные компании. На стороне поставщиков и клиентов сейчас заметны два ключевых направления: создание отечественных программных контроллеров и платформ, полностью ориентированных на открытые стандарты, и пилотные внедрения крупных промышленных заказчиков.

Например, программный «Виртуальный контроллер» АО «Айсорс» позиционируется как открытая, аппаратно-независимая платформа (SoftPLC) с поддержкой промышленных стандартов (IEC 61131-3 и IEC 61499) и протоколов обмена (OPC UA, Modbus TCP, MQTT). Платформа рассчитана на работу на x86/ARM, совместима с отечественными и зарубежными дистрибутивами Linux и зарегистрирована в реестре российского ПО.

Другой заметный пример - крупный промышленный игрок «Северсталь», который разрабатывает собственный открытый программный ПЛК и планирует пилотные внедрения ОАСУ ТП на своих площадках. Компания публиковала материалы о прототипе открытого программного контроллера и последовательно делится архитектурными решениями и опытом в серии материалов и пилотных инициатив; пилотные тесты планируются/проводятся на реальных агрегатах (пилот 2026 и начальные тесты ранее).

Основой открытой архитектуры выбраны два стандарта: IEC 61131 и IEC 61499.
Первый - классический стандарт для программирования ПЛК, второй - современная модель, ориентированная на распределённые системы.

IEC 61499 обеспечивает:

• поддержку распределённых контроллеров и событийно-ориентированное управление;
• независимость логики от конкретного оборудования;
• возможность использовать языки высокого уровня (C++, Python);
• гибкое тестирование и сопровождение ПО;
• упрощённую интеграцию с облаком и IoT-платформами.

Выбор IEC 61499 делает систему более устойчивой к изменениям и подходящей для долгосрочных проектов в промышленности, энергетике и других высокотехнологичных областях.

Без сомнения, развитие отечественной экосистемы открытых АСУ ТП демонстрирует зрелость российского промышленного ИТ-сектора и способность бизнеса быстро адаптироваться к новым технологическим вызовам. Реальные внедрения и участие крупных заказчиков подтверждают, что движение в сторону открытых архитектур становится не просто теоретической инициативой, а практическим вектором цифровой трансформации производства.

Рабочая группа по открытой АСУ ТП опирается на концепцию, предлагаемую стандартом OPAS. Эта концепция предполагает перенос принципов IT на уровень АСУ ТП.

В свою очередь, O-PAS (Open Process Automation Standard) - это стандарт, который определяет:

• как должны выглядеть компоненты промышленной автоматизации;
• какие у них должны быть интерфейсы;
• как разные модули от разных производителей должны взаимодействовать между собой;
• какие требования по безопасности, управлению, кибербезопасности и межоперабельности должны быть.

Это инициатива ExxonMobil, Schneider Electric и других компаний, объединенных в OPAF (Open Process Automation Forum). OPAF был создан в 2017 году, и с тех пор занимается разработкой O-PAS: его части основаны на уже признанных отраслью стандартах - ISA 95, ISA 99, ISA 18, OPC UA и других. 
С момента создания в январе 2017 года OPAF вырос до сообщества, включающего более 90 компаний по всему миру. Каждая итерация стандарта проходит тестирование в реальных сценариях, что одновременно направляет дальнейшую разработку O-PAS и демонстрирует его техническую реализуемость.
Параллельно некоторые участники форума создали работающий тестовый стенд, позволяющий проверять и совершенствовать технологии, совместимые с O-PAS, в условиях, приближенных к реальным производственным системам. 

Более подробно о стандарте рассказали в нашей статье. 

Внедрение систем O-PAS дает на горизонте 15-20 лет снижение стоимости TCO на уровне 70-75% и существенно уменьшает риски для потребителей этих решений.

На схеме выше показано, как в архитектуре OPAS устроено выполнение приложений разных уровней внутри узла распределенного управления (УРУ). Верхний уровень F - это конфигурация и функциональные блоки по стандартам IEC (IEC 61131-3 и IEC 61499-1). Приложения уровня F описываются с помощью конфигураций, определенных в OPAS. Под ними находится уровень I — приложения, написанные на обычных языках программирования (C#, C++, Python и др.), которые обеспечивают исполнение функциональных блоков уровня F через стандартные интерфейсы.

Ниже находятся уровни L и O. Уровень L - это библиотеки и сервисные программы, независимые от платформы и предоставляющие высокоуровневые функции для приложений из уровней F и I. Самый нижний уровень O, он содержит компоненты базовой операционной системы.

ЦПР РТСофт создает промышленное ПО, которое решает реальные производственные и экономические задачи вашего предприятия. У нас большой опыт работы в энергетике, металлургии и нефтехимии: делаем дизайн и интеграцию эффективных программных решений для промышленных компаний и корпораций.
Если у вас возникают задачи по интеграции разных систем управления, переходу на открытые архитектуры или обеспечению совместимости оборудования от разных производителей, напишите на почту info@list.dev.rtsoft.ru - и мы обязательно постараемся помочь вам с решением.