"Цифровые острова" в промышленности уходят в прошлое

Исторически АСУ ТП и системы управления зданием (АСУЗ) развивались независимо друг от друга. Сложность объектов и задач промышленности сегодня требует новых подходов. Заказчикам нужны общие данные для аналитики и мониторинга. Основная проблема современных объектов – разнородность данных. ИТ-инфраструктура и инженерные системы (СКУД, видеонаблюдение) существуют отдельно. При управлении ими и агрегации информации получаются "цифровые острова". Основное решение – создание единой цифровой экосистемы. Почему стоит выбрать путь унификации транспортного и логического уровней, а не слияние контуров управления в этой экосистеме, рассказывает Никита Бережанский, руководитель направления разработки аппаратного обеспечения Айсорс.

Как показывает наша практика, переход на единую инфраструктуру при конвергенции технологических сетей предприятий снижает эксплуатационные расходы (OPEX) на отдельных сегментах до 35% и устраняет фрагментацию данных, позволяя масштабировать инфраструктуру без перекладки линий. Кроме того, единая экосистема создаёт основу для внедрения ИИ на структурированных данных, не требует слияния контуров управления, сохраняя автономность систем безопасности.

Традиционная архитектура предприятий строится на независимых контурах АСУ ТП, АСУЗ, СКУД и видеонаблюдения. Это формирует "цифровые острова" с самостоятельным управлением и необходимостью синхронизации, существенно ограничивает возможности аналитики и прогнозирования, быстрого реагирования.

Многие специалисты видят решение в слиянии контуров управления, однако это масштабный и дорогостоящий проект, эффект от которого может быть очевиден не сразу. Кроме того, при таком подходе системы противоаварийной защиты всё равно остаются изолированными от общего сегмента передачи данных. Как альтернативное решение можно использовать унификацию транспортного и логического уровней. Это быстрее и экономичнее, снижаются риски несовместимости.

Гипотеза

В основе этого нового решения лежала гипотеза общности технологий, которые могут использоваться и в промышленности, и в системах управления зданиями. Сейчас все говорят о технологиях детерминированного реального времени, и мы активно участвуем в развитии технологии Time-Sensitive Networking (TSN). Развивая TSN, мы заметили общность с технологией Audio Video Bridging (AVB), которая изначально создавалась для синхронизации звука и видео на стадионах. Стандарты реализации практически идентичны. Исходя из общности назначения и задач, мы совместно с партнёрами провели работу и научились управлять реальным трафиком в сетях разного назначения.

Реализация: как устроено решение

В основу решения на наших проектах мы заложили шестиуровневый стек – от полевых устройств до сервисов ИИ. Единая сеть передачи данных опирается на технологии TSN для промышленных систем и AVB для систем управления зданием, а логическую унификацию обеспечивает российский протокол Bus77, стандартизирующий обмен данными независимо от вендора.

Объединяются сети передачи данных, диспетчеризация, архивы данных и добавляются сервисы ИИ, при этом контуры управления остаются независимыми. Объединяются устройства, контроллеры, SCADA, программные модули, аналитические сервисы и платформы ИИ. И так мы приходим к единой цифровой среде объекта.

На практике это позволяет централизованно управлять географически распределёнными объектами, агрегировать данные и проводить аналитику за счёт единой инфраструктуры передачи данных. Верхние уровни — ИИ, аналитика, BMS, интеграционный слой. Нулевой уровень — контроллеры и полевые устройства. В свою очередь, транспортный слой передачи данных "прошивает" все уровни, обеспечивая целостность и гарантированность доставки. В проектах мы использовали протокол автоматизации Bus77. К нему предлагается единый язык взаимодействия с конечными устройствами и сервисами. Это существенно расширяет возможности масштабируемости, снижает зависимость от определённых вендоров. Так разнообразие данных приводится к единому знаменателю, данные унифицируются – снижается сложность интеграции.

Связка этого протокола с TSN как с транспортной основой обеспечивает передачу данных, синхронизацию устройств и промышленную надёжность, по сути, позволяет создавать цифровые решения нового уровня.

Эффекты

При классическом решении затраты на техническое перевооружение на устаревших интерфейсах достигают 25-40% от стоимости объекта. Единая экосистема на описанном решении даёт экономию: до 30% — за счёт развёртывания серверов полевых шин, до 35% — на отказоустойчивых хранилищах данных, до 20% — на элементной базе. В свою очередь, стандарты IEEE по реализации TSN повышают производительность контуров АСУ ТП с детерминированными циклами до 10 раз.

Кроме того, для заказчика и инженера это однозначный плюс: минимизация кабельных линий, верификация по физическому уровню, унификация оборудования для контуров АСУ ТП и программно-аппаратных решений.

Эти показатели подтверждаются проектами в нефтегазовой, химической и машиностроительной отраслях, основной задачей которых была интеграция разрозненных систем управления, необходимость снижения эксплуатационных затрат и прирост производительности.

Актуальность для разных направлений

В условиях, когда Минстрой РФ ужесточает сроки ввода объектов, прогрессивные технологии дают абсолютное масштабирование. IP-адресация позволяет наращивать количество абонентов без прокладки дополнительных линий. Детерминированная задержка критична при построении онтологических моделей данных и расчёте систем реального времени. Разнообразие данных мешает обеспечить безопасную и ритмичную доставку кадров.

Решение важно для построения единой цифровой модели. Отмечу недостатки устаревших синхронных интерфейсов: низкие скорости, жёсткие ограничения по длине линии и, главное, отсутствие масштабируемости. При модернизации цеха или завода увеличение числа абонентов требует перекладки новых линий. В нашем случае этого не требуется.

С точки зрения перспектив, возможностей и поддержки со стороны российских вендоров, решение выглядит эффективно — как для разработчиков протоколов полевого уровня, так и для производителей коммутационного оборудования. Это позволяет в рамках единой экосистемы решений реализовывать масштабные проекты.