Международный опыт открытых архитектур промышленной автоматизации

За последние десять лет в мировой процессной и обрабатывающей промышленности сложился ряд инициатив и организаций, направленных на стандартизацию и распространение открытых архитектур промышленной автоматизации. Ниже рассмотрены пять ключевых примеров — от пользовательских объединений и технических форумов до организаций по стандартизации и национальных программ.

NAMUR Open Architecture (NOA)

NOA была представлена в 2017 году объединением пользователей автоматизации NAMUR (Германия) при участии ассоциаций ZVEI и PI (Profibus & Profinet International). Концепция адресует задачу, характерную для действующих производств: классическая автоматизационная пирамида (Purdue Enterprise Reference Architecture) надёжна и проверена десятилетиями, однако плохо приспособлена для подключения новых источников данных — интеллектуальных датчиков и аналитических IT-систем, востребованных в концепции Индустрии 4.0.

Решение NOA — не заменять основной контур управления (Core Process Control), а добавить к нему независимый параллельный канал для задач мониторинга и оптимизации (Monitoring + Optimization, M+O). Принцип формализован в рекомендации NAMUR NE175, описывающей три зоны: основной контур управления, зону M+O на территории предприятия и аналогичную зону за его пределами. Информационный обмен между зонами регулируется шлюзом безопасности (NOA Security Gateway, NE177) с профилями NOA BASIC и NOA EXTENDED на основе IEC 62443-3-3. Единый формат данных для компонентов M+O определяет информационная модель NOA (NE176).

Технологически NOA использует OPC UA как транспортный протокол и Ethernet-APL для подключения полевых приборов во взрывоопасных зонах. Архитектура совместима с концепцией Module Type Package (MTP) и применима как для действующих объектов (brownfield), так и для новых установок (greenfield). На практике принцип «второго канала» реализован в серийных продуктах ряда производителей — в частности, в искрозащитных барьерах, обеспечивающих второй гальванически изолированный сигнальный выход в соответствии с NE175.

Ключевые стандарты и технологии: OPC UA, Ethernet-APL, MTP, ISA/IEC 62443

Источники: NAMUR — NOA (официальная страница)

Open Process Automation Forum (OPAF) и стандарт O-PAS

OPAF действует под управлением The Open Group и объединяет производственные компании, системных интеграторов и поставщиков оборудования и ПО. Форум создан в ответ на общую для отрасли проблему: компоненты распределённых систем управления (DCS) от разных производителей исторически несовместимы, что делает замену и модернизацию отдельных элементов системы технически сложной и экономически затратной задачей.

Результат работы форума — стандарт O-PAS (Open Process Automation Standard), позиционируемый как «стандарт стандартов»: он не создаёт новых технологий, а формирует эталонную архитектуру на основе существующих отраслевых норм, определяя правила взаимодействия компонентов систем DCS, PLC, SCADA и IIoT. Цель — обеспечить операторам возможность комплектовать и модернизировать систему из компонентов разных поставщиков без переписывания логики управления.

Требования к кибербезопасности в O-PAS построены на базе ISA/IEC 62443. Для верификации соответствия используется программа ISASecure. Для управления платформой в O-PAS применяется технология DMTF Redfish. Стандарт прошёл практическую апробацию в рамках лабораторных и промышленных прототипов. Параллельно с форумом действует Coalition for Open Process Automation (COPA) — объединение операторов для практического внедрения O-PAS-совместимых систем.

Ключевые стандарты и технологии: O-PAS, ISA/IEC 62443, ISASecure

Источники: The Open Group — OPAF

Опыт Китая: локализация DCS

Китайский опыт принципиально отличается от NOA и OPAF: это не межвендорный открытый стандарт, а государственная программа замещения зарубежных систем управления отечественными решениями. Программа реализуется в рамках промышленной политики «Made in China 2025» и курса на автономность и контролируемость. Её предпосылкой стала критическая зависимость нефтехимических и энергетических объектов от иностранных DCS-платформ.

Одним из ведущих участников программы является компания Zhejiang SUPCON Technology Co., Ltd., основанная в 1999 году. Компания последовательно увеличивала долю на внутреннем рынке DCS, опираясь на государственную поддержку и растущий спрос на локализацию. Показательный пример — модернизация системы управления этиленовой установки на комплексе Jilin Petrochemical с использованием отечественной платформы ECS-700, построенной на стандартизированных промышленных протоколах.

Важно отметить, что китайская модель не является примером открытой архитектуры в смысле межвендорной совместимости: она обеспечивает технологическую независимость через замещение, а не через стандартизацию интерфейсов. Это принципиальное отличие от подходов NOA, OPAF и НППА.

Ключевые стандарты и технологии: DCS

Источники: SUPCON Technology — официальный сайт

OPC Foundation

OPC Foundation — международная некоммерческая организация, основанная в 1996 году для стандартизации обмена данными в промышленной автоматизации. Первоначально организация разработала семейство стандартов OPC Classic (DA — Data Access, HDA — Historical Data Access, AE — Alarms & Events) для интеграции SCADA-систем с Windows-приложениями. С 2006 года ведётся разработка стандарта OPC UA (Unified Architecture, IEC 62541) — платформонезависимого протокола с встроенными механизмами безопасности, информационными моделями и поддержкой различных транспортных протоколов.

Актуальная инициатива OPC Foundation — OPC UA FX (Field eXchange): расширение стандарта на уровень полевых устройств, обеспечивающее прямой обмен данными между контроллерами и интеллектуальными датчиками. OPC UA FX поддерживает различные сетевые технологии, в том числе TSN. Параллельно развивается механизм Companion Specifications — отраслевых профилей OPC UA, определяющих стандартные информационные модели для конкретных типов оборудования (металлообработка, робототехника, нефтехимия, энергетика и другие отрасли). Производитель, реализующий профиль, обеспечивает семантическую совместимость без написания специализированных шлюзов.

На распределённом стенде НППА OPC UA является единственным транспортным протоколом интеграционной шины (ФОС). Интерфейсы И2 и И3 архитектуры ОРСУ также основаны на OPC UA. Это означает, что российская платформа строится на том же протокольном фундаменте, что и ведущие международные инициативы в области открытой автоматизации.

Ключевые стандарты и технологии: OPC UA, OPC UA FX, Companion Specification

Источники: OPC Foundation — официальный сайт

Universal Automation (ua.org)

Universal Automation Association (ua.org) — некоммерческая организация, созданная в 2021 году для продвижения стандарта IEC 61499 как основы переносимого прикладного ПО в промышленной автоматизации. Среди основателей — Schneider Electric, B&R Automation (ABB), Phoenix Contact. Впоследствии к организации присоединились другие крупные производители.

Концепция организации направлена на разрыв жёсткой зависимости между прикладным алгоритмом управления и аппаратной платформой его исполнения. Стандарт IEC 61499 описывает систему управления через функциональные блоки с событийно-управляемой (event-driven) моделью исполнения — в отличие от циклической модели IEC 61131-3. Это обеспечивает переносимость алгоритмов между платформами разных производителей без модификации кода.

Практическим результатом является открытая среда исполнения FORTE (IEC 61499 Runtime) с открытым исходным кодом, позволяющая любому производителю реализовать поддержку стандарта в своём оборудовании. Связь с НППА прямая: IEC 61499 является нормативной основой уровня F в FILO-модели ОРСУ. Открытая IDE, разрабатываемая в рамках НППА, ориентирована на поддержку обоих стандартов — IEC 61131-3 и IEC 61499, — что обеспечивает совместимость с существующим парком оборудования.

Ключевые стандарты и технологии: МЭК 61499, МЭК 61131-3

Источники: Universal Automation — официальный сайт

Применимость для НППА

НППА сочетает элементы нескольких рассмотренных подходов: компонентную интероперабельность и открытость стандартов — как OPAF, совместимость с действующими АСУ ТП — как NOA, формирование экосистемы для обеспечения технологического суверенитета — как в китайском опыте. При этом протокольная инфраструктура НППА построена на стандартах OPC Foundation, а принцип переносимости прикладного ПО соответствует концепции Universal Automation.