Введение 5
1 Обзор современной архитектуры промышленных систем 7
1.1 Уровни автоматизированной системы управления технологическим
процессом 7
1.2 Недостатки традиционной архитектуры САУ 10
1.3 Функциональные и технические требования к РСУ 11
1.4 Сервисно-ориентированная архитектура управления производством.. 15
1.5 Миграция современных РСУ/SCADA систем в SOA 18
2 Обзор существующих подходов к проектированию SOA систем 25
2.1 Обзор современных IAAS платформ 25
2.2 Обзор существующих решений облачной РСУ 28
2.3 Обзор существующих решений Web-Scada 35
2.4 Описание стенда для автоматизированного управления облачной
платформой 40
3 Разработка прототипа облачной рсу 45
3.1 Используемые аппаратно-программные средства 45
3.2 Разработка шаблона развертывания облачных РСУ 49
3.3 Тестирование прототипа облачной РСУ 51
Заключение 59
Список используемых источников 60
Приложение А Код программы шаблона автоматического развертывания
облачной РСУ на языке terraform 63
Приложение Б Код программы веб-сервиса для конфигурирования облачной РСУ на языке Python 6 5
Направление виртуальных АСУТП и SCADA - мировой инновационный тренд, разработки ведут ряд крупных вендоров систем АСУТП и несколько мировых промышленных концернов. Параллельно с этим под эгидой международных организаций разрабатываются необходимые инновационные технические решения/ спецификации/ стандарты. Сложность перехода от современной системы управления процессами к облачным РСУ и Web Scada состоит в том, чтобы сделать это структурированным образом, постепенно модернизировать высоко интегрированные и привязанные к поставщику стандарты в более открытую структуру, сохраняя при этом функциональность. Появилась необходимость изучить возможность эффективной реализации функций распределенных систем управления и функций операторов управления непрерывными процессами в облачной инфраструктуре и интеграции с архитектурой IIoT [1].
В ходе исследования были выявлены следующие проблемы современных распределенных систем управления:
• Отсутствие гибкости (часто необходимость замены аппаратной части) РСУ при модернизации и внесении изменений;
• При тиражировании ПО на контроллеры нового поколения необходимо полностью или частично переписывать и отлаживать код.
• Отсутствие универсальных решений по непрерывной разработки- тестированию-интеграции различных РСУ.
Также рассмотрены способы перехода из традиционной структуры АСУ ТП в архитектуру, удовлетворяющей следующим принципам Индустрии 4.0:
1. Совместимость - все устройства и машины должны уметь общаться друг с другом на одном языке посредством интернета вещей, т.е. они должны быть совместимы.
2. Прозрачность - создание цифровой копии продукта, сбор данных с микрочипов и датчиков посредством которых устройства общаются.
3. Техническая поддержка - программное обеспечение производит сбор, анализ, систематизацию, визуализацию данных, полученных с датчиков, и помогает человеку принимать решение или принимает их в автоматическом режиме, тем самым высвобождая человеческие ресурсы.
4. Децентрализация управленческих решений, автоматизация различных решений системами, максимально полное замещение человека.
В данной работе представлен подход применения облачных распределенных систем управления непрерывными процессами в облачной инфраструктуре и интеграции с архитектурой IIoT. Приведен оптимальный подход для построения облачной РСУ. Описан процесс разработки прототипа облачной РСУ, а также процесс тестирования прототипа по разработанной программе и методике испытаний.
В главе 1 описана традиционная архитектура САУ, ее проблемы, архитектура SOA в АСУ ТП, миграция традиционной архитектуры в SOA.
В главе 2 приведен обзор на современные IaaS платформы, решения облачных РСУ, требования к программно-аппаратной части разрабатываемой облачной платформы.
В главе 3 описан процесс разработки прототипа облачной РСУ, сервисов автоматизированной сборки РСУ, аппаратной части проекта.
Подведем итоги проведенного выпускного квалификационного исследования и охарактеризуем кратко его основные результаты.
Прежде всего, в главе 1 были обозначены проблемы традиционной архитектуры САУ, приведены способы решения данных проблем при переходе от традиционной архитектуры в SOA, описаны шаги миграции из традиционной архитектуры в SOA.
В главе 2 был приведен обзор на современные IaaS платформы, а также на существующие решений виртуальных контроллеров. Были приведены функциональные и технические требования к разработке программно-аппаратной части облака. Были выбран технологический стек, использованный в разработке прототипа облачной РСУ.
В главе 3 был описан процесс разработки прототипа облачной РСУ, приведено описание программно-аппаратной части, используемой в данном проекте.
Таким образом, ценностным предложением разработанной архитектуры и прототипа является:
1. Возможность гибкой модернизации (трансформации) существующих систем управления
2. Возможность построения полностью интегрированных цифровых систем управления
3. Сокращение и минимизация расходов на модернизацию промышленных систем
