Современная промышленная автоматизация переживает переходный этап, в котором классические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) тесно переплетаются с информационными технологиями (ИТ). Этот тренд обусловлен стремлением избавиться от зависимости от зарубежных решений и сближением промышленной (OT) и информационной (ИТ) сфер. В результате появляются новые подходы к построению АСУ ТП – программно-ориентированные и интегрируемые с ИТ-инфраструктурой предприятия.
Классический подход VS виртуализация в АСУ ТП
В традиционной архитектуре АСУ ТП каждому участку производства соответствует физический контроллер (ПЛК) в шкафу управления. Несколько уровней системы – от полевых устройств и ПЛК до серверов и диспетчерских станций SCADA – образуют иерархию, часто завязанную на технологии одного производителя. Этот подход проверен временем и обеспечивает надежность, однако масштабирование требует значительных затрат на новое оборудование, а интеграция с ИТ-системами затруднена из-за изолированности промышленной сети.
В подходе на базе виртуализации вместо множества «железных» ПЛК используются программные контроллеры, работающие на стандартных вычислительных платформах (промышленный ПК, сервер или облако). Один компьютер способен выполнить роль сразу сотен контроллеров, запустив их как виртуальные экземпляры. Датчики и исполнительные механизмы подключаются через модули удаленного ввода-вывода по сети, а логика управления выполняется в программной среде. Такая виртуальная АСУ ТП не привязана к конкретному оборудованию и может гибко изменяться под нужды производства.
Ключевое отличие нового подхода – открытость и интегрируемость. Виртуальный контроллер изначально поддерживает открытые стандарты и может работать на разном «железе». Это снижает зависимость от одного вендора и облегчает подключение системы к корпоративным ИТ-сервисам (аналитическим платформам, облачным приложениям и др.). Кроме того, виртуальная среда разработки позволяет конечным пользователям создавать приложения под нужды конкретного производства: модели энергоэффективности, приложения-помощники оператора (прогнозирование отказов, уведомления о необходимости техобслуживания и пр.), системы динамической оптимизации производственного процесса в зависимости от нужд конкретного производства.
Виртуализация: новый подход
- Снижение капитальных затрат. Уменьшается количество специализированного оборудования: меньше физических ПЛК, шкафов, модулей ввода-вывода и кабельных коммуникаций. По оценкам разработчиков, на крупных проектах (свыше 5000 сигналов) экономия капитальных вложений может достигать 30%. Один из пилотных проектов показал сокращение затрат примерно на 15% по сравнению с классической АСУ ТП.
- Снижение операционных расходов. Меньше устройств – меньше точек потенциальных отказов и меньше работы по обслуживанию. Нет необходимости держать обширный склад запасных частей (ЗИП) для разных моделей контроллеров. За счёт этого эксплуатационные расходы снижаются до 20%.
- Гибкость и масштабируемость. Добавить новый технологический модуль или изменить логику можно программно, не дожидаясь поставки нового контроллера. Мощности легко наращивать: достаточно развернуть дополнительные виртуальные машины или программы в существующей системе. Виртуальные контроллеры позволяют быстро перенастроить систему под новые задачи.
- Независимость от вендоров. Программная платформа строится на открытых стандартах и поддерживает разные аппаратные архитектуры (x86, ARM, RISC-V и др.). Это уменьшает привязку к одному поставщику ПЛК. Предприятие получает больше свободы при выборе оборудования и может интегрировать в единую систему устройства разных производителей.
Применение: от замерной установки до станционного контроллера
Виртуальная замерная установка
Один из примеров использования «Виртуального контроллера» – цифровая система управления кустом нефтяных скважин – фактически «виртуальная замерная установка». Единая программно-аппаратная платформа собирает телеметрию со всех скважин куста, анализирует показатели добычи и оптимизирует управление скважинами. Если сейчас для каждой отдельной скважины и группы скважин применяются отдельные физические контроллеры, то технология виртуализации позволила заменить их, объединив в едином цифровом контуре. Такая централизация позволила отказаться от части физического оборудования и вести учет добычи в единой системе. Экономия капитальных затрат в проекте составит порядка 15%.
Общий станционный контроллер
Еще один пример – внедрение «Виртуального контроллера» в роли единого контроллера компрессорной станции. Классически каждая компрессорная установка управляется отдельным ПЛК. Вместо нескольких контроллеров может быть внедрен один «Виртуальный контроллер» станции (общий станционный контроллер), управляющий одновременно несколькими узлами компрессорного цеха. Он развертывается на серверном оборудовании. Такое решение упростит архитектуру: вместо нескольких шкафов с контроллерами – один программный комплекс.
Кибербезопасность: новые риски и встроенная защита
Интеграция АСУ ТП с ИТ-системами и переход на программно-ориентированную архитектуру неизбежно поднимают вопросы кибербезопасности.
С одной стороны, виртуализация решает ряд существовавших проблем: быстрое устаревание систем, сложности обновления/миграции и изоляции ПО, невозможность установки традиционных для ИТ средств защиты информации. Виртуальный контроллер решает эти проблемы: за счет виртуализации можно надежно изолировать компоненты ПО, отвечающие за управление технологическим процессом, а также разместить на аппаратной платформе дополнительные сервисы. Например, «Виртуальный контроллер» может быть дополнительно оснащен сертифицированными средствами защиты информации, встроенными в единый ПАК. При этом сам «Виртуальный контроллер» обладает встроенными расширенными средствами информационной безопасности:
- Шифрование внешних каналов связи.
- Проверка подлинности управляющей программы.
- Аутентификации и идентификация пользователей.
- Логирование.
- Интеграция с системой обеспечения информационной безопасности (СОИБ).
С другой стороны, исчезновение физической изоляции увеличивает потенциальную атакуемую злоумышленниками поверхность. «Виртуальный контроллер» работает в среде виртуализации, которая может быть уязвима при нарушении правил построения таких сред или неправильной их настройке. Это увеличивает риски, связанные с кибербезопасностью. Митигирование этого риска возможно за счет поддержки со стороны специалистов разработчика, мониторинга системы (в том числе средствами SIEM) и правильной сегментации.
Баланс между плюсами виртуальных контроллеров и рисками их внедрения достигается благодаря учету требований безопасности в платформе («secure-by-design»), ответственного подхода вендора и соблюдения пользователями стандартов киберзащиты (сегментация сети, контроль доступа и др.).
Отечественные разработки в этой области имеют сертификаты, подтверждающие соответствие требованиям информационной безопасности. Таким образом можно внедрять инновационную виртуальную АСУ ТП, не жертвуя безопасностью, а, напротив, – повышая уровень за счет современных технологий защиты.
Заключение
Слияние АСУ ТП с ИТ-сервисами и переход к виртуальным контроллерам отражают общую тенденцию цифровизации промышленности. Опыт первых внедрений в нефтегазовой отрасли показывает, что виртуализация контроллеров уже дает конкретные эффекты – экономию затрат, ускорение внедрения новых функций, повышение прозрачности процессов. Конечно, при таком переходе важно обеспечить надежность и безопасность, однако первые успехи внушают оптимизм.
Виртуальный контроллер сегодня – это не просто альтернатива классическим ПЛК, а шаг к новой парадигме открытых и гибких систем автоматизации. В ближайшие годы все больше нефтегазовых, энергетических и промышленных предприятий перейдут на подобные платформы. Такой эволюционный переход сулит отрасли не только новые вызовы, но и новые возможности для повышения эффективности и инноваций.
