Зарубежные технологии интегрированных АСУ военного назначения (II)

Продолжение темы «Зарубежные технологии интегрированных АСУ военного назначения».

Промышленная автоматизация

Задачи промышленной автоматизации развивались в соответствии с эволюцией электроники, автоматики и вычислительной техники [7].

Эволюция автоматизации

В 60-ых годах автоматизированные системы строят на базе ЭВМ. Следствием стали централизация сбора и обработки данных, а также к централизация подавляющего большинства приборов регулирования, индикации и регистрации. АСУ ТП такого типа получили название централизованных. Такие системы характеризуются:

  1. Низкой живучестью (при отказе единственной ЭВМ теряется функционирование всей системы управления, т. е. необходимо прибегнуть к резервированию, что было дорого и сложно).
  2. Сложностью системных протоколов обмена.
  3. Большим количеством соединительных проводов, образующих каналы ввода/вывода ЭВМ.
  4. Сложностью управления из-за большого времени реакции централизованной системы.

Развитие и миниатюризация вычислительных средств стали движущей силой эволюции промышленных систем управления. К концу 70-ых годов совершается переход к децентрализованной иерархической архитектуре систем промышленной автоматизации. Помимо упрощения кабельного хозяйства, децентрализация позволила повысить масштабируемость, упростить модернизацию при изменении базовых процессов, повысить надежность и в целом, как правило, снизить общую стоимость. Период 70−80-ых годов характеризуется появлением различных технологий и стандартов промышленных сетей.

традиционная архитектура

Множество несовместимых закрытых технологий различных производителей на фоне растущей сложности систем автоматизации привело к росту операционных издержек, стоимости установки, наладки и модернизации, а значит, к повышенной стоимости владения. Следствием давления процессов экономической глобализации и необходимости повышения энергоэффективности стало дальнейшее снижение издержек и повышение производительности труда. Воплощение этих целей вылилось в последовательное повышение уровня автоматизации, а следовательно, углубление уровня интеграции.

интегрированная архитектура

Технический аспект тренда на интеграцию привел к поступательному процессу стандартизации интерфейсов, промышленных сетей (90-ые годы), вплоть до фактического вытеснения единым стандартом Ethernet (нулевые и 10-ые годы) на большинстве уровней промышленной автоматизации [8]. Переход на интегрированную архитектуру в нулевых годах позволил получить новые качественные характеристики систем управления: контроль всех систем в реальном времени на всех уровнях управления предприятием, возможность оптимизации сквозных процессов управления и т. п. Минимизация используемых стандартов и типов оборудования позволила серьезно упростить архитектуру систем за счет исключения промежуточных систем и оборудования. Таким образом интегрированная архитектура способствовала снижению совокупной стоимости владения и увеличению качества планирования, управления и контроля.

Автоматизация задач управления техническими средствами

Архитектура системы управления техническими средствами кораблей ВМС США является следствием следующих базовых принципов:

  • использование серийного общепромышленного оборудования;
  • открытая архитектура;
  • зональная структура корабля.

Первый пункт является следствием постоянного давления со стороны уменьшения стоимости ЖЦ корабля. Открытая архитектура не менее, а возможно и более результативна в области управления ТС, вследствие большего количества оборудования множества разных поставщиков.

Зональное структурирование корабля имеет следующие преимущества [9]:

  1. Повышает живучесть системы управления ТС и в целом корабля путем внедрения зональной живучести. Зональность обеспечивает живучесть функций управления ТС в одной зоне независимо от неисправностей за пределами зоны. Сетевые мосты и брандмауэры между общекорабельной сетью и зональными сетями обеспечивают уровень защиты с точки зрения обеспечению информационной безопасности.
  2. Дает возможность использовать различные сетевые технологии, которые должны применяться для зональных и общекорабельных сетей. Различные технологии могут быть уместны, поскольку проектные цели для каждой сети несколько отличаются.
  3. При строительстве корабля, зональное управление может быть испытано как целостная система до полной готовности корабля. Полное комплексное тестирование систем общекорабельного управления может проводиться только на поздних стадиях строительства.
  4. За счет совмещения границ системы управления ТС с зональными границами других систем улучшается оперативная осведомленность операторов. Проблемы, которые проявляются в зоне, скорее всего, вызваны локальными причинами в самой зоне. Без зональной реализации, проблемы, проявляющиеся в одной части корабля, могут быть следствием первопричины, находящийся в любой точке корабля.

Функциональная архитектура системы управления техническими средствами представлена на рисунке:
Функциональная архитектура КСУ ТС

Общекорабельная сеть

Это отказоустойчивая сеть охватывает весь корабль и пересекает границы зон. Она связывает элементы зонального уровня и внешние/внекорабельные сети через сетевые мосты с брандмауэрами. Конкретные типы оборудования и датчиков могут не находиться в общекорабельной сети, но уровни управления автоматизацией и высокоуровневого контроля, реализованные в системных общекорабельных ЧМИ, подключены напрямую к общей сети.

Зональные сети

Связи с другими зональными сетями, внешними системами, и общекорабельными элементами управления осуществляются через сеть мостов/брандмауэров. В зональной сети предполагается использование современных технологий распределения данных для систем реального времени с обеспечением иерархической приоритизации необходимой для каждого датчика/механизма. ЧМИ может быть также подключен к зональной сети. Это обеспечит действительное местное управление и живучесть при отсечении зональной сети от общекорабельной. В нормальной конфигурации местное управления является резервным.
Структурирование во временном масштабе представлено на рисунке:
Технологическая архитектура КСУ ТС

Архитектура общекорабельной вычислительной среды (TSCE)

Проиллюстрировать описанные принципы в конкретном изделии можно на примере общекорабельной вычислительной сети (TSCE). TSCE — это интегрированная АСУ НК эсминцев типа «Зумвальт». Программа создания кораблей данного типа стартовала достаточно давно и не вобрала в себя последние концепции с точки зрения информационных систем (например ACB). Однако, большая часть общих требований (COTS, ОА) была реализована.

По сравнению с существующими эсминцами и крейсерами ВМС США, команда «Зумвальта» радикально уменьшена (с 300 до 142 человек). Этот факт, а также возросшие современные требования во всех областях стали причиной появления выдающегося образца автоматизации на всех уровнях управления. Как уже было сказано, общекорабельная вычислительная среда — это интегрированная АСУ, охватывающая все информационные системы корабля [9].

зумвальт архитектура

В основе TSCE лежит инфраструктура на базе ряда ключевых технологий.

Информационный обмен и единое информационное пространство — стандарт OMG DDS. Распределенный вычислительный комплекс — коммерческие серверы IBM. Для соответствия военным стандартам по живучести и устойчивости к внешним воздействиям серверы и сопутствующее оборудование заключается в изолированный контейнер. Операционная система для ядра TSCE — коммерческая ОС RedHat Linux.

сети зумвольта

Сеть является двухуровневой. Магистральный уровень — общекорабельная сеть Ethernet. Основная часть оборудования — Циско. Инженерный уровень — промышленная сеть с зональной сегментацией на базе технологий ProfiNET/Profibus. Оборудование производства Сименс. Сеть предназначена для связи датчиков, исполнительных механизмов и пр. с системами управления и высокоуровневыми средствами контроля.

инженерная сеть

Такая архитектура построена на решениях, применяемых в сфере промышленной автоматизации и использует все те же базовые технологии и аппаратно-программное обеспечение. В системе существуют порядка 80 000 сигналов, пригодных для контроля и управления. Система управления ТС использует только 30 000 из них. Для сравнения, системы управления ТС на других кораблях ВМС используют только от 4000 до 10 000 сигналов.

Один комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *