Автоматизация + Промышленная автоматика

Издание Control Engineering выпустило отчет «Состояние промышленной автоматизации – 2025». В материале, основанном на опросе аудитории журнала в январе этого года, излагаются основные движущие силы, влияющие на развитие АСУ ТП – от базовых технологий, таких как датчики и системы управления, до внедрения искусственного интеллекта, робототехники, периферийных вычислений и многого другого.

Отчет разбит на следующие главы:

1. Инвестиционные приоритеты и тенденции

2. Внедрение автоматизации и окупаемость инвестиций

3. Обучение персонала и развитие навыков

4. Препятствия к успеху автоматизации

5. Факторы, влияющие на инвестиции в автоматизацию

6. Новые технологии трансформации

Главный редактор Control Engineering Марк Т. Хоске (Mark T. Hoske) говорит: «С тем, чтобы извлечь выгоду из возможностей, лидеры отрасли должны принять стратегии, которые стимулируют внедрение, решают проблемы рабочей силы и соответствуют целям устойчивого развития».

Как формировать будущее с помощью тенденций промышленной автоматизации 2025 года

Общие сведения отчета

Отрасль автоматизации по-прежнему определяется двумя факторами: с одной стороны – инновациями, а с другой – прагматизмом. Инвестиции идут в основополагающие технологии, такие как датчики и системы управления, причем 52% респондентов инвестируют в каждую из них. 35% опрошенных инвестируют в системы управления движением и робототехнику, а также в периферийные вычисления, встроенные компоненты или мобильные устройства. Несколько меньший показатель возможно связан с опасениями заказчиков с возвратом инвестиций (ROI) и проблемами системной интеграции. Производители систем автоматизации могут устранить эти сомнения, продемонстрировав экономическую эффективность и бесперебойную совместимость с существующими системами.

Более половины респондентов, а именно 60% выбирают умеренное, устойчивое внедрение новых технологий автоматизации с фокусом на рентабельность вложения инвестиций. 28% характеризуют себя консервативными последователями автоматизации и не склонны к риску. Это приверженцы стратегии минимальных внедрений новых технологий, они принимают во внимание бюджетные ограничения и рассматривают сложность инноваций в качестве барьеров (см. информацию барьерах чуть ниже). 12% респондентов идентифицируют себя как агрессивных и ранних последователей передовой автоматизации, демонстрируют готовность принять определенный риск для достижения конкурентных преимуществ.

Ключевыми движущими факторами инвестиций в автоматизацию являются: операционная эффективность и сокращение затрат (69%). Далее идут такие приоритеты, как улучшение качества и совместимости продукции (45%), повышение безопасности (37%). Мотиваторами внедрений также являются требования цифровизации, эффективности, соответствие стандартным протоколам и нормативным требованиям (17%), экологическая безопасность (12%) и надежность поставок (4%).

Однако барьеры, такие как высокие затраты на внедрение (55%), интеграция устаревших систем (44%) и пробелы в навыках специалистов (35%), остаются всё еще значительными. Решение этих проблем потребует инновационных моделей ценообразования, надежных структур поддержки и обучения кадров по курсу передовых систем.

С большим отрывом (около 25 процентных пунктов) самыми значимыми технологиями, оказывающими наибольшее влияние на производительность труда, являются усовершенствованное управление процессами и оптимизация систем управления.

Необходимо отметить, что внедрение предиктивных моделей на основе искусственного интеллекта (ИИ), автономной робототехники и периферийных вычислений преобразует производственные операции, позволяя улучшить принятие решений в реальном времени и повысить уровень операционной прозрачности. Тем не менее, эти инновации остаются недоиспользованными, что указывает производителям усилить работу в области создания образовательных программ для конечных пользователей.

Рабочая сила претерпевает глубокие изменения: 44% респондентов подчеркивают необходимость создания высококвалифицированных должностей, а 35% – возможность удаленного мониторинга. Поскольку автоматизация снижает спрос на низкоквалифицированную рабочую силу, отрасли должны решать проблему снижения навыков сотрудников посредством повышения квалификации и меж-функционального обучения.

Подводя итог, можно сказать, что сектор промышленной автоматизации требует нового переосмысления. С тем, чтобы извлечь выгоду из открывающихся возможностей, лидеры отрасли должны принять стратегии, которые стимулируют внедрение новых технологий, решают проблемы рабочей силы и соответствуют целям устойчивого развития. Образно говоря, для производителей оставаться впереди – означает превращать барьеры в ступеньки и использовать инновации для достижения поставленных целей.

Методы и демография исследования: в январском опросе, проведенном по электронной почте подписчиков Control Engineering было получено 122 ответа. Почти половина из них (45%) были инженеры системных интеграторов или конечных пользователей. Более ¾ из них работают в компаниях с численностью персонала до 250 человек.

Глава 1. Инвестиционные приоритеты и тенденции

КАКОВ ТЕКУЩИЙ ЭТАП ИНВЕСТИЦИЙ В ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ?

Ключевая информация:

• Датчики, ретрансляторы, реле, таймеры, радиочастотные метки (RFID), штрихкоды, источники питания (52%): эти основополагающие технологии доминируют в инвестиционных приоритетах, обеспечивая сбор данных и эксплуатационную надежность. Многие из этих инвестиций способствуют сосредоточению отрасли на создании надежной цифровой инфраструктуры.

• Системы управления, человеко-машинные интерфейсы (HMI), программируемые логические контроллеры (ПЛК), программируемые контроллеры автоматизации (ПАК), распределенные системы управления (РСУ), контроллеры на базе персональных компьютеров (ПК) (52%): эта категория, равная вышеуказанной группе по объему инвестиций, отражает необходимость в модернизации систем для улучшения принятия решений и оперативного управления.

• Двигатели, приводы и исполнительные механизмы (42%): эти элементы помогают улучшить управление, причем в ряде случаев могут также включать в себя датчики и логику. Обновления в этих областях снижают энергозатраты и расширяют возможности передачи информации в другие системы.

• SCADA, системы сбора и хранения данных (38%): платформы управления указывают на растущий потребности мониторинга в реальном режиме времени. Однако 26% респондентов не планируют инвестиции в эти области, что свидетельствует нежелании принятии новых технологий.

• Насосы, клапаны и регуляторы (34%): участвуют в непрерывных процессах и даже дискретных производственных приложениях. Многие из них все чаще интегрированы с технологиями искусственного интеллекта, что в усилиях цифровизации означает предоставление обработанной информации, а не только данных.

• Системы управления движением и робототехника (30%): робототехника и технологии движения пока еще отстают от других направлений. 42% респондентов сообщили об отсутствии запланированных инвестиций. Это говорит о том, что поставщики должны наглядно показать заказчикам окупаемость инвестиций.

• Встроенные компоненты и периферийные вычисления (31%): несмотря на то, что эти технологии имеют решающее значение для современных систем автоматизации 37% респондентов не планируют инвестировать в них, что свидетельствует о нерешительности или непонимании их долгосрочных преимуществ.

Рекомендации производителям:

1. Используйте показатели рентабельности инвестиций: разрабатывайте тематические исследования, демонстрирующие измеримые улучшения от инвестиций в автоматизацию, особенно для таких категорий, как робототехника и периферийные вычисления.

2. Сосредоточьтесь на фундаментальной цифровизации: продвигайте технологии, которые поддерживают непрерывный сбор данных и более простую системную интеграцию.

3. Устраняйте барьеры для внедрения: упрощайте процессы развертывания и, где это применимо, предлагайте модульные, более открытые решения с тем, чтобы снизить порог входа для колеблющихся отраслей.

Возможности получения конкурентных преимуществ:

• Решения по интеграции датчиков с системами управления для осуществления мониторинга и получения аналитики в реальном времени, найдут большой отклик у организаций, стремящихся с помощью автоматизации получить высокий показатели рентабельности от вложения инвестиций.

• Поставщики, которые продемонстрируют экономически эффективные модели развертывания своих продуктов в робототехнике, периферийных вычислениях и SCADA-системах, получат поддержку тех, кто ищет разумное обоснование покупки, причем в большей степени это касается ранних пользователей.

Глава 2. Внедрение автоматизации и показатели окупаемости инвестиций

КАКОВЫ ТЕМПЫ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗАЦИИ?

Ключевая информация:

• Умеренное внедрение (60%): большинство предприятий постепенно интегрируют автоматизацию, балансируя между инновациями и показателями окупаемости инвестиций.

• Консервативное внедрение (28%): почти треть компаний избегает излишнего риска.

• Агрессивное внедрение (12%): небольшой сегмент лидирует в быстром развертывании передовой автоматизации, что происходит как правило в высокотехнологичных отраслях и сегментах с острой конкуренцией игроков.

Стратегия: на рынке доминируют умеренные последователи, что указывает на прагматичный подход к автоматизации. Эта группа тщательно оценивает показатели рентабельности инвестиций и привержена постепенному масштабированию, а не быстрой трансформации. Производители должны разрабатывать индивидуальные программы внедрения, которые будут соответствовать этим приоритетам. Консервативным последователям для преодоления сомнений может потребоваться обучение по стратегиям с низким риском и высокой выгодой. Агрессивные последователи могут реализовать потенциал передовых технологий автоматизации, связанный с ранним внедрением, руководствуясь стратегией снятия первых сливок.

Рекомендации производителям:

1. Адаптируйте решения для рынков, не склонных к риску: предложите консервативным последователям для укрепления доверия системы начального уровня или пилотные программы.

2. Покажите истории успеха: продемонстрируйте достижения агрессивных последователей и количественно оцените преимущества с тем, чтобы вызвать более широкое доверие рынка.

3. Продвигайте дополнительные преимущества: позиционируйте автоматизацию как масштабируемую систему, подчеркивая долгосрочную ценность без непомерных первоначальных инвестиций, подчеркивая умеренную суммарную стоимость владения на протяжении жизненного цикла автоматизации.

Возможности получения конкурентных преимуществ:

• Покажите контрольные отраслевые показатели рентабельности инвестиций, с тем, чтобы помочь умеренным и консервативным пользователям понять ощутимые преимущества автоматизации.

• Подчеркивайте масштабируемость и адаптивность решений, которые были бы привлекательны для организаций на разных этапах автоматизации.

Глава 3. Обучение персонала и развитие навыков

КАКИЕ САМЫЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ СИЛЕ ЯВЛЯЮТСЯ РЕЗУЛЬТАТОМ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ?

Ключевая информация:

• Создание высококвалифицированных рабочих мест (44%): Внедрение автоматизации привело к повышению спроса на высококвалифицированных работников, способных управлять и оптимизировать передовые системы.

• Навыки удаленного мониторинга и управления (35%): Потребности рабочей силы создали более высокий спрос на удаленные возможности, отчасти поддерживаемые интеграцией IoT и облачных технологий.

• Потребности в переподготовке (21%): Организации признают необходимость переподготовки сотрудников, чтобы идти в ногу с растущими достижениями в области технологий автоматизации.

• Уменьшение низкоквалифицированной рабочей силы (11%): Автоматизация снизила спрос на монотонный ручной труд, что в итоге снизило риск травматизма и, в целом, подчеркивает важность обучения.

Стратегия: ориентация на высококвалифицированный персонал подчеркивает необходимость программ повышения квалификации и обучения рабочей силы.

Удаленный мониторинг в системы автоматизации может быть реализован при большей интеграции облачных технологий и технологий интернета вещей.

Организации должны инвестировать в образовательные инициативы для удовлетворения этих потребностей и устранения разрыва в навыках.

Рекомендации производителям:

1. Развивайте партнерские отношения в области обучения: сотрудничайте с образовательными учреждениями и тренингами технического обучения для создания программ сертификации.

2. Упростите внедрение технологий: разрабатывайте интуитивно понятные интерфейсы и инструменты на основе ИИ, чтобы снизить барьер навыков для работы с передовыми системами.

3. Продвигайте возможности удаленного правления: подчеркивайте, как решения обеспечивают эффективные удаленные операции и мониторинг, сокращая потребность в персонале на местах.

   Возможность получения конкурентных преимуществ:

   • Поставщики, предлагающие комплексные программы обучения вместе со своими продуктами, могут позиционировать себя как долгосрочных партнеров в области обучения специалистов.

   • Решения, делающие акцент на удобном дизайне и возможностях удаленной работы, понравятся организациям, адаптирующимся к цифровой среде.

Глава 4. Препятствия успеху автоматизации

КАКОВЫ ОСНОВНЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ УСПЕХА АВТОМАТИЗАЦИИ?

Ключевая информация:

• Высокие затраты на внедрение (55%): затраты остаются главной проблемой, ограничивающей внедрение передовых технологий.

• Проблемы интеграции с устаревшими системами (44%): проблемы совместимости препятствуют прогрессу, поскольку организации изо всех сил пытаются согласовать новые технологии с существующей инфраструктурой.

• Нехватка навыков рабочей силы (35%): отсутствие должным образом обученного персонала замедляет развертывание и оптимизацию систем.

• Проблемы масштабируемости (33%): недостаточная способность эффективно масштабировать решения автоматизации продолжает подрывать уверенность организаций в более широком внедрении.

• Проблемы кибербезопасности (20%): поскольку системы становятся все более взаимосвязанными, риски кибербезопасности все чаще рассматриваются в качестве серьезного препятствия.

Стратегия: Препятствия к успеху автоматизации взаимосвязаны, а проблемы затрат и интеграции усиливают пробелы в навыках рабочей силы. Для устранения этих барьеров требуется комплексный подход, сочетающий экономически эффективные решения, сильную техподдержку поставщиков и обучение персонала. Производители также должны решать проблемы кибербезопасности, внедряя надежные меры защиты в свои предложения.

Рекомендации производителям:

1. Упростите развертывание: предлагайте модульные и масштабируемые решения, которые снижают первоначальные затраты и упрощают интеграцию с устаревшими системами. Стандарты открытых систем расширили возможности внедрения и упростили использование систем.

2. Устраните пробелы в навыках специалистов: предоставьте учебные ресурсы и интуитивно понятные интерфейсы для устранения недочетов образования.

3. Усильте кибербезопасность: включите расширенные функции безопасности, скачивайте обновления для защиты от угроз и устраивайте тренинги для персонала.

4. Сосредоточьтесь на масштабируемости: разрабатывайте гибкие решения автоматизации, которые будут расти вместе с потребностями организации и смягчат первоначальные опасения по поводу внедрения, в чем вам также помогут открытые стандарты.

Возможность получения конкурентных преимуществ:

• Поставщики, отдающие приоритет бесшовной интеграции и экономически эффективному развертыванию, выйдут в лидеры в вопросах преодоления барьеров внедрения автоматизации.

• Компании, которые активно занимаются кибербезопасностью, могут завоевать доверие и долгосрочную лояльность клиентов.

Глава 5. Факторы, влияющие на инвестиции в автоматизацию

КАКИЕ ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ИНВЕСТИЦИЙ ВАШЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ В ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ?

Ключевая информация:

• Сокращение затрат и эксплуатационная эффективность (69%): Экономия затрат и повышение эффективности являются главными факторами, повышающими внимание производителей к увеличению маржи и оптимизации операций.

• Повышение качества и согласованности продукции (45%): автоматизация используется для обеспечения надежного качества, сокращения дефектов и соответствия строгим требованиям клиентов.

• Увеличение производительности труда (38%): организации внедряют технологии, освобождающие сотрудников от повторяющихся задач, что позволяет им сосредоточиться на более ценных видах деятельности.

• Повышение безопасности (37%): безопасность является непреложным приоритетом, а автоматизация снижает воздействие опасных сред на человека.

• Достижение конкурентных преимуществ (33%): инвестиции в автоматизацию позволяют организациям выделяться за счет использования расширенных возможностей и уникальных решений.

Стратегия: акцент на снижении затрат, эффективности работы и качестве продукции показывает, что инвестиции в автоматизацию в первую очередь направлены на создание устойчивых производственных связей. Поставщики могут особо подчеркнуть, что их продукты решают эти задачи. Кроме того, растущая важность безопасности и конкурентоспособности усиливают возможности маркетинга автоматизации, как инструмента повышения производительности и снижения рисков.

Рекомендации производителям:

1. Подчеркивайте ощутимые результаты: разрабатывайте маркетинговые материалы, которые количественно оценивают затраты и показывают эффективность, достигнутую за счет автоматизации.

2. Раскрывайте перспективы: подчеркивайте, как решения автоматизации обеспечивают согласованность систем и соответствуют нормативным стандартам.

3. Демонстрируйте улучшения безопасности: позиционируйте автоматизацию как важнейший инструмент для повышения безопасности на рабочем месте и снижения уровня инцидентов.

Возможность получения конкурентных преимуществ:

• Решения, которые объединяют экономию затрат с улучшением качества и безопасности, найдут большой отклик у производителей, ориентированных на комплексные улучшения.

• Поставщики, демонстрирующие конкурентоспособность за счет передовых технологий, будут выделяться на рынке.

Глава 6. Новые технологии трансформации

КАКИЕ ИННОВАЦИИ, СКОРЕЕ ВСЕГО, ИЗМЕНЯТ ВАШУ ОТРАСЛЬ В ТЕЧЕНИЕ СЛЕДУЮЩИХ 5 ЛЕТ?

Ключевая информация:

• Прогностические модели с поддержкой ИИ и машинного обучения (53%): эти технологии преобразуют операции, обеспечивая более простое и точное прогнозирование, эффективность операции и стратегии упреждающего обслуживания по мере их интеграции с большим количеством ПО автоматизации.

• Автономные робототехнические системы (39%): робототехника продолжает развиваться, обеспечивая полностью автоматизированные рабочие процессы и снижая зависимость от человеческого труда.

• Аналитика в реальном времени (32%): обработка данных в источнике их формирования и аналитика на периферии ускоряет принятие решений и повышает операционную эффективность.

• Цифровая интеграция и взаимодействие цепочек поставок (25%): эти инновации повышают прозрачность и координацию в цепочках поставок, смягчая сбои и неэффективность.

• Решения в области энергетики, интегрированные с автоматизацией (23%): поскольку надежность становится стратегическим приоритетом, интеграция возобновляемых источников энергии с системами автоматизации обеспечивает двойную выгоду – снижение затрат и сохранность окружающей среды.

Стратегия: новые технологии, такие как ИИ, робототехника и граничная аналитика, меняют конкурентную среду. Организации, внедряющие эти инновации, получают операционную гибкость, ценовые преимущества и лидерство на рынке. Однако для широкого внедрения необходимо устранить такие барьеры, как сложность интеграции и необходимость повышения навыков персонала.

Рекомендации производителям:

1. Выделите практические примеры использования: приведите данные того, как ИИ, робототехника и граничная аналитика обеспечивают ощутимые преимущества.

2. Упростите реализацию: предлагайте модульные и легко интегрируемые решения для снижения барьеров для внедрения. Поскольку 71% респондентов заявили, что поставщики поддерживают интеграцию и взаимодействие систем автоматизации лишь «условно эффективно», то это открывает возможности улучшения.

3. Подчеркиваете критерии надежности: покажите, как решения в области надежной энергетики соответствуют нормативным требованиям и целям корпоративной и социальной ответственности.

Возможность получения конкурентных преимуществ:

• Поставщики, позиционирующие себя как лидеры мнений в области передового управления процессами, оптимизации систем управления, ИИ и робототехники, могут получить сильные конкурентные преимущества.

• Решения, ориентированные на обработку данных в реальном режиме времени и получение практических знаний, подойдут отраслям, в которых приоритеты отдаются скорости и эффективности.

Выводы об инвестициях в автоматизацию и инновации

Отчет State of Industrial Automation за весну 2025 года демонстрирует, что промышленная автоматизация находится в переходном состоянии – балансируя между консервативным подходом и инновациями. Эта двойственность отражает прагматичный подход отрасли к росту, где предприятия стремятся к устойчивому росту в приложениях автоматизации, одновременно тестируя технологии преобразующих изменений.

В ближайшие 5 лет ИИ и автономные системы переопределят возможности автоматизации, применяемой в производстве, логистике и управлении цепочками поставок. Аналитика в реальном режиме времени, предиктивное обслуживание и автономное принятие решений станут золотым стандартом для приложений автоматизации, продвигая компании к беспрецедентной эффективности и контролю затрат. Однако эти достижения еще больше обнажат существующие различия между ранними пользователями передовой автоматизации и теми, кто находится в арьергарде, создавая конкурентную среду, где технологическое лидерство в автоматизации станет ключевым фактором отличий указанных групп.

Устойчивость и надежность перейдет из разряда второстепенных приоритетов в разряд критически важных бизнес-императивов. Нормативное давление и растущий потребительский спрос на экологически чистые методы производства будут способствовать внедрению энергоэффективных и оптимизированных по использованию ресурсов систем. Автоматизация будет играть центральную роль в достижении этих целей за счет сокращения отходов, оптимизации процессов и интеграции решений в области возобновляемой энергии.

Квалификация персонала будет требовать дальнейшего развития, некоторые традиционные роли будут заменены гибридными наборами навыков, подчеркивающими техническую экспертизу в области автоматизации, аналитику данных и удаленные операции. Организации, которые инвестируют в развитие рабочей силы, превзойдут конкурентов по гибкости и инновациям, в то время как те, которые пренебрегают повышением квалификации, столкнутся с проблемами при развертывании и обслуживании передовых систем автоматизации.

Наконец, ландшафт цепочки поставок автоматизации потребует беспрецедентной прозрачности и устойчивости. Организации, использующие инструменты видимости в реальном времени и совместимые системы, будут лучше справляться с перебоями, позиционируя себя в качестве лидеров во все более нестабильной глобальной экономике. Следующая глава промышленной автоматизации будет определяться конвергенцией инноваций, устойчивости и обучения персонала. Лидеры отрасли должны воспользоваться этим моментом, чтобы раздвинуть границы, соответствовать новым приоритетам и задать темп будущим инновациям в области автоматизации и их внедрению, которые обещают быть одновременно и сложными, и результативными.

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)

Центральный процессор ПЛК во многом действует как процессор обычного компьютера, но мы не часто находим спецификации, которые хотя бы отдаленно соответствуют его производительности даже в низкобюджетном ноутбуке. Причина в том, что, хотя оба процессора выполняют инструкции, которые являются основными, разница в контексте установки требует совершенно разных стратегий выполнения.

Что на самом деле делает ЦП ПЛК?

Для запуска ЦП должен выполнить несколько отдельных задач, каждая из которых тесно связана со всеми остальными:

• Связь с ПО для программирования и загрузка программы

• Передача данных ввода-вывода через объединительную плату

• Чтение и обновление входных регистров

• Расчет результата каждой строки кода

• Обновление выходных регистров

Загрузка и выполнение программы ЦП программируемого логического контроллера существенно отличается от традиционного компьютера. Для большинства ноутбуков мы называем операционной системой (Windows, MacOS или Linux) фоновую систему, которая загружает и запускает программы и предоставляет пользовательский интерфейс. Но ПЛК не устанавливает и не запускает программы, а также не предоставляет пользовательский интерфейс, к которому можно подключиться с помощью мыши и клавиатуры.

Вместо этого микропроцессор ПЛК, представляет собой так называемую среду выполнения, что означает, что он только выполняет строки машинного кода. Он не предоставляет среду, в которой можно разрабатывать код.

Для задачи проектирования кода каждый производитель создает свою собственную интегрированную среду разработки (integrated development environment – IDE), например, Rockwell Studio 5000, Siemens TIA Portal или Beckhoff TwinCAT. Каждая из этих IDE устанавливается на ноутбук или настольный компьютер, создается проект, а затем он загружается в среду выполнения на ПЛК через интерфейс Ethernet (или PROFINET, EtherCAT и т. д.) или последовательный (обычно USB) интерфейс.

В наши дни существует развитые версии ПЛК, которые объединяют среду выполнения и ОС на одном устройстве, бок о бок. Примерами служат встраиваемые ПК Beckhoff или PLCnext от Phoenix Contact. Они позволяют выполнять привычное программирование на типичных языках IEC 61131, а также позволяют устанавливать IDE и другие приложения на основе ОС на самом ПЛК.

Как ПЛК взаимодействует с устройствами ввода-вывода?

Коммуникация печатной платы обеспечивает передачу всей информации ввода/вывода между ЦП и модулями ввода/вывода. Она также может обрабатывать передачу данных на модули связи для подключения к удаленным блокам ввода/вывода.

Соединения на печатной плате в шасси или стойке ПЛК принимают форму многоконтактного разъема, который подает функциональное питание на модули (не питание полевых устройств, но это другая тема) и достаточно линий передачи и приема данных для быстрого сканирования множества модулей за очень короткое время. В зависимости от производителя, эти линии данных могут использовать форму последовательной связи или высокоскоростное соединение EtherCAT.

Некоторые ПЛК имеют фиксированное количество встроенных входов/выходов (малые ПЛК «коробочного» типа), а некоторые из них даже допускают установку дополнительных модулей, но этим моделям по-прежнему требуется соединение данных между ЦП и точками ввода/вывода.

Процессор максимально быстро опрашивает модули ввода и вывода на предмет текущего состояния ввода-вывода и помещает эти значения в специальные адресные регистры в памяти процессора.

Строки кода, где каждый тег или переменная ссылается на местоположение в банке памяти, вычисляются по одной за раз, пока формируется временный выходной регистр. Как только последняя строка сканируется, этот выходной регистр отправляется в каждый выходной модуль. Поэтому выходные терминалы не обновляются в тот момент, когда строка меняется с false на true – это только выглядит так, потому что цикл сканирования ПЛК очень короткий.

Наиболее важные характеристики ЦП ПЛК

В отличие от обычных компьютеров, ни один производитель ПЛК не хвастается скоростью в ГГц или ГБ оперативной памяти своего новейшего процессора. Почему?

Для скорости тактовая частота ПЛК не имеет значения. Вместо этого нас интересует время выполнения различных инструкций. Биты, целые числа, числа с плавающей точкой, функции – каждое из этих вычислений требует определенного количества времени, выделенного процессором. Технические описания предоставляют эту информацию свободно, позволяя программисту оценить количество времени, которое потребуется для полного сканирования между считыванием входов и реализацией выходов.

Итак, нас интересует скорость, но вместо тактовой частоты в ГГц, это скорость цикла, измеряемая в мкс или мс. Поскольку каждая программа индивидуальна, нет возможности предоставить спецификацию времени цикла для каждого пользователя.

Что касается хранения программ, нам не нужно обременять себя внешним твердотельным накопителем на 500 Гб. В отличие от компьютера, который хранит изображения, видео и программы десятками, мы храним несколько строк текстового кода, как файл блокнота. Представьте себе самый большой файл .txt, который вы когда-либо видели. Несколько МБ, те так ли? Аналогично, акцент делается не на размере хранилища, а на безупречную надежность.

Обычно объем памяти для хранения программ составляет менее 1 ГБ – только самые крупные промышленные процессы могут приблизиться к этому размеру. Некоторые ПЛК допускают расширение памяти или указывают начальную стоимость моделей ЦП с большим объемом флэш-памяти, но тратить деньги на покупку большего объема, чем вам нужно, бессмысленно.

Какой процессор лучше всего подойдет для моего ПЛК?

Вот основные вещи, на которые вам нужно обратить внимание:

1. Протокол связи, совместимый с вашим ноутбуком для программирования. Если вы покупаете старый процессор с интерфейсом программирования RS-232, убедитесь, что у вас есть кабель и программное обеспечение, соответствующие ему.

2. Достаточно памяти для хранения вашей программы. Сколько вам нужно? Короткий разговор с производителем, скорее всего, прояснит этот вопрос, но если у вас небольшой процесс, то 100 МБ вероятно хватит с запасом.

3. Возможности ввода-вывода. Каждый ЦП оценивается по количеству точек ввода-вывода, которые могут быть подключены к системе. Убедитесь, что у вас их достаточно.

4. Низкое время примерного цикла для обеспечения надежности системы. Опять же, пообщайтесь с производителем, чтобы получить представление о том, сколько точек ввода-вывода и сколько инструкций вам, скорее всего, понадобится, чтобы обеспечить низкую задержку между входными данными и выходными командами.

Теперь, обладая этой информацией при обновлении системы и парка ПЛК вы будет уверены, что не потратите деньги зря.

Советуем также прочитать еще одну статью автора по этой же теме "Объяснение режимов работы центрального процессора ПЛК".

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)

Министерство промышленности и торговли России обозначило задачу создания открытой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Для обсуждения данного вопроса 23 июля 2024 года Минпромторгом проведена встреча с крупными холдингами – Ростелеком, Газпром нефть, АЛРОСА, Зарубежнефть, Северсталь, Сибур и другими компаниями, заинтересованными в применении ПО автоматизации в промышленности.

Темы обсуждения:

• Разработка дорожной карты открытой АСУ ТП;

• Обмен наработками компонентов открытой платформы;

• Подготовка кадров для реализации новых решений.

Организации, присутствующие на встрече Минпромторга выразили намерение провести тестирование уже разработанных модулей открытой АСУ ТП, с тем чтобы ускорить создание национального стандарта в области автоматизации, объединяющего требования различных ведомств.

Московский завод тепловой автоматики считает, что открытая АСУ ТП крайне нужна и объясняет преимущества данного ПО следующими причинами:

1. Заказчики получат российскую систему автоматизации и тем самым не будут зависеть от изменений конъюнктуры рынка вследствие некоммерческих факторов (импортозамещение).

2. Создание АСУ ТП на открытом исходном коде (Open Source) должно дополнительно защитить ПО от ограничений.

3. Открытая АСУ ТП может быть относительно легко адаптирована под требования конкретных заказчиков и соответственно учитывать отраслевую специфику.

4. Открытая платформа создаст единую сквозную систему проектирования, которая обеспечит совместимость и взаимозаменяемость компонентов различных систем. В эту экосистему будут вовлечены не только промышленные гиганты, но и смежные предприятия, а по сути любые эксплуатирующие организации.

5. Единая АСУ сэкономит деньги ведущих разработчиков, которые сейчас вынуждены самостоятельно искать решения автоматизации своих производств, выполняя по сути одну и ту же базовую работу по созданию ПО.

В качестве рекламы: МЗТА безусловно также работает в этом направлении и предлагает кроссплатформенную среду диспетчеризации – SuperSCADA. Ее выход был анонсирован в 2023-м году и сейчас уже находит применение в первых проектах. Напомним ключевые особенности ПО:

• Работа с оборудованием любого производителя по стандартным протоколам обмена данными

• Поддержка различных операционных систем и веб-браузеров – кроссплатформенность

• Поддержка реляционных баз данных и баз временных рядов

• Работа с трехмерными BIM моделями для проектирования зданий

• Интеграция с ГИС системами

В этом плане МЗТА готов поделиться опытом со всеми заинтересованными сторонами: разработчиками, проектировщиками, заказчиками и организациями, эксплуатирующими автоматизированные системы управления.

Разберем термины PLC (ПЛК), PAC (ПАК), RTU, DCS (РСУ) и SCADA, объяснения которых приводятся в материале специализированного портала Control Automation, объединяющего опыт инженеров в области АСУТП.

ПЛК / PLC

ПЛК – аббревиатура программируемого логического контроллера (Programmable Logic Controller – PLC). Это «мозги» множества различных промышленных процессов и, по сути, компьютеры промышленного назначения, используемые для управления на уровне оборудования.

Первоначально ПЛК был изобретен для замены блоков релейной автоматики в качестве систем управления промышленной автоматизацией, что позволило снизить затраты на управление этими реле за счет уменьшения количества оборудования и устранения потребности в физической перекоммутации реле всякий раз, когда требовалось внести изменения в систему управления. Это стало возможным, поскольку ПЛК можно просто перепрограммировать, как и любой современный компьютер.

Большинство ПЛК используют для программирования некоторую форму релейной логики, которая имитирует логику физической релейной системы управления. Программа на языке лестничной логикой выглядит как лестница из реле и других электрических компонентов со «ступенями», расположенными между источниками питания, изображенными по бокам. Все это можно отобразить в цифровом виде и перепрограммировать на компьютере или иногда (особенно в старых системах) через специальный интерфейс.

ПЛК находят применение во многих различных процессах автоматизации, управляя от систем освещения до различных видов приводов. Но ПЛК, согласно формальному определению, выполняет только логические манипуляции с битами, он изначально не обеспечивал расширенную связь и обмен данными с сетями более высокого и низкого уровня. Когда эти функции начали появляться, стало формироваться новое название для этих устройств.

ПАК / PAC

ПАК означает программируемый контроллер автоматизации (Programmable Automation Controller – PAC) и его можно рассматривать как «продвинутый» ПЛК с большей функциональностью и более высоким уровнем вычислительной мощности. ПЛК довольно просты по своим возможностям, в то время как PAC обычно имеют доступ к гораздо большему объему памяти и значительно более высокой вычислительной мощности, чем стандартный простой ПЛК.

Они часто используются для выполнения задач, связанных с ПИД-регулированием (пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор – Proportional-Integral-Derivative - PID), а также, со связью, SCADA, регистрацией данных и другими задачами, которые традиционно выходили за рамки базовых ПЛК.

ПЛК обычно недостаточно мощны для использования в приложениях управления движением, поэтому ПАК становится идеальным устройством управления для этого типа автоматизации. У ПАК есть преимущество, поскольку они построены на базе более чем одного процессорного чипа и могут выполнять более одной операции одновременно. Кроме того, они как правило содержат объединительную плату с высокой пропускной способностью, обеспечивающую быстрый сбор данных для скоростного управления и их эффективной обработки.

Хотя в наши дни большинство компаний фактически производят ПАК, мы почти всегда по-прежнему называем их ПЛК, поскольку они выполняют задачи логического управления.

Кроме того, концепция IPC (промышленного ПК – Industrial PC) достаточно успешна и потенциально может стать следующим этапом процессора управления.

Удаленный терминальный блок / RTU

Удаленный терминальный блок (Remote Terminal Unit – RTU) представляет собой устройство управления, расположенное отдельно от более крупного блока, обычно как часть гораздо более крупной системы. Во многих случаях они являются частью системы DCS или SCADA и включают в себя отдельные компоненты, для мониторинга которых применяется SCADA. RTU часто используются для контроля отдельных групп оборудования, таких как датчики, клапаны, вентиляторы и приводы.

Удаленные терминальные блоки со временем совершенствовались и стали способны выполнять программируемую логику, аналогичную логике современного ПЛК. Существуют разные методы передачи информации в основную систему управления, но большинство современных RTU используют Ethernet или подобную форму связи. Фактически, один из самых популярных сетевых протоколов всех времен, Modbus RTU, был разработан просто для взаимодействия с этими устройствами.

Данные устройства обычно состоят из нескольких общих компонентов, которые вместе образуют независимый блок управления. Обычно они содержат своего рода базовый процессор для анализа входных данных и последующего принятия решений для системы или передачи информации в качестве выходных данных. Они также содержат некоторую форму локального или удаленного интерфейса ввода-вывода для получения информации об их работе и лучшего понимания состояния устройства, которое они контролируют.

Подводя итог, RTU подобен очень простому ПЛК, используемому для управления некоторым внешним изолированным устройством ввода-вывода или сетью, являющийся частью системы управления более высокого уровня.

РСУ / DCS

Распределенная система управления (Distributed Control System – DCS) – это ступень к системе более высокого уровня, используемая для управления и мониторинга нескольких системам одновременно. Они во многих случаях имеют встроенный уровень резервирования, помогающий снизить риск простоя в случае сбоя РСУ. Распределенные системы управления используются для мониторинга ряда систем в масштабах предприятия и управления выходными данными.

РСУ – это не отдельный блок, который вы можете приобрести, как ПЛК или удаленный терминал, а скорее целый набор продуктов уровня предприятия, от локальных устройств ввода-вывода до контроллеров и программного обеспечения мониторинга и планирования производства.

Как правило, большинство РСУ состоят из компонентов управления одного производителя, поэтому все компоненты могут легко взаимодействовать друг с другом. Например, в новой системе имеет смысл использовать ПЛК, устройства ввода-вывода и программное обеспечение одного производителя, чтобы гарантировать совместимость всего оборудования и иметь возможность взаимодействия как РСУ. Устаревшее оборудование можно адаптировать для работы в РСУ, но обычно это более сложная и дорогостоящая задача, чем проектирование с нуля.

SCADA

Диспетчерский контроль и сбор данных – SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – это термин, используемый для описания типа системы мониторинга и управления оборудованием, применяемой в различных производственных процессах. Эти системы используются для управления аппаратным и программным обеспечением многих систем, позволяя повысить эффективность производственных процессов всего предприятия.

Системы SCADA содержат HMI (Human Machine Interface – человеко-машинный интерфейс) как часть своей инфраструктуры, которая помогает оператору в диспетчерской принимать решения о состоянии системы и при необходимости вносить изменения по мере обновления информации о состоянии оборудования.

SCADA позволяет контролировать множество различных систем на предприятии, передавая данные на центральный пункт управления. Эти данные либо автоматически отслеживаются и обрабатываются заложенным алгоритмом автоматизации, либо отображаются на мониторе, где оператор может самостоятельно принимать решения и вносить изменения через HMI. Этот тип системы управления полезен в тех случаях, когда требуется обеспечить согласованную работа многих различных процессов.

Хорошим примером использования SCADA может послужить крупный технологический завод, где продукт перемещается с места на место с обработкой по пути. Например, на заводе по производству цемента оператор должен контролировать температуру и химический состав продукта по мере его перемещения по производственной линии. Если в какой-то момент продукт не соответствует техническим характеристикам, оператор может внести изменения с техпроцесс, чтобы привести его в соответствие со спецификациями.

Профессиональный сленг

По мере развития технологий границы между различными компонентами стираются. Некоторые устройства устаревают, в то время как другие развиваются и объединяются со смежными устройствами для создания единого, более эффективного решения. Поэтому не столь важно тратить время на запоминание формальных определений, так как они обязательно изменятся, сколько стоит разбираться в оборудовании и ПО, на котором работает предприятие.

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)

Предлагаем два видео с описанием применения программируемых логических контроллеров (ПЛК) и программного обеспечения SCADA в проектах автоматизации инженерных систем и производственных процессов.

Автоматизация инженерных систем

Первое видео посвящено цифровому решению «Автоматизация инженерных систем зданий с использованием свободно программируемых контроллеров (ПЛК) и программного обеспечения SCADA».

В ролике рассматриваются варианты построения АСУ ТП на примере автоматизации вентиляционной установки, системы отопления и технологической линии пищевого производства с применением ПЛК, модулей расширения, панели HMI (человеко-машинного интерфейса) и ПО автоматизации и диспетчеризации.

На демонстрационном стенде показывается топология сетей, используемое оборудование, разбираются режимы работы систем, имитируются возможные отказы и реагирование на них со стороны диспетчера автоматизированной системы управления.

В качестве продуктов автоматизации выбрано оборудование и программное обеспечение разработанное Московского завода тепловой автоматики (МЗТА), в честности ПЛК серии КОМЕГА Basic и КОНТАР, а также ПО диспетчеризации SuperSCADA

Реализация проектов АСУ ТП

Второй ролик касается методики реализации проектов автоматизации инженерных систем с использованием программируемых логических контроллеров (ПЛК) и ПО SCADA.

В видео рассматриваются подходы, применяемые разработчиками проектов автоматизации инженерных систем и техпроцессов:

• Сферы применения автоматизированных систем: тепло- и водоснабжение, вентиляция, кондиционирование, электроснабжение, производственные техпроцессы и иные сферы АСУ ТП.

• Экономическая эффективность отечественных систем автоматизации на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и ПО SCADA.

• Стоимость решения и время окупаемости проектов на базе российских разработок, в частности Московского завода тепловой автоматики (МЗТА).

• Этапы реализации проекта: выявление потребности заказчика, пред-проектное обследование, согласование и разработка технического задания, предоставление ТЭО и коммерческого предложения.

• Примеры реализации проектов в рамках импортозамещения.

Приводим данные четырех аналитических агентств о глобальном рынке SCADA. В предлагаемом обзоре даются сведения об объеме рынка, темпах роста и прогнозе развития до 2030 года, а также об отраслевом и географическом распространении, ключевых игроках, факторах роста, угрозах и тенденциях рынка SCADA.

Данные аналитического агентства Facts&Factors

Объем мирового рынка SCADA оценивается в $9,9 млрд в 2022 году и, как ожидается, достигнет 16,3 млрд к 2030 году, имея среднегодовой темп роста в 7,9%.

Основные тенденции

Ожидается, что мировой рынок SCADA в течение прогнозируемого периода продемонстрирует значительный рост из-за растущего спроса на нефть и газ, который перерастает в спрос на продукты SCADA и ПО автоматизации в целом.

Прогнозируется, что сегмент удаленных терминалов будет вносить основной вклад в развитие мирового рынка. Что касается предложения, то в сегменте услуг будет зафиксирован самый высокий среднегодовой темп роста в 2023–2030 годах. По оценкам конечных пользователей, сегмент перерабатывающей промышленности будет составлять основную долю мирового рынка. По прогнозам, на европейском рынке SCADA будет зарегистрирован самый высокий среднегодовой темп роста.

Факторы роста

Растущий спрос на нефть и газ привел к увеличению спроса на SCADA для автоматизации и контроля производственных процессов, тем самым стимулируя расширение рынка SCADA по всему миру. Огромные потребности в энергии привели к растущему проникновению ПО автоматизации в нефтегазовые компании, что в свою очередь, открыло путь к росту бизнеса SCADA.

Кроме того, SCADA находит множество применений в сфере водоснабжения и очистки сточных вод, энергетике, автомобилестроении, фармацевтике, нефтехимии, электротехнике, химической, электронной и энергетической промышленности. В дополнение к этому, революция Индустрии 4.0 вызвала огромный спрос на инструменты SCADA. Масштабное проникновение Интернета вещей и искусственного интеллекта в различные секторы экономики еще больше увеличило спрос на мировом рынке SCADA.

Ограничения

Растущие затраты, связанные с развертыванием и обслуживанием инструментов SCADA, могут тормозить расширение данной индустрии. Например, из-за дороговизны таких компонентов, как централизованные компьютерные устройства и программное обеспечение.

Возможности

Достижения в области беспроводных сенсорных сетей, а также их растущее распространение в перерабатывающих отраслях промышленности, включая фармацевтику, водоочистку и очистку сточных вод, а также нефтегазовый сектор, откроют по всему миру новые возможности роста рынка SCADA.

Проблемы

Автоматизированные комплексы подвержены кибератакам, что создает огромную проблему для расширения индустрии SCADA. Например, системы SCADA включают сеть мэйнфреймов, хранилища данных, датчики и системы связи, которые являются наиболее уязвимым звеном систем автоматизации.

Анализ сегментов рынка

Сегмент удаленных терминалов, на который в 2022 году приходилось наибольшая доля мирового рынка, сохранит свое отраслевое доминирование. Удаленные терминальные устройства используются для сбора данных, их кодирования и передачи в центральную систему. Рост этого сегмента в последующие 8 лет может быть результатом того, что удаленные терминалы станут ключевыми компонентами SCADA. Кроме того, глубоководная разведка и добыча, включая разведку сланцевого газа, разрабатываемого в настоящее время из-за огромного спроса на нефть и газ со стороны развивающихся стран, проложат путь к огромному спросу на удаленные терминалы.

Индустрия SCADA по всему миру делится на сегменты коммунальных предприятий, перерабатывающих отраслей и дискретного производства. Сегмент перерабатывающей промышленности, на долю которого в 2022 году приходилось почти 50% мировой промышленности, по прогнозам, продолжит свое доминирование наравне с глобальным расширением промышленных предприятий. Рост этого сегмента в последующие годы может быть обусловлен растущей конкуренцией между производственными предприятиями, ориентированными на снижение затрат и оптимизации процессов. Более того, огромный спрос на SCADA в перерабатывающих отраслях можно объяснить ростом потребности в управлении и визуализации процессов в реальном режиме времени в нефтегазовой, металлургической, горнодобывающей и пищевой промышленности.

Рынок SCADA также разделен на сегменты услуг, оборудования, программного обеспечения и решений для промышленности. Более того, в сегменте услуг, на долю которого в 2022 году приходилось почти 60% мирового рынка, прогнозируется самый высокий среднегодовой темп роста. Расширение сегментов в прогнозируемые сроки может быть обусловлено огромным спросом на такие услуги, как обеспечение кибербезопасности и настройка SCADA систем.

Региональное развитие

Ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион, который успешно приносил прибыль на мировом рынке SCADA в 2022 году, продолжит свое доминирование. Расширение этого рынка в 2023-2030 годах может быть связано с ростом числа производственных предприятий в таких отраслях, как энергетика, связь, автомобилестроение, фармацевтика, текстильная промышленность и др.

Кроме того, европейская индустрия SCADA, на которую в 2022 году приходилось почти 50% мировой отрасли, в течение прогнозируемого периода должна зарегистрировать самый высокий среднегодовой темп роста. Факторы, которые, по прогнозам, будут определять расширение этого рынка, включают увеличение объема инвестиций в проекты интеллектуальных сетей и процветающий производственный сектор континента.

Ключевые игроки

• ABB Ltd.

• Enbase LLC Ing.

• Azbil Corporation

• Schneider Electric SE

• General Electric Company

• Schweitzer Engineering Laboratories Inc.

• Capula Ltd.

• Rockwell Automation Inc.

• ELYNX TECHNOLOGIES LLC

• Yokogawa Electric Corporation

• TOSHIBA CORPORATION

• Mitsubishi Electric Corporation Emerson Electric Co.

• Siemens AG

• Progea srl

• Willowglen Systems

• Fuji Electric Co. Ltd.

• Valmet Oyj

• Inductive Automation LLC

• Punzenberger COPA-DATA GmbH.

Главные события 2022 года:

Schneider Electric SE, французская компания, специализирующаяся на цифровой автоматизации и управлении энергопотреблением, приобрела компанию AVEVA – мирового лидера в секторе промышленного программного обеспечения. Этот шаг поможет последней усилить свою стратегию развития программного обеспечения и бизнес-модель в области гибридных облачных решений.

Немецкий производитель Siemens приобрел компанию Senseye GmbH, что поможет ему расширить портфель услуг по прогнозному обслуживанию и анализу активов.

Американский разработчик Rockwell Automation, Inc., предоставляющий технологии промышленной автоматизации выпустил программное обеспечение с функциями, обеспечивающими углубленное взаимодействие с контроллером Logix и возможностью управления HMI анимацией для автоматической диагностики посредством веб-клиентов Factory Talk ViewPoint.

Данные аналитического агентства Maximize Market Research

Рынок SCADA в 2022 году оценивался в $13,50 млрд. Ожидается, что с 2023 года он будет расти со среднегодовым темпом в 6,4% и к 2029 году достигнет в $20,85 млрд.

Факторы, влияющие на рынок SCADA

Индустрия 4.0. Растущая потребность в получении данных в реальном времени в промышленных средах, необходимая для анализа процессов и профилактического обслуживания, способствует внедрению Индустрии 4.0, частью которой являются Интернет вещей и облачные технологии. SCADA системы помогают создавать отчеты в режиме реального времени, а также прогнозировать будущие события. В результате на «умных» заводах использование SCADA систем позволяет операторам планировать потребность в обслуживании оборудования, избегать возникновение аварийных ситуаций и отказов в техпроцессах.

Мировые цены на нефть и газ падают с 2011 года. В результате падают доходы и операционная рентабельность нефтегазовых компаний, а также сокращаются капитальные затраты на инфраструктурные проекты. Автоматизация процессов используется при строительстве новых трубопроводов, разведке углеводородов и развитии нефтеперерабатывающих заводов. Таким образом падение капитальных вложений отражается на экосистеме автоматизации процессов и приборостроении в целом. Ожидается, что волатильность цен на нефть окажет влияние на инвестиции и рынок SCADA.

Беспроводные сенсорные сети (wireless sensor network – WSN) можно найти в различных отраслях промышленности, включая нефтегазовый сектор, медицину, очистку воды и сточных вод и других. Например, большинство добывающих углеводородное топливо предприятий расположены в отдаленных местах с суровыми природными условиями, но стоимость построения системы связи снижается при использовании WSN, которые измеряют такие характеристики, как давление, температуру, расход и уровень жидкостей и газов в резервуарах, а также иные показатели компрессоров, генераторов и сепараторов. Использование WSN в SCADA системах позволяет осуществлять мониторинг данных и управление процессами в режиме реального времени. В итоге растущие исследования и разработки в области WSN расширят область применения SCADA.

Кибератаки являются одной из наиболее насущных проблем технологических сетей. Системы SCADA уязвимы для кибератак, поскольку они состоят из сети датчиков, мейнфреймов, систем связи и хранения. В SCADA системы управляют операционными элементами критической инфраструктуры. Неисправность этих систем может привести к утечкам и разливам нефти или канализационных трубопроводов, отключению электроэнергии и прочим техногенным катастрофам, что может оказать долгосрочное негативное воздействие на работу объекта, предприятия и экономику региона в целом.

Анализ сегмента рынка SCADA

Рынок SCADA подразделяется на оборудование, программное обеспечение и услуги. Ожидается, что сегмент услуг будет занимать основную долю на мировом рынке SCADA. Этот рост объясняется растущим спросом на услуги, которые позволяют конечному пользователю осуществлять автоматизацию с лучшей эффективностью, надежностью и визуализацией. Кроме того, прогнозируется, что растущий спрос на сбор данных в реальном времени будет способствовать росту рынка SCADA.

В зависимости от компонентов рынок подразделяется на программируемые логические контроллеры (ПЛК), удаленные терминалы (RTU), человеко-машинный интерфейс (HMI) и устройства связи. На сегмент RTU будет приходиться наибольшая доля рынка SCADA. RTU – это устройство, которое собирает данные, преобразует их в передаваемый формат и отправляет в основную систему. Нефть и газ, включая сланцевый газ, и как следствие глубоководная разведка и добыча способствуют растущей потребности в RTU.

Среди отраслевых рынков следует выделить: электроэнергетику, нефть и газ, водоотдачу, водоотведение и очистку, производство, транспорт, телекоммуникации, химическую продукцию, продукты питания и напитки, фармацевтику и автомобилестроение. Причем в автомобильном сегменте будет наблюдаться наибольшее число внедрений систем промышленной автоматизации.

Региональный обзор рынка SCADA

По прогнозам, Азиатско-Тихоокеанский регион будет лидировать на мировом рынке SCADA, что можно объяснить растущим внедрением автоматизации и Интернета вещей (IoT) для доступа к данным из удаленных мест посредством мобильных устройств. Ожидается, что правительственные инвестиции по внедрению SCADA для энергетики, водоснабжения и водоотведения также будут способствовать развитию рынка SCADA в этом регионе.

Благодаря улучшенному управлению электропитанием, а также огромным инвестициям в технологии, Северная Америка сохранит доминирование и будет иметь наибольшую долю доходов.

Ожидается, что из-за растущего спроса на методы автоматизации в нефтегазовом секторе Европа будет вторым по величине генератором доходов.

Ключевые игроки на рынке SCADA

1. IBM Corporation

2. Siemens AG

3. General Electric

4. Cisco Systems, Inc.

5. Alstom

6. ABB Ltd.

7. Emerson Electric Co.

8. Rockwell Automation, Inc.

9. Schneider Electric SE

10.Alstom

11.Honeywell International, Inc.

12.Omron Corporation

13.Yokogawa Electric Corporation

14.Iconics Inc.

15.Elynx Technologies, LLC

16.Enbase LLC

17.Globalogix

18.Inductive Automation

19.Deagital SAS

20.Mitsubishi Electric

21.Hitachi Ltd.

22.JFE Engineering Corporation

23.Partita IVA

24.Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation

Примечание. Разница в оценке объемов рынка SCADA двумя агентствами вероятно кроется в методологии исследования. Во-первых, агентство Facts&Factors при анализе SCADA рынка оборудования изучает три основных компонента: удаленные терминалы, ПЛК и HMI. В то время как Maximize Market Research добавляет к этим категориям устройства связи и иные продукты.

Во-вторых, Maximize Market Research, включает больше разработчиков, в частности такие именитые компании, как Cisco, Emerson, Honeywell, Hitachi, IBM и Omron, которых не указывает агентство Facts&Factors. Последнее вероятно сконцентрировалось в большей степени на специализированных разработчиках SCADA и меньше учитывает комплексные решения автоматизации, создаваемые многопрофильными компаниями. В таблице ниже собраны «непересекающиеся» вендоры, т.е. за вычетом компаний, отмеченных обоими агентствами.

Для справки:

Еще одну оценку объема рынка дает агентство «Research and Markets». Согласно его исследованию, объем мирового рынка SCADA вырастет с $9,8 млрд в 2022 году до $14,2 млрд к 2027 году, при среднегодовом темпе роста 7,8%.

С учетом данных трех аналитических агентств несложно подчитать, что в среднесрочном периоде, а именно в течение ближайших 5-8 лет мировой рынок SCADA будет прибавлять порядка 900 млн долларов в год.

Электроэнергетический рынок SCADA (Power SCADA)

По данным агентства Coherent Market Insights рынок Power SCADA оценивается в $2,71 млрд в 2024 году и, как ожидается, достигнет $4,41 млрд к 2031 году, демонстрируя совокупный годовой темп роста (CAGR) в 7,2%.

Тенденции рынка Power SCADA

Прогнозируется, что благодаря интеграции возобновляемых источников энергии в существующие электросети, внедрению современной инфраструктуры измерения и появлению микросетей в течение ближайших 7 лет на рынке произойдет значительный рост. Тенденция энергетического рынка SCADA демонстрирует растущий спрос на облачные системы и аналитические решения. Рост интеллектуальных сетей также предоставляет разработчикам SCADA возможности для создания продуктов оптимизированного управления. Однако рост рынка может быть затруднен из-за угроз кибербезопасности критической инфраструктуры и нехватки квалифицированной рабочей силы, с которой сталкиваются коммунальные предприятия во всем мире.

Спрос на электроэнергию растет во всем мире

Поскольку население мира и уровень жизни продолжают расти, растет и спрос на существующую инфраструктуру производства и распределения электроэнергии. Коммунальные предприятия как в развитых, так и в развивающихся регионах вкладывают значительные средства в расширение и модернизацию производства и передачи электроэнергии. Согласно прогнозам, мировой спрос на энергию вырастет на 30% в течение следующих двух десятилетий. Для удовлетворения этого спроса потребуется массовое строительство новых электростанций, а также модернизация сетей доставки электроэнергии в города и сельскую местность.

С помощью SCADA операторы сетей получают возможность просмотра в режиме реального времени всех систем генерации, передачи и распределения электроэнергии с тем, чтобы выявить места неэффективного ее использования или ограничений. Когда происходят резкие скачки спроса, например, во время аномальной жары или в периоды пикового промышленного производства, SCADA позволяет автоматически и удаленно корректировать маршрутизацию потоков. Это также облегчает интеграцию с традиционными генерирующими ресурсами возобновляемых источников энергии, таких как солнечные и ветряные электростанции, имеющих переменную мощность, которую необходимо тщательно балансировать.

Растущая зависимость от возобновляемых источников энергии

Растущая обеспокоенность по поводу изменения климата в сочетании с достижениями в области технологий возобновляемой энергетики побудили многие страны существенно увеличить количество энергии, получаемой без вредных выбросов от альтернативных источников, таких как солнечные, ветровые и гидроэлектростанции. По данным Международного энергетического агентства, если текущие политические обязательства будут выполнены, то доля возобновляемых источников энергии в общем объеме производства электроэнергии в мире может вырасти до более чем на 30% к 2040 году. Но несмотря на положительную тенденцию с экологической точки зрения, интеграция большого количества переменных, имеющихся у возобновляемых источников, таких как ветер и солнечная энергия, в существующие энергосети представляет собой технические проблемы, которые операторы сетей решают посредством интеллектуального мониторинга и контроля. Системы SCADA дают возможность операторам сетей поддерживать стабильные поставки электроэнергии, даже несмотря на то, что доля прерывистой генерации из возобновляемых источников в их системах значительно возрастает. Например, SCADA позволяет коммунальным предприятиям определять периоды высокой мощности ветра и солнечной энергии, что позволяет эффективно распределять или хранить избыточную электроэнергию.

Проблемы рынка

Рынок энергетического SCADA сталкивается с рядом трудностей. Устаревшая инфраструктура и необходимость ее модернизации представляют собой серьезную проблему, поскольку коммунальные предприятия ограничены в бюджете. Кроме того, растущая сложность сетевых операций из-за увеличения доли возобновляемых источников энергии затрудняет мониторинг сети. Недостаток квалифицированной рабочей силы также может препятствовать эффективному управлению энергосистемой. Коммунальным предприятиям сложно внедрять новые технологии из-за опасений, связанных с целостностью системы и проблемами безопасности со стороны киберугроз. Высокие первоначальные затраты на установку передовых систем SCADA также служат барьером, особенно для коммунальных предприятий в развивающихся регионах.

Возможности рынка

Модернизация сетей дает импульс для модернизации SCADA. Внедрение технологий интеллектуальных сетей повышает экономическое обоснование решений автоматизации. Коммунальные предприятия инвестируют в цифровизацию с тем, чтобы повысить эффективность, оптимизировать операции и интегрировать больше возобновляемых источников энергии. Растущий спрос на микросети и децентрализованное производство электроэнергии расширяет возможности для локализованного развертывания SCADA.

Архитектура SCADA

С точки зрения архитектуры, аппаратное обеспечение занимает 50% рынка Power SCADA, поскольку оно играет принципиально важную роль в работе системы. Аппаратное обеспечение, такое как удаленные терминалы, программируемые логические контроллеры, коммуникационная инфраструктура и человеко-машинные интерфейсы, которые собирают полевые данные, выполняют команды управления и отображают информацию о процессе операторам. Надежная и стабильная работа этих устройств имеет первостепенное значение для поддержания контроля над сетями производства, передачи и распределения электроэнергии. Любые неисправности или перебои, вызванные проблемами с оборудованием, могут серьезно повлиять на стабильность и безопасность электроснабжения. Внеплановые отключения сокращают мощность и увеличивают затраты, а технические неисправности могут поставить под угрозу безопасность работников или вызвать отключения электроэнергии. Таким образом, производители оборудования уделяют пристальное внимание разработке продуктов, обладающих лучшими в отрасли надежностью, долговечностью, защитой от киберугроз и отказоустойчивым резервированием. Они также предоставляют обширное послепродажное обслуживание и техническую поддержку с тем, чтобы свести к минимуму время простоя из-за незапланированного технического обслуживания. В целом упор на надежность приводит к тому, что оборудование имеет самые длинные жизненные циклы и самую низкую совокупную стоимость владения по сравнению с другими архитектурными сегментами.

Удаленный доступ способствует доминированию сегмента RTU

Что касается компонентов, удаленные терминальные блоки (RTU) занимают 41% доли рынка Power SCADA благодаря их роли в обеспечении широкомасштабного дистанционного управления и мониторинга. RTU служат основными устройствами, установленными на необслуживаемых полевых объектах в обширной инфраструктуре производства электроэнергии для осуществления связи, агрегирования и передачи данных. Они контролируют датчики, управляют автоматическими выключателями, а также консолидируют оперативные данные из многочисленных удаленных мест для передачи в центры управления. Учитывая масштаб и географическое распространение энергетической инфраструктуры, наличие возможностей удаленного доступа имеет важное значение для эффективного контроля со стороны операторов. RTU позволяют производить распределенное управление активами без необходимости постоянного физического присутствия на каждом объекте.

Региональное развитие

Северная Америка в настоящее время является крупнейшим и наиболее доминирующим регионом на мировом рынке SCADA в сфере энергетики. На долю региона приходится около 41% общей доли рынка благодаря присутствию в регионе таких крупных игроков рынка, как ABB, Schneider Electric и General Electric. Эти компании вкладывают значительные средства в разработку новых и инновационных решений SCADA, отвечающих растущей индустриализации и развитию инфраструктуры в странах США и Канады. Более того, региональные правительства постоянно работают над модернизацией стареющей энергетической инфраструктуры, что в дальнейшем помогает создать выгодные условия для развертывания передовых систем SCADA.

Азиатско-Тихоокеанский регион может стать самым быстрорастущим рынком решений Power SCADA в мире. Проекты быстрой индустриализации и урбанизации в развивающихся экономиках Китая, Индии и стран Юго-Восточной Азии увеличили спрос на системы, которые могут обеспечить эффективный мониторинг и управление сложными энергосетями. Многие региональные электроэнергетические компании, а также независимые производители электроэнергии внедряют современные системы SCADA, чтобы улучшить прозрачность и контроль над своими территориально распространенными энергетическими активами. Кроме того, ожидается, что присутствие глобальных поставщиков SCADA совместно с местными системными интеграторами, ускорит рост регионального рынка в течение следующего десятилетия. Такие страны, как Китай, также реализовали инициативы, поддерживающие внутреннее производство компонентов SCADA, что привело к увеличению регионального импорта и экспорта.

Конкуренция на электроэнергетическом рынке SCADA и ПО автоматизации

Ключевые игроки на рынке Power SCADA

• ABB

• Emerson

• Siemens

• Schneider Electric

• Eaton Corporation

• Rockwell Automation

• Hitachi

• Honeywell

• Indra Sistemas

• PSI AG

• Toshiba Corporation

• Emerson Electric Co. Establishment

• Alstom

• General Electric Co.

• Honeywell International Inc.

• Omron Corporation

• Yokogawa Electric Corporation

• Iconics Inc.

• Enbase LLC

• Globalogix

Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики