Ưu điểm của các giải pháp PAC

Ưu điểm của các giải pháp PAC Kể từ khi trình làng và coi PLC như một thiết bị thay thế rơ le, việc sử dụng các bộ điều khiển tự động hóa kích thước nhỏ, độc lập đã phát triển rất nhanh, thay đổi tính chất và thậm chí là kiến trúc của chính hệ thống điều khiển. Sự ra đời của PC (máy tính cá nhân) và sự phát triển của nó để trở thành một thiết bị điều khiển có mặt ở khắp nơi đã chuyển PLC sang các hệ thống điều khiển nhỏ hơn, đơn giản hơn. Giờ đây có thể bắt gặp PC ở nhiều dạng: bộ điều khiển nhúng trong các bộ truyền và máy móc, bộ điều khiển công nghiệp, máy tính công nghiệp và thậm chí là các thiết bị di động trong môi trường công nghiệp. Sự phát triển của bộ điều khiển tự động hóa PLC bắt đầu đơn giản chỉ là sự thay thế rơ le đơn giản với các hệ điều hành thời gian thực độc quyền (RTOS). Một trong những lí do là ở chi phí trong những năm cuối thập niên 1960, bộ nhớ và năng lực xử lí cực đắt so với các tiêu chuẩn hiện nay (2009). Một nguyên nhân khác là PLC ban đầu được thiết kế để trả lời cho một khúc mắc từ General Motors về một thiết bị thay thế cho rơ le có thể lập trình được. Theo thời gian, PLC trở nên lớn hơn, với năng lực xử lí và bộ nhớ lớn hơn, nhiều tính năng năng hơn cho các kênh I/O và cuối cùng là khả năng làm toán trong các khối chức năng thay vì chỉ lập trình logic thang cuốn ban đầu. Logic thang cuối được cho là dễ chuyển đổi sang ngôn ngữ lập trình bắt chước các sơ đồ hình thang mà tất cả các thợ điện đều biết cách đọc. Qua năm tháng, có thêm nhiều đòi hỏi đã được ghép vào PLC nền tảng và do đó, tiêu chuẩn IEC, 61131-3 đã được phát triển để tạo ra một ngôn ngữ lập trình khối chức năng cho các PLC. Đáng tiếc là; phiên bản 61131-3 của hầu hết các nhà cung cấp đều không thay thế hoặc tương thích với nhau. Chính điều này làm hạn chế ứng dụng của PLC cho những thuật toán điều khiển rất phức tạp như điều khiển vòng lặp PID và điều khiển nâng cao đồng thời làm cho việc chuyển các chương trình từ PLC hãng này sang hãng khác gặp rất nhiều khó khăn. Trong những năm đầu thập kỷ 80 thế kỷ trước, PC nhỏ gọn đã được phát triển trở thành thiết bị tính toán đa năng với chi phí hợp lí để mọi người có thể mua được và đủ mạnh mẽ để mọi người có thể sử dụng chúng cho các dự án tính toán công suất cao, như các bảng tính điện tử. Khi IBM phát triển IBM PC, sự xuất hiện khắp nơi của máy tính cá nhân là một quyết định trước khi biết những yếu tố cần thiết. Trong giai đoạn đầu phát triển của PC, nhà cung cấp phần mềm bên thứ 3 bắt đầu sản xuất các bảng I/O bổ sung để thu thập dữ liệu. PC có khả năng thu thập dữ liệu tốc độ rất cao và điều này làm cho PC có khả năng sử dụng PC trong môi trường phòng thí nghiệm. Một sản phẩm phần mềm xuất hiện rất sớm, trước khi có thể giới máy tính Windows, là “The Software Wedge” của TAL được thiết kế để đưa dữ liệu từ bất kỳ I/O nào và đặt nó vào một bảng tính (đầu tiên là VisiCalc, sau đó là SuperCalc, cuối cùng là Excel). Vấn đề đặt ra là PC không được thiết kế cho ứng dụng công nghiệp ở nhà máy và sàn nhà máy. PC có vỏ có thể tháo rời, các quạt làm mát. Điều này làm cho vòng đời của PC trên sàn nhà máy trở nên rất ngắn. Dĩ nhiên, điều này ngay tức thì dẫn tới việc cơ cấu lại PC trong các vỏ bọc cứng vững công nghiệp, sử dụng các bảng mạch Mil-Spec có khung nhiệt độ mở rộng. Một số ứng dụng đầu tiên mà các máy tính công nghiệp này được sử dụng để thu thập dữ liệu tốc độ cao cho ngành hàng không, điều khiển chuyển động và các hệ thống thị giác máy. Do ảnh hưởng của nền kinh tế, máy tính công nghiệp đã trở nên có chi phí thấp hơn đáng kể, các nhà thiết kế bảng mạch đã tạo ra các máy tính bảng mạch đơn, thường được biết đến như những bộ điều khiển nhúng với I/O, bộ nhớ, CPU và hệ điều hành trong bộ nhớ lâu bị mất. Những máy tính này được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng điều khiển máy móc từ máy CNC trong nhà máy đến các ứng dụng điều khiển trong điều khiển của máy làm lạnh và máy giặt. Trong những năm đầu của thế kỷ 20, Craig Resnick của ARC Advisory Group đặt tên cho máy tính công nghiệp được cơ cấu lại trong một thiết kế rất giống với kích thước của các PLC truyền thống. Ông gọi chúng là các bộ điều khiển tự động hóa khả trình hay còn gọi là PAC. PAC của Resnick kết hợp các đặc điểm của máy tính công nghiệp PC-based với các tính năng điều khiển của một PLC điển hình. Ông cho biết rằng một PAC cần kết hợp độ tin cậy một PLC với khả năng tính toán và hệ điều hành có bán sẵn và tính năng phần mềm của PC. PAC giờ đây được sử dụng để điều khiển quá trình, thu thập dữ liệu, giám sát từ xa, thị giác máy và điều khiển chuyển động. Do PAC là các phiên bản PC chuyên dụng đặc biệt, chúng chia sẻ các tính năng kết nối trên bảng mạch qua các mạng tiêu chuẩn như Ethernet với các máy để bàn. Hầu hết các PAC đều tích hợp các tính năng cho các giao thức giao tiếp mạng tiêu chuẩn như TCP/IP, SMTP, và giao thức trao đổi dữ liệu của Microsoft, OLE cho điều khiển quá trình, nhưng giờ đây được đề cập một cách đơn giản như OPC. PAC có thể tích hợp nhiều mạng trường công nghiệp truyền thống như Modbus, RS232/422, RS485, CANbus, DeviceNet, Profibus, Foundation fieldbus…, qua các mạng Ethernet tiêu chuẩn, kể cả kết nối dây lẫn không dây. PAC có khả năng hoạt động như một node tính toán hoàn chỉnh, phức tạp trong mạng phân tán, and as such, have succeeded in blurring the line giữa các thiết bị điều khiển khả trình và giống như các thiết bị có tầm quan trọng cao hơn như bộ điều khiển hiện trường DCS và các thiết bị đầu cuối ở xa RTU (SCADA Remote Terminal Unit). Một PAC điển hình hiện nay cung cấp: • Chức năng đa miền, bao gồm điều khiển logic, liên tục và điều khiển chuyển động trên một nền tảng đơn • Kiến trúc mở dạng modun với tiêu chuẩn phổ biết cho các giao thức mạng • Một nền tảng phát triển đa nguyên tắc kết hợp chặt chẽ việc dán nhãn thông thường và một cơ sở dữ liệu đơn • Các công cụ phần mềm cho phép thiết kế tiến trình công nghệ qua nhiều máy hay qua nhiều đơn vị quá trình. ARC Advisory group đã xác định số lượng thành công của ứng dụng PAC. Họ cho biết rằng tăng trưởng hàng năm của thị trường PLC từ 2007 đến năm 2012 được dự đoán sẽ là 6,5% CAGR, trong khi thị trường PAC được kỳ vọng sẽ tăng trưởng 10,1% cùng thời kỳ này. Nén mô hình sản xuất: Tự động hóa trở nên đơn giản hơn Tốc độ phát triển nhanh chóng các tính năng trong PAC đã giúp nó có khả năng nén mô hình sản xuất nhiều lớp tiêu chuẩn. Cấp 5: Doanh nghiệp Cấp 4: Lập kế hoạch kinh doanh và vận chuyển Cấp 3: Các hoạt động cấp nhà máy và Cấp 2: Các hoạt động trên khu vực Cấp 1: Điều khiển cơ bản/An toàn Cấp 0: Quá trình Mô hình sản xuất Purdue gốc có 5 cấp, từ chính quá trình tới cấp hệ thống kinh doanh của doanh nghiệp. Những tiến bộ về công suất xử lí và điều khiển ở cấp 1 với sự hội tụ các bộ điều khiển hiện trường và các hệ thống điều khiển phân tán đã được cho là PAC cho phép các cấp 1, 2, và 3 được gói gọn vào một cấp, bỏ qua cấp điều khiển nhà máy và cấp hoạt động, và một cấp ERP/MES như được chỉ ra bởi biểu đồ sau. Điều khiển cơ bản và thậm chí là điều khiển giới hạn an toàn trong một số trường hợp, giao diện người vận hành, và các chức năng HMI/SCADA cấp cao hơn đã được tích hợp vào một nền tảng đơn được thiết kế dựa trên PAC. Công nghệ PAC “Nén nền tảng tự động hóa” PAC: Một nền tảng điều khiển Hệ thống PAC tích hợp điều khiển, xử lí thông tin, và kết nối mạng trên một bộ điều khiển đơn. Do PAC là một máy tính công nghiệp với hình dạng một PLC, nó có tất cả các tính năng của một PC quan trọng, bao gồm khả năng lưu trữ bộ nhớ lớn, ổ cứng, hệ điều hành và nếu cần, có cả các bộ xử lí đa lõi. Bất kể là hệ thống mẻ, hệ thống quy trình liên tục, lai ghép; hệ thống điều khiển máy móc hoặc thị giác máy tốc độ cao, PAC cung cấp một hệ thống điều khiển đơn có khả năng thực hiện tất các cả tác vụ của ứng dụng này và trong một số trường hợp thực hiện đồng thời nhiều tác vụ. PAC có khả năng được tích hợp vào HMI nội bộ hoặc một bảng hiển thị HMI có thể được đặt gần nơi đặt PAC. PAC thậm chí có thể đóng vai trò như các server dữ liệu di động với công nghệ server và lưu trữ SQL trên bảng mạch do đó dữ liệu có thể được xử lí trước, được sử dụng để điều khiển các chức năng trong PAC và được truyền tới cơ sở dữ liệu của doanh nghiệp. Đây là một thí dụ về khả năng xử lí dữ liệu của một PAC điển hình: Server di động SQL cài sẵn của PAC Lưu ý rằng công cụ lập trình IEC 61131-3 là rất quan trọng đối với khả năng hoạt động của PAC—cũng như các các chuẩn phổ biến và các tiêu chuẩn mở khác như OPC. Với SQL server on-board, dữ liệu có thể được truyền dưới dạng cơ sở dữ liệu SQL trực tiếp từ PAC tới cơ sở dữ liệu cấp doanh nghiệp, hoặc tới MS Access cho để thực hiện các chức năng liên quan tới điều khiển. Các ứng dụng mới nổi Sự linh hoạt của nền tảng PAC được thể hiện rõ ràng bằng nhiều ứng dụng mà nó được sử dụng — cả trong các ứng dụng sản xuất và ngoài các ứng dụng sản xuất truyền thống. Tích hợp điều khiển, HMI, xử lí thông tin và kết nối mạng vào hệ thống điều khiển đơn lập giúp ứng dụng nền tảng trong các ứng dụng khác hẳn với quản lí bơm khí tại các trạm bán, các ứng dụng GPS di động trong các nền tảng vận tải và phân phối, kiểm tra tự động trong lắp ráp điện tử rời rạc, kiểm tra thành phẩm, tích hợp RFID, và thậm chí là quản lí tài sản, bên cạnh các ứng dụng quá trình truyền thống và hệ thống điều khiển rời rạc. Và trong các ngành quá trình truyền thống, tính linh hoạt của PAC có thể được thể hiện bởi ứng dụng của nó trong hệ thống điều khiển mẻ bê tông. Thay thế kiến trúc PLC và IPC hiện nay bằng một nền tảng điều khiển ©2009 của Advantech Corporation, Industrial Automation Group trên PAC APAX của Advantech đã giải quyết tất cả các vấn đề giao tiếp giữa PLC (sử dụng truyền thông serial) và IPC, sử dụng truyền thông Ethernet. Nó cho phép chương trình điều khiển SoftLogic và phần mềm HMI chạy đồng thời trên hệ thống PAC được tích hợp. PAC có khả năng giám sát từ xa dữ liệu thời gian thực từ trung tâm điều khiển sử dụng giao thức Modbus/TCP tiêu chuẩn mở qua Ethernet 100Mb tiêu chuẩn. Bản chất của một PAC Một PAC không chỉ đơn giản là một máy tính cá nhân hay một máy tính bảng mạch đơn đặt trong một vỏ bọc chắc chắn. Bản chất của các ứng dụng tự động hóa công nghiệp như ứng dụng mẻ xi măng được nhắc đến ở trên nghĩa là PAC cần được thiết kế đặc biết để trở thành PAC với các tiêu chuẩn cao hơn về thiết kế và cấu kiện hơn so với PC tiêu chuẩn hay thậm chí là so với IPC tiêu chuẩn. Các đặc điểm như sự triệt tiêu kiểu chung, bảo vệ quá áp, bảo vệ đóng cắt do nhiệt độ quá cao, bảo vệ đóng cắt do quá dòng và bảo vệ ngắn mạch là tiêu chuẩn trong một PAC hiện đại trong khí không có trong bất kỳ thiết kế bảng mạch đơn nào thích nghi. Trong khi PAC linh hoạt hơn PLC, thiết kế của một PAC phải tuân theo tiêu chuẩn IEC-61131-2, type 1…tiêu chuẩn giống như của thiết kế một PLC. PAC hiện đại thường tin cậy hơn một PLC, và chắc chắn cũng tin cậy hơn so với các thiết kế bảng mạch đơn IPC và OEM. Với chứng nhận nghiêm ngặt giống như một chiếc PLC, và kiến trúc bộ điều khiển kép, đầu vào bộ nguồn điện kép, các chức năng hệ thống dự phòng, PAC chắc chắn, bền, và có khả năng xử lí cao. PAC hiện đại có một cấu trúc liên kết linh hoạt. Điều này có nghĩa là kiến trúc mở của nó cho phép mở rộng I/O và các chức năng điều khiển không giới hạn. Một số model PAC thậm chí cho phép CPU được thay đổi và nâng cấp mà không ảnh hưởng tới I/O, và ngược lại cho phép trao đổi nóng các modun I/O. Trên thực tế thiết kế của PAC là sự phát triển quá nhanh của thiết kế máy tính nhỏ gọn COTS nghĩa là cải tiến thiết kế máy tính nhỏ gọn với các bộ xử lí nhanh hơn, tốc độ truyền bus dữ liệu nhanh hơn, khả năng tính toán cao hơn, bộ nhớ lớn hơn và hoạt động tiết kiệm năng lượng hơn, và trên tất cả các con đường mà máy tính nhỏ gọn đang cải tiến và thay đổi, the PAC sẽ cái tiến và thay đổi theo, trở thành bộ điều khiển của hiện nay và tương lai.