Điều khiển và giám sát nhà máy sản xuất xi măng dùng web server
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.85 MB, 83 trang )
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề………………………………………………………………………………………………………………………3
1.2 Nội dung của đề tài…………………………………………………………………………………………………….3
Chương 2: HỆ THỐNG SCADA
2.1 Hệ thống SCADA…………………………………………………………………………………………………………4
2.2 Đánh giá chất lượng của một hệ thống SCADA…………………………………………... 4
2.3 Yêu cầu đối với hệ thống SCADA diện rộng……………………………………………………5
2.4 Yêu cầu của hệ thống SCADA để hoạt động liên tục, bảo mật………………. 6
2.5 Cấu trúc chung của một hệ SCADA…………………………………………………………………….7
2.5.1 Các thành phần chính của hệ thống SCADA…………………………………………9
2.5.2 Cấu trúc phần mềm của hệ thống SCADA……………………………………………9
2.6 Mô hình phân cấp chức năng…………………………………………………………………………………….9
2.6.1 Mô hình phân cấp…………………………………………………………………………………………….9
2.6.2 Chức năng và nhiệm vụ………………………………………………………………………………11
2.6.3 Các dịch vụ của SCADA…………………………………………………………………………….12
2.7 Khái niệm chuẩn và nghi thức nối mạng………………………………………………………….13
2.8 Môhình OSI………………………………………………………………………………………………………………….14
2.9 Cấu trúc mạng Topology…………………………………………………………………………………………15
2.10 Các chuẩn nối mạng……………………………………………………………………………………………….15
2.11 Các nghi thức…………………………………………………………………………………………………………….17
Chương 3: OPC VÀ LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯNG
3.1 Khái niệm công nghệ hướng đối tượng trong điều khiển………………………….23
3.2 Công nghệ hướng đối tượng………………………………………………………………………………….24
3.3 Lập trình hướng đối tượng …………………………………………………………………………………….24
3.4 Phân tích và thiết kế hướng đối tượng………………………………………………………………27
3.5 Ứng dụng phân tán & công nghệ hướng đối tượng phân tán………………….28
3.6 Các đối tượng phân tán COM/DCOM/OPC…..………………………………………………29
3.7 Xu hướng tự động hóa phân tán………………………………………………………………………….32
3.8 OPC trong tự động hóa phân tán……………………………………………………………………….37
Chương 4: OPC VÀ WEB SERVER
4.1 Khái niệm về OPC…………………………………………………………………………………………………….40
4.2 Cấu trúc của một OPC Server……………………………………………………………………………….42
4.2.1 Đối tượng OPC Server…………………………………………………………………………………..42
4.2.2 Đối tượng OPC Group…………………………………………………………………………………….43
4.2.3 Đối tượng OPC Item……………………………………………………………………………………….43
4.2.4 Đối tượng Device…………………………………………………………………………………………….44
Luận văn thạc só
-1-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
4.3 Cách thức trao đổi dữ liệu giữa OPC Server và OPC Client…………………...46
4.4 Cấu trúc bên trong của các đối tượng OPC và giao diện OPC ……………….51
4.5 OPC – Môi trường tích hợp các hệ thống công nghiệp……………………………….53
4.6 Web server……………………………………………………………………………………………………………………57
4.6.1 Giới thiệu về Web service…………………………………………………………………………..57
4.6.2 Vai trò của Web Service……………………………………………………………………………..58
4.6.3 OPC XML………………………………………………………………………………………………………….59
4.7 Tầm quan trọng của Web server …………………………………………………………………………59
4.8 Các tiêu chuẩn đánh giá………………………………………………………………………………………….60
4.9 Nền tảng cơ bản của Web Server……………………………………………………………………….61
Chương 5: THI CÔNG HỆ THỐNG
5.1 Mô hình nhà máy xi măng và P&ID cho dây chuyền nghiền………………….65
5.3
Phân
tích
hệ
thống
và
trình
tự
công
việc…..…………………………………………………….67
5.2 Định cấu hình các ngõ vào được điều khiển từ OPC……………………….………….68
5.3 Mô hình giao diện HMI……………………………………………………….………………….………………69
5.4 Kết nối OPC server và HMI ……………………………………………………….…………………………70
5.5 Điều khiển và giám sát từ HMI…………………………………………………………………………….71
5.6 Tạo các đối tượng cho Web server…………………………………………………….……………….72
5.7 Đưa các hình ảnh và thông số lên mạng dựa theo IIS…………………………..……72
5.8 Kết nối với máy chủ từ Client thông qua Web server…………………………..….…73
5.9 Hiển thị quy trình công nghệ từ Client thông qua Web………………………..…...74
5.10 Kết luận và hướng phát triển của đề tài…………………………………………………………75
5.11 Một số chương trình xây dựng phần mềm Web server ……………………………77
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Luận văn thạc só
-2-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại hiện nay việc tự động hóa cho các dây chuyền sản xuất để
tăng tính cạnh tranh sản phẩm, giảm chi phí sản xuất là rất quan trọng. Ngoài
ra nó cũng đặt ra một yêu cầu quản lý về sản xuất.
Hiện tại trong một số nhà máy đang trang bị hệ thống điều khiển hiện đại
PLC và SCADA. Yêu cầu về hệ thống này là làm sao có thể giám sát và điều
khiển dây chuyền sản xuất từ xa qua mạng internet.
Từ yêu cầu của hầu hết nhà sản xuất ximăng là có thể biết được tình trạng
hoạt động và có thể điều khiển dây chuyền sản xuất ở mọi lúc mọi nơi và ở
các vị trí khác nhau, do vậy việc tạo ra Web server là điều cần thiết đúng với
những yêu cầu thực tế của ngøi sản xuất.
Mục đích của đề tài là xây dựng phần mềm Web server để truy xuất thông
tin từ phần mềm SCADA điều khiển công đoạn nghiền xi măng. Dùng máy
tính Client truy cập Web server để điều khiển và lấy thông tin.
1.2 Nội dung của đề tài
Đề tài gồm có 7 chương. Nội dung của đề tài gồm những vấn đề sau:
• Tổng quan về hệ thống SCADA, các loại hình mạng công nghiêp và
giao thức truyền thông trong một hệ thống điều khiển công nghiệp
• Nghiên cứu lập trình hướng đối tượng cho các đối tượng phân tán (OPC)
• Tổng quan về OPC server và Web server
• Xây dựng HMI cho một công đoạn nghiền ximăng
• Thực hiện kết nối giữa phần mềm HMI của dây chuyền nghiền xi măng
với OPC server
• Thiết lập Web service cho dây chuyền nghiền ximăng
• Kết nối máy tính Client giám sát thông số động thông qua Web server
• Kết luận và định hướng ứng dụng trong tương lai
Luận văn thạc só
-3-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG SCADA
2.1 Hệ thống SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống
điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ
trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều
khiển tự động thông thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ
SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện
người - máy HMI (Human Machine Interface).
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan
trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng
cần giao diện người-máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở
cấp điều khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình
vận hành OP (Operator Panel), TP (Touch Panel)... chuyên dụng được sử dụng
nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ
thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở
xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ
truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều
hơn.
Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền
thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại
nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây
dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và
các giải pháp tích hợp hệ thống.
2.2 Đánh giá chất lượng của một hệ thống SCADA
Để đánh giá một hệ thống điều khiển và giám sát SCADA ta cần phải
phân tích các đặc điểm của hệ thống theo một số các tiêu chuẩn sau:
• Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện xây dựng
các màn hình giao diện.
Luận văn thạc só
-4-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
• Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn, khả năng truy
cập, số lượng I/O và cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực
tiếp từ các cơ cấu chấp hành, sensor, module vào/ra qua PLC hay các hệ
thống Bus trường).
• Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hóa các giao diện quá trình, khả năng
hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự
kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History)
và lập báo cáo (Reporting).
• Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, đối với nền
Windows hỗ trợ sử dụng mô hình phần mềm ActiveX Control và OPC,
giá thành tổng thể của hệ thống.
2.3 Yêu cầu đối với hệ thống SCADA diện rộng
Hệ thống SCADA diện rộng là hệ thống SCADA được kết nối tên mạng
diên rộng (mạng WAN), việc truyền thông giữa các thiết bị không còn bó hẹp
trong phạm vi một nhà máy, một xí nghiệp, thậm chí một quốc gia. Do đó yêu
cầu truyền thông trong một hệ thống SCADA diện rộng phải đạt một số yêu
cầu sau:
• Đảm bảo thời gian truyền thông: Khi truyền thông trên mạng diện
rộng đặc biệt ở những khoảng cách địa lý lớn thì tốc độ truyền dữ liệu
phải lớn, phải sử dụng phương tiện truyền tốc độ lớn như cáp quang, vệ
tinh, vi để đảm bảo ứng dụng thời gian thực
• Đảm bảo tính tin cậy: Việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị tin cậy là dữ
liệu đó chỉ có người truyền và người gửi hiểu được. Ta sử dụng kỹ thuật
mã hoá để thực hiện điều này
• Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu: Dữ liệu truyền đi trên mạng diện rộng
là dữ liệu được mở đối với mọi người do đó dữ liệu truyền từ nguồn đến
đích phải toàn vẹn không sai lệch, điều này tránh cho các thiết bị của hệ
thống chạy sai so với yêu cầu
• Đảm bảo tính xác thực: Tính xác thực ở đây là bên nhận xác thực được
rằng dữ liệu mà mình muốn nhận được là của người mà mình muốn
Luận văn thạc só
-5-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
nhận, không phải dữ liệu không mong muốn. Đây cũng là vấn đề bảo
mật cho hệ thống
• Đảm bảo tính sẵn sàng: Việc truyền thông trên mạng diện rộng thường
phải đối mặt với các cuộc tấn công không mong muốn làm cho hệ thống
làm cho hệ thống của chúng ta bị tê liệt, các thiết bị trong môi trường
truyền thông phải có khả năng chống lại khả năng này ví dụ như tấn
công DoS (tấn công từ chối dịch vụ)
Do vậy, môi trường truyền thông trong hệ thống SCADA diện rộng là
hết sức phức tạp, không những bao gồm các môi trường truyền thống mà còn
tích hợp môi trường truyền thông mạng diện rộng (ví dụ mạng internet)
2.4 Yêu cầu của hệ thống SCADA để hoạt động liên tục, bảo mật
Để cho một hệ thống SCADA hoạt động liên tục, tin cậy, bảo mật cần
phải quan tâm đến những vấn đề sau:
Phần cứng: Các thiết bị phần cứng trong hệ thống SCADA phải đạt các
tiêu chí về kỹ thuật, sử dụng đúng mục đích, đúng chức năng, đúng công suất
thiết kế. Các thiết bị trong môi trường khắc nghiệt phải đảm bảo các tiêu chuẩn
nhất định. Đối với các thiết bị quan trọng như các máy tính chủ, các máy cơ sở
dữ liệu server thì phải có thiết bị chạy dự phòng để khi máy chính bị hỏng thì
hoạt động của hệ thống không bị gián đoạn. Các thiết bị đo đạc, chuyển đổi dữ
liệu, các thiết bị chấp hành phải hoạt động một cách tin cậy. Trong hệ thống
SCADA diện rộng thì sử dụng các thiết bị để ngăn chặn xâm nhập của người
khác, các loại dữ liệu không mong muốn như firewall, proxy server, router…
Phần mềm: Phần mềm của hệ thống SCADA phải hoạt động một cách
liên tục, tin cậy và bảo mật. Phần mềm phải được kiểm tra và thử nghiệm một
cách chặt chẽ. Phần mềm phải có khả năng xử lý các tình huống không mong
muốn. Phần mềm phải có cơ chế quản lý, chỉ có những người có quyền truy cập
mới có thể đăng nhập vào hệ thống. Những người có các quyền khác nhau chỉ
được đăng nhập vào phạm vi của mình. Phần mềm cũng cần cập nhật và dự
phòng.
Luận văn thạc só
-6-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Trong hệ thống SCADA diện rộng thì phải có các công cụ để chống lại
các cuộc tấn công ngoài ý muốn. Sử dụng các kỹ thuật bảo mật dữ liệu như
VLAN, VPN, SSL…
• Hệ nguồn cung cấp: Nguồn cung cấp cho hệ thống SCADA phải đảm
bảo liên tục. Ngoài nguồn chính thì nên có các nguồn dự phòng như
nguồn phát, nguồn UPS…Nếu được thì có thể dự phòng nhiều cấp đối với
hệ thống nguồn
• Hệ SCADA phải có hệ thống huấn luyện để có thể huấn luyện mô
phỏng cho nhân viên thường xuyên để họ có thể vận hành một cách tốt
nhất và có thể khắc phục sự cố một cách nhanh nhất.
• Đối với hệ thống SCADA cho những lónh vực khác nhau như dầu khí,
điện lực, xi măng, hoá chất, hàng không…thì ngoài các vấn đề trên thì hệ
thống càc phải thoả mãn những yêu cầu riêng biệt cho từng lónh vực
khác nhau
Vấn đề bảo trì bảo dưỡng hệ thống: chúng ta phải có kế hoạch theo dõi,
kiểm tra, bảo trì, thay thế định kỳ, thường xuyên theo khuyến cáo của nhà sản
xuất, của môi trường cụ thể của hệ thống
2.5 Cấu trúc chung của một hệ SCADA
Cấu trúc chung của hệ thống SCADA được minh họa trong hình 1.1
Luận văn thạc só
-7-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Hệ thống điều khiển giám sát
NI
Thiết bị điều khiển tự động
NI
I/O
NI
Nối trực tiếp
NI
Nối qua mạng
NI
NI : Network Interface
( Giao diện mạng )
I/O
I/O
I/O : Input / Output
NI
Cảm biến và chấp hành
Quá trình kỹ thuật
H1.1 Cấu trúc chung của hệ thống SCADA
Trong hệ thống điều khiển giám sát, các cảm biến và cơ cấu chấp hành
đóng vai trò là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Còn hệ
thống điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy. Các
thiết bị và các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền thông. Tín hiệu thu được từ cảm
biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương tự. Khi xử lý trong máy
tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra
của máy tính.
Luận văn thạc só
-8-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
2.5.1. Các thành phần chính của hệ thống SCADA
Giao diện quá trình: Bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển
đổi và các cơ cấu chấp hành.
Thiết bị điều khiển tự động: Gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID),
các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các
thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy
tính PC với các phần mềm điều khiển tương ứng.
Hệ thống điều khiển giám sát: Gồm các phần mềm và giao diện người–
máy HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao
cấp.
Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm – điểm, bus cảm biến / chấp
hành, bus trường, bus hệ thống.
Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
2.5.2. Cấu trúc phần mềm của hệ thống SCADA
Giao diện
người máy
Lập báo cáo
tự động
Cảnh báo, báo
động
Điều khiển
cấp cao
Cơ sở dữ liệu thời gian
thực của quá trình
I/O Server
I/O Driver
H1.2 Cấu trúc phần mềm của hệ thống SCADA
2.6 Mô hình phân cấp chức năng:
2.6.1. Mô hình phân cấp
Luận văn thạc só
-9-
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát được phân chia thành các cấp
chức năng để tiện cho việc quản lý. Với loại mô hình này các chức năng được
phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên. Càng ở những cấp dưới thì
các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ
nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa
trên các chức năng ở cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và
xử lý lại lớn hơn nhiều.
Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa
chọn thiết bị. Tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc hệ thống cụ thể
mà ta có mô hình phân cấp chức năng.
• Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường,
dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa
số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng
cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy.
Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận
việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên điều khiển.
• Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin
từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định
và truyền đạt lại kết quả xuống cho bộ chấp hành. Máy tính đảm nhận
việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác như ấn nút
mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt... Đặc tính nổi bật của cấp điều khiển
là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung
là cấp trường (Field level) bởi vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp
hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật.
Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá
trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng
dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống
bất thường. Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các
bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự
và điều khiển theo công thức. Việc thực hiện các chức năng ở cấp điều
Luận văn thạc só
- 10 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
khiển và giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng
đặc biệt ngoài máy tính thông thường.
• Cấp quản lý công ty và điều hành sản xuất: Đây là cấp cao nhất trong
hệ thống, có nhiệm vụ thu thập số liệu về thời gian, chương trình, hao
phí của quá trình sản xuất, cũng như đưa ra quyết định về quy trình sản
xuất đó. Cấp này thường do các cán bộ cao cấp trong công ty quản lý,
thường sử dụng các phần mềm về cơ sở dữ liệu như Excel, Access,
SQL,...
Gần đây, do nhu cầu tự động hóa tổng thể kể cả cấp điều hành sản xuất
và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không
cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế, ranh giới giữa
cấp điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập
hai cấp này thành một cấp duy nhất gọi là cấp điều hành.
2.6.2. Chức năng và nhiệm vụ
Một hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức phân nhiệm
thành nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều
khiển riêng lên những đối tượng trong hệ thống. Các đối tượng máy móc
thường lắp đặt trong địa phương của cấp quản lý phân xưởng xí nghiệp cấp
dưới đồng thời cũng có một đặc điểm nữa là một đối tượng tuy thuộc giám sát
điều khiển của cấp trên về mặt sản xuất nhưng cũng thuộc sự giám sát và điều
khiển vật lý cụ thể về mặt vận hành chuẩn đoán và bảo dưỡng của các cấp
khác thấp hơn. Những điều này là cơ sở chỉ đạo cho việc tổ chức các cấp
SCADA quản lý hệ thống sản xuất ngày nay. Bao gồm những nguyên tắc chính
sau:
Thông thường về tổ chức kết cấu của mỗi cấp quản lý được trợ giúp tự
động hóa bằng một hệ SCADA của cấp ấy. Cấp SCADA phân xưởng ở cấp
dưới thấp sẽ thực hiện việc thu thập số liệu trên máy móc phân xưởng có sự
phân loại rõ máy móc thiết bị nào được quản lý về sản xuất bởi cấp SCADA
nào. Các số liệu phân loại này sẽ được các SCADA truyền tin báo cáo từ cấp
dưới lên cấp trên theo nhịp gọi của các SCADA cấp cao hơn một cấp cho đến
Luận văn thạc só
- 11 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
cấp cần thu thập dữ liệu, in ấn, hiển thị, sử dụng cho điều khiển sản xuất ở các
cấp.
Mỗi cấp sẽ thực hiện bài toán phân tích, tính toán được giao và đưa ra
các lệnh thao tác thay đổi tăng hay giảm chỉ tiêu đóng cắt các đối tượng của
mình, qua hệ truyền tin gửi lệnh đó đến cấp SCADA có liên quan để thực hiện.
Để giải quyết những bài toán điều khiển phân tích riêng này của mình thì
SCADA mỗi cấp thường được trang bị thêm những phần cứng máy tính, phần
mềm phân tích chuyên dụng. Những thiết bị này lấy số liệu hiện hành từ
SCADA cung cấp để giải bài toán đó và xuất kết quả cho người vận hành và
cho hệ SCADA.
2.6.3.Các dịch vụ của SCADA
• Thu thập từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ
chức việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở dữ liệu (số liệu lịch sử về sản
xuất, sự kiện thao tác, báo động,...).
• Dùng các dữ liệu trên để cung cấp các dịch vụ về điều khiển, giám sát
hệ sản xuất.
• Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất (trang màn hình, trang
đồ thị, trang sự kiện, trang báo động, trang báo cáo sản xuất...).
• Điều khiển từ xa quá trình sản xuất (đóng cắt các máy móc thiết bị, tăng
giảm nấc phân áp,...).
• Thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài, gửi trả lời
các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu, thao tác hệ,...
Nhìn chung SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm để tự
động hóa việc quản lý giám sát điều khiển cho một đối tượng sản xuất công
nghiệp. Tùy theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hóa ta có thể xây dựng
hệ SCADA thực hiện một số những nhiệm vụ tự động hóa như: Thu thập giám
sát từ xa đối tượng, điều khiển đóng cắt từ xa đối tượng, điều chỉnh tự động từ
xa với các đối tượng và các cấp quản lý.
Các chức năng đó mỗi thứ đều có những yêu cầu đặc biệt đối với các bộ
phận phần cứng, phần mềm, phần chuyên trách của SCADA. Cụ thể là phần
đo, giám sát từ xa cần bảo đảm thu thập dữ liệu hiển thị in ấn đủ những số liệu
Luận văn thạc só
- 12 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
cần cho quản lý kỹ thuật. Phần điều khiển thao tác từ xa phải đảm bảo được
việc kiểm tra đóng cắt an toàn, chính xác. Phần truyền tin xa phải quy định rõ
các nhiệm vụ truyền số liệu hiện trường, đặc biệt là thủ tục truyền với các
SCADA cấp trên.
Ngày nay, với sự phát triển của máy tính, ta có thể sử dụng các phần
mềm chuyên dụng về SCADA như IFix, Citect,...hoặc sử dụng các Toolbox
của Matlab để mô phỏng hệ thống SCADA với các thông số thực tế trước khi
áp dụng nó vào sản xuất. Hơn nữa với công nghệ OPC ta có thể tạo ra một
mạng truyền thông dữ liệu vững chắc và chính xác, có khả năng tích hợp nhiều
hệ thống không đồng bộ làm tăng khả năng điều khiển xử lý của hệ thống sản
xuất trong công nghiệp.
2.7 Khái niệm chuẩn và nghi thức nối mạng
Công nghệ tự động hoá cho phép các nhà máy công nghiệp nối DCS,
PLC, các dụng cụ I/O tại thiết bị và các PC của nó với nhau. Thậm chí nối các
hệ thống điều khiển của nhiều nhà máy với nhau. Một điều làm chúng ta thấy
rõ là lợi ích về việc cập nhật thông số và lưu trữ dữ liệu. Các thiết bị và hệ
thống có thể được nối mạng với nhau nhờ các chuẩn và giao thức. Các nghi
thức nối mạng theo kỹ thuật số như Foundation Fieldbus và Profibus vẫn còn
tiếp tục phát triển.
Phần lớn các chuẩn và nghi thức được các công ty thương mại hay tổ
chức nào đó phát minh chủ yếu dùng vào thiết bị và hệ thống của mình. Nếu
chuẩn/nghi thức được nhiều người dùng, nó có thể trở thành chuẩn và nghi thức
mở, như Ethernet, TCP/IP và các nghi thức dựa vào Microsoft. Ta cần sử dụng
các chuẩn và nghi thức mở để có thể phát triển và mở rộng hệ thống của mình
mà không phải phụ thuôïc vào nhà cấp hàng nào. Công nghệ tự động ngày nay
dùng nhiều phần mềm dựa vào Microsoft và dùng Ethernet, TCP/IP để nối
mạng.
Công nghệ tự đôïng hoá Việt Nam chưa có điều kiện dùng các công nghệ
mới, một phần vì công nghệ nói chung chưa đặt tự động hoá và vị trí xứng đáng
của nó; một phần chúng ta thận trọng khi dùng công nghệ mới.
Luận văn thạc só
- 13 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Những nhà máy Việt Nam khi nối PLC và DCS thì dùng ModBus qua
RS232 hay RS485 còn đối với I/O thì dùng tín hiệu tương tự 4-20mA, và nối
Field Device trực tiếp với DCS qua đôi dây đồng, một Field Device là một đôi.
Hệ thống tự động hoá hiện đại có thể dùng Ethernet ôû caáp HMI hay
Data Server, Foundation Fieldbus, Profibus hay Controller và các Field Device.
Công nghệ số nối mạng được tận dụng để chuyển thông tin nhanh và biến các
Field Device thành các thiết bị thông minh.
2.8 Môhình OSI
Hầu hết tất cả các mạng máy tính đều được phân tích thiết kế theo quan
điểm phân tầng (layering). Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem như
một cấu trúc phân tầng (đa tầng) trong đó mỗi tầng được xây dựng trên tầng
trước đó.
Trong thực tế, dữ liệu được truyền chủ yếu thông qua tầng vật lý (tầng
thấp nhất) còn các tầng cao hơn được gọi là các tầng liên kết logic.
Từ việc kiến trúc mạng phân tầng như trên, dẫn tới hiện tượng không
tương thích giữa các mạng. Năm 1984 tiêu chuẩn quốc tế có trụ sở tại Geneve,
Thụy sỹ đã xây dựng xong việc kết nối hệ thống mở (Reference Mode for
Open Systems Interconnection). Mô hình này dùng làm cơ sở để kết nối các hệ
thống mở phục vụ các ứng dụng phân tán khả năng 2 hệ thống có thể kết nối
và trao đổi thông tin với nhau tuân thủ theo nguyên tắc tham chiếu và chuẩn
liên quan.
Đây là một tiêu chuẩn tạo điều kiện cho các thiết bị kỹ thuật số thông
tin với nhau. Mô hình này càng được ứng dụng nhiều trong hệ thống tự động
hoá. OSI là mô hình hay chuẩn có 7 lớp.
Luận văn thạc só
- 14 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
Application
Presentation
Session
Transport
Network
DataLink
Physical
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Giao diện với các User (phần mềm)
Giao diện với các User (Data)
Quản lý nối/không nối mạng
Tầng giao vận
Gửi nhận thông tin
Thủ tục thông tin
Giao diện với môi trường nối mạng
Application
Presentation
Session
Transport
Network
DataLink
Physical
Môi trøng nối mạng
(dây đồng, cáp quang, vi ba...)
H1.3 Mô hình OSI
Trong đó Ethernet nằm ở lớp 1 (Physical) và 2 (DataLink) của mô hình
ISO-OSI. IP nằm ở lớp 3 (Network) và TCP nằm ở lớp 4 (Transport), còn HTTP
nằm ở lớp 7 (Application)
2.9 Cấu trúc mạng (Topology)
Cấu trúc mạng là lớp 1 của 7 lớp OSI. Mạng có thể được dùng nối theo một
số cấu trúc. Sau đây là một số cấu trúc thường dùng:
• Hình sao: Các thiết bị được nối với một Switch/Hub trung tâm
• Multidrop: Còn gọi là cấu trúc Bus như trong trường hợp Profibus. Các
thiết bị được nối với Bus
• Daisy chain: Các thiết bị được nối với nhau
• Vòng (ring): Giống như Daisy Chain nhưng hai đầu được nối với nhau
thành một vòng khép kín
2.10 Các chuẩn nối mạng
Phương pháp nối mạng là lớp 2 của 7 lớp OSI. Có các phương pháp sau:
• Token Ring: Các thiết bị được nối theo mạch vòng
• CSMA/CD (Carrier sense multiple access with collision detection):
Đây là phương vào gởi thông tin vào mạng dựa vào xác xuất các Data
xung đột trên Bus. CSMA/CD cho phép gởi thông tin khi thấy Bus chưa được
dùng, và sẽ gởi lại khi có xác xuất dữ liệu xung đột. Ethernet và lớp H2 của
Foundation Fieldbus dùng CSMA/CD. Phương pháp CSMA/CD đơn giản, hiệu
quả truyền thông tin cao khi lượng thông tin trên mạng thấp. Việc thêm hay bớt
các trạm vào mạng không làm ảnh hưởng đến các thủ tục của giao thức. Điểm
Luận văn thạc só
- 15 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
bất lợi của CSMA/CD là hiệu suất của tuyến giảm xuống nhanh khi phải tải
nhiều thông tin. Một mục tiêu trong sự phát triển của Ethernet và High Speed
Ethernet (HSE) là khắc phục điểm yếu này. Chúng ta có các chuẩn mạng sau
• Data Highway
Data Highway là Bus nối các DCS controller hay các PLC với nhau. Trong
quá khứ, các nhà sản xuất DCS thường dùng Token Ring vì họ tin rằng phương
pháp này đáng tin cậy hơn CSMA/CD. Nhiều kỹõ sư tin rằng nếu mạng Ethernet
được dùng hơn 37% công suất của nó, hệ thống sẽ quá tải và tê liệt. Nhưng với
sự phát triển của Ethernet, nhiều nhà sản xuất DCS như ABB và Foxboro đã
dùng Ethernet và CSMA/CD cho Data Highway. Ngay cả Foundation Fieldbus
cũng dùng Ethernet.
• Field Bus
Field bus là phương pháp thông tin kỹõ thuật số tạo điều kiện cho các
thiết bị I/O với nhau và với DCS controller hay với PLC sàn nhà máy (Field
device).
• Tiêu chuẩn nối mạng mở
EG
1
EG
1
TD
2
TD
2
RD
3
RD
3
DTR 4
DTR 4
COM 5
COM 5
DSR 6
DSR 6
RTS 7
RTS 7
CTS 8
CTS 8
9
9
H1.4 Chuẩn serial RS232
RS-232C là tiêu chuẩn nối mạng serial thường dùng nhất. Mỗi PC có
cổng serial dùng chuẩn RS-232C. vì chuẩn RS-232C là chuẩn không cân bằng
(balanced), chiều dài giữa hai thiết bị dùng chuẩn này bị hạn chế tối đa 15m.
RS-485 cũng là chuẩn serial nhưng cân bằng. Nhờ thế, tốc độ thông tin
cao hơn RS-232C và khoảng cách tối đa là 1200 mét. 32 thiết bị có thể thông
Luận văn thạc só
- 16 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
tin với nhau dùng một đôi dây dưới hình thức multidrop. Full-duplex (thông tin
hai chiều) có thể dùng được.
Device
Switch
1 RD+
2 RD-
TXD+ 1
TXD- 2
3 TD+
RXD+ 3
6 TD-
RXD- 6
H1.5 Chuẩn Serial Ethernet
Ethernet là chuẩn nối mạng thường được dùng nhiều nhất hiện nay, được
Dr. Robert Metcalf của công ty Xerox phát minh vào thập niên 1970, và được
Xerox phát triển với sự cộng tác của Intel và DEC (Digital Equipment
Corporation). Đây là chuẩn serial đã được đưa vào IEE 802.3 vào thập niên
1980. Ethernet đã phát triển không ngừng, nâng tốc độ từ 10MB/sec đến
100MB/sec.
Vì Ethernet là chuẩn nối mạng dùng CSMA/CD, một số nhà sản xuất
DCS, PLC không xem nó là an toàn tuyệt đối (vì nó dựa vào xác suất va chạm
data trên một đường truyền). Họ cho rằng phương pháp Token Passing an toàn
hơn. Nhưng với sự phát triển của HSE ( High Speed Ethernet), ngành tự động
hóa càng ngày càng sử dụng Ethernet nhiều hơn.
2.11 Các nghi thức
Các chuẩn vừa được nêu ở trên là các chuẩn vật lý. Các nghi thức là
phương tiện phần mềm giúp cho các thiết bị thông tin với nhau khi chúng đã
được nối với nhau dùng các chuẩn vật lý.
Ví dụ, chúng ta có nghi thức Modbus dùng chuẩn RS485 hay chuẩn
Modbus/ IP dùng Ethernet.
Các tín hiệu tương tự truyền thống trông công nghệ tự động hóa trong
thời kỳ tín hiệu khí nén là 3-15psi, trong thời kỳ điện tử tương tự là 4-20mA.
Các Fieldbus hiện đại tận dụng khả năng của công nghệ điện tử và thông tin
số, đã và sẽ làm cho các tín hiệu tương tự trên trở nên lỗi thời.
Luận văn thạc só
- 17 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Trong các Fieldbus hiện đại, tín hiệu từ các Field Devices đến hệ điều
khiển trung tâm là những tín hiệu thông minh. Nó có thể cho ta thông số thật
tính bằng đơn vị kPa, hay pH, và chúng cho ta các thông số diagnostic. Nhiều
công ty hay tổ chức đưa ra các nghi thức khác nhau, như LON, Interbus,
ControlNet, nhưng đáng kể nhất là Modbus/IP dùng Ethernet, HART,
Foundation Fieldbus và Profibus.
• Nghi thức LON
LON là Local Operating Network được công ty Echcelon phát minh
trong thập niên 80, bây giờ có mặt tại Việt Nam như ở các trạm điện có thiết bị
của ABB.
• Nghi thức Interbus
Interbus được công ty Phoenix đưa vào thị trường năm 1984.
• Nghi thức ControlNet
ControlNet được công ty Allen Bradley phát triển vào năm 1996 dựa vào
công nghệ CDMA( như điện thoại di động) để vào mạng.
• Nghi thức Modbus
Modbus là nghi thức do công ty Modicon phát minh vào năm 1979. Đây
là nghi thức mở đầu tiên cho PLC và I/O. Nghi thức này dùng phương pháp
chủ/ tớ (master/ slave). Một chủ như PLC có thể được kết nối với 32 tớ dùng 1
đôi dây, qua phương pháp multi-drop. Modbus/ IP có thể nối mạng các thiết bị
điều khiển dùng chuẩn Ethernet.
• Nghi thức HART
HART ( Highway Access Remote Terminal) là nghi thức do công ty
Rosemount thiết kế. HART là nghi thức hiện đại nhưng vẫn tuân thủ theo tín
hiệu tương tự 4-20mA ở tần số từ DC đến 25 Hz. Tín hiệu này có tín hiệu khác
(500-100.00Hz) song song với nó trên đôi dây. Mỗi tần số có một kênh riêng,
vì thế chúng không ảnh hưởng đến nhau. Như thế dùng nghi thức này, các field
device hiện đại vẫn có thể được nối với các DCS, PLC hệ điều khiển cũ, nhưng
đồng thời, sóng có tần số cao đem lại những thông tin qua tín hiệu số như địa
chỉ, diagnotic, và khả năng cân chỉnh từ xa.
• Nghi thức Foundation Fieldbus
Luận văn thạc só
- 18 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
CO FF AI AO DI
H2
HIGH-SPEED ETHERNET (FF H2)
I/O
FC
LD LINKING DEVICE
FF/H1
H1.6 Foundation Fieldbus của lớp H1 và H2
Foundation Fieldbus là nghi thức của Tổ chức Fieldbus Foundation .
Hội đồng ISA ( Instrumentation, System and Automation Society) đã
thiết kế Foundation Fieldbus từ năm 1985, không chỉ là nghi thức nối mạng, mà
đưa vào nghi thức này các chức năng của Field Device, như khả năng process
tín hiệu đầu ra đầu vào, và thực hiện một vài quyết định và chức năng “cục
bộ”.
Sự nối mạng của Foundation Fieldbus có hai lớp . Lớp H1 nối mạng các
Field Device với nhau, và Lớp H2 nối các nhóm Field Device với nhau, nối các
nhóm Field Device với DCS hay PLC, hay các DCS, PLC với nhau. H1 dùng
hai sợi dây, H2 dùng chuẩn HPE (High Speed Ethernet)
Trong Foundation Fieldbus, Transmitter có thể thực hiện vài quyết định
và chức năng “cục bộ” như tự làm sạch, condition tín hiệu nhận được, chuyển
thành đơn vị thật và báo cáo cho DCS khi tín hiệu ra ngoài giải an toàn (chế độ
báo động), tương tự như thế, positioner của control valve có thể làm giảm
hysteresis, tăng cường sự “tinh” của hệ thống điều khiển. Những chức năng
này thường nằm trong hệ thống điều khiển trung tâm (DCS hay PLC).
Luận văn thạc só
- 19 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
Foundation Fieldbus làm được thế nhờ phương pháp FBD (function block
diagramming).
• Nghi thức Profibus
CONTROLLER
CONFIGURATION
TOOL
PROFIBUS DP
SEGMENT COUPLER
OR LINK
PROFIBUS PA
H1.7 PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA
Profibus là nghi thức mở do Đức thiết kế, Profibus có hai cấp:
PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery – phân tán) và PROFIBUS-PA
( Process Automation).
Nghi thức PROFIBUS-DP thường dùng chuẩn RS485, multidrop, Token
Ring, và giao diện với hệ thống điều khiển trung tâm. PROFIBUS-DP giao
diện trực tiếp với controller, HMI và Data server. Nó cũng được dùng để nối
với các thiết bị có vận tốc hoạt động nhanh (2-10ms), như trong các Factory
Automation.
PROFIBUS-PA (Process Automation) luôn luôn phải được nối với
PROFIBUS-DP. Các Field Device có thể được cấp nguồn từ Bus. PROFIBUSPA được thiết kế cho các thiết bị hoạt động trong các khu vực có chất cháy
(Explosion – Hazardous Area) như khu Process Unit ở các nhà máy lọc dầu.
Thêm vào đó, PROFIBUS-PA không phụ thuộc vào Topology (sao, vòng vv.),
hay cho phép tăng chiều dài của Bus.
• Chuẩn Ethernet và nghi thức TCP/IP
Ethernet là một chuẩn về phần cứng, TCP/IP (Transmission Control
Protocol/ Internet Protocol) là nghi thức phần mềm. Ethernet nằm ở lớp 1
Luận văn thạc só
- 20 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
(Physical) và 2 (Data Link) của mô hình ISO-OSI. IP nằm ở lớp 3 (Network) và
TCP nằm ở lớp 4 (Transport).
Công nghệ Ethernet được công ty Xerox phát minh trong thập niên 1980
và được công nhận bởi IEEE 802.3.
TCP/IP là một nghi thức do DARPA (Defence Advanced Research
Project Agency) của My thiết kế. Nhờ TCP/IP mà Internet được phát triển.
Các kỹõ sư IT rất quen thuộc với Ethernet và TCP/IP. Hai tiêu chuẩn này
là hai tiêu chuẩn nối mạng thông dụng nhất thế giới đối với máy tính, nhưng
đối với hệ thống điều khiển DCS hay PLC trở xuống, Foundation Fieldbus và
Profibus vẫn đóng vai trò quan trọng. Nối mạng giữa DCS và PLC thì vẫn dùng
Modbus hay Token Passing. Nối mạng giữa máy tính PC để thực hiện chức
năng HMI, báo cáo, quản lý thì Ethernet và TCP/IP là nghi thức thịnh hành.
• Wonderware và chuẩn/ nghi thức
Trong các phần mềm công nghiệp, việc kết nối trực tiếp giữa phần và
thiết bị để trao đổi thông giữa người sử dụng và thiết bị là rất phức tạp. Việc
phức tạp sẽ tăng nhanh khi phần mềm phải nối một lúc nhiều chủng loại thiết
bị khác nhau. Vì vậy việc đưa ra một chuẩn khắc phục cho tình trạng này là cần
thiết, dưới đây là một số chuẩn điển hình.
Chuẩn OPC (OLE for Process Control) là một công nghệ mới, giao tiếp
giữa các ứng dụng trên Windows và phần cứng điều khiển xử lý thiết bị. OPC
được dựa trên công nghệ OLE (Object Link Embedding) của Microsoft thiết kế
dành cho các hệ thống tự động hóa công nghiệp.
OPC chia làm hai phần: Phần kết nối, trao đổi thông tin trực tiếp với
thiết bị, hệ thống PLCs, DCSs, RTUs… được gọi là OPC Server và phần dùng
để chuyển đổi thông tin giữa OPC Server và phần mềm HMI được gọi là OPC
Link hoặc OPC Client.
Chuẩn IO Server của Wonderware được thiết kế vào năm 1986 tuân thủ
hoàn toàn theo các chuẩn Serial và các nghi thức truyền thông mạng.
Wonderware đã mua bản quyền từ các hãng như ABB, Siemens, Allen
Bradley, Omron… để tích hợp các thiết bị của họ vào IO Server. IO Server này
có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với các thiết bị và chuyển các dữ liệu đó tới
các phần mềm HMI, các ứng dụng Visual Basic và Microsoft Word, Excel theo
chuẩn DDE (Dynamic Data Exchange) và Suite Link. Như vậy việc xây dựng
phần mềm HMI cho một hệ thống độc lập với các thiết bị của nhà máy. Điều
này thuận lợi cho việc sử dụng, nâng cấp và bảo trì hệ thống. Người sử dụng có
thể mua thiết bị nhà máy, OPC/IO Server và phần mềm xây dựng HMI từ các
hãng khác nhau.
Luận văn thạc só
- 21 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
• Các chuẩn trong tương lai
Khi ta so sánh quá khứ và hiện tại của công nghệ tự động hóa, ta thấy có
rất nhiều tiến bộ. Dựa vào đó, ta sẽ thấy nhiều tiến bộ và phát triển khác trong
tương lai.
Fieldbus sẽ trở thành thông dụng trong tương lai vì các lý do:
-
Tiết kiệm dây nối các I/O ở sàn nhà máy
-
Thêm các I/O một cách dễ dàng và thêm dây tối thiểu
-
Thí nghiệm và commission các I/O từ xa
-
Tín hiệu từ các I/O sạch, chính xác
-
Tín hiệu bằng đơn vị thật, không phải là 4-20mA
-
I/O có những chức năng thông minh
Chắc bạn cũng sẽ nghó rằng Foundation Fieldbus và Profibus nên được
kết hợp với nhau để có một nghi thức duy nhất với cái hay của mỗi thứ: chức
năng và thông minh của Field Device của nghi thức Foundation Fieldbus và sự
linh hoạt của Fieldbus của nghi thức Profibus. Điều đó có xảy ra hay không tùy
thuộc vào lực thị trường và một số vấn đềø như:
• Foundation Fieldbus được xem là của Mỹ, Profibus là của u châu
• Foundation Fieldbus dùng Ethernet và CSMA/CD, Profibus dùng RS485
và Token Ring
Hy vọng là cuối cùng ta sẽ có một chuẩn mở duy nhất và một nghi thức
mở duy nhất, để việc thiết kế hệ thống tự động hóa sẽ dễ dàng hơn .
Luận văn thạc só
- 22 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
CHƯƠNG 3: OPC VÀ LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯNG
3.1 Khái niệm công nghệ hướng đối tượng trong điều khiển
Trong nhiều thập kỹ qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp
phần đáng kể vào sự phát triển của điều khiển tự động hóa. Có thể nói, ngày
nay, không một hệ thống điều khiển tự động thực tế nào dù đơn giản, mà
không có sự góp mặt của vi xử lý, máy tính và phần mềm. Nói đến công nghệ
thông tin trong điều khiển tự động và tự động hóa là ta nói đến ba lónh vực
chính: công nghệ máy tính (vi xử lý, vi điều khiển, PLC, máy tính công
nghiệp…), công nghệ phần mềm (phần mềm công nghiệp: phần mềm điều
khiển, SCADA…) và công nghệ truyền thông (Fieldbus, Bus hệ thống). Hầu hết
các sản phẩm tự động hóa ngày nay, đặc biệt là các hệ thống điều khiển lớn,
đều bao gồm cả ba phần trên.
Ngày nay, trong công nghệ phần mềm nói chung và phần mềm công
nghiệp nói riêng, công nghệ hướng đối tượng đóng một vai trò then chốt. Công
nghệ hướng đối tượng không những đã cách mạng hóa phương pháp thiết kế
xây dựng phần mềm, mà còn đổi mới cả tư duy của những người sử dụng. Một
kỹõ sư điều khiển có thể dễ dàng lập trình cho hệ thống điều khiển quá trình
bằng cách chọn và nối các khối chức năng có sẵn với nhau trên một giao diện
đồ họa trực quan. Song, đằng sau khả năng thuận tiện tưởng chừng như hiển
nhiên đó là những công nghệ phần mềm tương đối phức tạp, được xây dựng
dựa trên nền tảng của hàng loạt các phát triển mới, trong đó trước hết phải nói
tới công nghệ hướng đối tượng.
Lập trình hướng đối tượng được sử dụng rất nhiều trong tự động hoá
phần mềm, từ các công cụ lập trình, phần mềm soạn thảo văn bản, xử lý đồ
họa tới hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Gần đây nhất, vai trò quan trọng của
công nghệ hướng đối tượng trong các hệ thống tự động hóa được khẳng định
qua các chuẩn COM, ActiveX, OPC, IProfiNet.
Luận văn thạc só
- 23 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
3.2 Công nghệ hướng đối tượng
Đối tượng phân tán thông
minh công nghệ Agent
Công nghệ đối tượng thành phần phân tán
trúc đối tượng phân
DCOM, CORBA)
hệ
Phần mềm thành phần
( JavaBeans, ActiveX, VBX)
Phương pháp luận hướng đối tượng
(Phương pháp lập trình, mô hình
hóa, phân tích, thiết kế)
PMmodule
(Khối hàm,
Thư viện động)
H3.1 Mô hình tiến hoá của công nghệ phần mềm hướng đối tượng
Công nghệ hướng đối tượng là tất cả các công nghệ và kỹõ thuật phần
mềm dựa trên nền tảng của phương pháp luận hướng đối tượng. Nền tảng này
bao gồm:
-
Mô hình hóa hướng đối tượng
-
Phân tích và thiết kế hướng đối tượng
-
Lập trình hướng đối tượng
Sơ đồ phác thảo trên hình vẽ cho thấy cái nhìn sơ lược về sự tiến hóa
của công nghệ hướng đối tượng. Công nghiệp phần mềm phải luôn đáp ứng
nhu cầu ngày càng cao của thị trường, trong khi trình độ nhân lực (phát triển
phần mềm) và công nghệ chưa theo kịp sát bước, mặt khác các công ty phần
mềm cũng phải cạnh tranh khốc liệt với nhau, phải tranh thủ thời gian để đưa
sản phẩm mới ra thị trường một cách sớm nhất.
Một điểm cần lưu ý nữa là công nghệ hướng đối tượng không chỉ là lập
trình hướng đối tượng mà tư duy hướng đối tượng, các phương pháp mô hình
hóa hướng đối tượng, phân tích hướng đối tượng cũng giúp ích rất nhiều cho
việc thiết kế hệ thống.
3.3 Lập trình hướng đối tượng
Luận văn thạc só
- 24 -
GVHD: TS.HOÀNG MINH TRÍ
TPC
Browser- based Remote
Operator Terminal
HVTH: PHAN THANH PHƯƠNG
ERP
Notebook
SCM
WAP
Business Level
Information Integration
Intranet
Weblink-2000
WebOIT
PDA
Web CON
Branch Office A
Branch Office B
Weblink-2000
Plant
Level
ADAM-5000
PLC Brand A
PLC Brand B
ADAM-4000
H3.2 Mô hình lập trình hướng đối tượng
Với đa số người quan tâm thì khái niệm hướng đối tượng mới chỉ dừng
lại là một phương pháp lập trình ở mức trừu tượng cao hơn lập trình có cấu trúc.
Rõ ràng, xu thế phát triển của các ngôn ngữ lập trình máy tính là hướng dần tới
tư duy của người lập trình và thoát khỏi sự lệ thuộc vào nền máy tính cụ thể.
Điều đó có nghóa là người lập trình có thể biểu diễn thế giới thực và các ý
muốn của mình thông qua ngôn ngữ lập trình một cách tự nhiên hơn, trực tiếp
hơn là phải tư duy trói buộc với từng câu lệnh, thanh ghi hay ô nhớ theo cách
thức làm việc của vi xử lý. Các ngôn ngữ máy cũng như các loại hợp ngữ đã
dần được thay thế bằng các ngôn ngữ lập trình bậc cao như FORTRAN,
PASCAL và C, bên cạnh hỗ trợ khả năng lập trình tuần tự cổ điển, các ngôn
ngữ bậc cao này cho phép lập trình theo phương pháp có cấu trúc. Điểm đặc
biệt của lập trình có cấu trúc là việc phân tích, chia nhỏ chương trình thành các
cấu trúc dữ liệu và giải thuật nhỏ gọn và sử dụng các cú pháp lập trình rất chặt
chẽ về mặt cấu trúc. Kết quả là không chỉ việc lập trình trở nên dễ dàng hơn,
Luận văn thạc só
- 25 -
