Tài liệu tự động hóa công nghiệp ppt

tự động hóa công nghiệp
Giới thiệu
Các nhà thiết kế ứng dụng công
nghiệp hiện nay đang có hai lựa
chọn trong việc tương tác với các
quá trình sản xuất thông qua bộ
điều khiển logic khả tr
ình (PLC):
h
ọ có thể mua một giao diện người
- máy (HMI) đóng gói sẵn, nguyên
kh
ối, đã lập trình sẵn, hoàn chỉnh
và sẵn sàng hoạt động, hoặc họ có
thể tự xây dựng giải pháp cho riêng mình.
Các gói ph
ần mềm HMI đóng gói sẵn rất hấp dẫn vì đã ẩn đi rất nhiều tác vụ
phức tạp. Mua phần mềm phát triển từ một nhà phân phối chính thức, nạp nó
vào máy tính phát triển rồi đặt cấu hình, gỡ rối và chạy thử. Sau đó, chỉ cần
triển khai các ứng dụng thời gian chạy, máy chủ số liệu và các tệp tin cấu
hình cần thiết lên (các) máy tính. Còn gì dễ dàng hơn?
Thế nhưng các giải pháp phần mềm HMI có sẵn lại không nhất thiết phải là
cách ti
ếp cận tốt nhất hoặc thực tế nhất đối với các ứng dụng công nghiệp
riêng của từng đối tượng.
Ví dụ, mặc dù các gói phần mềm HMI đóng gói sẵn cho phép kết nối với các
thiết bị, phần mềm và hệ thống của các nhà cung cấp khác thông qua OPC
hoặc các chuẩn khác, thì những kết nối đó lại hiếm khi phù hợp với điều
khiển thời gian thực hoặc bảo mật cao. Và không cần biết gói sử dụng công
nghệ tích hợp tiên tiến tới mức nào, ta sẽ bị chậm ở mỗi khúc quanh của
công nghệ. Ví dụ, nếu bạn đã mua một gói phần mềm sử dụng mô hình đối

tượng chung phân tán (DCOM) v
à muốn tận dụng những ưu thế về bảo mật
và bền vững mà Microsoft đã có được kể từ khi bạn mua gói phần mềm, bạn
sẽ phải mua một gói phần mềm khác. Ngoài ra, bản chất nguyên khối của
các đơn chào hàng đóng
gói sẵn thường gây khó cho việc tích hợp trực tiếp
ứng dụng của b
ên thứ ba vào giải pháp của bạn, và do đó giới hạn các lựa
chọn trong tương lai.
Sau đó là vấn đề đào tạo. Vì môi trường phát triển và hành vi của các phần
mềm thay đổi tùy theo nhà cung cấp HMI, bạn sẽ cần phải có được những kỹ
năng chuyên biệt để ho
àn thành các nhiệm vụ tương tự. Các khóa đào tạo,
giá thành, và lịch học thay đổi tùy theo nhà cung cấp HMI và thường được
mời chào thông qua các kênh phân phối độc quyền. Có thể xem xét khả năng
thuê người ngoài, nhưng vì cần có kinh nghiệm và huấn luyện chuyên biệt
nên số lượng chuyên gia tương đối ít, do đó giá thành tăng lên.
Và đối với nhiều người, giá th
ành của việc cài đặt nhiều lần thậm chí còn là
m
ột vấn đề lớn hơn. Trước khi có thể thực sự cài đặt một giải pháp lên máy
tính, thi
ết bị xách tay, hoặc các trạm chủ web, người ta còn phải trả thêm
ti
ền cho việc cài đặt phần mềm lên nhiều thiết bị. Nếu ta có nhiều người
dùng, điều n
ày sẽ dẫn tới một chi phí đáng kể, và thường làm cho cách tiếp
cận này trở nên rất đắt đỏ, đặc biệt là nếu như phải trả tiền cho nhiều chức
năng mà thực ra chỉ cần ít chức năng.
Cuối cùng là tính mơ hồ. Mặc dù các giải pháp đóng gói sẵn có thể được

thiết kế tốt và linh hoạt, chúng luôn luôn dẫn đến những thỏa hiệp không cần
thiết nếu giải pháp được thiết kế cho những ứng dụng chuyên dụng. Dù đó là
vấn đề về chức năng hay chỉ là tính tự tôn, nó có thể đóng vai trò đáng kể
vào sự thỏa mãn của khách hàng
v
ới giao diện thu được.
Lợi ích của một giải pháp đặt
hàng
Tự xây dựng HMI và hệ thống liên
l
ạc của riêng mình có thể khắc
phục được những hạn chế của các
gói phần mềm sẵn có, đặc biệt nếu
ta có sẵn các nguồn lực của riêng
mình. B
ạn cũng có thể tiết kiệm
bằng cách chỉ xây dựng các chức
năng mà bạn cần. V
à một khi làm
xong, b
ạn sở hữu nó, vì thế bạn có
thể cài đặt nó lên bao nhiêu máy
c
ũng được, với một vẻ bề ngoài,
c
ảm giác, và thiết kế cuối cùng
hoàn toàn độc nhất đối với bạn và công ty của bạn và hoàn toàn phù hợp với
mọi ứng dụng của bạn. Trên hết, bạn có thể tùy biến và thay đổi nó tùy ý cho
nh
ững ứng dụng khác.

Nhưng có nhiều công ty đ
ã bỏ lỡ mất cơ hội tận dụng lợi ích của HMI đặt
hàng chỉ vì họ không có thời gian hoặc nguồn lực cho việc này và phải dùng
m
ột giải pháp đóng gói sẵn. Tuy nhiên, ngày nay, các môi trường xây dựng
ứng dụng hiện đại v
à các bộ công cụ dựa trên cơ sở cấu thành đang khiến
cho các công ty tận hưởng sự linh hoạt và giá thành rẻ của một ứng dụng đặt
hàng, mà không cần phải hi sinh sự đơn giản trong sử dụng và vẻ bóng bẩy
của một giải pháp đóng gói sẵn.
Không giống như các giải pháp “tự xây dựng lấy” trước đây, vốn chỉ hứa
hẹn về khả năng tùy biến nhưng cuối cùng vẫn đòi hỏi sự đầu tư đáng kể về
thời gian và công sức, các kỹ sư và các chuyên gia vận hành có thể lắp ghép
các giao diện mới bằng cách nhập các thông số vào các hộp thoại, và đôi khi
cũng cần phải lập trình mã lệnh một chút. Bí mật nằm ở việc sử dụng các
công cụ phát triển phần mềm .NET mã nguồn mở để gia công các cấu thành
HMI ti
ền thiết kế rẻ tiền và các bộ điều khiển truyền thông thành một HMI
phù hợp với các ứng dụng và sự nhạy cảm một cách hoàn hảo.
.NET đ
ã mau chóng trở thành nền tảng của việc lựa chọn trong công nghệ
thông tin, với nhiều công ty đã bố trí nhân lực và huấn luyện họ để cài đặt và
h
ỗ trợ lâu dài. Những người cần công nghệ .NET chỉ để dùng vào việc phát
triển HMI có thể tải miễn phí phiên bản Visual Studio .NET từ Microsoft.
báo sẽ xem xét kỹ hơn các giải pháp dựa trên cơ sở cấu thành này, đặc biệt
là khi chúng liên quan đến việc xây dựng HMI và truyền thông cho các hệ
thống dựa trên cơ sở PLC trong môi trường .NET.
Tóm tắt lịch sử của các giao diện PLC - người
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) dựa trên máy tính được đưa ra năm

1968. Nó thay thế các bộ điều khiển rơle bằng dây nối kém linh hoạt đang
được sử dụng lúc bấy giờ. Các PLC đời đầu dựa v
ào các nút ấn gắn trên
panel và các đèn báo để tạo ra một “giao diện người - máy” thô sơ, hay còn
g
ọi là HMI.
HMI d
ựa trên máy tính đầu tiên dùng cho PLC xuất hiện trong những năm
1980. Các giao diện này dựa trên lệnh văn bản và thường là tài sản của từng
nhà sản xuất PLC.
Trong những năm 1980, một số công ty phần mềm công nghiệp nhỏ và độc
lập bắt đầu xây dựng các HMI dựa trên máy tính có tính mở hơn. Tiếp theo
sự xuất xưởng của hệ điều hành Microsoft Windows cuối những năm 1980,
giao diện người dùng đồ họa dựa trên máy tính đầu tiên dùng cho PLC đã có
m
ặt. Là một lớp, các giao diện đồ họa này cung cấp cả hai chức năng HMI
và thu thập số liệu và giám sát điều khiển (SCADA). Mặc dù còn lâu mới
hoàn thiện, Windows đã chứng tỏ rằng nó là một nền tảng tuyệt vời để xây
dựng HMI và các ứng dụng công nghiệp khác. Việc cách tiếp cận này tăng
lên nhanh chóng về số lượng không có gì đáng ngạc nhiên cả. Khi Microsoft
bổ sung các chức năng mới cho hệ điều hành Windows, các chức năng này
d
ần dần được tích hợp vào các giải pháp phần mềm công nghiệp của bên thứ
ba. Cổng Web nhúng là một ví dụ.
Sau đó, khoảng năm 2001, Microsoft giới thiệu công nghệ lập tr
ình .NET,
môi trường xây dựng và điều hành ứng dụng thế hệ tiếp theo cho Windows
của công ty. Microsoft .NET sử dụng tối đa các dịch vụ web và các công
ngh
ệ tích hợp mã nguồn mở khác để đem lại một nền tảng vô cùng mạnh mẽ

trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng, đơn giản hóa việc chia sẻ
thông tin giữa các máy tính và các hệ điều hành.
Tuy nhiên Microsoft .NET đã làm cho rất nhiều nhà sản xuất phần mềm
HMI hàng đầu bị tụt lại phía sau trong việc trợ giúp công nghệ mới v
à không
th
ể theo kịp những bước tiến nhanh chóng của các nền tảng và các hệ điều
hành. Không giống như các giải pháp phần mềm HMI đơn khối, ngày nay,
các gi
ải pháp “tự-làm-lấy” có thể tận dụng tối đa mọi thứ mà .NET phải
cung cấp thông qua các cấu thành và các phần mềm phụ của bên thứ ba.
Xem xét .NET kỹ hơn
Microsoft .NET vừa là một chiến lược vừa là một cấu trúc phần mềm. Theo
chủ tịch Bill Gates của Microsoft, chiến lược .NET “quan trọng như chuyển
từ DOS sang Windows”. Thực tế thì .NET đại diện cho cố gắng của
Microsoft trong việc biến Windows thành một nền tảng phát triển, cải thiện
việc tương tác với các sản phẩm và ứng dụng không dựa trên Microsoft, và
c
ải thiện tổng thể độ tin cậy và an toàn.
Như trang mạng của Microsoft đã giải thích, “Microsoft .NET là một tập các
công nghệ phần mềm của Microsoft dùng để kết nối thông tin, người dùng,
các h
ệ thống và các thiết bị. Nó cho phép tích hợp phần mềm ở mức độ cao
hơn
thông qua việc sử dụng các dịch vụ web - các ứng dụng khối xây dựng
rời rạc và nhỏ, vốn kết nối với nhau cũng như với các ứng dụng khác lớn
hơn qua Internet”. Được viết bằng ngôn ngữ XML, một ngôn ngữ phổ quát
dùng để trao đổi dữ liệu, các dịch vụ web n
ày cho phép thông tin liên lạc
trên toàn Internet (hoặc trong các mạng nội bộ) giữa các nguồn không kết

nối khác.
XML, ngôn ngữ mà dựa vào đó mọi dịch vụ web được xây dựng, là một
chuẩn công nghiệp mở do tập đoàn World Wide Web quản lý. XML tách
chính bản thân số liệu thực ra khỏi việc biểu diễn số liệu đó, làm cho việc xử
lý dữ liệu và trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng trở nên đơn giản hơn. XML
cho phép gộp các nguồn khác nhau vào thành một đơn vị thông tin đơn nhất.