Tài liệu Ưu điểm của các giải pháp PAC ppt

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.