A
Theo E-Autonews,
Bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC - Programmable automation controller) là sự kết hợp những “tinh túy” của PLC và PC để tạo nên một nền tảng truyền tải chức năng lớn hơn, độ mở rộng hơn và linh hoạt cao hơn. Trong nhiều thập kỷ qua, các kỹ sư đã phát triển giải pháp tự động hóa công nghiệp với sự trợ giúp rất lớn của bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Khi thử thách xuất hiện thì PLC cũng tiến hóa, kết hợp với I/O tương tự, khả năng liên lạc mạng và chuẩn lập trình để kịp thời giải quyết thử thách đó. Còn những ai có nhu cầu cao hơn, vượt qua cả khả năng mà PLC có thể làm được thì họ lại chuộng PC với những bộ xử lý tiên tiến, I/O tốc độ cao và công cụ phát triển phần mềm tiên bộ. Tuy nhiên, để đổi lấy sự linh hoạt này người ứng dụng phải trả cái giá khá cao vì PC được thiết kế ra không phải dùng cho môi trường công nghiệp và hệ điều hành PC chuẩn không đủ ổn định và tin cậy cho những ứng dụng điều khiển công nghiệp. Chình vì vậy, một giải pháp lai (hybrid) xuất hiện. Các kỹ sư bắt đầu sử dụng PLC cho việc điều khiển vòng đóng, còn PC phục vụ cho những chức năng tiên tiến như tích hợp thị giác, I/O tốc độ cao và ghi dữ liệu.
Hình 1: PAC đa dạng về thiết kế và kết hợp sức mạnh xử lý cùng sự linh hoạt của phần mềm PC với độ cứng vững và tin cậy của PLC
Bản chất của giải pháp lai là sự kết hợp các nền tảng phần mềm và phần cứng của nhiều nhà sản suất thành một, và chính vì thế, nó cũng nảy sinh vấn đề khi đưa vào ứng dụng. Đầu tiên là vấn đề tích hợp và bảo trì. Còn các kỹ sư lúc này lại kiếm tìm một nền tảng thông nhất với nhiều chức năng, kiến trúc mođun - mở, được hỗ trợ đầy đủ các đặc điểm trong môi trường lập trình.
Lời giải cho các kỹ sư đó là một nền tảng bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC). Giờ đây, kỹ sư có một thế hệ bộ điều khiển hợp nhất khả năng xử lý, tốc độ thu thập dữ liệu và sức mạnh liên lạc của PC với độ tin cậy và cấu trúc công nghiệp của PLC (hình 1).
Đo lường công nghiệp
Song song với những tiến bộ trong công nghệ bộ điều khiển tự động hóa, sự theo đuổi không ngừng nghỉ nâng cao hiệu quả trong hệ thống tự động hóa kết hợp với những tiến bộ trong phát triển những hệ thống mới là động lực tạo nên nhiều sự đổi mới quan trọng trong công nghệ đo lường công nghiệp. Mặc dù về cơ bản, thiết bị đo đạc không có thay đổi nhiều loại, nhưng về chất lượng thì có cải tiến rõ rệt. Cảm biến ngày nay cung cấp độ nhạy cao hơn, thời gian đáp ứng nhanh hơn, độ bền và độ ổn định dài hạn. Đó chính là yếu tố tạo ra hàng loạt thế hệ cảm biến tin cậy, cho kết quả đo chính xác hơn. Ngoài ra, các thế hệ cảm biến bây giờ có các ADC và DAC onboard giúp loại bỏ các mạch tuyến tính bên ngoài cho cảm biến.
Vậy thì, PAC và sự tiến bộ trong công nghệ cảm biến có quan hệ không? Câu trả lời tất nhiên sẽ là có. PAC cho phép bạn tận dụng tối đa sự chính xác của cảm biến thông qua điều hòa tín hiệu và độ phân giải đo cải tiến. Phần cứng thu thập dựa trên PAC cung cấp khoảng 18 bit độ phân dải và điều hoà tín hiệu cho nhiều cảm biến đầu ra, gồm thước đo và LVDT, những thiết bị này trước đây cần có bộ điều hoàn tín hiệu chính xác thì mới đảm bảo độ chuẩn của kết quả đo.
Một lĩnh vực phát triển khác của công nghệ đo lường công nghiệp là tốc độ vòng tương tự (analog). Những ứng dụng công nghiệp có tốc độ quét đầu vào tương tự tại hoặc dưới 100 Hz. Với nhiều ứng dụng, gồm giám sát vòng quay và độ rung, thì ở tần số này là quá thấp và có thể gây ra việc bỏ sót những thông số đo quan trọng. Với sức mạnh xử lý và kiến trúc của PAC, bạn có thể có giải pháp đo đạc chính xác cao với hàng nghìn hay thậm chí hàng triệu mẫu/giây. Tốc độ truyền dữ liệu cao đảm bảo phát hiện cả những thay đổi nhỏ nhất. Cho đến nay, người sử dụng đã tích hợp thành công PAC vào những ứng dụng điều khiển mạnh mẽ, trong đó tốc độ vòng điều khiển được kiếm soát chặt chẽ làm tăng tốc độ đo đầu vào và nâng cao khả năng phân tích dữ liệu thời gian thực, như vậy, làm tăng đáng kể hiệu quả trong công việc.
Cấu trúc mở của PAC cũng là yếu tố làm đơn giản hóa việc nâng cấp cho các hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp sẵn có tại sàn máy. Trong nhiều ứng dụng, người sử dụng chạy PAC song song với những hệ thống điều khiển đã có. Điều này giúp nâng cao thêm khả năng như truy cập dữ liệu trực tuyến, hay tạo ra một hệ thống điều khiển và tự động hóa độc lập.
Hơn nữa, tích hợp PAC vào hệ thống sẵn có, bạn chỉ cần thao tác kết nối I/O số đơn giản giữa PAC và PLC. Ở cầu hình này, PAC cung cấp khả năng phân tích và thu thập dữ liệu tốc độ cao, và tạo đầu ra số cho PLC để tích hợp vào toàn bộ đường điều khiển. Ngoài ra, bus liên lạc và cổng bus chuẩn cho phép bạn bổ sung tính năng của PAC như thị giác máy và xử lý hình ảnh cho những kiến trúc nhà máy sẵn có bằng cách cắm PAC vào bus liên lạc chính của hệ thống mà chỉ cần rất ít, hoặc không cần cấu hình lại hệ thống đó. (hình 2).
Hình 2: PAC mang lại sự linh hoạt về phần mềm và phần cứng, tích hợp thị giác máy, chuẩn động và I/O tương tự tốc độ cao với chức năng phần mềm tiên tiến.
Lựa chọn phần mềm
PAC lai giữa PLC và PC cũng đã tạo ra độ linh hoạt và chức năng tiên tiến cho phần mềm. Với PLC, người sử dụng bị giới hạn trong logic thang cuốn để phát triển ứng dụng của mình. Các nhà phát triển đã cố gắng thử phát triển chuẩn lập trình mới cho PLC, nhưng những nỗ lực ấy lại cho kết quả ảm đạm. Và cho đến bây giờ, ngôn những lập trình thang cuốn vẫn là chuẩn cho PLC trong các ngành công nghiệp.
Không giống như PLC, PAC kế thừa sự linh hoạt, đa dạng trong ngôn ngữ lập trình của PC, như vậy người sử dụng có thể tự quyết định dùng kiến trúc phần mềm chứ không phải nhà cung cấp phần cứng. Bạn có thể chọn ngôn ngữ lập trình để phát triển, đơn giản hóa việc thống nhất code trong toàn nhóm và toàn bộ chu kỳ thiết kế. Kiến trúc phần mềm được xây dựng trên ngôn ngữ thông dụng và mở mang lại độ linh hoạt và mở rộng tối đa cho hệ thống.
Sự linh hoạt của phần mềm cũng mang lại cho người sử dụng PAC sự chủ động trong việc lựa chọn công nghệ bổ sung. Đứng trên phương diện một doanh nghiệp, với kiến trúc phần mềm mở PAC, bạn sẽ dễ dàng kết nối, ghi dữ liệu và liên lạc mạng. PAC có thể sử dụng phần mềm mở để kết hợp một cách dễ dàng với hệ thống tự động hóa sẵn có, phục vụ như một nút mạng bổ sung dựa trên bus liên lạc chuẩn giữa PLC và PC. Nhìn về tương lai của phần mềm công nghiệp, bạn có thể học hỏi từ các kỹ sư điều khiển nhúng trong các ngành công nghiệp hàng không và ô tô. Những kỹ thuật điều khiển tiên tiến được sử dụng trong thiết kế và ứng dụng các bộ điều khiển mạnh trong hệ thống tốc độ vòng cao, và những quá trình quan trọng trong nhiều công đoạn được thực hiện với phần mềm PC. Đến một lúc nào đó, thị trường điều khiển và tự động hóa công nghiệp phát triển vượt ngoài khả năng của thuật toán PID thì lúc đó người sử dụng PAC sẽ giải quyết vấn đề dễ dàng với hệ thống phần mềm linh hoạt và mở từ PC.
Bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC - Programmable automation controller) là sự kết hợp những “tinh túy” của PLC và PC để tạo nên một nền tảng truyền tải chức năng lớn hơn, độ mở rộng hơn và linh hoạt cao hơn. Trong nhiều thập kỷ qua, các kỹ sư đã phát triển giải pháp tự động hóa công nghiệp với sự trợ giúp rất lớn của bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Khi thử thách xuất hiện thì PLC cũng tiến hóa, kết hợp với I/O tương tự, khả năng liên lạc mạng và chuẩn lập trình để kịp thời giải quyết thử thách đó. Còn những ai có nhu cầu cao hơn, vượt qua cả khả năng mà PLC có thể làm được thì họ lại chuộng PC với những bộ xử lý tiên tiến, I/O tốc độ cao và công cụ phát triển phần mềm tiên bộ. Tuy nhiên, để đổi lấy sự linh hoạt này người ứng dụng phải trả cái giá khá cao vì PC được thiết kế ra không phải dùng cho môi trường công nghiệp và hệ điều hành PC chuẩn không đủ ổn định và tin cậy cho những ứng dụng điều khiển công nghiệp. Chình vì vậy, một giải pháp lai (hybrid) xuất hiện. Các kỹ sư bắt đầu sử dụng PLC cho việc điều khiển vòng đóng, còn PC phục vụ cho những chức năng tiên tiến như tích hợp thị giác, I/O tốc độ cao và ghi dữ liệu.
Hình 1: PAC đa dạng về thiết kế và kết hợp sức mạnh xử lý cùng sự linh hoạt của phần mềm PC với độ cứng vững và tin cậy của PLC
Bản chất của giải pháp lai là sự kết hợp các nền tảng phần mềm và phần cứng của nhiều nhà sản suất thành một, và chính vì thế, nó cũng nảy sinh vấn đề khi đưa vào ứng dụng. Đầu tiên là vấn đề tích hợp và bảo trì. Còn các kỹ sư lúc này lại kiếm tìm một nền tảng thông nhất với nhiều chức năng, kiến trúc mođun - mở, được hỗ trợ đầy đủ các đặc điểm trong môi trường lập trình.
Lời giải cho các kỹ sư đó là một nền tảng bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC). Giờ đây, kỹ sư có một thế hệ bộ điều khiển hợp nhất khả năng xử lý, tốc độ thu thập dữ liệu và sức mạnh liên lạc của PC với độ tin cậy và cấu trúc công nghiệp của PLC (hình 1).
Đo lường công nghiệp
Song song với những tiến bộ trong công nghệ bộ điều khiển tự động hóa, sự theo đuổi không ngừng nghỉ nâng cao hiệu quả trong hệ thống tự động hóa kết hợp với những tiến bộ trong phát triển những hệ thống mới là động lực tạo nên nhiều sự đổi mới quan trọng trong công nghệ đo lường công nghiệp. Mặc dù về cơ bản, thiết bị đo đạc không có thay đổi nhiều loại, nhưng về chất lượng thì có cải tiến rõ rệt. Cảm biến ngày nay cung cấp độ nhạy cao hơn, thời gian đáp ứng nhanh hơn, độ bền và độ ổn định dài hạn. Đó chính là yếu tố tạo ra hàng loạt thế hệ cảm biến tin cậy, cho kết quả đo chính xác hơn. Ngoài ra, các thế hệ cảm biến bây giờ có các ADC và DAC onboard giúp loại bỏ các mạch tuyến tính bên ngoài cho cảm biến.
Vậy thì, PAC và sự tiến bộ trong công nghệ cảm biến có quan hệ không? Câu trả lời tất nhiên sẽ là có. PAC cho phép bạn tận dụng tối đa sự chính xác của cảm biến thông qua điều hòa tín hiệu và độ phân giải đo cải tiến. Phần cứng thu thập dựa trên PAC cung cấp khoảng 18 bit độ phân dải và điều hoà tín hiệu cho nhiều cảm biến đầu ra, gồm thước đo và LVDT, những thiết bị này trước đây cần có bộ điều hoàn tín hiệu chính xác thì mới đảm bảo độ chuẩn của kết quả đo.
Một lĩnh vực phát triển khác của công nghệ đo lường công nghiệp là tốc độ vòng tương tự (analog). Những ứng dụng công nghiệp có tốc độ quét đầu vào tương tự tại hoặc dưới 100 Hz. Với nhiều ứng dụng, gồm giám sát vòng quay và độ rung, thì ở tần số này là quá thấp và có thể gây ra việc bỏ sót những thông số đo quan trọng. Với sức mạnh xử lý và kiến trúc của PAC, bạn có thể có giải pháp đo đạc chính xác cao với hàng nghìn hay thậm chí hàng triệu mẫu/giây. Tốc độ truyền dữ liệu cao đảm bảo phát hiện cả những thay đổi nhỏ nhất. Cho đến nay, người sử dụng đã tích hợp thành công PAC vào những ứng dụng điều khiển mạnh mẽ, trong đó tốc độ vòng điều khiển được kiếm soát chặt chẽ làm tăng tốc độ đo đầu vào và nâng cao khả năng phân tích dữ liệu thời gian thực, như vậy, làm tăng đáng kể hiệu quả trong công việc.
Cấu trúc mở của PAC cũng là yếu tố làm đơn giản hóa việc nâng cấp cho các hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp sẵn có tại sàn máy. Trong nhiều ứng dụng, người sử dụng chạy PAC song song với những hệ thống điều khiển đã có. Điều này giúp nâng cao thêm khả năng như truy cập dữ liệu trực tuyến, hay tạo ra một hệ thống điều khiển và tự động hóa độc lập.
Hơn nữa, tích hợp PAC vào hệ thống sẵn có, bạn chỉ cần thao tác kết nối I/O số đơn giản giữa PAC và PLC. Ở cầu hình này, PAC cung cấp khả năng phân tích và thu thập dữ liệu tốc độ cao, và tạo đầu ra số cho PLC để tích hợp vào toàn bộ đường điều khiển. Ngoài ra, bus liên lạc và cổng bus chuẩn cho phép bạn bổ sung tính năng của PAC như thị giác máy và xử lý hình ảnh cho những kiến trúc nhà máy sẵn có bằng cách cắm PAC vào bus liên lạc chính của hệ thống mà chỉ cần rất ít, hoặc không cần cấu hình lại hệ thống đó. (hình 2).
Lựa chọn phần mềm
PAC lai giữa PLC và PC cũng đã tạo ra độ linh hoạt và chức năng tiên tiến cho phần mềm. Với PLC, người sử dụng bị giới hạn trong logic thang cuốn để phát triển ứng dụng của mình. Các nhà phát triển đã cố gắng thử phát triển chuẩn lập trình mới cho PLC, nhưng những nỗ lực ấy lại cho kết quả ảm đạm. Và cho đến bây giờ, ngôn những lập trình thang cuốn vẫn là chuẩn cho PLC trong các ngành công nghiệp.
Không giống như PLC, PAC kế thừa sự linh hoạt, đa dạng trong ngôn ngữ lập trình của PC, như vậy người sử dụng có thể tự quyết định dùng kiến trúc phần mềm chứ không phải nhà cung cấp phần cứng. Bạn có thể chọn ngôn ngữ lập trình để phát triển, đơn giản hóa việc thống nhất code trong toàn nhóm và toàn bộ chu kỳ thiết kế. Kiến trúc phần mềm được xây dựng trên ngôn ngữ thông dụng và mở mang lại độ linh hoạt và mở rộng tối đa cho hệ thống.
Sự linh hoạt của phần mềm cũng mang lại cho người sử dụng PAC sự chủ động trong việc lựa chọn công nghệ bổ sung. Đứng trên phương diện một doanh nghiệp, với kiến trúc phần mềm mở PAC, bạn sẽ dễ dàng kết nối, ghi dữ liệu và liên lạc mạng. PAC có thể sử dụng phần mềm mở để kết hợp một cách dễ dàng với hệ thống tự động hóa sẵn có, phục vụ như một nút mạng bổ sung dựa trên bus liên lạc chuẩn giữa PLC và PC. Nhìn về tương lai của phần mềm công nghiệp, bạn có thể học hỏi từ các kỹ sư điều khiển nhúng trong các ngành công nghiệp hàng không và ô tô. Những kỹ thuật điều khiển tiên tiến được sử dụng trong thiết kế và ứng dụng các bộ điều khiển mạnh trong hệ thống tốc độ vòng cao, và những quá trình quan trọng trong nhiều công đoạn được thực hiện với phần mềm PC. Đến một lúc nào đó, thị trường điều khiển và tự động hóa công nghiệp phát triển vượt ngoài khả năng của thuật toán PID thì lúc đó người sử dụng PAC sẽ giải quyết vấn đề dễ dàng với hệ thống phần mềm linh hoạt và mở từ PC.