Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. C7Module2906061PLC và DCS ra đời không cách xa nhau nhiều. Nếu PLC chuyên sâu về điều khiển Logic rời rạc (discrete) thì DCS lại thiên về điều khiển quá trình (Process control). Tuy nhiên, ứng dụng của DCS thường dành cho các nhà máy xí nghiệp lớn, cho nên nếu dùng điều khiển tập trung sẽ rất tốn kém, cả về đầu tư ban đầu lẫn giá thành bảo trìvận hành. Vì vậy, các hệ DCS đã ứng dụng phương thức điều khiển phân tán thay vì điều khiển tập trung như PLC. Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. Thực tế, với các hệ thống PLC lớn như 9070 của GE Fanuc hay S7400 của Siemens đều có các hình bóng của DCS như điều khiển phân tán qua mạng, điều khiển PID, dự phòng nóng... và giá thành của các hệ PLC này cũng tiệm cận giá của các hệ DCS. Như vậy, các đặc điểm chính của 1 hệ thống DCS là: Điều khiển quá trìnhPID, Cascade PID, Ratio control, Feedforward... Điều khiển phân tán qua mạng FieldBUSProfibus, Device Net, FF... Dự phòng nóng (Redundancy) và có khả năng Hot plug. Nạp chương trình khi hệ thống đang chạy. Và nhiều đặc điểm khác. Do vậy, DCS là một trong các thiết bị sử dụng phương pháp điều khiển phân tán, nhưng không phải là duy nhất. Ngược lại, DCS không chỉ điều khiển phân tán mà còn rất nhiều chức năng như trên. C7Module2906061_copy Rất nhiều người nhầm lẫn các hệ SCADA với DCS, cũng có người cho rằng PLC+PC= DCS. Tại sao lại dễ nhầm như vậy? Vì hệ SCADA cũng có yếu tố điều khiển qua mạng, SCADA cũng có các phần mềm HMI, các data server. Tuy nhiên, đây là 2 hệ thống khác nhau. Trong hệ thống DCS, có cả điều khiển đối tượng và điều khiển giám sát. Chức năng điều khiển đối tượng được thực hiện bởi các trạm điều khiển (Control station), còn chức năng điều khiển giám sát được thực hiện tại trạm vận hành (Operator station). Trong khi đó, SCADA chỉ có điều khiển giám sát, còn điều khiển đối tượng cũng có thể tồn tại trong các hệ thống điều khiển chung, nhưng nằm ngoài chức năng của hệ SCADA. Còn PLC+PC=DCS, có đúng vậy không? Giống vậy nhưng không đúng vậy. Vì PLC dù đã còn rất ít sự khác biệt với DCS nhưng vẫn không phải là DCS do thiếu những tính năng chủ đạo hoặc các tính năng này không hoàn thiện như DCS. Còn PC trong hệ PLC và DCS có nhiệm vụ không hoàn toàn giống nhau. PC trong hệ DCS có cả chức năng trạm vận hành lẫn trạm thiết kếkỹ thuật. PC trong hệ PLC có thể chạy các phầm mềm HMI, SCADA, nhưng chưa thể là trạm vận hành một cách đầy đủ như trong hệ DCS. Để xây dựng một hệ thống điều khiển phân tán, chúng ta có thể sử dụng rất nhiều loại thiết bị khác nhau và có tích hợp của tất cả các loại thiết bị này. Ví dụ, chúng ta có thể dùng PLC để xây dựng 1 hệ thống điều khiển phân tán, nếu bài toán điều khiển thiên về Logic và ít đòi hỏi cao về điều khiển quá trình. Hiện nay, xuất hiện nhiều hệ điều khiển lai (hybrid) trong đó có cả PLC và DCS hoặc thực hiện chức năng của cả hai hệ thống này. CommanD Automation đang là đại lý của Supcon về DCS và GE Fanuc về PLC và HMI. Trong đó, Supcon DCS ngoài chức năng của hệ DCS còn rất mạnh về điều khiển logic. Vì vậy, Supcon DCS sẽ có lợi thế hơn các hệ điều khiển lai khác về tính đồng bộ và tính hệ thống. Còn GE Fanuc có các hệ thống PAC, có tính năng mạnh mẽ của cả PLC, DCS mà lại còn là hệ thống PC based tuyệt vời. PAC của GE Fanuc còn cho phép nhà sản xuất thứ ba nối ghép sản phẩm nhúng của mình vào bus hệ thống vì dùng chuẩn chung VME và Ex PCI. Chúng ta lại được nhìn thấy tính mở thật sự của 1 hệ thống điều khiển không thua kém gì với chiếc PC chúng ta đang dùng. Ngoài ra, CommanD Automation còn đang phát triển sản phẩm điều khiển phân tán riêng của mình với các thế hệ Preloaded PLC Cd5000, PLC tích hợp HMI Cd6000, Compact PLC C7. Các thiết bị này vừa có thể là 1 thiết bị điều khiển khả trình độc lập, vừa có thể là các Module điều khiển phân tán. Nghĩa phân tán của CommanD PLC không chỉ ở ý nghĩa phân tán chấp hành như các hệ DCS mà phân tán cả tính toán và điều khiển. Vì vậy, trong hệ điều khiển phân tán của CommanD, các Field device chấp hành các lệnh của Master Control Unit vừa có thể thực hiện một số chức năng riêng biệt của mình, cho nên khi hệ thống trung tâm có trục trặc thì các field device vẫn có khả năng tiếp tục thực hiện chức năng của mình.
HMS Chương 6 1 Thá ng Sáu 2015 Chương 6: Xử lý thời gian thực và xử lý phân tán 7.1 Khái niệm “thời gian thực” 7.2 Hệ điều hành thời gian thực 7.3 Khái niệm “xử lý phân tán” 7.4 Các kiến trúc xử lý phân tán 7.5 Các cơ chế giao tiếp trong hệ phân tán HMS Chương 6 2 Thá ng Sáu 2015 7.3 Khái niệm xử lý phân tán Xử lý phân tán là hình thức xử lý thông tin tất yếu của các hệ thống phân tán nói chung và các hệ thống điều khiển phân tán nói riêng Xử lý phân tán giúp nâng cao năng lực xử lý thông tin của một hệ thống, góp phần cải thiện tính năng thời gian thực, nâng cao độ tin cậy và tính linh hoạt của hệ thống. Phân biệt các khái niệm: – Xử lý cục bộ => ứng dụng đơn độc – Xử lý cạnh tranh => ứng dụng đa nhiệm – Xử lý tập trung => ứng dụng tập trung – Xử lý nối mạng => ứng dụng mạng (giao tiếp hiện) – Xử lý phân tán => ứng dụng phân tán (giao tiếp ngầm) HMS Chương 6 3 Thá ng Sáu 2015 Giao tiếp ngầm Giao tiếp hiện Giao tiếp hiện (explicit communication): – Hoạt động giao tiếp được coi là chức năng riêng – Sử dụng dịch vụ giao tiếp (ví dụ lập trình) cần biết rõ về hệ thống truyền thông (kiến trúc giao thức) Hệ thống truyền thông A B A B Hệ thống truyền thông Giao tiếp ngầm (implicit communication): – Hoạt động giao tiếp được thực hiện ngầm khi cần thiết – Sử dụng dịch vụ giao tiếp (ví dụ lập trình) cần biết rõ về hệ thống truyền thông (kiến trúc giao thức) HMS Chương 6 4 Thá ng Sáu 2015 7.4 Các kiến trúc xử lý phân tán Kiến trúc Master/Slave – Chức năng xử lý thông tin được phân chia trên nhiều trạm tớ – Một trạm chủ phối hợp hoạt động của nhiều trạm tớ – Các trạm tớ có vai trò, nhiệm vụ tương tự như nhau – Các trạm tớ có thể giao tiếp trực tiếp, hoặc không Master Slave Slave Slave Ví dụ: Bộ điều khiển Ví dụ: Các vào/ra phân tán, các thiết bị trường HMS Chương 6 5 Thá ng Sáu 2015 Kiến trúc Client/Server – Chức năng xử lý thông tin được phân chia thành hai phần khác nhau, phần sử dụng chung cho nhiều bài toán được thực hiện trên các server, phần riêng thực hiện trên từng client. – Giữa các client không cần thiết có giao tiếp trực tiếp – Vai trò chủ động trong giao tiếp thuộc về client Server Client Client Client Ví dụ: Các trạm vận hành Ví dụ: Các bộ điều khiển hoặc các trạm quản lý dữ liệu Server HMS Chương 6 6 Thá ng Sáu 2015 Kiến trúc bình đẳng – Các trạm có vai trò bình đẳng, phải phối hợp hoạt động, hình thức giao tiếp trực tiếp với nhau không qua trung gian A A A A A Ví dụ: Các trạm điều khiển phân tán (kiến trúc PLC/DCS) hoặc các thiết bị trường thông minh (kiến trúc FCS) HMS Chương 6 7 Thá ng Sáu 2015 Kiến trúc tự trị – Các trạm có vai trò bình đẳng, có thể hoạt động hoàn toàn độc lập nhưng sự phối hợp hoạt động tạo hiệu quả cao nhất A A A A A Ví dụ: Các hệ thống xây dựng theo công nghệ Agent, Multi-Agent HMS Chương 6 8 Thá ng Sáu 2015 7.5 Các cơ chế giao tiếp trong hệ ĐK phân tán Dữ liệu toàn cục (Global Data) – Giống như một vùng nhớ chung – Mỗi trạm đều chứa một ảnh của bảng dữ liệu toàn cục, trong đó có toàn bộ dữ liệu cần trao đổi của tất cả các trạm khác – Mỗi trạm gửi phần dữ liệu của nó tới tất cả các trạm, mỗi trạm tự cập nhật ảnh của bảng dữ liệu toàn cục – Đơn giản, tiền định nhưng kém hiệu quả – Áp dụng cho lượng dữ liệu nhỏ, tuần hoàn, thích hợp trong kiến trúc bình đẳng (ví dụ giữa các trạm điều khiển). HMS Chương 6 9 Thá ng Sáu 2015 Hỏi tuần tự (Polling, Scanning) – Một trạm đóng vai trò Master – Cơ chế hỏi/đáp tuần tự theo trình tự đặt trước – Đơn giản, tiền định, hiệu quả cao – Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn, thích hợp trong kiến trúc Master/Slave Master Slave1 Slave2 Slave3 Message1 Response1 Message2 Response2 Message3 Response3 HMS Chương 6 10 Thá ng Sáu 2015 Tay đôi (Peer-To-Peer) – Hình thức có liên kết hoặc không liên kết, cấu hình trước hoặc không cấu hình trước, có xác nhận hoặc không xác nhận, có yêu cầu hoặc không có yêu cầu – Linh hoạt nhưng thủ tục có thể phức tạp – Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn hoặc không tuần hoàn, thích hợp cho tất cả các kiến trúc khác nhau. Chào/đặt hàng (Subscriber/Publisher) – Nội dung thông báo được một trạm chủ chào và các trạm client đặt theo cơ chế tuần hoàn hoặc theo sự kiện – Thông báo chỉ được gửi tới các trạm đặt (có thể gửi riêng hoặc gửi đồng loạt) – Linh hoạt, tiền định, hiệu suất cao – Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn hoặc không tuần hoàn, thích hợp cho kiến trúc Client/Server hoặc kiến trúc bình đẳng. [...]... Hộp thư (Mailbox) Chương 6 – Các trạm sử dụng một môi trường trung gian như files, một cơ sở dữ liệu hoặc một chương trình server khác để ghi và đọc dữ liệu – Mỗi bức thư mang dữ liệu và mã căn cước (nội dung thư hoặc /và người nhận) – Gửi và nhận thư có thể diễn ra tại bất cứ thời điểm nào – Linh hoạt nhưng kém hiệu quả, không đảm bảo tính năng thời gian thực – Áp dụng cho trao đổi dữ liệu . ngầm) HMS Chương 6 3 Thá ng Sáu 2015 Giao tiếp ngầm Giao tiếp hiện Giao tiếp hiện (explicit communication) : – Hoạt động giao tiếp được coi là chức năng riêng – Sử dụng dịch vụ giao tiếp (ví. trúc giao thức) Hệ thống truyền thông A B A B Hệ thống truyền thông Giao tiếp ngầm (implicit communication) : – Hoạt động giao tiếp được thực hiện ngầm khi cần thiết – Sử dụng dịch vụ giao tiếp