Hệ thống điều khiển phân tán - chương 5

Hệ thống điều khiển phân tán - chương 5

© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 1Chương 1Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán8/27/2005Chương 5: Kiến trúc PC-based Control 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSChương 5: Kiến trúc PC-based Control5.1 Tạisaosử dụng giải pháp PC5.2 Các vấn đề cơ bản của giải pháp PC5.3 Cấu hình cơ bảnmột hệ PC-based ControlCác loạigiải pháp khác nhau5.4 Hệ điều khiển phân tán trên nền PC5.5 Các điểmmấuchốt trong kiến trúc PC-based Control 3© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMS Hiệunăng tính toán cao với giá thành thấp, chu kỳđiềukhiểncóthể xuống tới1ms Kiếntrúcmáytínhphổ thông, quen thuộc Tính năng mở–Hệđiều hành thông dụng–Nốimạng đơn giản–Lậptrìnhtự do, công cụ lậptrìnhmạnh–Sử dụng các thành phầnchuẩn(off-the-shelf components) => component-based system (khác với integrated system) Có thể kếthợpcácchứcnăng điềukhiển cơ sở, điềukhiểncaocấpvàvận hành-giám sát (all-in-one system),  Dễ dàng ghép nốivớicácứng dụng cấptrên Độ tin cậyngàycàngđượccảithiện Ghép nối vào/ra đơn giản qua bus trường5.1 Tại sao sử dụng giải pháp IPC? 4© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSThị trường PC-based Control ở châu Âu(Theo Computerzeitung 5/1998)165.3345665.478.701002003004005006007001998 2000 2002 2004Doanh số dự báo (Triệu USD) 5© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSCác phạmvi ứng dụng tiêu biểu Các dây chuyềnchế tạo, lắpráp, đóng bao:– Thay thế giải pháp PLC truyềnthống => Slot-PLC, Soft-PLC–Kếthợpchứcnăng điềukhiểnvàvận hành-giám sát tạichỗ– Độ tin cậy không phảilàvấn đề đáng lo ngại Điềukhiển chuyển động:– Thay thế giải pháp CNC truyềnthống => Soft-CNC– Điềukhiểntaymáy Điềukhiểnmột nhóm thiếtbị, máy móc đơn lẻ Điềukhiển quá trình: công nghệ thựcphẩm, dượcphẩm, xử lý nướcsạch, nướcthải, CN bán dẫn, . SCADAÖ Khả năng xử lý nhanh, hỗnhợp, linh hoạt, dễ tíchhợp HMI và các chứcnăng cao cấp 6© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMS5.2 Các vấn ₫ề cơ bản củagiảiphápPC Nâng cao độ tin cậy: –Sử dụng các chủng loại PC công nghiệphoặcítraphảilàPC cóthương hiệutin cậy–Nếucóthể, nên sử dụng FlashROM thay cho đĩacứng–Cầnhệđiều hành tốt, hoạt động ổn định–Loạitrừ hoàn toàn các chương trình ứng dụng khác–Cầngiải pháp dự phòng nóng trong trường hợpcầnthiết Đảmbảotínhnăng thờigianthực:–Hệđiều hành thờigianthựchoặcítralà HĐH đa nhiệmcóđápứng phần cơ bảnvề tính năng thờigianthực (quan trọng nhất: chu kỳđiềukhiểnvà độ rung, jitter) Lậptrìnhthuậntiện–Nếu dùng ngôn ngữ bậc cao: cầnthư việnmạnh, dễ sử dụng–Tốthơnhết: công cụ lậptrìnhtrực quan + phầnmềm khung 7© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMS5.3 Cấuhìnhcơ bảnMTĐKBus trường, bus thiếtbịA S A SA S A SI/O I/ODesktop-PC PC-104 CompactPCISingle Board ComputerÂBắtbuộcsử dụng vào/ra từ xa hoặcthiếtbị bus trường 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSSlot-PLC, Embedded PLC PC + PLC dướidạng một card ISA/PCI PLC cho điềukhiển, PC cho lậptrình& vận hành-giám sát PLC hoạt động độclập, chỉ sử dụng nguồncấptừ PC PLC đượccàiđặthệđiều hành TGT Lập trình hoàn toàn tương tự như cho PLC thôngthường Giao tiếp PC <=> PLC đơn giản qua bus PCI/ISA Ưu điểm: gọnnhẹ, tương đốitin cậy Nhược điểm: –Chưalợidụng đượcthế mạnh thựcsự củaPC–Ítcósự lựachọncáckhối vào/ra 9© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSCấutrúcphầncứng Slot-PLCCPUMultiport-MemoryRAMEPROMPowersupplyBusdriverCPU RAMInterfacesPCSlot-PLCMonitorKeyboardSerialParallelField busPC BusPowersupplyAI/OS I/O 10© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control© 2005 - HMSMô hình phầnmềmSlot-PLCPC BIOS + ISA/PCI InterfacePC Operating System(WinNT, Win200, Linux, .) PLCProgramSCADA/HMIApplicationCông cụ lậptrìnhPLCCông cụ SCADA/HMIPLC Operating SystemISA/PCI InterfaceVí dụ sảnphẩm:– Phoenix Contact: PC WORX (sử dụng Interbus)– Siemens: WinAC, Component-based Automation [...]... MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS 5. 5 Các ₫iểmmấuchốtcủakiếntrúc PC-based Control  Kiếntrúchệ thống: –Mở, xây dựng trên cơ sở các thành phầnchuẩnhóa, off-the- shelf-components – Điềukhiển phânt tán hoặctập trung đều phù hợp –Chứcnăng điềukhiểnchủ yếutrênPC –Giaotiếp qua các chuẩn công nghiệp  Phát triểnhệ thống: Thông thường riêng biệtchotừng phần(trừ giải pháp PC-based DCS) ... Control Các loạigiải pháp khác nhau 5. 4 Hệ điều khiển phân tán trên nền PC 5. 5 Các điểmmấuchốt trong kiến trúc PC-based Control 5 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Các phạmvi ứng dụng tiêu biểu  Các dây chuyềnchế tạo, lắpráp, đóng bao: – Thay thế giải pháp PLC truyềnthống => Slot-PLC, Soft-PLC –Kếthợpchứcnăng điềukhiểnvàvận hành-giám sát tạichỗ – Độ tin cậy không... PC-based Control © 20 05 - HMS 5. 4 Hệ ₫iều khiển phân tán trên nền PC Field bus Ethernet I/O I/O A S A S ĐK ĐK ĐK I/O I/O Data Server OS ES SS IF THEN OS Mạng Cty Internet 2 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Chương 5: Kiến trúc PC-based Control 5. 1 Tạisaosử dụng giải pháp PC 5. 2 Các vấn đề cơ bản của giải pháp PC 5. 3 Cấu hình cơ bảnmột hệ PC-based Control Các... ngại  Điềukhiển chuyển động: – Thay thế giải pháp CNC truyềnthống => Soft-CNC – Điềukhiểntaymáy  Điềukhiểnmột nhóm thiếtbị, máy móc đơn lẻ  Điềukhiển q trình: cơng nghệ thựcphẩm, dược phẩm, xử lý nướcsạch, nướcthải, CN bán dẫn,  SCADA Ö Khả năng xử lý nhanh, hỗnhợp, linh hoạt, dễ tích hợp HMI và các chứcnăng cao cấp 14 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Mơ... diện COM PM Điềukhiển (C, C++, ) SCADA (WinCC) PM Điềukhiển (C, C++, ) SCADA (iFIX) OPC Server Giao diện COM thơng thường: Hiệusuấtcao Khótíchhợp các cơng cụ chun dụng Giao diệnOPC: Hiệusuấtkhácao Đanăng 18 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Dự phịng máy tính ₫iềukhiển Bus trường Ethernet-TCP/IP DCOM Tích cực/ Dự phịng Tích cực/ Dự phòng ĐKĐK 11 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương. .. SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Soft-PLC, SoftLogic  PC thựchiệnvớivaitrònhư mộtPLC  Yêu cầuphầnmềmchạy(PLC runtime engine)  Mơ hình lập trình hồn tồn tương tự như cho PLC thơng thường  Có thể tích hợpchứcnăng ĐK cao cấp, vận hành- giám sát  Ưu điểm: gọnnhẹ, rẻ  Nhược điểm: độ tin cậyphụ thuộcvàoPC 16 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Máy... SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Mơ hình phầnmềm Soft-PLC BIOS Operating System (WinNT, WinCE, VxWorks, QNX, RTLinux, ) Runtime Engine Task Manager I/O Manager Library Runtime Soft PLC Application SCADA/HMI Application Cơng cụ lậptrìnhPLC Cơng cụ SCADA/HMI Ví dụ sảnphẩm: – Softing: 4Control (nhiềuloại bus trường) – Siemens: WinLC 15 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based... –Phầnmềmgiaotiếp: COM/OPC Server  Phương pháp lậptrình –Cơngcụ chun dụng theo IEC 6113 1-3 –Cóthể sử dụng bổ sung: C/C++, Java, 20 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS DCS, PLC hay PC? DCS PLC PC Qui mô ứng dụng vừa/lớnvừa/nhỏ vừa/nhỏ Thời gian >100ms > 20ms > 1ms Điềukhiểnliêntụcrờirạclai Tính sẵn sàng ++ + +/o Giá thành cao vừaphảivừaphải Phát triển++++/++ Tính... biệtchotừng phần(trừ giải pháp PC-based DCS)  Giao diện quá trình: –Chủ yếudựa trên công nghệ bus trường (vào/ra từ xa hoặcsử dụng trựctiếpthiếtbị bus trường –VớiPC cócấu trúc module (ví dụ PC-104) có thể sử dụng vào/ra tập trung cho ứng dụng qui mô nhỏ 13 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Mơ hình giảipháptự do MTĐK Bus trường, bus thiếtbị A S A S A S A S I/O I/O Cơng... cậyphụ thuộcvàoPC 16 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 5: Kiến trúc PC-based Control © 20 05 - HMS Máy tính ₫iềukhiển  Cấuhìnhphầncứng tiêu biểu: – CPU: Pentium XX, RAM: > 64 MB – Khơng cần màn hình – Đĩacứng hoặcFlashROM –Giaodiện bus trường (DP, FF, DeviceNet, ) –GiaodiệnLAN  Cấuhìnhphầnmềmtiêubiểu Hệ iều hành: WinCE/NT/2000, VxWorks, QNX, RTLinux – Control Runtime: Quảnlýtácvụ, vào/ra, chẩn đoán, thư . HOÀNG MINH SƠNChương 1Chương 1Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán8 /27/200 5Chương 5: Kiến trúc PC-based Control 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control©. khác nhau5.4 Hệ điều khiển phân tán trên nền PC5 .5 Các điểmmấuchốt trong kiến trúc PC-based Control 3© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 5: Kiến trúc PC-based Control©