1 2 N Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
5.3. Giới thiệu WINCC
Từ nhiều năm nay, cỏc chủ đề bàn cói trong việc tớch hợp hệ thống dựa trờn cơ sở mạng truyền thụng cụng nghiệp đó khụng cũn là vấn đề “nờn” hay “khụng nờn”, mà thường xoay quanh cõu hỏi “mạng gỡ?”. Sự hiện diện của hàng loạt cỏc hệ thống truyền thụng cụng nghiệp khỏc nhau trong kỹ thuật tự động húa mang đến cho người sử dụng nhiều cơ hội lựa chọn, nhưng cũng khụng ớt thỏch thức. Vấn đề mấu chốt khi đỏnh giỏ, lựa chọn một giải phỏp khụng chỉ nằm ở yờu cầu về cỏc đặc tớnh kỹ thuật, mà cũn liờn quan tới độ linh hoạt, khả năng mở rộng và giỏ thành tổng thể của hệ thống.
Mỗi hệ thống truyền thụng cụng nghiệp cú những thế mạnh riờng và được trọng dụng trong một số lĩnh vực nhất định. Trong một tương lai gần, khú cú một loại nào cú thể chiếm được ưu thế tuyệt đối. Cũng chớnh vỡ vậy, cố gắng chuẩn húa một hệ bus trường thống nhất trong khuụn khổ IEC 61158 đó khụng thành như mục đớch đặt ra ban đầu. Thay vào đú, cỏc thành viờn trong ban xõy dựng chuẩn và cỏc đại gia tự động húa đó phải ngồi lại với nhau nhiều lần và vào cuối năm 1999 đó đưa ra một giải phỏp thỏa hiệp gồm nhiều hệ bus thụng dụng. Bờn cạnh chuẩn IEC 1158-2 cũ thỡ PROFIBUS, P-Net,
WorldFIP, INTERBUS, ControlNet, SwiftNet và Foundation Fieldbus’s HSE đó được đưa vào. Chuẩn mới này vẫn đang tiếp tục được phỏt triển và cho đến nay cũng đó bao gồm cả Foundation Fieldbus H1, Ethernet/IP và PROFInet.
Đối với cỏc nhà làm cụng việc thiết kế và tớch hợp hệ thống, việc đỏnh giỏ giải phỏp khụng phải bao giờ cũng là điều dễ dàng. Để cú một quyết định đỳng đắn trong việc chọn lựa một hệ thống bus, hoặc cũng cú khi phải kết hợp một vài hệ thống cho một giải phỏp tự động húa, ta phải chỳ ý tới khụng ớt những khớa cạnh kỹ thuật cũng như đặc điểm ứng dụng cụ thể. Dưới đõy, tỏc giả đưa ra một qui trỡnh lựa chọn giải phỏp mạng lần lượt dựa theo 4 tiờu chớ: Đặc thự của cấp ứng dụng, đặc thự của lĩnh vực ứng dụng, yờu cầu kỹ thuật chi tiết và yờu cầu kinh tế.
Ngay trong chương mở đầu, phần 1.3 đó phõn tớch rất rừ đặc thự của cỏc cấp ứng dụng và yờu cầu đối với cỏc hệ thống mạng truyền thụng cụng nghiệp tương ứng. Trong thực tế ngày nay, chỳng ta chỉ cần tập trung vào hai cấp là bus hệ thống (bus điều khiển) và bus
152
trường (bus thiết bị). Sự khỏc nhau về yờu cầu giữa hai cấp này thể hiện ở cỏc điểm sau đõy:
• Bus hệ thống yờu cầu tốc độ truyền cao hơn nhiều so với bus trường.
• Số lượng trạm ghộp nối với bus hệ thống thường ớt hơn hơn ở bus trường, chủng loại thiết bị ghộp nối với bus hệ thống cũng đồng nhất hơn.
• Bus hệ thống đũi hỏi tớnh năng thời gian thực ớt ngặt nghốo hơn bus trường. Cú thể núi, việc lựa chọn bus hệ thống ngày nay gần như xoay quanh một số khụng nhiều hệ dựa trờn nền Ethernet, trong khi sự lựa chọn đối với bus trường lớn hơn nhiều. Gần đõy cú xu hướng xuất hiện một số tổ hợp cụng nghệ như HSE với Foundation Fieldbus H1, PROFInet với PROFIBUS và AS-i, Ethernet/IP với ControlNet và DeviceNet. Đõy chớnh là một yếu tố tiếp thị quan trọng, cú lợi cho cỏc nhà sản xuất nhưng đồng thời cũng dễ cho người sử dụng khi phải đứng trước một sự lựa chọn.
Khi xõy dựng một giải phỏp ứng dụng mạng truyền thụng cụng nghiệp, ta phải quan tõm tới qui mụ và đặc thự của lĩnh vực ứng dụng. Cú thể kể ra một số cỏc lĩnh vực ứng dụng tiờu biểu như:
• Tự động húa cỏc thiết bị và mỏy múc đơn lẻ • Tự động húa quỏ trỡnh
• Tự động húa xớ nghiệp • Tự động húa tũa nhà
• Điều khiển và giỏm sỏt cỏc hệ thống giao thụng-vận tải • Điều phối và giỏm sỏt cỏc hệ thống phõn phối năng lượng.
Tự động húa cỏc thiết bị và mỏy múc đơn lẻ
Tự động húa cỏc thiết bị và mỏy múc đơn lẻ bao gồm cỏc lĩnh vực điều khiển cần cẩu, điều khiển thang mỏy, điều khiển mỏy cụng cụ, điều khiển robot, điều khiển phương tiện giao thụng. Ở đõy hầu như người ta chỉ quan tõm tới nhiệm vụ điều khiển tự động, cũn phần điều khiển giỏm sỏt nếu cú thỡ cũng chỉ dừng lại ở chức năng giao diện người- mỏy đơn giản. Cỏc bài toỏn điều khiển cú thể rất khỏc nhau, từ điều khiển logic tới điều khiển quỏ trỡnh và điều khiển chuyển động. Đặc thự của cỏc ứng dụng này là yờu cầu rất cao về tớnh năng thời gian thực, trong khi lượng dữ liệu trao đổi khụng lớn. Cỏc mỏy múc, thiết bị được sản xuất hàng loạt, vỡ vậy đầu tư cho giải phỏp điều khiển trờn một thành phẩm phải thật tiết kiệm. Cỏc yờu cầu này dẫn đến phải sử dụng cỏc giải phỏp bus thiết bị với kiến trỳc giao thức đơn giản, phự hợp cho ghộp nối trực tiếp cỏc cảm biến và cơ cấu chấp hành, cú tớnh tiền định và giỏ thành thấp. Một vài vớ dụ tiờu biểu là CAN, AS-i, SwiftNet và Sercos.
Tự động húa quỏ trỡnh
Tự động húa cụng nghiệp thường được chia thành hai mảng là tự động húa quỏ trỡnh (process automation) và tự động húa xớ nghiệp (factory automation), tương ứng với hai lĩnh vực ứng dụng cơ bản là cụng nghiệp chế biến, khai thỏc (process industry) và cụng nghiệp chế tạo, lắp rỏp (manufacturing). Cụng nghiệp chế biến và khai thỏc bao gồm cỏc ngành dầu khớ, than, húa dầu, húa chất, thực phẩm, dược phẩm, điện lực, xi măng, giấy, ... Cỏc ngành cũn lại như xe hơi, chế tạo mỏy cụng cụ, luyện kim, cỏn thộp, điện tử được xếp vào cụng nghiệp chế tạo, lắp rỏp.
153
Đặc thự của cỏc ngành cụng nghiệp khai thỏc và chế biến là cỏc quỏ trỡnh liờn tục diễn biến chậm. Vỡ vậy tần suất trao đổi dữ liệu thấp, tuy nhiờn bức điện thường dài để đủ chứa thụng tin về cỏc biến tương tự. Cụng nghệ bus trường ở đõy khụng đũi hỏi tốc độ cao, nhưng độ phủ mạng lớn, phải cú tớnh tiền định và cú sự lựa chọn cho phự hợp trong mụi trường dễ chỏy nổ. Khụng nghi ngờ gỡ, hai cụng nghệ bus trường đi đầu trong lĩnh vực này là Foundation Fieldbus H1 và PROFIBUS-PA.
Tự động húa xớ nghiệp
Trong cỏc ngành cụng nghiệp chế tạo và lắp rỏp, bài toỏn điều khiển logic và điều khiển trỡnh tự đúng vai trũ trung tõm, nếu khụng kể tới bài toỏn điều khiển mỏy múc và thiết bị đơn lẻ, điều khiển chuyển động. Cỏc hệ thống điều khiển và giỏm sỏt ở đõy thường cú qui mụ nhỏ hơn so với trong cụng nghiệp chế biến, lượng dữ liệu cần trao đổi thường ớt hơn nhưng cú yờu cầu cao hơn về thời gian phản ứng. Cỏc giải phỏp mạng tiờu biểu là INTERBUS, DeviceNet, PROFIBUS-DP và AS-i.
Tự động húa tũa nhà
Tự động húa tũa nhà là một lĩnh vực ứng dụng cú nhiều tiềm năng, đặc biệt tại cỏc khu vực đang phỏt triển xõy dựng mạnh như ở Việt Nam. Cỏc tũa nhà cụng sở, cỏc khỏch sạn, cỏc sõn bay và ngay cả cỏc nhà chung cư cũng cú nhu cầu tự động húa cao. Cỏc hệ thống lũ sưởi, điều hũa nhiệt độ, hệ thống đúng mở cửa, hệ thống thang mỏy, hệ thống chiếu sỏng, hệ thống cảnh bỏo chỏy,... đều là cỏc đối tượng cần điều khiển và giỏm sỏt từ trung tõm. Tuy cỏc bài toỏn điều khiển khụng phải quỏ phức tạp, nhưng số lượng cỏc thiết bị thỡ rất lớn và chủng loại thỡ đa dạng. Một số cụng nghệ bus cú ưu thế trong lĩnh vực này là LON, EIB và gần đõy là truyền thụng qua đường điện lực.
Cỏc hệ thống giao thụng-vận tải
Cỏc hệ thống điều khiển và giỏm sỏt trong lĩnh vực giao thụng, vớ dụ điều khiển giao thụng đụ thị, đường sắt, hàng hải hoặc hàng khụng là cỏc hệ thống cú cấu trỳc phõn tỏn một cỏch tự nhiờn. Cỏc bài toỏn tiờu biểu trong lĩnh vực này điều khiển tớn hiệu ở cỏc nỳt giao thụng, điều khiển phõn luồng giao thụng, điều động phương tiện giao thụng và trong tương lai là cỏc hệ thống xe tự hành. Việc nối mạng cú thể thực hiện qua nhiều phương thức khỏc nhau, vớ dụ qua đường điện lực, qua súng vụ tuyến, qua đường điện thoại. Đến nay, hầu hết cỏc ứng dụng này đều dựa trờn cỏc giải phỏp đặc biệt, đúng kớn. Tuy nhiờn, ở đõy ta cũng cú thể nghĩ tới ỏp dụng một số hệ thống mạng cụng nghiệp chuẩn như
INTERBUS hoặc PROFIBUS-DP kết hợp với sử dụng cỏp quang, hoặc giao thức Modbus kết hợp qua đường điện lực hoặc điện thoại cụng cộng.
Cỏc hệ thống phõn phối năng lượng
Tương tự như cỏc hệ thống giao thụng, cỏc mạng lưới phõn phối năng lượng như cung cấp điện, nước, ga đều cú bản chất lai và phõn tỏn một cỏch tự nhiờn. Đặc biệt, điều phối và giỏm sỏt cỏc mạng điện lực quốc gia là một bài toỏn tương đối phức tạp bởi mức độ trải rộng và phõn tỏn cao, mụ hỡnh bất định, tớnh năng thời gian thực ngặt nghốo. Việc sử dụng cỏc cụng nghệ truyền thụng qua đường điện lực, hoặc đường cỏp quang kết hợp với một số giao thức chuẩn như MODBUS cú thể là một giải phỏp hợp lý.