OPC trong việc xây dựng kỹ thuật tự động hóa

Cũng như những ngành công nghiệp khác, ngành xây dựng kỹ thuật tự động hóa đang dần phát triển và đang tiếp tục phát triển hơn nữa, giải pháp của các nhà đầu tư là mong muốn làm chuyển biến khả năng chia sẻ dữ liệu.

Thách thức đặt ra

Các nhà cung cấp đa dịch vụ với mạng kết nối toàn cầu đã chấp nhận rằng: không có khả năng giao kết đúng nghi thức của mạng chủ với phần cứng bị sử dụng hoặc khi chúng gặp rủi ro đối với việc triển khai của mạng khách, điều này dẫn tới những giải pháp tốn kém vì bị giới hạn và rất khó để duy trì phương pháp này. Hơn nữa, ở thời điểm này các giải pháp hiện giờ ngày càng theo hướng đối lập: đơn giản, việc chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị phải rõ ràng và không bị nhiễu, cung cấp nhiều ứng dụng không kể từ phía nhà cung cấp.

Hình 1. Cách thức điều khiển truyền thống: Mỗi ứng dụng yêu cầu một thiết bị hoặc một giao thức điều khiển đặc biệt cho phép kết nối với mỗi thiết bị cá nhân tương ứng. Các bộ điều khiển không thể tái sử dụng giữa các chương trình ứng dụng với nhau bởi vì mỗi một chương trình ứng dụng chỉ sử dụng duy nhất dạng dữ liệu của chính nó.

Để đáp ứng nhu cầu đặt ra, việc phát triển cần được kết nối một cách tự do với các thiết bị có hệ thống băng thông rộng, các giao thức bắt đầu từ nền công nghiệp BA đang dần tiến triển và có thể chuyển giao một cách dễ dàng để truy nhập vào băng thông rộng của các thiết bị BA. Ngày nay, nhiều mạng chủ với các giao thức có sở hữu đặc biệt có thể mở một đường dẫn tới các nghi thức giao kết được chuẩn hóa như mạng BAC. Mạng BAC phân phối các dịch vụ mà người sử dụng yêu cầu như: khả năng kết nối băng thông rộng của các thiết bị sử dụng chung, các nghi thức giao kết hoàn toàn xác định. Tuy nhiên, mục tiêu mang chiến lược tầm xa của mạng BAC không giải quyết hai vấn đề mấu chốt đưa ra sau:

Thứ nhất, nhờ có mạng BAC, dữ liệu kết nối tới các thiết bị cuối cùng tăng lên, sẽ có một số nhà cung cấp sử dụng các nghi thức giao kết khác thuộc mạng chủ như LonWorks™ mà mạng này lại không tương thích với mạng BAC. Hơn nữa, khi một lượng lớn các hệ thống kế thừa được xây dựng, các hệ thống này sẽ sử dụng các giao thức cũ và không chấp nhận các giải pháp liên kết dữ liệu cấp cao.

Hình 2: OPC bước đầu tiếp cận với một tầng trung chuyển giữa dữ liệu nguồn và dữ liệu khách, vì vậy mà chúng có thể độc lập với nhau.

Thứ hai, số lượng của các ứng dụng truy nhập với thời gian thực, báo động và kết quả (A&E), và các dữ liệu cũ phải cần được duy trì hoạt động hàng ngày. Không bao lâu nữa BA sẽ trở nên bị hạn chế, người sử dụng dữ liệu BA sẽ rớt dần qua các xí nghiệp. Điều này dẫn tới các ứng dụng các phần mềm không chính thức trên diện rộng, như giao diện Human Machine (HMIs), các gói dữ liệu kỹ thuật tương tự và hiển thị thường được hình thành từ quá trình điều khiển công nghiệp nhưng vẫn cần sử dụng dạng dữ liệu BA. Vấn đề ở đây là một số những ứng dụng này không điều khiển các giao thức được cung cấp như mạng BAC hoặc các giao thức đặc biệt BA khác.

Giải pháp OPC

May mắn thay chúng ta có một giải pháp đơn giản và dựa trên các tiêu chuẩn có sẵn, có thể định vị và phân phối cùng một lúc, giải pháp này được gọi là mạng mới OPC. Mạng OPC mang tính cạnh tranh hơn so với mạng BAC, OPC hoàn hảo hơn, nó xâm nhập và bổ sung những phần còn thiếu trong mạng BAC.

Bắt nguồn từ những quá trình điều khiển công nghiệp, mạng OPC được thiết kế trên cơ sở phát triển căn cứ vào các địa chỉ của nhà cung cấp đa thành phần, và những vấn đề trong việc điều khiển các thiết bị thành phần. Quá trình điều khiển công nghiệp xét đến phải cùng một kiểu dữ liệu kết nối giống như mạng BA, hay như thế hệ sau của mạng này. Để phát triển vấn đề này một cách linh hoạt, giải pháp OPC là một giải pháp thiết thực dùng chuyển đổi dữ liệu từ bất kỳ thiết bị nào đó tới bất kỳ một chương trình ứng dụng khác mà không làm lẫn lộn đường truyền của các thiết bị điều khiển thành phần. Thay thế cho việc tập trung vào sản xuất những thiết bị sử dụng cùng một ngôn ngữ lập trình, mạng OPC căn cứ dựa trên sự khác biệt của các dữ liệu được chia sẻ như thế nào giữa các thiết bị điều khiển với nhau. Đây là lí do vì sao OPC nhanh chóng trở thành phương thức được chọn lựa sử dụng cho nhiều liên kết dữ liệu mang tính công nghiệp.
Mang tính cạnh tranh hơn so với mạng BAC, OPC xâm nhập và bổ sung những phần còn “lạc hậu” của BAC.

Phương thức của OPC rất đơn giản: nó bước đầu tiếp cận với các tầng trung chuyển giữa các thiết bị và các chương trình ứng dụng, cho phép truyền dữ liệu mà không cần nhận biết mỗi một ma trận dữ liệu nội bộ của các thiết bị này.

Hình 3: Các đặc điểm kĩ thuật mạng OPC xác định rõ làm cách nào để OPC-Chủ và OPC-Khách liên kết được với nhau nhưng không tách biệt giữa OPC-Khách với chương trình ứng dụng và OPC-Chủ với thiết bị điều khiển vì điều này còn phụ thuộc vào chương trình ứng dụng và các thiết bị được sử dụng.

Mục đích mà OPC hướng tới thực hiện được các tín hiệu tốt trên giấy nhưng làm thế nào để chức năng này hoạt động trên thực tế? Câu trả lời là thông qua sử dụng một máy chủ, máy chủ này phân tách về cơ bản chức năng của thiết bị điều khiển truyền thống ra làm hai phần. Một phần mềm được gọi là phần mềm OPC-Chủ, giữ nhiệm vụ kết nối cơ bản với một thiết bị (mang dữ liệu nguồn). Trong đó, một phần mềm khác là phần mềm OPC-Khách giữ nhiệm vụ kết nối với các chương trình ứng dụng, được phần mềm này viết ngôn ngữ gửi kèm (dữ liệu ẩn). Vấn đề là ở chỗ OPC chỉ xác định rõ ảnh hưởng qua lại giữa OPC-Chủ và OPC-Khách mà không xâm nhập vào quan hệ phần mềm OPC-Chủ tới thiết bị hay cũng như quan hệ của phần mềm OPC-Khách đối với chương trình ứng dụng, những điều này rất khó cho mỗi thiết bị và chương trình ứng dụng từng đôi một và điều này hoàn toàn ngược lại với mục đích phát triển các thiết bị đặc biệt từng phần OPC của các nhà cung cấp.

Các loại dữ liệu được chuẩn hóa có thể chuyển đổi giữa, cho phép bất cứ OPC-Khách nào đó kết nối với bất kỳ một OPC-Chủ khác. Vì OPC-Chủ đảm nhiệm phần dịch thuật các thiết bị liên kết cơ bản thành một định dạng OPC và OPC-Khách cũng mang cùng một kiểu định dạng giống như vậy. Các chương trình ứng dụng và các thiết bị có thể chia sẻ với nhau mà không cần biết bất cứ giao thức tương xứng cơ bản nào hay bất cứ định dạng dữ liệu nào khác.

Việc trừu tượng hóa của OPC cho phép các chương trình ứng dụng như HMIs liên kết với bất cứ giao thức nào căn cứ dựa vào dữ liệu nguồn (ví dụ như các thiết bị mạng BAC) mà không phải cung cấp thêm kiểu giao thức của nó. Điều này cũng cho phép nhiều địa chỉ OPC-Khách kết nối cùng một lúc với một OPC-Chủ.

Bằng cách cho phép bất kỳ chương trình ứng dụng OPC truy nhập liên kết với OPC-Chủ, việc lấy dữ liệu từ các thiết mạng BAC mà không cần có một chương trình ứng dụng diễn giải về mạng BAC là hoàn toàn có thể. Điều này có thể khiến các xí nghiệp mở rộng việc liên kết và giải quyết vấn đề thứ hai mà chúng ta đã đưa ra.

Một địa chỉ OPC-Khách có thể kết nối với một số địa chỉ OPC-Chủ, có nghĩa là một địa chỉ OPC cho phép chương trình ứng dụng có thể liên kết với phần lớn các thiết bị OPC (nghĩa là chúng có một địa chỉ OPC-Chủ) mà không kể tới các giao thức liên kết của chúng.

Tóm lại sử dụng mạng OPC mang lại lợi ích đặc biệt cho người sử dụng bởi vì nó cho phép chúng ta có thể:

* Sử dụng bất kỳ địa chỉ OPC có khả năng trao đổi và làm việc với các dữ liệu trên mạng chương trình ứng dụng (hầu hết là phần cơ bản và HMI truy cập được với một mạng OPC-Khách) .

* Làm việc với thiết bị và các chương trình ứng dụng từ các nhà cung cấp đa thành phần mà không phải bận tâm về các giao thức cơ sở dụng cho mỗi thiết bị chức năng.

* Tránh trường hợp khóa đầu vào khi sử dụng nguồn cung cấp chuyên dụng và phân phối các liên kết chủ.

* Thu gọn bộ điều khiển.

* Tiếp tục sử dụng một giao thức phổ biến như mạng BAC mà không cần quan tâm tới việc làm thế nào để các trung tâm xí nghiệp có thể truy cập được.

Hình 4: Các chương trình ứng dụng đa cấp sử dụng OPC để liên kết với một thiết bị mà không dùng giao thức cơ sở nào. Mạng OPC chủ dành cho mạng BAC sử dụng giao thức của mạng BAC để liên kết với các thiết bị mạng BAC.

Chế tạo tương thích phù hợp

Việc hiểu rõ một thiết bị liên kết với một giao thức như mạng BAC và OPC-Chủ khác nhau hoàn toàn về mục đích sử dụng là rất quan trọng. Điểm giống nhau ở đây là mạng BAC và OPC tương tự nhau vì chúng cung cấp một hệ mở, phương thức chuẩn hóa các liên kết đối với đa thực thể nhưng chúng lại khác nhau về bản chất: mạng BAC dựa trên liên kết cơ sở với nhiều thiết bị có liên quan, mạng OPC dựa trên việc phân chia các tầng điều khiển, cho phép các chương trình ứng dụng (dữ liệu ẩn) truy nhập hệ thống dữ liệu nguồn mà không cần xét nguồn của chúng hoặc những giao thức cơ bản mà chúng sử dụng.