Ích lợi của các giải pháp PAC
Trong lĩnh vực tự động hóa
công nghiệp, bộ Điều khiển tự
động khả trình (PAC) cung cấp
nhiều giải pháp tiềm năng hơn
so với PLC
Kể từ khi PLC được giới thiệu
và sử dụng như một thiết bị
thay thế cho rơ le, các ứng dụng của bộ điều khiển tự động nhỏ gọn và độc lập đã nở rộ
và làm thay đổi mức độ phức tạp, thậm chí cấu trúc của chính hệ thống điều khiển. Sự
phát triển của PC (máy tính cá nhân) và việc nó tiến hóa thành một thiết bị điều khiển
phổ dụng đã đẩy PLC sang các hệ thống điều khiển đơn giản hơn, nhỏ hơn. Bây giờ PC
có rất nhiều dạng: bộ điều khiển nhúng trong các bộ thu phát và máy điện, bộ điều khiển
công nghiệp, máy tính công nghiệp, thậm chí là cả các thiết bị di động trong môi trường
công nghiệp.
Sự tiến hóa của bộ điều khiển tự động
Ban đầu PLC được dùng để thay thế rơ le với các hệ điều hành thời gian thực riêng
(RTOS). Một trong những lý do chính của điều này là giá thành – cuối những năm 1960,
bộ nhớ và công suất xử lý cực kỳ đắt so với hiện nay (2009). Một lý do khác là bộ PLC
nguyên thủy được thiết kế để đáp ứng một đơn đặt hàng của hãng General Motors về một
thiết bị thay thế rơ le và thiết bị này có thể lập trình được. Trong những năm qua, các
PLC đã trở nên to hơn, công suất xử lý mạnh hơn, bộ nhớ lớn hơn, nhiều kênh vào/ra
hơn, cuối cùng là có khả năng thực hiện các phép toán trong các khối hàm thay vì chỉ
dùng kiểu lập trình thang logic nguyên thủy.
Ngôn ngữ thang ban đầu được dùng để đơn giản hóa việc chuyển sang ngôn ngữ lập trình
mô phỏng sơ đồ thang mà mọi kỹ thuật viên ngành điện đều biết cách đọc hiểu. Trong
những năm qua, những yêu cầu bổ sung đã được ghép vào PLC cơ bản để phát triển một
chuẩn IEC, 61131-3 nhằm tạo ra một ngôn ngữ lập trình khối hàm cho PLC. Rất tiếc là
các phiên bản 61131-3 của các nhà sản xuất không lắp lẫn hoặc tương thích với nhau.
Điều này đã giới hạn việc sử dụng PLC đối với các thuật toán điều khiển có độ phức tạp
cao như PID và điều khiển nâng cao làm cho việc chuyển chương trình từ PLC của hãng
này sang PLC của hãng khác trở nên khó khăn.
Đầu những năm 1980, máy tính "cá nhân" nhỏ đã được phát triển thành một thiết bị tính
toán đa mục đích với mục tiêu đủ rẻ để ai cũng mua được và đủ mạnh để ai cũng dùng
được trong các dự án tính toán hiệu năng cao, ví dụ như bảng tính điện tử, là thiết bị mới
trở thành hiện thực. Khi mà IBM chế tạo IBM PC, tính phổ biến của "máy tính cá nhân"
trở thành một kết luận đã được dự báo. Ngay trong giai đoạn đầu phát triển PC, các nhà
sản xuất phần mềm thứ ba đã bắt đầu sản xuất các mạch vào/ra gắn trong và các phần
mềm dùng cho thu thập số liệu. Các PC đã có khả năng thu thập số liệu tốc độ rất cao.
Điều này làm cho việc sử dụng PC trong các môi trường phòng thí nghiệm trở nên khả
thi. Một sản phẩm phần mềm có mặt rất sớm, trước kỷ nguyên máy tính dùng Windows,
là "Software Wedge" của TAL, vốn được thiết kế để lấy số liệu từ bất kỳ cổng vào/ra nào
và đưa vào một bảng tính (đầu tiên là VisiCalc, sau đó là SuperCalc, cuối cùng là Excel).
Vấn đề là ở chỗ PC không được thiết kế để sử dụng theo kiểu công nghiệp trong nhà máy
hoặc xưởng sản xuất. Nó có một vỏ tháo rời được, các lỗ thông gió và một quạt mát hở.
Những điều này làm cho tuổi thọ của PC trở nên ngắn ngủi khi dùng trong nhà máy.
Tất nhiên, chuyện này ngay lập tức dẫn đến việc bao kín PC trong các vỏ bọc được gia cố
theo kiểu công nghiệp, sử dụng các linh kiện máy Mil-Spec và các bảng mạch nhiệt độ
mở rộng. Các máy tính công nghiệp này có những ứng dụng đầu tiên là thu thập số liệu
tốc độ cao dùng trong hàng không vũ trụ, điều khiển tay máy và các hệ thống quan sát
hình tự động.
Do hiệu quả kinh tế của việc ứng dụng rộng rãi, máy tính công nghiệp trở nên rẻ một
cách đáng kể, các nhà thiết kế phần cứng đã sáng tạo ra các máy tính một bản mạch,
thường được gọi là bộ điều khiển nhúng, với cổng vào/ra, bộ nhớ, bộ xử lý trung tâm và
hệ điều hành trong ổ cứng. Người ta đã bắt đầu dùng các thiết bị này trong rất nhiều ứng
dụng về điều khiển máy điện từ máy cắt gọt CNC trong nhà máy cho đến các bộ điều
khiển tủ lạnh và máy giặt.
Đầu những năm 2000, Craig Resnick của Nhóm tư vấn ARC đã đặt tên cho các máy tính
công nghiệp được làm lại vỏ bọc theo cách rất giống với PLC thông thường về khía cạnh
kiểu dáng. Ông gọi chúng là Bộ điều khiển Tự động Khả trình, tức là PAC. PAC của
Resnick kết hợp các đặc điểm của một máy tính công nghiệp kiểu PC với khả năng điều
khiển của một PLC điển hình. Ông lưu ý rằng một PAC cần phải kết hợp tính tin cậy của
một PLC với khả năng tính toán, hệ điều hành thương mại phổ biến (COTS) và khả năng
về phần mềm của PC.
Hiện nay PAC được dùng trong điều khiển quá trình, thu thập số liệu, giám sát từ xa,
quan sát hình tự động và điều khiển tay máy. Vì PAC là các phiên bản của PC được dùng
với mục đích chuyên dụng, chúng cũng có khả năng kết nối vào các mạng tiêu chuẩn như
Ethernet với các anh em họ để bàn của chúng. Hầu hết PAC đều được tích hợp khả năng
sử dụng các giao thức kết nối mạng tiêu chuẩn, ví dụ như TCP/IP, SMTP, và một sản
phẩm của giao thức trao đổi dữ liệu của Microsoft, OLE cho Điều khiển Quá trình, nhưng
hiện nay được gọi một cách đơn giản là OPC. PAC có thể tích hợp nhiều mạng truyền
thông công nghiệp hiện trường truyền thống, ví dụ Modbus, RS232/422, CANbus,
DeviceNet, Profibus, Foundation và các chuẩn khác, ngoài kiểu kết nối Ethernet tiêu
chuẩn, có dây hoặc không dây.
PAC có khả năng hoạt động như một nút tính toán phức tạp và hoàn thiện trong một
mạng phân tán. Như vậy, đã thành công trong việc xóa nhòa ranh giới giữa các thiết bị
điều khiển khả trình và các thiết bị trước kia vận hành ở mức cao hơn như các bộ điều
khiển hiện trường DCS, các bộ đầu cuối từ xa (RTU) SCADA.
Hiện nay một PAC điển hình có khả năng:
• Hoạt động đa lĩnh vực, bao gồm điều khiển logic, liên tục và điều khiển chuyển động
trên một platform đơn nhất
• Cấu trúc mở, module hóa với các tiêu chuẩn mới nhất của các giao diện hoặc giao thức