Chương 2. Kiến trúc hệ thống 800xA

 2.1. Mục tiêu của chương

Khi hoàn thành chương này, bạn sẽ có thể:

• Mô tả cấu trúc mạng trong kiến trúc 800xA
• Mô tả chức năng của các thành phần chính
• Giải thích khái niệm về Aspect và Object
• Giải thích các nguyên tắc của hệ thống Client / Server

2.2. Tổng quan về hệ thống

Hệ thống Industrial IT 800xA (viết tắt là: IIT800xA) là một hệ thống tự động hóa toàn diện. Nó bao gồm cả vận hành và cấu hình các ứng dụng điều khiển liên tục và theo lô (continuous và batch control).

Hệ thống 800xA cung cấp một môi trường kiểm soát an toàn, đáng tin cậy với thời gian và nỗ lực tối thiểu thông qua các tính năng bảo mật được tích hợp như kiểm soát truy cập, xác thực người dùng,…

Hệ thống 800xA Engineering hỗ trợ nhất quán từ thiết kế, lắp đặt, chạy nghiệm thu, đến vận hành và bảo trì.

Các chức năng chính của hệ thống 800xA:

• Vận hành (Operation)
• Cài đặt, lập trình (Engineering)
• Điều khiển và I/O (Control and I/O)
• Quản lý sản xuất (Production Management)
  • Quản lý hàng loạt (Batch Management)
  • Quản lý sản xuất (Manufacturing Management)
• Quản lý thông tin (Information Management)
• Hệ thống an toàn (Safety system)
• Tối ưu hóa tài sản (Asset Optimization)
• Quản lý thiết bị (Device Management)

2.2.1. Nền tảng cơ sở 800xA

Nền tảng của các sản phẩm và giải pháp hệ thống của Hệ thống 800xA là khái niệm về Aspect Object, cho phép doanh nghiệp sẵn sàng cung cấp thông tin, duyệt và điều hướng theo cách thống nhất.

Bộ điều khiển (controller AC 800M) được kết nối với hệ thống thông qua các thành phần kết nối, được kết hợp với nhau và được cung cấp dưới dạng tùy chọn cho Hệ thống 800xA. Các gói kết nối cung cấp quyền truy cập vào dữ liệu thời gian thực (real time data), dữ liệu lịch sử (historical data) và dữ liệu báo động và sự kiện (alarm and event) từ các loại bộ điều khiển khác nhau.

Hệ thống 800xA cung cấp kết nối với bộ điều khiển 800xA và các bộ điều khiển khác:

• AC 800M
• Advant Master AC 400 & AC 100
• Symphony Harmony Infi-90
• Symphony Melody / AC870P
• Freelance / AC 800F
• Hệ thống DCI Six
• MOD 300
• Safeguard
• PLC Connect (kết nối với bất kỳ Máy chủ OPC nào)

2.2.2. Sử dụng các tiêu chuẩn

Hệ thống 800xA sử dụng phần cứng, hệ điều hành và giao thức tiêu chuẩn. Điều này cho phép thu thập dữ liệu không chỉ từ các hệ thống ABB mà từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như từ các hệ thống điều khiển của các hãng khác (Siemen, AB,…).

2.3. Khái niệm Aspect Object

Một vấn đề trung tâm trong hoạt động của nhà máy, cũng như quản lý vòng đời tài sản, là nhu cầu tổ chức, quản lý và có quyền truy cập thông tin cho tất cả các khía cạnh khác nhau của một số lượng lớn các thực thể nhà máy và quy trình.

Kiến trúc Aspect Object là nền tảng của khái niệm Industrial IT. Nó cung cấp:

• Một khái niệm nhất quán, có thể mở rộng, tích hợp các sản phẩm Điều khiển quá trình & Tự động hóa, Tự động hóa các trạm và các sản phẩm an toàn (Safety).
• Điều hướng tập trung vào thông tin – một cách nhất quán để truy cập ngay lập tức tất cả thông tin mà không cần phải biết cách thức và ứng dụng mà thông tin được xử lý.

2.3.1. Aspect và Object

Các đối tượng trong thế giới thực có thể là các đối tượng quá trình vật lý, như một van, hoặc phức tạp hơn, như một lò phản ứng. Các ví dụ khác là: sản phẩm, nguyên liệu, quy trình hàng loạt, đơn đặt hàng sản xuất và tài khoản khách hàng.

• Được gọi là Aspect Object (được mô hình hóa là Object)

Mỗi đối tượng trong thế giới thực này có thể được mô tả từ nhiều góc độ. Mỗi góc độ xác định một phần thông tin và một tập hợp các hàm để tạo, truy cập và thao tác thông tin này. Ví dụ: graphic, alarm, trend, báo cáo, định nghĩa đơn hàng, bố trí cơ khí, v.v.

• Được gọi là Aspect của đối tượng (Aspect)

Cần có khả năng triển khai các khía cạnh này bằng nhiều ứng dụng khác nhau, cả hiện tại và mới, từ ABB, bên thứ ba và khách hàng. Đó là mong muốn để có thể làm điều này mà không cần thay đổi các ứng dụng. Thật không hợp lý khi yêu cầu tất cả các ứng dụng khác nhau này phải biết về nhau. Tuy nhiên, các ứng dụng phải được phối hợp để cung cấp một chế độ xem và chức năng tích hợp của đối tượng. Ví dụ: Graphic Builder để tạo hình ảnh giao diện đồ họa, Auto CAD cho thiết kế bố trí cơ khí lắp đặt, SAP để xử lý đơn hàng, v.v.

• Các ứng dụng này được gọi là Aspect Systems, thực hiện một hoặc một số loại Aspect.

2.3.2. Điều hướng trực quan

Sử dụng nút chuột phải (right click) để truy cập vào các menu chi tiết để xem các thông tin về đối tượng.

ABB mở rộng phạm vi tự động hóa bằng cách tích hợp thông tin từ một loạt các ứng dụng ABB, các hệ thống tự động hóa khác và hệ thống kinh doanh vào Hệ thống 800xA trên màn hình chung. Cửa sổ duy nhất này cung cấp cho người dùng cái nhìn rộng hơn về cơ sở làm tăng khả năng truy cập tất cả dữ liệu cần thiết để từ đó đưa ra quyết định sáng suốt.

2.3.3. Nền tảng tích hợp Aspect

Nền tảng tích hợp Aspect là gói phần mềm tích hợp tất cả các sản phẩm hỗ trợ Industrial IT thông qua các Aspect Object của chúng, bất kể chúng có thể nằm ở đâu trong mạng.

Bạn chỉ cần nhập dữ liệu một lần để sử dụng trên toàn hệ thống và thông tin theo thời gian thực về từng đối tượng dễ dàng được truy cập chỉ bằng một cú “click” chuột.

2.3.4. Aspect Framework (Afw)

Hai khái niệm chính là trung tâm của kiến trúc Aspect Object: khái niệm về Aspect Object và khái niệm về Afw Services.

Dựa trên các khái niệm này, một khung (framework) được xác định, với các quy tắc và quy ước về cách thêm chức năng cho các lớp máy chủ (Server) và máy trạm (Workplace) và về cách kết nối các chức năng trong lớp điều khiển với lớp máy chủ. Framework này được gọi là Aspect Framework (Afw).

2.4. Cấu trúc hệ thống (System Topology)

Chức năng hệ thống 800xA được chia thành một hệ thống cốt lõi (core system) và một tập hợp các tùy chọn. Các tùy chọn đại diện cho các chức năng có thể được thêm vào hệ thống dựa trên nhu cầu của quy trình cần được kiểm soát.

Server chạy phần mềm cung cấp chức năng hệ thống, Workplace chạy phần mềm cung cấp các hình thức tương tác người dùng khác nhau.

Các máy chủ chức năng được triển khai trên các nút (node). Một nút là một máy có thể định địa chỉ mạng (PC). Đối với các ứng dụng nhỏ, người ta sẽ thiết kế một PC có thể mang tất cả các chức năng của các máy chủ, cũng như đối với các máy trạm.

Cấu hình và lựa chọn máy chủ là các yếu tố quan trọng đối với hiệu năng hệ thống.

2.4.1. Domain Server

Các hệ thống nhỏ có thể hoạt động mà không cần cài đặt thêm Domain Controller. Trong trường hợp này, tất cả các nút (node = các máy tính (PC)) và user sẽ được quản lý bằng Window Workgroup. Việc cấu hình cho các user và bảo mật phải được thực hiện trên tất cả các máy tính (node) một cách riêng biệt trong Workgroup.

Việc quản lý user trong Window Domain được thực hiện từ một máy chủ trung tâm được gọi là Domain Server. Mỗi domain phải có ít nhất một máy chủ domain (Domain Server), để có thể phục hồi một domain thì cần phải có nhiều máy chủ domain trong domain (thiết lập thêm một domain chạy Standby – Additional Domain).

2.4.2. Aspect Server

Aspect Server là bộ não của hệ thống, lưu trữ các thông tin quản lý của các đối tượng.

Chỉ có duy nhất một Aspect system cho mỗi mạng tự động hóa, có thể dựa trên  máy chủ chạy đơn hoặc chạy dự phòng với tối đa bình thường là 3 Aspect Server sử dụng cấu hình 2 out of 3 (2oo3).

Ví dụ về các dịch vụ là:

• Aspect Directory
• File Set Distribution (FSD)
• Structure and Name Server (SNS)

2.4.3. Connectivity Server

Connectivity Server cung cấp quyền truy cập vào bộ điều khiển và các nguồn dữ liệu khác trên toàn mạng. Một số nhóm Connectivity Server có thể tồn tại trong một hệ thống, mỗi nhóm phục vụ một bộ nguồn dữ liệu.

Ví dụ về các dịch vụ là:

• Truy cập dữ liệu OPC (OPC Data Access)
• OPC Báo động và sự kiện (OPC Alarm and Event)
• Truy cập dữ liệu lịch sử OPC (OPC Historical Data Access)
• Hệ thống tin nhắn (System message)

2.4.4. Application Server

Chạy các loại ứng dụng hệ thống khác nhau, chẳng hạn như:

• Quản lý hàng loạt (Batch Management)
• Tối ưu hóa tài sản (Asset Optimization)

2.5. Cấu trúc mạng của hệ thống 800xA

 

Giao tiếp trong hệ thống Industrial IIT dựa trên mạng Ethernet và TCP / IP.

Đối với các hệ thống nhỏ hơn và cho các hệ thống không thiết kế phân tách mạng, Mạng Máy trạm / Máy chủ (Client/Server network) và Mạng Điều khiển (Control Network) có thể được kết hợp trong một chung gọi là mạng tự động hóa.

Hệ thống 800xA sử dụng cơ chế cấp phép trung tâm (central licensing). Một máy tính được chỉ định, thường là domain controller, sẽ làm máy chủ cấp phép trung tâm (CLS) trong hệ thống.

2.5.1. Plant Network

Plant Network có thể được dành riêng cho các mục đích tự động hóa quá trình hoặc là một phần của mạng nội bộ của nhà máy đã có sẵn.

Kết nối của Plant Network với Internet hoặc bất kỳ loại mạng bên ngoài nào khác phải được thực hiện theo các thông lệ bảo mật mạng đầy đủ để đảm bảo an toàn.

2.5.2. Client/Server Network

Mạng Client / Server được sử dụng để liên lạc giữa các máy chủ và giữa Workplace và máy chủ.

Thông qua bộ định tuyến (router), mạng client/server có thể được kết nối với mạng nội bộ của nhà máy và kết nối với Internet thông qua tường lửa (firewall). Vì lý do hiệu suất và tính toàn vẹn, nên tránh kết nối các hệ thống nước ngoài trực tiếp với mạng điều khiển và mạng client/server. Mạng Client/Server có thể được thiết kế để hoạt động dự phòng (tùy chọn) nhằm nâng cao khả năng chịu lỗi và đảm bảo duy trì hoạt động liên tục của hệ thống.

Đối với các hệ thống lớn cần thiết lập một Domain Controller (Domain Server) để quản lý tất cả các máy trong hệ thống mạng, máy này sẽ cấp thông tin user đăng nhập, phân giải địa chỉ IP, tên máy tính trong hệ thống mạng (DNS). Tất cả các máy trong hệ thống mạng phải được cấu hình để trở thành thành viên của Domain Controller.

2.5.3. Control Network

Control Network là mạng cục bộ (LAN) được tối ưu hóa cho hiệu suất cao và liên lạc đáng tin cậy, với thời gian phản hồi có thể dự đoán được trong thời gian thực. Nó được sử dụng để kết nối bộ điều khiển với các máy chủ. Bộ điều khiển (Controller, PLC) là các nút chạy phần mềm điều khiển.

Bộ điều khiển và Connectivity Server được kết nối với mạng điều khiển. Mạng điều khiển tùy chọn có thể được thực hiện dự phòng.

Fieldbus được sử dụng để kết nối các thiết bị hiện trường, chẳng hạn như mô đun I/O, cảm biến và bộ truyền động thông minh, bộ điều khiển tốc độ, PLC hoặc thiết bị vòng lặp nhỏ và để kết nối các thiết bị này với hệ thống, thông qua bộ điều khiển hoặc trực tiếp với máy chủ.

2.5.4. Single Node System

Single Node System dành cho các ứng dụng rất nhỏ, trong đó tất cả các chức năng của máy chủ và màn hình làm việc 800xA đều nằm trong một PC.

Hệ thống chỉ có một nút PC, trong đó tất cả các máy chủ cũng như các ứng dụng khách được cài đặt. Chỉ một vài bộ điều khiển có thể được kết nối và các ứng dụng nhỏ.

2.5.5. Redundancy

Hệ thống 800xA cung cấp mức độ chịu lỗi cao nhất để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất về thời gian hoạt động tối đa của hệ thống. Tùy chọn cài đặt dự phòng cho I/O, bộ điều khiển, mạng điều khiển, mạng Fieldbus, Connectivity Server, Aspect Server và Operator Workplace với chuyển đổi tự động cung cấp tính toàn vẹn chức năng cần thiết để đáp ứng các nhu cầu đòi hỏi khắt khe nhất.

2.5.6. Remote (Thin) Client

Remote Client cho phép truy cập từ xa vào hệ thống 800xA từ PC tiêu chuẩn mà không cần cài đặt phần mềm dành riêng cho ABB. Chỉ có Internet Explorer là cần thiết để truy cập dữ liệu.

Remote Client cung cấp khả năng hoạt động và truy cập thông tin lịch sử. Khả năng cấu hình bị hạn chế trong chế độ remote.

Chức năng điều khiển máy chủ từ xa được thực hiện bằng Windows Terminal Services trong Application Server. Tùy chọn các dịch vụ này có thể được cung cấp bằng máy chủ Citrix như trong ví dụ trên.

2.6. Configuration Wizard (Trình hướng dẫn cấu hình)

Trình hướng dẫn cấu hình là vị trí trung tâm để:

• Tạo / Xóa hệ thống 800xA
• Bắt đầu / Dừng hệ thống 800xA
• Thêm tiện ích mở rộng cho hệ thống
• Quản lý người dùng 800xA trong hệ thống
• Kết nối / Ngắt kết nối máy khách và máy chủ

Connect/Disconnect Client

Client cũng như Server có thể được kết nối/ngắt kết nối với Aspect Server. Để kết nối Client, thực hiện theo các bước sau:

1) Nhấp đúp chuột vào biểu tượng “Configuration Wizard” trên desktop.

2) Chọn “System Administration” và bấm “Next”.

3) Chọn hệ thống của bạn và nhấp vào “Next”.

4) Chọn dòng “Nodes” và bấm vào nút “Next”.

5) Từ menu tiếp theo, bạn có thể thêm / xóa máy khách và máy chủ.

Tài liệu tham khảo:

1. Tài liệu training của ABB