[giaban] 429,000 đ[/giaban]
[giacu] 600,000đ [/giacu]
[tomtat]
Mã sản phẩm: 6ES7972-0CB20-0XA0
[giaban]319,000đ[/giaban]
[giacu]420,000đ[/giacu]
[tomtat]
Mã sản phẩm: LOGO!USB-CABLE
[giaban]600,000đ [/giaban]
[giacu] 900,000đ[/giacu]
[tomtat]
Mã sản phẩm: 6ES7901-3DB30-0XA0
[giaban]210,000đ[/giaban]
[giacu]350,000đ[/giacu]
[tomtat]
[tintuc]
1. GIỚI THIỆU
Trong khoảng 12 năm trước đây, khái niệm OPC có thể rất lạ lẫm đối với đa
số kỹ sư trong ngành tự động hóa công nghiệp. Một thời gian sau OPC được xem
như là giải pháp cuối cùng để kết nối SCADA với PLC khi mà trên SCADA không có
driver để kết nối với PLC này. Ngày nay OPC rất phổ biến và được hỗ trợ bởi tất
cả các phần mềm SCADA. Nhưng đó là OPC Data Access (OPC DA). Bài viết này không
đi về phân tích và ứng dụng OPC DA mà là một chuẩn OPC khác – OPC Unified
Architecture (OPC UA).
Với
kinh nghiệm hơn 15 năm làm việc với OPC DA, nhưng lại khoảng 5 năm gần đây,
chúng tôi ít khi sử dụng OPC DA bởi nhiều hạn chế của nó, hơn nữa các phần mềm
SCADA đã hỗ trợ sẵn driver để kết nối trực tiếp với PLC. Mặc dù OPC UA ra đời
cũng khá lâu, nhưng chưa phải phần mềm SCADA nào cũng đã hỗ trợ, và cũng trong
xu thế cuộc cách mạng lần thứ 4, tác giả muốn chuyển tải đến người đọc thấy
được sự khác biệt giữa đặc tả OPC DA và OPC UA, những đặc điểm nổi bật khi sử
dụng OPC UA, tại sao là giao thức nền tảng cho Industrie 4.0, và ứng dụng kết
nối SCADA với PLC dòng S7-1500 sử dụng chuẩn này.
2. OPC DA VÀ OPC UA
OPC
được viết tắt từ OLE for Process Control, OLE là Object Linking and Embedding
là công nghệ một thời nổi đình nổi đám của Microsoft – Công nghệ COM/DCOM
(Component Object Model, D – có nghĩa là Distributed). Như vậy OPC chính là
COM/DCOM for Process Control, được hiểu là: Kiến trúc liên kết các đối tượng
phân tán (phần mềm) trong tự động hóa công nghiệp. COM ra đời là để thay thế
cho DDE (Dynamic Data Exchange). Nếu hiểu DDE là công nghệ dành cho Copy &
Paste thì COM là Drag & Drop trong Microsoft Windows. Một số người không
muốn hiểu OPC là OLE for Process Control, họ muốn ca ngợi về OPC bằng cách gọi
OPC là Openness, Productivity, and Connectivity.
Năm
1994, đặc tả OPC đầu tiên là OPC Data Access hay là OPC truy cập dữ liệu thời
gian thực quy định cách thức truy cập SCADA (Client) đến PLC thông qua phần mềm
(Server) chạy trên máy tính hệ điều hành Windows. Hiện nay các phần mềm SCADA
kết nối với các PLC thông qua 3 cách phổ biến: thông qua driver trực tiếp.
SCADA sử dụng các hàm đọc/ghi/cấu hình ở trong file driver (DLL) để truy cập
đến PLC; thông qua DDE Server, SCADA đóng vai trò là DDE Client; thông qua OPC
Server, SCADA đóng vai trò là OPC Client (OPC ở đây là OPC DA). Thực tế người
dùng (kỹ sư lập trình SCADA) hay dùng driver trực tiếp để kết nối với PLC. Khi
không có driver trực tiếp, người dùng mới sử dụng OPC DA bởi một số điểm hạn
chế của OPC DA sẽ được phân tích sau đây:
·
Tốc
độ truy cập SCADA đến PLC bị giảm bởi phải truy cập qua một phần mềm trung
gian. OPC Server DA được xem như là một cầu nối giữa SCADA với PLC.
·
Truy cập qua mạng LAN
khó thực hiện. Khi SCADA chạy trên một máy tính khác, OPC Server DA chạy trên
một máy tính khác thì việc truy cập rất khó khăn, thậm chí (trong thực tế) hoàn
toàn không truy cập được. Để làm được điều này, trên các máy tính phải đăng nhập
đúng một user name và password, phải dùng DCOM config để cấu hình một loạt
thông số không tường minh. Có trường hợp sau khi làm đúng thứ tự các bước được
chỉ dẫn, nhưng kết quả vẫn không kết nối được mà làm tốn kém thời gian người
dùng.
·
OPC DA sử dung port 135.
Port này nằm trong dãy port bị chặn bởi các Firewall truyền thống. Nên việc
truy cập qua mạng LAN rất khó khăn.
·
Client và Server không
kết nối được qua mạng Internet.
·
OPC DA Server chỉ chạy
được trên hệ điều hành Windows và cũng không chạy được trên .NET. Chính điều
này cũng không bao giờ chạy trực tiếp được trên PLC.
·
Để SCADA kết nối được
được với OPC DA Server thì trên máy tính chạy SCADA phải cần có thông tin
Server đã được đăng ký trên registry của Windows. Để có được thông tin này
người sử dụng phải cài nguyên phần mềm OPC Server trên máy tính SCADA (mặc dù
là chỉ cần Program ID).
·
Nếu đi sâu vào cơ chế
hoạt động giữa Client (SCADA) và Server thì sẽ thấy được điểm rất bất cập của
OPC DA. Client kết nối với Server bằng kết nối “cứng”, tức là Client tạo một
không gian đối tượng trên Server và trỏ (pointer trong C++) đến các đối tượng
này. Khi mất kết nối hay Server bi khởi động lại thì Cient sẽ trỏ đến vùng nhớ
không xác định. Client cần phải khởi động lại để tạo một không gian đối tượng
khác. Như vậy kỹ thuật liên kết “cứng” này hoàn toàn không thích hợp trong việc
kết nối qua internet.
OPC UA được hiểu là
một chuẩn truyền thông bậc cao độc lập, được phát triển bởi hiệp hội OPC
Foundation, nhưng OPC UA hoàn toàn khác trước so với đặc tả đàn anh của mình
OPC DA. Chính vì vậy OPC UA được hiểu bằng cụm từ Open Platform Communication
(OPC) Unified Architecture (UA) nhằm tránh đi cụm từ đã không hợp thời OLE for
Process Control của OPC DA và những đặc tả khác.
OPC UA có những bước tiến gì? Trước tiên, OPC UA khắc phục tât cả các điểm hạn
chế của OPC DA đã được liệt kê ở trên. Nhìn chung OPC UA có các ưu điểm sau:
·
OPC UA là chuẩn quốc
tế IEC 62541.
·
OPC UA Server và
Client có thể được lập trình và chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau.
·
OPC UA Server và Client
có thể được chạy trên các thiết bị trường như cảm biến và chấp hành. Như vậy dữ
liệu từ cảm biến, thiết bị chấp hành có thể được đưa thẳng lên Cloud.
·
Có tính bảo mật cao,
sử dụng nhiều lớp bảo mật:Hỗ trợ tính Fault tolerance và Redundancy.
o X509 Certificate : Client phải có
Certificate do Server cung cấp thì mới truy cập được dữ liệu;
o Chữ ký : mỗi thông điệp truyền đi đều
được kèm theo chữ ký, Server sẽ đối chiếu với chữ ký đăng ký trước mà từ đó
chấp nhận/từ chối thông điệp.
o Mã hóa : mỗi thông điệp truyền đi đều
được mã hóa.
o User/Password: đăng nhập truyền thống để vào
Server.
o Quyền truy cập đến từng point (tag) : mỗi
biến trên Server đều có lựa chọn cho phép chỉ đọc, đọc/ghi hay hoàn toàn không
truy cập được.
·
Hỗ trợ kỹ thuật
Heartbeat hai chiều giữa Client và Server để kiểm tra tình trạng hoạt động với
nhau.
·
Hỗ trợ chức năng
automatic backfilling dữ liệu. Khi kết nối giữa Client và Server bị gián đoạn
thì dữ liệu trong thời gian này được buffer trên Server. Ngay sau khi kết nối
được khôi phục thì dữ liệu buffer này được gửi ngay cho Client.
·
Dữ liệu trao đổi giữa
Client và Server bao gồm: Biến cơ bản (Elementary variable); Hàm (Method); Sự
kiện (Event); Mãng (Array) và Đối tượng (Datablock).
·
Bao gồm luôn History,
Alarms & Event. Trước đây các đặc tả này tồn tại riêng biệt: OPC HDA, OPC
A&E.
·
Hỗ trợ lưu đồ trạng thái
(State-machine).
3. OPC UA TRÊN PLC S7-1500
PLC S7-1500 của hãng
Siemens với Firmware 2.0 và được lập trình trên phần mềm TIA Portal version 14
trở đi sẽ được hỗ trợ trợ OPC UA. Có nghĩa là OPC UA Server chạy trực tiếp trên
CPU của PLC này. Thành phần chính chạy trên CPU của PLC là chương trình và dữ
liệu điều khiển. OPC UA Server là ứng dụng chạy độc lập trên cùng CPU. Khi lập
trình trên TIA Portal nên lưu ý 3 bước sau đây để tạo OPC UA server trên PLC
S7-1500 (hình 1):
1. Kích hoạt chức năng
OPC UA server trên Properties của CPU S7-1500 trong môi trường TIA Portal.
2. Xác nhận là có
License đã mua.
3. Cấu hình các biến
trên PLC cho phép truy cập đọc/ghi từ OPC UA Client.
Hình 1. Ba bước khi
lập trình trên TIA Portal để thực hiện OPC UA Server
Khi OPC UA Client có
yêu cầu Server cung cấp không gian tên và cấu trúc dữ liệu, thì Server truy cập
vào vùng dữ liệu của chương trình điều khiển, nhận thông tin và gửi lại cho
Client (hình 2).
Hình 2. Cơ chế truy cập không gian tên dữ liệu OPC UA trên S7-1500
Trong bài viết này
không đề cập đến cài đặt bảo mật trên Client (SCADA) và Server (S7-1500) cũng
như ứng dụng thực tế của OPC UA trong S7-1500. Tác giả xin trình bày các vấn đề
chi tiết này ở trong các bài viết ở các số sau.
Có 4 phương pháp trao đổi dữ liệu giữa Client và Server:
• Đọc/ghi đồng bộ (Synchronous Read/Write).
• Đọc/ghi bất đồng bộ (Asynchronous Read/Write).
• Đọc/ghi dữ liệu đăng ký trước (Registered Read/Write).
• Đăng ký (Subscription).
Trong phương pháp đọc
ghi đồng bộ, Client gửi yêu cầu cho Server tên Node cần đọc/ghi và chờ kết quả
trong một thời gian nhất định. Đọc/ghi đồng bộ trong OPC UA khác với trong OPC
DA là: việc gửi yêu được thực hiện bởi Stack phía Client, và Client chỉ chờ dữ
liệu trong phạm vi của mình (hình 2).
Đối với với phương pháp đọc/ghi không đồng bộ: Client gửi cho yêu cầu cho
Server tên Node cần đọc/ghi và Client sẽ không chờ việc nhận dữ liệu. Tiếp
theo, Server tìm kiếm trên vùng dữ liệu thuộc chương trình điều khiển theo tên
yêu cầu, đọc/ghi Node đó và gửi/thông báo lại cho Client. Đọc/ghi không đồng bộ
trong OPC UA khác với OPC DA là: Việc gửi yêu cầu được thực hiện bởi Stack phía
Client (hình 2).
Chính nhờ Client không kết nối “cứng” với Server nên việc trao đổi dữ liệu giữa
chúng thông qua internet được thực hiện dễ dàng và mềm dẽo.
Đối với hai phương pháp này, mỗi lần Client yêu cầu đọc/ghi là Server lại phải
tìm kiếm trong hệ thống bằng tên (hình 3a) dẫn đến chi phí thời gian cho mỗi
lần trao đổi cao hơn so với phương pháp đọc/ghi Node đã đăng ký trước (hình
3b). Trong phương pháp đọc/ghi Node đã đăng ký trước, mỗi lần trao đỗi dữ liệu,
Client chỉ cần gửi Node ID dưới dạng số nguyên và tiếp theo, Server sẽ truy cập
trực tiếp vào Node này trên Server để lấy thông tin và gửi lại cho Client. Với
phương pháp này rõ ràng tốc độ truy cập nhanh hơn nhiều so với phương pháp truy
cập Node không đăng ký trước.
Phương pháp trao đổi dữ liệu Subscription trong OPC UA, về nguyên lý thì giống
như OPC DA: Client đăng ký danh sách các Node trên Server, khi và chỉ khi giá
trị các Node này thay đổi thì Server mới gửi lại cho Client (hình 4). Phương pháp
trao đổi dữ liệu này rõ ràng là chiếm ưu thế trong việc sử dụng đường truyền dữ
liệu là Internet. Chúng tôi sẽ phân tích rõ hơn cơ chế này trong các bài viết
tiếp theo.
Hình 3. Đọc/ghi đồng
bộ và bất đồng bộ trong OPC DA và UA
Nguồn:sưu tầm.
[/tintuc]
