Sức mạnh của net trong tự động hóa
công nghiệp

Các nhà thiết kế ứng dụng công nghiệp hiện nay đang có hai lựa chọn trong việc tương
tác với các quá trình sản xuất thông qua bộ điều khiển logic khả trình (PLC): họ có thể
mua một giao diện người - máy (HMI) đóng gói sẵn, nguyên khối, đã lập trình sẵn, hoàn
chỉnh và sẵn sàng hoạt động, hoặc họ có thể tự xây dựng giải pháp cho riêng mình.
Các gói phần mềm HMI đóng gói sẵn rất hấp dẫn vì
đã ẩn đi rất nhiều tác vụ phức tạp. Mua phần mềm phát triển từ một nhà phân phối chính
thức, nạp nó vào máy tính phát triển rồi đặt cấu hình, gỡ rối và chạy thử. Sau đó, chỉ cần
triển khai các ứng dụng thời gian chạy, máy chủ số liệu và các tệp tin cấu hình cần thiết
lên (các) máy tính. Còn gì dễ dàng hơn?
Thế nhưng các giải pháp phần mềm HMI có sẵn lại không nhất thiết phải là cách tiếp cận
tốt nhất hoặc thực tế nhất đối với các ứng dụng công nghiệp riêng của từng đối tượng.
Ví dụ, mặc dù các gói phần mềm HMI đóng gói sẵn cho phép kết nối với các thiết bị,
phần mềm và hệ thống của các nhà cung cấp khác thông qua OPC hoặc các chuẩn khác,
thì những kết nối đó lại hiếm khi phù hợp với điều khiển thời gian thực hoặc bảo mật cao.
Và không cần biết gói sử dụng công nghệ tích hợp tiên tiến tới mức nào, ta sẽ bị chậm ở
mỗi khúc quanh của công nghệ. Ví dụ, nếu bạn đã mua một gói phần mềm sử dụng mô
hình đối tượng chung phân tán (DCOM) và muốn tận dụng những ưu thế về bảo mật và
bền vững mà Microsoft đã có được kể từ khi bạn mua gói phần mềm, bạn sẽ phải mua
một gói phần mềm khác. Ngoài ra, bản chất nguyên khối của các đơn chào hàng đóng gói
sẵn thường gây khó cho việc tích hợp trực tiếp ứng dụng của bên thứ ba vào giải pháp
của bạn, và do đó giới hạn các lựa chọn trong tương lai.
Sau đó là vấn đề đào tạo. Vì môi trường phát triển và hành vi của các phần mềm thay đổi
tùy theo nhà cung cấp HMI, bạn sẽ cần phải có được những kỹ năng chuyên biệt để hoàn
thành các nhiệm vụ tương tự. Các khóa đào tạo, giá thành, và lịch học thay đổi tùy theo
nhà cung cấp HMI và thường được mời chào thông qua các kênh phân phối độc quyền.
Có thể xem xét khả năng thuê người ngoài, nhưng vì cần có kinh nghiệm và huấn luyện
chuyên biệt nên số lượng chuyên gia tương đối ít, do đó giá thành tăng lên.
Và đối với nhiều người, giá thành của việc cài đặt nhiều lần thậm chí còn là một vấn đề

công các cấu thành HMI tiền thiết kế rẻ tiền và các bộ điều khiển truyền thông thành một
HMI phù hợp với các ứng dụng và sự nhạy cảm một cách hoàn hảo.
.NET đã mau chóng trở thành nền tảng của việc lựa chọn trong công nghệ thông tin, với
nhiều công ty đã bố trí nhân lực và huấn luyện họ để cài đặt và hỗ trợ lâu dài. Những
người cần công nghệ .NET chỉ để dùng vào việc phát triển HMI có thể tải miễn phí phiên
bản Visual Studio .NET từ Microsoft.
báo sẽ xem xét kỹ hơn các giải pháp dựa trên cơ sở cấu thành này, đặc biệt là khi chúng
liên quan đến việc xây dựng HMI và truyền thông cho các hệ thống dựa trên cơ sở PLC
trong môi trường .NET.
Tóm tắt lịch sử của các giao diện PLC - người
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) dựa trên máy tính được đưa ra năm 1968. Nó thay
thế các bộ điều khiển rơle bằng dây nối kém linh hoạt đang được sử dụng lúc bấy giờ.
Các PLC đời đầu dựa vào các nút ấn gắn trên panel và các đèn báo để tạo ra một “giao
diện người - máy” thô sơ, hay còn gọi là HMI.
HMI dựa trên máy tính đầu tiên dùng cho PLC xuất hiện trong những năm 1980. Các
giao diện này dựa trên lệnh văn bản và thường là tài sản của từng nhà sản xuất PLC.
Trong những năm 1980, một số công ty phần mềm công nghiệp nhỏ và độc lập bắt đầu
xây dựng các HMI dựa trên máy tính có tính mở hơn. Tiếp theo sự xuất xưởng của hệ
điều hành Microsoft Windows cuối những năm 1980, giao diện người dùng đồ họa dựa
trên máy tính đầu tiên dùng cho PLC đã có mặt. Là một lớp, các giao diện đồ họa này
cung cấp cả hai chức năng HMI và thu thập số liệu và giám sát điều khiển (SCADA).
Mặc dù còn lâu mới hoàn thiện, Windows đã chứng tỏ rằng nó là một nền tảng tuyệt vời
để xây dựng HMI và các ứng dụng công nghiệp khác. Việc cách tiếp cận này tăng lên
nhanh chóng về số lượng không có gì đáng ngạc nhiên cả. Khi Microsoft bổ sung các
chức năng mới cho hệ điều hành Windows, các chức năng này dần dần được tích hợp vào
các giải pháp phần mềm công nghiệp của bên thứ ba. Cổng Web nhúng là một ví dụ.
Sau đó, khoảng năm 2001, Microsoft giới thiệu công nghệ lập trình .NET, môi trường
xây dựng và điều hành ứng dụng thế hệ tiếp theo cho Windows của công ty. Microsoft
.NET sử dụng tối đa các dịch vụ web và các công nghệ tích hợp mã nguồn mở khác để
đem lại một nền tảng vô cùng mạnh mẽ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng,

lập trình viên truy cập vào các đặc trưng của ứng dụng ngôn ngữ thông thường và cung
cấp nhiều dịch vụ cao cấp để giảm thiểu việc tái mã hóa các đặc trưng thường được truy
cập.
Nhờ một mô hình lập trình đơn giản và phù hợp và một số dịch vụ có sẵn, .NET
Framework cho ta một môi trường dễ điều khiển để xây dựng các giải pháp chất lượng
công nghiệp và bền vững hơn so với những gì mà các nhà lập trình trước kia trông đợi ở
Microsoft. Các dịch vụ này bao gồm thu thập số liệu rác, tích hợp ngôn ngữ chéo và quản
lý ngoại lệ, an ninh được nâng cao, trợ giúp về phiên bản và cài đặt, các dịch vụ gỡ rối và
số liệu tóm tắt, v.v… Đặc biệt, .NET Framework đơn giản hóa việc cài đặt ứng dụng và
tránh được xung đột về phiên bản xuất hiện trong “địa ngục DLL” mà các lập trình viên
đã gặp quá thường xuyên với các mô hình cài đặt Windows trước đây.
Mã nguồn tái sử dụng đồng nghĩa với việc các nhà phát triển ứng dụng có thể “viết ít
hơn, dùng lại nhiều hơn”. Môi trường .NET cũng hỗ trợ việc dùng lại mã nguồn kế thừa;
mã nguồn C/C++ kế thừa có thể tái biên dịch vào mã .NET. Điều này giúp bảo tồn các tài
sản trí tuệ quan trọng.
.NET khuyến khích việc tái sử dụng thông qua một thiết kế phần mềm hướng đối tượng
(OOP) và phương pháp xây dựng cho phép sáng tạo các thành phần (lớp) phần mềm
riêng biệt, gán các hành vi chuyên biệt cho mỗi lớp (hàm), trong phạm vi giới hạn đã đặt
ra (thuộc tính). Chúng có thể nhóm lại thành các biến rời rạc nằm bên trong một lớp của
chương trình, cho phép phân tách nhóm này với nhóm khác, và ngăn chặn bất kỳ sự
tương tác nào không được điều khiển bởi một thao tác chuyên biệt trong lớp đó.
Theo cách này, mỗi chức năng của đối tượng được thể hiện thành một tập các thuộc tính
và các hàm mà nó đáp ứng. Các mã khác có thể gọi các hàm này và dùng chúng để trích
rút hoặc thay đổi một số thông tin, nhưng các mã khác không thể tác động đến thông tin
hoặc quá trình của chính các đối tượng khác.
Điều này cho phép các nhà phát triển ứng dụng .NET Framework xây dựng các chương
trình thực thi trong .NET và sau đó cài đặt chúng lên các máy tính và các thiết bị tính
khác nhau. Sự độc lập về khía cạnh nền tảng này làm cho ngôn ngữ lập trình chuyên biệt
đã dùng trở nên không thích hợp, vì mọi thứ trở nên bình đẳng đối với hầu hết ứng dụng.
Visual Studio .NET

Đúng là đã có hàng vạn cấu thành sẵn có cho .NET Framework (đấy là chưa kể hàng
trăm quyển sách “bí quyết” và các tài liệu hỗ trợ khác), các tiện ích rất giống nhau này
cũng sẵn sàng cho các nhà phát triển các ứng dụng riêng trong công nghiệp về HMI và
thu thập số liệu. Không giống các công ty đã lựa chọn giải pháp phần mềm HMI đóng gói
sẵn, các nhà phát triển các ứng dụng riêng cũng thoải mái trong việc tận dụng một khối
lượng khổng lồ các cấu thành công nghiệp tương thích .NET và các phần mềm truyền
thông của bên thứ ba, vốn có thể dễ dàng tích hợp vào các ứng dụng riêng của họ.
Các thư viện truyền thông và các cấu thành công nghiệp .NET, giá rẻ bổ khuyết “mắt
xích thiếu”
Khi mà ứng dụng .NET Framework và Visual Studio .NET cung cấp một môi trường
phát triển và triển khai lý tưởng, các công cụ sẵn có này chỉ có thể giúp bạn đến mức độ
đó khi mà cần phải phát triển các giải pháp ứng dụng chuyên biệt cho HMI và SCADA
công nghiệp. Tin tốt là đã có các thư viện truyền thông .NET chất lượng cao, giá rẻ cho
PLC, các cấu thành đồ họa công nghiệp, và các công cụ của bên thứ ba dưới dạng các thư
viện liên kết động (.dll) để hoàn thiện giải pháp của bạn. Một thư viện liên kết động của
Windows là một tệp tin phần mềm có chứa một tập hợp các chương trình con hoặc các
lớp dùng để phát triển ứng dụng. Các thư viện liên kết động cung cấp các dịch vụ phần
mềm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ mã nguồn và thông tin theo kiểu module
hóa.
Có thể sử dụng rất nhiều kiểu lựa chọn bản quyền khác nhau. Những kiểu này cho ta một
mức độ linh hoạt rất cao về giá thành, từ bản quyền phát triển cá nhân, cho tới bản quyền
cấp mã nguồn và chạy tự do không giới hạn.
Các thư viện của bên thứ ba, xây dựng bằng mã nguồn viết trong .NET Framework, cũng
có thể dễ dàng tích hợp vào HMI, SCADA, hoặc các giải pháp công nghiệp .NET khác
của riêng bạn. Các thư viện này có thể cung cấp một kênh truyền thông Ethernet trực tiếp
với Allen-Bradley, GE Fanuc, Schneider và các PLC phổ biến khác. Bằng các sử dụng
kết nối Ethernet trực tiếp, các thư viện truyền thông .NET này loại trừ được nhu cầu tìm
mua một phần mềm truyền thông của nhà sản xuất PLC hoặc dùng một trạm OPC đi kèm
theo chi phí về phần cứng và phần mềm.
Trong khi OPC đóng một vai trò quan trọng trong các chiến lược tích hợp và tự động hóa

Việc nhận các dữ liệu này dẫn đến việc phải thăm dò các PLC đang điều khiển một hệ
thống kiểm tra tự động và Transitions đã xây dựng các giao diện riêng của mình để thực
hiện việc này bằng cách dùng các công cụ lập trình của CimQuest INGEAR. Các công cụ
này đóng gói tất cả các phần mềm Allen Bradley cần thiết với các chương trình và thủ tục
của Visual Basic hoặc Visual Studio .NET của Microsoft vốn thường được sử dụng cho
các tác vụ công nghiệp.
Theo Patrick LaFerriere, chịu trách nhiệm chính về các hệ thống thừa hành sản xuất trong
các xí nghiệp của Transitions, kiểu lập trình này đòi hỏi kiến thức về các ngôn ngữ lập
trình của Microsoft và về các quá trình công nghiệp đang được lập trình.
"Việc tìm lập trình viên Visual Basic hoặc .NET tương đối dễ, tôi có thể nhanh chóng
tuyển được các lập trình viên Microsoft viết mã nguồn cho PLC," Laferriere nói.
CimQuest INGEAR cung cấp cho Transitions các thư viện lớp miễn phí, chúng làm đơn
giản hóa việc xây dựng, phát triển và triển khai các hệ thống được kết nối với nhau dùng
cho các ứng dụng sản xuất sử dụng Visual Basic hoặc Visual Studio .NET.
INGEAR.NET cung cấp một kênh liên lạc Ethernet trực tiếp tới các bộ điều khiển logic
khả trình cần thiết cho việc viết các giao diện HMI với các điều khiển PLC hoặc để thu
thập số liệu từ chúng. Nó không cần cấu thành phụ của bên thứ ba, phần mềm, API hoặc
các công cụ như OPC Servers.
Công cụ chỉ sử dụng ba lớp sơ cấp về mã nguồn, một lớp quản lý PLC, một lớp quản lý
số liệu đọc được từ PLC hoặc viết ra PLC, và một lớp quản lý việc tập hợp các hàm,
thuộc tính và sự kiện để tối ưu hóa các thao tác đọc/viết lên một tập hợp các lớp thẻ.
thuộc tính, hàm và sự kiện trong lớp bộ điều khiển PLC, được mô tả bằng phần dưới ở
hình 2, thiết lập kết nối với các bộ điều khiển Allen-Bradley, thực hiện các quá trình
thông tin liên lạc, ví dụ như các tác vụ Tag Read/Write riêng lẻ hoặc TagGroup
Read/Write, và quản lý việc khai báo và báo cáo lỗi.
Các thuộc tính, hàm và sự kiện của các lớp thẻ, minh họa bằng các hình chữ nhật màu
xanh lục trong hình 2, biểu diễn các giá trị dữ liệu đọc từ và ghi vào thiết bị điều khiển
logic khả trình AB. Điều này bao gồm cả các tác vụ như đánh địa chỉ bảng dữ liệu, định
nghĩa kiểu dữ liệu, đặt định dạng cho các giá trị dữ liệu, các tác vụ theo thời gian biểu,
v.v… Và các thuộc tính, hàm và sự kiện của lớp TagGroup thực hiện các tác vụ đọc/viết