BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH TÚ

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ
PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HỖ TRỢ
GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG OPC UA CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT PHẦN MỀM
MÃ SỐ: 62480103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT PHẦN MỀM


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do nghiên cứu, mục đích luận án
Với mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế thì việc ứng
dụng công nghệ thông tin vào hoạt động sản xuất công nghiệp là tất yếu
và cũng là động lực thúc đẩy sự phát triển, hiện đại hóa trong sản xuất.
Mục đích bước đầu tìm hiểu và làm chủ công nghệ, tạo bước đột phá
trong nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT vào công nghiệp, luận
án sẽ hướng tới các mục tiêu: (1) Nghiên cứu, đánh giá và triển khai hệ
thống phần mềm giám sát, điều khiển tiến trình trong công nghiệp. (2)
Cùng với sự công nghiệp hoá và hiện đại hoá, nhu cầu về các phần
mềm giám sát điều khiển là rất khả quan và cấp thiết. (3) Thực tế thị
trường ở Việt Nam chưa phát triển hệ thống hoàn thiện về giám sát và
điều khiển, mà đa phần được triển khai và cài đặt từ các sản phẩm được
phát triển ở nước ngoài. Mục tiêu của luận án là đề xuất và phát triển
các thành phần của OPC UA dựa trên các đặc tả mới nhất của OPC
Foundation và những vấn đề còn hạn chế của các giải pháp đã được đề
xuất dùng cho các hệ thống giám sát, điều khiển trong công nghiệp. Kết
quả nghiên cứu của luận án sẽ là bộ công cụ OPC UA Client-Server
SDK đã được tối ưu hoá và phát triển thành các thành phần. Hệ thống
đề xuất này sẽ khắc phục được những hạn chế của các hệ thống cũ dựa
trên các đặc tả trước đó của OPC Foundation.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
OPC Foundation đang phát triển bộ công cụ (toolkit) cho các nhà phát
triển phát triển và thực thi các ứng dụng phần mềm trong công nghiệp.
Bộ toolkit hứa hẹn sẽ cung cấp các thư viện (libraries), lớp (classes),
phương thức (methods) và giao diện tham khảo (reference interfaces)
cho những nhà phát triển và lập trình ứng dụng [1]. Tuy nhiên, bộ

cho các nhà phát triển ứng dụng, các công ty tin học có thể phát triển hệ
thống một cách khoa học và dễ dàng. (4) Đóng góp một phần vào quá
trình nghiên cứu và làm chủ các giải pháp công nghệ cho phần mềm
công nghiệp, một mảng được cho là khó và mới mẻ ở Việt Nam.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hướng giải quyết, cách tiếp cận: (i) tiếp cận dựa trên đặc tả mới nhất
OPC UA, (ii) dựa trên những mặt hạn chế, điểm yếu của các công trình
đã nghiên cứu nhằm đề xuất giải pháp cho hệ thống phần mềm công
nghiệp trong tương lai, (iii) lập trình, triển khai, kiểm thử hệ thống
nhằm đánh giá và chỉ ra những mặt mạnh, khả năng đáp ứng của nó.
Những nghiên cứu trong lĩnh vực của luận án sẽ bao gồm: (i) nghiên
cứu những đặc tả của OPC, đặc biệt chú trọng đến đặc tả OPC UA, (ii)
xem xét những nghiên cứu hiện tại của thế giới, tìm ra những mặt còn
hạn chế và giới hạn của chúng, (iii) đề xuất một kiến trúc mới cho hệ
thống phần mềm công nghiệp ở góc độ tổng quát với mục đích có thể
áp dụng được cho nhiều bài toán cụ thể và cải thiện được những mặt
hạn chế hiện tại của các nghiên cứu đã công bố, (iv) nghiên cứu và đề
xuất giải pháp cho vấn đề ghép nối các thiết bị vào OPC UA Server, (v)
phát triển, triển khai hệ thống đề xuất và chạy thử nghiệm, (vi) ước
3

lượng, đánh giá, và đề xuất áp dụng cho các bài toán thực tế trong công
nghiệp.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: (1) Phân tích, thiết kế, và
triển khai thử nghiệm. (2) Phân tích, thiết kế bài toán giám sát và điều
khiển tiến trình dùng trong công nghiệp nói chung, dựa trên phương
pháp phân tích phạm vi lĩnh vực (domain analysis) và thiết kế dựa trên
phạm vi lĩnh vực (domain design), đưa ra giải pháp tổng thể cho bài
toán và xây dựng hệ thống nhằm đảm bảo bảy tiêu chí như sau: đáp


công cụ OPC UA Client-Server SDK đã phát triển ở chương 2. Hai bài
toán giám sát, điều khiển hệ thống quan trắc môi trường và hệ thống
giám sát, điều khiển điều hòa nhiệt độ được đề xuất, áp dụng và phát
triển. Hai hệ thống đã phát triển minh họa khả năng áp dụng và phát
triển tiếp của OPC UA SDK đã đề xuất; Chương 4. Dựa trên bộ công
cụ OPC UA Client-Server SDK đã phát triển và kết quả đạt được của
chương 3, thì bài toán giám sát và điều khiển quá trình trong công
nghiệp được đề xuất, áp dụng và phát triển. Kết quả thể hiện bộ công
cụ OPC UA Client-Server SDK không chỉ áp dụng được vào 3 bài toán
trên, mà còn có khả năng áp dụng vào các hệ thống lớn của dầu khí,
hóa chất, công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Hệ thống điều khiển tự động hóa trong công nghiệp
Một hệ thống giám sát và điều khiển có thể được hiểu là hệ thống tích
hợp chức năng giám sát, điều khiển quá trình một cách liên tục, kiểm
soát sự kiện, báo cáo và xử lý các trạng thái bất thường của hệ thống.
1.1.1. Thiết bị điều khiển khả trình (PLC)
Các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller)
được phát triển trong lĩnh vực điện, ban đầu nhằm thay thế các bảng
mạch rơ le. Các thiết bị PLC có ưu điểm là tốc độ xử lý các tín hiệu
logic nhanh (cỡ mili giây) tuy nhiên khả năng xử lý các tín hiểu analog
lại kém.
1.1.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)
DCS (Distributed Control System) được dùng để chỉ lớp các hệ thống
điều khiển sử dụng phương pháp điều khiển phân tán [21]. Thế mạnh
DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện chuỗi quá
trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng. Các hệ thống DCS ngày nay
thường bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và
phần mềm hệ điều hành hệ thống tích hợp.

[9].
1.2.2. COM/DCOM
Componet Object Model (COM) là một nền tảng mạnh được phát triển
bởi Microsoft. Năm 1992, Microsoft đã phát triển OLE lên về tính năng
và đặt tên là COM (1995). COM là sự đặc tả và là một tập hợp các dịch
vụ cho phép tạo ứng dụng không phụ thuộc ngôn ngữ, khả năng
module hóa, hướng đối tượng, phân tán, tùy biến, nâng cấp được. Mô
hình này xác định cơ chế giao tiếp giữa các đối tượng bao gồm dữ liệu
và ứng dụng. Dữ liệu về các đối tượng được lưu trữ và có thể truy cập
một cách dễ dàng [24]. COM/DCOM là công nghệ được OPC sử dụng
để đặc tả định nghĩa một tập chuẩn cho đối tượng, giao diện và phương
thức để sử dụng trong quá trình kiểm soát và ứng dụng tự động hóa sản
xuất.
1.2.3. XML
Extensible Markup Language (XML) được W3C thông qua vào tháng
2/1998, là tập các quy ước chuẩn về cách phân chia một tài liệu thành
nhiều phần, đánh dấu từng phần theo đặc trưng của nó rồi ghép lại [24].
6

XML là ngôn ngữ dùng để định nghĩa dữ liệu, người dùng có thể tự
định nghĩa các thẻ [50, 51]. XML là công nghệ được OPC sử dụng
trong OPC XML-DA, OPC XML-DA là nền tảng độc lập đầu tiên của
OPC Specification thay thế COM/DCOM bằng HTTP/SOAP và công
nghệ Web Serivice.
1.2.4. SOA
Service Oriented Architecture (SOA) ra đời năm 2002, là một tập các
quy tắc và phương pháp thiết kế, phát triển phần mềm theo hình thức
dịch vụ tương tác [24, 50]. Các dịch vụ này được thiết kế rõ ràng,
tương ứng với các chức năng nghiệp vụ cụ thể. Dịch vụ đóng vai trò là
các thành phần của phần mềm và có khả năng sử dụng lại tùy theo mục

Unix, Linux.
1.4. Các đặc tả của OPC
1.4.1. Đặc tả OPC DA (Data Access)
Giao diện OPC Data Access cho phép đọc, viết và giám sát những biến
dữ liệu của quá trình hiện hành [1, 63]. Các trường hợp sử dụng chính
là chuyển dữ liệu thời gian thực từ PLCs, DCSs và các thiết bị điều
khiển khác như HMIs và các Client hiển thị khác. Trong OPC thì OPC
DA là interface quan trọng nhất. Ngày nay, nó được triển khai đến 99%
trong các sản phẩm sử dụng công nghệ OPC.
1.4.2. Đặc tả XML-DA
OPC XML-DA là nền tảng độc lập đầu tiên của OPC Specification mà
thay thế COM/DCOM bằng HTTP/SOAP và công nghệ Web Serivice.
Vì vậy, cấu trúc giao tiếp nền tảng trung lập của nhà cung cấp đã được
giới thiệu và chấp nhận rộng rãi bởi các chức năng của OPC Data được
giữ lại. OPC XML-DA được thiết kế cho việc truy cập Internet và tích
hợp doanh nghiệp. Nhưng dựa trên sự độc lập nền tảng, nó đã được
thực hiện chủ yếu trong hệ thống nhúng và trên các nền tảng không sử
dụng công nghệ của Microsoft. Tuy nhiên, do tiêu thụ nhiều tài nguyên
và hiệu suất hạn chế, nó đã không được thành công như mong đợi cho
loại ứng dụng kiểu này.
1.4.3. Đặc tả DX (Data eXchange)
OPC Data eXchange (DX) là phần mở rộng cho OPC DA. OPC DX
[59] quy định chi tiết việc trao đổi dữ liệu giữa Data Access Servers
bằng cách xác định hành vi của Client và giao diện cấu hình cho Client
bên trong một Server. OPC Data eXchange cho phép trao đổi thông tin
giữa các server với nhau, mở ra khả năng trao đổi thông tin giữa các
máy chủ của nhiều nhà cung cấp khác nhau thông qua mạng truyền
thông Etherner. Công cụ này cho phép ta thêm các chức năng định cấu
hình chẩn đoán và giám sát quản lý hệ thống từ xa.
1.4.4. Đặc tả HDA (Historical Data Access)

máy chủ theo một phương thức nhằm bảo vệ các dữ liệu đó và ngăn cản
mọi hành động không được phép [46].
1.4.7. Đặc tả OPC Batch
OPC Batch ứng dụng triết lý OPC và các quá trình ứng dụng cụ thể có
tính chất theo lô [1].

1.5. Đặc tả OPC UA (Unified Architecture)
OPC UA [64] là chuẩn mới ra đời năm 2006, nhằm khắc phục những
điểm còn hạn chế của các đặc tả cũ của OPC. Mục tiêu của OPC UA là
để việc kết nối các thiết bị phần cứng không còn phải phụ thuộc vào
nền tảng hay công nghệ do nhà sản xuất sử dụng. Với chuẩn chung này,
việc kết nối hoàn toàn tự động, giảm được chi phí triển khai và thời
gian thực hiện: (1) Cách truy cập dữ liệu duy nhất đối với dữ liệu thời
gian thực, dữ liệu quá khứ và sự kiện: Trong OPC UA, không có sự
phân biệt giữa các loại thông tin kể trên, tất cả đều được mô tả dưới
dạng nút trong không gian địa chỉ. (2) Sự đảm bảo và đáng tinh cậy nhờ
thành công của chuẩn OPC trong quá khứ. (3) Khả năng truy cập đến
9

dữ liệu vượt qua tường lửa và qua mạng internet nhờ sử dụng chuẩn
Web Service. (4) Tạo ra sự thống nhất chung giữa các hãng phần cứng
nhờ một mô hình thông tin (information model) duy nhất. (5) Thống
nhất mô mô hình bảo mật dữ liệu duy nhất giữa các hãng thông qua cơ
chế chuẩn certificate (giấy chứng thực). (6) Một giải pháp có thể sử
dụng ngay trên những phần mềm nhúng, cho đến những hệ thống quản
lý doanh nghiệp. (7) Độc lập với các nền tảng khác nhau như Windows,
Linux, Mac. (8) Có nhiều lựa chọn cho việc truyền các bản tin: mã nhị
phân cho các ứng dụng đòi hỏi cao về hiệu suất, và XML cho những hệ
thống quản lý. (9) Tuy phức tạp, nhưng OPC UA có thể đóng gói tất cả
trong SDK, và điều đó tiết kiệm rất nhiều chi phí phát triển.

1.5.3. Giao thức trao đổi dữ liệu (Data Exchange Protocol)
Chilingaryan và Eppler [19] đã phát triển một giao thức trao dổi dữ liệu
trên nhiều nền tảng với hiệu năng cao. Tuy nhiên, giải pháp này không
được mô tả rõ ràng về mặt kiến trúc và hơn nữa hiệu năng của nó chưa
được đánh giá đầy đủ.
1.5.4. XML-DA Server nhúng (Embedded XML-DA Server)
Usami [32] đã phát triển một server nhúng XML-DA cho controller (bộ
điều khiển) của họ, server này vừa có thể nhận và gửi dữ liệu thay vì
chỉ là một thiết bị trường. Tuy nhiên kết quả cho thấy rằng nó cũng chỉ
phù hợp cho môi trường nhỏ, cũng được đánh giá là là khó triển khai
cũng như khả năng tái sử dụng là không cao, và đi kèm là sự khó khăn
khi triển khai trên môi trường internet.
1.5.5. SOCRADES, SIRENA và SODA
Souza đã giới thiệu một kiến trúc cho hệ thống dựa trên web service
(SOCRADES) – một kiến trúc được cho là bước tiến mới trong tương
lai cho các hệ thống tự động trong công nghiệp. Tuy nhiên, giải pháp
này chưa cung cấp một kiến trúc tổng thể để kiểm soát vòng đời của
một thiết bị. Kiến trúc căn bản của SIRENA là DPWS (Device profile
for web service) đang có một vai trò chính trong hệ điều hành Windows
[27]. Hiện nay, các kết quả của SIRENA và SODA đang được ứng
dụng trong dự án SOCRADES.
1.6. Cách tiếp cận và nhiệm vụ của luận án
OPC UA mới cung cấp các yêu cầu để xây dựng một hệ thống giám sát
và điều khiển tự động hóa trong công nghiệp. Từ những đặc tả (các yêu
cầu ban đầu), tác giả nghiên cứu, phát triển vào xây dựng một bộ công
cụ - SDK (OPC UA Client-Server SDK) giám sát và điều khiển hệ
thống tự động hóa trong công nghiệp. Vì hiện nay, ở Việt Nam trong
lĩnh vực xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển tự động hóa trong
công nghiệp chưa có bất kỳ một công ty hay tập đoàn nào áp dụng OPC
UA vào xây dựng phần mềm giám sát vào điều khiển tự động hóa. Tác

kết giữa dữ liệu, các cảnh báo và sự kiện. Từ đó nhu cầu cấp thiết và
mục đích của nghiên cứu này là đề xuất, đưa ra lý do cần xây dựng một
bộ công cụ OPC UA Client-Server SDK ứng dụng vào các hệ thống
giám sát và điều khiển trong tự động hóa công nghiệp. Chương 2 sẽ
trình bày kiến trúc của bộ công cụ đề xuất OPC UA Client-Server SDK
dựa trên đặc tả OPC UA.

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ OPC UA CLIENT-
SERVER SDK CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN
2.1. Xây dựng bộ công cụ OPC UA Client-Server SDK
Nghiên cứu này định hướng xây dựng một OPC UA Client-Server SDK
tuân theo những đặc tả của OPC Foundation và viết ứng dụng để minh
họa những chức năng đã được hỗ trợ trong SDK. Từ đó, sử dụng OPC
UA Client-Server SDK (hình 2.1) trong 3 bài toán giám sát và điều
khiển: (1) hệ thống quan trắc môi trường; (2) hệ thống điều hòa nhiệt
12

độ; (3) hệ thống điều khiển quá trình trong công nghiệp để minh chứng
cho tính thực tế và hiệu quả của chuẩn OPC UA.
Bộ công cụ OPC UA Client-Server SDK cần có những chức năng
chính sau: Bảo mật kết nối. Quản lý phiên làm việc, đặt timeout cho
phiên làm việc. Quản lý và cho phép truy cập không gian địa chỉ. Quản
lý các đăng ký theo dõi dữ liệu (subscription). Các chức năng hỗ trợ:
Logging, bắt ngoại lệ (exception handling)…
Các chức năng cần có ở OPC UA client trong SDK: Kết nối với
server viết bởi cùng SDK. Quản lý kết nối và phiên làm việc. Truy
nhập, thao tác với không gian địa chỉ. Sử dụng chứng nhận (certificate)
trong bảo mật.
Các chức năng cần có ở OPC UA server trong SDK: Cho phép client
kết nối và sử dụng các chứng nhận trong kết nối. Quản lý các phiên làm

SessionManager – Thực thi những nhiệm vụ liên quan đến phiên làm
việc như khởi tạo, kích hoạt, đóng phiền làm việc. (7) Session – Là một
phiên làm việc của client và server. (8) SubscriptionManager – Quản lý
các đăng ký, thu thập thông tin và theo dõi thông tin. (9)
SessionPublicQueue – Là một hàng đợi của các Subcription trong một
phiên làm việc. (10) Subcription – Đây là một đăng ký thu thập thông
tin của một nút. (11) MonitoredItem – Theo dõi một nút để lấy dữ liệu.

2.2. Giải pháp về bảo mật cho hệ thống
Hiện nay, OPC UA cho hệ thống giám sát điều khiển sử dụng cơ sở
truyền thông tuân thủ theo XML, web services và SOA. Chính vì vậy
để đảm bảo tính bảo mật cho hệ thống ta có thể sử dụng chữ ký XML.
Có hai phương pháp có thể sử dụng đó là khóa công khai và khóa bí
mật. Trong luận án này tác giả đã sử dụng phương pháp khóa công khai
RSA với độ lớn khóa là 1024 bit và 2048 bit. Khi OPC UA Client SDK
gửi yêu cầu kích hoạt phiên làm việc thì OPC UA Server SDK cần xác
thực các thông tin sau: chứng thực của client và chứng thực thông tin
người dùng. Điều này không được định nghĩa sẵn trong SDK mà phụ
14

thuộc vào người phát triển ứng dụng. Vì thế, OPC UA Client-Server
SDK đưa ra giao diện ISercurityHelper và lớp trừu tượng
SercurityHelperBase. Khi xây dựng OPC UA Client-Server SDK, tác
giả muốn cung cấp sự linh hoạt cho người dùng SDK, vì vậy người
phát triển ứng dụng có thể tự định nghĩa một lớp kế thừa từ
SercurityHelperBase và xác thực theo cách của họ. Sau khi xác nhận
các thông tin là hợp lệ, OPC UA Server SDK sẽ kích hoạt phiên làm
việc. Kể từ lúc này, OPC UA Client và OPC UA Server SDK có thể
trao đổi các thông tin của hệ thống [65]. Khi OPC UA Client SDK kết
nối đến server. Server sẽ gửi yêu cầu xác nhận cho client. Client tạo ra


Ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm lớn của mọi người vì ảnh
hưởng trực tiếp đến đời sống hàng ngày. Từ thực tế đó, nghiên cứu này
trình bày một hệ thống quan trắc môi trường từ xa dựa trên nền tảng
công nghệ 2,5G – 3G với các thông số môi trường nước bề mặt được
đo tại các địa điểm có khả năng gây ra ô nhiễm môi trường và dữ liệu
được gửi lên trung tâm để lưu trữ, phân tích và đưa ra những biện pháp
cơ bản để cải thiện môi trường.
3.1.1. Ứng dụng cho hệ thống quan trắc môi trường
Thiết bị đo gắn tại sông hồ ở địa phương sẽ đo thông số nước liên tục
và gửi dữ liệu về server trung tâm. Phần mềm trạm theo dõi tại địa
phương yêu cầu server trung tâm gửi các dữ liệu mới nhất, vẽ đồ thị dữ
liệu thời gian thực để người quản lý có thể theo dõi. Phần mềm có khả
năng cảnh báo nếu có đột biến về thông số để người quản lý có các biện
pháp xử lý kịp thời.
3.1.1.1. Phần cứng của hệ thống EMA
Cảm biến pH (Hana, HI1230), cảm biến DO (Hana, HI76409), cảm
biến độ dẫn, cảm biến ánh sáng là IC photodiode (OPT101), độ đục,
cảm biến đo độ đục, cảm biến đo độ sâu, cảm biến áp suất là
MPXV7035, cảm biến nhiệt độ là LM35. Vi điều khiển ATmega128,
SIM là SIM548C.
3.1.1.2. Ứng dụng bộ công cụ đề xuất vào bài toán 1
Hình 3.1 bao gồm 2 phần: phía trên là OPC UA Server SDK, phần dưới
kế thừa bộ công cụ đã xây dựng ở chương 2 để phát triển ứng dụng của
OPC UA server trong hệ thống quan trắc môi trường. Trong đó,
EMAControllerType lưu trữ thông tin các thiết bị và có chức năng điều
khiển thiết bị (Báo cáo). Ngoài ra, ControllerEventType làm nhiệm vụ
cảnh báo khi có sự cố bất thường ở hệ thống.
16


giám sát các thông số của thiết bị đồng thời kiểm tra OPC Server và gọi
các phương thức cho phép trên không gian địa chỉ. Người quản lí OPC
Client chịu trách nhiệm theo dõi các hoạt động của hệ thống cũng như
đưa ra các quyết định bật, tắt hay điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong tòa
nhà. Bảng điều khiển được hiện lên thông qua client. OPC UA Client
được thiết kế để giám sát một hoặc nhiều thiết bị điều hòa nhiệt độ
trong hệ thống Modbus, đặt giá trị nhiệt độ, độ ẩm cũng như gọi các
phương thức trên Server được cung cấp bởi OPC Server thông qua các
dịch vụ. Sự phát triển của hệ thống bao gồm 2 chức năng: Chức năng
giám sát: dùng để giám sát nhiệt độ, độ ẩm và thời gian hoạt động,
lượng điện tiêu thụ, trạng thái bật tắt và định mức nhiệt độ, độ ẩm của
các thiết bị điều hòa nhiệt độ trong tòa nhà. Chức năng quản lý: quản
lý nhiệt độ, độ ẩm để thay đổi sao cho phù hợp với yêu cầu và nhiệt độ
môi trường; để tắt, bật các thiết bị điều hòa nhiệt độ.
3.2.2.2. Ứng dụng OPC UA Client-Server SDK vào bài toán 2
Hình 3.2 bao gồm 2 phần: phía trên là OPC UA Server SDK, phần dưới
kế thừa bộ công cụ đã xây dựng ở chương 2 để phát triển ứng dụng của
OPC UA server trong hệ thống điều hòa nhiệt độ. Trong đó,
AirConditionerControllerType lưu trữ thông tin các thiết bị và có chức
năng điều khiển thiết bị (Bật, tắt, Trạng thái). Ngoài ra,
ControllerEventType làm nhiệm vụ cảnh báo khi có sự cố bất thường
về nhiệt độ ở hệ thống.

18
Hình 3.10. Cách xây dựng controller trong ứng dụng bài toán số 2

3.2.2.3. Kết quả thực nghiệm

cách nhìn trực quan. Bằng việc sử dụng hệ thống đã đề xuất chúng ta có
những lợi ích sau: Mô hình không gian địa chỉ linh hoạt, sẵn sàng cho
việc bổ sung thêm các cảm biến mới. Việc cập nhật dữ liệu được tối ưu,
nhiều loại thông tin như thông tin số đo, các cảnh báo đều có thể được
gửi cùng trong một gói tin cập nhật. Sử dụng lại các dịch vụ và cơ chế
bảo mật đã phát triển trong bộ công cụ OPC UA Client-Server SDK
một cách hiệu quả. (2) Với hệ thống giám sát và điều khiển điều hòa
nhiệt độ dựa trên Modbus, hệ thống đã đề xuất minh chứng tính linh
hoạt và khả năng tái sử dụng cho nhiều hệ thống khác nhau trong công
nghiệp, dân sự. Mô hình hệ thống đề xuất OPC UA Client-Server SDK
kết nối tới thiết bị Modbus thành công chứng tỏ tính mềm dẻo và tương
thích với các chuẩn trong công nghiệp của OPC UA. Điều này giúp cho
các nhà phát triển phần mềm có thể mở rộng đối với các thiết bị sử
dụng giao thức Modbus nói riêng và các chuẩn công nghiệp khác như
DeviceNet, ControlNet, Fieldbus nói chung.

CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG BỘ CÔNG CỤ OPC UA CLIENT-
SERVER SDK VÀO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
TRONG CÔNG NGHIỆP

4.1. Mô hình thực nghiệm điều khiển quá trình trong công nghiệp
Trong quá trình khảo sát thực tế về tình hình áp dụng OPC tại Việt
Nam. Tác giả thấy rằng cần phải có một ứng dụng thực tế trong luận
án. Để giúp hiểu rõ hơn về OPC hoạt động trong công nghiệp như thế
nào. Được sự hỗ trợ của Viện kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, tác
giả đã được cung cấp một mô hình thực nghiệm điều khiển quá trình
(điều khiển nước) [40, 41].
20

4.2. Ứng dụng bộ công cụ OPC UA Client-Server SDK vào hệ


Hệ thống được triển khai trên mô hình hoàn chỉnh OPC UA Server và
OPC UA Client kết nối với mô hình điều khiển quá trình trộn nước
trong công nghiệp. Trong đó, OPC UA Server kết nối với mô hình điều
khiển quá trình trộn nước trong công nghiệp sử dụng controller, chế độ
truyền TCP/IP, kết nối qua cổng Com 3 của controller. OPC UA server
kiểm tra trạng thái về nhiệt độ, thông lượng, dung lượng và tương tác
với các thiết bị thông qua controller để thực hiện hoạt động điều khiển.
OPC UA Client kết nối tới server để giám sát các thông số của thiết bị
đồng thời kiểm tra OPC UA server và gọi các phương thức cho phép
trên không gian địa chỉ. Người quản lý OPC UA client chịu trách
nhiệm theo dõi các hoạt động của hệ thống cũng như đưa ra các quyết
định bật, tắt hay điều khiển thông lượng của các đường ống. Bảng điều
khiển được hiện lên thông qua client. OPC UA client được thiết kế để
giám sát và điều khiển một hoặc nhiều mô hình điều khiển quá trình
trộn nước trong công nghiệp (xem hình 4.3).
Sau khi kết nối với server, cứ sau 5 giây client sẽ lấy dữ liệu của các
thiết bị từ server và hiển thị các thông số đó trên một giao diện mô hình
hệ thống như hình 4.3: Gồm có 5 đường ống: Đường ống 1 chứa dẫn
nước nóng từ bình nóng lạnh vào bình trộn. Đường ống 2 dẫn nước
lạnh từ bình chứa vào bình trộn. Đường ống 3 dẫn nước trộn từ bình
trộn trở lại bình chứa tạo thành chu trình khép kín. Đường ống 4 dẫn
nước từ bình chứa vào bình nóng lạnh. Đường ống 5 dùng trong trường
hợp xảy ra sự cố bình trộn đầy thì nước sẽ được dẫn vào bình chứa để
chống tràn nước ra ngoài. Trên mỗi đường ống 1, 2, 3 có một van để
đóng ngắt dòng nước, một van điều khiển thông lượng của dòng nước,
một cảm biến để đo nhiệt độ của dòng nước. Trên bình trộn có một cảm
biến nhiệt độ, và thước đo thể tích của bình, các thông số của bình trộn
sẽ được hiển thị trên các textbox tương ứng. Trong trường hợp nhiệt độ
hoặc dung lượng của bình chứa vượt quá một giá trị điều kiện (được

cho các thiết bị phần cứng.
2. Tính mềm dẻo và linh hoạt của bộ công cụ OPC UA Client-Server
SDK đề xuất đã được áp dụng vào ba bài toán:
Bài toán 1 – Quan trắc môi trường EMA: Với hệ thống quan trắc môi
trường OPC UA Server cung cấp các thông tin về môi trường nước như
pH, DO, ORP, nhiệt độ, độ dẫn, độ đục, độ sâu và ánh sáng. OPC UA
Client thể hiện các thông số ở dạng đồ thị nhằm cung cấp cho người
vận hành cách nhìn trực quan.
Bài toán 2 – Hệ thống giám sát và điều khiển điều hòa nhiệt độ dựa
trên Modbus, hệ thống đã đề xuất minh chứng tính linh hoạt và khả
năng tái sử dụng cho nhiều hệ thống khác nhau trong công nghiệp, dân
sự. Mô hình hệ thống đề xuất OPC UA Client-Server SDK kết nối tới
thiết bị Modbus thành công chứng tỏ tính mềm dẻo và tương thích với
các chuẩn trong công nghiệp của OPC UA. Điều này giúp cho các nhà
phát triển phần mềm có thể mở rộng đối với các thiết bị sử dụng giao
thức Modbus nói riêng và các chuẩn công nghiệp khác như DeviceNet,
ControlNet, Fieldbus nói chung.
Bài toán 3 – Hệ thống giám sát và điều khiển quá trình trong công
nghiệp: Hệ thống được triển khai trên mô hình hoàn chỉnh OPC UA
Server và OPC UA Client kết nối với mô hình điều khiển quá trình trộn
nước trong công nghiệp. OPC UA Server kết nối với Controller qua