C7 - Control-level Communication

C5: Giao tiếp cấp điều khiển và điều khiển giám sát        

Nhiệm vụ giao tiếp cấp điều khiển Các kiến trúc xử lý phân tán Các cơ chế giao tiếp Xây dựng cấu trúc mạng Các hệ thống bus điều khiển/bus hệ thống thông dụng Ethernet và TCP/IP Component Object Model OLE for Process Control

ĐHBK HÀ NỘI

1 18/10/08

Các kiến trúc/mô hình xử lý phân tán trong cấp ĐK/ĐKGS 

Kiến trúc Master/Slave – Chức năng xử lý thông tin được phân chia trên nhiều trạm tớ – Một trạm chủ phối hợp hoạt động của nhiều trạm tớ – Các trạm tớ có vai trò, nhiệm vụ tương tự như nhau – Các trạm tớ có thể giao tiếp trực tiếp, hoặc không



Kiến trúc Client/Server – Chức năng xử lý thông tin chung được tập trung trên các server – Giữa các client không cần thiết có giao tiếp trực tiếp – Vai trò chủ động trong giao tiếp thuộc về client



Kiến trúc bình đẳng – Các trạm có vai trò bình đẳng, phối hợp hoạt động trực tiếp với nhau không qua trung gian

ĐHBK HÀ NỘI

2 18/10/08

Cơ chế giao tiếp  

Hỏi tuần tự và chào hàng/đặt hàng Dữ liệu toàn cục: – Giống như một vùng nhớ chung – Mỗi trạm đều chứa một ảnh của bảng dữ liệu toàn cục – Mỗi trạm gửi phần dữ liệu của nó tới tất cả các trạm, mỗi trạm tự cập nhật ảnh của bảng dữ liệu toàn cục – Đơn giản, tiền định nhưng kém hiệu quả – Áp dụng cho lượng dữ liệu nhỏ, tuần hoàn, thích hợp trong kiến trúc bình đẳng (ví dụ giữa các trạm điều khiển).



Tay đôi (Peer-To-Peer) – Hình thức có liên kết hoặc không liên kết, cấu hình trước hoặc không cấu hình trước, có xác nhận hoặc không xác nhận, có yêu cầu hoặc không có yêu cầu – Linh hoạt nhưng thủ tục có thể phức tạp – Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn hoặc không tuần hoàn, thích hợp cho tất cả các kiến trúc khác nhau.

ĐHBK HÀ NỘI

3 18/10/08

Xây dựng cấu trúc mạng 

Bus điều khiển: – Số trạm tham gia nhỏ – Khoảng cách truyền nhỏ với hệ tập trung và lớn với hệ phân tán – Yêu cầu ngặt nghèo về tính năng thời gian thực và độ tin cậy – Tốc độ truyền vừa phải – Thường yêu cầu có dự phòng nóng – Cấu trúc chủ yếu dạng bus hoặc hình sao



Bus hệ thống – – – – –

Số trạm tham gia nhỏ Khoảng cách truyền nhỏ Tốc độ truyền cao Thường yêu cầu có dự phòng nóng Cấu trúc chủ yếu dạng bus hoặc hình sao

ĐHBK HÀ NỘI

4 18/10/08

Các hệ thống bus điều khiển/bus hệ thống thông dụng 

Ethernet, Industrial Ethernet, High Speed Ethernet – – – –



Phổ biến nhất hiện nay Tốc độ cao (10-100 MBit/s) Chuẩn mở, quen thuộc trong các mạng LAN Thường được sử dụng với cấu trúc hình sao (với các bộ chuyển mạch tốc độ cao), được bổ sung giao thức cấp trên cho phù hợp với yêu cầu tính năng thời gian thực (vd Token Passing)

Profibus-FMS – Tốc độ 1,5 Mbit/s – Dễ tích hợp với Profibus-DP – Chủ yếu phổ biến ở châu Âu



ControlNet – Tốc độ 2,5-5 Mbit/s – Chuẩn hóa trong IEC 61158 – Chủ yếu phổ biến ở Bắc Mỹ

ĐHBK HÀ NỘI

5 18/10/08

COM và DCOM 

COM (Component Object Model) – Chuẩn của Microsoft, chủ yếu thực hiện trên nền Windows – Kiến trúc giao tiếp bậc cao giữa các thực thể phẩn mềm (đối tượng thành phần) trong hệ thống – Là nền tảng cho các công nghệ khác: OLE, ActiveX-Control, ASP, ADO, ... – Công nghệ then chốt trong các sản phẩm của Microsoft ngày nay – Hỗ trợ rất mạnh trong các sản phẩm phần mềm khác



DCOM (Distributed COM) – Giao thức hỗ trợ giao tiếp với COM qua mạng – Kiến trúc đối tượng phân tán (so sánh với CORBA)

ĐHBK HÀ NỘI

6 18/10/08

Đối tượng COM và giao diện COM Application Object Object Application

Interface Pointer Interface Function Table pointer

Pointer to Function1 Pointer to Function2 Pointer to Function3 ...

Function1(...) { ... } Function2(...) { ... } Function3(...) { ... }

...

ĐHBK HÀ NỘI

7 18/10/08

Giao tiếp với COM Quá trình client client

Giao tiếp nội trình server object

Quá trình client client

Quá trình dịch vụ cục bộ server

Proxy server Stub

proxy

COM Engine ĐHBK HÀ NỘI

object

Giao tiếp liên quá trình 8 18/10/08

Giao tiếp qua mạng với DCOM Client

Stub

Proxy Object

CoCreateInstance()

COM Runtime

Security Provider

DCE RPC

Security Provider

Protocol Stack

Component

DCE RPC

Protocol Stack CoCreateInstance()

(Remote) Activation

SCM

SCM DCOM networkprotocol

ĐHBK HÀ NỘI

9 18/10/08

Giới thiệu OPC (OLE for Process Control) 

Tập chuẩn giao diện dựa trên COM, do OPC Foundation phát triển, bao gồm: – Data Access Specification: Khai thác, truy nhập dữ liệu quá trình từ nhiều nguồn khác nhau (PLC, các thiết bị trường, bus trường, cơ sở dữ liệu,..) – Event and Alarm: Xử lý sự kiện và sự cố – Historical Access: Truy nhập dữ liệu quá khứ – Trong tương lai: Security, Batch



Ưu điểm: – Khai thác, truy nhập dữ liệu một cách đơn giản, thống nhất thay cho các phần mềm I/O-Drivers khác nhau – Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo hai cơ chế polling và eventdriven – Linh hoạt, hiệu suất cao – Được tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp – Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc bằng một ngôn ngữ bậc cao (C++, Visual Basic, Delphi,..).

ĐHBK HÀ NỘI

10 18/10/08

Kiến trúc sơ lược của OPC SCADA/HMI OPC Interfaces

PC-based Control

Web-based

OPC Interfaces

OPC Interfaces

Control

OPC Server A

OPC Server B

OPC Server C

OPC Server C

Driver A

Driver B

Driver C

Driver C

PLC I/O

ĐHBK HÀ NỘI

11 18/10/08