Sự phát triển của PAC (Programmable Automation Controller) 

PAC là gì?

Chỉ 30 năm về trước, hầu hết các hệ thống điều khiển quá trình trong công nghiệp được điều khiển bằng những bộ điều khiển tiếp điểm relay hoặc lặp vòng tương tự. Chỉ 30 năm về trước, 3 hệ thống máy tính của tàu vũ trụ con thoi có bộ nhớ RAM nhỏ hơn 100 kilobytes, chúng phải chạy những chương trình phức tạp để điều khiển con tàu. Chỉ 30 năm về trước, chúng ta chưa có PC.
30 năm sau, chúng ta đã tiến những bước dài trong lĩnh vực điều khiển, và máy tính đã thay đổi vượt xa những gì con người biết đến vào cuối thập kỷ 70.

Đầu tiên, sự ra đời của PLC

Trong những năm 70, các bộ vi xử lý chậm, lại tốn kém, giá thành bộ nhớ cũng rất cao. Richard Morley, tại Bedford Associates (sau này là Modicon) và Otto Struger của Allen-Bradley đã nghĩ cách để giảm giá thành sản phẩm trong ngành công nghiệp ô tô khi cho ra đời thiết bị Programmable Logic Controller, hay còn gọi là PLC. “Nó luôn là một máy tính,” Morley nhắc lại, “nhưng chúng tôi gọi nó là bộ điều khiển.” PLCs thay thế các relay thông thường bằng công cụ lập trình ladder (lập trình thang cuốn). Với việc đi tiên phong trong ngành công nghiệp ô tô, PLCs trở nên rất phổ biến khi mà nó giúp tiết kiệm được chi phí rất lớn.
Cuộc cách mạng PLCs trong lĩnh vực điều khiển rời rạc trong công nghiệp sản xuất, diễn ra cùng thời điểm với cuộc cách mạng “máy tính cá nhân” (personal computer – PC) trong văn phòng và doanh nghiệp.

Sự ra đời của PC

30 năm trước đây, máy tính văn phòng được thực hiện trên các minicomputer và các hệ thống lớn. Hầu hết chạy độc lập, nhưng đã có những cuộc thử nghiệm để kết nối các hệ thống máy tính với nhau. Phần mềm xử lý các văn bản thì đơn giản, bản quyền một bản tính giá trên 10.000$ (trong khi ngày nay, Open Office dễ dàng tải xuống miễn phí). Bộ nhớ và lưu trữ rất đắt và cũng không thông dụng. Sau đó Apple, IBM, và các nhà sản xuất khác đã tạo ra “máy tính cá nhân – PC” đơn giản và ít tốn kém hơn. Vào cuối thập kỷ 1980, PC đã được các doanh nghiệp sử dụng, và cuối thập kỷ 1990, nó trở thành tiêu chuẩn cho máy tính trong kinh doanh và sản xuất trên toàn thế giới.

Sự ra đời của PAC

Chi phí giảm xuống, bộ nhớ, khả năng xử lý và độ tin cậy tăng lên đáng kể. Chi phí để sản xuất PC trở nên rẻ hơn so với PLC. Chính điều này thúc đẩy các công ty và người sử dụng nghiên cứu các tính năng của PCs để thay thế PLC truyền thống. Đầu những năm 2000, PAC – Programmable Automation Controller đã ra đời sau nhiều nghiên cứu và thử nghiệm. Chuyên gia Craig Resnick của tập đoàn tư vấn ARC là người đầu tiên sử dụng cụm từ này để chỉ những thiết bị có kiến trúc máy tính.

PAC được ứng dụng ở đâu?

PACs có lợi thế vượt trội, trên cả giới hạn của PLC. Bao gồm:
– Mạng COTS (Commercial Off The Shelf) đến những nền tảng cao hơn
– Kết nối không dây và fieldbus
– Giao diện thông qua nhiều giao thức
– Hiện đại, nhanh chóng, COTS CPU nổi bật với tốc độ xử lý và các bộ xử lý toán học
– Sử dụng hệ điều hành COTS như hệ điều hành DOS, Linux, Windows CE
– Bộ nhớ và không gian lưu trữ về cơ bản là không giới hạn
– Chức năng HMI trong một nền tảng
– Thuật toán điều khiển nâng cao
– Thao tác cơ sở dữ liệu mở rộng
– Tích hợp điều khiển tuỳ ý thông thường
– Kết hợp mô phỏng quá trình
Trên thực tế, PAC có thể thay thế PLC trong hầu hết các ứng dụng, trừ một vài trường hợp ngoại lệ như yêu cầu điều khiển rất nhanh, hoặc đảm bảo an toàn cho các hệ thống đo lường.
Và trong thập kỷ vừa qua, PACs đã thay thế PLCs trong nhiều ứng dụng. Một số nhà cung cấp PLC cũng đã bắt đầu chế tạo PACs, và một số vẫn tiếp tục giữ nguyên nhãn hiệu như PLCs. Trên thực tế đó chính là các tiêu chuẩn dành cho PACs.
Cuộc cách mạng máy tính nhúng
PACs là một phần của cuộc cách mạng mang tên “máy tính nhúng”, gần như tất cả các thiết bị đều có một số loại thiết bị của máy vi tính. PACs là máy tính nhúng đơn giản được sử dụng như các bộ điều khiển trong tự động hoá công nghiệp.
PACs sử dụng các hệ điều hành thương mại, có thể để nguyên hoặc có những tùy biến nhỏ. Điều này có nghĩa là PACs chính là đòn bẩy thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường máy tính nhúng, không chỉ trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp mà cả những thị trường khác.

Với PAC, bạn có thể tự do lựa chọn hệ điều hành

PACs hỗ trợ hệ điều hành DOS hoặc Windows, trong một số trường hợp hỗ trợ cả Linux. DOS tuy không mới nhưng vẫn có một số lợi thế. DOS không có những cập nhật đáng kể, như Windows và Linux đang có, tuy nhiên DOS đem lại hiệu quả về mặt chi phí, cho phép thiết bị vận hành tiết kiệm năng lượng và ít toả nhiệt.
Mặt khác, PACs chạy Windows CE có thể đáp ứng hầu hết các khả năng của ứng dụng Windows, thiết bị ngoại vi, và kết nối mạng. Windows cho phép người dùng kết nối PACs với màn hình cảm ứng hoặc màn hình phẳng thông qua cổng VGA. Trong thực tế, PACs thường được xây dựng như là một thiết bị tích hợp cả màn hình và bộ điều khiển.
Việc sử dụng Windows CE trên PAC cũng cho phép sử dụng các mô-đun đặc biệt mà DOS không hỗ trợ, bao gồm cả kết nối mạng Ethernet, và cổng USB.

Chọn PAC

Việc chọn PAC cũng giống như chọn PLC, hoặc thậm chí như chọn PC. Bạn cần phải chọn phần cứng, hệ điều hành, các thiết bị ngoại vi. Sau đó, bạn chọn các ứng dụng chạy trên PAC, hoặc tự viết.
Bạn bắt đầu bằng cách chọn nền tảng cho PAC. Điều kiện hoạt động: nhiệt độ, độ ẩm, môi trường… Hoạt động tiết kiệm năng lượng.
Chọn hệ điều hành: thay vì DOS thì chọn Windows CE nếu muốn những chức năng cao hơn để có thể kết nối với HMI.
Bạn cũng cần xác định loại I/O cần thiết và số lượng kênh của chúng. Điều này cũng ảnh hưởng đến việc chọn nền tảng, cũng như hệ điều hành và thiết bị ngoại vi. Chọn PAC đáp ứng yêu cầu về DI, DO, AI, AO.
PACs có khả năng để thực hiện các hoạt động đặc biệt, và cũng có khả năng mở rộng thêm các mô-đun. Đặc biệt là những mô-đun điều khiển chuyển động, bộ đếm, bộ nhớ ngoài và các I/O. Bằng cách này, chỉ cần một bộ điều khiển và một hệ điều hành, chúng có thể kiểm soát toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Từ phần cứng đến phần mềm
Có ba loại phần mềm trong một hệ thống PAC. Trước tiên, là hệ điều hành. Tiếp theo là phần mềm lập trình. Cuối cùng là các chương trình ứng dụng chạy trên PAC.
Hầu hết mọi người đã quen lập trình ladder ứng dụng trên PLCs. Mọi người cũng quen thuộc với các ngôn ngữ lập trình như Visual Basic, C + +, Visual C…. Một trong những lợi thế của PAC so với PLC là có khả năng hỗ trợ hàng nghìn ngôn ngữ lập trình cao cấp hơn so với ladder. Những nhà tích hợp hệ thống hoặc người dùng có thể lập trình những ứng dụng chạy trên PACs trên nền tảng Windows hoặc Windows CE.
PACs cũng có khả năng hoạt động như là một thiết bị đầu cuối trong một hệ thống SCADA. Thậm chí chúng có thể kết nối với HMI, hoạt động ở chế độ đồng cấp (peer-to-peer).
PACs chạy trên nền Windows CE được thiết kế tích hợp cổng Ethernet theo chuẩn công nghiệp. PAC cũng có khả năng kiểm soát dữ liệu giữa bộ điều khiển và HMI, điều mà PLC truyền thống không làm được.

Trong thập kỷ vừa qua, PACs đã chứng minh được khả năng vượt trội của mình, sự kết hợp phần cứng và phần mềm giúp PAC trở nên chắc chắn, đáng tin cậy, linh hoạt, và phổ biến. Thông thường, bạn khó có thể nhận biết được sự khác nhau giữa PLC và PAC nếu chỉ nhìn từ bên ngoài. Hãy tìm hiểu thật kỹ để thấy được những ưu điểm vượt trội của PAC.