APAX-5000 là hệ điều khiển tự động hoá của Advantech dựng trên nền máy tính chứ không phải trên nền bộ điều khiển logic truyền thống. Hệ gồm bốn nhóm mô-đun cắm chung một backplane trong tủ: bộ điều khiển, mô-đun vào ra, backplane và mô-đun nguồn. Cách đóng gói này cho phép một tủ vừa làm nhiệm vụ điều khiển tại chỗ, vừa chạy phần mềm giám sát và vừa nói chuyện với hệ thống trên. Bài viết mô tả cách ghép hệ, cách chọn mô-đun theo loại tín hiệu và ranh giới giữa hệ này với mô-đun vào ra rời.
1. Bốn nhóm mô-đun trong hệ APAX-5000
| Nhóm | Việc phải làm | Điểm cần chốt khi lập cấu hình |
|---|---|---|
| Bộ điều khiển | Chạy chương trình điều khiển, giữ dữ liệu, nói chuyện với mạng trên | Hệ điều hành, công cụ lập trình, số cổng mạng và cổng nối tiếp |
| Mô-đun vào ra | Nhận tín hiệu từ cảm biến và xuất tín hiệu ra cơ cấu chấp hành | Loại tín hiệu, số kênh mỗi mô-đun, mức cách ly |
| Backplane | Gá mô-đun, dẫn nguồn và dẫn dữ liệu giữa các mô-đun | Số khe cần dùng và số khe để trống cho lần mở rộng sau |
| Mô-đun nguồn | Cấp nguồn cho toàn cụm trên backplane | Tổng công suất của các mô-đun đã chọn cộng hệ số dự phòng |
Khác biệt lớn nhất so với cách dựng bằng mô-đun rời nằm ở backplane. Mô-đun cắm trên backplane trao đổi dữ liệu với bộ điều khiển qua đường dẫn nội bộ, không qua tuyến nối tiếp hay mạng Ethernet, nên chu kỳ đọc ghi ngắn và ổn định hơn. Đổi lại, toàn bộ mô-đun phải nằm cùng chỗ với bộ điều khiển, nên hệ này hợp với điểm tín hiệu tập trung quanh một tủ chứ không hợp với điểm rải rác trên diện rộng.
2. Các bộ điều khiển trong dòng APAX-5000
| Mã | Nền tảng xử lý | Cổng và mạng | Nền phần mềm | Điểm mạnh riêng |
|---|---|---|---|---|
| APAX-5580 | Intel Core i7, i3 hoặc Celeron thế hệ thứ tư tới 1,7 GHz, bộ nhớ 4 GB hoặc 8 GB DDR3L | 2 cổng Gigabit, 4 cổng USB, 1 cổng RS-232 hoặc RS-422 hoặc RS-485, 1 ngõ VGA, 2 khe mPCIe | Phần mềm điều khiển SoftLogic theo chuẩn công nghiệp | Hai đường nguồn vào và hỗ trợ nguồn lưu điện, gộp cổng mạng dự phòng, khôi phục hệ thống bằng một nút, pin đồng hồ thời gian thực tuổi thọ mười năm |
| APAX-6572 | Intel Atom D510 1,66 GHz, bộ nhớ 2 GB DDR2 trên bo mạch | 3 cổng 10/100/1000, 2 cổng RS-232 hoặc RS-422 hoặc RS-485, 4 cổng USB | Windows WES2009 và Windows CE, thư viện C, C++ và .NET | Cấu hình hai bộ điều khiển chính và phụ giữ mạch vào ra chạy liên tục, chạy tác vụ thời gian thực trên Windows CE |
| APAX-5620 | Bộ xử lý XScale | Có giao tiếp CAN | Windows CE | Bản gọn cho trạm tại chỗ, dùng trong hệ giám sát máy phát chạy khí |
Ba bản này phủ ba mức tải khác nhau. Bản nền Intel Core dùng khi tủ phải làm cả phần điều khiển lẫn phần xử lý dữ liệu, ví dụ chạy kèm một lớp thu thập và ghi lịch sử. Bản nền Atom dùng khi việc chính là điều khiển vào ra và cần cấu hình dự phòng hai bộ. Bản gọn dùng cho trạm ở xa, nơi số điểm ít và yêu cầu chính là chạy bền.
Bộ điều khiển nền Intel còn có hai chi tiết đáng chú ý với người làm bảo trì. Bộ thu phát RS-485 có bảo vệ chống lỗi và dải điện thế chung mở rộng, nghĩa là tuyến nối tiếp chịu được chênh lệch điện thế đất giữa hai tủ. Khe mPCIe cho phép lắp mô-đun truyền thông không dây khi trạm không có đường mạng có dây.
3. Chọn mô-đun vào ra theo loại tín hiệu
Bảng dưới liệt kê các mô-đun vào ra của hệ đã dùng trong hồ sơ triển khai thực tế, kèm loại tín hiệu tương ứng ở hiện trường.
| Mã mô-đun | Chức năng công bố | Tín hiệu ở hiện trường |
|---|---|---|
| APAX-5013 | 8 kênh vào cho nhiệt điện trở | Đầu đo nhiệt độ kiểu điện trở gắn trên ổ trục, đường ống, buồng máy |
| APAX-5017 | 12 kênh vào analog | Cảm biến áp suất, lưu lượng, mức trả tín hiệu dòng hoặc áp |
| APAX-5018 | 12 kênh vào cho cặp nhiệt | Điểm đo nhiệt độ cao trong lò, buồng đốt, đường khói |
| APAX-5040 | 24 kênh vào số | Công tắc hành trình, tiếp điểm phụ khởi động từ, nút dừng khẩn |
| APAX-5045 | 24 kênh vào ra số | Vừa đọc trạng thái vừa đóng cắt đèn báo, rơ le trung gian, van |
Mật độ kênh là điểm khác biệt dễ thấy so với mô-đun rời. Một mô-đun 24 kênh vào số thay được ba mô-đun rời loại 8 kênh, tiết kiệm chỗ trên thanh DIN và giảm số điểm cấp nguồn. Với tủ có hàng trăm điểm số, chênh lệch này quyết định luôn kích thước tủ.
Riêng nhóm đo nhiệt độ cần tách rõ hai mã. Mô-đun cho nhiệt điện trở và mô-đun cho cặp nhiệt không thay thế cho nhau, vì hai loại đầu đo khác nhau về nguyên lý và về cách bù. Chọn nhầm mã ở đây thì không có cách chữa bằng phần mềm.
4. Khi nào cần APAX-5000, khi nào đủ mô-đun rời
- Điểm tín hiệu tập trung hay rải rác. Vài trăm điểm quanh một khu vực thì cắm chung backplane là gọn nhất. Điểm nằm rải theo tuyến dài vài trăm mét thì mô-đun rời đặt tại chỗ tiết kiệm cáp hơn nhiều.
- Chu kỳ điều khiển. Nếu chương trình phải đóng cắt theo chu kỳ ngắn và đều, đường dẫn qua backplane cho độ trễ thấp và ổn định. Nếu chỉ thu thập số liệu để giám sát, mô-đun rời trên mạng Ethernet đã đủ.
- Nơi chạy chương trình. Hệ này đặt chương trình điều khiển ngay trong tủ, chạy độc lập với máy chủ giám sát. Cách dựng bằng mô-đun rời thường đặt phần lô-gic trên máy tính đầu hệ, nên mất máy tính là mất điều khiển.
- Yêu cầu dự phòng. Hai đường nguồn vào, gộp cổng mạng và cấu hình hai bộ điều khiển là những thứ có sẵn trong hệ này. Dựng mức dự phòng tương đương bằng mô-đun rời tốn nhiều công hơn.
- Đội ngũ bảo trì. Đội quen công cụ SoftLogic hoặc quen lập trình trên nền Windows sẽ tiếp nhận hệ này nhanh. Đội chỉ quen cấu hình thanh ghi Modbus thì mô-đun rời gần với thói quen hơn.
Hai cách dựng không loại trừ nhau. Trong nhiều hệ thực tế, tủ trung tâm dùng bộ điều khiển và mô-đun cắm backplane, còn các điểm xa dùng mô-đun mạng đặt tại chỗ rồi báo về cùng bộ điều khiển đó. Chi tiết từng mã mô-đun rời nằm ở bài ADAM-6000 Series cho nhóm chạy mạng và bài ADAM-4000 Series cho nhóm chạy tuyến nối tiếp; phần đấu cảm biến vào mô-đun nằm ở bài đấu cảm biến vào mô-đun Remote I/O.
5. Dự phòng và độ sẵn sàng của hệ
Độ sẵn sàng của một tủ điều khiển không nằm ở một thiết bị mà nằm ở chỗ mỗi lớp đều có phương án khi hỏng. Hệ này có sẵn ba lớp.
Lớp nguồn có hai đường vào và hỗ trợ nguồn lưu điện, nên mất một đường thì tủ vẫn chạy và có thời gian để tắt máy đúng cách. Lớp mạng có hai cổng Gigabit gộp thành một nhóm, mất một sợi cáp thì phiên truyền vẫn giữ. Lớp điều khiển có cấu hình hai bộ chính và phụ trên dòng nền Atom, giữ mạch vào ra chạy khi một bộ dừng. Riêng chức năng khôi phục hệ thống bằng một nút trên bản nền Intel rút ngắn hẳn thời gian xử lý khi phần mềm hỏng, vì người tại chỗ không cần biết cách cài lại máy.
Phần còn thiếu phải bổ sung từ bên ngoài là lớp giám sát. Chương trình chạy đúng nhưng không ai biết trạng thái thì vẫn phải cử người đi kiểm. Phần mềm giám sát dạng nền web nối vào hệ này được mô tả ở bài phần mềm WebAccess của Advantech, còn câu hỏi khi nào một hệ thống đáng đầu tư lớp giám sát nằm ở bài khi nào cần một hệ thống SCADA.
6. APAX-5000 dùng cho việc gì
- Trạm bơm và trạm xử lý trong nhà máy nước. Số điểm analog và điểm số lớn, tập trung quanh một tủ, cần điều khiển tại chỗ ngay cả khi mất kết nối về trung tâm.
- Cụm máy phát và thiết bị quay. Đo nhiệt độ ổ trục bằng mô-đun nhiệt điện trở, đo áp suất và lưu lượng bằng mô-đun analog, đóng cắt bằng mô-đun vào ra số. Một ví dụ triển khai nằm ở bài giám sát cụm động cơ bơm gas.
- Dây chuyền chế biến thực phẩm và dược phẩm. Nhiều điểm đo nhiệt độ theo công đoạn, yêu cầu ghi lại dữ liệu để truy xuất về sau.
- Trạm hạ tầng giao thông và môi trường. Trạm quan trắc có nhiều loại tín hiệu khác nhau, cần một tủ vừa đo vừa gửi số liệu về trung tâm qua đường không dây.
7. Mua bộ điều khiển APAX-5000 ở đâu
Trên site này, nhóm mô-đun vào ra rời nằm ở chuyên mục Remote I/O modules, còn nhóm thiết bị điều khiển và tự động hoá nằm ở chuyên mục tự động hoá công nghiệp. Các mã của hệ APAX được đặt theo cấu hình dự án vì số khe backplane, danh sách mô-đun và bản phần mềm điều khiển phải khớp nhau.
Khi hỏi hàng nên gửi năm thông tin: bảng kê điểm tín hiệu chia theo loại, chu kỳ điều khiển yêu cầu, mức dự phòng cần có ở lớp nguồn và lớp mạng, nền phần mềm mà đội bảo trì đang dùng, và số khe muốn để trống cho lần mở rộng sau. Năm thông tin này khoanh vùng cấu hình nhanh hơn mọi bảng so sánh. Phần máy tính công nghiệp đứng đầu hệ thống liệt kê tại danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi cấu hình máy tính chưa chốt, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu rồi gửi kết quả kèm bảng kê điểm tín hiệu.
Câu hỏi thường gặp về APAX-5000
APAX-5000 là gì?
APAX-5000 là hệ điều khiển tự động hoá của Advantech dựng trên nền máy tính, gồm bốn nhóm mô-đun: bộ điều khiển, mô-đun vào ra, backplane gá mô-đun và mô-đun nguồn. Bộ điều khiển chạy hệ điều hành thông dụng và phần mềm điều khiển, còn mô-đun vào ra cắm trên backplane ngay cạnh nó, nên toàn hệ nằm gọn trong tủ.
APAX-5000 khác mô-đun ADAM rời ở chỗ nào?
Mô-đun ADAM là thiết bị độc lập, mỗi mô-đun tự có nguồn và tự nói chuyện trên tuyến nối tiếp hoặc mạng Ethernet, đặt rải rác theo vị trí tín hiệu. Mô-đun APAX cắm trên backplane chung với bộ điều khiển, dùng chung nguồn và trao đổi dữ liệu qua backplane nên nhanh hơn. Chọn APAX khi số điểm tập trung và cần chu kỳ điều khiển ngắn.
Bộ điều khiển APAX-5580 có cấu hình ra sao?
Theo thông số công bố, APAX-5580 là máy tính công nghiệp gá thanh DIN dùng bộ xử lý Intel Core i7, i3 hoặc Celeron thế hệ thứ tư tới 1,7 GHz với bộ nhớ 4 GB hoặc 8 GB DDR3L. Máy có hai cổng Gigabit, bốn cổng USB, một cổng RS-232 hoặc RS-422 hoặc RS-485, một ngõ VGA, hai đường nguồn vào kèm hỗ trợ nguồn lưu điện, kết cấu không quạt.
Hệ APAX-5000 có chạy dự phòng được không?
Có, theo nhiều lớp. Ở lớp nguồn, bộ điều khiển nhận hai đường nguồn vào và hỗ trợ nguồn lưu điện. Ở lớp mạng, hai cổng Gigabit gộp thành nhóm dự phòng. Ở lớp điều khiển, dòng APAX-6572 công bố cấu hình hai bộ điều khiển chính và phụ để giữ mạch vào ra chạy liên tục khi một bộ dừng.
Lập trình cho APAX-5000 bằng ngôn ngữ gì?
Tuỳ bộ điều khiển. Bản dùng phần mềm điều khiển theo chuẩn công nghiệp lập trình bằng công cụ SoftLogic. Bản chạy Windows CE có thư viện C, C++ và .NET cho phần điều khiển vào ra và truyền thông, kèm lớp thời gian thực để chạy tác vụ có chu kỳ chặt. Đây là điểm phải chốt trước khi đặt hàng vì nó quyết định cả đội ngũ bảo trì về sau.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
