Thu thập Báo cáo dữ liệu từ các bộ điều khiển

Thu thập báo cáo dữ liệu từ các bộ điều khiển Giới thiệu cách tạo ra giải pháp đơn giản sử dụng phần mềm phổ biến để giải quyết các yêu cầu thu thập dữ liệu trong sản xuất. Các kỹ sư chất lượng và hệ thống, các nhà quản lý sản phẩm và các thành phần khác trong ngành công nghiệp chế biến ngày càng tìm kiếm nhiều hơn các báo cáo tìm kiếm và tổng hợp về dữ liệu điều khiển và thông tin sản xuất. Các yêu cầu này xuất phát từ nhiều lý do. Một kỹ sư một mặt muốn dữ liệu chu kỳ máy trong bảng tính để phục vụ việc phát triển quy trình. Một kỹ sư khác lại muốn báo cáo chi tiết của mỗi chu kỳ máy nhưng lại không có thời gian để xem xét chúng thường xuyên. Anh ta chỉ muốn lưu dữ liệu đó ở một định dạng mà bất cứ hệ thống máy tính nào cũng có thể đọc được. Và danh sách các yêu cầu khác nhau này vẫn cứ tiếp tục được tạo ra. Mặc dù các yêu cầu về dữ liệu rất đa dạng, có một điều họ luôn gặp phải là khó khăn trong việc tìm một giải pháp đơn giản. Việc tìm kiếm tài nguyên thu thập dữ liệu trực tuyến trên mạng sẽ dẫn đến rất nhiều các kết quả lộn xộn. Để khắc phục điều này, bài báo sẽ giúp phân loại một số các cụm từ để giúp người đọc hiểu tại sao có sự khác biệt giữa các giải pháp cho yêu cầu của riêng họ và giải pháp cho các yêu cầu khác. Để hiểu rõ hơn vấn đề, chúng tôi mô tả một phương pháp sử dụng phần mềm điều khiển có sẵn trong hệ thống để truy suất dữ liệu dưới định dạng và vị trí có thể tìm thấy trong bảng tính, cơ sở dữ liệu hoặc bất kỳ các ứng dụng nào khác – bao gồm các hệ thống MES hoặc ERP. Giải pháp này thúc đẩy các công nghệ Microsoft được cài đặt phổ biến trong các máy tính giao diện vận hành. Các dạng thu thập dữ liệu Do SCADA chứa trong nó chữ viết tắt của cụm từ thu thập dữ liệu, khi một người muốn tìm báo cáo về dữ liệu máy, tìm kiếm trực tuyến sẽ thường nhận được các bài báo về hệ thống điều khiển. Trước đây cụm từ SCADA có một nghĩa khác. Khi ngành công nghiệp nhiên liệu, dầu mỏ hoặc gas và các ngành công nghiệp khác đều sử dụng các bộ điều khiển và yêu cầu thu thập dữ liệu và điều chỉnh các tham số truy cập, SCADA được nhắc đến như nghệ thuật thu thập dữ liệu và điều chỉnh theo đáp ứng điều khiển . Bất chấp nguồn gốc khác của tên SCADA, các tham khảo hiện thời tới SCADA thường đề cập tới một hệ thống điều khiển dựa trên PLC/HMI. Sự thay đổi này xảy ra khi tương tác người – máy (HMIs) trở thành một phần thông dụng của hầu hết các hệ thống điều khiển. Một phương pháp thu thập dữ liệu thông dụng khác là DAQ rất khác với phương pháp SCADA vì nó thực hiện các phép đo chính xác và cực nhanh. Các phép đo như vậy không liên quan đến thời gian đúc kim loại hoặc luồng phun tổng cộng, ví dụ trong nhà máy cán nhôm, mà chỉ liên quan đến áp suất hoặc dung sai ở tốc độ ki lô héc hặc mega héc. Đối tượng dùng hệ thống này là các nhà khoa học đang nghiên cứu trường dòng hoặc tốc độ phản ứng. Một số giải pháp DAQ sử dụng cho các phép đo này là các hệ thống tiêu chuẩn trông giống như các máy tính di động thời trước (hình giống chiếc vali). Các giải pháp khác sử dụng các card cài đặt trong máy tính để bàn. Giao động kí số là một ví dụ đơn giản của hệ thống này. Dữ liệu thu thập từ các máy này khác xa với SCADA. Tuy nhiên vẫn có một số lời chào hàng cho các mục đích phổ thông áp dụng trong cả lĩnh vực nghiên cứu và công nghiệp. Thuộc tính kép này được minh họa trong tuyên bố của một bài báo về hệ thống điều khiển “ Chúng tôi đã thu thập được dữ liệu đa kênh với tốc độ 100k mẫu/giây đồng bộ với điều khiển thủy lực vòng kín trên hai trục.” Trong ứng dụng đó, ranh giới giữa điều khiển chuyển động và DAQ trở nên không rõ ràng. Tuy nhiên một kỹ thuật viên hệ thống hoặc quản lý quá trình biết khi nào ứng dụng nâng cao đó sẽ không cần phải thu thập một số dữ liệu cụ thể trong bảng tính để cân nhắc. Nhận dữ liệu cần thiết Với tất cả những thay đổi xảy ra xung quanh chức năng, khả năng, và thuật ngữ hệ thống điều khiển, cách thu thập dữ liệu đơn giản từ khối hệ thống điều khiển có vẻ trở nên quá rộng với một chủ đề cụ thể nào đó. Vì vậy, để tiếp cận với những vấn đề chung trong việc thu thập dữ liệu, chúng ta hãy xem xét một số ví dụ thực tế trong công nghiệp. Một kỹ thuật viên quá trình tại một xưởng đúc nhôm đang cố gắng giải quyết vấn đề quy trình và chất lượng. Anh ta kiểm tra tính tối ưu bằng cách tăng tốc độ phun và quan sát ảnh hưởng của nó lên biến thiên nhiệt độ, tốc độ nguội, và chất lượng sản phẩm. Dữ liệu được ghi lại bằng mắt thường và lưu trong hồ sơ. Anh ta cũng nhận thấy sự cần thiết có thêm các giá trị trung bình và phân tích dữ liệu trước khi nó được lưu trong một chu kỳ. Ví dụ, tốc độ nguội không chỉ đơn thuần như số liệu quan sát được. Các kỹ sư đã cố gắng thử một gói phần mềm thứ ba với chi phí rất đắt nhưng không đem lại kết quả gì. Vì vậy, anh ta tìm một giải pháp khác với nhiều giả thuyết tiền nhiệm mà Microsoft Access có thể sử dụng. Câu hỏi của anh là: Làm thế nào để thu được dữ liệu trong bảng tính một vào thời điểm chính xác trong chu kỳ với định dạng đúng? Một người quản lý nhà máy tại một cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng trộn theo quá trình từng lô/ liên tục muốn theo dõi việc sử dụng vật liệu một cách đặc biệt. Quản lý biết rằng điều này sẽ đòi hỏi phải lập trình hệ thống điều khiển (PLC / HMI) để tạo ra/nắm bắt các hiện tượng. Ông ta cũng biết về PLC, về quản lý giao dịch, hoặc các số liệu có sẵn được tính toán, lưu bộ đệm và nhóm các dữ liệu. Cuối cùng, các dữ liệu thu thập được có thể đưa vào một máy chủ IBM (đang được sử dụng) và một cơ sở dữ liệu Oracle (sẽ được dùng trong tương lai). Bộ phận kiểm tra chất lượng tại một cơ sở sản xuất ống nhựa PVC muốn loại bỏ các bộ ghi biểu đồ dùng để minh chứng rằng bài kiểm tra áp suất đã được thực hiện cho mỗi ống. Các kỹ sư kiểm tra chất lượng muốn lưu kết qủa trong HMI. Bên cạnh đó họ cũng muốn kiểm tra các dữ liệu quan trọng - đó là áp lực đo tại các khoảng 0,2 giây trong 5 giây để có thể xem được trong một cơ sở dữ liệu hoặc bảng tính. Họ muốn có thêm thông tin từ các chu trình đăng nhập vào thời điểm chính xác đồng bộ với những sự kiện khác trong chu kỳ máy. Cuối cùng, họ cần tìm kiếm tất cả các dữ liệu để lưu vào cùng một file mà bất cứ điều gì từ Oracle, Notepad đển Microsoft Excel đều có thể đọc được. Trong thực tế thì các ví dụ trên có ý nghĩa gì? Không kể hệ thống hay giải pháp nào được sử dụng, tất cả chúng đều liên quan đến một số chương trình tính tương quan và chụp lấy sự kiện rồi lưu dữ liệu vào các thanh ghi. Chúng cũng liên quan đến việc tạo ra bản ghi mới sau một số bước xác định xảy ra. Trong một số trường hợp, đó là một sự kiện vừa được tạo ra được định nghĩa như là một hỗn hợp hoặc một sự kiện có nguồn gốc dựa trên một số điều kiện và các sự kiện riêng biệt trong máy tính hoặc chu kỳ. Hai trong số các trường hợp nêu trên liên quan đến việc ghi dữ liệu mới với định dạng mà bất kỳ công cụ- một bảng tính, cơ sở dữ liệu, MES / hệ thống ERP hay thậm chí một trình soạn thảo văn bản có thể đọc được. Cần bao nhiêu tùy biến lập trình? Các kỹ sư ở các nhà máy này biết các đặc tả cần thiết cho lập trình. Câu hỏi đặt ra là: cần bao nhiêu đặc tả? Liệu có thể tự làm tất cả, hay phải mua các ứng dụng SCADA mạnh mẽ đính kèm và có các giải pháp thiết kế riêng cho từng vấn đề? Hay hệ thống điều khiển có sẵn của họ cung cấp một số công cụ cho một giải pháp đầy đủ mà dễ hiểu? Câu trả lời là trong mọi trường hợp, hệ thống điều khiển hiện thời đã có nhiều công cụ hỗ trợ việc xây dụng một giải pháp mới: • Các sự kiện nhận và tổng hợp có thể được tạo ra trong bộ điều khiển (PLC). • Dữ liệu có thể được lưu bộ đệm trong PLC hoặc trong HMI ( bộ điều hành giao diện hệ thống). • HMI và VBA (Visual Basic for Applications) tương thích với mã DAQ để đặt dữ liệu vào định dạng dễ đọc nhất. • Microsoft Office có thể được sử dụng để truy cập dữ liệu phục vụ cho phân tích cảm nhận của con người. Chỉ các phần mềm bản quyền mới tương thích với Office. Trong tất cả các trường hợp, HMI đều chứa VBA. Trong các dự án trước đây, HMI không có VBA đi kèm. Với các tình huống như vậy, mã VBA được cài vào chương trình Visual Basic theo cách thông thường nhưng phải mua trình điều khiển để chạy ứng dụng này. (Chú ý: VBA là một ngôn ngữ, Visual Basic là một công cụ phát triển ứng dụng sử dụng ngôn ngữ VBA). Trong hai trường hợp kể trên (sản xuất nhựa và vữa) dữ liệu được lưu dưới dạng file kí tự, các kí tự phân biệt bằng dấu phẩy. Cần nhấn mạnh tầm quan trọng trong tính cơ động của loại dữ liệu này. Đó là dạng file dễ đọc nhất. Các file XML là một lựa chọn khác. Điều quan trọng là các file phải phổ biến và có thể dùng được. Tại nơi nhà máy sản xuất vữa chát, một máy chủ IBM và các công cụ khác như máy chủ Oracle và SQL phải có khả năng đọc dữ liệu. Các lập trình viên IBM đã được hướng dẫn rằng tất cả họ đều phải tạo ra dữ liệu ở dạng file ký tự và đọc từng dòng một. Mặc dù công nghệ này có từ thập kỷ trước, nhưng nó đơn giản và vẫn làm việc hoàn hảo. Tại nơi sản xuất ống nhựa PVC, mỗi bài kiểm tra trên một ống tạo ra một file CSV mới được đặt tên theo thời gian. Với người tiêu dùng, đó là một công cụ hoàn hảo. Các file này rất nhỏ và cơ động, do đó chúng thỏa mãn các yêu cầu bất cứ công cụ nào cũng có thể dùng chúng. Một chương trình Excel nâng cao thiết kế để người dùng chỉ phải nhấn nút để nạp file CSV và hiển thị dữ liệu theo đồ thị đạt/ không đạt của bài kiểm tra. Tất cả các chỉ thị thực hiện quan trọng khác (KPIs) cũng được hiển thị ở định dạng hữu hiệu cho phép nhân viên kiểm tra chất lượng có được nhiều thông tin chỉ với cái nhìn liếc qua. Một điều quan trọng là việc tạo ra bảng tính này là không bắt buộc, đó chỉ là một ví dụ dùng công cụ trong Microsoft Office để quan sát dữ liệu. Các file CSV thô có thể được mở bởi bất cứ máy tính nào mà không cần phải mua thêm phần mềm gì, và có thể được đưa vào bất cứ chương trình nào. Như đã nói ở trên, việc tạo ra bảng tính chỉ tốn ít thời gian, và Chart Wizard đảm nhận phần lớn công việc đó. Việc khó nhất là làm thế nào để đưa các file dữ liệu CSV vào chương trình một cách tự động. Nhà máy nhôm được chọn để ghi dữ liệu trực tiếp vào cơ sở dữ liệu Access. Lý do là các nhân viên quy trình chỉ muốn một công cụ đơn giản cho phép họ quan sát dữ liệu chu kỳ máy. Một điều lợi thêm nữa là các hệ thống sản xuất MES và ERP có thể đóng vai trò như các khách hàng của cơ sở dữ liệu Access nếu dữ liệu là cần thiết cho tương lai. Công cụ trong tay Một điều quan trọng cần nhớ là bảng điều khiển giao diện HMI thường có hai trong số các công cụ quan trọng nhất cần thiết cho việc phân tích đã được cài sẵn. Đầu tiên là máy chủ dữ liệu, hoặc trình điều khiển - điều này có nghĩa là việc trích dữ liệu từ các bộ điều khiển sàn máy không cần phải can thiệp vào bộ máy. Thứ hai là bộ đính kèm VBA. Khi HMI chứa máy chủ dữ liệu và VBA nó sẽ rất dễ thực hiện DAQ bởi vì mã VBA có thể đọc các giá trị từ PLC. Vì mã này nằm trong HMI nên nó là một phần của hệ thống điều khiển và nó không phải là thiết bị ngoại vi - khi HMI cập nhật hoặc cài đặt lại thì sẽ không ảnh hưởng gì. Một giải pháp thu thập dữ liệu sử dụng các công cụ thông dụng có thể được thay đổi để đáp ứng các yêu cầu và đặc tả của người dùng. Các giải pháp này cũng có thể được mở rộng để bao hàm một hệ thống công thức dùng cùng công cụ. Tại nơi sản xuất vữa, một hệ thống xử lý kế hoạch được thêm vào. Cả hai hệ thống IBM và Window SCADA cùng sử dụng cùng vật liệu và các file CSV. Chương trình VBA trong HMI được mở rộng để bao hàm thủ tục thực hiện kiểm tra toàn bộ quá trình trên phạm vi rộng. Trên thực tế tất cả các thiết bị này - máy chủ dữ liệu, bộ kiểm tra kế hoạch, hệ thống DAQ, và các bộ điều khiển giao diện - đều nằm cùng một nơi quan trọng. Điều này có nghĩa là tất cả chúng đề được kết nối hoặc cập nhật cùng nhau khi ứng dụng HMI được kết nối hoặc cập nhật. Đó là một lợi thế to lớn khi các hệ thống khác phải làm việc dưới các ràng buộc - và với rủi ro thấp của việc bỏ qua các bước không rõ có thể ngăn cản hoặc phá hỏng hệ thống.