Khám phá APROL: Hệ thống PCS/ICS/DCS hiệu suất cao trên nền tảng Linux của B&R

APROL là một hệ thống điều khiển quá trình (Process Control System/ Industrial Constrol System/ Distributed Control System - PCS/ICS/DCS) hiệu suất cao, được xây dựng trên nền tảng hệ điều hành Linux. Triết lý của APROL là loại bỏ sự phân tách giữa các cấp độ (SCADA, giao diện người dùng đồ họa, cơ sở dữ liệu và điều khiển) và cung cấp một giao diện cấu hình thống nhất (CaeManager).

Tính năng và ứng dụng chính của APROL:

I. Tính năng nổi bật của APROL

Các tính năng của APROL có thể được chia thành các nhóm chính sau:

1. Kỹ thuật và Lập trình (Engineering and Programming)

• Môi trường Kỹ thuật Tập trung (CaeManager): Là chương trình trung tâm để thực hiện hầu hết các công việc cấu hình và kỹ thuật, hỗ trợ kỹ thuật đồng thời (concurrent engineering) – nhiều người dùng làm việc cùng lúc trên dự án.
• Ngôn ngữ Lập trình: Hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn IEC 61131-3, bao gồm Continuous Function Chart (CFC), Structured Text (ST), và Sequential Function Chart (SFC).
• Tạo Logic Dạng Bảng (Continuous Function Table - CFT): Cho phép khởi tạo các khối CAE (như khối ALARM và TREND) dưới dạng bảng thay vì biểu đồ.
• Tái sử dụng Logic: Hỗ trợ tạo Hyper Macros/Typicals để chuẩn hóa và tái sử dụng các chức năng thường gặp (ví dụ: cho các thiết bị truyền động hoặc điểm đo lường).
• Quản lý Yêu cầu (Requirements Management): Có chức năng kiểm tra sự phụ thuộc (dependency check) giữa các phần của dự án, hỗ trợ kỹ thuật.
• Kỹ thuật Ngoại tuyến (Offline Engineering): Được hỗ trợ cho các tình huống cần làm việc không kết nối.
• Phiên bản hóa (Versioning): Tất cả các đối tượng đều chịu sự quản lý phiên bản tự động.

2. Giao diện Người dùng và Trực quan hóa (HMI and Visualization)

• DisplayCenter: Ứng dụng chính để hiển thị trực quan hóa quy trình và điều khiển hệ thống. Nó cung cấp các công cụ phân tích (như AlarmReport, TrendViewer) để hiển thị và phân tích dữ liệu lịch sử hoặc dữ liệu trực tuyến.
• mapp View: Hỗ trợ phát triển giao diện HMI dựa trên web một cách tiện lợi, sử dụng công nghệ web hiện đại (HTML5, CSS3, JavaScript). Các phần tử trực quan (widgets) được cung cấp trong thư viện CAE đã được chuẩn bị sẵn.
• Các Yếu tố Động (Dynamic elements): Các đối tượng đồ họa có thể được đặt động theo giá trị biến quy trình (ví dụ: Nhấp nháy, Màu sắc, Xoay, Di chuyển, Thay đổi tỷ lệ, danh sách Văn bản/Hình ảnh, Ẩn/Hiện).

3. Xử lý và Phân tích Dữ liệu (Data Handling and Analysis)

• Lưu trữ Dữ liệu Lịch sử: Ghi lại và đánh giá dữ liệu lịch sử bằng TimescaleDB.
• Truy vấn Dữ liệu (AprolSqlServer): Cho phép truy vấn và đánh giá dữ liệu lịch sử đã ghi lại thông qua một máy khách SQL.
• Hệ thống Trend: TrendViewer có thể hiển thị và theo dõi diễn biến của các sự kiện quy trình, hỗ trợ hiển thị tới 20 trend cùng lúc.
• Báo cáo (Reports): Cung cấp các báo cáo được cấu hình sẵn cho mục đích chẩn đoán. Hỗ trợ xuất ra các định dạng như HTML, XML và CSV.
• Lưu trữ Dài hạn: Hỗ trợ tạo file PDF theo tiêu chuẩn PDF/A để lưu trữ dài hạn.
• Chữ ký Số: Hỗ trợ áp dụng chữ ký điện tử nâng cao (advanced electronic signature) cho các tài liệu và báo cáo.
• Quản lý Tham số Trực tuyến (OPM): Cung cấp giao diện trong DisplayCenter để quản lý và truyền các tham số (ví dụ: giá trị đặt, thông số PID) trong quá trình vận hành.

4. Kết nối và Giao tiếp (Connectivity and Communication)

• OPC UA: Giao tiếp mở, tiêu chuẩn hóa và không phụ thuộc vào nhà cung cấp. Hỗ trợ chức năng Truy cập Dữ liệu Lịch sử (HDA) và giao tiếp chéo Controller-Controller qua OPC UA PubSub.
• MQTT: Hỗ trợ mở rộng bao gồm gửi siêu dữ liệu APROL đến máy chủ MQTT (ví dụ: cho các công cụ phân tích đám mây).
• Giao tiếp An toàn (TLS): Cấu hình TLS tập trung và quản lý chứng chỉ cho nhiều dịch vụ (ANSL, AprolLoader, HTTP server, OPC UA, MQTT, SQL server, LDAP server, v.v.).
• Cổng Giao tiếp (Couplings/Drivers): Hỗ trợ nhiều giao thức và driver, Modbus RTU/ASCII/CIP(Rockwell Automation), S7TCP(Siemens),  các driver IEC 60870-5-101/104, IEC61850 và các Fieldbus PowerLink/EtherCAT/Profinet...

5. An ninh và Quản trị Hệ thống (Security and System Administration)

• Tăng cường An ninh (Hardening): Bao gồm việc chọn lọc các gói tùy chọn trong quá trình cài đặt.
• Sử dụng Mô-đun Nền tảng Tin cậy (TPM): Được hỗ trợ.
• Secure Boot: Bảo mật quy trình khởi động chống lại các thay đổi không mong muốn.
• Hệ thống Phát hiện Xâm nhập Nâng cao (AIDE): Môi trường phát hiện xâm nhập nâng cao để kiểm tra tính toàn vẹn của hệ thống.
• Máy chủ LDAP (389 DS): Tích hợp hoàn toàn cho việc xác thực người dùng và người vận hành.
• Chính sách Mật khẩu: Có thể cấu hình chính sách mật khẩu bằng biểu thức chính quy.
• Giám sát Hệ thống (SysMon): Thư viện CAE cung cấp các khối giám sát thời gian chạy cho hệ thống APROL (Runtime, Operator, Controller) và các ứng dụng liên quan.

II. Ứng dụng Chính của APROL

APROL được thiết kế để giải quyết các nhu cầu trong lĩnh vực tự động hóa quy trình (Process Automation). Các hệ thống APROL có thể được cài đặt và sử dụng trong các vai trò sau:

• Hệ thống Công Nghệ (Engineering System):

• Ứng dụng: Được sử dụng để cấu hình hoàn chỉnh hệ thống điều khiển quy trình, bao gồm cả cấp độ điều khiển (controller level). Nó chịu trách nhiệm phân phối toàn bộ hệ thống (tải tác vụ xuống controller, tải hệ thống vận hành/runtime).
• Tính năng hỗ trợ chính: CaeManager, công cụ tạo logic (CFC, ST, SFC), quản lý thư viện và phiên bản.

• Hệ thống Thự thi (Runtime System):

• Ứng dụng: Là trung tâm của hệ thống điều khiển quy trình. Hệ thống này giám sát, thu thập và phân phối dữ liệu quy trình đã cấu hình để xử lý tiếp.
• Tính năng hỗ trợ chính: Trend Server, Alarm Server, ChronoLog Server (ghi dữ liệu nén theo thời gian), AprolSqlServer (truy vấn dữ liệu lịch sử).

• Hệ thống Vận hành (Operator System):

• Ứng dụng: Tạo giao diện người-quy trình (human/process interface). Các chương trình này được sử dụng để giám sát quy trình trên một hoặc nhiều màn hình và thực hiện các thao tác.
• Tính năng hỗ trợ chính: DisplayCenter, mapp View HMI, AlarmMonitor, ParameterCenter.

• Hệ thống Cổng giao tiếp (Gateway System):

• Ứng dụng: Được sử dụng để trao đổi các biến quy trình (process variables) giữa các hệ thống thời gian chạy khác nhau.

• Các giải pháp Chuyên biệt (APROL Solutions):

• APROL cung cấp các giải pháp chuyên biệt (standalone solutions) có thể được tích hợp vào hệ thống điều khiển quy trình hiện có. Ví dụ, tài liệu đề cập đến Energy Monitoring (EnMon), Condition Monnitoring(ConMon), Monitor and Optimize Performance online(PDA), Advanced Process Control(APC), IIoT Edge Controller(Digital Transformation)  và nhiều giải pháp nữa theo yêu cầu Khách hàng(customized solutions).