THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH S7-1200

Contents CHƯƠNG 1. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH S7-1200 ............................ 4 1.1. Tổng quan về S7 1200 ............................................................................................... 4 1.2. Các modul của PLC S7-1200 ..................................................................................... 5 1.3. Các kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ ........................................................................ 6 1.4 Phương pháp lập trình ................................................................................................. 9 1.5. Ngôn ngữ lập trình của S7-1200 .............................................................................. 11 1.6. Một số ví dụ ............................................................................................................. 12 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA/HMI ........................................... 13 2.1 Giới thiệu chung về hệ thống SCADA ..................................................................... 13 2.1.1 Lịch sử phát triển SCADA ................................................................................. 13 2.1.2 Nguyên tắc cơ bản của hệ thống SCADA .......................................................... 14 2.1.3 Phần cứng và phần mềm của hệ thống SCADA ................................................. 15 2.1.4 SCADA và mạng máy tính ................................................................................. 17 2.2 Một số thuật ngữ thường dùng và các thiết bị đo lường thông minh ........................ 18 2.2.1 Một số thuật ngữ thường dùng............................................................................ 18 2.2.2 Các thiết bị đo lường thông minh ....................................................................... 21 2.3 Thành phần, chức năng của hệ thống SCADA ......................................................... 22 2.3.1 Thành phần cơ bản của SCADA......................................................................... 22 2.3.2 Chức năng cơ bản của SCADA .......................................................................... 22 2.4 Giới thiệu phần mềm TIAPORTAL ........................................................................ 25 2.5 Giới thiệu phần cứng màn hình SIMATIC HMI ..................................................... 26 2.6 Phần mềm SCADA của SIEMENS .......................................................................... 29 CHƯƠNG 3. TẠO DỰ ÁN MẪU VỚI SIMATIC WIN CC ............................................ 31 Bài giảng Hệ thống SCADA 2 3.1 Khởi tạo dự án mới với SIMATIC WIN CC ............................................................ 31 3.1.1 Khởi tạo giao diện màn hình ............................................................................... 31 3.1.2 Khởi tạo hệ SCADA với WinCC Advanced ...................................................... 36 3.1.3 Khởi tạo hệ SCADA với WinCC Professional ................................................... 38 3.2 Cấu hình chung của SIMATIC HMI ......................................................................... 40 3.3 Nạp chương trình và sao lưu dữ liệu của SIMATIC HMI ........................................ 41 3.3.1 Hướng dẫn nạp chương trình cho màn hình HMI .............................................. 41 3.3.2 Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC ................................................................ 44 3.3.3 Sao lưu dữ liệu, nâng cấp firmware màn hình HMI ........................................... 48 3.4 Cài đặt cấu hình cơ bản cho Win CC ........................................................................ 50 3.4.1 Kết nối truyền thông PLC với Connections ....................................................... 50 3.4.2 Tạo bảng dữ liệu giao tiếp PLC với HMI Tag .................................................... 53 3.4.3 Cấu hình thuộc tính cho SCREEN...................................................................... 56 3.5 Thiết kế giao diện SCREEN với TOOLBOX ........................................................... 58 3.5.1 Thiết kế giao diện ............................................................................................... 58 3.5.2 Thiết lập thuộc tính ............................................................................................. 70 3.6 Một số ví dụ .............................................................................................................. 72 CHƯƠNG 4. LƯU TRỮ DỮ LIỆU VÀ PHÂN QUYỀN TRUY CẬP ............................ 87 4.1 Hệ thống lưu trữ dữ liệu Historical Data. ................................................................. 87 4.1.1 Data logging và Data logger ............................................................................... 87 4.1.2 Tag logging và Data log ..................................................................................... 87 4.1.3 Các bước thiết lập Data log với Historical data. ................................................. 91 4.2 Phân quyền truy cập với Administrator .................................................................... 93 4.2.1 Định nghĩa........................................................................................................... 93 4.2.2 Làm việc với Users và User group ..................................................................... 94 Bài giảng Hệ thống SCADA 3 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ALARM. ........................................ 95 5.1 Chức năng của Alarm logging trong Win CC ........................................................... 95 5.2 Quy trình thiết lập cảnh báo ..................................................................................... 96 5.3 Thiết kế các lớp cảnh báo .......................................................................................... 98 5.4 Thiết lập cấu hình cho các cảnh báo ......................................................................... 99 5.5 Thiết lập công thức với Recipe ............................................................................... 100

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH S7-1200

Tổng quan về S7 1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

+Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

The S7-1200 PLC features a PROFINET port, supporting Ethernet and TCP/IP protocols Additionally, it offers connectivity options via RS485 or RS232 using optional communication modules This flexibility enables seamless integration with various networks and devices.

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

1 Bộ phận kết nối nguồn

2 Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)

3 Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên, Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).

Các modul của PLC S7-1200

1.2.1 Module xử lý trung tâm CPU

Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông Profinet, module lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của nó Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng vào ra số, analog tùy thuộc vào mã hàng

Cổng profinet tích hợp cho phép CPU có thể kết nối HMI, máy tính lập trình, hay những PLC S7 thông qua profinet

Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4-20 mA ( theo cách đấu 2 dây hoặc 4 dây), đọc tín hiệu áp 0-10VDC, đọc tín hiệu RTD, TC Module AI/AO: module vừa đọc vừa xuất tín hiệu analog

Module AO: module xuất tín hiệu analog

Module DI: module đọc tín hiệu digital

Module DO: module xuất tín hiệu digital

Module DI/DO : module vừa đọc vừa xuất tín hiệu digital

1.2.3 Module xử lý truyền thông

Module được gắn phía bên trái CPU, được ký hiệu CM1241, CP124x Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông

◦ CM 1241: truyền thông ASCII, truyền thông Modbus, truyền thông USS drive, point to point, truyền thông profibus

◦ CP 124x: hỗ trợ chuẩn truyền thông GPRS/GSM, Messages/Email, …

- Cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU, tên PM1207

- Yêu cầu áp cung cấp đầu vào 120/230 VAC và ngõ ra là 24VDC/ 2.5A được thiết kế dành riêng cho S7-1200, không cần khai báo trong cấu hình phần cứng.

Các kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

1.3.1.Vùng nhớ chương trình PLC S7-1200

CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau:

Bộ nhớ tải (Load memory): Không mất đi và được sử dụng để lưu trữ chương trình của người dùng, dữ liệu và cấu hình của PLC Khi tải một dự án vào PLC, dự án đó sẽ được lưu vào bộ nhớ tải.

7 tiên tại vùng nhớ load memory Vùng nhớ này nằm trong thẻ nhớ MMC hoặc nằm trên CPU

- Word memory: vùng nhớ sẽ bị mất dữ liệu khi CPU mất điện Trong quá trình hoạt động, CPU có thể copy một số phần, chức năng của project từ vùng nhớ load memory sang vùng nhớ word memory để thực hiện

- Retentive memory: là vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ lại những dữ liệu cần thiết/mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn

1.3.2 Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200

Kiểu dữ liệu Miêu tả

Bit và chuỗi bit ◦ Bool gồm 1 bit đơn

Interger ◦ USInt: số interger không dấu 8 bit

◦ Sint: số interger có dấu 8 bit

◦ Uint: số interger không dấu 16 bit

◦ Int: số interger có dấu 16 bit

◦ UDInt: số interger không dấu 32 bit

◦ Dint: số interger có dấu 32 bit

Số thực – Real ◦ Real – số thực dấu chấm động 32 bit

◦ LReal – số thực dấu chấm động 64 bit

Date anhd time ◦ Date là kiểu dữ liệu 16 bit chỉ số ngày có tầm từ D#19901-1 đến D#2168-12-31

◦ DTL (date and time long) dữ liệu với 12 byte lưu trữ thông tin về ngày, tháng, năm

◦ Time là kiểu dữ liệu 32 bit theo chuẩn IEC tầm T#24D20H31M23S647MS

◦ TOD (Time of đay) kiểu dữ liệu 32 bit có tầm

TOD#0:0:0.0 đến TOD#23:59:59.999 Char và String ◦ char là kiểu dữ liệu ký tự 8 bit

◦ String là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 char

- Vùng nhớ toàn cục: CPU cung cấp những vùng nhớ toàn cục như: I, Q, vùng nhớ nội M

Khối dữ liệu DB là vùng nhớ toàn cục, cung cấp vùng lưu trữ cho các thực thể DB và được cấu trúc bởi các tham số FB.

- Vùng nhớ tạm – Temp: vùng dữ liệu cục bộ được sử dụng được sử dụng trong các khối chương trình OB,FC,FB Vùng nhớ L được sử dụng cho các biến tạm và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó, nội dung của khối dữ liệu bị xóa khi kết thúc chương trình

Vùng nhớ I,Q của PLC S7-1200 có thể truy xuất dưới dạng process image

Phương pháp lập trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bọ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Lưu ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan đến các cổng vào/ra tương tự, do đó các lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý mà không thông qua bộ đệm.

1.Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS

-Organization blocks (OBs) : là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá trình:

+Xử lý chương trình theo quá trình

+Báo động – kiểm soát xử lý chương trình

-Startup oB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB : có thể chèn và lập trình các khối này trong các project Không cần phải gán các thông số cho chúng và cũng không cần gọi chúng trong chương trình chính

-Process Alarm OB và Time Interrupt OB : Các khối OB này phải được tham số hóa khi đưa vào chương trình Ngoài ra, quá trình báo động OB có thể được gán cho một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH

DINT OB ngắt thời gian trễ có thể được lồng ghép vào dự án và lập trình Tuy nhiên chúng phải được gọi trong chương trình bằng lệnh SRT_DINT Các tham số không cần thiết.

-Start Information : Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn đoán lỗi, cho dù thông tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối OB

-Funtions (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ Dữ liệu của các biến tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý Các khối dữ liệu toàn cầu có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu FC

- Functions có thể được sử dụng với mục đích:

+ Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi

+ Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ : điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân

+ Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp

- FB (function block) : đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần

- DB (data block) : DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu Có hai loại của khối dữ liệu DB : Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định.

Ngôn ngữ lập trình của S7-1200

1.5.1 Phần mềm lập trình PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 cùng phần mêm Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step 7 Basic, lập trình cho PLC S7-1200 và Wincc Basic lập trình cho dòng màn hình KTP

Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm Tia Portal từ V10.5 lên tới V14 Hiện nay, mềm Tia Protal không chỉ lập trình cho các bộ controller mà còn có thể thể thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hình cho driver của Siemens

Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình đó là LAD,FBD, SCL

- LAD – ladder : lập trình dựa theo sơ đồ mạch… đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi

- FBD – function block diagram: lập trình dựa theo đại số boolean

- SCL – Structure Control Language : lập trình theo dạng text, ngôn ngữ lập trình cấp cao sử dụng trên nền tảng Pascal phát triển

Khi viết code cho một khối hàm nào đó (OB, FB, FC) thì người dùng có thể sử dụng 1 trong 3 loại ngôn ngữ trên để có thể lập trình.

Một số ví dụ

1 Điều khiển 4 đèn A,B,C,D như sau: ấn ON lần thứ nhất đèn A sáng, nhả tay khỏi nút

ON đèn B sáng ấn ON lần thứ hai đèn C sáng, nhả tay ra khỏi nút ON đèn D sáng Ấn OFF cả 4 đèn đều tắt

2 Điều khiển 1 nút ấn như sau: ấn lần 1 bật đèn, ấn lần 2 tắt đèn

3 Điều khiển đèn qua nút ấn, ấn start sau 5s đèn sáng, ấn stop sau 10s đèn tắt

4 Viết chương trình điều khiển đèn nhấp nháy như sau: ấn SB1 đèn sáng, sáng 3s đèn tắt, sau 2s bật đèn, quá trình lặp lại Ấn SB2 đèn tắt

5 Điều khiển đèn giao thông tại một ngã tư như sau: Đèn xanh 1 sáng 4s, đèn vàng 1 sáng 2s, đèn xanh 2 sáng 5s, đèn vàng 2 sáng 2s Quy tắc chung: Đ1 sáng (s) = X2 sáng + V2 sáng = 7s Đ2 sáng (s) = X1 sáng + V1 sáng = 6s

Những trường hợp khác do yêu cầu thực tế của từng ngã tư

6 Lập trình PLC thực hiện đếm số lượng sản phẩm trên băng tải đưa vào kho lưu trữ và báo sản lượng theo yêu cầu sau đây:

Nhấn start cho phép hệ thống băng tải hoạt động đưa sản phẩm tới kho lưu trữ Cảm biến quan phát hiện số lượng sản phẩm được đưa vào kho lưu trữ - Nếu có sản phẩm trong kho đèn A báo

- Nếu có 500 sản phẩm trong kho đèn B báo

- Nếu có 900 sản phẩm trong kho thì đèn C báo

- Nếu có 1000 sản phẩm trong kho thì đèn D báo và ngừng hệ thống băng tải không cho vận chuyển sản phẩm vào nữa

Hệ thống được hoạt động lại khi sản phẩm được lấy hết ra khỏi kho và nút start được tác động trở lại

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA/HMI

Giới thiệu chung về hệ thống SCADA

2.1.1 Lịch sử phát triển SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) đã được mọi người biết đến là những hệ thống điều khiển Hệ thống SCADA đầu tiên được sử dụng bằng các thiết bị như đồng hồ của tủ điện điều khiển, các đèn báo và máy ghi biểu đồ Người vận hành vận hành các nút điều khiển khác nhau để thực hiện việc giám sát điều khiển Các thiết bị này đã và đang được sử dụng để thực hiện việc điều khiển giám sát và thu thập dữu liệu ở một số các nhà máy và xí nghiệp hiện nay

Hình 1 Ví dụ minh họa về hệ thống SCADA đầu tiên

Lợi điểm của hệ thống SCADA với các cảm biến nối trực tiếp với tủ điều khiển:

- Đơn giản, dễ lắp đặt mà không cần phải có CPU, RAM, ROM hay bất kỳ phần mềm lập trình nào cả

- Cảm biến được kết nối trực tiếp tới các đồng hồ đo, nút nhấn và đèn báo ở trên tủ điện điều khiển

- Đơn giản và chi phí thấp khi thêm khi thêm một thiết bị đơn giản như nút nhấn hay đèn báo chỉ thị

Nhược điểm khi kết nối trực tiếp cảm biến tới tủ điện điều khiển:

- Số lượng dây nối sẽ trở nên khó quản lý khi lắp đặt lên tới cả trăm cảm biến

- Số lượng và kiểu dữ liệu thu thập được rất nhỏ và sơ đẳng

- Lắp đặt thêm cảm biến dần dần trở nên khó khăn hơn khi hệ thống lớn lên

- Cấu hình và chỉnh sửa hệ thống trở nên vô cùng khó khăn

- Không thể thực hiện được việc mô phỏng dữ liệu thực tế

- Lưu trữ dữ liệu ở mức tối thiểu và rất khó quản lý

- Không tắt được trạng thái giám sát dữ liệu và cảnh báo khi cần

- Phải có người giám sát hoạt động của đồng hồ đo

2.1.2 Nguyên tắc cơ bản của hệ thống SCADA

Trong quá trình sản xuất công nghiệp, các tiện ích công cộng và dịch vụ cá nhân, các ngành giải trí và an ninh công nghiệp hiện nay đòi hỏi việc kết nối các thiết bị và những hệ thống ở khoảng cách xa Điều này có thể dao động từ vài trăm mét đến hàng trăm nghìn mét Do đó việc điều khiển từ xa được sử dụng để gửi các lệnh, chương trình và nhận được thông tin từ các địa điểm ở xa

Hệ thống SCADA dùng để chỉ đến việc kết hợp điều khiển từ xa và việc thu thập dữ liệu

- Thu thập các thông tin,

- Chuyển dữ liệu về hệ thống trung tâm,

- Thực hiện các phân tích nào cần thiết và điều khiển, - Sau đó hiển thị các thông tin đó trên một màn hình điều khiển (HMI) nào đó

Các hoạt động được yêu cầu kiểm soát sau đó sẽ được trả lại hệ thống

Trong hệ thống thu thập dữ liệu đầu tiên, việc điều khiển hệ thống sản xuất và nhà máy được sử dụng bằng các thiết bị rơle logic Với sự ra đời của CPU và các thiết bị điện tử khác, các nhà sản xuất tích hợp điện tử số vào thiết bị rơle logic Bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC là một trong những hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp Khi cần thiết để giám sát và điều khiển nhiều thiết bị trong nhà máy lớn, các bộ điều khiển PLC đã được phân tán và hệ thống trở nên thông minh và nhỏ gọn hơn

Hình 2 Kết nối mạng giữa PC tới PLC hoặc DCS với cảm biến

Lợi điểm của hệ thống PLC-SCADA-DCS:

 Máy tính có thể ghi và lưu trữ số lượng dữ liệu lớn

 Dữ liệu có thể được hiển thị theo nhiều cách phù hợp với yêu cầu của người sử dụng

 Hàng nghìn cảm biến có thể được kết nối vào hệ thống

 Người vận hành có thể kết hợp dữ liệu mô phỏng thực tế vào trong hệ thống

 Nhiều kiểu dữ liệu có thể được thu thập từ các bộ xử lý tín hiệu ở xa RTU

 Dữ liệu có thể được xem không chỉ ở tại nơi vận hành mà ở bất kỳ nơi nào theo yêu cầu người sử dụng

Nhược điểm của hệ thống:

 Hệ thống này phức tạp hơn nhiều so với việc sử dụng tủ điều khiển cố điển

 Cần các kỹ năng vận hành hệ thống khác nhau như phân tích hay lập trình hệ thống

 Người vận hành chỉ có thể quan sát qua hệ thống PLC

2.1.3 Phần cứng và phần mềm của hệ thống SCADA

2.1.3.1 Phần cứng của hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA bao gồm một số bộ RTU thu thập dữ liệu và gửi về trạm chủ thông qua hệ thống mạng Trạm chủ hiển thị dữ liệu thu thập và cho phép người vận hành thực hiện việc điều khiển các tác vụ từ xa

Dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hóa việc vận hành nhà máy và quá trình sản xuất Những lợi ích khác như tính hiệu quả, đáng tin cậy và quan trọng nhất là sự an toàn trong vận hành hệ thống Kết quả là chi phí thấp hơn với việc sử dụng các hệ thống không dùng tự động hóa trước đây

Một hệ thống SCADA phức tạp có thể phân thành 5 cấp độ:

 Các thiết bị trường và các thiết bị điều khiển

 Các thiết bị đầu cuối và các bộ RTU (PLC)

 Hệ thống mạng truyền thông

 Việc chuyển dữ liệu quá trình trong hệ thống máy tính, hệ thống mạng

Bộ RTU cung cấp giao thức kết nối tới các cảm biến tương tự và số tương ứng với mỗi tín hiệu thực tế

Hệ thống truyền thông mạng cung cấp giao thức truyền thông giữa các trạm chủ và các thiết bị ở xa Việc truyền thông này có thể sử dụng dây dẫn tín hiệu, cáp quang, dây điện thoại, thậm chí có thể sử dụng tín hiệu vệ tinh Các giao thức cụ thể và kiểm tra phát hiện lỗi được sử dụng hiệu quả và tối ưu quá trình truyền dữ liệu

Trạm chủ hoặc trạm con thu thập dữ liệu từ các bộ RTU khác nhau và cung cấp một giao diện để hiển thị thông tin và điều khiển các thiết bị ở xa

2.1.3.2 Phần mềm của hệ thống SCADA

Phần mềm của hệ thống SCADA được chia làm hai loại:

 Bản quyền: Phụ thuộc vào nhà cung cấp (tương tác với phần cứng của họ)

 Mở: Phổ biến (kết hợp các thiết bị của nhiều nhà sản xuất trên cùng một hệ thống)

WINCC là một trong những gói phần mềm mở có trên thị trường hệ thống SCADA Ngoài ra, một số gói phần mềm SCADA hiện nay được tích hợp luôn việc quản lý năng lượng, quản lý hệ thống nhà máy toàn diện

Hình 3 Hệ thống SCADA điển hình

Những đặc điểm chính của phần mềm SCADA:

 Giao diện kết nối RTU

 Hệ thống mạng chủ tớ

2.1.4 SCADA và mạng máy tính

Mạng máy tính cục bộ LAN (Local Area Networks) là việc chia sẻ thông tin và tài nguyên hệ thống bởi nhiều người dùng, với khả năng kết nối giữa tất cả các trạm trên cùng một mạng với nhau Để cho phép tất cả các nút trên mạng SCADA có thể chia sẻ thông tin thì chúng cần phải được kết nối bởi một số giao thức truyền dẫn Phương pháp để kết nối này được gọi là giao thức mạng Các nút cần chia sẻ giao thức truyền diện này

18 trong một cách nào đó để cho phép tất cả các nút có thể truy cập mà không mất bất kỳ một nút nào đó đã được thiết lập

Mạng LAN là một giao thức giao tiếp giữa các máy tính, máy chủ server, thiết bị đầu cuối, máy trạm và nhiều thiết bị ngoại vi thông minh khác Các thiết bị này gọi là Device hay Host Mạng LAN cho phép truy cập để các thiết bị có thể chia sẻ bởi nhiều người dùng, với khả năng kết nối giữa tất cả các trạm trên cùng mạng với nhau Mạng LAN thường được sở hữu và quản lý bởi cá nhân hay trong hệ thống cục bộ

Hình 4 Hệ thống SCADA trao đổi dữ liệu qua mạng Ethernet

Ethernet được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống mạng LAN ngày nay vì giá thành rẻ và dễ sử dụng Kết nối hệ thống mạng SCADA qua mạng LAN cho phép bất kỳ ai trong công ty có phần mềm bản quyền và được cho phép truy cập đều có thể truy cập vào hệ thống Kể từ khi dữ liệu được xây dựng trở thành cơ sở dữ liệu, người dùng có thể bị hạn chế để đọc các thông tin Và vấn đề an toàn rõ ràng là mối quan tâm hàng đầu và hệ thống SCADA hiện nay có thể giải quyết vấn đề này.

Một số thuật ngữ thường dùng và các thiết bị đo lường thông minh

Người sử dụng hay nhầm lẫn giữa các khái niệm về màn hình HMI, hệ thống SCADA hay hệ thống DCS…nên trong phần này sẽ đưa ra những khái niệm nhằm cung cấp cho người đọc và người sử dụng các hệ thống trên có được sự phân biệt rõ ràng hơn

2.2.1 Một số thuật ngữ thường dùng

2.2.1.1 Màn hình giao diện người và máy HMI

Giao diện Người-Máy (HMI) là một thiết bị dùng để giao tiếp giữa người vận hành (hoặc thiết kế) với thiết bị máy Nói cách khác, bất kỳ thiết bị nào có khả năng hỗ trợ để máy móc giao tiếp "hiển thị" với con người thì đó chính là một HMI.

Thuật ngữ HMI được dùng chung để chỉ các màn hình cảm ứng, nút nhấn vật lý, hệ thống SCADA hoặc DCS Để tránh nhầm lẫn, chúng ta chỉ sử dụng HMI cho các màn hình giao diện hiển thị, bao gồm cả màn hình cảm ứng (touch panel) và màn hình có phím chức năng (key panel) Ví dụ, các màn hình giao diện HMI của Siemens như TP700 Comfort, KTP700 Basic PN đều được gọi chung là HMI.

2.2.1.2 Hệ thống giám sát điều khiển SCADA

Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), còn được gọi là hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát, thường được sử dụng để chỉ hệ thống có khả năng thu thập, phân tích dữ liệu và đưa ra lệnh điều khiển dựa trên dữ liệu được thu thập, ngoài ra còn có khả năng hiển thị thông tin theo yêu cầu người dùng.

Một hệ thống SCADA bao gồm 1 số bộ RTU thu thập dữ liệu và gửi về trạm chủ thông qua hệ thống mạng Trạm chủ hiển thị dữ liệu thu thập và cho phép người vận hành thực hiện việc điều khiển các tác vụ từ xa

Hình 5 Sơ đồ của hệ SCADA điển hình

Có một mức độ nhất định để gây ra sự nhầm lẫn giữa các định nghĩa của hệ thống SCADA và hệ thống điều khiển quá trình DCS SCADA có ý nghĩa nhiều khi được sử dụng với các hệ thống hoạt động với khoảng cách xa hoặc từ xa Từ xa ở đây có ý nghĩa về khoảng cách với khoảng cách của hệ đang điều khiển và hệ bị điều khiển có thể không sử dụng dây kết nối trực tiếp với nhau

2.2.1.3 Hệ thống điều khiển phân tán DCS

DCS (Distributed Control System) có ý nghĩa là hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống DCS sử dụng chủ yếu trong các hệ thống điều khiển quá trình

Trong hệ thống DCS, dữ liệu thu thập và chức năng điều khiển được thực hiện thông qua một số các bộ xử lý phân tán cỡ nhỏ nằm gần các thiết bị được điều khiển hay các thiết bị đo mà dữ liệu được thu thập từ đó Hệ thống DCS được phát triển vào những hệ thống có khả năng điều khiển tín hiệu quá trình với độ phức tạp cao Một sự kết hợp chặt chẽ giữa giao diện người vận hành hay HMI được cung cấp để cho phép cấu hình hệ thống cũng như vận hành điều khiển một cách dễ dàng Các đường truyền dữ liệu với tốc độ cao được sử dụng trong hệ thống (thường từ 1 Mbps lên 10Mbps hoặc cao hơn)

Hình 6 Sơ đồ của hệ DCS điển hình

2.2.1.4 Bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC

PLC (Programmable Logic Controller) được gọi là bộ điều khiển logic có khả trình Ra đời năm 1969, nhằm thay thế hệ thống rơle và dây nối trong hệ thống điều khiển

21 cổ điển Cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

Cuối những năm 1970, PLC đã được sử dụng nhiều hơn trong hệ thống tự động hóa và xem như một bộ RTU cho hệ thống SCADA Cho tới hiện nay, PLC vẫn được coi như giải pháp phần cứng tiêu chuẩn với chi phí rất kinh tế

Hình 6 Sơ đồ hệ thống PLC

2.2.2 Các thiết bị đo lường thông minh

Smart instrument hay thiết bị đo lường thông minh nhưng hiện nay thuật ngữ này bị lạm dụng bởi nhiều nhà cung cấp thiết bị Nó có nghĩa là một cảm biến đo lường kỹ thuật số thông minh (có bộ xử lý riêng) với những giao thức truyền thông kỹ thuật số cung cấp thông tin chẩn đoán trên màn hình hoặc máy tính

Hình 7 Ví dụ điển hình về thiết bị đo lường thông minh

Thành phần, chức năng của hệ thống SCADA

2.3.1 Thành phần cơ bản của SCADA

Các thành phần đặc trưng của một hệ thống SCADA được miêu tả như hình dưới đây:

Hình 1.8 Các thành phần của hệ thống SCADA

2.3.2 Chức năng cơ bản của SCADA

Các tính năng đặc trưng cho một phần mềm thiết kế hệ thống SCADA sẽ được miêu tả trong các mục dưới đây:

 Giao thức giao tiếp giữa SCADA với người sử dụng:

 Hiển thị màn hình đồ họa Graphic:

▪ Cấu hình tùy chọn theo người sử dụng, hướng đối tượng hoặc ánh xạ với bit-mapped

▪ Giới hạn của số trang hiển thị

▪ Độ phân giải lên bao nhiêu màu

 Chức năng về cảnh báo Alarm:

▪ Thời gian báo động chính xác đến 1 ms hoặc tốt hơn

▪ Cảnh báo alarm được chia sẻ tới tất cả các client

▪ Báo động hiển thị theo thứ tự

▪ Định dạng alarm và màu sắc theo người sử dụng

▪ Cho phép thay đổi độ lệch và tốc độ giám sát cho báo động tương tự

▪ Hiển thị các lựa chọn cho cảnh báo theo thể loại

▪ Lưu trữ các sự kiện và cảnh báo alarm theo historical và logging

▪ Cho phép tắt chức năng cảnh báo hiện hành- online và sửa đổi ngưỡng giá trị cảnh báo

▪ Kích hoạt các cảnh báo bằng sự kiện và thực hiện báo cáo với chức năng báo cáo

▪ Người vận hành có thể thêm ghi chú tới các cảnh báo

 Hiển thị giá trị với đồ thị Trend:

▪ Hỗ trợ cấu trúc Client – Server

▪ Xuất dữ liệu sang định dạng tập tin DBF, CSV

▪ Tính năng hỗ trợ biểu đồ theo trục X/Y

▪ Hiển thị trend dựa theo sự kiện

▪ Hỗ trợ chức năng hiển thị trend theo pop-up

▪ Hiển thị trend trong khoảng thời gian dài/ngắn tùy chọn

▪ Lưu trữ giá trị dữ liệu của đồ thị trend

▪ Hiển thị chính xác giá trị và thời gian trên trend

 Giao thức kết nối tới RTU và PLC nói chung:

▪ Phải tương thích với tất cả giao thức chuẩn

▪ Hỗ trợ kết nối DDE

▪ Giao thức với các bộ TRU, các bộ điều khiển lặp vòng, thiết bị đọc mã vạch và các thiết bị đo lường khác

▪ Hỗ trợ các Driver toolkit

▪ Tối ưu hóa các khối dữ liệu theo yêu cầu từ PLC

▪ Hợp lý hóa các yêu cầu về dữ liệu của người sử dụng hệ thống mạng

▪ Tối đa hóa băng thông của PLC

 Khả năng mở rộng của SCADA:

▪ Có thể bổ sung thêm phần cứng mà không cần phải thay thế hoặc chỉnh sửa các thiết bị hiện có

▪ Chỉ bị giới hạn bởi cấu trúc phần cứng của PLC (thường từ 300-40.000 điểm)

▪ Truy xuất trực tiếp, theo thời gian thực tới dữ liệu bởi bất kỳ người sử dụng hệ thống mạng

▪ Truy xuất các phần mềm, thiết bị của third-party tới dữ liệu hiện hành: execl

▪ Truy xuất từ mạng DDE

▪ Tương thích với DDE với các chức năng đọc hoặc ghi…

▪ DDE tới tất cả các thiết bị IO

 Cơ sở dữ liệu Database:

▪ Hỗ trợ kết nối ODBC

▪ Các tập lệnh SQL hoặc chức năng báo cáo ở mức cao

 Hệ thống mạng kết nối:

▪ Hỗ trợ tất cả hệ thống mạng NetBIOS như NetWare, LAN Manager, Windows cho Workgroups, Windows NT…

▪ Hỗ trợ các giao thức: NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP…

▪ Hỗ trợ đầy đủ cho hệ thống mạng dự phòng

▪ Hệ thống multi-user đầy đủ các truyền thông giữa những người vận hành

▪ Hỗ trợ RAS và WAN với hiệu suất cao

▪ Hỗ trợ chức năng PSTN

 Khả năng chịu lỗi Fault tolerance và dự phòng:

▪ Hệ thống Dual network cho hệ thống dự phòng

▪ Hệ thống dự phòng có thể áp dụng cho các phần cứng chỉ định

▪ Hỗ trợ việc cấu hình thiết bị chính và phụ

▪ Hệ thống tự chuyển và tự phục hồi trở lại

▪ Thiết bị dự phòng ghi dữ liệu xuống PLC mà không cần cấu hình

▪ Tạo bản lưu trữ dữ liệu cho các thiết bị I/O, các chức năng cảnh báo alarm, đồ thị trend, tập tin dự phòng cho server…

 Quá tình cung cấp dữ liệu với client/server:

▪ Thiết kế với kiến trúc mở

▪ Đa tác vụ với thời gian thực

▪ Hỗ trợ đầy đủ chức năng client/server

▪ Truy xuất tất cả các tag, tất cả các dữ liệu (trend, alram, report) từ tất cả các điểm.

Giới thiệu phần mềm TIAPORTAL

TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal): Hệ thống tự động hóa tích hợp toàn diện.TIA portal là một phần mềm tự động hóa với nền tảng chính gồm ba phần mềm: SIMATIC Step 7, SIMATIC WinCC, Startdrive

Hình 10 Tổng quát về phần mềm tự động hóa TIA Portal

 SIMATIC Step 7: dùng để lập trình cho các bộ điều khiển PLC S7 với hai gói phần mềm Basic và Professional

 SIMATIC WinCC: dùng để thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển

HMI cũng như SCADA với 4 gói phần mềm: Basic, Comfort, Advanced và Professional

 Startdrive: dùng để cấu hình cho các Drives (biến tần và động cơ)

Hình 11 Các gói phần mềm được sử dụng trong TIA portal

TIA Portal đã giúp cho việc thiết kế và thực hiện một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh trở nên đơn giản nhất.

Giới thiệu phần cứng màn hình SIMATIC HMI

Để người sử dụng có thể biết và đọc được thông tin cơ bản khi nhìn thấy bất kỳ một màn hình nào đó của Siemens thì phải chú ý các từ khóa khi đọc thông tin của màn hình như:

 TP = Touch Panel- màn hình vận hành bằng cảm ứng

 KTP = Key Touch Panel- Màn hình vận hành bằng cảm ứng và nút nhấn

 KP = Key Panel- Màn hình vận hành bằng nút nhấn

 Những con số sẽ nói về kích thước màn hình bao nhiêu inches hoặc màn hình có bao nhiêu nút nhấn

 F = Failsafe - màn hình có chức năng Safety nhằm đáp ứng cho những yêu cầu hệ thống đòi hỏi phức tạp và cao cấp về mức độ an toàn của hệ thống

 Chức năng màn hình kiểu Comfort hoặc Basic:

- Màn hình đa sắc – Color hay màn hình đơn sắc Mono

- Giao thức kết nối DP= Distributed Port hay PN= ProfiNet

- Màn hình TP1200 Comfort: màn hình Comfort cảm ứng 12 inches

- Màn hình KP8: màn hình nút nhấn không có màn hình hiển thị với số lượng nút nhấn là 8

1 Màn hình SIMATIC Key Panel

- Gồm các nút nhấn, không có màn hình hiển thị vận hành, tuy nhiên vẫn được gọi là màn hình Màn hình được thiết kế bằng phần mềm Step 7 Professional

Màn hình KP có các màu cho các nút nhấn như: màu đỏ, xanh, trắng, xám và báo trạng thái đèn sáng tắt

Hình 12 Màn hình SIMATIC Key Panel KP32F

2 Màn hình SIMATIC Basic Panel

Màn hình SIMATIC Basic Panel được lựa chọn sử dụng cho các ứng dụng đơn giản, giá thành rẻ, cho phép người dùng lựa chọn cả chế độ hoạt động là cảm ứng hay nuát nhấn hoặc kết hợp cả hai vào trong một màn hình

Hiện nay màn hình Basic Panel có hai dòng sản phẩm:

▪ SIMATIC Basic Panel có kích thước 3” – 15”, có cả màn hình đơn sắc và đa sắc (256 màu)

SIMATIC Basic Panel thế hệ thứ 2 được thiết kế để thay thế phiên bản trước với mức giá tương đương nhưng mang đến những cải tiến về tính năng vượt trội Các sản phẩm này cung cấp một giải pháp hiển thị mạnh mẽ và đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng công nghiệp Với thiết kế kiểu dáng công nghiệp, màn hình này có khả năng chống chịu cao trong các môi trường khắc nghiệt và đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp khắt khe.

Trong phần này tác giả chỉ nói đến dòng sản phẩm thứ 2:

• Phần mềm thiết kế: Từ phiên bản WinCC Basic V13 trở lên

• Màn hình hiển thị: MTBF 20.000, màn hình đa sắc với 64.000 màu, tỉ lệ khung hình 16:9 với độ phân giải cao

• Kích thước : 4”-12” với vỏ làm bằng plastic

• Cổng USB: kết nối theo chuẩn USB 2.0 và có thể sử dụng để kết nối với chuột máy tính, bàn phím, hoặc máy scan mã bar code

• Chip xử lý: ARM-Processor 600/800 MHz và bộ nhớ flash ít nhất 256 MB

• Chế độ lưu trữ logging: 2 Logs ( 1 tag và 1 alarm logging), số lượng tag lên tới 10 tag, được lưu trữ trong USB

• Dung lượng recipes lên tới 256 KB

• Số lượng ngôn ngữ để lựa chọn hiển thị: 10

• Giao thức kết nối: Profibus, profinet và PN- basic servives

• Chế độ vận hành KTP

• Số lượng tag ngoại: 800 tag

• Hỗ trợ driver có thể kết nối với các bộ điều khiển PLC và bộ điều khiển khác như: LOGO!, PLC…

3 Màn hình SIMATIC Comfort Panel

Màn hình SIMATIC Comfort Panel được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ phức tạp hơn so với màn hình SIMATIC Basic Panel và cá yêu cầu về việc lưu trữ dữ liệu, tốc độ xử lý nhanh hơn, cần chế độ bảo mật cao, màu sắc và độ phân giải tốt hơn những màn hình SIMATIC Basic Panel, truy xuất từ xa…

Một số thông số kỹ thuật cơ bản của màn hình Comfort Panel như:

• Phần mềm thiết kế: Phiên bản WinCC comfort trở lên

• Màn hình hiển thị: MTBF 80.000 hỗ trợ chế độ điều chỉnh độ sáng tối, màn hình đa sắc với 16 triệu màu, tỉ lệ khung hình 16:9 với độ phân giải cao và có hỗ trợ chức năng PROFIenergy

• Kích thước: 4”-22” với vỏ làm bằng nhôm, có thiết kế đồng nhất giống như máy tính công nghiệp IPC

• Chip xử lý: từ ARM 532 MHz đến X86 1GHz

Chế độ lưu trữ dữ liệu dạng ghi nhật ký hỗ trợ lưu giữ 50 nhật ký (log), với số lượng thẻ tag lên tới 2000, được lưu trên USB hoặc thẻ nhớ SD hoặc thông qua kết nối mạng Các định dạng lưu trữ được hỗ trợ bao gồm txt, csv và rdb.

• Dung lượng recipes lên tới 2 MB

• Số lượng ngôn ngữ để lựa chọn hiển thị: 32

• Giao thức kết nối: Profibus, profinet và profinet servives với IO/IRT/MRP

• Chế độ vận hành: KP hoặc TP

• Số lượng tag ngoại: 4000 tag

• Hỗ trợ driver có thể kết nối với các bộ điều khiển PLC và bộ điều khiển khác như: LOGO!, PLC, các giao thức OPC…

• Hỗ trợ chạy các ứng dụng như Media Player, Ofice, ứng dụng Camera, Webserver, Web Browser…

Additionally, the Comfort Panel offers an array of application options, including Smart Server, Audit Trail, SIMATIC Logon, direct connection to printers for PDF, HTML file exports, and compatibility with SIMATIC Apps for remote monitoring via smartphones.

4 Màn hình SIMATIC Mobile Panel

Trong quá trình vận hành hệ thống đòi hỏi người vận hành di chuyển giữa các khu vực sản xuất nhưng vẫn phải giám sát, cài đặt các tham số Để hệ thống tiếp tục hoạt động, người sử dụng có thể sử dụng màn hình SIMATIC Mobile Panel làm cho việc vận hành hệ thống đơn giản hơn Hoặc trong một số trường hợp nhà máy sản xuất với nhiều dây chuyền sản xuất giống nhau và màn hình HMI được sử dụng để cài đặt các tham số ban đầu cho toàn bộ các dây chuyền giống nhau này có thể chọn màn hình SIMATIC Mobile Panel làm giải pháp sử dụng thay cho màn hình Comfort Panel

Một số thông số cơ bản của màn hình Mobile Panel:

• Phần mềm thiết kế: Phiên bản WinCC comfort trở lên

• Chế độ vận hành: hỗ trợ cả chế độ cảm ứng và nút nhấn

• Kết nối với hệ thống qua mạng dây hoặc wifi

• Hỗ trợ chế độ Safety tới SIL3

5 Màn hình SIMATIC Industrial Thin Clinet

Màn hình SIMATIC Industrial Thin Clinet được sử dụng cho các ứng dụng từ xa, có đầy đủ các tính năng kỹ thuật và chức năng tương tự như màn hình TP Comfort, không cần hải có phần mềm thiết kế

Một số thông số cơ bản của màn hình Industrial Thin Clinet:

• Kích thước màn hình: 12”, 15”, 19” và 22”

• Phù hợp để chạy các ứng dụng với SmartServer, VNC, RDP SINNUMERICK, Web Client và Multisession.

Phần mềm SCADA của SIEMENS

2.6.1 Giới thiệu về SIMATIC WinCC

 WinCC (Windows Control Center): là phần mềm được sử dụng để thiết kế cho màn hình giao diện HMI Phần mềm này được phát triển rất sớm và đưa ra thị trường từ năm 1994-1996

 Có hai phiên bản là WinCC V7.x và WinCC của TIA Port

- WinCC V7: Phù hợp cho những hệ thống lớn, yêu cầu dữ liệu nhiều, số lượng Server- Client cần nhiều, được phát triển thành nhánh riêng phù hợp với hệ thống DCS

- WinCC của TIA Portal: với các phiên bản Basic, Comfort, Advanced để thiết kế cho các dòng màn hình SIMATIC HMI và phiên bản Professional để thiết kế cho hệ thống SCADA

 Phiên bản WinCC Basic và Comfort thiết kế cho các dòng màn hình Basic, Comfort, mobile

 Phiên bản WinCC Advanced thiết kế cho các dòng màn hình Thin client hoặc chạy runtime trên máy tính PC

 Phiên bản WinCC Professional thiết kế cho hệ thống Scada chạy trên nền tảng máy tính PC

SIMATIC WinCC Professional gồm hai bản cài đặt:

▪ WinCC ES (WinCC Engineering Software) là phiên bản dành cho những nhà tích hợp và thiết kế hệ thống SCADA

▪ WinCC RT (WinCC Runtime Software) là phiên bản dành cho người dùng cuối (end-user)

2.6.2 So sánh giữa WinCC V7 và WinCC Professional Để giúp cho người thiết kế có sự lựa chọn phù hợp cho hệ thống dùng WiCC V7 hay WinCC Professional, chúng ta tham khảo bảng so sánh hai hệ SCADA này:

TẠO DỰ ÁN MẪU VỚI SIMATIC WIN CC

Khởi tạo dự án mới với SIMATIC WIN CC

3.1.1 Khởi tạo giao diện màn hình

3.1.1.1 Khởi tạo giao diện màn hình với chế độ Wizard

Chế độ Wizard hỗ trợ sẵn cho người dùng những công cụ tiện ích như PLC conections- kết nối PLC, Screen layout- thiết kế layout cho cửa cổ, bật chế độ alarm, giao diện màn hình hệ thống và một vài nút nhấn chức năng sẵn có…

Bước 1: Khởi tạo Project mới và lựa chọn dòng màn hình HMI: Devices & networks → Add new device → HMI → lựa chọn dòng màn hình HMI tương ứng → đặt tên màn hình → chọn Version sử dụng → chế độ Start device wizard → Add

Bước 2: Giao diện cử sổ HMI xuất hiện cho phép người dùng lựa chọn thực hiện việc thiết kế màn hình HMI nhanh với PLC connections, screen layout, Alarms, System, buttons…

▪ PLC conections: Cho phép người dùng lựa chọn giao thức truyền thông với PLC S7

▪ Screen layout: Cho phép người dùng lựa chọn màu nền màn hình, các thanh tiêu đề và logo cho các trang màn hình

▪ Alarms: Cho phép người dùng lựa chọn giao diện hiển thị cho các chế độ cảnh báo do người dùng tạo hoặc cảnh báo cho hệ thống gây ra

▪ Screens: Cho phép người dùng khởi tạo các trang giao diện và khởi tạo mối liên hệ giữa các trang

▪ System screens: Cho phép người dùng lựa chọn các trang hệ thống được cấp sẵn bởi chế độ Wizard

Nút nhấn ứng dụng cho phép người dùng truy cập nhanh chóng vào trang bắt đầu, chế độ đăng nhập dành cho quản trị viên, chuyển đổi ngôn ngữ hiển thị cũng như thoát khỏi chế độ chạy ứng dụng.

Bước 3 : Chọn finish để hoàn thành việc khởi tạo màn hình với chế độ Wizard 3.1.1.2 Khởi tạo giao diện màn hình với chế độ New

Chế độ New trong SCADA cho phép người dùng tùy chỉnh giao diện màn hình hiển thị Người dùng có thể tự tạo kết nối, định dạng trang màn hình và thiết kế giao diện theo các bước cơ bản Chế độ New phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu và làm việc với màn hình SCADA.

Bước 1: Khởi tạo Project mới và lựa chọn dòng màn hình HMI: Devices & networks → Add new device → HMI → lựa chọn dòng màn hình HMI tương ứng → đặt tên màn hình → chọn Version sử dụng → bỏ chế độ Start device wizard → Add

Bước 2: Thực hiện kết nối truyền thông giữa S7-PLC và Simatic HMI: Device configuration → Network view → Conections → HMI connection → thực hiện thao tác giữ chuột kéo và nhả các cổng kết nối truyền thông tương ứng

Bước 3 : Thiết kế giao diện màn hình sử dụng Screens để tạo thêm trang mới hoặc sử dụng Screen management để quản lý các biểu mẫu template do người dùng thiết kế

3.1.2 Khởi tạo hệ SCADA với WinCC Advanced

WinCC Advanced có thể sử dụng với ứng dụng khi cần số lượng kết nối lên tới

8192 tag chạy runtime, tốc độ xử lý nhanh hơn các màn hình Simatic HMI nhưng chưa cần tới một hệ SCADA hoàn chỉnh như trên phiên bản WinCC Professional

WinCC Advanced có thể chạy trên nền tảng các IPC của Siemens, màn hình Thin Client hoặc trên các máy tính desktop

To commence, launch a new project and define the system type: Navigate to "Devices & networks" → Click "Add new device" → Select "PC systems" → Choose "SIMATIC HMI application" → Choose "WinCC RT Advanced" → Assign a name for the screen → Specify the "Version" → Click "Add".

Bước 2: Chọn card máy tính truyền thông giao tiếp với PLC : Device view → Communication modules → chọn card truyền thông giao tiếp Profinet/Ethernet hay Profibus Ở đây sử dụng sẵn cổng truyền thông mạng Ethernet của máy tính thì có thể chọn

Bước 3: Thực hiện kết nối truyền thông: Device configuration → Network view →

Conections → HMI connection → thực hiện thao tác giữ chuột kéo và nhả các cổng kết nối truyền thông giữa PLC và WinCC RT Advanced

Bước 4: Thực hiện kết nối các Connection với các thiết bị khác, khởi tạo trang màn hình tương tự như màn hình Simatic HMI ở trên

3.1.3 Khởi tạo hệ SCADA với WinCC Professional Để thực hiện một hệ SCADA hoàn chỉnh đáp ứng đầy đủ các tính năng theo yêu cầu thì người dùng có thể thiết kế một WiCC RT Professional theo yêu cầu

Bước 1: Khởi tạo Project mới và lựa chọn PC systems: Devices & networks → Add new device → PC systems → SIMATIC HMI application → WinCC RT Professionnal → đặt tên màn hình → chọn Version sử dụng → Add

Bước 2: Chọn card máy tính truyền thông giao tiếp với PLC : Device view → Communication modules → chọn card truyền thông giao tiếp Profinet/Ethernet hay Profibus

Bước 3: Thực hiện kết nối truyền thông: Device configuration → Network view →

Conections → HMI connection → thực hiện thao tác giữ chuột kéo và nhả các cổng kết nối truyền thông tương ứng

Bước 4: Thực hiện kết nối các Connection với các thiết bị khác, khởi tạo trang màn hình tương tự như màn hình Simatic HMI ở trên.

Cấu hình chung của SIMATIC HMI

Tất cả các phiên bản WinCC từ Basic cho đến Professtional đều bao gồm các thành phần giống nhau chỉ khác nhau về mức độ hỗ trợ trong quá trình thiết kế

Device configuration : Lựa chọn thay đổi phần cứng, cấu hình và kết nối mạng Onine & diagnostics : chẩn đoán lỗi thiết bị

Runtime settings: cài đặt các trang khởi đầu, thanh công cụ, dịch vụ, phím tắt, cảnh báo, ngôn ngữ hiển thị…

Screens : trang màn hình thiết kế giao diện hiển thị

Screen management: hỗ trợ các template, layout, menu và toolbar

HMI tags: chứa các tag nội và ngoại là những kết nối giao tiếp với PLC hoặc thiết bị khác

Connections: Chứa những kết nối giữa Simatic HMI với PLC hoặc thiết bị khác

HMI alarms: Chứa các thông tin cảnh báo về tín hiệu rời rạc, analog, cảnh báo từ

PLC, người sử dụng hay hệ thống

Recipes : chứa các công thức và thành phần công thức

Historical data: Liên quan tới lưu trữ dữ liệu của các tag

Scripts: Thực hiện đoạn mã chương trình với VB hay C Scripts

Scheduled tasks: Thực hiện tác vụ theo kế hoạch định sẵn

Cycles: Chu kỳ quét và lấy dữ liệu của tag về màn hình HMI hay SCADA

Reports: định dạng trang in, xuất định dạng theo PDF hay ra máy in

Text and graphic lists: danh sách chữ và hình ảnh theo yêu cầu

User adminnistration: Cấu hình và phân quyền cho người sử dụng khi thực hiện thao tác trên màn hình hay SCADA.

Nạp chương trình và sao lưu dữ liệu của SIMATIC HMI

3.3.1 Hướng dẫn nạp chương trình cho màn hình HMI

Bước 1: Cài đặt giao diện giao tiếp để nạp chương trình xuống màn hình HMI từ máy tính: khởi động màn hình HMI → Start Center → Settings Transfer → chọn giao thức truyền thông MPI, Profibus, Ethernet, PN/IE hay USB device…

Bước 2: Chọn chế độ Transfer để cho phép nạp dữ liệu từ máy tính PC xuống màn hình HMI

Bước 3: Cài đặt cấu hình giao diện Set PG/PC Interface để kết nối máy tính PC:

Start → Control Panel → Set PG/PC Interface → Chọn giao thức truyền thông kết nối →

Bước 4: Biên dịch chương trình màn hình HMI để kiểm tra lỗi trước khi nạp chương trình xuống màn hình: chọn chương trình → Edit → Compile hoặc chọn chương trình → chuột phải → Compile → Software (rebuild all)

Bước 5: Thực hiện nạp dữ liệu xuống màn hình HMI: Chọn màn hình HMI → Online → Extended download to device

Bảng hội thoại Extended to device hiển thị cho phép người dùng lựa chọn các giao thức truyền thông tương ứng, dò tìm thiết bị với Start search → Load để nạp chương trình xuống màn hình

Bước 6: Bảng hội thoại Load preview hiển thị để cho phép ngưới dùng lựa chọn ghi đè dữ liệu mới xuống màn hình HMI

Trường hợp nếu fimware của màn hình không tương ứng với phiên bản trên WinCC thì phần mềm sẽ cho phép lựa chọn việc nâng cấp fimware của màn hình lên phiên bản mới tương ứng

3.3.2 Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC

3.3.2.1 Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC Advanced

Trong trường hợp người thiết kế hệ thống không muốn chương trình bị can thiệp bởi người vận hành thì có thể tạo bản chạy runtime

Bước 1: Biên dịch project để khởi tạo tập tin chạy Runtime trên máy tính: WinCC

RT Advanced → chuột phải → Compile → Software (rebuil all)…

Bước 2: Sao chép thư mục “Generates” trong project sau khi compile từ đường dẫn và lưu lại vào máy tính cần chạy runtime

Bước 3: Mở cửa sổ Start Center trong máy tính, công cụ ứng dụng này được chọn theo đường dẫn sau: Start → All Programs → Siemens Automation→ Runtime Systems → WinCC Runtime Advanced → WinCC Runtime Loader

Bước 4: Chọn Setting trong giao diện Start Center

Bước 5: Để cấu hình chọn đường dẫn thì người dùng điền đường dẫn của tập tin chạy Runtime và lưu vào Configuration path Chú ý không chọn tệp tin

Bước 6: Chọn Start trong giao diện Start Center để thực hiện chạy runtime với cấu hình đã lựa chọn

3.3.2.2 Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC Professional

Bước 1: Trong giao diện Project view chọn HMI project nào mà người sử dụng muốn chuyển tới PC để chạy WinCC runtime

Bước 2: Tạo tập tin chạy runtime theo các thao tác sau: Chọn project muốn thực hiện → Online → Save the device settings in the file system hoặc Load in the file system

→ chọn đường dẫn thư mục để lưu lại tập tin chạy runtime

Bước 3: Sao chép thư mục vừa khởi tạo tập tin chạy runtime *.mcx vào máy tính Bước 4: Chạy ứng dụng WinCC RT Start trong máy tính đã cài đặt phiên bản

WinCC RT Professional và chọn đường dẫn tới thư mục chạy Runtime tại Project

Bước 5: Chọn biểu tượng Start trong hội thoại để chạy Runtime

3.3.3 Sao lưu dữ liệu, nâng cấp firmware màn hình HMI

3.3.3.1 Sử dụng phần mềm Prosave

Trong trường hợp người sử dụng màn hình HMI không có chương trình gốc (chương trình thiết kế) thì việc sao lưu dữ liệu dưới dạng tập tin ảnh image sẽ giúp ích rất nhiều cho bảo trì trong nhà máy Công cụ để sao lưu, nâng cấp firmware hoặc đưa về reset factory có thể sử dụng với phần mềm Simatic Prosave Phần mềm này sẽ tự động được cài đặt khi cài đặt các phiên bản WinCC trong TIA Portal

Bước 1: Cài đặt giao diện truyền thông Set PG/PC Interface

Bước 2: Thực hiện sao lưu dữ liệu với Prosave: Start → Siemens Automation→ SIMATIC → Prosave → SIMATIC Prosve

Chọn thẻ General: Chọn loại màn hình với Device type, chọn giao thức kết nối với Connection và chọn địa chỉ thiết bị với Connection parameters

Chọn thẻ Backup: Cho phép người chọn đường dẫn lưu trữ tập tin ảnh: Backup →

Save as…chọn đường dẫn để lưu tập tin → Start Backup

Chọn thẻ Restore: Chỉ cho phép restore những màn hình có cùng mã hàng:

Restore → Opening…để chọn đường dẫn → Start restore

Chọn thẻ OS Update: Trong một số trường hợp khi màn hình bị lỗi hoặc cần nâng cấp firmware ta có thể sử dụng chế độ OS Update: OS Update → Opening… chọn đường dẫn tới tập tin gốc *.fwf → Update OS Nếu để thực hiện reset factory thì chọn thêm chế độ Reset to factory settings

3.3.3.2 Sử dụng thẻ nhớ SD và USB

Ngoài phần mềm Prosave, người vận hành HMI có thể sử dụng thẻ nhớ SD card hay thẻ nhớ USB để thực hiện các thao tác trên thông qua chế độ Service & Commissiong trong mục Settings của giao diện Start Center một cách đơn giản và dễ dàng

Cài đặt cấu hình cơ bản cho Win CC

3.4.1 Kết nối truyền thông PLC với Connections

Connections là nơi chứa và thực hiện cấu hình cho những kết nối giữa SIMATIC HMI với các bộ điều khiển PLC S7 hoặc third – party, Driver truyền thông giao tiếp giữa Wincc và PLC tùy thuộc vào phiên bản của Wincc

3.4.1.1 Kết nối các PLC tích hợp trong TIA PORTAL

Với các kết nối giữa PLC S7 và HMI/SCADA cùng được tích hợp tích hợp trong TIA Portal sẽ có những tiện ích như:

+ Hỗ trợ kết nối theo địa chỉ trực tiếp hoặc địa chỉ gợi nhớ ( Symbolic addressing)

+ Hỗ trợ chọn đường dẫn tới tag của PLC hoặc phương pháp kéo thả (drag & drop)

+ Kiểu dữ liệu sẽ được xác định bởi hệ thống

+ Chức năng chuẩn đoán hệ thống ( System diagnostics)

+ Các cảnh báo của bộ điều khiển

Các bước cấu hình cho Connections:

Bước 1: Khởi tạo kết nối giữa PLC S7 và HMI/SCADA bằng giao thức HMI connection

Bước 2: Cấu hình và lựa chọn Card truyền thông giữa PLC và HMI/SCADA:

Network data  Connections  Local connection name (lựa chọn tên kết nối tương ứng)  Properties…

+ Mở giao diện Network data

+ Kiểm tra các tham số của connection: HMI _Connection  Properties  General  General

+ Chọn card máy tính giao tiếp với PLC: General  Unit  Access point  Chọn card tương ứng được gắn trên PC để giao tiếp với PLC

Bước 3 Cài đặt giao diện Set PG/PC Interface phải khớp với Access point: Start

 Control panle  Set PG/PC Interface  Chọn giao thức truyền thông kết nối… 

Ngoài ra, người ta thiết kế có thể vào Connections để thực hiện việc này: Connections  Name…(tên kết nối)  connection data  Parameter  Access point

3.4.1.2 Kết nối các PLC không tích hợp trong TIA PORTAL

Với các kết nối giữa PLC và HMI/SCADA không cùng nằm chung một project thì chỉ hỗ trợ kết nối giữa PLC với HMI/SCADA thông qua địa chỉ trực tiếp (Absolute addressing) và không có những tiện ích như trên

Với các kết nối PLC với HMI/SCADA không nằm trên cùng một Project của TIA portal thì mọi cấu hình kết nối sẽ được thực hiện trong Connections

Các bước cấu hình cho Connections

Bước 1: Khởi tạo kết nối với PLC: Connections   Đặt tên kết nối

 Lựa chọn PLC kết nối với Communication driver

Bước 2: Lựa chọn giao thức truyền thông Wincc với PLC : Connection data  Parameter  …

Bước 3: Cài đặt giao diện Set PG/PC Interface phải khớp với Access point: Start

 Control Panel  Set PG/PC Interfacae  Chọn giao thức truyền thông kết nối …

3.4.2 Tạo bảng dữ liệu giao tiếp PLC với HMI Tag

Dữ liệu quá trình của hệ thống tự động hoa hay đơn giản đó là các vùng nhớ của PLC được liên kết với hệ thống HMI/SCADA thông qua tag và được gọi là tag ngoại – External tag

Wincc làm việc với hai kiểu tag:

+ Internal tag – tag nội – không có liên kết dữ liệu quá trình với hệ thống tự động hóa mà chỉ chạy nội trong Wincc Tag chỉ có giá trị khi Wincc chạy runtime

+ External tag – tag ngoại – trao đổi dữ liệu quá trình với hệ thống tự động hóa

2 Các bước khởi tạo tag a Các bước tạo nhóm tag

Trong HMI tags người thiết kế có thể tạo ra bảng tag riêng hoặc tạo thành các nhóm tag ( group) để tiện cho việc quản lý

Thực hiện các bước sau để tạo nhóm tag: HMI Tags  Insert  Group  Rename để đổi tên nhóm tag

Thực hiện các bước sau để tạo bảng tag mới: HMI tags  Add new tag table  Rename để đổi tên bảng tag b Các bước khởi tạo tag dữ liệu

Tạo tag nội – Internal tag: HMI tags  Add new tag table  Rename  Internal tags  Add new tag

Với tag dữ liệu quá trình – External tag – người thiết kế có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp tùy thuộc vào việc PLC có cùng được tích hợp trong một project của TIA Portal hay không?

Với những kết nối không tích hợp trong cùng project:

Bước 1: Lựa chọn kết nối tương ứng: HMI tags  PLC S7 – 300 Tags  … Connection  Lựa chọn kết nối  OK

Bước 2: Đặt tên tag, lựa chọn vùng nhớ tại Adress, lựa chọn kiểu dữ liệu tương ứng tại Data type

Với những kết nối tích hợp trong cùng project thì việc liên kết tag giữa PLC và HMI/SCADA trở lên rất đơn giản và trực quan hơn trong việc thiết kế bằng các thao tác kéo thả symbol và các biến giữa giao diện lập trình PLC và màn hình HMI, giữa tag table của PLC với màn hình HMI…

3 Các thuộc tính của tag

Các thuộc tính chung của thẻ PLC có thể được cấu hình thêm bao gồm: các thuộc tính chung tại General, phạm vi giá trị hoạt động tại Range, giá trị tuyến tính tương đương tại Scaling, cài đặt giá trị khởi đầu Start Value và giá trị thay thế khi vượt ngưỡng tại Substitute Value.

+ Cài đặt tầm giá trị hoạt động tại Range

+ Cài đặt giá trị tuyến tính tương đương tại Linear scaling

+ Cài đặt giá trị khởi đầu và substitube value

3.4.3 Cấu hình thuộc tính cho SCREEN

Tùy thuộc vào thực tế yêu cầu, người thiết kế có thể tùy chọn các thuộc tinh cho các trang màn hình giao diện Screen như: General cho phép chọn màu nền, Layout lựa chọn kích thước hiển thị, cài đặt chu kỳ quét lấy mẫu cho tất cả các đối tượng trên màn hình Screen tại Screen cycle…

Các bước lựa chọn cài đặt thuộc tính: Screens  lựa chọn giao diện Screen cần cài đặt  Properties

+ Màu nền : properties  General  Background color

+ Kích thước : properties  Layout  Size

+ Cấp độ truy cập: Properties  Security  Authorization

+ Chu kỳ quét: Properties  Miscellaneous  Screen cycle

Ngoài ra còn rất nhiều các thuộc tính khác mà người thiết kế có thể tham khảo thêm thông qua tài liệu manual

Thiết kế giao diện SCREEN với TOOLBOX

Trong Wincc người thiết kế khởi tạo các trang màn hình Screen để người vận hành có thể điều khiển và giám sát hệ thống máy và toàn nhà xưởng Khi người thiết kế tạo screen, các đối tượng template, toolbox, thành phần element, thư viện hình ảnh Siemens HMI Symbol Library… sẽ hỗ trợ người thiết kế giao diện quá trình, hình ảnh nhà máy và định nghĩa các giá trị quá trình…

1 Thiết kế giao diện với Basic object

Basic object bao gồm các đối tượng cơ bản như : đường thẳng, đường tròn, trường để điền thông tin như text field, hiển thị hình ảnh Graphic view…

Bảng 1 Bảng tổng hợp các đối tượng Basic object

2 Thiết kế giao diện với Elements

Các thành phần Elements bao gồm các thành phần điều khiển cơ bản như I/O field, nút nhấn, đồng hồ Gauge…

60 Bảng 2 Bảng tổng hợp các đối tượng Elements

61 a Thiết kế giao diện với I/O field Đối tượng I/O field được sử dụng để hiển thị hoặc ghi giá trị của 1 tag dưới dạng số, thời gian, chuỗi ký tự…

Các bước khởi tạo và cấu hình cho một đối tượng I/O field:

Bước 1: Khởi tạo đối tượng I/O field mới: Taskbar  Toolbox  Elemnets  I/O field Kéo đối tượng vào màn hình Screen

Bước 2: Lựa chọn tag quá trình ( process tag), định dạng kiểu dữ liệu …chọn đối tượng I/O field Properties  Properties  General

+ Process tag có thể lựa chọn tại : HMI tags, PLC tags, hoặc trong các khối dữ liệu

+ Type: Chọn chế độ nhập dữ liệu với Input, hiển thị dữ liệu với Output và xuất/nhập với Input/output

+ Format: Định dạng kiểu dữ liệu tương ứng với process tag thực tế

Bước 3: Đặt tên cho đối tượng I/O field: Properties  Properties  Miscellaneous

Bước 4: Chọn kích thước và định dạng font chữ: Properties  Properties  Text format

Ngoài ra, người thiết kế có thể lựa chọn các thuộc tính khác như màu sắc, giới hạn hiển thị, độ lớn của đối tượng… với các thuộc tính của Properties

63 b Thiết kế giao diện với Button

Khi tác động nút nhấn sẽ thực hiện 1 danh sách các hàm chức năng, hoặc 1 đoạn script được cấu hình…

Bước 1: Khởi tạo đối tượng Button mới: Taskbar  Toolbox  Elements  Button  Kéo đối tượng vào màn hình Screen với vị trí và kích thước mong muốn

Bước 2: Các thuộc tính về màu sắc, font chữ, tên nút nhấn … sẽ được lựa chọn tại

Bước 3: Để thực hiện các tác động nút nhấn làm chức năng vào đó sẽ được chỉ định theo các sự kiện: Properties  Events

Nút nhấn hỗ trợ các sự kiện như Click, nhấn hoặc thả chuột phải, nhấn hoặc thả chuột trái…để thực hiện các đoạn chương trình bằng VB Script, C script (chỉ hỗ trợ cho Wincc Profestional), hoặc các function mặc định do hệ thống hỗ trợ

+ Ví dụ để tạo nút nhấn với chức năng StopRuntime: Properties  Event  Click

 All system functions StopRuntime

Có thể có 2 hoặc nhiều sự kiện cùng tác động lên 1 nút nhấn và các chức năng function hỗ trợ sẵn có cho người thiết kế rất nhiều có thể khảo sát trực tiếp trên phần mềm hoặc qua Manual

Lưu ý: Các đối tượng nút nhấn nếu có sử dụng process tag ( tag của PLC) chỉ sử dụng với vùng nhớ M và DB Vùng nhờ I cần phải có tín hiệu ngoại vi tác động lên chỉ các tác dụng giám sát trạng thái

64 c Thiết kế giao diện với Text lists

Tương tự như I/O field thì Symbol I/O field được sử dụng để hiển thị hoặc ghi giá trị 1 tag dưới định dạng text

Các bước khởi tạo và cấu hình cho Symbolic I/O field:

Bước 1: Khởi tạo text lits: chon Text và graphic list trong giao diện project  Text lists   đặt tên cho text list

Bước 2: Lựa chọn kiểu text list được hiển thị khi giá trị tag có giá trị trong tầm chỉ định

+ Value/Range: text từ text list được hiển thị khi tag có giá trị trong tầm chỉ định + Bit (0,1) text hiện thị tương ứng cho tag định dạng là bit

+ Bit number ( 0-31) text từ text list được hiển thị khi có tag có giá trị với bit tương ứng

Bước 3: Điền thông tin text với giá trị tương ứng tại Text list entries

Bước 4: Khởi tạo đối tượng Symbolic I/O field mới: Taskbar  Toolbox  Elements  Symbolic I/O field  Kéo đối tượng vào màn hình Screen với vị trí và kích thước mong muốn

Bước 5: Lựa chọn tag quá trình (process tag), text list trong danh sách: chọn đối tượng Symbolic I/O field  Properties  Properties  General

Để nâng cao tính trực quan và thân thiện với người dùng, nhà thiết kế có thể tùy chỉnh các thuộc tính của danh sách văn bản, bao gồm tên, màu sắc, kích thước và phông chữ trong phần Properties Ngoài ra, giao diện có thể được thiết kế với danh sách đồ họa để cải thiện tính hấp dẫn thị giác Việc sử dụng các tính năng này giúp nâng cao trải nghiệm người dùng và tạo ra giao diện dễ sử dụng, điều hướng thuận tiện.

Tương tự như I/O field thì Graphic I/O field được sử dụng để hiển thị hoặc ghi giá trị 1 tag dưới định dạng hình ảnh

Việc khởi tạo và thiết kế cho Graphic I/O field và Graphic list cũng tương tự như Symbolic I/O field và text list e Thiết kế giao diện với Bar và Slider Đối tượng Bar được sử dụng để hiển thị và làm thang đo dữ liệu thay đổi của hệ thống Đối tượng được sử dụng để thay đổi giá trị của biến quá tình và làm tín hiệu trigger cho các cảnh báo analog alarm trước khi khởi tạo ( dùng cho việc giả lập tín hiệu)

Các bước khởi tạo và cấu hình cho một đối tượng Bar hoặc Slider:

Bước 1: Khởi tạo đối tượng Bar/Slider mới: Taskbar  Toolbox  Elements  Bar (Slider)  Kéo đối tượng vào màn hình Screen với vị trí và kích thước mong muốn

Bước 2: Lựa chọn tag quá trình ( process tag), giá trị lớn nhất và nhỏ nhất để giới hạn tầm hoạt động của tag: Properties  Properties  General

+ Nếu dữ liệu giới hạn không thay đổi thì nhập giá trị tại Maximum scale value và Minium scale value Ngoài ra, nếu muốn thay đổi giới hạn có thể gắn tag quá trình cho giá trị lớn nhất tại Tag for maxium và giá trị nhỏ nhất tại Tag for minium

+ Giá trị thay đổi quá trình sẽ được gắn tại Process tag Đối tượng Bar có thuộc tính Limit giúp cho người thiết kế tạo các cảnh báo: Properties  Properties  Limit

67 f Thiết kế giao diện với Symbol library

Thư viện hình ảnh với Graphic hay còn gọi là Siemens HMI symbol library được cung cấp sẵn cho người sử dụng phần mềm Simatic HMI nhằm hỗ trợ tối đa cho việc thiết kế giao diện HMI/SCADA trở nên nhanh chóng và tiện lợi nhất

Thư viện hình ảnh Graphic được tích hợp sẵn với các định dạng hình ảnh đơn sắc hoặc đa sắc, các hình ảnh từ đơn giản đến phức tạp với các động cơ, van, đường ống, bồn chứa…được sử dụng trong rất nhiều ngành nghề, lĩnh vực như : hóa chất, thực phẩm, HVAC, năng lượng, khai khoáng… Để lấy hình ảnh trong thư viện Siemens HMI library, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Khởi tạo đối tượng Symbol library mới: Taskbar  Toolbox  Element

 Symbol library  Kéo đối tượng vào màn hình Screen với vị trí và kích thước mong muốn

Bước 2: Chỉ định đối tượng được thiết kế sẵn trong thư viện hình ảnh Siemens :

3 Thiết kế giao diện với các đối tượng Controls

Các thành phần Controls bao gồm các thành phần hiển thị điều khiển như Alamrm view, Trend view, User view… Tùy theo mỗi phiên bản Wincc mà số lượng đối tượng trong Control sẽ khác nhau

Bảng 3 Bảng tổng hợp các đối tượng Controls

Các đối tượng Basic object, Element, Control có các chức năng và thuộc tính hỗ trợ khác nhau, tuy nhiên đều có 3 thuộc tính giống nhau và tương đồng:

Properties: Những thuộc tính chung chung cho việc hiển thị thông tin về kích thước, màu sắc, tên gọi hoặc gắn các tag quá trình, lựa chọn lớp layer hiển thị…

Animations: Cho ứng dụng ẩn/ hiện đối tượng, thay đổi trạng thái màu sắc ứng với giá trị tag nội hoặc quá trình, thực hiện việc thực hiện các chuyển động tịnh tiến, đường cong mà không cần phải thực hiện các đoạn mã Scripts

Một số ví dụ

Thiết kế hệ thống điều khiển bồn nước kinh điển với 1 bồn chứa, 1 bơm cấp, 1 van cấp và 1 van xả

+ Nếu mực nước trong bồn dưới 10% thì van cấp mở, bơm hoạt động và van xả đóng

+ Nếu mực nước trong bồn hơn 80% thì bơm dừng, mở van xả

+ Nếu mực nước trong bồn hơn 90% thì thực hiện cảnh bảo và cho bơm ngừng + Khi mực nước dưới 5% hoặc lớn hơn 95% thì thực hiện cảnh báo

1 Thiết kế thanh công cụ Menu & Toolbar

Để thuận tiện cho việc quản lý nhiều trang màn hình trong các ứng dụng khác nhau, người dùng có thể sử dụng các công cụ quản lý như Menus & Toolbars (phiên bản Wincc Professional) hoặc Templates, Pop-up screens (các phiên bản Wincc khác) Những công cụ này giúp người dùng dễ dàng sắp xếp, điều hướng và quản lý số lượng lớn trang màn hình, tối ưu hóa trải nghiệm sử dụng.

Bước đầu tiên trong quá trình thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển (SCADA) là xác định số lượng và mối quan hệ giữa các trang màn hình để thiết kế bố cục hệ thống.

Với bài tập bắt đầu, chúng ta sẽ khởi tạo 2 màn hình Screen là: Introduction và Tank Control

Bước 2: Mở giao diện: Screen management  Menus & Toolbars  Chuột phải

Bước 3: Tạo một thanh công cụ menu mới: Menus  < Add new>  Đổi tên và ghi comment để ghi nhớ chức năng ( nếu cần)

Bước 4: Tạo các lệnh công cụ chính của Menu Chọn các vị trí * để khởi tạo menu đồng cấp hay nhánh con

Bước 5: Thực hiện gắn hình ảnh cho các lệnh công cụ của Menu, ví dụ chọn lệnh

Bước 6: Chọn thuộc tính về sự kiện cho lệnh công cụ của Menu: Properties  Event  Click   Screens  ActiveScreen  Lựa chọn Screen name

Tương tự như vậy cho các lệnh công cụ khác của Menu

Bước 7: Quá trình trên cũng thực hiện tương tự cho Toolbar: Toolbar   Đổi tên và ghi comment để ghi nhớ chứ năng (nếu cần)

Với thanh công cụ toolbar hỗ trợ cho người thiết kế sử dụng với định dạng chữ text, hình ảnh hoặc kết hợp cả text và hình ảnh trong cùng 1 toolbar

Các chức năng và cách thiết kế của toolbar giống với menu cho nên sẽ không trình bày chi tiết về khởi tạo toolbar

Bước 8: Khởi tạo cấu hình Menus & toolbar cho phép hoạt đông: Menu&Toolbars

 Configurations   Đổi tên

Bước 9: Chọn Toolbar và Menu cho cấu hình vừa khởi tạo

Bước 10: Thực hiện cài đặt cấu hình chạy Runtime cho SCADA:

+ Runtime  General  Menu & toolbar  Chọn cấu hình Configuration tương ứng

+ Thực hiện cài đặt cho giao diện màn hình Screen hiển thị khi chạy runtime: Runtime  Screen

2 Thiết kế giao diện với các Screen a Thiết kế giao diện trang màn hình chính Introduction

Trang màn hình chính (Start Screen) thông thường được sử dụng cho người vận hành có một cách hình dung tổng quan về hệ thống đang thực hiện giám sát điều khiển Ở đây tác giả muốn sử dụng trang màn hình chính – Introduction – để giúp cho bạn đọc có được cái nhìn tổng quan về việc thiết kế hệ thống phát triển từ những nền tàng ban đầu đến hoàn thành hết cuốn sách này

Bước 1: Lựa chọn kích thước layout cho màn hìn Introduction phù hợp với kích thước màn hình monitor thực tế hoặc có thể để mặc định

Bước 2: Để đưa hình ảnh với logo Siemens, logo diễn đàn PLC Việt Nam, giao diện TIA Portal V14 hoặc bất kỳ hình ảnh nào đó vào Wincc thì sử dụng Graphic view: Tookbox  Basic object  Graphic view  Chọn vị trí kéo vào với kích thước tương ứng  Chuột phải  Properties  Properties  General  Creat new graphic from fiel (OLE object)… Chọn hình ảnh tương ứng muốn thiết kế

Bước 3: Sử dụng đối tượng Text field để ghi chữ lên giao diện màn hình : Toolbox

 Basic object  Text field  Chọn vị trí và thả chuột  chuột phải  Properties  Properties  General

+ Text: Để ghi nội dung cần thể hiện Muốn xuống dòng trong cùng 1 text field thì sử dụng lệnh Shift + Enter

+ Style: Để có thể hiển thị tiếng Việt trong giao diện SCADA cần lựa chọn font hỗ trợ tiếng Viêt

Trong trường hopwk thiết kế cho màn hình HMI panel cần phải lựa chọn font trước: HMI  Runtime setting  Language & font  Configured font  Lựa chọn font tiếng Việt b Thiết kế giao diện trang màn hình Tank Control

Tùy thuộc vào quy mô và nhu cầu sử dụng của người dùng, người thiết kế sẽ lựa chọn cách thiết kế giao diện phù hợp Đối với mục đích mang tính kỹ thuật, sơ đồ P&ID được ưa chuộng vì dễ hiểu Ngược lại, nếu muốn thể hiện trực quan và sinh động, nhà thiết kế có thể sử dụng màu sắc, hình ảnh để tăng tính hấp dẫn cho giao diện.

Bài tập này giúp cho bạn đọc bước đầu xây dựng một hệ thống đơn giản với các thư việc hỉnh ảnh sẵn có với HMI Symbol library

Quá trình thiết kế HMI/SCADA nên chia thành 2 giai đoạn: thiết kế giao diện và gắn tag quá trình Tuy nhiện, tùy thuộc vào cách thức quản lý của mỗi người mà có thể thực hiện cùng một lúc 2 giai đoạn hay tách biệt

***Thiết kế các bảng điều khiển Auto/Manual và van với các đối tượng : Button, Circle, Rectangle, Symbolic I/O field

Bước 1: Tạo 2 nút nhấn Auto và Manual, lựa chọn các thuộc tính và màu sắc tương ứng với mong muốn

Bước 2: Lựa chọn sự kiện tương ứng với các tác động nút nhấn theo lập trình PLC:

+ Press left mouse button   Edit bit  Set bit  Lựa chọn bit

+ Release left mouse button  Edit bit  Reset bit  Lựa chọn bit “System”.”Auto button”

Tương tự cho nút nhấn Manual và bit “System”.”Auto button”

Bước 3: Tạo 2 đối tượng Circle thay cho 2 bóng đèn báo trạng thái Manual và

Aulto dựa theo bit “System”.”Auto/Manual Mode”

Bước 4: Lựa chọn thuộc tính Animation để báo trạng thái cho Circle: Auto Circle

 Properties  Animation  Display  Add new animation  Appearance  OK

+ Báo trạng thái đèn xanh cho chế độ Auto

+ Báo trạng thái đèn xanh cho chế độ Manual

Bước 5: Tạo đối tượng Symbolic I/O field để hiển thị text cho chế độ

Auto/manual: Text and graphic list  Text lists  < Add new>  Đặt tên Manual/ Auto Mode

Bước 6 Khởi tạo đối tượng Symbolic I/O field mới : Taskbar  Toolbox  Element  Symbolic I/O field  Kéo đối tượng vào màn hình Screen  Properties  Properties  General

Bước 7: Tạo nền cho bảng điều khiển với đối tượng Rectangle: Toolbox  Basic objects  Rectangle  Chọn bao phủ các đối tượng trên  Chuột phải  Order  Send to back

+ Rectangle  Properties  Appearance  Background  Color để chọn màu nền cho bảng điều khiển

+ Nhóm các đối tượng lại thành 1 bảng điều khiển: Chọn các đối tượng  Chuột phải  Group  Group

*** Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình và các đối tượng Line, Symbol library, Bar

To begin, access the Symbol library via Taskbar > Toolbox > Elements > Symbol > Libraby Drag the desired objects (tanks, pipes, pumps, valves) onto the Screen Assign them to specific Categories through Properties > Properties > General > Categories.

+ Lựa chọn bơm: Categories  Pumps

+ Lựa chọn bồn chứa: Categories  Tanks

+ Lựa chọn đường ống: Categories  Pipe

Bước 2: Sử dụng đối tượng Line để vẽ thành dòng chảy của chất lỏng trong đường ống: Taskbar  Toolbox  Basic object  Line  Vẽ lên đường ống

+ Chọn chiều hóa chất chảy: Line  Properties  Properties  Appearance

+ Chọn thuộc tính Animation để khi bơm hoạt đông và van mở thì cho hiển thị dòng chảy: Lien  Properties  Animation  Display  Add new animation  Visibility

Bước 3: Sử dụng đối tượng Bar để vẽ vột hiển thị giá trị cho bồn chứa : Taskbar

 Toolbox  Elements  Bar  Vẽ kích thước tương thích với bồn chứa

+ Gắn tag quá trình cho đối tượng Bar: Properties  Properties  General

+ Điều chỉnh các thuộc tinh khác để làm cho đối tượng Bar trở nên đẹp hơn cũng như phù hợp với kích thước bồn chứa

Bước 4: Thực hiện việc gắn tag quá trình cho bơm và van, cũng như các hiệu ứng

+ Chọn thuộc tính cho phép bơm/ van thay đổi trạng thái màu nền: Bơm  Properties  Properties  Appearance…

+ Chọn hiệu ứng Anomation cho phép màu thay đổi tương ứng với trạng thái hoạt động: Properties  animation  Display  Add new aniamation  Appearance…

3 Kêt quả thực hiện Để quá trình thiết kế HIM/SCADA có thể làm song song với việc lập trình PLC cần thống nhất dữ liệu truyền / nhận của hệ thống Với những người bắt đầu thì nên sử dụng mọi thứ thông qua khối dữ liệu DB để tạo sự thống nhất và tiện lợi

Sau khi lập trình hệ thống tự động hóa với PLC, thiết kế giao diện, gắn tag quá trình cho các đối tượng trong giao diện Screen, cài đặt quá trình chạy runtime … khi thực hiện chạy runtime chúng ta sẽ được kết quả như sau:

+ Giao diện trang màn hình Sart Screen với Introcduction

+ Giao diện trang màn hình Tank Control khi chạy

Lưu ý: Để có thể chạy được SCADA với chế độ giả lập với PLC SIM cần phải chọn lại Accesss point như sau:

+ Connections  Tên connection  Parameter  HMI Device  PLC SIM…

+ Controk Panel  Set PG/PC Interface  PLC SIM…

Trong trường hợp người thiết kế sử dụng tag nội (internal) của Wincc thì có thể sử dụng Wincc Runtime Tag Simulator: Start  All Programs  Siemens Automation  Option and Tools  HMI Tool  Wincc Runtime Tag Simulator ( Chỉ có phiên bản Advaned và Professtional)

LƯU TRỮ DỮ LIỆU VÀ PHÂN QUYỀN TRUY CẬP

Hệ thống lưu trữ dữ liệu Historical Data

4.1.1 Data logging và Data logger

Quá trình sử dụng máy tính để thu thập dữ liệu thông qua các cảm biến, phần tích dữ liệu, lưu trữ và trả kết quả từ việc thu thập và phân tích được gọi là data logging và các thiết bị thực hiện việc này gọi là data logger

Đăng nhập dữ liệu bao gồm việc kiểm soát máy tính để thu thập và phân tích dữ liệu Máy ghi dữ liệu thường được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học và hệ thống giám sát, nơi cần thu thập thông tin nhanh hơn con người và có thể thu thập trong các trường hợp đòi hỏi độ chính xác cao Chức năng dữ liệu lịch sử của WinCC có mục đích hỗ trợ lưu trữ dữ liệu được ghi lại.

4.1.2 Tag logging và Data log

Data logging được sử dụng để thu thập thông tin của hệ thống tự động hóa thông qua các tag quá trình ( external tag) hoặc tag nội của Wincc vì mục đích nào đó của người thiết kế … và các tag này được gọi là tag logging

Các giá trị của tag logging sẽ được lưu trữ vào data logging Data logging được thực hiện thông qua chu kỳ ( logging cycle) hoặc sự kiện nào đó (trigger tag) do người thiết kế chỉ định

Trong quá trình chạy runtime, giá trị của tag sẽ được giữ lại, xử lý và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu ODBC (chỉ hỗ trợ hệ thống chạy trên nền tảng máy tính PC) hoặc tập tin được định dạng *.csv, *.txt

Phụ thuộc vào thiết bị phần cứng của PC, HMI mà các data và arlam log sẽ được lưu vào ổ cứng, thẻ nhớ hay màn hình HMI

Trong quá trình chạy runtime, người thiết kế có thể hiển thị giá trị của tag logging trên đồ thị trend lên màn hình Screen

Hình 4.1 Quy trình thực hiện lưu trữ Data logging

 Các định dạng tập tin hỗ trợ lưu trữ cho Data log

Phụ thuộc vào thiết bị HMI được sử dụng mà người thiết kế lựa chọn đường dẫn để lưu trữ lại data log trên màn hình, usb, ổ cứng…cũng như đinh dạng tập tin được hỗ trợ

Lưu trữ với định dạng tập tin CSV (ASCII): Dữ liệu được lưu lại thành tập tin

CSV theo định dạng ASCII chuẩn để đọc và kiểm tra dữ liệu mà không cần sử dụng Wincc Runtime

Lưu trữ với định dạng tập tin TXT (Unicode): Dữ liệu được lưu trữ trong định dạng tập tin txt với mã nguồn Unicode Định dạng tập tin này hỗ trợ tất các các ký tự trong Wincc và Wincc Runtime Để chỉnh sửa tập tin có thể sử dụng ứng dụng Notepad

Lưu trữ với định dạng tập tin RDB Dữ liệu được lưu và truy cập nhanh với cơ sở dữ liệu Nếu người dùng muốn yêu cầu thực hiện tối ưu trong quá trình chạy runtime thì nên sử dụng định dạng tập tin RDB để lưu trữ

Lưu trữ với định dạng tập tin Database: Dữ liệu được lưu và truy xuất từ database SQL Tính năng này chỉ hỗ trợ cho Wincc Advanced và Professinal

 Các biểu đồ hiển thị cho Data log

Số lượng biểu đồ hỗ trọ cho việc hiển thị Data log tùy thuộc vào phiên bản của Wincc: f(x) trend view, f(t) trend view, Table view và Value table

Biểu đồ f(x) trend view: Được sử dụng để hiển thị mối quan hệ tương quan giữa giá trị của 2 tag quá trình theo trục X và trục Y Ví dụ trong trường hợp có yêu cầu cần biết mối quan hệ tương quan giữa nhiệt độ và áp suất của hệ thống thì chúng ta có thể thiết kế với biểu đồ f(x) trend view

89 Để thực hiện mối tương quan giữa trục X và trục Y cho 2 tag logging: Wincc Function Trend Control  Properties  Properties  Trends  Chọn vị trí và kích thước mong muốn

Bước 4: Chọn tag logging muốn hiển thị và giám sát trạng thái: Wincc Onlien Table

Control  Properties  Properties Value column   Đặt tên…

 Chọn taglogging với Data source

 Chọn thời giam hiển thị với Time column

 Nếu có nhiều tag logging khác nhau cùng hiển thị thì chọn Style để chọn màu sắc hiển thị của các tag logging

Bước 5: Cài đặt chế độ chạy runtime cho data logging: Runtime setting  Services  Chọn Data logging in runtime.

Phân quyền truy cập với Administrator

Trong quá trình vận hành hệ thống HMI cần phải có sự phân công quyền điều khiển để truy cập dữ liều và các chức năng khác trong quá trình chạy runtime của hệ thống Nhờ có tính năng này mà hệ thống Scada được bảo vệ tốt hơn, ngăn ngừa các hoạt động trái phép khi chưa được cấp quyền truy xuất Đây là một trong những tính năng liên quan đến chức năng an toàn – Safety – được giới hạn theo từng nhóm người sử dụng (user group) khi một dự án được thiết lập

Với mục đích này thì người thiết kế cần phải cài đặt cho người sử dụng (user) và nhóm người sử dụng (user group) các quyền truy cập tương ứng gọi là Authorization (cấp phép) Sau đó người thiết kế sẽ cấp phép cần thiết để vận hành các đối tượng tương ứng

Ví dụ như người vận hành chỉ có quyền truy cập để vận hành, người thược hiện comissioning thì có toàn quyền trong quá trình runtime

Hình 5.2 Ví dụ về việc phân quyền cho hệ thống giám sát điều khiển

4.2.2 Làm việc với Users và User group

Người thiết kế có thể khởi tạo người dùng – user trong User tab của trình biên tập User administration và User sẽ phải gắn vào trong một User group

Cách thức khởi tạo 1 User: User administration  Users   Đặt tên…

2 Làm việc với User groups

User groups là một phần của chức năng User administrator, được sử dụng để phân quyền hạn cho một nhóm các user

Cách thức khởi tạo 1 User group: User administration  User groups   Đặt tên…

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ALARM

Chức năng của Alarm logging trong Win CC

Chức năng Arlam logging cho phép người thiết kế hiển thị và ghi nhận các trạng thái hoạt động cũng như lỗi của hệ thống tự động hóa trên màn hình HMI trong quá khứ hoặc hiện tại

Một cảnh báo arlam có thể bao gồm các nội dung như sau:

STT Thời gian Ngày Arlam text Trạng thái Arlam class

5 12:50:24:590 24.02.2007 Boiler pressure above high limit

Alram logging thực hiện các cảnh báo được cung cấp bởi các trạng thái do các bộ điều khiển PLC cũng như màn hình HMI cung câp Các quy trình cảnh báo alarm có thể chia thành hai dạng: cảnh báo định nghĩa bởi hệ thống – system defined alarms và cảnh báo định nghĩa do người dùng – user defined alarms

 User defined alarms được sử dụng để phục vụ cho việc giám sát hệ thống tự động hóa và nhà máy

 System-defined alrams được sử dụng để giám sát trạng thái hoạt động của màn hình HMI hoặc PLC

Các sự kiện cảnh báo (alarm event) khi được phát hiện sẽ hiển thị trên màn hình HMI Người thiết kế có thể sử dụng chức năng alarm logging để lưu lại trạng thái cảnh báo khi phát hiện sự kiện bất kỳ Việc sử dụng các cảnh báo alarm hệ thống kết hợp với cảnh báo do người dùng để đảm báo các lỗi đều được hiển thị và xử lý nhanh chóng Điều này làm giảm thời gian dừng máy hoặc nếu thực hiện tốt sẽ ngăn chặn được việc này hoàn toàn

Hìn 5.1 Minh họa về cầu trúc Alarm.

Quy trình thiết lập cảnh báo

5.2.1 Tổng quan về các kiểu cảnh báo

Các kiểu cảnh báo được sử dụng để phục vụ cho các mục đích khác nhau trong quá trình giám sát hệ thống tự động hóa Các cảnh báo từ các kiểu cảnh báo được cấu hình riêng biệt cho đến việc sử dụng các tín hiệu trigger khác

Sử dụng các tab liên quan đến các “HMI alarm” để cấu hình các cảnh báo cho các mục đích của người thiết kế Wincc hỗ trợ các kiểu cảnh báo sau đây: a Cảnh báo định nghĩa do người dùng – user defined alarms

+ Analog alarms: Được sử dụng để giám sát các phạm vi giới hạn cho tín hiệu quá trình (tín hiệu tương tự)

+ Discrete alarms: Được sử dụng để giám sát các trạng thái tín hiệu ( tín hiệu số)

Các cảnh báo của người dùng giúp giám sát hoạt động của người vận hành và có thể được kích hoạt bằng tín hiệu kích hoạt (trigger signal), cho phép sử dụng số lượng cảnh báo (alarm number) cũng như viết tập lệnh (script) trong quá trình chạy.

+ Control alarms: Cấu hình cảnh báo cho PLC và được cấu hình trong Step7 đồng thời người thiết kế có thể sử dụng tín hiệu cảnh báo này trong Wincc

Lưu ý: Tùy thuộc vào thiết bị và mức độ hỗ trợ mà Controller alarm và User alarm có thể không được hỗ trợ trên tất cả các màn hình HMI b Cảnh báo định nghĩa bởi hệ thống – system defined alarms

+ System defined controller alarms: Được sử dụng để giám sát trạng thái của PLC Chức năng Diagnostics alarms – Simatic S7 và system alarms – SFM cũng được tích hợp trong thư mục của System defined controller alarms

Lưu ý: Tùy thuộc thiết bị và System defined controller alarms không hỗ trợ trên tất cả các thiết bị màn hình HMI

+ System event: Được tích hợp trên màn hình HMI và có thể đưa vào trong project với mục đích để giám sát màn hình HMI

5.2.2 Các loại cảnh báo tùy chỉnh

Analog alarms : Đưa ra cảnh báo phát hiện vi phạm giới hạn giá trị trong quá trình vận hành

Ví dụ : Tốc độ của máy trộn ( mixxer) trong hệ thống trộn nước ép trái cây không được quá cao hoặc quá thấp Có thể thiết kế cấu hình analog alarms để giám sát tốc độ của máy trộn, nếu phát hiện tốc độ quá cao hoặc quá thấp sẽ phát tín hiệu cảnh báo và hiển thị một lỗi trên màn hình HMI, ví dụ như ‘Tốc độ máy trộn quá thấp’

Discrete alarms: Sử dụng để chị thị một trạng thái trong quá trình hiện hành

Ví dụ: Một hệ thống trộn nước ép bao gồm các bồn chưa với các thành phần khác nhau Để đảm bảo rằng tỉ lệ pha trộn giữa nước, đường, trái cây cô đặc và hương liệu là đúng với công thức thì các van được đống mở tại đúng thời điểm, nên hoạt động này cần phải được giám sát Khi đó, người thiết kế sẽ dử dụng discrete alarms cho trạng thái của tất cả các van Nếu một van đóng hoặc mở sẽ hiển thị cảnh báo, ví dụ như “Van nước đã được đóng”

Controller alarms: Được sử dụng để giám sát trạng thái kết nối và hoạt động cảu

PLC Cảnh báo tùy chỉnh cho controller alarms được tạo trong Step 7 với các trạng thái như thời gian stamp và giá trị quá trình được gán trong cảnh báo controller alarms

User alarms: Dùng để chỉ thị các hoạt động của người vận hành trong quá trình chạy runtime Có thể thiết kế cấu hình User alarms trong Script chạy runtime cho các ứng dụng của user – defined

Khi cảnh báo "lỗi" (lớp alarms class “Error”) xuất hiện trên màn hình HMI, người vận hành cần thực hiện hành động để xóa hoặc xác nhận lỗi.

98 hình cảnh báo – alarms view của màn hình HMI Để giám sát xem ai thực hiện hoặc khi nào lỗi được xóa thì sẽ thực hiện gán user alarms tới nút nhấn tương ứng của cửa số alarms view Nội dung cảnh báo có thể bao gồm các thông tin như sau:

 Kiểu và nội dung của cảnh báo được xác nhận

System – defined alarms: Được sử dụng để kiểm tra kết nối tới PLC đã được thiết lập chưa? Máy in đã được cài đặt hoặc lựa chọn mặc định chưa?

 Các trạng thái cảnh báo

Cảnh báo alarm được xem như là các trạng thái cảnh báo khác nhau trong quá trình runtime Người sử dụng dựa vào cảnh báo trên để phân tích và báo cáo về quá trình thực hiện hệ thống

Mỗi cảnh báo có một trạng thái cảnh báo theo các sự kiện sau:

 Incoming: Điều kiện để gọi một cảnh báo được thỏa và cảnh báo sẽ hiển thị, ví dụ như : “Áp suất lò hơi quá cao”

 Outgoing: Điều kiện để gọi một cảnh báo không còn

 Acknowlegde: Người vận hành xác nhận cảnh báo.

Thiết kế các lớp cảnh báo

5.3.1 Giới thiệu cơ bản về các lớp cảnh báo

Có nhiều cảnh báo xảy ra trong một hệ thống của nhà máy với mức độ quan trọng khác nhau và người thiết kế có thể gắn các cảnh báo theo từng lớp cảnh báo tương ứng để người vận hành biết được tầm quan trọng này

Lớp cảnh báo định nghĩa làm thế nào để một cảnh báo được hiển thị, cũng như xác định việc người sử dụng đã xác nhận các cảnh báo trong lớp cảnh báo đó

Cảnh báo "Tốc độ của quạt số 1 đã tới vượt mức an toàn" thuộc mức cảnh báo "Warning" Cảnh báo này sẽ hiển thị trên nền màu trắng và không yêu cầu xác nhận lỗi.

 Cảnh báo “Tốc độ của quạt số 2 đã vượt mức cảnh báo trên” được gắn tới lớp cảnh báo “Errors” Cảnh báo được hiển thị với nền màu đỏ, nhấp nháy – flash với tần số cao trong quá trình chạy runtime và cần phải có sự xác nhận lỗi của người sử dụng

5.3.2 Sử dụng các lớp cảnh báo

Sử dụng các loại cảnh báo sau đây để định nghĩa việc xác nhận cảnh báo và hiển thị cảnh báo trong project

Thiết kế không thể xóa lớp cảnh báo được xác định trước và chỉ có thể chỉnh sửa trong một phạm vi hạn chế Để khởi tạo lớp cảnh báo được xác định trước: Cảnh báo HMI  Lớp cảnh báo.

Custom alram classes: Người thiết kế tự cấu hình cho việc muốn hiển thị, định nghĩa việc xác nhận lỗi cho cảnh báo

Cummon alarm classes: cảnh báo được hiển thi trong Common data (Shared data)

 Alarm classes của project trê và có thể được sử dụng để cảnh báo cho màn hình HMI và được cấu hình trong cảnh báo của Step 7.

Thiết lập cấu hình cho các cảnh báo

Để cấu hình cảnh báo alarm trong Wincc thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Khởi tạo hoặc chỉnh sửa các lớp cảnh báo Alarm classes phù hợp với yêu cầu thiết kế: Project tree  HMI alarms  Alarm classes  hoặc chỉnh sửa các alarm classes đã có sẵn

Bước 2: Tạo tag trong HMI nhằm phục vụ cho Discrete alarms hoặc analog alarms

Lưu ý: Với Discrete alarms thì tag sử dụng dữ liệu là Word với 16 tín hiệu kích hoạt cho discrete alarm

Bước 3: Tạo tag trong HMI alarms

+ Tạo các cảnh báo với các tùy chọn và gán các tag này cho lớp cảnh báo, nhóm cảnh báo cũng như các thuộc tính khác

+ Người thiết kế có thể gắn các hàm chức năng hệ thống hoặc viết Script cho các sự kiện cảnh báo

Bước 4: Hiển thị thông tin cảnh báo cho người vận hành biết với Alarm view:

Screens  chọn màn hình screen  Toolbox  Control  Alarms view… Chọn vị trí và kích thước mong muốn

Bước 5: Cài đặt chế độ chạy runtime cho các cảnh báo hoạt động: Runtimes setting

 Services  Chọn kích hoạt cho tất cả những tín hiệu liên quan Alarm.

Thiết lập công thức với Recipe

5.5.1 Định nghĩa về công thức

1 Giới thiệu về công thức – Recipe

Recipe trong tiếng Việt là công thức, bao gồm tập hợp các dữ liệu liên quan để tạo ra quy trình hoặc kết quả cụ thể, chẳng hạn như thông số cài đặt máy, dữ liệu sản xuất, quy trình pha chế, trộn lẫn và tỷ lệ hợp chất, dung môi.

Một recipe có cầu trúc dữ liệu ổn định Cấu trúc của một recipe được định nghĩa một lần duy nhất ở giai đoạn cấu hình Nói đơn giản hơn, một recipe sẽ chứa các bản lưu trữ dữ liệu đã được thiết lập trước đó với cấu trúc cố định và chỉ khác nhau về các tham số hoạt động

Dữ liệu của sự án sẽ được lưu vào trong cơ sỡ dữ liệu SQL Dữ liệu ghi nhận của recipe sẽ luôn được trao đổi và lưu trữ lại trên màn hình HMI và các tham số vùng nhớ

101 của PLC Người sử dụng có thể nhập dữ liệu của recipe khi chạy runtime thông qua tập tin CSV

Recipe có thể được sử dụng trong các trường hợp sau đây:

Manual production – quá trình khởi tạo và thiết lập recipe: người sử dụng lựa chọn dữ liệu recipe và hiển thị trên màn hình HMI Người sử dụng có thể chỉnh sửa dữ liệu theo yêu cầu và lưu vào màn hình HMI và truyền tham số dữ liệu recipe tới PLC

Automation production – quá trình truyền dữ liệu giữa PLC và HMI: chương trình điều khiển bắt đầu truyền dữ liệu recipe giữa PLC tới màn hình HMI hoặc cũng có thể truyền dữ liệu từ màn hình HMI tới PLC và quá trình sẽ tự động thực hiện,

Saving project data – lưu trữ dữ liệu: người thiết kế có thể sử dụng recipe mà không cần phải kết nối với PLC để lưu trữ dữ liệu mà có thêt truy xuất bằng cách sử dụng script trong quá trình chạy runtime

5.5.2 Cấu trúc của công thức

Cấu trúc cơ bàn của một recipe được minh họa thông qua hệ thống chiết rót nước ép trái cây

Có thể có nhiều recipe khác nhau trên cùng một màn hình HMI Cấu trúc dữ liệu và các thành phần giữa các dữ liệu là thống nhất nhưng chỉ khác nhau về số lượng của mỗi thành phần cụ thể

Ví dụ: Trong một nhà máy sản xuất nước giải khát, một recipe là cần thiết để cho việc thiết lập các hương vị khác nhau Các loại nước khác nhau như trái cây, mật hoa…

Hình 6.1 Minh họa về Recipe của nước giải khát

5.5.3 Trao đổi dữ liệu lưu trữ của công thức

Hình 6.3 Minh họa về việc sử dụng dữ liệu recipe giữa các PLC và HMI

Sự tương quan giữa các thành phần trong quá trình chạy runtime:

Recipe view/ recipe screen: trên màn hình HMI, recipe được hiển thị và chỉnh sửa thông qua recipe view hoặc recipe screen

+ Dữ liệu lưu trữ của recipe trong bộ nhớ nội của màn hình HMI được hiển thị trong giao diện recipe view

+ Giá trị tag quá trìn của recipe được hiển thị và chỉnh sửa trong màn hình recipe

Người thiết kế cần phải đồng bộ giá trị hiển thị trong recipe view với giá trị tag quá trình của recipe trong quá trình cấu hình

Bộ nhớ recipe cảu màn hình HMI: recipe được lưu lại trong bộ nhớ nội về recipe của màn hình HMI

Thẻ tiến trình công thức: lưu trữ toàn bộ thông tin về công thức Khi nhà thiết kế chỉnh sửa công thức trong giao diện công thức, giá trị công thức sẽ được lưu vào thẻ tiến trình công thức.

Lưu ý: Người thiết kế phải thực hiện đồng bộ hóa tag quá trình của recipe với giá trị lưu trữ của recipe để các giá trị được lưu ở cả hai bên

Hình 6.4 Minh họa về việc đồng bộ hóa tag quá trình của recipe

Xuất hoặc nhập dữ liệu lưu trữ của recipe: dữ liệu lưu trữ của recipe có thể từ màn hình HMI xuất ra bên ngoài dưới định dạng tập tin *.CSV và ngược lại

Hình 6.5 Minh họa về việc xuất/ nhập dữ liệu của recipe

Có thể dùng thẻ nhớ SD card, USB hoặc ổ cứng để thực hiện việc xuất/ nhập dữ liệu với các dòng màn hình HMI panel và hệ thống Scada tương ứng

5.5.4 Cấu hình tạo mới và hiển thị cho công thức

Các bước để cấu hình và khởi tạo cho một recipe mới được thực hiện như sau:

Bước Miêu tả thực hiện

1 Xác định cấu trúc dữ liệu của recipe

2 Tạo tag theo cấu trúc của recipe và gán tên tương ứng với các tag này

4 Đối với màn hình HMI panel thì có thể chọn nhập các thuộc tính yêu cầu cho recipe:

+ Ngôn ngữ - phụ thuộc vào cửa sổ giao diện của recipe

+ Chọn một thuộc tính Coordinated transfer of data records kết nối trao đổi dữ liệu với PLC hoặc thiết bị khác

+ Chọn nơi lưu trữ recipe

+ Chọn thuộc tính Synchronize recipe view and recipe tags để đồng bộ tag dữ liệu

5 Tạo các thành phần cho recipe và điền các thuộc tính yêu cầu:

+ Chọn tag liên kết với các thành phần của recipe

+ Chọn định dạng dữ liệu cho các thành phần của recipe

6 Tạo các bảng lưu trữ dữ liệu recipe sẵn ( nếu cần)

7 Cấu hình cho một màn hình với cửa sổ recipe view hoặc recipe screen

1 Khởi tạo và chỉnh sửa một recipe

Một recipe hoàn chỉnh sẽ được gán với các thành phần và xác định mối tương quan giữa các thành phần theo tỉ lệ cụ thể đối với một bảng lưu trữ dữ liệu của recipe (recipe data record)

Yêu cầu để có thể khởi tạo recipe đó là các tag cho recipe đã được khởi tạo Các bước để thực hiện việc khởi tạo một recipe mới:

Bước 1: Tạo một recipe mới: Project tree  recipes  recipes   đặt tên theo quy trình hệ thống để tạo ra sản phẩm Ví dụ ở đây đặt tên cho recipe và tên hiển thị là Recette

Bước 2: Chỉ định vùng nhớ lưu trữ cho các bảng lưu trữ dữ liệu cảu recipe: chọn recipe  Properties  General  Data storage

+ Đối với màn hình HMI panel có nhiều tùy chịn để thực hiện lưu trữ

+ Đối với hệ Scada chỉ có thể lưu trữ trên cơ sở dữ liệu SQL

Bước 3: Chọn giao thức kết nối với hệ thống là tag: chọn recipe  Properties  General  Communication

Bước 4: Chọn giao thức kết nối với hệ thống là tag: chọn recipe  Properties  General  Synchronization

2 Khởi tạo các thành phần của recipe

Bước 1: Tạo các thành phần của recipe như sau: Recipes  Chọn recipe  Recipe data  Elements   Đặt tên và tên hiển thị cho các thành phần

Bước 2: Lựa chọn tag quá trình liên kết với PLC

Số lượng recipe được hỗ trợ tùy thuộc vào màn hình HMI panel cũng như hệ thống SCADA cụ thể

3 Khởi tạo các bảng dữ lưu trữ dữ liệu của recipe

Recipe data record – bảng lưu trữ dữ liệ của recipe – được sử dụng để lưu trữ lại mối quan đệ tương quan giữa các thành phần để tạo ra một quy trình rõ ràng hay một số sản phẩm cụ thể Ví dụ tỉ lệ giữa các thành phaanhf Water: Concentrat : Sugar : Aroma là 30:70:45:600 thì sản phẩm là Beverage, với tỉ lệ là 50:50:10:300 sẽ cho sản phẩm là Nectar và 5:95:3:100 thì sản phẩm là Juice

Bước 1: Tạo bảng dữ liệu như sau : Recipe  Chọn recipe  Recipe data  Data records  < Add new>  Đặt tên và tên hiển thị

Bước 2: Nhập tỉ lệ giữa các thành phần trong bảng Data record để cho ra các sản phẩm tương ứng

Giá trị của các Data record có thể thay đổi hoặc tạo mới trong quá trình chạy runtime bằng cách lựa chọn sau:

+ Truyền dữ liệu trực tiếp từ PLC qua chế độ Teach – in

+ Nhập dữ liệu từ một tập tin * SCV

+ Nhập dữ liệu trên màn hình HMI

4 Cấu hình hiển thị với Recipe view