bản thuyết minh luận án tốt nghiệp ĐỀ TÀI XÂY DỰNG GÓI PHẦN MỀM SFC CHO ĐIỀU KHIỂN TRÌNH TỰ THEO CHUẨN IEC 61131-3 - Nghiêm Xuân Trường

BẢN THUYẾT MINH LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP (Bao gồm phát triển so với luận án tốt nghiệp cũ) ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GÓI PHẦN MỀM SFC CHO ĐIỀU KHIỂN TRÌNH TỰ THEO CHUẨN IEC 61131-3 Tác giả : Nghiêm Xuân Trường Đơn vị : Bộ môn Điều khiển tự động, Khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 i MỤC LỤC XUẤT XỨ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 2.2.2 Sử dụng mẫu thiết kế 2.2.3 Phương pháp phân tích, thiết kế lập trình hướng đối tượng Tìm hiểu sản phẩm tương tự có NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Chương trình chạy (Runtime Engine – RTE) 10 3.2 Công cụ phát triển trực quan (Visual Engineering Tools) 12 3.2.1 Cơ chế lưu trữ trao đổi liệu 12 3.2.2 Trao đổi thông tin thành phần gói phần mềm 14 3.2.3 Giao diện đồ họa chuẩn, dễ sử dụng, tính thơng tin cao 14 3.2.4 Soạn thảo biểu đồ SFC 16 3.2.5 Hỗ trợ biểu thức logic điều kiện 17 3.2.6 Cơ chế kiểm tra lỗi thông báo lỗi có tính tương tác cao 18 3.2.7 Dịch, nạp xuống, thực thi quan sát thực thi chương trình điều khiển chương trình chạy 19 3.3 Các module phần mềm mô đối tượng điều khiển trình tự 20 3.3.1 3.3.2 Mơ đối tượng lị phản ứng hóa học 21 Mô đối tượng máy giặt 23 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 25 Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 1 XUẤT XỨ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Điều khiển trình tự mảng quan trọng có vai trị khơng nhỏ điều khiển tự động Có thể gặp nhiều ví dụ điều khiển trình tự cơng nghiệp, dân dụng nhiều lĩnh vực khác Các hệ thống trạm trộn, lò phản ứng, dây chuyền sản xuất xi măng hay máy giặt ví dụ điển hình cho điều khiển trình tự Đặc biệt cơng nghiệp, điều khiển trình tự thường giữ vai trị điều khiển cơng đoạn, q trình theo trình tự dây chuyền sản xuất Kể từ sau xuất PLC hệ DCS đầu tiên, ngơn ngữ lập trình điều khiển LAD, FBD, IL,… trở nên phổ biến sử dụng rộng rãi thực tế Đây ngơn ngữ lập trình điều khiển mạnh, hỗ trợ hoàn chỉnh hầu hết hệ thống PLC DCS chuẩn hóa tiêu chuẩn IEC 61131-3 Tuy nhiên ngôn ngữ lại tỏ không phù hợp cho lập trình điều khiển trình tự lý sau: o Khó hình dung, thiếu trực quan: đoạn mã điều khiển trình tự viết ngơn ngữ lập trình thường thiếu trực quan, khó hình dung Dường khơng có liên hệ rõ ràng đoạn mã lệnh với giai đoạn trình tự điều khiển o Do khó hình dung thiếu trực quan nên việc lập trình điều khiển trình tự sử dụng ngôn ngữ gặp nhiều khó khăn, phức tạp Ngồi ra, việc phân tích, tìm hiểu hệ thống trở nên không đơn giản o Dễ mắc lỗi, khó phát sửa lỗi: hệ tất yếu khó khăn Việc kiểm tra, phát nguyên nhân sửa lỗi thường khó khăn tốn nhiều thời gian, cơng sức o Kém linh hoạt, khó mở rộng: cần thêm, bớt hay sửa đổi cơng đoạn đó, dù đơn giản, người lập trình gặp nhiều khó khăn, phải sửa lại khơng mã chương trình lại mắc lỗi Nguyên nhân khó khăn chất ngơn ngữ lập trình không phù hợp để mô tả hệ thống hoạt động theo trình tự Ngơn ngữ lập trình SFC, ngơn ngữ lập trình qui định chuẩn IEC 61131-3, tỏ thích hợp cho điều khiển trình tự Dựa sở mạng Petri Grafcet, ngôn ngữ SFC xây dựng phục vụ cho việc mơ tả lập trình điều khiển hệ thống hoạt động theo trình tự Grafcet cơng cụ Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 mạnh, xây dựng từ yêu cầu thực tế trình sử dụng lập trình thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC): o u cầu mơ tả trình tự trạng thái hệ thống kiện rời rạc với số lượng lớn trạng thái o Hỗ trợ khả hoạt động song song o Chỉ mô tả thay đổi, hành động thực thực có thay đổi đầu vào che tất khơng thay đổi Điều làm giảm độ phức tạp hệ thống hữu ích cần tìm hiểu, phân tích hay mơ tả hệ thống lớn, phức tạp Ngôn ngữ SFC cụ thể hóa Grafcet, có tính đến yếu tố kĩ thuật chức điều khiển, chuẩn hóa Trong chuẩn IEC 61131-3, SFC khơng gọi ngơn ngữ lập trình mà phương pháp mơ tả tổ chức chương trình điều khiển Tuy nhiên, thực tế, SFC thường gọi coi ngơn ngữ lập trình điều khiển, giống ngơn ngữ lập trình LAD, FBD,… Để quen thuộc tránh gây khó khăn cho người đọc, tài liệu sử dụng cách gọi “ngơn ngữ lập trình SFC” Ngơn ngữ SFC sử dụng số hệ thống PLC DCS sản phẩm Siemens, Emerson, Honeywell,… Tuy nhiên, bên cạnh giá thành cao hạn chế vấn đề quyền, sản phẩm phần mềm hãng thường đòi hỏi phải kèm với thiết bị phần cứng hãng Nói cách khác, để lập trình cho thiết bị điều khiển hãng phải sử dụng phần mềm hãng, ngược lại phần mềm hãng dùng phát huy hiệu tốt phần cứng hãng Điều gây hạn chế định ứng dụng gây khó khăn cho cơng tác nghiên cứu, giảng dạy Bên cạnh đó, số hệ thống thực ngơn ngữ lập trình SFC khơng hồn chỉnh thiếu nhiều tính qui định chuẩn Trong năm gần đây, việc nghiên cứu thử nghiệm chế tạo thiết bị điều khiển dựa vi xử lý thúc đẩy mạnh mẽ Việt Nam Tuy nhiên, có thực tế sản phẩm phần mềm Việt Nam sử dụng cho thiết bị lại hạn chế ý phát triển Hầu có phần mềm nhỏ, lẻ, đơn giản chủ yếu phục vụ cho mục đích sử dụng hẹp Thực tế đặt cấp bách nhu cầu phần mềm Việt Nam phục vụ cho lập trình điều khiển, sử dụng nghiên cứu giảng dạy Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 cơng nghiệp Đó mục đích động lực để đồ án tốt nghiệp thực Mục tiêu đặt đồ án Mục tiêu bước đầu đặt xây dựng gói phần mềm bao gồm ba phần chính: o Chương trình chạy (Runtime Engine - RTE) thực thi chương trình điều khiển điều khiển mà không cần biên dịch Chương trình điều khiển xây dựng dạng cấu hình, sử dụng ngơn ngữ trung gian với định dạng riêng, đảm bảo tính khả chuyển không phụ thuộc tảng Trước mắt, điều khiển lựa chọn hỗ trợ máy tính cá nhân cơng nghiệp (ví dụ PC/104), chạy hệ điều hành Windows NT o Công cụ phát triển trực quan (Visual Engineering Tool - VET) cho phép lập trình điều khiển cách trực quan phương pháp kéo – thả khai báo đặt cấu hỗ trợ theo dõi trình hoạt động hệ thống điều khiển theo bước Ngôn ngữ lập trình hỗ trợ SFC Các ngơn ngữ lập trình khác dần thực thời gian tới o Các module phần mềm mô đối tượng điều khiển trình tự cơng cụ hữu ích phục vụ cho cơng tác học tập, giảng dạy, thí nghiệm Hai đối tượng điều khiển trình tự mơ lị phản ứng máy giặt Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết Trong xu tồn cầu hóa phát triển nhanh chóng mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, chuẩn quốc tế có vai trị ngày quan trọng Việc tuân theo chuẩn quốc tế giúp cho sản phẩm có tính linh hoạt tương thích cao hơn, khả ứng dụng thực tế tốt đồng thời có tính sẵn sàng cao phát triển thay đổi tương lai Thực tế, việc hỗ trợ tuân theo chuẩn quốc tế trở thành yêu cầu bắt buộc sản phẩm tự động hóa, vốn sử dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp nhiều lĩnh vực quan trọng khác Không nằm ngồi qui luật đó, đồ án tốt nghiệp thực sở chuẩn IEC 61131-3 (từ gọi tắt chuẩn) IEC 61131 tiêu chuẩn điều khiển khả trình PLC thiết bị ngoại vi kèm, gồm phần Phần chuẩn (gọi tắt IEC 61131-3) định nghĩa ngơn ngữ lập trình cho thiết bị điều khiển khả trình, bao gồm: biểu đồ hình thang (Ladder Diagram, LD), biểu đồ khối chức (Function Block Diagram, FBD), liệt kê lệnh (Instruction List, IL), ngôn ngữ kiểu văn có cấu trúc (Structured Text, ST), phương pháp lập trình đồ họa SFC (Sequential Function Chart) để biểu diễn thuật tốn điều khiển trình tự Bên cạnh việc định nghĩa ngơn ngữ lập trình, IEC 61131-3 cịn đưa mơ hình phần mềm, mơ hình giao tiếp mơ hình lập trình thành phần quan trọng chúng chương trình (Program), khối chức (Function Block), hàm (Function), tác vụ (Task),… Một hệ thống kiện rời rạc (discrete-event system) hệ thống bao gồm số hữu hạn trạng thái (state) chuyển tiếp (transition) từ trạng thái sang trạng thái khác hệ thống định kiện (event) Các kiện không xác định trước thời điểm xuất Một ví dụ đơn giản điển hình hệ thống kiện rời rạc đèn điện Một đèn điện có hai trạng thái bật tắt Việc chuyển đổi hai trạng thái định kiện bật/tắt công tắc điện Bài tốn điều khiển trình tự trường hợp hệ thống kiện rời rạc, có phối hợp điều khiển logic điều khiển q trình Trong tốn điều khiển trình tự, điều quan tâm hàng đầu trình tự thực q trình khơng phải việc điều khiển trình cụ thể SFC phương pháp biểu diễn thuật toán điều khiển trình tự, đặc biệt tiện dụng mơ tả hoạt động hệ thống điều khiển trình phức tạp SFC xây dựng sở mạng Petri chuẩn IEC 848 Grafcet với số thay đổi định cho phù hợp với chức điều khiển SFC tỏ phù hợp cho lập trình điều khiển trình tự với ưu điểm sau: Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 o Có tương ứng giống với biểu đồ trình hoạt động hệ thống o Dễ dàng chuyển từ sơ đồ công nghệ hay mơ tả q trình hoạt động hệ thống sang SFC o Lập trình trực quan, đơn giản o Thuận lợi cho phân tích, tìm hiểu hệ thống o Hạn chế khả mắc lỗi Dễ dàng tìm phát lỗi có o Linh hoạt, dễ dàng thêm, bớt hay sửa đổi trình hoạt động Các yếu tố SFC bước (Step), chuyển tiếp (Transition) hành động (Action) Bước: diễn tả trạng thái mà đó, ứng xử hệ thống xác định trước hành động gắn Step1 Step0 với bước Một bước tích cực (active) khơng tích cực (inactive) Tại thời điểm bất kì, Bước thường Bước bắt đầu trạng thái hệ thống xác định tập hợp bước tích cực giá trị biến nội biến Mỗi mạng SFC có xác bước bắt đầu (initial step), xác định trạng thái ban đầu hệ thống Một bước thể dạng đồ họa khối hình chữ nhật, có đầu vào đầu Bước bắt đầu biểu diễn hình chữ nhật với đường bao nét đơi (xem hình bên) Chuyển tiếp: thể điều kiện chuyển trạng thái hệ thống, từ hay nhiều bước phía trước xuống hay nhiều bước phía sau Mỗi chuyển tiếp gắn với điều kiện chuyển ChuyÓn tiÕp tiếp (transition condition) mà giá trị logic điều khiển thực trình chuyển tiếp Các bước phải nối với thông qua chuyển tiếp Có ba loại chuyển tiếp qui định chuẩn là: chuyển tiếp đơn giản, chuyển tiếp phân nhánh cạnh tranh, chuyển tiếp phân nhánh song song Hành động: tập hợp luật ứng xử Step1 N Q0.0 C¸c khèi hệ thống thực bước mà D hμnh ®éng T1 Q0.1 T#1s gắn với tích cực Một hành động đơn giản biến Bool (Bool Action), Hμnh ®éng Qualifier cđa đoạn chương trình viết ngơn ngữ lập trình khèi hμnh ®éng định nghĩa chuẩn Các hành động không gắn trực tiếp với bước mà gián tiếp thông qua khối hành động (Action Block) Một khối hành động gắn với hành động bước Mỗi khối hành động có cờ (qualifier) xác định cách thức hoạt động Bảng tóm tắt ý nghĩa cờ qui định chuẩn Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 Cờ Trống Ý nghĩa Cờ Giống N P Ý nghĩa Xung N Không lưu trữ SD Lưu trữ trễ thời gian R Xoá DS Trễ thời gian lưu trữ S Lưu trữ (đặt) SL Lưu trữ giới hạn thời gian L Giới hạn thời gian P1 Sườn lên D Trễ thời gian P0 Sườn xuống Luật chuyển tiếp: trình chuyển tiếp xảy tất bước phía trước tích cực điều kiện chuyển tiếp thoả mãn Quá trình chuyển tiếp diễn theo trình tự sau: o Tất bước phía trước chuyển tiếp nối trực tiếp với chuyển tiếp đồng thời tích cực o Tất bước phía sau chuyển tiếp nối trực tiếp với chuyển tiếp đồng thời tích cực o Sau tích cực đồng thời, bước phía sau chuyển tiếp hoạt động độc lập với Xem ví dụ phần 3.3.1 để có hình dung cụ thể SFC 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đắn, khoa học điều kiện tiên để đạt kết tốt nghiên cứu khoa học Các phương pháp nghiên cứu sử dụng thực đồ án là: 2.2.1 Phương pháp phân tích, thiết kế lập trình hướng đối tượng Đây phương pháp mạnh hiệu thiết kế xây dựng phần mềm Phương pháp nhìn hệ thống, nhìn việc, vấn đề theo quan điểm đối tượng, giữ vai trò trung tâm đối tượng Một hệ thống coi tập hợp đối tượng quan hệ đối tượng Phương pháp cho ta nhìn đắn hơn, xác giới thực, cho phép mơ tả hệ thống tồn thực tế không bị phụ thuộc vào cách mơ tả, cách hoạt động máy tính Sử dụng phương pháp phân tích, thiết kế lập trình hướng đối tượng giúp tăng tính linh hoạt, độ ổn định, khả mở rộng sử dụng lại phần mềm, đồng thời giảm chi phí tăng hiệu cơng việc Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 So với phương pháp khác, đặc biệt phương pháp thiết kế cấu trúc, phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng có ưu điểm sau: o Đảm bảo tương ứng mơ hình phân tích mơ hình thiết kế: với phương pháp cổ điển, hệ thống mô hình phân tích mơ hình thiết kế khơng có tương ứng cao, việc chuyển đổi qua lại hai mơ hình gặp nhiều khó khăn Kết hệ thống có thay đổi việc thực lại q trình phân tích thiết kế phức tạp khó khăn Với thiết kế hướng đối tượng, hai mơ hình gần có tương đồng nên gặp phải khó khăn o Tăng tính trừu tượng tốn: mơ hình hướng đối tượng trì mối liên hệ chặt chẽ liệu thao tác (operation) liệu thực thể thống Điều phản ảnh chất giới thực, phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng đạt tính trừu tượng tốn cao o Tăng tính ổn định trước thay đổi o Tăng tính sử dụng lại o Tăng tính linh hoạt khả mở rộng dễ dàng o Độ tin cậy an toàn cao o Hỗ trợ khả hoạt động song song: chất đối tượng tồn hoạt động độc lập, có tương tác với mơi trường Do đó, trừ có định đặc biệt, đối tượng hoạt động song song Trong đồ án này, ngơn ngữ mơ hình hóa thống (UML – Unified Modelling Language) sử dụng phục vụ cho việc phân tích, thiết kế mô tả hệ thống phần mềm 2.2.2 Sử dụng mẫu thiết kế Mẫu thiết kế hình thức hóa cách tiếp cận vấn đề thường gặp ngữ cảnh cụ thể Mỗi mẫu thiết kế giải pháp cho vấn đề thiết kế cụ thể ngữ cảnh xác định Giải pháp đưa chứng minh đúng, sử dụng nhiều lần đem lại kết tốt trừu tượng hóa thành mẫu Mẫu thiết kế kinh nghiệm thiết kế đúc kết lại thành mẫu chuẩn mực Sử dụng mẫu thiết kế, người thiết kế thiết kế hệ thống từ đầu, khơng phải giải lại tốn giải mà sử dụng kinh nghiệm, tri thức kết có từ trước Điều làm cho chất lượng thiết kế tốt hơn, tăng tính sử dụng thiết kế tạo điều kiện cho người thiết kế tập trung vào sáng tạo Việc thiết kế phần mềm hướng đối tượng có khả sử dụng lại khơng đơn giản Thiết kế cần tập trung vào vấn đề cụ thể phải đủ tổng quát để phục vụ cho yêu cầu vấn đề cần giải tương lai Trong trình thiết kế, giải pháp tốt người thiết kế sử dụng lại nhiều lần Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 xây dựng thành mẫu Những mẫu giúp tạo thiết kế hướng đối tượng mềm dẻo, uyển chuyển có khả sử dụng lại Một số mẫu thiết kế sử dụng có hiệu trình thiết kế thực phần mềm đồ án là: Interpreter, Abstract Factory, Chain of Responsibility,… 2.2.3 Tìm hiểu sản phẩm tương tự có Trong thực tế có nhiều sản phẩm tương tự phần mềm thực đồ án tồn thị trường Hầu hết sản phẩm công ty, hãng lớn có uy tín Siemens, Emerson, Honeywell, ABB,… Đây sản phẩm hoàn chỉnh, sử dụng, kiểm nghiệm công nhận thực tế Việc tham khảo tìm hiểu kĩ sản phẩm đem lại nhiều lợi ích cho q trình thực đồ án như: o Tìm hiểu đặc điểm chung sản phẩm Mặc dù không qui định thành chuẩn sản phẩm bao tồn điểm chung giao diện, cách thức hoạt động, tính năng,… Việc tuân theo điểm chung giúp cho sản phẩm tạo quen thuộc với người sử dụng dễ chấp nhận o Tìm hiểu ưu, nhược điểm sản phẩm Rút kinh nghiệm từ điều này, sản phẩm tạo có nhiều ưu điểm hạn chế nhược điểm Trước thực đồ án này, sản phẩm sau tìm hiểu: Centum CS-3000 Yokogawa, DeltaV Emerson Process Management Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 11 Cấu trúc chương trình chạy mơ tả hình Khơng gian thực thi Đối tượng Cấu hình Đối tượng Stream Tạo liên kết Đối Trình nạp cấu hình tượng Tạo đối tượng Phần cốt lõi (core) Các kiểu đối tượng, vào/ra, dịch vụ hệ thống, xử lý lỗi,… Phần cốt lõi thành phần tảng tồn chương trình chạy, thực chức quan trọng dịch vụ hệ thống (dịch vụ thời gian, xử lý cạnh tranh, xử lý lỗi, …), giao diện vào/ra, hệ thống kiểu đối tượng, … Trình nạp cấu hình thực chức đọc mơ tả cấu hình, tiến hành phân tích, kiểm tra tạo đối tượng cụ thể thiết lập quan hệ đối tượng Khơng gian thực thi bao gồm toàn đối tượng, quan hệ chúng, tạo q trình nạp cấu hình Chính đối tượng quan hệ không gian thực thi tạo thành chương trình điều khiển thực có khả thực thi Tồn q trình thực thi thực lời gọi hàm (trực tiếp hay thông qua trỏ) với hỗ trợ điều hành phần cốt lõi, nhờ đảm bảo tốc độ thực thi tốt khơng lập trình với mã máy trực tiếp Chương trình chạy thực có đặc điểm sau Tính thời gian độ ổn định tốt Hỗ trợ chuẩn IEC 61131-3: • Hỗ trợ kiểu liệu thơng dụng bao gồm kiểu logic (BOOL), kiểu số nguyên (INTEGER) kiểu số thực (REAL) Hỗ trợ kiểu liệu tổng quát – tính nâng cao cho phép sử dụng dễ dàng đoạn mã lệnh chương trình với kiểu liệu khác • Thực hai kiểu tác vụ tác vụ tuần hoàn (periodic task) tác vụ theo kiện (event task) • Thực hồn chỉnh ngơn ngữ SFC • Sẵn sàng hỗ trợ thực ngôn ngữ lập trình khác (FBD, ST, …) Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 12 Mơ tả chương trình điều khiển theo kiểu cấu hình, sử dụng ngơn ngữ trung gian với cấu trúc định dạng riêng Chương trình điều khiển không phụ thuộc tảng thực thi Cơ chế hỗ trợ nhiều loại hệ thống vào/ra khác nhau: vào/ra tập trung, vào/ra phân tán Hỗ trợ giám sát, kiểm tra trình thực thi chương trình điều khiển cách chi tiết Tính hữu ích cho trình thử nghiệm sửa lỗi chương trình điều khiển Tính khả chuyển tốt, dễ dàng thực tảng phần cứng hệ điều hành khác Hiện tại, phiên chương trình chạy dạng COM Server cho Win32 xây dựng, sử dụng công nghệ (D)COM cho phép hoạt động phối hợp mạng Giao tiếp COM đơn giản, dễ sử dụng, đặc biệt với Visual Basic Linh hoạt, dễ phát triển mở rộng 3.2 Công cụ phát triển trực quan (Visual Engineering Tools) Công cụ phát triển trực quan (VET) thành phần phần mềm quan trọng, lớn phức tạp gói phần mềm Đây cơng cụ lập trình trực quan, cho phép người sử dụng lập trình theo kiểu đặt cấu hình dễ dàng, đơn giản tiện lợi Thao tác chủ yếu trình lập trình điều khiển sử dụng VET thao tác kéo - thả, đặt thơng số, mơ tả cấu hình,… Sau lập trình xong, phần mềm cho phép xây dựng (build) tạo chương trình điều khiển tải trực tiếp xuống chương trình chạy để thực thi Bên cạnh chức hỗ trợ lập trình điều khiển, phần mềm cho phép quan sát, theo dõi trình thực thi chương trình điều khiển với giao diện đồ họa trực quan, giúp dễ dàng kiểm tra, phát sửa lỗi 3.2.1 Cơ chế lưu trữ trao đổi liệu Cũng giống phần mềm tương tự khác, phần mềm VET sử dụng khái niệm dự án (project) Bên dự án liệu cấu hình hệ thống, module chương trình điều khiển nhiều liệu liên quan khác Hình bên trình bày sơ lược cấu trúc dạng dự án Cấu trúc sử dụng giao diện đồ họa phần mềm giúp người sử dụng dễ dàng truy cập thao tác với phần khác dự án Project (dự án) Global Variables (các biến toàn cục) Memory Variables (các biến nhớ) IO Variables (các biến vào ra) Control Modules (các module điều khiển) SFC Modules (các module SFC) Local Variables (các biến cục bộ) Steps (các bước) Transitions (các chuyển tiếp) Tasks (các tác vụ) Periodic Tasks (các tác vụ theo chu kỳ) Event Tasks (các tác vụ theo kiện) IO Modules (các module vào ra) Slaves (các slave) Slots (các slot) Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 13 Cơ chế lưu trữ liệu phần mềm dựa số tiêu chí sau: o Khả trao đổi thơng tin cao Trong hệ thống có nhiều phần mềm khác sử dụng phối hợp hoạt động Việc trao đổi thông tin phần mềm cần thiết Nếu phần mềm khơng có khả hiểu lẫn nhau, trao đổi thông tin trực tiếp với mà phải thơng qua q trình chuyển đổi phức tạp hay chí khơng thể trao đổi thơng tin hoạt động hệ thống phức tạp hiệu Đặc biệt người sử dụng gặp nhiều khó khăn q trình vận hành hệ thống Việc tuân theo chuẩn quốc tế lưu trữ trao đổi liệu điều kiện quan trọng để đảm bảo yêu cầu khả trao đổi thông tin cao Hiện nay, xu chung phần mềm sử dụng cấu trúc lưu trữ liệu thống XML để lưu trữ trao đổi thông tin Một số chuẩn IEC 61499 qui định phải sử dụng XML o Cấu trúc lưu trữ phải không phức tạp chặt chẽ, hiệu o Tính linh hoạt, khả phát triển mở rộng cao Đây yêu cầu cần thiết để đảm bảo mở rộng phát triển lâu dài phần mềm, giai đoạn ban đầu Với tiêu chí đề ngơn ngữ XML tỏ thích hợp XML (Extensible Markup Language) tập phiên đơn giản hóa ngơn ngữ SGML (Standard Generelized Markup Language) – chuẩn quốc tế loại siêu ngơn ngữ có khả tạo loại siêu ngôn ngữ đánh dấu khác XML ngôn ngữ đánh dấu cho tài liệu chứa đựng thơng tin cấu trúc hóa Điểm đặc biệt XML có tính linh hoạt, khả tùy biến mở rộng cao nhờ cho phép người dùng tự định nghĩa thẻ cho riêng với ý nghĩa xác định XML phương pháp lưu trữ thông tin hiệu ngày sử dụng phổ biến nhờ ưu điểm sau: o Cho phép người dùng tự tạo thẻ riêng họ o Sự phân tích XML thực chặt chẽ xác o XML xây dựng tảng Unicode, có khả tạo tài liệu chuẩn hóa quốc tế o Khuôn dạng XML dựa sở văn bản, dễ đọc,dễ hiểu o XML hỗ trợ nhiều môi trường khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho trao đổi liệu thay cho khuôn dạng nhị phân Ngôn ngữ XML lựa chọn sử dụng thức cho phần mềm VET Tuy nhiên, phát triển tương lai gói phần mềm yêu cầu phải sử dụng hệ sở liệu (CSDL) hoàn chỉnh thay định dạng lưu trữ liệu đơn XML Việc lựa chọn sử dụng XML thời điểm tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển sau hầu hết hệ CSDL hỗ trợ định dạng XML chuẩn quốc tế trao đổi liệu Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 14 3.2.2 Trao đổi thơng tin thành phần gói phần mềm Các thành phần gói phần mềm khơng phải phần mềm tách biệt mà nằm hệ thống chặt chẽ thống Mỗi phần mềm có liên quan mức độ định đến phần mềm khác Mặc dù phần mềm hoạt động riêng mà khơng cần đến phần mềm khác gói hoạt động phối hợp chúng đem lại hiệu lớn nhiều Nhờ phối hợp này, từ phần mềm công cụ phát triển trực quan, người sử dụng khởi động chương trình chạy (trên máy tính máy tính khác), nạp thực thi chương trình điều khiển, theo dõi chi tiết trình hoạt động chương trình điều khiển từ giao diện đồ họa VET, đồng thời mơ đối tượng điều khiển máy tính Q trình chuyển từ giai đoạn mô sang giai đoạn chạy thực tế đơn giản Để đảm bảo cho hoạt động phối hợp có hiệu quả, cần phải có chế trao đổi thơng tin thống phần mềm, hay nói cách khác phần mềm phải “hiểu” Việc trao đổi thông tin thành phần gói phần mềm, chủ yếu phần mềm công cụ phát triển trực quan với phần mềm khác, thực nhờ công nghệ DCOM DCOM mở rộng COM – mơ hình đối tượng thành phần tảng cho nhiều công nghệ phần mềm quan trọng hãng Microsoft Ưu điểm công nghệ tính suốt phân tán, nghĩa giao tiếp khơng phụ thuộc vào vị trí đối tượng giao tiếp (trên máy tính hay máy tính khác có nối mạng), khơng phụ thuộc vào mạng truyền thông giao thức truyền thông cụ thể, không phụ thuộc vào hệ điều hành ngơn ngữ lập trình sử dụng Qua thử nghiệm thực tế, chế giao tiếp hoạt động tốt tỏ có hiệu quả, đáp ứng yêu cầu đề 3.2.3 Giao diện đồ họa chuẩn, dễ sử dụng, tính thơng tin cao Phần mềm VET xây dựng hệ điều hành Windows, chạy tất phiên hệ điều hành đạt hiệu tốt phiên Windows NT/2000/XP Đây phiên hệ điều hành sử dụng phổ biến thực tế Giao diện đồ họa phần mềm sử dụng phần tử đồ họa chuẩn (trình đơn chính, trình đơn cảm ngữ cảnh, cơng cụ, cửa sổ công cụ,…), thiết kế cẩn thận hợp lý, mang nhiều nét quen thuộc với phần mềm phổ biến Windows Explorer, Microsoft Visio, Microsoft Visual Basic,… Vì vậy, việc sử dụng phần mềm đơn giản tiện lợi Hình hình giao diện điển hình phần mềm VET Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 15 Trình đơn công cụ Cấu trúc dự Cấu trúc án dự án Cửa sổ để Thay duyệt đổi soạn thảo thuộc tính Cửa sổ thơng báo Màn hình giao diện VET gồm phần: o Phía hệ thống trình đơn công cụ Đây nơi cho phép truy cập đến tồn tính phần mềm Các công cụ cho phép truy cập nhanh đến chức o Phần phía bên trái khung hiển thị cấu trúc (tree view) dự án Phần liệt kê đầy đủ thành phần dự án, từ module điều khiển, tác vụ, module vào/ra đến biến thành viên Khung hiển thị cho phép người lập trình có nhìn tổng qt tồn hệ thống, đồng thời truy cập thao tác nhanh chóng với thành phần hệ thống o Phần phía bên trái cửa sổ soạn thảo thuộc tính Đây nơi người sử dụng soạn thảo thuộc tính đối tượng – phần tử dự án Mỗi phần tử dự án, dù đơn giản, có thuộc tính (như tên, kiểu liệu, giá trị, thích,…) Khi người sử dụng chọn phần tử dự án từ vị trí phần mềm cửa sổ hiển thị danh sách nội dung thuộc tính phần tử Thao tác soạn thảo thực trực tiếp cửa sổ với phần tử đồ họa Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 16 hộp soạn thảo văn bản, danh sách kéo xuống,… Tính giống với nhiều phần mềm quen thuộc khác, đặc biệt phần mềm Visual Basic, giúp người sử dụng thuận tiện thao tác o Phần bên phải khung cửa sổ sử dụng để: + Hiển thị danh sách đối tượng phần hệ thống Nội dung hiển thị chi tiết bao gồm tên, thuộc tính thích đối tượng Người lập trình soạn thảo trực tiếp thuộc tính đối tượng cửa sổ + Soạn thảo mã chương trình điều khiển, ví dụ: soạn thảo sơ đồ SFC o Phần cửa sổ thông báo: nơi hiển thị thơng báo chương trình người sử dụng, bao gồm cảnh báo, thông báo lỗi số loại thông báo khác Đặc biệt, người sử dụng nhanh chóng truy cập đến vị trí xảy lỗi với thao tác kích đúp chuột vào dịng thơng báo lỗi Ngoại trừ khung cửa sổ ln ln hữu, khung khác di chuyển, thay đổi kích thước cho ẩn / Phần mềm VET sử dụng mã Unicode thực thi hệ điều hành có hỗ trợ mã này, cho phép người dùng sử dụng ngôn ngữ tiếng Anh dự án, ví dụ tiếng Việt (xem hình trên) Một đặc điểm quan trọng phần mềm VET tính thơng tin cao Gần vị trí nào, người sử dụng nhanh chóng truy cập đến vị trí khác dự án, đặc biệt vị trí có liên quan đến vị trí thời, dễ dàng có thơng tin phần tử dự án Các trình đơn cảm ngữ cảnh sử dụng triệt để giúp truy cập nhanh đến chức quan trọng phần mềm 3.2.4 Soạn thảo biểu đồ SFC Ngơn ngữ lập trình SFC hỗ trợ tương đối hồn thiện gói phần mềm, tuân theo qui định chuẩn IEC 61131-3 Phần mềm VET cho phép người sử dụng tạo soạn thảo module điều khiển theo biểu đồ SFC với giao diện đồ họa trực quan, dễ sử dụng Mọi thao tác soạn thảo biểu đồ SFC thực khung cửa sổ Tất phần tử biểu đồ SFC (các bước chuyển tiếp) coi phần tử dự án truy cập giống loại phần tử khác Mỗi phần tử có thuộc tính Việc soạn thảo thuộc tính điều kiện chuyển tiếp hay danh sách hành động bước thực trực tiếp cửa sổ soạn thảo thuộc tính Khi chọn phần tử SFC (trong cấu trúc dự án, cửa sổ thơng báo lỗi, …) sơ đồ SFC tương ứng chứa phần tử mở để soạn thảo Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 17 Các tính soạn thảo biểu đồ SFC phần mềm VET là: o Thao tác thao tác kéo – thả, giống đa số phần mềm vẽ biểu đồ, sơ đồ khác (ví dụ Microsoft Visio) o Lựa chọn hay nhiều phần tử SFC cách chọn phần tử đồ họa hay chọn theo vùng o Di chuyển hay nhiều phần tử SFC thao tác kéo chuột o Nối dây phần tử thao tác bấm – kéo – thả chuột Tự động kiểm tra tính đắn kết nối Tự động bố trí dây nối hợp lý o Phóng to, thu nhỏ biểu đồ Tự động dịch chuyển biểu đồ thao tác kéo – thả o Căn chỉnh theo lưới (grid) o Cung cấp thông tin chi tiết phần tử SFC cửa sổ tooltip dừng chuột phần tử (xem hình dưới) o Sao chép (copy) nội dung biểu đồ SFC dạng hình ảnh vector vào clipboard hệ thống lưu lại dạng tệp tin hình ảnh Hình hình soạn thảo biểu đồ SFC điển hình Màn hình soạn thảo SFC Danh sách phần tử SFC dự án Cửa sổ tooltip hiển thị thông tin tức thời 3.2.5 Hỗ trợ biểu thức logic điều kiện Các điều kiện chuyển tiếp biểu đồ SFC thông thường đơn giản biến logic đơn Tuy nhiên có trường hợp cần dùng đến biểu thức logic phức tạp với phối hợp phép toán logic, phép toán so sánh, biến Phần mềm VET hỗ trợ tốt cho yêu cầu việc Xây dựng gói phần mềm SFC cho điều khiển trình tự theo chuẩn IEC 61131-3 18 cho phép sử dụng biểu thức logic phức tạp điều kiện chuyển tiếp Các thành phần chấp nhận biểu thức logic bao gồm: + + + + + + + Các biến logic Các logic (TRUE FALSE) Các phép toán logic (AND, OR NOT) Các phép toán so sánh số học (>, =,