trình bày TỔNG QUAN VỂ SCADA VÀ PHẦN MỀM WinCC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC TỔNG QUAN VỂ SCADA VÀ PHẦN MỀM WinCC NỘI DUNG PHẦN NÀY : -Giới thiệu chung về SCADA -Tổng quan về phần mềm WINCC -Giao diện giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước thải I. TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA -Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là hệ thống điều khiển giám sát vvà thu thập dữ liệu, ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Hệ SCADA cho phép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau: từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý công ty. Các chức năng cơ bản của hệ SCADA: -Giám sát (Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống điều khiển quá trình. Hiển thị các báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường, . dưới dạng trang màn hình, trang đồ hoạ, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất, . Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hành và can thiệp từ xa đến các hệ thống phía dưới. -Điều khiển (Control): Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển. -Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố, . dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định. GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Trang 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC II. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM THIẾT KẾ WINCC 1. Giới thiệu chung -WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows), cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000. Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ C p qu nlí kinh doanhấ ả Mạnh xí nghiệp C p qu n lí quá trìnhấ ả Trạm vận hành bơm PLC động cơ Van cảm biến trạm vận hành Cơ cấu chấp hành mạng điều khiển c p tr ngấ ườ Trang 85 Hình III. Cấu hình của một SCADA điển hình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển. -Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. -WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens-công ty hàng đầu trong tự động hoá quá trình và Microsoft-công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho PC. -Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp với những hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. 2. Các bước cơ bản tiến hành thiết kế 2.1. Khởi tạo một dự án a. Khởi Động WinCC Để khởi động WinCC ta kích chuột vào Start trên thanh Taskbar. Chọn Simatic / WinCC / Windows Control Center. b. Tạo một dự án mới -Để tạo một dự án mới ta chọn File / New. Một hộp thoại sẽ mở ra cho phép xây dựng một Project mới. Chọn Single-User Project / OK: tạo một dự án đơn người sử dụng. Chọn Multi-User Project / OK: tạo một dự án đa người sử dụng. Chọn Multi-Client Project / OK: tạo một dự án nhiều khách. Đặt tên Project / nhấn Create. Khi đó màn hình WinCC hiện ra như hình III.2. GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Trang 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC -Kích chuột phải vào biểu tượng có tên Computer để mở hộp thoại thiết lập các thuộc tính của hệï thống khi chạy chương trình cũng như thay đổi các tên của máy tính. c. Kết nối với PLC -Để khai báo việc kết nối với một PLC mới ta tiến hành theo trình tự sau: - Kích chuột phải vào Tag Management / Add New Driver. Trong hộp thoại hiện ra ta chọn SIMATIC S7 Protcol Suite và kích vào nút Open. - Tạo một kết nối với thiết bị cấp dưới: kích chuột vào SIMATIC S7 Protcol Suite/New Conection / Connection properties. Nhập tên đối tượng kết nối và nhấn OK. d. Tag và Tag Group -Tạo Internal tag -Trong Tag management, kích phải chuột vào Internal Tag/New Tag. Xuất hiện hộp thoại Tag Properties cho phép ta nhập tên, kiểu dữ liệu của Tag. -Tạo Tag Group -Kích phải chuột lên kết nối PLC vừa tạo như trên: New Group / Properties Of Tag Group, nhập tên Group sau đó nhấn OK. c. Tạo External tag - Kích phải chuột lên kết nối PLC chọn New Tag / Tag Properties, nhập tên, kiểu dữ liệu của Tag sau đó nhấn OK. - Nhấn nút Select để mở hộp thoại Address Properties sau đó chọn danh sách dữ liệu cho Tag, vùng dữ liệu biến. 2.2. Thiết kế giao diện đồ hoạ -Trong cửa sổ WinCC Explorer ta kích phải chuột vào Graphics Designer chọn New Picture, một bức tranh Newpld0.Pdl sẽ hiện ra trong cửa sổ WinCC Explorer. -Để thiết kế đồ hoạ cho bức tranh vừa tạo, ta có thể nhấp đúp chuột vào tên bức tranh hoặc kích phải chuột vào tên bức tranh và chọn Open Picture. GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Hình III.2Màn hình giao diện chính của WINCC Trang 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC -WinCC hỗ trợ một cơng cụ mạnh về đồ hoạ, và hỗ trợ một thư viện rất lớn về các thiết bị cơng nghiệp rất sinh động, ta có thể chọn và đem ra sử dụng nó một cách dễ dàng. 2.3.Thu thập dữ liệu và biểu diễn giá trị q trình (Tag logging) a.Mở Tag Logging -Trong cửa sổ bên trái của WinCC Explorer, kích phải chuột lên Tag Logging, chọn Open. -Đối tượng Timer được định vị tại dòng thứ hai trong cửa sổ. Timer có thể được định cấu hình cho bản ghi hay cho việc lưu trữ. b.Tạo một Archive -Để tạo một Archive ta tiến hành như sau: kích chuột phải vào Archive, chọn Archive Winzad, trong hộp thoại xuất hiện đầu tiên ta chọn Next, trong hộp thoại xuất hiện tiếp theo ta nhập tên của Archive, chọn kiểu của Archive là Process value Archive (hình III.4). -Sau đó ta chọn Next / Select, chọn Tag cần thực hiện lưu trữ giá trị q trình. Trong hộp thoại xuất hiện tiếp theo ta nhấn OK để xác nhận, chọn Apply để kết thúc việc tạo Archive Winzad (hình III.5). GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Hình III.4: Tạo một archive Hình III.5:Kết thúc việ tạo archive Trang 88 Hình III.3: Màn hình hiển thò chức năng Tag Logging N TT NGHIP Phn V : WINCC c.To mt Table windows -Vi Table Windows ta cú th biu din cỏc Tag quỏ trỡnh di dng bng. to mt Table Windows ta tin hnh nh sau: Trong Graphic Designer to mt trang Graphic cú tờn o Thi.Pdl. Trong Object Palette / Control / WinCC Online Table Control, kộo i tng vo trang Graphic, kớch ỳp chut lờn i tng m hp thoi Properties Of WinCC Online Trend Control. n chn mc General: n chn mc Columns: 2.4.Tthu thp cnh bỏo d liu (alarm logging) a.M alarm Logging -Trong ca s WinCC Explorer, kớch phi chut vo Alarm Logging, chn Open. b.Cỏc bc tin hnh nh cu hỡnh v thit lp mt h thng cnh bỏo -Alarm Logging h tr mt cụng c System Winzad. Cụng c ny cung cp cho ta mt phng phỏp n gin v t ng to mt h thng cnh bỏo GVHD : NGUYN MNH H Trang 89 Hỡnh III.6: Taùo moọt Table Windows Hỡnh III.7: Mn hỡnh giao din Alarm Logging ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC như mong muốn. -Để thiết lập một hệ thống cảnh báo ta tiến hành từng bước như sau: Chọn File / Select Winzad, xuất hiện hộp thoại System Winzad. Chọn Selecting Message Blocks, trong System Blocks chọn Date, Time, Number. Trong User Text Block chọn Msg Txt, Error Location. Trong Process Value Blocks chọn None / Next (hình III.8.a). Khi hộp thoại System Winzad: Preset Classes hiện ra ta chọn Class Error With Type Alarm and Warning / Next (hình III.8.b). Trong hộp thoại System Winzad: Selecting Archives, thiết lập Short-Term Archive For 250 Messages (hình III.8.c). Cuối cùng ta nhấn nút Finish để kết thúc việc định cấu hình và thiết lập một hệ thống cảnh báo (Alarm Logging). Trong công đoạn này ta cần chú ý một số vấn đề sau: - Ta có thể định cấu hình cho văn bản thông báo như sau: thay đổi chiều dài của Message Text, chọn Message Blocks trong cửa sổ bên trái của trang Alarm Logging, chọn User Text Block, kích phải chuột vào Message Text / Properties và nhập giá trị mong muốn. - Thay đổi chiều dài của Point Of Error: chọn Message Blocks trong cửa sổ bên trái của trang Alarm Logging. Chọn User Text Block, kích phải chuột vào Point Of Error / Properties, nhập giá trị mong muốn. - Định cấu hình màu của thông báo: thực hiện công việc này nhằm mục đích giúp người vận hành dễ dàng nhận ra loại thông báo. Ta tiến hành thiết lập như sau: + Kích chuột vào Came In: chọn Text Color để định màu cho văn bản, chọn Background Color để định màu nền. + Kích chuột vào Went Out: chọn Text Color để định màu cho văn bản, chọn Background Color để định màu nền. + Kích chuột vào Acknowleged: chọn Text Color để định màu cho văn bản, chọn Background Color để định màu nền. + Kích OK để kết thúc. GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Trang 90 Hình III.7 (a,b,c): Các bước thiết lập Alarm Logging ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC 2.5.Truyền thông trong môi trường WinCC 1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC -Bản chất của quá trình này được thể hiện như sơ đồ sau đây: Trong đó : 1.Data Manager (Trình quản trị dữ liệu) -WinCC Data Manager quản lý dữ liệu (Database). Người sử dụng không thấy được trình quản lý dữ liệu này. Trình quản lý dữ liệu làm việc với dữ liệu được sinh ra từ WinCC Project và được cất trong cơ sở dữ liêïu của Project. Nó quản lý các biến Wincc trong lúc chạy chương trình. Tất cả các người sử dụng WinCC phải yêu cầu dữ liệu từ trình quản lý dữ liệu ở các dạng biến WinCC. Các ứng dụng này gồm Graphic Runtime, Alarm Logging Runtime và Tag Logging Runtime. 2. Các trình điều khiển truyền thông (Comunication driver) -Để cho WinCC truyền thông với các kiểu PLC khác, người sử dụng phải nối trình quản lý dữ liệu với PLC. Trình điều khiển truyền thông gồm một C++DLL, mà truyền thông giao tiếp với trình quản lý dữ liệu (gọi là kênh API). Trình điều khiển truyền thông cung cấp các giá trị quá trình cho WinCC Tag. 3. Đơn vị kênh (Channel Unit) -Ngõ vào Communication Driver trong Tag Managerment chứa ít nhất một Sub-Entry. Sub-Entry của Communication Driver này gọi là Đon vị kênh. Mỗi đơn vị tạo nên giao tiếp với một Hardware và như vậy với Modul truyền thông của PC. Người ta phải định nghĩa đơn vị kênh. Modul truyền thông này được gán trong hộp thoại System Parameters. Hộp này được GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Trang 91 Hình III.9: bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC mở bằng cách click chuột phải vào đơn vị kênh tương ứng và chọn System Parameter từ Menu hiện lên. Sự xuất hiện của hộp thoại phụ thuộc vào trình điều khiển truyền thơng được chọn. Tuy nhiên có thể thêm các thơng số truyền thơng nếu cần. 4. Hardware driver: Driver kết nối phần cứng. 5. Communication Processor (CP): bộ xử lý truyền thơng. 6. PLC: thiết bị PLC. -Q trình truyền thơng này có thể được mơ tả như sau: WinCC Data Manager quản lý các WinCC Tag khi thực thi. Nhiều ứng dụng WinCC khác nhau (trên WinCC Application) u cầu các giá trị từ Data Manager. Cơng việc của Data Manager nhận các tag u cầu từ q trình. Nó thực hiện việc này thơng qua trình điều khiển truyền thơng đã được tích hợp trong WinCC Project. Trình điều khiển truyền thơng tạo nên giao tiếp giữa WinCC và q trình bằng cách sử dụng đơn vị kênh của nó. Trong phần lớn các trường hợp, kết nối dựa trên Hardware đến q trình được cài đặt bằng cách sử dụng một CP. Trình điều khiển truyền thơng WinCC sử dụng các CP để gởi thơng điệp u cầu đến PLC. Tiếp đến CP gửi các giá trị q trình được u cầu từ các thơng điệp tương ứng về lại WinCC. 7. Thiết lập cấu hình truyền thơng: 7.1. Các dịch vụ truyền thơng củaWinCC: a. Truyền thơng với Simatic S5: GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Hình III.10: Kết nối truyền thông Trang 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Dùng phương tiện truyền thông nối tiếp: Sử dụng giao thức ASCII và giao thức RK512. Thông qua Bus: Profibus FMS, Profibus FDL và Industrial Ethernet. b. Truyền thông với Simatic S7: -WinCC truyền thông với S7 qua các chuẩn sau: + MPI. + Profibus. + Industrial Ethernet. + TCP/IP. + OPC. c. Truyền thông với WinCC. -Kết nối các trạm WinCC thông qua OPC (OLE For Process Control). Các trạm của WinCC có thể kết nối với nhau bằng bất kỳ phương pháp kết nối nào, ví dụ kết nối Ethernet qua TCP/IP. 7.2. Hàm truyền thông cơ bản a.Kiểu dữ liệu của WinCC Binary Tag: kiểu nhị phân. Unsigned 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit không dấu. Signed 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit có dấu. Unsigned 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit không dấu. Signed 16 Bit Value: Kiểu nguyên 16 Bit có dấu. Unsigned 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit không dấu. Signed 32 Bit Value: Kiểu nguyên 32 Bit có dấu. Floating Point Number 32 Bit IEEE 754 : Kiểu số thực 32 bít theo tiêu chuẩn IEEE 754. Floating Point Number 64 Bit IEEE 754 : Kiểu số thực 64 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754. Text Tag 8 Bit Character Set: Kiểu kí tự 8 Bit. Text Tag 16 Bit Character Set: Kiểu kí tự 16 Bit. Raw Data Type: Kiểu dữ liệu thô. b.Gửi dữ liệu từ winCC xuống ô nhớ PLC : -Cấu trúc: (Giá trị trả về) SetTagXXX (“tên biến ngoại”, giá trị ) -Giải thích : Giá trị trả về: Là kiểu BOOL. Nếu quá trình gửi thành công thì giá trị trả về là TRUE, còn ngược lại thì giá trị trả về là FALSE. XXX: Là Bit, Byte, Word. GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ Trang 93 [...]... giữa WINCC và STEP7 – 300 Yêu cầu phần mềm : SIMATIC NET dùng để cài Driver cho CP 1413 Phần mềm STEP7 dùng để tạo một dự án STEP7 WinCC với Driver truyền thông SIMATIC S7 Protocol Suite để tạo một dự án WinCC -Tổng quan các bước kết nối truyền thông giữa WinCC và S7_300 +Khởi động bộ xử lý truyền thông CP 1413 +Gắn card xử lý truyền thông CP1413 vào khe ISA của máy tính và phân định phạm vi vào... và điều khiển quá trình ép bùn Trang 102 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Trang 103 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Trang 104 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Trang 105 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Trang 106 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Trang 107 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần. .. tham số khác như: chế độ hiển thị các picture và các phiếm nóng chức năng khi chạy chương trình h Tổng quan về biến chương trình trong WinCC - Tag : Trong WinCC, các Tag ( biến chương trình) là những phần tử trung tâm để truy cập các giá trị quá trình Trong một dự án project WinCC, mỗi Tag nhận tên, kiểu dữ liệu khác nhau và được gán với một kết nối logic WinCC dùng các kết nối này để xác định kênh nào... lên cấp lớn -hơn, họ có thể mua các phiên bản chuyên để nâng cấp gọi là WinCC Powerpacks -Ngoài các gói phần mềm cơ bản trên, WinCC còn có các modul nâng cao dành cho những ứng dụng cấp cao hơn ( WinCC Options) và các modul mở rộng đặc biệt ( WinCC Add-on) Các WinCC Options là sản phẩm của Siemens Automation and Drive (A$ D) Các WinCC Add-on là các sản phẩm của các bộ phận khác của Siemens hay các đối... MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC đồ thị Các giá trị này có một tên danh định trong phần mềm WinCC và được gán cho các biến chương trình Sự thay đổi các giá trị trong chương trình phụ thuộc vào quá trình vật lí bên ngoài của đối tượng được gán cho các biến chương trình (Tag) WinCC hỗ trợ chức năng hiện giá trị đo thông qua trình ứng dụng Tag Logging Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu: o... tắc client/server Trạm chủ chịu trách nhiệm về các nhiệm vụ trung tâm như phối ghép và thu thập các số liệu cho các trạm khách (máy tính) Việc áp dụng cấu trúc kiểu này yêu cầu modul phần mềm WinCC/ Server Cấu trúc client / server có dự phòng Ưu thế của cấu trúc này là tạo nên tính toàn vẹn của dữ liệu Modul phần mềm WinCC/ Redundancy cho phép hai trạm chủ (Server) làm việc song song -Trong trường hợp... chủ yếu cần một bản quyền phần mềm cho trạm chủ (WinCC / Server option) Sự phân chia nhiệm vụ cụ thể cho từng trạm chủ có thể qui định bởi cấu hình của hệ thống (do người cài đặt quyết định) Hệ thống cũng cung cấp cái nhìn tổng thể cho cả hệ thống bằng việc thể hiện thông tin cua nhiều trạm chủ kết hợp lại Trang 100 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC Với WinCC , hệ thống có thể chia... ra một cách tự động Thông tin tổng quát từ trình soạn thảo này: WinCC đưa ra 1 hệ thống báo cáo khép kín với nó ta có thể tạo ra các báo cáo của người dùng về dữ liệu, các giá trị quá trình được lưu trữ và hiện tại, các thông điệp lưu trữ và hiện tại và các văn bản hệ thống người dùng Các đặc tính: o Giao diện đơn giản và thân thiện với người dùng với các công cụ và thuộc tính đồ hoạ o Trợ giúp... lập cấu hình phần cứng cho trạm S7 300, đặt địa chỉ Ethernet tham gia trên mạng Ethernet 08.00.06.01.00.00 Rồi lưu và nạp xuống cho PLC Tiếp tục xác định địa Trang 101 GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần V : WINCC chỉ của trạm dùng để truyền thông với các trạm mà cùng sử dụng phần mềm S7, trong trường hợp này ta nhập 2 +Mở dự án Step7 để tạo khối dữ liệu muốn giao lưu với trạm WinCC, ví dụ... trong hệ thống,đồng thời ta có thể truy cập đến từng cụm chức năng để giám sát và điều khiển tự động hoặc bằng tay các trạm Trong phạm vi thiết kế Ta có các cụm chức năng sau: -Sơ đồ chính:là sơ đồ tổng quát bố trí trong trạm,ta có thể quan sát tổng quan về hoạt động của các phần tử trong hệ thống -Bể chứa: khâu chứa nước tải đầu vào -Khâu hoá chất:chứa các hoá chất cần thiết trong quá trình xử lý nước . Bit IEEE 754 : Kiểu số thực 32 bít theo tiêu chuẩn IEEE 754 . Floating Point Number 64 Bit IEEE 754 : Kiểu số thực 64 Bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 . Text. bit IEEE 754 : Kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 . Floating point Number 64 bit IEEE 754 : Kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 .