THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

Tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong những năm gần đây đã tạo sự chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa công nghiệp. Xu hướng phân tán, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều điểm đặc trưng cho sự thay đổi này. Những xu hướng mới đó không nằm ngoài mục đích giảm giá thành giải pháp và nâng cao chất lượng hệ thống. Việc kiểm soát và vận hành liên tục quá trình sản xuất trong các nhà máy đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Để tạo ra một sản phẩm, nhà máy thường được phân thành nhiều khâu chuyên môn khác nhau, các khâu lại có mối quan hệ ràng buộc logic nhịp nhàng. Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu đặc thù như: Điều khiển thiết bị máy móc đơn lẻ; tự động hóa công nghiệp; điều khiển giám sát các hệ thống giao thông vận tải, phân phối năng lượng, tòa nhà, hệ thống quốc phòng, thủy lợi… Qua một thời gian học tập và nghiên cứu môn học đến nay em đã học hỏi, tổng hợp được một lượng kiến thức nhất định và trình bày những hiểu biết của bản thân thông qua bài tập lớn này. Trong quá trình thực hiện đề tài vì còn hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm thực tiễn nên mặc dù đã rất cố gằng nhưng không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn nữa.

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Tốc độ phát triển nhanh chóng công nghệ kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật truyền thông công nghệ phần mềm năm gần tạo chuyển biến hướng cho giải pháp tự động hóa công nghiệp Xu hướng phân tán, mềm hóa chuẩn hóa ba nhiều điểm đặc trưng cho thay đổi Những xu hướng không nằm mục đích giảm giá thành giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống Việc kiểm soát vận hành liên tục trình sản xuất nhà máy đóng vai trò đặc biệt quan trọng Để tạo sản phẩm, nhà máy thường phân thành nhiều khâu chuyên môn khác nhau, khâu lại có mối quan hệ ràng buộc logic nhịp nhàng Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu đặc thù như: Điều khiển thiết bị máy móc đơn lẻ; tự động hóa công nghiệp; điều khiển giám sát hệ thống giao thông vận tải, phân phối lượng, tòa nhà, hệ thống quốc phòng, thủy lợi… Qua thời gian học tập nghiên cứu môn học đến em học hỏi, tổng hợp lượng kiến thức định trình bày hiểu biết thân thông qua tập lớn Trong trình thực đề tài hạn chế tài liệu kinh nghiệm thực tiễn nên cố gằng tránh khỏi sai sót Em mong bảo, đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL CHƯƠNG I TRÌNH BÀY TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Cấu trúc thành phần 1.1.1 Cấu trúc chung Hệ thống điều khiển công nghiệp (ICS) thuật ngữ chung số hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA); hệ thống điều khiển phân tán (DCS); số hệ thống khác hệ thống điều khiển PLCs,…hiện ứng dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp hạ tầng quan trọng 1.1 Giao diện người máy (HMI) Chuẩn đoán bảo trì từ xa Điểm đặt thuật toán điều khiển Hiệu chỉnh tham số Dữ liệu trình Bộ điều khiển Điểm đặt Tín hiệu phản hồi Biến điều khiển Cơ cấu chấp hành Cảm biến Quá trình công nghệ Các đầu trình Các đầu vào trình Nhiễu Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc chung Cấu trúc điều khiển: Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Điều khiển tập trung với vào/ra tập trung Một máy tính dung để điều khiển toàn trình kỹ thuật Trong điều khiển công nghiệp, máy tính điều khiển tập trung thông thường đặt phòng điều khiển trung tâm, cách xa trường Các thiết bị cảm biến cấu chấp hành nối trực tiếp, điểm-điểm với máy tính điều khiển trung tâm cổng vào/ra Ngày nay, cấu trúc tập trung thường thích hợp cho ứng dụng tự động hóa quy mô vừa nhỏ, điều khiển loại máy móc thiết bị đơn giản dễ thực hiện, giá hợp lý Điểm đáng ý tập trung toàn trí tuệ, tức chức xử lý thông tin thiết bị điều khiển Điều khiển tập trung vào/ra phân tán Với vào/ra phân tán, module vào/ra đẩy xuống cấp trường gần kề với cảm biến cấu chấp hành Vì gọi vào/ra phân tán (Distributed I/O) vào từ xa (Remote I/O) Một cách ghép nối khác sử dụng cảm biến cấu chấp hành thông minh, có khả nối mạng trực tiếp không cần thông qua module vào/ra Trong nhiều trường hợp, thiết bị cấp trường thông minh đảm nhiệm nhiệm vụ điều khiển thời gian Điều khiển phân tán với vào tập trung Các máy tính điều khiển cục thường đặt rải rác phòng điều khiển/ phòng điện phân đoạn, phân xưởng, vị trí không xa với trình kỹ thuật Các phân đoạn có lien hệ tương tác với nhau, để điều khiển trình tổng hợp cần có điều khiển phối hợp máy tính điều khiển Các máy tính nối mạng với nhiều máy tính giám sát (MTGS) trung tâm qua bus hệ thống Giải pháp dẫn đến hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán, hay gọi hệ điều khiển phân tán (HĐKPT) Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán Giải pháp sử dụng hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra phân tán thiết bị trường thông minh xu hướng xây dựng hệ thống điều khiển giám sát đại Bên cạnh độ tin cậy cao, tính mở độ linh hoạt cao yếu tố kinh tế đóng vai trò quan trọng Việc phân tán chức xử lý thông tin, chức điều khiển theo bề rộng theo chiều sâu tiền đề cho kiến trúc “trí tuệ phân tán” tương lai 1.1.2 Thành phần hệ thu thập điều khiển giám sát Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Hệ thống điều khiển giám sát NI Thiết bị điều khiển NI I/O I/O NI Cảm biến chấp hành Quá trình kỹ thuật Nối qua mạng Nối trực tiếp NI Network interface I/O Input/Output Hình 1.2 Thành phần NI Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Các cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹ thuật Trong đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện người vận hành máy Các thiết bị ghép nối trực tiếp điểm-điểm, thông qua mạng truyền thông…Hệ thống điều khiển giám sát bao gồm thành phần chức sau đây: - Giao diện trình: Các cảm biến cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu Thiết bị điều khiển: gồm điều khiển chuyên dụng, điều khiển khả trình PLC… Các hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị phần mềm giao diện người máy, trạm kỹ thuật, trạm vận hành… Hệ thống truyền thông: Giao diện ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống… Hệ thống bảo vệ, chế thực chức an toàn… Cụ thể bao gồm: Phần cứng: - Thiết bị thu thập liệu: PLC, RTU, PC, I/O, đầu đo - Hệ thống truyền thông: Mạng truyền thông, dồn kênh/phân kênh,Modem, thu phát - Trạm quản lý liệu: Máy chủ (PC,Workstation), tập trung liệu(Dataconcentrater, PLC, PC) - Trạm vận hành (Operater Station) Phần mềm: - Giao diện vào ra, dạng I/O driver - I/O server (DDE, OPC,…) - Giao diện người máy HMI - Cơ sở liệu trình - Hệ thống cảnh báo, báo động - Lập báo cáo tự động - Điều khiển cao cấp Các lĩnh vực công nghiệp như: điện, nước, xử lý nước thải, dầu khí tự nhiên, hóa chất, giao thong vận tải, dược phẩm, giấy bột giấy, thực phẩm nước giải khát hệ thống sản xuất riêng biệt( ví dụ: ô tô, hang không…) Tất lĩnh vực ứng dụng đóng vai trò định cho phát triển hạ tầng, mà liên quan lẫn nhau, phụ thuộc lẫn Cấu trúc mô tả có phần kết nối mạng Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL 1.2 Các thống điều khiển công nghiệp  Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA) SCADA hiểu hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa Nói cách khác, SCADA hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa cấp cao hệ điều khiển tự động thong thường Để điều khiển giám sát từ xa, hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người máy (HMI) Như SCADA có chức thu thập thông tin, truyền chúng trở trạm trung tâm, thực phân tích, điều khiển cần thiết, sau hiển thị thông tin lên số hình điều khiển Các lệnh điều khiển truyền đến phận chấp hành tương ứng Các hệ thống SCADA dung để giám sát điều khiển nhà máy thiết bị công nghiệp hệ thống viễn thong, hệ thống lượng, giao thong, dầu khí, câp thoát nước, xử lý nước thải…Một hệ thống SCADA thu thập thông tin, truyền tải thông tin trung tâm, sau cảnh báo trạm vận hành cố lỗ thủng, thực phân tích điều khiển cần thiết, hiển thị thông tin theo cách logic có tổ chức Các hệ thống đơn giản hệ thống giám sát điều kiện môi trường tòa nhà văn phòng nhỏ, phức tạp, ví dụ hệ thống giám sát tất hoạt động nhà máy điện hạt nhân giám sát hoạt động hệ thống nước thành phố Trước đây, hệ thống SCADA sử dụng mạng chuyển mạng công cộng (PSN) cho mục đích giám sát Nhiều hệ thống giám sát sử dụng hạ tầng mạng cục LAN mạng diện rộng WAN Công nghệ truyền thông không dây triển khai rộng rãi cho mục đich giám sát Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) DCS hệ thống điều khiển phân tán , thường ứng dụng cho hệ thống sản xuất, trình hệ thống động học Trong điều khiển không tập trung nơi mà phân tán toàn hệ thống với hệ thống điều khiển nhiều điều khiển Toàn hệ thống nối mạng với để truyền thông giám sát Cấu trúc hệ thống DCS tương tự với hệ thống SCADA, bao gồm thiết bị giao diện liệu trường, hệ thống truyền thông máy chủ trung tâm tập hợp phần mềm Tuy nhiên, chức yêu cầu phần khác Trong hệ thống DCS, chức  Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL thiết bị giao diện liệu trường điều khiển mà thuật toán điều khiển Quá trình thực thi Thêm vào đó, hệ thống truyền thông phải đảm bảo việc trao đổi liệu đơn vị điều khiển theo thời gian thực Trong vài lĩnh vực công nghiệp có lẫn lộn hai khái niệm SCADA DCS Nói chung hệ thống SCADA hệ thống phối hợp, không điều khiển trình theo thời gian thực Khái niệm điều khiển thời gian thực không rõ ràng công nghệ truyền thông không cho phép truyền thông tin tin cậy với tốc độ cao, độ trễ thấp khu vực rộng lớn DCS hướng trình công nghệ, SCADA hướng thu thập liệu DCS điều khiển theo trình công nghệ, SCADA điều khiền theo kiện  PLCs điều khiển sử dụng rộng rãi công nghiệp Không PLCs thành phần hệ thống điều khiển mà sử dụng hệ SCADA DCS Với phát triển lý thuyết công nghệ thông tin, ngày thành phần hệ thống ICS HMI, OPC…đều có xu hướng cải thiện lại thiết kế theo định hướng đối tượng cụ thể hệ thống ICS thể hệ thống mở (OS) kế thừa tất ưu điểm phân tích , thiết kế lập trình đối tượng hướng Component Như hệ ICS cấu thành từ tập hợp Component Với cấu hình này, hệ thống ICS thể hệ thống mở 1.3 Các vấn đề xây dựng hệ thu thập điều khiển giám sát 1.3.1 Các vấn đề kĩ thuật Các vấn đề kỹ thuật đóng vai trò đặc biệt quan trọng nghiên cứu hệ phân tán: - Kiến trúc xử lý phân tán xuyên suốt việc xây dựng ứng dụng trao đổi liệu trạm - Tính thời gian thực sẵn sang phản ứng vơi kiện bên đưa đáp ứng đúng, kịp thời; - Tính sẵn sang độ tin cậy thông qua khả dự phòng tích hợp, lựa chọn dự phòng cho thành phần; - Hỗ trợ chuẩn đặc biệt hệ thống tương thích với chuẩn công nghiệp tiền đề cho tính mở hệ thống; - Công cụ phần mềm hỗ trợ công cụ lập trình cấu hình mạnh thư viện phần mềm đóng gói chuẩn dựa theo chuẩn quốc tế; Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL 1.3.2 Xử lý thời gian thực xử lý phân tán Một hệ thống thời gian thực hệ thống mà hoạt động tin cậy phụ thuộc vào xác kết quả, mà phụ thuộc vào thời điểm đưa kết để phản ứng với kiện bên Hệ thống có lỗi thời gian yêu cầu không thỏa mãn Một hệ thống thời gian thực có đặc điểm tiêu biểu sau: - Tính bị động - Tính nhanh nhạy - Tính tiền định Tính thời gian thực hệ thống điều khiển phân tán không phụ thuộc vào tính thời gian thành phần hệ thống, mà phụ thuộc vào phối hợp hoạt động thành phần Xử lý thời gian thực Xử lý thời gian thực hình thức xử lý thông tin hệ thống để đảm bảo tính thời gian thực Như vậy, xử lý thời gian thực có đặc điểm tiêu biểu nêu tính bị động, tính nhanh nhạy tính tiền định Để phản ứng với nhiều kiện diễn lúc, hệ thống xử lý thời gian thực sử dụng trình tính toán đồng thời Quá trình tính toán chia làm hai loại: - Quá trình nặng cân: Là trình tính toán có không gian địa riêng; - Quá trình nhẹ cân: Là trình không gian, địa riêng; Các hình thức tổ chức trình tính toán đồng thời: - Xử lý cạnh tranh - Xử lý song song - Xử lý phân tán Trong hệ thống điều khiển, khái niệm Task hay sử dụng bên cạnh trình tính toán.Có thể nói Task nhiệm vụ xử lý thông tin hệ thống, thực theo chế tuần hoàn theo kiện Ví dụ, Task thực nhiệm vụ điều khiển cho nhiều mạch vòng kín có chu kỳ trích mẫu giống Hoặc, Task thực nhiệm vụ điều khiển logic, điều khiển trình tự theo kiện xảy Task thực dạng trình tính toán nhất, dãy trình tính toán khác Hệ điều hành thời gian thực Hệ điều hành thời gian thực hệ điều hành hỗ trợ chương trình ứng dụng xử lý thời gian thực Bản than hệ điều hành thời gian thực hệ thời gian thực theo nghĩa Vì có đặc điểm tiêu biểu đề cập Một hệ điều hành thời gian thực hệ - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL điều hành đa nhiệm, hỗ trợ xử lý cạnh tranh xử lý song song Lập lịch, đồng hóa trình giao tiếp liên trình khái niệm quan trọng hệ điều hành thời gian thực Đồng hóa trình Khi trình tính toán sử dụng tài nguyên loại trừ lẫn vùng nhớ, cổng vào/ra , chúng phụ thuộc lẫn nhau, ví dụ trình chờ kết trình 2…sẽ dễ dấn đến tính trạng tắc nghẽn Do việc đồng hóa trình điều cần thiết - Xử lý phân tán Xử lý phân tán giúp làm nâng cao lực xử lý thông tin hệ thống, góp phần cải thiện tính thời gian thực, nâng cao độ tin cậy tính linh hoạt hệ thống Phân biệt khái niệm: - Xử lý cục - Ứng dụng đơn độc; - Xử lý cạnh tranh - Ứng dụng đa nhiệm; - Xử lý tập trung - Ứng dụng tập trung; - Xử lý nối mạng - Ứng dụng nối mạng; - Xử lý phân tán - Ứng dụng phân tán; 1.3.3.Công nghệ hướng tới đối tượng điều khiển phân tán 1.3.3.1 Lập trình đối tượng Lập trình đối tượng coi phương pháp lập trình chuẩn có nhiều ưu điểm lớn so với phương pháp cổ điển Mục tiêu mà lập trình hướng đối tượng đặt là: - Đơn giản hóa việc xây dựng sử dụng thư viện; - Cho phép dùng lại mã; - Cải thiện khả bảo trì mã, mã phải dễ hiểu, dễ sửa đổi; - Cho phép tạo chương trình dễ mở rộng; - Lập trình hướng đối tượng phải thực thông qua ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Để đạt mục tiêu trên, ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thể ba khái niệm: đóng gói (encapsulation, packaging), đa hình (polymorphism) thừa kế (inheritance) Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thông dụng C++, Java, Ada… 1.3.3.2.Phân tích thiết kế đối tượng Ưu điểm phương pháp phân tích, thiết kế hướng thủ tục hướng liệu đơn giản, nhanh chóng tạo kết Nhưng nhược điểm kết tạo không phản ánh chất của giới thực dẫn đến cứng nhắc, khó thay đổi yêu cầu đặt rat hay đổi, khó mở rộng hệ thống phát triển Phương pháp phân tích, thiết kế phần mềm tiên tiến hướng 10 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL bar mối liên hệ với giá trị trình • Phản ứng với đầu vào từ phía người điều khiển, ví dụ click nút ấn, nhập văn trường đầu vào Hình 2-19: Hệ thống đồ họa WinCC **) Thành phần hệ thống đồ họa Hệ thống đồ họa hình thành từ thành phần cấu hình thành phần Runtime: • Trình thiết kế đồ họa thành phần cấu hình hệ thống đồ họa Trình thiết kế đồ họa trình soạn thảo sử dụng để tạo hình ảnh • Graphics Runtime thành phần vận hành (Runtime) Hệ thống đồ họa Graphics Runtime hiển thị hình ảnh lên hình trình hoạt động quản lý tất đầu vào đầu - Alarm Logging Các thông báo giúp cho người điều khiển biết cố lỗi trình Chúng giúp phát sớm trạng thái nguy hiểm tránh thời gian chết máy móc Trong trình cấu hình, nên xác định rõ kiện kích hoạt thông điệp tiến trình Các thông điệp hiển thị WinCC Alarm Control dạng bảng Hình 2.20 Các thông điệp hiển thị theo bảng - Hệ thống lưu trữ (Archiving System) a) Nhiệm vụ hệ thống lưu trữ Trong trình vận hành, muốn hiển thị tham số trình theo trình tự thời gian, ví dụ theo biểu đồ hay theo bảng, ñó cần truy nhập tới giá trị tiến trình khứ Các giá trị 29 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL cất kho lưu trữ liệu tiến trình b) Các thành phần hệ thống lưu trữ Hệ thống lưu trữ giá trị trình bao gồm thành phần cấu hình thành phần thực thi: • Thành phần cấu hình hệ thống lưu trữ trình soạn thảo Tag Logging Ở đó, ta cấu hình giá trị trình lưu trữ nén, định chu kỳ thu thập lưu trữ, lựa chọn giá trị trình lưu trữ Tag Logging Runtime thành phần thực thi hệ thống lưu trữ Tag Logging Runtime chịu trách nhiệm ghi lại giá trị trình cần lưu trữ vùng lưu trữ giá trị trình chế độ thực thi Tag Logging Runtime chịu trách nhiệm đọc giá trị trình lưu trữ từ vùng lưu trữ giá trị trình, mà giá trị yêu cầu, chẳng hạn cho mục đích hiển thị lên số điều khiển c) Đầu liệu trình Dữ liệu trình hiển thị Picture xuất dạng báo cáo Để làm điều này, có ba điều khiển Graphic Controller WinCC Online Trend Control WinCC Function Trend Control để phục vụ cho việc hiển thị dạng đồ họa, WinCC Online Table Control để hiển thị dạng bảng - Hệ thống lập báo cáo a) Nhiệm vụ hệ thống lập báo cáo Hệ thống lập báo cáo bao gồm mục quan trọng việc lập báo cáo: • Dữ liệu cấu hình báo cáo • Dữ liệu thực thi báo cáo Một báo cáo tương tự tài liệu dự án, chứa nội dung khái quát liệu cấu hình dự án, bảng tất tags, hàm chức hình vẽ sử dụng dự án b) Các thành phần hệ thống lập báo cáo - Thành phần cấu hình hệ thống báo cáo Report Designer Report Designer sử dụng để làm cho layout có sẵn thích ứng với yêu cầu người thiết kế, tạo layout phù hợp với thiết kế Report Designer sử dụng để tạo đơn vị in để khởi tạo đầu - Report Runtime thành phần vận hành hệ thống lập báo cáo Report Runtime truy xất liệu cho việc in ấn từ vùng lưu trữ từ điều khiển, đồng thời điều khiển đầu lệnh in 2.4.5 Hệ thống truyền thông a) Các nhiệm vụ hệ thống truyền thông 30 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Truyền thông WinCC hệ thống tự động thực thông qua bus trình tương ứng, ví dụ Ethernet PROFIBUS Quá trình truyền thông quản lý điều khiển truyền thông (communication driver) riêng biệt, gọi kênh (channel) WinCC có kênh cho hệ thống SIMATIC S5/S7/505 có kênh cho hệ thống sản xuất độc lập PROFIBUSS DP OPC Hơn nữa, Option Addon WinCC cung cấp nhiều kênh truyền thông phổ biến khác Hình 2.21 Hệ thống truyền thống b) Truyền thông WinCC với hệ thống tự động Các Tag trình hình thành liên kết để trao đổi liệu WinCC hệ thống tự động Mỗi Tag trình WinCC tương tứng với giá trị trình vùng nhớ hệ thống tự động ñược kết nối Trong trình vận hành (Runtime), vùng liệu mà giá trị trình ghi lại đọc WinCC, nhờ cho phép xác định giá trị Tag trình Hình 2.22 Liên hệ Tag giá trị trình 31 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL c) Các đơn vị kênh (Channel Units), kết nối Logic Tag trình Hình 2.23 Đơn vị kênh WinCC Truyền thông WinCC hệ thống tự động thực thông qua kết nối Logic Những kết nối Logic bố trí theo kiểu phân cấp qua vài mức Những mức riêng lẻ ánh xạ vào kiến trúc phân lớp WinCC Explorer Có thể thấy điều khiển truyền thông mức cao Chúng gọi kênh (trong hình ví dụ kênh SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE) Một kênh truyền thông cung cấp một vài giao thức truyền thông Giao thức ñược sử dụng để định đơn vị kênh mà sử dụng (ví dụ MPI) Sau đơn vị kênh sử dụng với giao thức để truy nhập tới kiểu hệ thống tự động Một đơn vị kênh sử dụng để xây dựng kết nối logic tới vài hệ thống tự động có thực truyền thông thông qua đơn vị kênh (ví dụ hệ thống tự ñộng hóa SP1) Nhờ đó, kết nối logic thể giao tiếp WinCC với hệ thống tự ñộng Các Tag trình hệ thống tự động hóa thể bên phải cửa sổ liệu (ví dụ Tag trình có tên MyTag1) Quá trình truyền thông chế ñộ vận hành (Runtime) Hình 2.24 Quá trình truyền thông chế độ vận hành Các bước truyền thông cần thiết tối ưu hóa kênh theo cách mà 32 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL đảm bảo lưu thông liệu thông qua bus trình giảm tới mức nhỏ Đánh giá chung phần mềm WinCC Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, WinCC phần mềm HMI chuyên dùng hãng Siemen để quản lý, thu thập liệu điều khiển trình công nghiệp Cũng phần mềm SCADA/HMI chuyên dùng khác, WinCC có giao diện chương trình thân thiện, dễ nắm bắt Tính hướng ñối tượng đặc điểm bật phần mềm này, việc cấu hình ñối tượng thực dễ dàng WinCC cung cấp nhiều thuộc tính kiện cho đối tượng, đưa nhiều lựa chọn cho người thiết kế Một điểm mạnh WinCC cho phép người thiết kế sử dụng ngôn ngữ lập trình VB hay C để cấu hình cho ñối tượng Điều giúp cho chương trình hoạt động mềm dẻo, tăng khả sáng tạo thiết kế WinCC hỗ trợ nhiều công cụ lệnh mạnh giúp cán quản lý chuyên gia kỹ thuật nhà máy khai thác có hiệu chương trình 2.4.1 Xác định biến cần giám sát kết nối PLC S7-300 với PC Theo yêu cầu dự án ta có biến cần giám sát điều khiển theo bảng sau: STT Tên biến Kiểu Ghi BANG TAI HOP Binary Tag Băng tải hộp BANG TAI SP Binary Tag Băng tải sản phẩm PIT TONG Binary Tag Pittong nâng hạ SP Bảng Để kết nối PLC S7 300 ta thực sau:  Bước 1: Khởi động Wincc - Click đúp chuột trái vào biểu tượng SIMATIC WinCC Explorer - Giao diện Wincc explorer xuất hình 2.25: 33 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Hình 2.25  - Bước 2: Tạo dự án mới: Tạo dự án có tên BTL_Dong_bao_san_pham lưu vào ổ D:\ Từ WinCC Explorer -> File-> New -> Single-User Projec -> OK-> điền thông tin chọn Create Hình 2.26 34 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội  HTTDL ĐK & TSL Hình 2.27 Bước 3: Cài đặt kênh kết nối với trạm điều khiển S7 300: Từ Wincc explorer -> clik chuột phải vào Tag Management -> Add New Driver…-> SIMATIC S7 Suite.chn Hình 2.28  Sau tạo Tag kết nối Wincc Explorer có thêm kênh SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép khai báo biến lên kết qua Bus hệ thống kết nối với PLC S7 300 35 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Hình 2.29  Bước 4: Tạo kênh kết nối khai báo biến kết nối qua Bus điều khiển: Click chuột vào kênh SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE vừa tạo -> MPI -> kích chuột phải chọn New Driver connection… Tạo tên BTL_DONG_BAO_SP mục Name Hình 2.30 Chọn Properties mục Slot number chọn ấn OK 36 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Hình 2.31 Tại cửa sổ vừa tạo nhấn chuột phải chọn New Tag… khai báo Tag kết nối: Tạo Tag nút ấn ON: Hình 2.32 Tương tự tạo Tag cho phần tử sau: 37 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Hình 2.33 2.4.2 Thiết kế HMI WinCC Từ Wincc Explorer -> chọn Graphics Designer -> ấn chuột phải chọn New Picture Đổi tên thành dong bao san pham Mơ file bắt đầu thiết kế Hình 2.34 38 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Màn hình giao diện thiết kế:  Hình 2.35 Hình ảnh mô sau thiết kế xong Đối tượng động cơ: Từ hình Graphics Designer -> chọn Libraly -> chọn Siemens HMI Symbol Library 1.4.1 -> chọn Motor Hình 2.36 39 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Kéo motor chọn hình thiết kế: Hình 2.37 Tương tự ta lấy hộp đựng, băng tải senser - Đối tượng Nút ấn Từ Graphics Designer, Object Pallette, mục Standard Object chọn Static Text đặt tên cho đông băng tải senser hình thiết kế xong - - Đối tượng nút ấn; Từ Graphics Designer, Object Pallette, mục Windows Object chọn Button Rồi ấn OK Tương tự ta tạo nút ấn OFF EXIT Hình 2.38 Sắp xếp theo hình hoàn thiện tiến hành tạo lập kiện cho thuộc tính Tạo kiện cho thuộc tính Pittoong: 40 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Vào thuộc tính đối tượng Pittong hình dưới: Hình 2.39 Sự kiện Flashing Background Active: thuộc tính Dynamic chọn biến PITTONG thuộc tính Update Cycle chọn Upon change Tương tự ta vào thuộc tính đối tượng Băng tải thuộc tính bảng: Đối tượng Sự kiện , động Thuộc tính Dynamic BANG TAI SP BlinkMode BANG TAI BlinkMode HOP BANGTAISP BANGTAIHOP Bảng - Nút ấn: Nút ấn ON: 41 chọn Thuộc tính Update Cycle Upon change Upon change Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Vào thuộc tính nút ấn ON, chọn Events, Mouse Trong Mouse chọn kiện Press left hình dưới: Hình 2.40 Chọn hàm tác động cho kiện C-Action, thêm hàm SetTagBit (“BANGTAIHOP”,1) cho kiện ấn OK Hình 2.41 Tương tự nút ấn OFF ta thiết lập kiện cho nút ấn: Thêm hàm SetTagBit(“BANGTAIHOP”,0); SetTagBit(“BANGTAISP”,0); SetTagBit(“PITTONG”,0);  Chọn Save để lưu lại dự án vừ thiết kế 2.5 Kết mô Từ Graphics Designer chọn để chạy chương trình Wicc Runtime Chạy phần mềm mô PLCSIM S7 300 Để điều khiển chương trình Hình ảnh Mô phỏng: 42 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hình 2.43 Hình 2.43 43 HTTDL ĐK & TSL [...]... của ca làm việc - Quản lý thông số máy móc và quá trình: Hệ thống HMI có thể lưu giữ các thông số của các quá trình và máy móc dưới dạng công thức S1 CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁMS3SÁT S2 BT1 2.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển ĐC 1 2.1.1 Phân tích đặc tính bài toán điều khiển giám sát hệ thống đóng bao sản phẩm - Sơ đồ hệ thống cơ cấu chấp hành đóng BT2 bao sản phẩm: S4 ĐC 2 13... PROFINET Theo yêu cầu của hệ thống: - Cấp điều khiển giám sát: Máy tính cá nhân được cài đặt các phần mềm WinCC, S7-300… - Cấp điều khiển: Sử dụng PLC(S7-300, CPU314-2PN/DP) - BUS hệ thống: Kết nối giữa cấp điều khiển giám sát với cấp điều khiển, sử dụng chuẩn Ethernet và giao thức PROFINET HMI WinCC PROFINET (Ethernet) S7-300 2.1.2 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống Quá trình công nghệ Động cơ Xi lanh Băng... các thành phần trên nên không nhất thiết phải phân tích sâu Cảm biến Tín hiệu phản hồi Tất cả các hoạt động trên điều được giám sát thông qua hệ thống HMI vì vậy sẽ có điểm đặt thuật toán điều khiển, hiệu chỉnh tham số, dữ liệu quá trình Để tương tác được với nhau thì toàn bộ hệ thống dùng BUS hệ thống dùng để kết nối giữa các cấp điều khiển và giám sát với cấp điều khiển, sử dụng chuẩn Ethernet và giao... của toàn bộ hệ thống Vì lý do này, ngôn ngữ UML không chỉ được sử dụng để mô tả, xây dượng kiến trúc và thiết kế của các hệ thống phần mềm mà còn là một công cụ mô hình hóa thích hợp cho các hệ thống kỹ thuật nói chung và các hệ thống điều khiển nói rêng 1.3.3.4.Mẫu thiết kế Mẫu thiết kế là sự hình thức hóa của cách tiếp cận tới một vấn đề thường gặp trong ngữ cảnh cụ thể Mỗi mẫu thiết kế mô tả một... pháp cho một vấn đề thiết kế cụ thể trong một ngữ cảnh xác định Giải pháp này đã được chứng minh là hợp lý, sử dụng nhiều lần đem lại kết quả tốt và do đó được trừu tượng hóa thành một mẫu Nói một cách ngắn gọn, Mẫu thiết kế là kinh nghiệm thiết kế đúc kết lại Bằng cách sử dụng các mẫu thiết kế, người thiết 11 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL kế không phải thiết kế hệ thống của mình từ... mối liên hệ với giá trị quá trình • Phản ứng với đầu vào từ phía người điều khiển, ví dụ như click một nút ấn, hoặc nhập một văn bản trong trường đầu vào Hình 2-19: Hệ thống đồ họa trong WinCC **) Thành phần của hệ thống đồ họa Hệ thống đồ họa được hình thành từ các thành phần cấu hình và các thành phần Runtime: • Trình thiết kế đồ họa là thành phần cấu hình của hệ thống đồ họa Trình thiết kế đồ họa... các thành phần chính của hệ thống điều khiển giám sát Tuy nhiên không phải chỉ ở cấp điều khiển giám sát, , mà ngay ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người-máy phục vụ việc quan sát và thao tác vận hành cục bộ 1.4.2 Các chức năng chính của HMI - Hiển thị quá trình: Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI Màn hình trên thiết bị HMI được cập nhật một cách năng động Điều này được dựa trên... người thiết kế, hoặc tạo ra những layout mới phù hợp với thiết kế Report Designer cũng được sử dụng để tạo ra những đơn vị in để khởi tạo đầu ra - Report Runtime là thành phần vận hành của hệ thống lập báo cáo Report Runtime truy xất dữ liệu cho việc in ấn từ vùng lưu trữ hoặc từ các bộ điều khiển, đồng thời điều khiển đầu ra của lệnh in 2.4.5 Hệ thống truyền thông a) Các nhiệm vụ chính của hệ thống. .. định trực tiếp bởi phần cứng PC được sử dụng và kiểu hệ thống được cấu hình d) Hệ thống đồ họa *)Nhiệm vụ của hệ thống đồ họa Trong quá trình cấu hình, hệ thống đồ họa ñược sử dụng để tạo ra các hình ảnh biểu diễn quá trình sẽ diễn ra ở chế độ vận hành Hệ thống đồ họa nắm giữ các nhiệm vụ sau: • Nó thể hiện các hình ảnh tĩnh và các ảnh có khả năng điều khiển , ví dụ như văn bản, graphics hoặc các nút bấm... các hệ thống điều khiển, các đối tượng có thể đại diện thành các hệ thống như: - Các thuật toán điều khiển; - Xử lý giao diện và báo động; - Xử lý mệnh lệnh; - Quan sát và chuẩn đoán; - Cấu hình vào/ra; - Mô phỏng; - Thông tin thiết kế; Việc trừu tượng hóa thế giới tự nhiên thành các lớp đối tượng như vậy được gọi là mô hình hóa đối tượng Dựa trên mô hình đối tượng thu được, phương pháp phân tích, thiết ... Background Active: thu c tính Dynamic chọn biến PITTONG thu c tính Update Cycle chọn Upon change Tương tự ta vào thu c tính đối tượng Băng tải thu c tính bảng: Đối tượng Sự kiện , động Thu c tính Dynamic... hiển thị theo bảng - Hệ thống lưu trữ (Archiving System) a) Nhiệm vụ hệ thống lưu trữ Trong trình vận hành, muốn hiển thị tham số trình theo trình tự thời gian, ví dụ theo biểu đồ hay theo bảng,... EXIT Hình 2.38 Sắp xếp theo hình hoàn thiện tiến hành tạo lập kiện cho thu c tính Tạo kiện cho thu c tính Pittoong: 40 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội HTTDL ĐK & TSL Vào thu c tính đối tượng Pittong