GIỚI THIỆU PHẦN mềm WINCC

Ngày nay các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Control) đ-ợc thay thế dần cho các thiết bị điều khiển quá trình cũ để thực hiện việc tự động hoàn toàn một quá trình công nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet). Trên thế giới các hãng lớn về tự động hoá nh- Omron (Nhật), Allen Bradly (Mỹ), Siemens (Đức)... không ngừng phấn đấu để đ-a ra những sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán điều khiển khó, độ phức tạp cao. Hiện nay trên thị tr-ờng Việt Nam, PLC của hãng Siemens đ-ợc sử dụng khá nhiều trong các lĩnh vực nh- Điện lực, Giấy, Xi măng,... Các chủng loại PLC của hãng khá phong phú nh- S5, S7-200, S7-300, S7-400,... đ-ợc sản xuất đa dạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng và độ phức tạp của bài toán điều khiển. Tuy nhiên, ta thấy rằng trong công nghiệp vấn đề giao diện ng-ời - máy HMI (Human Machina Interface) rất quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Hãng Siemens đ-a ra một số phần mềm để xây dựng giao diện ng-ời - máy nh- Protool/Protool CS, WinCC có tính linh hoạt và mềm dẻo để thực hiện giải pháp kỹ thuật thực hiện giao diện ng-ời - máy. Những phần mềm này không những có thể sử dụng cho các thiết bị của chính hãng mà nó còn mở rộng t-ơng thích với các thiết bị của hãng khác nh- của GE (General Electric), Allen Bradly, Misubishi Electric,... thông qua các kênh điều khiển riêng. WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang đ-ợc dùng phổ biến trên Thế giới và Việt Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực nh- sản xuất xi măng, giấy, thép, dầu khí,...

chơng 6 - Giới thiệu phần mềm WinCC Đào Bá Phong - Bộ môn GCVL và DCCN, Khoa Cơ khí, ĐHBK Hà Nội 6.1. Tổng quan về phần mềm WinCC Ngày nay các thiết bị điều khiển khả trình PLC ( Programmable Logic Control) đợc thay thế dần cho các thiết bị điều khiển quá trình cũ để thực hiện việc tự động hoàn toàn một quá trình công nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet). Trên thế giới các hãng lớn về tự động hoá nh Omron (Nhật), Allen Bradly (Mỹ), Siemens (Đức) . không ngừng phấn đấu để đa ra những sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng đợc các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán điều khiển khó, độ phức tạp cao. Hiện nay trên thị trờng Việt Nam, PLC của hãng Siemens đợc sử dụng khá nhiều trong các lĩnh vực nh Điện lực, Giấy, Xi măng, . Các chủng loại PLC của hãng khá phong phú nh S5, S7-200, S7-300, S7-400, . đợc sản xuất đa dạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng và độ phức tạp của bài toán điều khiển. Tuy nhiên, ta thấy rằng trong công nghiệp vấn đề giao diện ngời - máy HMI (Human Machina Interface) rất quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Hãng Siemens đa ra một số phần mềm để xây dựng giao diện ngời - máy nh Protool/Protool CS, WinCC có tính linh hoạt và mềm dẻo để thực hiện giải pháp kỹ thuật thực hiện giao diện ngời - máy. Những phần mềm này không những có thể sử dụng cho các thiết bị của chính hãng mà nó còn mở rộng tơng thích với các thiết bị của hãng khác nh của GE (General Electric), Allen Bradly, Misubishi Electric, . thông qua các kênh điều khiển riêng. WinCC (Window Control Center) là phần mềm tạo dựng hệ SCADA và HMI rất mạnh của hãng SIEMENS hiện đang đợc dùng phổ biến trên Thế giới và Việt Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực nh sản xuất xi măng, giấy, thép, dầu khí, . WinCC là một hệ thống điều khiển trung lập có tính công nghiệp và có tính kỹ thuật, hệ thống màn hình hiển thị đồ hoạ và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tự động hóa quá trình. Hệ thống này đa ra những modul chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ hoạ, những thông báo, những lu trữ, và những báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh, và những chức năng l u trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho ngời vận hành một giao diện trực quan dễ sử dụng, có khả năng giám sát và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực. Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đa ra những giao diện mở cho các giải pháp của ngời dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong 1 những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở. Sự truy nhập tới cơ sở dữ liệu tích hợp bởi những giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối tợng và những tài liệu đợc tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trờng Windows. Để xây dựng đợc giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng phải bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho việc sử dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thông. WinCC hỗ trợ cho tất cả các máy tính Những nền tảng PC thích hợp. Mặc dù giá trị đa ra cho cấu hình tối thiểu nhng bạn phải nhắm đạt đợc cấu hình khuyến cáo để đạt hiệu quả tối u. Tên thiết bị Yêu cầu tối thiểu Nên sử dụng CPU Pentum II 266 MHz Pentum II 400 MHz RAM 96 MB 128 MB Graphics Controller SVGA (4MB) XGA (8MB) Resolution 800*600 1024*768 Hard Disk 500 MB trống >500 MB WinCC dựa trên hệ điều hành MS 32 bit - Windows 95 hoặc Windows NT, bảo đảm phản ứng nhanh để xử lý những sự kiện và chống lại sự mất mát dữ liệu bên trong, tạo ra một sự an toàn cao một dự án nhiều ngời dùng. Windows NT cũng đa những hàm đợc tạo ra cho sự an toàn và phục vụ nh những thao tác cơ sở cho Server trong một dự án WinCC nhiều ngời sử dụng. Phần mềm WinCC là một ứng dụng 32 bit phát triển với công nghệ phần mềm hiện đại, hớng đối tợng nhất. Cấu trúc của Control Center nh sau: 1. Control Center WinCC explorer trong Control Center: giao diện đồ họa cho cấu hình dới Windows 95 và Windows NT Quản Lý Dữ liệu: cung cấp ảnh quá trình với những Tag giá trị theo các loại sau : - Chu kỳ - Chu kỳ với sự thay đổi - Điều khiển sự kiện thời gian 2 Truyền dữ liệu từ những hệ thống tự động hóa theo sau những cách: - Nhận - Yêu Cầu 2. Những môđun chức năng Hệ thống đồ hoạ (Graphich Designer): trình bày và nối quá trình bằng đồ hoạ. Soạn thảo hoạt động (Global Scrip): làm một dự án động cho những yêu cầu đặc biệt. Hệ thống thông báo (Alarm Logging): những thông báo đầu ra và báo đã nhận đợc thông tin ở đầu ra. Soạn thảo và lu trữ những giá trị phép đo (TagLogging) - Soạn thảo những giá trị phép đo và cất giữ chúng trong thời hạn lâu dài. - Soạn thảo dữ liệu hớng ngời dùng và cất giữ chúng lâu dài. Hệ thống báo cáo ( Report Designer): báo cáo những trạng thái hệ thống. Control Center làm cho ta có thể định hớng xuyên qua những ứng dụng WinCC và dữ liệu của nó với chỉ một ít thao tác. Control Center thao tác tơng tự giống nh Explorer trong Windows. Trong WinCC bao gồm 2 cơ sở dữ liệu: một dành cho việc định dạng hệ thống CS (Configuration System), một dành cho việc chạy thời gian thực RT (Run time) khi chạy WinCC 2 cơ sở dữ liệu này luôn đợc tải vào và chạy song song với nhau. Hình 3.1: Cấu trúc của WinCC 3 6.2. Các khái niệm thờng dùng trong WinCC WinCC Explorer Nó đợc xuất hiện khi khởi động WinCC. Tất cả các phần của WinCC đều đợc khởi động từ đây. Từ cửa sổ WinCC Explorer có thể xâm nhập vào tất cả các thành phần mà một dự án giao diện ngời máy cần có cũng nh việc xây dụng cấu hình cho các phần riêng rẽ đó. Chức năng của WinCC Eplorer WinCC Explorer gồm tất cả các chức năng quản lí phục việc vào hệ thống của WinCC. Tại đây bạn có thể đặt cấu hình (Computer, Tag, ) và khởi động mode Run- time. Nhiệm vụ của quản lí dữ liệu (Data Manager) Đây là một phần của WinCC Eplorer, nó cung cấp các hình ảnh quá trình , bộ đệm (Proces Image) cho các tag. Nhiệm vụ của WinCC Eplorer Tạo một dự án mới. Đặt cấu hình trọn vẹn. Gọi và lu trữ dự án. Quản lí dự án : Mở, lu, di chuyển và copy. Chức năng ấn bản mạng cho nhiều ngời sử dụng (Client-Server Environment) Hiển thị cấu hình dữ liệu. Điều khiển và đặt cấu hình của cấp bậc của các ảnh, cấu trúc hệ thống, chẳng hạn nh bằng cách thể hiện cây th mục. Cài đặt thông số tổng thể nh ngôn ngữ, hệ thống, đờng dẫn ngời dùng. Đặt cấu hình cho vị trí các chức năng đặc biệt của ngời dùng. Phản hồi tài liệu (feedback documentation). Lập báo cáo các trạng thái của hệ thống. Chuyển đổi giữa đặt cấu hình và chạy thực (run time). Thử các mode nh mô phỏng khi chạy (simulation), trợ giúp hoạt động đặt cấu hình dữ liệu, chuyển đổi các picture, thể hiện trạng thái và tạo thông báo. 4 Các loại Project WinCC cung cấp nhiều loại dự án khác nhau tuỳ theo yêu cầu công việc và quy mô của dự án. Dự án đơn (Single-User Project) Một dự án đơn thực chất là một trạm vận hành đơn, việc tạo cấu hình, chạy thời gian thực, cũng nh kết nối với bus quá trình và lu trữ dữ liệu của dự án đều đợc thực hiện trên máy tính này. Hình 3.2: Cấu trúc của dự án đơn Dự án nhiều ngời dùng (Multi- User Project) Một dự án nhiều ngời dùng có đặc điểm cấu hình nhiều máy khách (client) và một máy chủ (server), tất cả chúng làm việc trong cùng một dự án. Tối đa 16 client đợc truy nhập vào một server. Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client. Dữ liệu của dự án nh là các hình ảnh (picture), các tag, dữ liệu đợc lu trữ trong server và cung cấp cho các client. Server đợc kết nối với bus quá trình và dữ liệu quá trình đợc xử lý ở đây. Vận hành hệ thống đợc thực hiện từ các client. 5 Hình 3.3: Cấu trúc của dự án nhiều ngời dùng Dự án nhiều máy khách (Multi-Client Project) Dự án nhiều máy khách là một loại dự án mà có thể truy nhập vào nhiều server. Các server đợc liên kết có dự án của riêng chúng. Cấu hình của project server đợc thực hiện trong server hoặc trong các client, cấu hình của dự án multi-client đợc thực hiện trong dự án multi-client. Một server có thể đợc truy nhập tối đa 16 client. Một dự án multi-client có thể truy nhập đợc tối đa 6 server. Có nghĩa là dữ liệu của 6 server có thể đợc giám sát và điều khiển trên một màn hình của dự án multi-client. Hình 3.4: Cấu trúc của dự án multi- client 6 Các thành phần cơ bản trong 1 dự án của WinCC Hình 3.5: Cửa sổ chính của 1 dự án trong WinCC Computer: Quản lý tất cả các WorkStation và Server nằm trong Project. Tag Managerment: là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ Logic, các Tag Process, Tag Internal và Tag Groups. Data Type: chứa các loại dữ liệu đợc gán cho các Tag và các kênh khác Editor (Các trình soạn thảo ): Các trình biên tập đợc liệt kê trong vùng này dùng để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh bao gồm Graphics System (Graphics Designer) dùng để làm các giao diện ảnh, Global Scrips dùng hiển thị động cho các yêu cầu đặc biệt, các Message System nh cảnh báo (Alarm Logging), thu thập và lu trữ các giá trị đo (Tag Logging), hệ thống báo cáo (Report Designer), giấy phép sử dụng (User administration) và các Text library. Tất cả các modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhng nếu không cần thiết thì không nhất thiết phải cài đặt hết. Sử dụng các trình soạn thảo để soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh. Các thành phần đợc liệt kê đều là các trình soạn thảo chuẩn của WinCC. - Alarm Logging: Đảm nhận đa tin từ quá trình chuẩn bị, hiển thị, nhận, lu trữ những tin tức theo một quy luật. - User Administration: Kiểm tra giấy phép truy nhập cho các Group và Server. - Text Library: Chứa đựng các ngôn ngữ phụ thuộc văn bản mà chúng ta tạo ra. 7 - Report Designer: Cung cấp một báo cáo tổng hợp mà có thể dùng để báo cáo nh dữ liệu sử dụng, các giá trị hiện thời và giá trị cất giữ, bản tin hiện thời và bản tin lu trữ, và các văn bản của bản thân của hệ thống. - Global Scrips: Cho phép tạo ra 1 dự án động đặc biệt theo yêu cầu. Trình soạn thảo này cho phép ta tạo ra các hàm giống nh trong ngôn ngữ C và các hành động mà có thể sử dụng trong suốt dự án hoặc qua nhiều dự án phụ thuộc trong cùng loại đó. - Tag Logging: Đo các giá trị quá trình, lu trữ chúng dài hạn. - Graphics Designer: Cung cấp các biểu tợng đồ hoạ và nối để tạo thành quá trình. Trong phần mềm WinCC có một khái niệm đặc biệt quan trọng mà chúng ta cần phải nắm vững khi xây dựng 1 hệ thống điều khiển giám sát bằng WinCC đó là khái niệm về Tag và Tag Groug. Định nghĩa Tag: Tag là một thành phần trung gian cho việc truy nhập các biến quá trình. Trong một dự án thì Tag chỉ mang một tên duy nhất và một loại dữ liệu. WinCC Tag đợc gán bởi các mối quan hệ Logic, cái mối liên hệ đợc định rõ bởi kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tag sử dụng tại các điểm nối. WinCC Tag chứa trong một cơ sở dữ liệu của một dự án rộng. Sau khi chạy WinCC tất cả các Tag đều đợc tải vào và tơng ứng với cấu trúc Run-time đợc dựng lên. Tag Groug dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều có thể đợc tổ chức trong các nhóm Tag để tăng sự rõ ràng của dự án. WinCC Tag mô tả 1 dạng dữ liệu thành phần đó là loại duy nhất trong một dự án và những luật cho phép truy cập dữ liệu này. Nói chung, dữ liệu quản lý có sự khác nhau giữa 2 loại Tag: - Internal Tag (Tag trong): là các khối nhớ trong WinCC đợc phân chia theo chức năng nh một PLC. Chúng có thể đợc tính toán và chỉnh sửa trong WinCC và không có địa chỉ trên lớp PLC - External Tag (Tag ngoài): Gán các địa chỉ và kết nối trong các lớp PLC. Trong loại Tag này có một khung đặc biệt đợc gọi là Tag dữ liệu thô (Raw Data Tag- RDT). Theo một quan điểm chung, dữ liệu thô phù hợp với 1 dạng khung dữ liệu thông báo trên mức vận chuyển, RDT không hiển thị đ ợc trong Graphics Designer. RDT chỉ sử dụng đợc trong các ứng dụng sau của WinCC: Alarm Logging, Tag Logging và Global Scrips. 8 6.3. Các công cụ soạn thảo cơ bản của WinCC 6.3.1. Thiết kế đồ hoạ của WinCC (graphic desginer) 6.3.1.1. Chức năng của graphic designer Đợc sử dụng để tạo ra hình ảnh quá trình nên graphic designer có những đặc trng sau đây: 9 Dễ sử dụng, dễ dàng ghép nối với các công cụ đồ hoạ và các bảng mầu đồ hoạ. 9 Cho phép đặt cấu hình của đối tợng mà chúng đợc liên kết với các th viện biểu tợng. 9 Mở ra giao diện cho các đồ hoạ quan trọng và cung cấp giao diện OLE 2.0 9 Tính chất cấu hình động của hình ảnh đối tợng với sự cung cấp và trợ giúp của Dynamic Wizard. 9 Liên kết với các chức năng bổ xung bằng cách thành lập cấu hình Script 9 Liên kết với các đối tợng đồ hoạ do chính bạn tạo ra. 9 Có khả năng chạy dới nền Window 95 và WinNT. 6.3.1.2. Cấu trúc của Graphic Designer Trong cửa sổ soạn thảo Graphic Designer bao gồm các công cụ để hỗ trợ việc tạo ra các ứng dụng đồ hoạ sau: Bảng để tạo ra và ấn bản các đối tợng đồ hoạ: ắ Colour Palettes (Bảng màu). ắ Object Palettes (Bảng đối tợng). ắ Style Palettes. ắ Alignment Palettes (Bản căn chỉnh). ắ Zoom Palettes. ắ Font Palettes. Các bảng và các thanh công cụ phục vụ cho thao tác với graphic designer ắ Menu Bar ắ Standard Palettes ắ Status Bar ắ Layer Bar 9 Các hộp thoại phục vụ đặt các thông số và thay đổi thuộc tính đối tợng Bảng màu (Color Palettes): ắ Gồm 16 màu cơ bản. ắ Sử dụng để đổi màu của đối tợng. ắ Sử dụng để thêm vào các màu tuỳ chọn. Bảng đối tợng: bảng này gồm có nhiều đối tợng đợc sắp xếp thành các mục con sau đây: ắ Các đối tợng chuẩn (Standard Object ) gồm các hình đa giác ,chữ nhật, elip .v.v ắ Các đối tợng thông minh ( Smart Object) gồm có các đối tợng nhúng, các trờng vào/ra, các đối tợng đồ hoạ, các công cụ hiển thị, các đối tợng ba chiều ắ Các đối tợng Window(Window Object) gồm có các Button, Check Box, Option Group, Slider. Đây là các đối tợng hỗ trợ đồ hoạ. Hình 3.6: Cửa sổ soạn thảo Graphics 6.3.1.3. Thiết lập một cửa sổ đồ hoạ mới Trong cửa sổ WinCC Explorer, kích đúp lên "Editor", khi đó các thành phần của Editor sẽ đợc liệt kê ra. Vào "Graphic Disigner" bằng cách kích chuột phải và chọn "Open ". Sau khi khởi tạo, trên thanh công cụ của "Graphic Disgner" chọn "New". 10 . chơng 6 - Giới thiệu phần mềm WinCC Đào Bá Phong - Bộ môn GCVL và DCCN, Khoa Cơ khí, ĐHBK Hà Nội 6.1. Tổng quan về phần mềm WinCC Ngày nay các. sở cho Server trong một dự án WinCC nhiều ngời sử dụng. Phần mềm WinCC là một ứng dụng 32 bit phát triển với công nghệ phần mềm hiện đại, hớng đối tợng nhất.