Để xây dựng và phát triển phầm mềm công cụ điều khiển giám sát có khả năng mô phỏng trực quan, điều khiển và giám sát đối tượng thực ứng dụng trong đào tạo và nghiên cứu, cung cấp hệ thống điều khiển giám sát cho các hệ thống điều khiển có sẵn quy mô vừa và nhỏ với giá cả phải chăng, dễ dàng tích hợp, mở rộng cũng như cài đặt dễ dàng trên nhiều vị trí. Xây dựng công cụ HMI Editor: phục vụ cho việc thiết kế các giao diện người máy(HMI – HumanMachine interface) một cách đơn giản, thuận tiện. Trong đó có xây dựng thư viện các thiết bị cơ bản được sử dụng trong công nghiệp. Thực hiện phần Runtime giao tiếp giữa các phần của hệ thống thông qua mạng truyền thông công nghiệp, phục vụ việc thu thập dữ liệu và điều khiển các thiết bị. Xây dựng khung chuẩn giao tiếp với các thiết bị trường sử dụng các công nghệ mới, thuận lợi hơn cho việc giao tiếp qua mạng. Phần mềm này cẩn có tính năng thời gian thực, hỗ trợ chuẩn OPC và một chuẩn SCE đơn giản hơn, phù hợp với các tình huống sử dụng cụ thể. Xây dựng phần HMIRemote cho phép kết nối linh hoạt giữa giao diện điều khiển giám sát và cơ sở dữ liệu. Phát triển công cụ lập trình điểu khiển FBD: phục vụ cho việc thiết kế các thuật toán điều khiển bằng cách kéo thả các khối chức năng với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, thư viện các khối chức năng hỗ trợ đầy đủ các khối chức năng cơ bản được sử dụng trong bài toán điều khiển. Xây dựng các khối chức năng phục vụ bài toán mô phỏng cho phép kiểm tra và mô phỏng trực quan các thuật toán điều khiển sau khi được thiết kế, hoặc các thuật toán điều khiển đã được thiết kế và thực thi dưới dạng file XML
Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát LỜI NÓI ĐẦU Điều khiển tự động đời phát triển từ lâu lịch sử người Bắt đầu hệ thống nhỏ, với cấu tạo thô sơ, đơn giản Giai đoạn tiếp theo, với phát triển công nghệ điện tử, hệ thống điều khiển ngày phức tạp, ngày mở rộng Cho đến ngày hôm nay, hệ thống điều khiển hệ thống lớn, phân bố khu vực khác nhau, với số lượng thiết bị đầu đo lên tới hàng nghìn Hệ thống điều khiển từ có điều khiển sở thành hệ thống với nhiều chức phần cấp rõ ràng Đến lúc này, hiển nhiên việc kiểm soát tổng thể hệ thống điều khiển cấp cao trở thành nhu cầu thiết yếu Phần mềm điều khiển giám sát trở thành công cụ thiết yếu cho hệ thống Vì vậy, từ nhiều năm nay, sinh viên nghiên cứu thực số phần mềm giải vấn đề quan trọng hệ thống điều khiển giám sát Tuy nhiên, chương trình nhỏ lẻ, chưa xây dựng kiến trúc tổng thể hệ thống dẫn rõ ràng để lớp kế cận học tập, nghiên cứu, phát triển cách thuận lợi Với mong muốn xây dựng chương trình điều khiển giám sát tương đối trọn vẹn, hoàn chỉnh, chúng em, nhóm sinh viên gồm tiến hành xây dựng gói phần mềm SCE -Supervise and Control Everywhere(Điều khiển giám sát nơi) Mục đích xây dựng phần mềm tạo sở ban đầu phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu, phát triển hệ thống phần mềm điều khiển giám sát MỤC LỤC Phát triển phần mềm cơng cụ điều khiển giám sát LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Nội dung viết .7 1.4 Phương pháp nghiên cứu phát triển hệ thổng CHƯƠNG CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10 2.1 Công nghệ hướng đối tượng 10 2.1.1 Phương pháp mơ hình hóa hướng đối tượng 10 2.1.2 Phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng 10 2.1.3 Phương pháp lập trình hướng đối tượng 11 2.2 Phương pháp thiết kế hệ thống – Ngôn ngữ UML .12 2.2.1 Sự hình thành UML 12 2.2.2 Các thành phần UML .13 2.3 Các bước thiết kế phần mềm .24 2.4 Kiểm tra phần mềm 26 CHƯƠNG TÓM LƯỢC VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN THỊ TRƯỜNG 28 3.1 Phần mềm WinCC: .28 3.1.1 Lĩnh vực ứng dụng 28 3.1.2 Các tính bản: .29 3.1.3 Cấu hình thiết bị .32 3.1.4 Khả thích ứng 32 3.2 Phần mềm InTouch .32 3.2.1 Giao diện đồ hoạ 32 3.2.2 Trình soạn thảo QuickScript Editor: .33 3.2.3 Khả kết nối 33 3.2.4 Cấu trúc 34 3.2.5 Tham khảo Tag từ xa 35 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 3.2.6 3.2.7 3.2.8 3.2.9 Đồ thị khứ phân tán (Distributed History) .35 Chuyển đổi độ phân giải động (DRC) 35 Các vùng thời gian phân tán 36 Báo động 36 3.3 Kết luận: 38 CHƯƠNG KIẾN TRÚC TỔNG THỂ CỦA CHƯƠNG TRÌNH SCE 40 4.1 Triển vọng thị trường cho giải pháp điều khiển giám sát từ xa với SCE 40 4.2 Điều kiện để SCE xâm nhập vào thị trường điều khiển giám sát 40 4.3 Phân tích trường hợp sử dụng SCE .41 4.3.1 Trong công nghiệp: 41 4.3.2 Trong lĩnh vực tự động hóa tịa nhà: .43 4.3.3 Trong hệ thống nhà thông minh: 44 4.4 Yêu cầu tính sử dụng SCE .45 4.5 Yêu cầu kỹ thuật SCE 46 4.6 Kiến trúc tổng thể gói phần mềm SCE 46 4.7 Lựa chọn công nghệ thực hiện: 48 4.7.1 Net Framwork .48 4.7.2 C# 58 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT…………… .63 5.1 Yêu cầu phần HMI 63 5.2 Thiết kế HMI 64 5.2.1 Yêu cầu cụ thể 64 5.2.2 Thiết kế giao diện HMI Editor 64 5.2.3 Kiến trúc tổng giao diện HMI Editor 65 5.3 Thực thi HMI 69 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN HMI REMOTE 88 6.1 Yêu cầu tổng quan: .88 6.2 Công cụ thực 89 6.2.1 Net Remoting 89 6.2.2 Tuyến(Threading) 100 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 6.2.3 ADO.Net .111 6.3 Thiết kế chi tiết 113 CHƯƠNG GIAO TIẾP GIỮA CÁC PHẦN CỦA HỆ THỐNG QUA MẠNG CÔNG NGHIỆP 115 7.1 Các phần cứng tiêu biểu hệ điều khiển giám sát 117 7.1.1 Các thiết bị trường: .117 7.1.2 Hệ thống mạng thông tin công nghiệp: 118 7.1.3 Phần cứng máy tính: .118 7.2 Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát 118 7.2.1 Chuẩn giao tiếp OPC 119 7.2.2 Các giao thức thông dụng công nghiệp: 147 7.3 Giải vấn đề giao tiếp SCE 151 7.4 Thực thi phần mềm: 154 CHƯƠNG PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM FBD .157 8.1 Tổng quan kiến thức sở sử dụng thiết kế FBD 157 8.1.1 Ngôn ngữ XML 157 8.1.2 Mơ hình lập trình Windows kiến trúc Doc/View .161 8.1.3 Thư viện liên kết động (Dynamic Link Library - DLL) .166 8.2 Thiết kế xây dựng phần mềm cơng cụ lập trình FBD 167 8.2.1 Thiết kế phần cơng cụ lập trình FBD 168 8.2.2 Thiết kế phần chương trình chạy (Runtime Engine_RTE) 177 CHƯƠNG KẾT LUẬN 189 9.1 Đánh giá kết thực đồ án 189 9.2 Hướng phát triển đồ án 189 TÀI LIỆU THAM KHẢO .190 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ kiến trúc tổng thể gói phần mềm SCE .46 Hình 2: Sơ đồ kiến trúc NET Framework .54 Hình 3: Giao diện tổng thể SCE .67 Hình 4: Minh họa khả neo cửa sổ gói phần mềm SCE 68 Hình 5: Minh họa khả linh hoạt việc bố trí lại cửa sổ SCE 69 Hình 6: Sơ đồ lớp tổng thể phần đồ họa SCE 69 Hình 7: Các thành phần sơ đồ HMI 70 Hình 8: Giao diện IEntity 71 Hình 9: Sơ đồ lớp Tracker lớp dẫn xuất 72 Hình 10: Sơ đồ lớp tổng thể lớp tập hợp 73 Hình 11: Kiến trúc component custom design Net 81 Hình 12: Cấu trúc sơ đồ HMI 86 Hình 13: Sơ đồ lớp phần Runtime 88 Hình 14: Sơ đồ UML cho ví dụ MultiServer .96 Hình 15: Vấn đề xung đột tài nguyên hệ thống 101 Hình 16: Mối liên hệ Thread phần phần mềm 103 Hình 17: Apartment- Threading 105 Hình 18: Free-Threading 105 Hình 19: Minh họa trình ngắt 108 Hình 20: Sự hồi phục trình 109 Hình 21: Mức ưu tiên 111 Hình 22: Sơ đồ lớp Device Description, HMIDataSever, MIDataEngine 116 Hình 23: Kiến trúc mạng thơng tin điều khiển trình .120 Hình 24: Các ứng dụng làm việc với nhiều OPC Server 120 Hình 25: Các giao diện OPC 122 Hình 26: Sự giao tiếp ứng dụng với OPC 122 Hình 27: Quan hệ OPC Client/Server 145 Hình 28: Quan hệ Group/Item 146 Hình 29: Mơ hình lập trình Windows 162 Hình 30: Sơ đồ cấu trúc phần mềm công cụ lập trình điều khiển theo ngơn ngữ FBD ……………………………………………………………………… 168 Hình 31: Giao diện cơng cụ lập trình FBD 169 Hình 32: Cấu trúc phần cơng cụ lập trình FBD 170 Hình 33: Cửa sổ Workspace 170 Hình 34: Cửa sổ tham số khối chức 171 Hình 35: Một sơ đồ FBD xây dựng nhờ cửa sổ soạn thảo FBD 172 Hình 36: Cửa sổ trình duyệt đối tượng dự án .172 Hình 37: Cấu trúc mạng truyền thông 174 Hình 38: Cấu trúc chương trình chạy với sơ đồ điều khiển đơn giản ………………………………………………………………………177 Hình 39: Sơ đồ triển khai chương trình chạy 178 Hình 40: Sơ đồ lớp chương trình chạy 179 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát CHƯƠNG 1.1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày điều khiển phân tán xu tất yếu ưu điểm, khả thực hệ thống điều khiển phân tán yêu cầu ngày cao khả vận hành, chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất, an toàn hệ thống bảo vệ môi trường thị trường cạnh tranh mạnh Từ hệ điều khiển phân tán (DCS - Distributed Control System) đời, TDC2000 Honeywell vào năm 1975, sản phầm DCS liên tục phát triển tiến hóa Các hệ DCS có thành phần là: Các khối điều khiển cục (LCU- Local Control Unit), trạm vận hành (Operation Station, OS), trạm kỹ thuật (Engineering Station, ES) hệ thống truyền thông (field bus, system bus) Trong đó, Khối điều khiển cục có chức điều khiển sở giám sát điều khiển cao cấp; Một số sản phẩm tiêu biểu như: Visual Controller FisherRosermount hay PlantScape Controller HoneyWell Bus hệ thống có chức nối mạng nội điều khiển với điều khiển với trạm vận hành/trạm kỹ thuật, công nghiệp thường sử dụng loại bus hệ thống: Ethernet, Industrial Ehternet, Profibus-FMS, ControlNet, Data Highway Bus trường có chức ghép nối trạm điều khiển với trạm vào/ra phân tán với thiết bị trường thông minh, loại bus trường thường sử dụng như: Profibus-DP, Profibus-PA, Foundation Fielbus H1, ControlNet, DeviceNet Trạm vận hành có chức giao diện vận hành giám sát, quản lý liệu Trạm kỹ thuật có nhiệm vụ phát triển phần mềm, cấu hình chuẩn đốn hệ thống Trong trạm vận hành kỹ thuật có sử dụng công cụ phần mềm SCADA/HMI, số phần mềm điều khiển giám sát phổ biến thị trường như: WinCC Siemens, InTouch Wonderware hay iFIX Intellution Các sản phần mềm điều khiển giám sát cung cấp tương đối đầy đủ chức cần thiết cho ứng dụng lớn ứng dụng vừa nhỏ Tuy nhiên ứng dụng với quy mô không lớn cần sử dụng hay bổ sung vài chức riêng chúng lại tỏ lợi tính linh hoạt Giải vấn đề mong muốn chúng em thực đề tài Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 1.2 Nhiệm vụ đề tài Để xây dựng phát triển phầm mềm cơng cụ điều khiển giám sát có khả mơ trực quan, điều khiển giám sát đối tượng thực ứng dụng đào tạo nghiên cứu, cung cấp hệ thống điều khiển giám sát cho hệ thống điều khiển có sẵn (quy mơ vừa nhỏ) với giá phải chăng, dễ dàng tích hợp, mở rộng cài đặt dễ dàng nhiều vị trí nhiệm vụ đề với để tài là: Xây dựng công cụ HMI Editor: phục vụ cho việc thiết kế giao diện người máy(HMI – Human-Machine interface) cách đơn giản, thuận tiện Trong có xây dựng thư viện thiết bị sử dụng công nghiệp Thực phần Runtime giao tiếp phần hệ thống thông qua mạng truyền thông công nghiệp, phục vụ việc thu thập liệu điều khiển thiết bị Xây dựng khung chuẩn giao tiếp với thiết bị trường sử dụng công nghệ mới, thuận lợi cho việc giao tiếp qua mạng Phần mềm cẩn có tính thời gian thực, hỗ trợ chuẩn OPC chuẩn SCE đơn giản hơn, phù hợp với tình sử dụng cụ thể Xây dựng phần HMIRemote cho phép kết nối linh hoạt giao diện điều khiển giám sát sở liệu Phát triển cơng cụ lập trình điểu khiển FBD: phục vụ cho việc thiết kế thuật toán điều khiển cách kéo thả khối chức với giao diện thân thiện dễ sử dụng, thư viện khối chức hỗ trợ đầy đủ khối chức sử dụng toán điều khiển Xây dựng khối chức phục vụ tốn mơ phỏng: cho phép kiểm tra mơ trực quan thuật toán điều khiển sau thiết kế, thuật toán điều khiển thiết kế thực thi dạng file XML 1.3 Nội dung viết Chương trình bày công nghệ phần mềm hướng đối tượng phương pháp kế hệ thống Đó cơng cụ phân tích, thiết kế, triển khai, kiểm tra hệ thống mà chúng em sử dụng thực để tài Phần 2.1 trình bày cơng nghệ hướng đối tượng Phần 2.2 trình bày phương pháp thiết kế hệ thống – UML Phần 2.3 trình bày bước cần thực để thiết kế phần mềm Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát Phần 2.4 trình bày cách kiểm tra phần mềm Chương trình bày sơ lược với đánh giá phân tích phần mềm điều khiển giám sát có thị trường Việt Nam Phần 3.1 giới thiệu phần mềm WinCC Phần 3.2 giới thiệu phần mềm InTouch Phần 3.3 Kết luận Chương trình bày kiến trúc tổng thể để xây dựng công cụ phần mềm điều khiển giám sát sử dụng đồ án Cùng công nghệ lựa chọn để thực Chương phần thiết kế, thực thi công cụ HMI Editor dùng để tạo giao diện HMI cho hệ thống điều khiển giám sát Chương trình bày yêu cầu công cụ thiết kế thực thi phần Runtime Phần 6.1 nêu yêu cầu tổng quan phần Runtime Phần 6.2 liệt kê công cụ thực thiết kế như: Net Remoting, Threating ADO.Net Phần 6.3 trình bày thiết kế chi tiết vả thực thi Chương giới thiệu phần cứng phần mềm cơng nghiệp.Sau trình bày vấn đề liên quan đến việc giao tiếp phần hệ thống thông qua mạng truyền thông công nghiệp cách giải chúng Chương phần phát triển cơng cụ lập trình FBD Phần 8.1 trình bày kiến thức liên qua sử dụng phần mềm FBD Phần 8.2 phần phát triển công cụ lập trình FBD gồm cơng cụ soạn thảo thuật toán điều khiển FBD Editor FBD Runtime Ở phần thực việc hoàn thiện bổ sung chức phần soạn thảo FBD, xây dựng khối chức phục vụ mô phỏng, kiểm tra thuật toán điều khiển Chương phần kết luận hướng phát triển đề tài Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 1.4 Phương pháp nghiên cứu phát triển hệ thổng Phần mềm xây dựng bước theo bước quy trình thiết kế phần mềm Trong đó, phần cơng cụ thiết kế thuật tốn điều khiển phát triển từ phần mềm “ Cơng cụ lập trình điều khiển theo ngôn ngữ FBD” [6] Phát triển phần mềm cơng cụ điều khiển giám sát CHƯƠNG CƠNG NGHỆ PHẦN MỀM HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG Trước vào phần mềm SCE, xem xét công nghệ việc phát triển phần mềm Đó cơng cụ phân tích, thiết kế, triển khai, kiểm tra hệ thống Đây phần sở cho tất phần trình bày đồ án 2.1 Công nghệ hướng đối tượng Tư hướng đối tượng hình thành từ Smalltalk, ngơn ngữ lập trình mơi trường lập trình Xerox PARC phát triển vào năm cuối thập niên 60 kỷ trước Kể từ đó, có nhiều ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng đời C++, Delphi, Java… Hướng đối tượng thể tư mang tính cách mạng cơng nghệ phần mềm Trong phải đáp ứng đòi hỏi ngày cao khách hàng phương pháp lập trình hướng liệu, hay hướng hàm bộc lộ hạn chế nó, chẳng hạn tính mềm dẻo, khả chuyển kém, độ tin cậy thấp, đặc biệt dự án lớn 2.1.1 Phương pháp mơ hình hóa hướng đối tượng Mơ hình hố hệ thống xây dựng mơ hình hệ thống nhằm phục vụ cho mục đích cụ thể Mơ hình hệ thống ánh xạ hệ thống đó, mơ tả phản ánh hệ thống góc nhìn định nên đơn giản hệ thống thực nhiều Mơ hình hố hướng đối tượng phương pháp xây dựng mơ hình dựa tư hướng đối tượng Tư tưởng phương pháp nằm cách nhìn nhận phân tích giới thực sở đối tượng thực 2.1.2 Phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng Cơng nghệ phần mềm khơng lập trình, mà cịn bao gồm nhiều bước khác phân tích, thiết kế bảo trì Phương pháp lập trình tiến hố từ lập trình tới lập trình có cấu trúc tới lập trình hướng đối tượng Cùng với tiến hoá phương pháp lập trình, phương pháp phân tích, thiết kế phần mềm phát triển từ tư hướng thủ tục, hướng liệu lên hướng đối tượng Theo tư hướng thủ tục, hướng liệu, phần mềm cần xây dựng chia thành giải thuật cấu trúc liệu Các giải thuật cấu trúc liệu đến lượt lại chia tương ứng thành giải thuật đơn giản cấu trúc 10 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát Việc thêm Item I/O Ports IO vào dự án thực qua bước sau: Thêm lớp WSIO dẫn xuất từ WSObject đại diện cho đối tượng IO với thực tính phương thức cần thiết Bổ sung vào Resources dự án Dialog: IDD_IOEDITDLG phục vụ giao tiếp người dùng vào chương trình việc tạo hiệu chỉnh IO tạo lớp CIOEditDlg cho Dialog Vào menu : IDR_PRJEXP_CONTEXTMENU bổ sung menu ngữ cảnh cần thiết Bổ sung Item: I/O Ports, điều thực hàm void CProjectExplorer::BuildProjectTree(HTREEITEM hProject, WSObject* pRoot) Khi người dùng kích chuột phải vào I/O Ports menu ngữ cảnh tương ứng với Item ra, việc có nhờ hàm void CProjectExplorer::OnContextMenu(CWnd* pWnd, CPoint point) Bổ sung hàm xử lý kiện InsertIO EditIO lớp CMainFrame Trong hàm quan trọng phải gọi sau đối tượng WSIO tạo theFBDDoc>UpdateAllViews Hàm gọi hàm View dự án, có hàm void CProjectExplorer::OnUpdate(CView* pSender, LPARAM lHint, CObject* pHint) để hiển thị IO vừa tạo lên dự án Bước cuối hiệu chỉnh hàm đảm nhận việc ghi đọc file xml lớp WSProject để lưu( save) đọc( load) IO dự án Chạy mơ thuật tốn điều khiển Sau thiết kế thuật tốn điều khiển việc kiểm tra tính khả thi trước đưa vào điều khiển thực việc cần thiết Đó mục đích mà phần cơng cụ lập trình FBD hướng tới Với cơng cụ người sử dụng đặt thời gian mơ phỏng, xem kết đầu dạng đồ thị sau hết thời gian mơ kích vào nút dừng mô Để thực hiển thị kết mơ sơ đồ điều khiển cần nới đầu với khối hiển thị, khối lấy thư viện SimScope.dll Khi kích Run F5, chương trình gọi hàm void CMainFrame::OnBuildRun() để thực việc mơ Đến lượt hàm OnBuildRun() tạo đối tượng FBDRuntime cụ thể đối tượng lớp Controller 177 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát thực việc khởi tạo đối tượng khối chức sơ đồ điều khiển, thiết lập tham số tạo task thực thi task 8.2.2 Thiết kế phần chương trình chạy (Runtime Engine_RTE) 8.2.2.1 Cấu trúc chương trình chạy Cấu trúc chương trình chạy với sơ đồ điều khiển đơn giản sau Hình 38: Cấu trúc chương trình chạy với sơ đồ điều khiển đơn giản Chương trình chạy trao đổi với cơng cụ lập trình FBD thơng qua file XML mơ tả hệ thống, file mô tả sách lược điều khiển hệ thống XML(eXtensible Markup Language) ngôn ngữ đánh dấu khả mở, thiết kế để thực việc lưu trữ liệu,rất dễ đọc ghi người máy tính nên định dạng lý tưởng cho việc trao đổi liệu ứng dụng khác File tạo cách dùng cơng cụ lập trình FBD cơng cụ soạn thảo XML Editor Tool Chương trình chạy thực theo cấu trúc ghép nối khối chức năng, có khối chức đại diện cho cổng vào thực để thực điều khiển đối tượng Để thực thi mã điều khiển lập trình sơ đồ cấu trúc đó, chương trình điều khiển nạp liệu sơ đồ từ file XML mô tả hệ thống Đọc file tạo khối chức tương ứng đại diện cho đối tượng thực Task thực modun điều khiển 178 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 8.2.2.2 Sơ đồ triển khai chương trình chạy Nền tảng để phát triển chương trình chạy là: thư viện chuẩn C++, thư viện mở rộng C++, thư viện tính tốn điều khiển FMOL++, thư viện vào cung cấp nhà sản xuất card giao tiếp mạng cuối giao diện lập trình ứng dụng hệ điều hành Windows (Win32API) Nếu I/O (inport, outport) chương trình chạy kết nối với trình thực chương trình chạy điều khiển thời gian thực Còn I/O kết nối với Signal Generator COM Server, khối phát tín hiệu ảo, chương trình chạy mơ thời gian thực để kiểm tra tính đắn thuật tốn điều khiển trước đưa vào điều khiển thực phục vụ mục đích đào tạo Hình 39: Sơ đồ triển khai chương trình chạy Chương trình chạy (Runtime Engine – RTE) gồm phần IO Manager quản lý việc vào ra, khối thư viện DLL cung cấp thư viện khối chức năng, Run thực nhiệm vụ đọc file XML chứa chương trình điều khiển từ khối soạn thảo sau khởi tạo hệ thống từ khối chức thư viện DLL thực thi cơng việc mà chương trình điều khiển đặt 179 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát 8.2.2.3 Sơ đồ lớp chương trình chạy used used Application Timer Controller Task FBD FB Thư viện khối IO AI DI AO Hình 40: Thư viện khối tính toán DO PID MathFormula TF Sơ đồ lớp chương trình chạy Resource( lớp Controller): lớp trung tâm có chức quản lý tồn việc cung cấp, khởi tạo, chạy huỷ bỏ khối chức năng, môđun điều khiển FBD, tác vụ Task dùng đến ứng dụng Lớp Controller cung cấp hàm SetConfigFile(string) thực việc đọc file XML mô tả hệ thống cấp phát nhớ cho tất khối, sơ đồ vòng quét hệ thống Hàm Run() để thực thi Task theo chu kỳ định trước FB(function block): khối chức thực biến đổi đầu vào theo thuật toán đưa kết đầu FBD(function blocks diagram) sơ đồ khối chức đại diện cho module điều khiển tốn điều khiển Nó gồm FB nối liên tiếp nhau, cổng FB nối với cổng vào cảu FB khác, theo trình tự định tạo thành diagram Task vòng quét điều khiển Task dẫn xuất từ lớp Timer, thành phần thiếu hệ thống điều khiển thời gian thực.Timer đơn giản đếm thời gian đặt trước thời điểm bắt đầu (Start) thời điểm kết thúc( 180 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát Stop), với độ xác phụ thuộc vào tần số xung nhịp CPU mà sử dụng Các tác vụ trình trình chạy xây dựng theo chuẩn IEC61131-3 bao gồm loại : Task kện, Task chu kì, Task đơn, Task vụ rỗi để phục vụ tồn tốn điều khiển thực tế Các Task thực chương trình điều khiển Thơng thường tập sơ đồ điều khiển FBD có chu kỳ trích mẫu 8.2.2.4 File mơ tả hệ thống Mỗi file XML mô tả hệ thống gồm phần: phần mô tả khối chức năng, phần mô tả module điều khiển, phần mô tả tác vụ phần mô tả khối vào sử dụng dự án k=10 k=1.0;t=1.0;ts=1.0;td=1.0 B=3;C=0;N=10;Deadband=0.000 5;Inhi=1000;Inlo=0;Outhi=1000;Outlo=0 181 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát ;SP=1;MV=0.2;KP=10;TI=20;TD=1;TS= 0.01;D_SEL=false;I_SEL=true;P_SEL=1; MODE_SEL=false step1;pid11;pt1;scope1 step1.0-scope1.1;pid11.0-pt1.0;pt1.0scope1.0;step1.0-pid11.7;pt1.0-pid11.8 interval="100" priority="0" pc1 Thẻ gốc tài liệu mô tả hiệ thống 182 Phát triển phần mềm công cụ điều khiển giám sát Mỗi khối chức mơ tả cặp thẻ Các thuộc tính thẻ kiểu ID khối chức Trong cặp thẻ FB có cặp thẻ chứa thông tin tham số khối.Mỗi cặp thẻ nằm cặp thẻ lớn Cặp thẻ chứa thông tin file thư viện (file DLL) chứa khối tên, phiên Các module điều khiển chứa cặp thẻ cha Các module điều khiển xây dựng dạng vòng quét FBD Mỗi vịng qt FBD mơ tả cặp thẻ Cặp thẻ chứa tất tác vụ hệ thống Mỗi Task mô tả cặp thẻ Và cuối là cặp thẻ chứa thông tin khối vào IO sử dụng dự án 8.2.2.5 Thư viện khối chức Thư viện khối chức FB (FBConmon.dll) Thư viện gồm khối thường gặp toán điều khiển Tên kiểu Sum khối Deadzone Delay Gain Limiter Relay Saturator Scale Integrato r VP VPT TF Đầu 2,3,4 vào 1 1 1 1 1 Đầu 1ra 1 1 1 1 1 Chức Cộng tín hiệu double Tạo vùng chết Tạo trễ Khuyếch đại Giới hạn Relay vị trí có trễ Khâu bão hịa Khâu scale tín hiệu Khâu tích phân Khâu vi phân Khâu vi phân thực Khâu hàm truyền Và thư viện khối logic toán học hỗ trợ tất phép toán logic thường gặp Tên kiểu khối Đầu vào Đầu Chức OR