4.1.1 Tổng quan về Wincc
WinCC (Window control center) là một hệ thống phần mềm điều khiển giám sát công nghiệp, có tính kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ họa để điều khiển các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình. Hệ thống này có chứa những module chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ họa, thông báo, lưu trữ và báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các hình ảnh của quá trình quan sát, và các chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao.
WinCC còn có giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này co thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy cập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bản được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows.
4.1.2 Các loại Project trong WinCC
− Client: được gán cố định cho một server trong multi-user project. Client có thể được sử dụng trong multi-user project hoặc trong một hệ thống phân tán.
− Multi-client: đối với WinCC V6.0, một multi-client có thể truy cập tối đa 6 server.
− Server: server của một multi-user project với client và các multi-client. Một đôi redundant server dùng để dự phòng sự cố có thể như một server.
a) Single-user Project là một trạm vận hành đơn cuối cùng. Tạo cấu hình, vận hành, cũng như kết nối bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của project được thực hiện trong máy tính này.
b) Multi-User Project
Một Multi-User project có đặc điểm cấu hình điểm nhiều client và một server. Tất cả chúng làm việc trong cùng một project. Tối đa 16 client được truy nhập vào một server. Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client. Dữ liệu của project là các hình ảnh (picture), các tag, mục lưu trữ dữ trữ trong server và cung cấp cho các client. Server được kết nối với bus quá trình và dữ liệu quá trình được xử lý ở đây. Việc vận hành hệ thống được thực hiện từ các client.
c) Multi-Client Project
Multi-User Project là một loại project mà có thể truy nhập vào nhiều server. Các server được liên kết có project của riêng chúng. Cấu hình project của server được thực hiện trong server hoặc trong client, cấu hình multi-client.
Một multi-client có thể truy nhập tối đa 6 server. Có nghĩa là dữ liệu của 6 server có thể được giám sát và điều khiển trên một màn hình multi-client.
4.1.3 WinCC Explorer
Xuất hiện khi khởi động WinCC. Tất cả các phần của WinCC đều được khởi động từ đây. Từ cửa sổ WinCC Explorer có thể truy nhập vào tất cả các thành phần mà
một project giao diện người máy cần có cũng như việc xây dựng cấu hình cho các thành phần riêng rẽ đó.
WinCC Explorer cung cấp các thông tin về các mục dưới đây: − Chức năng của WinCC Explorer
− Kiến trúc của WinCC Explorer − Các editer chuẩn
WinCC Explorer gồm tất cả các chức năng quản lý hệ thống của WinCC. Tại đây ta có thể đặt cấu hình (computer,tag…) và khởi động module Run-time.
Nhiệm vụ của WinCC Explorer: − Tạo một project mới − Đặt cấu hình trọn vẹn − Gọi và lưu trữ project
− Quản lý project: mở, lưu, di chuyển và copy
− Chức năng ấn bản mạng cho nhiều người sử dụng (Client-Server Inviroment)
− Trình bày (thể hiện) cấu hình dữ liệu
− Điều khiển và đặt cấu hình cấp bậc cho các picture /kiến trúc hệ thống, chẳng hạn như bằng cách thể hiện cây thư mục
− Cài đặt thông số tổng thể như ngôn ngữ, hệ thống / đường dẫn người dùng − Đặt cấu hình cho vị trí các chức năng đặc biệt của người dùng
− Lưu trữ các tài liệu phản hồi (feedback documentation) − Lập báo cáo trạng thái của hệ thống
− Chuyển đổi giữa chạy thực và đặt cấu hình
− Thử các module như 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
− Quản lý dữ liệu: cung cấp các hình ảnh quá trình (bộ đệm) với các giá trị của tag theo những cách sau:
+ Theo chu kỳ
+ Chu kỳ với sự thay đổi
Một project của WinCC chứa 3 thành phần chính:
− Computer: Quản lý tất cả các trạm vận hành (WorkStatiion) và trạm chủ (Server) nằm trong project
− Tag Managerment: Là kh vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ logic, các biến nội (Internal tag), biến ngoài (External tag), biến quá trình (tag process) và các nhóm tag (tag groups)
− Data type: Chứa các loại dữ liệu được gán cho các tag và kênh khác nhau.
4.1.4 Tag và TagGroup
Trong phần mềm WinCC có một khái niệm quan trọng cần phải nắm vững khi xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát là khái niệm về Tag và Tag Groups. Tag thực ra là một thành phần trung gian cho việc truy nhập các giá trị quá trình. Trong một project thì Tag chỉ mang một tên duy nhất và một loại dữ liệu duy nhất. Các Tag này được gán bởi các mối quan hệ logic, các mối liên hệ được định rõ bởi kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tag sử dụng tại các điểm nối. WinCC Tags chứa trong một
cơ sở dữ liệu của một project rộng. Sau khi chạy WinCC thì tất cả các Tag đều được tải vào và tương ứng với cấu trúc Runtime được dựng lên.
Tag Groups được dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều có thể được tổ chức trong các nhóm Tag nhằm làm tăng sự rõ ràng của project. WinCC Tags mô tả một dạng dữ liệu thành phần duy nhất trong một project và những luật cho phép truy cập dữ liệu này. Nói chung, dữ liệu quản lý phân biệt hai loại Tag:
− Internal Tag (Tag trong): Là các khối nhớ trong WinCC được phân chia theo chức năng như một PLC thực. Chúng có thể được 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 được gọi là dữ liệu thô (Raw Data Tag- RDT). Từ một quan điểm chung, dữ liệu thô phù hợp với một dạng khung dữ liệu thông báo trên mức vận chuyển. RDT không hiển thị được trong Graphics Designer, chúng chỉ được sử dụng trong các ứng dụng khác của WinCC như: Tag Logging và Global Scrips. Trong Driver truyền thông “SIMATIC S7 Protocol Suite” có 4 loại RDT:
+ RDT-EVENT: Event Processing
+ RDT-ARCHIV: Action Data Connection + RDT-BSEND: Sending/Receiving a data block + RDT-S7PDV: Transparent communication
4.1.5 Các trình soạn thảo và đối tượng chuẩn của WinCC
4.1.5.1 Graphic Designer
Graphics Designer được sử dụng để tạo ra hình ảnh của quá trình. Nó có đặc điểm sau:
− Dễ sử dụng, giao diện đơn giản với công cụ và các bảng màu đồ họa − Cấu hình sắp xếp hợp lý với các thư viện icon và các đối tượng thích hợp − Mở ra giao diện cho các đồ họa quan trọng và cung cấp giao diện OLE 2.0
− Hành vi động của các đối tượng ảnh có thể cấu hình được với hỗ trợ từ một trình trợ giúp (Dynamic Wizard)
− Các liên kết tới các chức năng phụ nhờ cấu hình script mạnh
− Các liên kết tới các đối tượng đồ họa mà người sử dụng có thể tạo ra Graphics Designer chứa các mục sau:
1. Các bảng và thanh công cụ phục vụ cho thao tác với Graphics Designer : − Menu Bar
− Palette chuẩn − Thanh trạng thái − Thanh lớp
2. Các Palette để tạo và sửa các đối tượng đồ họa: − Palette màu
− Palette đối tượng − Palette kiểu − Palette về sắp xếp
− Palette về phóng to, thu nhỏ hình − Palette front
3. Bảng đối tượng
− Các đối tượng chuẩn (Standard Oject): Baogồm: Đường thẳng, hình đa giác, đường gấp khúc, elip, đường tròn, hình chữ nhật…
− Các đối tượng thông minh (Smart Object): Gồm các đối tượng nhúng
+ Ứng dụng Window (Application Window): Là những đối tượng thông báo hệ thống (Alarm Logging), lưu trữ hệ thống (Tag Logging), báo cáo hệ thống (Print jobs). Application Window mở ra những cửa sổ ứng dụng và quản lý nó để hiển thị và vận hành
+ Điều khiển nhúng và liên kết đối tượng (OLE control): Sử dụng OLE control để cung cấp các công cụ Window (nút bấm, hộp lựa chọn…). Các thuộc tính của nó được biểu thị trong cửa sổ “Object Properties” và tab “Event”.
+ Trường vào/ra (I/O Field): Sử dụng như một trường vào hoặc ra hoặc cả vào lẫn ra.Các dạng dữ liệu cho phép sử dụng với I/O Field:
+ Bar: Thuộc tính của nó ảnh hưởng đến sự xuất hiện và tính năng của nó. Nó thể hiện các giá trị bằng đồ thị có quan hệ với giới hạn cao, thấp hoặc hoàn toàn chỉ là miêu tả bằng đồ họa phối hợp thể hiện những giá trị với tỷ lệ do người sử dụng định trước.
+ Hiển thị trạng thái (Status Display) Sử dụng để thể hiện bất kỳ con số của những trạng thái khác nhau nào. Cho phép thực hiện hiển thị động bằng cách nối nó với giá trị của tất cả các Tag tương ứng với những trạng thái khác nhau.
+ Danh sách văn bản (Text List): Sử dụng Text List để đưa giá trị cho văn bản. Nó có thể sử dụng như một danh sách vào (vào là danh sách, ra là gia trị) hoặc danh sách ra (vào là giá trị, ra là danh sách) hoặc phối hợp danh sách/văn bản. Dạng số liệu là thập phân, nhị phân hoặc bit dữ liệu đều có thể sử dụng
− Các đối tượng của Window (Window Object):
+ Nút bấm (Button): Sử dụng để điều khiển sự kiện quá trình. Nó có hai trạng thái ấn xuống và không ấn. Liên kết tới quá trình bằng cách thực hiện các thuộc tính động tương ứng.
+ Hộp thử (Check-Box): Nó được sử dụng khi mà có nhiều sự lựa chọn bằng cách kích lên từng trường hợp mà người sử dụng cần. Cho phép liên kết mềm dẻo với quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng.
+ Nhóm lựa chọn (Option Group): Tương tự như Check –Box nhưng ở đây là lựa chọn đơn.
+ Nút tròn (Round Button): Là một công cụ giống như Button phục vụ cho vận hành sự kiện quá trình.
+ Slider: Là công cụ điển hình chuyển động phục vụ cho điều khiển quá trình. Phạm vi điều chỉnh nằm giữa giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất. Có thể thiết lập một sự kiện tới quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng.
4.1.5.2 Tag Logging
Tag Logging chứa các hàm để lấy dữ liệu từ các quá trình đã thực hiện và chuẩn bị dữ liệu để hiển thị và lưu trữ. Nó có thể mang lại ý nghĩa công nghệ và kỹ thuật liên qua tới trạng thái vận hành hệ thống.
Tag Logging được chia thành:
− Cấu hình hệ thống (Tag Logging Configuration system/Tag Logging CS): Tất cả các đặc tính cần thiết cho lưu trữ và hiển thị đều được gán dữ liệu bằng “Tag Logging Configuration System”. Những đặc tính này phải được tạo ra và chuẩn bị trước khi khởi động chạy thực hệ thống.
− Chạy thực hệ thống (Tag Logging Runtime/Tag Logging RT): Chấp nhận dữ liệu đã đặt và liên kết chúng với những đặc tính đã được chỉ định và chuẩn bị cho lưu trữ và hiển thị.
Tag Logging có 2 thành phần: − Timer
+ Timer thu nhận: Là khoảng thời gian mà các giá trị được Tag Logging copy từ hình ảnh quá trình của bộ quản lý dữ liệu(Data Manager).
+ Timer lưu trữ : Là khoảng thời gian mà dữ liệu được nạp vào vùng lưu trữ. Bộ định thời lưu trữ luôn luôn là một số nguyên lần bộ định thời thu nhận được thiết lập.
− Archives
+ Lưu trữ dữ liệu quá trình (Process Value Archive) + Lưu trữ dạng nén (Compressed Archive)
+ Lưu trữ của người sử dụng (User Archive) Lưu trữ dữ liệu quá trình:
Các giá trị của quá trình được thu nhận về môi trường WinCC để xử lý tính toán thông qua các mối liên hệ logic là các Tag quá trình. Mỗi một thành phần lưu trữ nhận các Tag của quản lý dữ liệu. Mỗi liên kết giữa giá trị quá trình và lưu trữ được hình thành khi lưu trữ mà người sử dụng tạo ra được nối với một Tag.
Lưu trữ dạng nén:
Lưu trữ dạng nay nén dữ liệu và phối hợp các số liệu một cách hiệu quả. Theo cách này các giá trị đo có thể được thu thập trực tiếp và được sao chép ngay sau dó. Loại lưu trữ này cho phép lưu trữ lâu dài tất cả các kiểu Tag khác nhau mà Tag Logging sử dụng.
Lưu trữ của người sử dụng:
Bất kỳ số lượng Tag do người sử dụng tạo ra đều được nạp vào trong “User Archive”. Vì lí do đó mà người dùng có thể đưa vào phương pháp làm việc hay phương pháp làm việc hay phương pháp thay đổi nào đó sau đó nạp chúng vào trong “User Archive” và nếu cần thiết thì thông qua chúng liên kết với PLC. Ngoài ra lưu trữ của người dùng còn được sử dụng để thu nhận “charge data” (là tổng hợp của các thông báo, dữ liệu quá trình và các giá trị đặt cho mỗi phần sản phẩm). Loại lưu trữ này được tổ chức thành các bảng riêng rẽ trong cơ sở dữ liệu trừ cột đầu tiên của bảng ( có kiến trúc hoàn toàn tự do). Mỗi lưu trữ của người dùng phải có một tên riêng biệt. Truyền thông giữa PLC và WinCC được thực hiện do cấu trúc bức điện phù hợp với quy ước rõ ràng theo kiến trúc của chúng.
4.1.5.3 Report Designer
Cung cấp các chức năng cho việc đào tạo và in các báo cáo. Bao gồm: − Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo trang (Page layout)
− Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo dòng (Line layout)
WinCC cung cấp những hộp thoại cho phép lựa chọn cấu hình của dữ liệu được in ra trong báo cáo. Những hộp thoại này được sắp xếp theo nhưng ứng dụng của chúng:
− Scripts trong Graphics Designer − Alarm Logging CS
− Alarm Logging Runtime − WinCC Explorer
− Global Scripts − Tag Logging CS − Tag Logging Runtime − Text Library
− User Administrator
Đối với việc in báo cáo, bạn phải đặt thời gian in, và môi trường in, hệ thống cung cấp các lựa chọn có thể sau:
− In được khởi động bởi người sử dụng (Print start by user) − Tại một điểm đã được chọn trước (At a preselected time) − Chu kỳ in (Cyclic output)
− In ra màn hình (Output to the screen)
− In ra một máy In đã được chọn trước (Output to a preselected printer) − In vào một file (Output to a file)
− Output to a page area 4.1.5.4 Alarm –Logging
Bộ soạn thảo “Alarm Logging” chịu trách nhiệm nhận và lưu trữ các thông báo (message).Nó có các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, và để chuẩn bị, hiển thị, chấp nhận và lưu trữ chúng:
Alarm Logging được chia thành 2 phần: Hệ thống cấu hình và hệ thống thời gian thực. − Nhiệm vụ của hệ thống cấu hình Alarm Logging(ALGCS): sử dụng hệ thống cấu
hình Alarm Logging (ALGCS) đểtạo cấu hình các thông báo sao cho chúng đạt được hệ thống trong thời gian thực mà bạn mong muốn.
− Nhiệm vụ của hệ thống thời gian thực Alarm Logging (ALGRT): nhận thông báo và chấp nhận lời thông báo. Nó chuẩn bị thông báo để hiển thị và lưu trữ
4.2. Xây dựng chương trình giám sát4.2.1. Tạo dự án Project. 4.2.1. Tạo dự án Project.
Hộp thoại Create a new project xuất hiện đặt tên cho dự án trong khung Project name là DATN
4.2.2. Tạo Tag và Group Tags.
Ta thiết lập các biến cho tốc độ quay động cơ của các cân cấp liệu, tốc độ quay của động cơ máy nghiền và lưu lượng của các thành phần (đá sét, đá vôi, quặng sắt, boxit) có kiểu dữ liệu Unsigned 16-bit value
Và các biến cảnh báo lưu lượng của các thành phần trên và lưu lượng vào máy nghiền kiểu dữ liêu Unsigned 8-bit value.
4.2.3. Xây dựng màn hình công nghệ.
Tạo file hình ảnh Main_Screen
Trên cửa sổ Wincc explorer, nhấp chuột phải vào mục Graphics Designer từ cửa sổ