Phần mềm Simatic Manager là hệ điều hành đang được sử dụng rộng rãi cho PLC do Siemens sản xuất. Đây là trung tâm của trạm ES, từ phiên bản 5.2 Siemens đã thêm phần lập trình cho hệ PCS7 (gọi tắt là Simatic PCS7). Với cấu trúc mở, hệ điều hành cho phép người sử dụng dễ dàng nâng cấp hoặc thu gọn phù hợp với quy mô của hệ thống, với nhu cầu cũng như sẵn sàng đáp ứng các cải tiến trong tương lai. Đây là một phần mềm tích hợp tổng hợp dành cho các hệ thống tự động từ việc lập trình, kết nối truyền thông đến theo dõi quá trình hoạt động và lưu trữ dữ liệu. Các chương trình phần mềm thiết lập cho hệ thống có thể được biểu diễn dưới nhiều hình thức, sau đây sẽ là một số chức năng chính của SIMATIC PCS7.
Hình 2.19: Phần mềm PCS7
SIMATIC Manager: phần mềm này làm nền tảng và là trung tâm quản lý cho tất cả các thành phần của trạm kỹ thuật, là mối liên kết toàn bộ dự án. Với SIMATIC Manager ta có thể tạo dự án, tạo thư viện, quản lý và chẩn đoán các thành phần trong dự án, lưu trữ các đối tượng của dự án… SIMATIC Manager thường được sử dụng để quản lý các dự án của nhà máy.
PH (Plant Hierarchy): thiết kế hệ thống phân cấp của nhà máy. PH hỗ trợ cấu hình diện rộng của quá trình điều khiển và quản lý dữ liệu của nhà máy.
HW Config: cấu hình phần cứng cho CPU, định địa chỉ truyền thông, các thiết bị ngoại vi và bus trường…
CFC (Continuous Function Chart): CFC là gói phần mềm định hướng cho nhà máy, cấu hình các đồ họa của tác vụ tự động hóa. Sử dụng CFC thông qua các khối đã được tạo sẵn (đây là gói phần mềm lập trình có cấu trúc). Các khối được quản lý theo nhóm tùy theo chức năng của chúng trong thư viện, thực hiện lập trình bằng các động tá kéo/thả.
SFC (Sequential Function Chart): Là gói phần mềm được cấu hình cho hệ thống điều khiển tuần tự. với hệ thống điều khiển tuần tự, chức năng tự động hóa tiêu cơ sở là được điều khiển trên sự thay đổi trạng thái và cũng có thể chọn lọc từ quá trình.
SCL (Structured Control Language): Đây là ngôn ngữ lập trình giống với Pascal để lập trình cho những tác vụ phức tạp. Trên ES, nó được sử dụng để tạo ra các khối và biên dịch các yêu cầu của CFC/SFC chart.
IEA (Import Export Assistant): sinh ra các mô hình điều khiển.
WinCC (Windows Control Centre): WinCC được sử dụng cho việc cấu hình cho hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy trên nền PCS 7. Với phần mềm này, bạn có thể tạo ra bức tranh quá trình, các báo cáo, các thông báo về hệ thống, đồ thị tín hiệu, nhật ký vận hành… mô phỏng giao diện toàn bộ quá trình vận hành của hệ thống một cách trực quan.
Graphics Designer Editor: thiết kế các đối tượng đồ họa, hình ảnh và hình động. Commissioning Wizard: khi PC khởi động lại, chương trình tự động phát hiện những Module SIMATIC mới được cài đặt thêm và hướng dẫn người dùng từng bước cài đặt và cấu hình trạm PC.
Configuration Console: với Configuration Console, người dùng có thể thay đổi những thiết lập sau khi Commissioning Wizard khởi chạy. Các điềm truy cập luôn luôn sử dụng nó để cấu hình.
Station Configurator: hiển thị cấu hình PC thực tế tìm thấy được và cấu hình cho hệ thống PCS 7.
Multiproject: trong SIMATIC Manager, người dùng có thể khởi tạo các dự án (single project hoặc multiproject). Một Multiproject có thể chứa nhiều dự án nhỏ và môt thư viện dữ liệu Master.
Master Data Library: liên quan với Multiproject. Khác với các thư viện ứng dụng cụ thể hoặc các hệ thống khác, một thư viện dữ liệu Master nằm trong một Multiproject và tập hợp tất cả các chức năng sử dụng trong Multiproject.
Process Objects View: trong trạm kỹ thuật, người dùng có thể tạo ra nhiều đối tượng. Process Objects View chứa đựng tất cả các khía cạnh kỹ thuật của một dự án. Process Objects View hiển thị những đối tượng này và chỉnh sửa chúng ngay trong chế độ hiển thị.
SIMATIC NET: Commissioning Wizard,Configuration Console và Station Configurator là những giao diện của SIMATICNET. SIMATICNET là nền tảng cho cấu hình mạng và cấu hình hệ thống bus sử dụng trong một dự án SIMATIC.
AS bao gồm thiết kế hệ thống phân cấp nhà máy, các khối chức năng, các CFC, các SFC; cấu hình cho phần cứng và các thành phần truyền thông.
OS thiết kế các chức năng vận hành và đồ họa.
Điều quan trọng đầu tiên trước khi bắt tay vào thiết kế một hệ thống tự động cho một nhà máy, bạn phải đặt ra các kế hoạch hay các phương án mà các phương án đó dựa trên cơ sở là quá trình vận hành như thế nào, dựa vào đây bạn có thể ước lượng được số OS; mức độ, tốc độ, khoảng cách và số trạm tham gia kết nối từ đó bạn có thể ước lượng được bus hệ thống sử dụng là những bus nào; xác định số lượng và vị trí đặt các bộ điều khiển trung tâm, số lượng các module vào/ra tập trung và vào/ra phân tán hay yêu cầu điều khiển để xác định loại module phải được tính toán rất kỹ. Ngoài ra bạn còn phải dựa vào kích cỡ của dự án, yêu cầu của khách hàng, tính sẵn sàng hay nói cách khác là hệ thống có độ tin cậy cao, điều kiện về vị trí (độ cao) và môi trường xung quanh vị trí dự định lắp đặt, tính năng đáp ứng hay tính năng thời gian thực.
Nói chung công việc tích hợp một mạng truyền thông cho một nhà máy là một công việc khó khăn và phức tạp, đòi hỏi người thiết kế không những am hiểu sâu sắc về mặt kỹ thuật trong các hệ thống tự động, am hiểu về công nghệ mà còn phải tùy chọn dựa trên nhiều phương án và tiêu chí khác nhau để đưa ra một cấu hình vừa tối ưu về chỉ các tiêu kỹ thuật và kinh tế.
2.2.3.1 Chức năng thiết lập tập tin và cấu hình phần cứng
Đây là phần dùng để thiết lập, lưu trữ các thiết lập cho cấu hình phần cứng CPU, các môđun mở rộng và mạng Profibus đơn giản của PCS7 mà mọi trạm ES đều phải có và nó được tích hợp sẵn trong SIMATIC Manager.
SIMATIC MANAGER cho phép thiết lập tập tin mới hoặc mở một tập tin có sẵn. Nó cung cấp hệ thống thư viện các trạm PLC từ đơn giản cho đến cao nhất phục vụ cho việc thiết lập các thành phần của PCS7.
2.2.3.2 Chức năng thiết lập truyền thông
Để kết nối thiết bị lập trình với PLC thông qua mạng Ethernet, Profibus hoặc MPI, ta phải sử dụng modul truyền thông. Với các thiết bị lập trình chuyên dụng, modul truyền thông đã được tích hợp sẵn còn khi sử dụng máy tính thì ta phải cài đặt và thiết lập cho cổng truyền thông. Có thể thực hiện việc cài đặt truyền thông trong
cửa sổ chức năng. Từ đó thực hiện việc chọn thiết bị giao tiếp phù hợp với thực tế. Cần lưu ý rằng việc đặt các thông số kỹ thuật phải phù hợp
2.2.3.3 Chức năng thiết lập cấu hình mạng
SIMATIC PCS7 cung cấp chức năng thiết lập cấu hình mạng, từ cấp thấp nhất là cấp hiện trường (bao gồm DP, PA, AS-I) cho đến cấp cao nhất là kết nối mạng LAN toàn bộ hệ thống các máy tính điều hành. Cụ thể là:
Cấp hiện trường như Profibus – PA, Profibus DP, AS – I.
Cấp các trạm phân tán – DP như Profibus – FMS, Profibus – DP.
Cấp điều hành – Ethernet công nghiệp trên nền tảng các thiết bị truyền thông như modul truyền thông CP1613, modul truyền thông CP CP443-1, modul Ethernet công nghiệp ITP80, cáp truyền thông RJ45.
2.2.3.4 Chức năng thiết lập các chương trình điều khiển
SIMATIC PCS 7 Cung cấp rất đa dạng các ngôn ngữ để thực hiện chương trình điều khiển, có thể chia làm hai nhóm chính, đó là: nhóm các ngôn ngữ cơ bản như: SLT, LAD, FBD và nhóm các ngôn ngữ chuyên biệt như: GRAPH, HIGRAPH, CFC, SCL, DOCPRO, SFC, TH…v.v.
Ngôn ngữ Technological hierarchy (TH):
Dưới dạng này các phần trong chương trình được xắp sếp theo nhóm, khối phù hợp với thứ tự của các phần tử trong hệ thống. Các thông tin về hệ thống cũng được hiển thị tương ứng. Do đó các kĩ sư công nghệ quan sát rõ ràng từ chi tiết đến tổng thể quá trình.
Chương trình dạng TH có thể được lấy trực tiếp từ trạm OS và hiển thị trên thiết bị lập trình theo trình tự các khối đúng theo thứ tự các phần tử trong hệ thống thật. Ứng dụng này dùng để nhận dạng cấu hình hệ thống . - Ngôn ngữ Continous Function Chart (CFC): Các khối hàm chức năng được hình ảnh hoá và chứa các hàm liên tục theo tiêu chuẩn IEC 1131. Trong chương trình người sử dụng sau khi xác định khối hàm cần dùng có thể gọi ra và sắp xếp, đặt thông số yêu cầu và liên kết các hàm. Trong CFC người sử dụng có thể dùng để kiểm tra hệ thống hoặc đặt thêm hàm.
Ngôn ngữ Sequential Function Chart (SFC): Dùng để thiết lập một nhóm các quá trình. Các thao tác điều khiển nối tiếp nhau được hình ảnh hoá và hiển thị một cách đơn giản. Người sử dụng có thể gọi các khối hàm bằng cách kéo thả hoặc nhập tên hàm vào vị trí muốn xếp hàm. Sau đó có thể nối nối tiếp hoặc nối vòng các khối hàm để tạo ra chương trình đáp ứng yêu cầu công nghệ. SFC cũng cho phép kiểm tra chưng trình hoặc tạo ra các khối hàm mới một cách dễ dàng và trực quan.
Ngôn ngữ Structured Control Language (S7-SCL): Đây là dạng ngôn ngữ bậc cao giống như PASCAL, dùng để tạo các khối hàm riêng của người lập trình theo tiêu chuẩn IEC 61131-3. Các khối này hoàn toàn tương thích với các phần mềm khác trong ES và có thể được sắp xếp giống như các khối trong CFC.
Ngôn ngữ Graph: Graph cung cấp các khối chức năng để thiết kế các mạnh điều khiển trình tự, bao gồm các trạng thái, các chuyển tiếp, các điều kiện. Trên nên Graph có thể thực hiện được các chức năng như: truy cập trực tiêp tới chương trình điều khiển, thực hiện việc mô phỏng chưng trình đã viết, thực hiện giám sát chương trình đang thực thi trên các trạm PLC được kết nối, thực hiện cài đặt và giám sát các thông tin (bao gồm thông tin về cấu hình, thông tin chương trình, thông tin về mạng…v.v) của các trạm PLC nối tới máy tính.