Thụng thường, một hệ thống điều khiển tự động yờu cầu một phần mềm chuyờn dụng để xõy dựng giao diện điều khiển người-mỏy HMI cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu. Phần mềm WinCC của hóng Siemens là phần mềm chuyờn dụng cho mục đớch này.
WinCC (Windows Control Center -Trung tõm điều khiển chạy trờn nền Windows) là phần mềm đầu tiờn trờn thế giới sử dụng để tớch hợp giữa phần mềm điều khiển nhà mỏy với cỏc quỏ trỡnh tự động. Cỏc thành phần rất gần gũi với người dựng của WinCC cho phộp một sự kết nối thụng suốt từ những ứng dụng cũ và mới. Trong dũng cỏc sản phẩm phục vụ cho vận hành và giỏm sỏt, WinCC thuộc những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển.
FC1 FB2 FC7
FB5 FC3 FB9
Hệ điều
hành OB1
Số cỏc lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phộp tuỳ từng loại module CPU
Một trong những đặc điểm nổi bật của WinCC là đặt tớnh mở. Nú cú thể sử dụng một cỏch dễ dàng với cỏc phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng tạo nờn giao diện người-mỏy đỏp ứng nhu cầu thực tế một cỏch chớnh xỏc. WinCC kết hợp cỏc bớ quyết của Siemens-cụng ty hàng đầu trong lĩnh vực tự động húa quỏ trỡnh và Microsoft cụng ty hàng đầu trong việc phỏt triển phần mềm cho PC.
IV.2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA WINCC :
Sử dụng cụng nghệ phần mềm mới nhất : Nhờ sự cộng tỏc chặt chẽ giữa Siemens và Microsoft, người dựng cú thể yờn tõm với sự phỏt triển của cụng nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu.
Hệ thống khỏch/chủ với cỏc chức năng giỏm sỏt diều khiển : Ngay từ hệ thống WINCC cơ sở đó cú thể cung cấp tất cả cỏc chức năng để người dựng cú thể khởi động cỏc yờu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hỡnh ảnh, cỏc cảnh bỏo, đồ thị trạng thỏi, cỏc bỏo cỏo cú thể dễ dàng được thiết lập.
Sử dụng hệ thống tài nguyờn chuẩn của WinCC : WinCC cú một bộ cụng cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như ToolBox, cỏc Control, cỏc OCX (OLE Customs Control) được đặt dễ dàng trờn cửa sổ khi thiết kế.
Sử dụng cỏc ứng dụng Windows quen thuộc (như Access, Excel...) thụng qua cỏc chuẩn của Windows (như DDE, OLE, ODBC, và ActiveX) cựng kết hợp làm việc với WinCC. Nhờ đú mà ta cú thể lợi dụng cỏc tớnh năng mạnh như sức mạnh tớnh toỏn của Excel, quản trị dữ liệu của Access.
Sử dụng cỏc cụng cụ phỏt triển riờng (Visual C hoặc Visual Basic) vào WinCC. Nhờ vậy cú thể tạo ra một hệ thống cú tớnh đặc thự cao, tinh vi gắn liền với một cấu hỡnh nào đú.
Cú thể nõng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp: WinCC là một module trong hệ thống tự động húa, vỡ thế cú thể sử dụng nú để mở rộng hệ thống một cỏch linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp, từ hệ thống với một mỏy tớnh giỏm sỏt đến hệ thống với nhiều mỏy tớnh giỏm sỏt hay hệ thống cú cấu trỳc phõn tỏn với nhiều mỏy chủ.
Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đó được tớch hợp sẵn: Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đó được tớch hợp sẳn trong WinCC. Tất cả cỏc dữ liệu về cấu hỡnh hệ thống và dữ liệu của quỏ trỡnh điều khiển được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này. Người dựng cú thể dễ dàng truy cập đến cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity). Sự truy cập này cho phộp WinCC chia sẻ dữ liệu với cỏc ứng dụng và cơ sở dữ liệu khỏc chạy trờn nền Windows.
Ngụn ngữ vạn năng: WinCC được phỏt triển dựng ngụn ngữ lập trỡnh ANSI-C (American National Standardization Institute) được tiờu chuẩn húa bởi viện tiờu chuẩn húa quốc gia Mỹ.
Cú thể cài đặt cấu hỡnh trực tuyến bằng cỏc Wizards: Người thực hiện việc cài đặt cấu hỡnh hệ thống cú một thư viện đầy đủ cựng với cỏc hộp hội thoại và cỏc Winzards. Tại giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống, cỏc thay đổi cú thể thực hiện trực tuyến (online).
Giao tiếp hầu hết cỏc loại PLC: WinCC cú sẳn cỏc kờnh truyền thụng để giao tiếp với cỏc PLC của Siemens như Simatic S5, S7, 505.. cũng như thụng qua cỏc giao thức chung như PROFIBUS, DDE hay OPC...
VI.2.2. CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CƠ BẢN CỦA WINCC :
Giao diện người sử dụng(User interface)
Khụng phụ thuộc vào cỏc ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn giản hay phức tạp, dựng WinCC ta cú thể thiết kế ra cỏc giao diện cho người sử dụng để phục vụ cho việc điều khiển và tối ưu hoỏ quỏ trỡnh sản xuất .
Với WinCC, sơ đồ cụng nghệ của hệ thống được hiển thị trờn màn hỡnh điều khiển cựng tất cả cỏc giỏ trị về trạng thỏi (đúng, mở), giỏ trị của cỏc tham số điều
khiển (mức nhiờn liệu của cỏc bồn bể, nhiệt độ, ỏp suất, ...). Ngay trờn giao diện điều khiển, ta cũn cú thể hiển thị một bảng điều khiển chuẩn (faceplate) giống như mặt mỏy của cỏc bộ điều khiển theo vũng kớn (loop - controller) hay đồ thị của cỏc tham số điều khiển biến đổi theo thời gian thực.
Bất cứ người nào quen thuộc với mỏy tớnh với bàn phớm , con chuột đều cú thể làm việc với WinCC và cú thể thiết kế giao diện như trờn một cỏnh dễ dàng .
Giao diện người sử dụng cho phộp hiển thị quỏ trỡnh hội thoại giữa người điều khiển với quỏ trỡnh điều khiển một cỏnh linh hoạt và phụ thuộc vào nhu cầu của quỏ trỡnh điều khiển. Màn hỡnh điều khiển cú thể thể hiện quỏ trỡnh cụng nghệ một cỏch toàn cảnh, qui trỡnh cụng nghệ chớnh hoặc một cụm cụng nghệ nào đú cần giỏm sỏt. Tớnh năng này được hỗ trợ bởi Split Screen Wizard. Cỏc hỡnh ảnh của quỏ trỡnh điều khiển cú thể cấu trỳc theo sơ đồ hỡnh cõy để cú thể theo dừi quỏ trỡnh một cỏch tổng thể. Việc chia cỏc hỡnh ảnh này được hỗ trợ bởi picture tree manager một cỏch tiện lợi. Tại đõy ta cú thể dựng chuột để di chuyển một hỡnh ảnh từ một vị trớ này tới một vị trớ khỏc trờn sơ đồ hỡnh cõy Split Screen Wizard và Picture Tree Manager đó cú sẵn trong phiờn bản WinCC cơ bản (WinCC / Basic Process Control).
WinCC cú thể ghi nhớ cỏc giỏ trị của cỏc biến. Và cũng như vậy, nú cú thể ghi nhận ngày thỏng, thời gian, người sử dụng, giỏ trị cũ và mới. Vỡ thế, diễn biến của những quỏ trỡnh cú tớnh chất kịch tớnh cú thể được tỏi tạo lại phục vụ cho mục đớch phõn tớch.
Quyền truy nhập hệ thống và cụng tỏc quản trị người sử dụng
WinCC chỉ cho phộp những người được uỷ quyền truy cập vào hệ thống. Cú tới 1000 mức truy cập khỏc nhau cho phộp phõn chia quyền truy cập và can thiệp vào hệ thống ở mức độ khỏc nhau. Mật khẩu (Password) và tờn người sử dụng (user name) xỏc định quyền truy cập của mỗi người. Điều này cũng cú thể được định nghĩa lại trong quỏ trỡnh vận hành hệ thống. Một cụng cụ cú tờn là “ User Administrator ” (Quản trị người sử dụng) được dựng để thoả món mục đớch này. Quyền truy cập sẽ hết hiệu lực nếu thời hạn cho phộp đó kết thỳc.
Chuyển đổi ngụn ngữ sử dụng
Một vài ngụn ngữ cú thể được xỏc lập trong quỏ trỡnh cài đặt để làm ngụn ngữ sử dụng của một dự ỏn. Trong quỏ trỡnh vận hành, người sử dụng chỉ việc nhấn chuột vào một hộp thoại để thay đổi ngụn ngữ sử dụng .
VI.2.3 . CÁC MODUL CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA WINCC :
Tuỳ theo chức năng sử dụng mà người dựng cú thể chọn cỏc gúi khỏc nhau của WinCC như là một trong cỏc lựa chọn của sản phẩm. Cỏc gúi cơ bản của WinCC chia làm hai loại như sau :
WinCC Runtime Package (Viết tắc là RT) : chứa cỏc chức năng ứng dụng dựng để chạy cỏc ứng dụng của WinCC như hiển thị , điều khiển, thụng bỏo cỏc trạng thỏi, cỏc giỏ trị điều khiển và làm cỏc bỏo cỏo.
WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xõy dựng cấu hỡnh hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng ( Runtime).
Cỏc gúi này cú cỏc phiờn bản khỏc nhau tuỳ theo số lượng cỏc tham số làm việc (powertag) mà nú cú thể đỏp ứng: 128, 256, 1024, 65536 Powertags. Powertags là cỏc tham số làm việc mà bộ điều khiển theo dừi giỏ trị của nú bằng việc nối ghộp với quỏ trỡnh và thiết bị mà nú điều khiển hoặc giỏm sỏt. Trong trường hợp người sử dụng muốn nõng cấp từ một phiờn bản cú số Powertag nhỏ lờn cấp lớn hơn, họ cú thể mua cỏc phiờn bản chuyờn để nõng cấp gọi là WinCC Powerpacks.
Ngoài cỏc gúi phần mềm cơ bản trờn, WinCC cũn cú cỏc modul nõng cao dành cho những ứng dụng cấp cao hơn ( WinCC Options) và cỏc modul mở rộng đặc biệt ( WinCC Add-on). Cỏc WinCC Options là sản phẩm của Siemens Automation and Drive (A$ D). Cỏc WinCC Add-on là cỏc sản phẩm của cỏc
bộ phận khỏc của Siemens hay cỏc đối tỏc của Siemens xõy dựng lờn nhằm mở rộng chức năng hay để phự hợp với từng loại ứng dụng.
1. Chức năng đồ họa - Trỡnh soạn thảo Graphic Designer :
Để thực hiện cụng việc mụ phỏng quỏ trỡnh bằng những hỡnh ảnh trực quan Win CC cú một giao diện khỏ hoàn chỉnh dành cho người sử dụng thụng qua trỡnh ứng dụng thiết kế đồ hoạ Graphic Designer.
Trỡnh ứng dụng Graphic Designer giỳp cho người lập trỡnh cú khả năng vẽ lại toàn bộ quỏ trỡnh, cỏc mụ hỡnh của đối tượng.
Việc mụ phỏng hệ thống chia làm hai bước:
Thể hiện hệ thống ở trạng thỏi tĩnh: Sử dụng cỏc đối tượng chuẩn vẽ cỏc hỡnh ảnh cần thiết kế. Mỗi đối tượng khi được thả xuống thỡ nú cú cỏc giỏ trị thuộc tớnh mặc định. Người thiết kế cần đặt cỏc giỏ trị như vị trớ, màu nền, màu đường, phụng chữ hiển thị, độ lớn...
Thể hiện hệ thống ở trạng thỏi động: WinCC cú cỏc chức năng tiện ớch phục vụ cho cỏc nhu cầu thể hiện trạng thỏi động đồng thời với sự thay đổi về mặt điện của hệ thống điều khiển ngoài thụng qua mạng . Để thể hiện được cỏc trạng thỏi động của hệ thống khi thiết kế cần phải đặt cỏc
biến chương trỡnh (tag) trong Tag management.
Cỏc biến chương trỡnh được gắn liền với thuộc tớnh của đối tượng. Đối tượng ở đõy là cỏc thiết bị cần được giỏm sỏt trong nhà mỏy. Cỏc biến chương trỡnh thực chất là một vựng nhớ xỏc định trong mỏy tớnh (Internal Tag) hay một vựng nhớ điều khiển bờn ngoài thay đổi theo quỏ trỡnh vận hành (Process Tag). Sự thay đổi thuộc tớnh của cỏc đối tượng sẽ dẫn đến sự thay đổi giỏ trị của cỏc biến chương trỡnh.
Cỏc đặc tớnh của chương trỡnh Graphic Designer : Dễ dàng sử dụng, giao diện đơn giản.
Sắp xếp hợp lý với 1 thư viện biểu tượng kớn.
Giao diện mở đối với việc chốn đồ hoạ và trợ giỳp kết nối ole 2.0 Đặc tớnh động cú khả năng định dạng của cỏc đối tưọng tranh với trợ
giỳp từ “dynamic wizard”.
Liờn kết đến cỏc chức năng cộng thờm bằng mó hữu dụng. Liờn kết cỏc đối tượng đồ hoạ được tự tạo ra.
2. Xõy dựng và sử dụng hàm chức năng - Trỡnh soạn thảo “global scripts”
Đõy là phần tổng quỏt của cỏc action và cỏc hàm C mà đựơc dựng trong toàn bộ project hoặc ngay cả trong cỏc project khỏc.
Cỏc đặc tớnh:
Khả năng tạo ra cỏc action và cỏc hàm C
Khả năng bổ xung cỏc action và cỏc hàm C qua toàn bộ project hay trong cỏc project khỏc.
Thư viện của WinCC chứa nhiều hàm chuẩn, mỗi hàm thực hiện một chức năng khỏc nhau. Để mở rộng chức năng và tạo sự linh hoạt trong việc lập trỡnh ta cú thể xõy dựng một cơ sở dữ liệu riờng nhằm thực hiện cỏc mục đớch khỏc nhau. Cơ sở dữ liệu này được viết bằng ngụn ngữ lập trỡnh C và được WinCC biờn dịch. WinCC chứa cỏc hàm chức năng sau:
Cỏc hàm ứng dụng (Project Function): Cỏc hàm này được sử dụng trong trỡnh ứng dụng WinCC. Người lập trỡnh cú thể thay đổi hay thiết lập một hàm ứng dụng mới tuỳ theo những ứng dụng cụ thể.
Cỏc hàm chuẩn (Standard Function): Là cỏc hàm chức năng riờng mà WinCC hỗ trợ cho người lập trỡnh theo chuẩn của nú. Hàm chuẩn được dựng cho tất cả cỏc ứng dụng. Cú thể thay đổi những hàm sẵn cú
hay tạo ra những hàm chuẩn mới, cỏc thao tỏc đú được thực hiện bằng ngụn ngữ C.
Cỏc hàm nội (Internal Function): Đõy là cỏc hàm chức năng đặc biệt của WinCC. Người lập trỡnh chỉ được sử dụng mà khụng được phộp thay đổi chỳng.
Cỏc hàm nền (Action): Cỏc hàm nền (Background Function) được hiểu như cỏc đoạn mó dữ liệu chạy ngầm trong chương trỡnh để xử lý một cụng việc xỏc định. Khi thiết kế ta phải xõy dựng hoàn toàn cỏc hàm này hoạt động theo cỏc điều kiện gọi là Trigger cú điều kiện đú là:
o Acyclic Trigger: Là điều kiện kớch hoạt hàm theo thời gian định sẵn.
o Cycle Trigger: Là điều kiện kớch hoạt hàm theo thời gian.
o Tag Trigger: Là điều kiện kớch hàm theo trạng thỏi cỏc biến.
3. Thiết lập và hiển thị thụng bỏo hệ thống - Trỡnh soạn thảo “alarm logging”:
Trong quỏ trỡnh điều khiển, hệ thống cú chức năng giỏm sỏt, dũ tỡm lỗi, khoanh vựng sự cố, đưa ra cỏc thụng bỏo về tỡnh trạng vận hành của hệ thống dưới dạng cỏc trang ghi chộp hệ thống hay cũn gọi là nhật kớ sự kiện. Người vận hành cú thể dựa vào đú để vận hành hệ thống một cỏch tin cậy. Chức năng trờn được thực hiện nhờ trỡnh ứng dụng Alarm Logging của WinCC. Cỏc thụng bỏo bao gồm:
Thụng bỏo lỗi. Cảnh bỏo.
Hiển thị cỏc thụng tin về trạng thỏi hiện hành của hệ thống.
Trong WinCC mỗi một thụng bỏo được gỏn với một biến chương trỡnh. Khi biến chương trỡnh đặt trước hay cú một bit xỏc định nào đú xỏc lập lờn “1” thỡ tương ứng đú là một thụng bỏo.
Cỏc thụng bỏo bao gồm cỏc thụng tin thời gian khi hệ thống xỏc lập được điều kiện xóy ra thụng bỏo, bit xỏc định được dựng lờn ngày giờ thiết lập thụng bỏo, thụng tin cần thiết đi kốm thụng bỏo...
Cỏc đặc tớnh:
Thụng tin toàn diện về tỡnh trạng hoạt động và lỗi. Trỏnh và làm giảm thời gian dừng mỏy.
Tăng chất lượng sản phẩm.
4. Thiết lập và hiển thị thụng tin thu thập dưới dạng đồ thị - Trỡnh soạn thảo “Tag logging”
Quỏ trỡnh thu thập số liệu là quỏ trỡnh khụng thể thiếu được trong quỏ trỡnh sản xuất, đú chớnh là chức năng của một hệ SCADA. Thụng thường cỏc số liệu cần thu thập được thể hiện dưới dạng cỏc bảng số liệu trực tuyến, đồ thị. Cỏc giỏ trị này cú một tờn danh định trong phần mềm WinCC và được gỏn cho cỏc biến chương trỡnh. Sự thay đổi cỏc giỏ trị trong chương trỡnh phụ thuộc vào quỏ trỡnh vật lớ bờn ngoài của đối tượng được gỏn cho cỏc biến chương trỡnh (Tag). WinCC hỗ trợ chức năng hiện giỏ trị đo thụng qua trỡnh ứng dụng Tag Logging.
Cỏc phương phỏp thu thập và lưu trữ dữ liệu:
o Liờn tục theo chu kỳ (cyclical logging): cỏc giỏ trị được thu thập một cỏch liờn tục theo chu kỳ và trong trật tự thời gian.
o Theo chu kỳ lựa chọn (selective logging): quỏ trỡnh thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu khi xóy ra một sự kiện nào đú và kết thỳc khi sự kiện đú chấm dứt. Sự kiện cú thể là:
Thay đổi giỏ trị của một biến nhị phõn
Tại một thời điểm định trước . Tỏc động của bàn phớm hoặc chuột.
Cú lệnh của hệ thống mỏy tớnh cấp cao hơn.
o Khụng theo chu kỳ: Sự kiện bắt đầu phụ thuộc vào một hay nhiều bit, quỏ trỡnh thu thập dữ liệu bắt đầu khi cỏc bit này chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại.
Thời gian thu thập và lưu trữ:
Thời gian thu thập (Acquisition Time): là khoảng thời gian mà giỏ trị đú sao chộp từ quỏ trỡnh thực thụng qua mạng.
Thời gian lưu trữ (Archiving Time): là khoảng thời gian để thực hiện thụng tin