CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCCTÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC
2.8. Tổng quan về phần mềm WinCC Explorer
Trong công nghiệp vấn đề giao diện người - máy HMI (Human Machina Interface) rất quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Hãng Siemens đưa ra một số phần mềm để xây dựng giao diện người - máy như Protool/Protool CS, WinCC Explorer có tính linh hoạt và mềm dẻo để thực hiện giải pháp kỹ thuật thực hiện giao diện người - máy. Những phần mềm này không những có thể sử dụng cho các thiết bị của chính hãng mà nó còn mở rộng tương thích với các thiết bị của hãng khác như của GE (General Electric), Allen Bradly, Misubishi Electric,... thông qua các kênh điều khiển riêng.
WinCC Explorer là phần mềm của hãng SIEMENS hiện đang được dùng phổ biến trên Thế giới và Việt Nam. WinCC Explorer hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, thép, dầu khí,...
WinCC Explorer 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 đưa ra những modul chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ hoạ, những thông báo, những lưu trữ, và những báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh, và những chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao đem lại cho người 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 Explorer đưa ra những giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong 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 tượng và những tài liệu được 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 trường Windows.
2.8.1 Các khái niệm thường dùng trong WinCC Explorer
WinCC Explorer
Hình 2.9. Giao diện WinCC Explorer
Nó được xuất hiện khi khởi động WinCC Explorer. Tất cả các phần của WinCC Explorer đều được 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 người máy cần có cũng như việc xây dựng 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 Explorer. Tại đây bạn có thể đặt cấu hình (Computer, Tag,...) và khởi động mode Runtime.
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 đếm (Proces Image) cho các tag.
Nhiệm vụ của WinCC Eplorer - Tạo một dự án mới.
- Đặt cấu hình trọn vẹn.
- Gọi và lưu trữ dự án.
- Quản lí dự án: Mở, lưu, di chuyển và copy.
- Chức năng ấn bản mạng cho nhiều người 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 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.
- 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 như mô phỏng khi chạy (simulation), trợ giúp hoạt động đặt cấu hình dữ liệu, chuyển đồi các picture, thể hiện trạng thái và tạo thông báo.
Các loại Project
WinCC Explorer 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 như kết nối với bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của dự án đều được thực hiện trên máy tính này.
- Dự án nhiều người dùng (Multi- User Project): Một dự án nhiều người 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 được truy nhập vào một server. Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client. Dữ liệu của dự án như là các hình ảnh (picture), các tag, dữ liệu được lưu 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. Vận hành hệ thống được thực hiện từ các client.
- 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 được liên kết có dự án của riêng chúng. Cấu hình của project server được thực hiện trong server hoặc trong các client, cấu hình của dự án multi-client được thực hiện trong dự án multi-client.
Một server có thể được truy nhập tối đa 16 client. Một dự án multi-client có thể truy nhập được tối đa 6 server. Có nghĩa là dữ liệu của 6 server có thể được giám sát và điều khiển trên một màn hình của dự án multi-client.
Các thành phần cơ bản trong 1 dự án của WinCC Explorer:
- 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.
Hình 2.10. Giao diện Tag Managerment.
- Graphics Designer: Cung cấp các biểu tượng đồ hoạ và nối để tạo thành quá trình.
Hình 2.11. Giao diện Graphics Designer.
- Alarm Logging: Đảm nhận đưa tin từ quá trình chuẩn bị, hiển thị, nhận, lưu trữ những tin tức theo một quy luật.
Hình 2.12. Cửa sổ Alarm Logging.
- Text Library: Chứa đựng các ngôn ngữ phụ thuộc văn bản mà chúng ta tạo ra.
- Report Designer: Cung cấp một báo cáo tổng hợp mà có thể dùng để báo cáo như dữ liệu sử dụng, các giá trị hiện thời và giá trị cất giữ, bản tin hiện thời và bản tin lưu trữ, và các văn bản của bản thân hệ thống.
- Global Scrips: Cho phép tạo ra 1 dự án động đặc biệt theo yêu cầu.
- Trình soạn thảo này cho phép tạo ra các hàm giống như 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, lưu trữ chúng dài hạn.
2.8.2 Hàm trong WinCC Explorer
Trong dự án WinCC Explorer, các thành phần của quá trình luôn luôn có liên quan và phụ thuộc lẫn nhau, mỗi thành phần có chức năng riêng mà chúng ta phải tạo ra theo yêu cầu công việc như việc hiển thị các giá trị của biến qúa trình, các nút ấn với các chức năng khác nhau, việc in ấn các báo cáo trạng thái hệ thống. Để tạo ra các chức năng này, WinCC Explorer hỗ trợ các hàm khác nhau mà người lập trình có thể sử dụng để định dạng hệ thống. Tuy nhiên ta có thể viết các hàm riêng để tạo ra cho các yêu cầu khác mà WinCC Explorer không hỗ trợ bằng trình soạn thảo Global scrip, sau đó có thể dùng các hàm mà mình đã tạo ra có thể sử dụng nhiều lần hoặc nhiều dự án phụ thuộc cùng loại.
a) Nhóm hàm chuẩn (Standard Function)
* Nhóm hàm cho Graphics:
- Openpicture: Gọi trực tiếp các ảnh có phần mở rộng .pdl bằng tham số là tên của ảnh đó.
- SetTagNameWithConnect: Gọi gián tiếp ảnh thông qua tên Tag đã được gán trong thuộc tính của ảnh đó, 3 tham số của hàm là tên ảnh, tên đối tượng và tên tag.
* Nhóm hàm cho Report:
- ReportJob: Dùng để gọi lớp báo cáo được soạn thảo bằng Report designer, tham số để gọi hàm là tên lớp report có phần mở rộng .rpl
- RPTjobPreview: Dùng để xem trước lớp báo cáo đã soạn thảo, tham số để gọi hàm là tên lớp báo cáo có phần mở rộng .rpl
- RPTjobPrint: Dùng để in báo cáo, tham số để gọi hàm là tên báo được gán bởi lớp báo cáo cần in.
* Nhóm hàm WinCC:
- OnErrorExecute: Dùng để đọc lỗi khi chạy thời gian thực.
* Nhóm hàm Windows:
- ProgramExecute: Dùng để gọi các trình ứng dụng khác khi chạy thời gian thực. Tham số gọi hàm là các chương trình ứng dụng chạy trên nền Windows có phần mở rộng là *.exe
* Nhóm hàm cho Alarm
Dùng để quản lý việc hiển thị các thông báo, định vị lối, nguyên nhân gây lỗi...
* Nhóm hàm cho Split Screen maneger:
Dùng để quản lý việc chia các màn hình giám sát.
* Nhóm hàm cho Tag Logging
Dùng để tạo các chức năng hiển thị các bảng lưu trữ các biến quá trình, hiển thị dạng đồ thị các biến quá trình.
b) Nhóm hàm trong (Internal function)
* Nhóm hàm đọc giá trị tag
- GetTagBit: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu là Binary.
- GetTagByte: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu là 1Byte.
- GetTagWord: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu là 1 từ.
- GetTagchar: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu kí tự.
- GetTagDouble: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu số double.
- GetTagFloat: Đọc nội dung của tag có dạng dữ liệu số thực.
* Nhóm hàm gán giá trị cho tag
- SetTagBit: Đặt giá trị G hoặc l cho Tag có dạng Binary.
- SetTagbyte: Đặt giá trị cho tag dạng Byte.
- SetTagWord: Đặt giá trị cho tag có dạng dữ liệu là l từ.
- SetTagchar: Đặt giá trị cho tag có dạng dữ liệu ký tự.
- SetTagDouble: Đặt giá trị cho tag có dạng dữ liệu số double.
- SetTagFloat: Đặt giá trị cho tag có dạng dữ liệu số thực.
* Nhóm hàm cho Graphics
- Nhóm hàm gán các giá trị cho các thuộc tính của đối tượng đồ hoạ.
- Nhóm hàm đọc giá trị các thuộc tính của các đối tượng đồ hoạ.
c) Dynamic Wizard
Ngoài các hàm mà WinCC Explorer hỗ trợ, thì trong trình soạn thảo Graphics designer còn có một cửa sổ Dynamic Wizard hỗ trợ các chức năng đặc biệt khi đặt cấu hình cho dự án như thoát khỏi WinCC Explorer, thoát chế độ runtime, in màn hình runtime (hard copy), gọi các trình ứng dụng khác... Các hàm chức năng trong cửa sổ được gán cho các đối tượng đồ hoạ bằng cách đánh dấu đối tượng sau đó nháy đúp chuột vào hàm được liệt kê trong cửa sổ. Sau đó xuất hiện hộp thoại cho ta chọn các tham số và ấn nút finish để kết thúc, lúc này đối tượng đã được gán hàm mà ta không cần phải gọi hàm và biên dịch khi gán hàm cho đối tượng.
2.8.3. Truyền thông trong WinCC Explorer
Truyền thông là thuật ngữ dùng để mô tả sự truyền dữ liệu giữa hai đối tác truyền thông. Dữ liệu được truyền có thể phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Trong trường hợp giữa PC và PLC dữ liệu được sử dụng để:
- Điều khiển đối tác truyền thông
- Hiển thị trạng thái của đối tác truyền thông
- Báo cáo các trạng thái bất thường của đối tác truyền thông - Lưu trữ
Trong công nghiệp, tuỳ theo yêu cầu các mạng khác nhau có sẵn cho việc phục vụ truyền thông công nghiệp, các loại mạng sau được liệt kê theo thứ tự tăng dần về quy mô và phạm vi sử dụng tuỳ thuộc bài toán truyền thông:
- MPI
- PROFIBUS
- Industrial Ethernet
Hình 2.13. Mô hình truyền thông giữa wincc và máy tính
Mạng MPI: MPI (giao diện đa điểm) thích hợp cho những mạng kích thước nhỏ.
Nó có thể chỉ được sử dụng phối hợp với SIMATIC S7. Mạng MPI sử dụng giao diện MPI của card xử lý trung tâm PLC cho truyền thông. Giao diện này đã được thiết kế như một giao diện lập trình và nhanh chóng đạt đến những giới hạn thực hiện của nó với yêu cầu truyền thông ngày càng tăng. Một PC có thể truy nhập mạng MPI bằng một card MPI được cài. Những bộ xử lý truyền thông cung cấp sự truy nhập tới PROFIBUS có thể cũng được sử dụng.
Mạng Profibus: PROFIBUS là một mạng được thiết kế cho mức ô và trường, nó là một mạng mở. PROFIBUS được sử dụng để chuyển số lượng dữ liệu từ nhỏ tới vừa giữa một số đối tác truyền thông. Với giao thức DP, PROFIBUS được sử dụng cho truyền thông tới những thiết bị trường thông minh. Kiểu truyền thông này có đặc điểm truyền dữ liệu nhanh, theo chu kỳ.
Mạng Ethernet Công nghiệp: là một mạng thích hợp cho mức quản lý. Nó được sử dụng để chuyển những số lượng lớn dữ liệu qua những khoảng cách dài giữa một số lớn các trạm. Ethernet Công nghiệp là mạng mạnh nhất sẵn sàng cho truyền thông công nghiệp. Nó có thể được định hình và mở rộng dễ dàng mà không cần công sức lớn.
a) Truyền thông trên mạng MPI
* Bộ xử lý truyền thông
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng MPI, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thông thích hợp. Bộ xử lý truyền thông này cũng có thể xử lý để kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS.
SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE: Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cung cấp việc truyền thông tới các PLC SIMATIC S7-300 và S7- 400 xử dụng các kênh truyền thông khác nhau. Trong số đó có sẵn một kênh MPI để truyền thông qua nó.
*Đối tác truyền thông
Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép truyền thông với PLC SIMATIC S7-300 và S7-400. Theo hình minh hoạ dưới đây cho biết các đối tác truyền thông có thể của kênh MPI.
Hình 2.14. Mô hình truyền thông qua mạng MPI.
* Dữ liệu truyền thông
Kênh MPI hỗ trợ việc truyền thông thông qua modul Hardnet và Softnet. Mỗi PC chỉ có thể được sử dụng một modul truyền thông MPI.
b) Truyền thông trên mạng PROFIBUS
*Bộ xử lý truyền thông
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thông thích hợp và một phần mềm điều khiển (driver software) phù hợp được cài đặt cho giao thức truyền thông mong muốn. Có hai loại xử lý truyền thông có sẵn cho WinCC. Đó là của Hardnet và Softnet. Sự khác nhau chủ yếu giữa hai module này là, module Hardnet được tích hợp bộ vi xử lý trong nó nên làm giảm tải CPU của máy tính, còn Sofnet thì không có.
Hardnet:
- Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trên module
- Có thể đồng thời hoạt động hai giao thức trên nó (multi-protocol operation) - Module này mạnh hơn module Sofnet
Sofnet:
- Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trong CPU của máy tính.
- Chỉ có thể hoạt động giao thức tại một thời điểm (single-protocol operation) - Giá thành của module này rẻ hơn modul Harnet
* Trình điều khiển truyền thông (Communication Driver)
Trong WinCC, có nhiều trình điều khiển truyền thông có sẵn cho phép truyền thông thông qua mạng PROFIBUS.
*PROFIBUS DP:
Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP, một trạm WinCC có thể truyền thông với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thể được hoạt động như các DP slave. ứng dụng trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP trong WinCC sẽ cho khả năng làm việc tốt, nếu có một khối lượng nhỏ dữ liệu truyền thông tới một số lượng lớn các thiết bị cấp dưới. Có thể cập nhật tag rất nhanh ngay cả khi dữ liệu bị phân tán.
Đối tác truyền thông: Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP, có thể liên kết truyền thông với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thể được hoạt động như các DP slave. Theo sự mô tả của hình dưới cho biết những đối tác truyền thông có thể.
Hình 2.15. Mô hình truyền thông qua mạng Profibuss DP.
Truyền thông dữ liệu: Trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP cung cấp riêng cho truyền thông thông qua bộ xử lý truyền thông CP 5412 A2. Trong một trạm WinCC có thể xử dụng từ 1 tới 4 module truyền thông
Mỗi bộ xử lý truyền thông CP 5412 A2 có thể truyền thông với 62 DP slave nếu có Repeater, nếu không có Repeater thì chỉ kết nối tối đa được 32 trạm.
*PROFIBUS FMS:
Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS, một trạm WinCC có thể truyền thông với các PLC được hỗ trợ giao thức FMS.
Trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS có thể dược sử dụng để tuyền thông với các thiết bị được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau. Truyền thông loại này có thể quản lý một số lượng lớn dữ liệu.