Lê Xuân Hải CH NG 1 : T NG QUAN V PH N M M THI T K VÀ MÔ PH NG WINCC ( WINDOWS CONTROL CENTER ) 1.1 T ng quan h th ng ScaDa Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, ra đ i vào những năm 80 trên cơ s ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Hệ SCADA cho phép liên kết mạng nhiều mức độ khác nhau: từ các bộ c m biến, cơ c u ch p hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và qu n lý công ty. SCADA là hệ thống điều khiển có đặc thù là có tính phân bố cao về phần ch p hành nhưng lại có tính tập trung về phần điều khiển (phần mềm điều khiển, thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu tại trung tâm). Vì vậy nó có thể đáp ứng được yêu cầu của hệ thống đòi hỏi phân bố trên phạm vi địa hình rộng.
SCADA là một hệ thống m nên dễ dàng nâng c p và m rộng khi cần thiết. Lê Xuân Hải Hình 0-1 1. Giới thi u chung WinCC (WindowsControlCenter - Trung tâm điều khiển trên nền Windows), cung c p các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000. Trong dòng các s n phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển.
Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính m. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của ngư i sử dụng, tạo nên giao diện ngư i - máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác.Những nhà cung c p hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện m của WinCC như một nền t ng để m rộng hệ thống. Lê Xuân Hải WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens - công ty hàng đầu trong tự động hoá quá trình và Microsoft - công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho PC. Ngoài kh năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như: việc tích hợp với những hệ thống c p cao MES (Manufacturing Excution System - hệ thống qu n lý việc thực hiện s n xu t) và ERP (Enterprise Resource Planning).
WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ s quy mô toàn cầu nh hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới.3 Các đặc điểm chính. Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nh t.Nh sự cộng tác của Siemens và Microsoft, ngư i dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là ngư i dẫn đầu. Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA: Ngay từ hệ thống WinCC cơ s đã có thể cung c p t t c các chức năng để ngư i dùng có thể kh i động các yêu cầu hiển thị phức tạp.Việc gọi những hình nh (picture), các c nh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập. Có thể nâng c p m rộng dễ dàng từ đơn gi n đến phức tạp: WinCC là một module trong hệ thống tự động hoá, vì thế, có thể sử dụng nó để m rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn gi n đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có c u trúc phân tán với nhiều máy chủ (server).
Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ. Một loạt các module phần mềm m rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để ngư i dùng chọn lựa khi cần. Lê Xuân Hải d. Cơ s dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn: Cơ s dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC.T t c các dữ liệu về c u hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ s dữ liệu này.Ngư i dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ s dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity).
Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ s dữ liệu khác chạy trên nền Windows. Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC): Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các tính năng như ActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn. Ngôn ngữ vạn năng: WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C.
Giao diện lập trình API m cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ liệu: T t c các module của WinCC đều có giao diện m cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C programming interface, C-API). Điều đó có nghĩa là ngư i dùng có thể tích hợp c c u hình của WinCC và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của ngư i sử dụng. Cài đặt phần mềm với kh năng lựa chọn ngôn ngữ: Phần mềm WinCC được thiết kế trên cơ s nhiều ngôn ngữ.Nghĩa là, ngư i dùng có thể chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng. Các ngôn ngữ này cũng có thể thay đổi trực tuyến.
Giao tiếp với hầu hết các loại PLC: WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như PROFIBUS DP, DDE hay OPC. Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung. Lê Xuân Hải k. WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation-TIA): WinCC đóng vai trò như cửa sổ hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ.
Nó cũng chính là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens.4 Các c u hình h th ng c b n. WinCC có thể hỗ trợ các c u hình hệ thống từ th p đến cao, ví dụ như trong các c u hình như sau: - Hệ thống điều khiển dùng một máy tính (Sing-user system) - Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (Multi-user system) - C u trúc Client/Server có dự phòng - C u trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ (server) 1.1 Giao diện ngư i sử dụng: Không phụ thuộc vào các ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn gi n hay phức tạp, dùng WinCC ta có thể thiết kế ra các giao diện cho ngư i sử dụng để phục vụ cho việc điều khiển và tối ưu hoá quá trình s n xu t. WinCC có một bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như các Toolbox, các Control, các OCX được đặt dễ dàng trên của sổ thiết kế. Giao diện ngư i sử dụng cho phép hiển thị quá trình hội thoại giữa ngư i điều khiển và quá trình điều khiển một cách linh hoạt và phụ thuộc vào nhu cầu của quá trình điều khiển.
Màn hình điều khiển có thể thể hiện quá trình công nghệ một cách toàn c nh, qui trình công nghệ chính hoặc một cụm công nghệ nào đó cần theo dõi. WinCC có thể ghi nhớ các giá trị của các biến. Và cũng như vậy, nó cũng có thể ghi nhận ngày tháng, th i gian, ngư i sử dụng, giá trị cũ và mới. Vì thế diễn biến của những quá trình có tính ch t kịch tính có thể được tái tạo lại phục vụ cho mục đích phân tích.
Lê Xuân Hải 1.2 Quyền truy nhập hệ thống và công tác qu n trị ngư i sử dụng. WinCC chỉ cho phép những ngư i được ủy quyền truy cập vào hệ thống. Có tới 1000 mức truy cập khác nhau cho phép phân chia quyền truy cập và can thiệp vào hệ thống mức độ khác nhau. Mật khẩu (password) và tên ngư i sử dụng (user name) xác định quyền truy cập của mỗi ngư i.
Điều này cũng có thể được định nghĩa lại trong quá trình vận hành hệ thống. Một công cụ có tên là “User Administrator” (Qu n trị ngư i sử dụng) được dùng để tho mãn mục đích này. Quyền truy cập sẽ hết hiệu lực nếu th i hạn cho phép đã kết thúc.3 Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng. Một vài ngôn ngữ có thể được xác lập trong quá trình cài đặt để làm ngôn ngữ sử dụng của một dự án.
Trong quá trình vận hành, ngư i sử dụng chỉ việc nh n chuột vào một hộp thoại để thay đổi ngôn ngữ sử dụng.4 Hệ thống đồ hoạ (Graphics System). Hệ thống đồ hoạ của WinCC xử lý t t c các đầu vào và đầu ra thể hiện trên màn hình trong quá trình vận hành.Kh năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ hoạ được thực hiện b i một module chương trình có tên gọi là Graphics Designer. Công cụ này có thể cung c p các công cụ có sẵn như: Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô.) Các phím, hộp thoại, thanh trượt. Các màn hình ứng dụng và màn hình hiển thị Các đối tượng OLE, ActiveX Các trư ng vào, ra Các thanh trạng thái và các hiển thị theo nhóm.
Các đối tượng đã được thay đổi để phù hợp với nhu cầu của ngư i sử dụng. Ngư i xây dựng hệ thống có thể thể hiện qui trình công nghệ mà mình điều khiển bằng đồ họa. Việc định nghĩa các tính ch t cơ b n của các đồ hoạ như: hình dáng hình học, màu sắc, kiểu hoa văn,. có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các công cụ thiết kế đồ hoạ có sẵn.
Lê Xuân Hải 1.5 Hệ thống thông báo (Message System) Hệ thống thông báo của WinCC cung c p thông tin đầy đủ về các lỗi và trạng thái nói chung trong quá trình hoạt động. Nó thể hiện các thông báo lúc hiện tại cũng như trong quá khứ. Các thông báo này giúp ngư i vận hành sớm phát hiện ra các sự cố để khắc phục kịp th i, tránh được các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các khối thông báo, các thứ hạng thông báo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị thông báo.