Tập bài giảng Hệ thống SCADA

vụ thường dùng để giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống. Thông qua các đèn báo ta có thể giám sát trạng thái chạy, dừng của động cơ, đóng mở của các van, trạng thái sự cố của hệ thống. Sự thay đổi trạng thái của các đèn báo phụ thuộc vào sự thay đổi của Tag tác động đến nó. 126 Để tạo một đèn báo ta vào “ Library/faceplates/lamps” để chọn loại đèn báo như ý. Hình 4.28: Thư viện đèn báo trong WinCC flexible Để cấu hình một đèn báo thì trong mục Properties ta chọn tag tác động đến đèn. Hình 4.29: Cấu hình một đèn báo Để làm rõ hơn cách thiết lập các phần tử trên ta đi xây dựng một số ví dụ về các ứng dụng đơn giản. VD 1 Điều khiển đóng tắt đèn bằng một nút Start và nút Stop. Trước khi thiết kế màn hình HMI ta nói qua về chương trình PLC Để điều khiển đóng tắt đèn bằng nút ấn dùng PLC khi chưa có giao tiếp với WinCC ta có chương trình như hình vẽ. Để có thể vừa điều khiển đóng tắt đèn bằng các đầu vào PLC hoặc trên màn hình HMI ta cần bổ xung thêm các địa chỉ nhớ trung gian trong PLC. Từ các địa chỉ nhớ trung gian đó thông qua các kết nối logic ta có thể điều khiển được đầu ra PLC bằng các biến đầu vào trên HMI. Các địa chỉ nhớ trung gian này được bố trí sao cho không làm ảnh hưởng đến hoạt động của PLC khi không có HMI hoặc có thể điều khiển ở cả hai nơi có tác dụng như nhau và không ảnh hưởng đến nhau. Như vậy địa 127 chỉ nhớ trung gian cho nút Mở phải được nối song song với I0.0 còn địa chỉ nhớ trung gian cho nút Tắt phải được nối nói tiếp với I0.1 như hình vẽ. Sau khi đã kiểm tra hoạt động của chương trình PLC ta tiến hành thiết kế HMI. B1 Tạo Project: Ở phần này ít có sự thay đổi, về cơ bản ta vẫn thực hiện tương tự như phần giới thiệu trên, do đó nó không được nhắc lại ở đây. B2 Làm việc với tag. Trong cửa sổ project chọn Communication để mở cửa sổ Connections. Kick đúp chuột vào dòng thứ nhất nó sẽ xuất hiện dòng Connection1 ta thiết lập như hình vẽ. Hình 4.30: Thiết lập kết nối HMI và Controler Với yêu cầu có thể bật tắt được đèn trên cả PLC và trên màn hình đồng thời đèn trên màn hình cũng được biểu diễn với các trạng thái như đèn thật ta sử dụng các tag Mở, Tắt, Đèn là các tag ngoại và một tag nội là Thoát để thoát chương trình khi chạy Run time. Trong cửa sổ project chọn Communication, mở cửa sổ Tag. Kick đúp chuột vào dòng thứ nhất nó sẽ xuất hiện Tag_1. Thiết lập Tag này để kết nối cho nút ấn mở đèn ta làm như sau: đổi tên Tag_1 thành Mở, connection chọn là connection_1, vì nút ấn làm việc ở chế độ on/off nên Data_type chọn kiểu dữ liệu là Bool, Address chọn là địa chỉ trung gian ta đã chọn ở PLC là M0.0. Thời gian thu thập dữ liệu ở bài này không đòi hỏi phải nhanh do đó ta có thể để tất cả Acquisition cycle đều ở thời gian 128 mặc định là 1s. Tương tự như trên ta thiết lập các Tag, Tắt và Đèn để kết nối với nút Tắt và đèn trên WinCC với PLC như hình vẽ. Hình 4.31: Bảng tag trong ví dụ 1 B3 Thiết kế màn hình giao diện. Vì ở đây ta thiết kế cho một ví dụ đơn giản nên ta chỉ sử dụng một màn hình do đó ta sử dụng màn hình Start Screen bằng cách vào cửa sổ Project chọn Screen chọn Start Screen. Nháy đúp vào cửa sổ Start Screen ta chọn màu nềnnhư hình vẽ. Hình 4.32:Thiết lập màn hình Vào Tool, chọn Simple Objects chọn Rectangle, chọn TextField nhập “VÍ DỤ 1 ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG TẮT ĐÈN” và thiết lập màu nền màu chữ. Tương tự như vậy ta tạo một bảng điều khiển như hình vẽ. Hình 4.33: Tạo tiêu đề và bảng điều khiển cho ví dụ 1 129 Để tạo nút ấn Mo ta vào Tool, chọn Simple Objects chọn Buttom kéo ra màn hình soạn thảo và đặt vào bảng điều khiển. Nháy đúp vào nút ấn ta thiết lập thuộc tính của nó như sau: + Trong mục “General” chọn kiểu của nút ấn trong mục “mode button” là text, nhập tên nút ấn trong Text off và Text on là “MO”. Hình 4.34: Thiết lập thuộc tính nút ấn mở Trong Properties chọn Appearence chọn màu đen cho chữ (Foreground), và màu xanh cho nền (Background). Trong mục Events chọn press nháy vào con trỏ chỉ xuống chọn hàm Edit bit chọn SetBitWhileKeyPressed, nháy vào chữ No value chọn tag Mở. Để tạo nút ấn Tat ta vào Tool, chọn Simple Objects chọn Buttom kéo ra màn hình soạn thảo và đặt vào bảng điều khiển. Nháy đúp vào nút ấn ta thiết lập thuộc tính của nó như sau: + Trong mục “General” chọn kiểu của nút ấn trong mục “mode button” là text, nhập tên nút ấn trong Text off và Text on là “Tat”. + Trong Properties chọn Appearence chọn màu đen cho chữ (Foreground), và màu đỏ cho nền (Background). + Trong mục Events chọn press nháy vào con trỏ chỉ xuống chọn hàm Edit bit chọn SetBitWhileKeyPressed, nháy vào chữ No value chọn tag Tắt. Hình 4.35: Thiết lập thuộc tính nút ấn tắt 130 Để tạo đèn thể hiện được trạng thái sáng và tắt ta phải sử dụng hai vòng tròn có cùng kích thước lồng vào nhau và mỗi vòng tròn sẽ xuất hiện khi đèn tắt hoặc sáng. Để tạo nền đèn ta vào Tool, chọn Simple Objects chọn Cycle kéo ra màn hình soạn thảo. Điều chỉnh độ lớn vòng tròn phù hợp rồi nháy đúp vào vòng tròn. Trong Properties chọn Appearence chọn Fill color màu xám. Để tạo đèn khi sáng ta làm tương tự nhưng trong Fill color ta chọn màu đỏ. Để vòng tròn này xuất hiện khi đầu ra đèn lên mức tích cực ta nháy đúp vào vòng tròn đỏ trong Animations chọn Visibility trong cửa sổ tag chọn Đèn, trong Object Stase chọn Visible, trong type chọn bit. Hình 4.36: Tạo đèn báo Đặt hai hình tròn lồng vào nhau sau đó chọn cả hai, nháy chuột phải chọn Group ta được đối tượng đèn. Sau khi thiết kế xong màn hình giao diện để biên dịch và mô phỏng ta chọn Project chọn Compiler chọn Start Runtime with Simulator. Trong cửa sổ Wincc flexible Runtime Simulator thiết lập giá trị các tag và kiểm tra trạng thái hoạt động của nó trên cửa sổ Wincc flexible runtime. Chạy chương trình Step 7 sau đó chọn Project chọn Compiler chọn Start Runtime để kiểm tra lại toàn bộ hoạt động của chương trình. VD 2 Điều khiển hệ thống trộn sơn a. Yêu cầu công nghệ - Để có môṭ màu sơn xác định người ta tổng hợp từ 3 màu sơn cơ bản và trôṇ 3 màu đó theo môṭ tỉ lê ̣nhất định. Tỉ lên màu sơn của 3 màu trên đươc̣ tính toán dưạ theo thời gian đóng mở của các van 1, van 2, van 3. - Hê ̣ thống điều khiển giám sát sử duṇg bộ PLC S7 – 300 và máy tính PC hoăc̣ LAPTOP với quy trình công nghê ̣như sau: Hệ thống có thể chạy tự động hoặc bằng tay Ở chế độ tự động 131 Ấn phím ON + Van 1 mở trong thời gian 5 giây sau đó dừng. + Van 2 mở trong thời gian 10 giây sau đó dừng. + Van 3 mở trong thời gian 15 giây sau đó dừng. + Khi sơn đươc̣ cấp từ các thùng 1, 2, 3 xuống, cảm biến 4 báo có sơn trong thùng trôṇ và đôṇg cơ khuấy bắt đầu hoạt đôṇg. + Sau khi đóng van 3 đôṇg cơ khuấy hoaṭ đôṇg hết thời gian đặt rồi dừng. + Khi đôṇg cơ khuấy dừng thì van xả 4 se ̃xả sơn xuống thùng chứa cho đến khi cảm biến 4 báo không còn sơn trong thùng trôṇ nữa thì van xả 4 đóng laị và hê ̣thống quay laị hoạt đôṇg như ban đầu. Ấn phím OFF hệ thống chạy hết chu trình và dừng lại. Ấn phím END hệ thống dừng ngay. Ở chế độ bằng tay có thể đóng mở các van và động cơ. b. Thực hiện Chương trình điều khiển bằng PLC có kết nối với HMI cho trong phụ lục. Ở đây ta chỉ tập trung tới xây dựng giao diện của màn hình HMI. B1 Tạo Project: Ở phần này tương tự như đã giới thiệu trên. B2 Làm việc với tag. Việc thiết lập kết nối giữa PLC và HMI tương tụ như ví dụ trên. Các Tag trong ví dụ này được xây dựng như hình sau: Hình 4.37: Bảng tag trong ví dụ 2 B3 Thiết kế màn hình giao diện. Ở ví dụ này ta xây dựng hai màn hình; một màn hình chính và một màn hình điều khiển. Để thiết lập tham số của màn hình chính ta vào cửa sổ Project chọn Screen chọn Start Screen. Nháy đúp vào cửa sổ Start Screen xuất hiện bảng thuộc tính của 132 màn hình trong name ta đổi tên màn hình “Start Screen” thành “Màn hình chính” và chọn màu nền trong Background color như hình vẽ. Hình 4.38: Xây dựng màn hình chính Để xây dựng màn hình giao diện thứ hai thì trước tiên cần thêm một màn hình giao diện mới bằng cách kích đúp vào “Add Screen” trong hộp “Project”. Khi đó một màn hình giao diện mới được tạo ra với tên do phần mềm tự đặt là “Screen_2”. Nháy đúp vào vùng soạn thảo của Screen_2 đổi tên màn hình thành “Điều khiển” với màu giống như màu nền màn hình thứ nhất. * Xây dựng các đối tượng chung. Từ cửa sổ Project chọn Screen chọn template vẽ hình chữ nhật trên đầu màn hình, chọn màu và nhập chữ “ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN SƠN’ màu vàng tương tự như đã làm ở ví dụ trước. Để tạo nút ấn điều hướng ta thực hiện như sau: Nút thoát: Mở Tool chọn Simple Objects chọn Button kéo ra màn hình soạn thảo và đặt vào góc phải phía trên màn hình. Nháy đúp vào nút ấn ta thiết lập thuộc tính của nó: + Trong mục “General” chọn kiểu của nút ấn trong mục “mode button” là text, nhập tên nút ấn trong Text off và Text on là “X”. Trong Properties chọn Appearence chọn màu đen cho chữ (Foreground), và màu đỏ cho nền (Background). Trong mục Events chọn Klick nháy vào con trỏ chỉ xuống chọn hàm other function chọn StopRuntime. Nút về màn hình chính: Mở Tool chọn Simple Objects chọn Button kéo ra màn hình soạn thảo và đặt vào phía dưới màn hình. Nháy đúp vào nút ấn ta thiết lập thuộc tính của nó: + Trong mục “General” chọn kiểu của nút ấn trong mục “mode button” là Graphic, trong cửa sổ Graphic chọn Graphic rồi chọn vào mũi tên sổ xuống ta chọn Home sau đó nháy vào nút Set như hình vẽ. 133 Hình 4.39: Xây dựng các đối tượng chung trên màn hình template + Trong mục Events chọn press nháy vào con trỏ chỉ xuống chọn hàm Screen chọn ActivateScreen, nháy vào chữ No value chọn tag Màn hình chính. Nút trở về màn trước: Mở Tool chọn Simple Objects chọn Button kéo ra màn hình soạn thảo và đặt vào phía dưới màn hình. Nháy đúp vào nút ấn ta thiết lập thuộc tính của nó: + Trong mục “General” chọn kiểu của nút ấn trong mục “mode button” là Graphic, trong cửa sổ Graphic chọn Graphic rồi chọn vào mũi tên sổ xuống ta chọn Left sau đó nháy vào nút Set. + Trong mục Events chọn press nháy vào con trỏ chỉ xuống chọn hàm Screen chọn ActivateLeftScreen. * Xây dựng màn hình chính Trong mỗi Project màn hình chính như trang bìa của quyển sách cho phép người vận hành nắm được một số thông tin và một số chức năng điều khiển cơ bản của Project Ở ví dụ này ta thực hiện các thao tác như sau: Tạo hình nền : Từ cửa sổ Tool chọn Graphics View kéo ra màn hình. Nháy đúp vào màn hình trong mục General chọn Creat new Graphic from file tìm tới thư mục có chứa file ảnh nháy đúp vào file đó ta được ảnh nền. Điều chỉnh kích thước ảnh phù hợp với màn hình. Sử dụng công cụ TextField để nhập thông tin đơn vị. Tạo bảng điều khiển và các nút ON, OFF, END bằng công cụ Botton tương tự như đã làm ở ví dụ trước với mỗi nút được kết nối với tên Tag tương ứng bằng hàm SetbitWhileKeyPress trong Edit bit. 134 Hình 4.40: Xây dựng màn hình chính * Xây dựng màn hình điều khiển Để xây dựng màn hình điều khiển trước tiên ta phải vẽ hình ảnh mô tả hệ thống bao gồm có các tank chứa, van, ống, cảm biến, động cơ như sau: Tank: từ cửa sổ Tool chọn Graphics chọn Wincc flexible Image Folders chọn Symbol Factory Graphics chọn chọn SymbolFactory True Color chọn Tank. Từ thư viện này bằng các hình vẽ phía dưới cho phép ta chọn loại tank phù hợp. Trong bài này ta chọn tank khuấy là Tank 3 và các bình 1, 2, 3, 5, ta chọn Tank 1 và đặt nó vào vị trí tương đối trên màn hình. Hình 4.41: Lấy Tank (bình) từ thư viện Để lấy van trong thư viện ta cũng mở trong SymbolFactory True Color và chọn Valves. Từ hình dạng các van trong thư viện chọn loại van phù hợp. Ở ví dụ này ta chọn Control Valve- Vetical và Control Valve- Horizontal và bố trí như hình vẽ. Tương tự như trên cũng từ SymbolFactory True Color ta lấy ống từ thư viện Pipes bao gồm các loại ống thẳng, nghiêng, góc để nối các tank với nhau. 135 Hình 4.42: Lấy van và ống từ thư viện Động cơ khuấy được lấy từ SymbolFactory True Color ta có thể chọn từ thư viện Motor hoặc thư viện Pump. Trong bài này ta dùng loại động cơ Mag Drive trong thư viện Pump. Hình 4.43: Chọn động cơ trong thư viện Như vậy tới đây ta đã có được hình ảnh mô tả một hệ thống trộn sơn khá giống với thực tế. Để giám sát được hoạt động của các đối tượng như nguồn, van, cảm biến, động cơ ta sử dụng các đèn báo để mô tả trạng thái của nó. Đèn báo được tạo hai vòng tròn với hai màu khác nhau biểu diễn trạng thái khi sáng và tắt tương ứng với đối tượng hoạt động và dừng hoạt động. Việc thiết lập thuộc tính của các đèn báo này tương tự như trong ví dụ trước. Để thiết lập kết nối với thiết bị điều khiển PLC được lựa chọn thông qua các bảng sau: 136 Bảng 4.1: Các Tag cho đèn giám sát STT Tên đèn Tên Tag Địa chỉ PLC 1 Nguồn nguon M0.0 2 Van 1 van1 Q0.0 3 Van 2 van2 Q0.1 4 Van 3 van3 Q0.2 5 Van 4 van4 Q0.3 6 Cảm biến sensor M2.3 7 Động cơ ĐC1 Q0.4 Hình 4.44: Giám sát trạng thái nguồn, van, động cơ Giám sát trạng thái của bình khuấy ta lấy công cụ Bar trong Tool trong Simple Object và kéo ra màn hình. Nháy đúp vào Bar để thiết lập các tham số như sau: + Trong mục Properties chọn Scale bỏ dấu tích mục Diplay Scale. + Trong mục General nhập giá trị cực đại 100 trong ô Maximum value và giá trị cực tiểu là 0 vào ô Minimum value, chọn tag cho process là Bar. 137 Hình 4.45: Giám sát chất lỏng bằng Bar Đặt Bar vào bình khuấy và điều chỉnh lại kích thước phù hợp với bình. Hệ thống trộn sơn có thể hoạt động ở chế độ tự động hoặc chế độ bằng tay. Như vậy ta cần tạo một nút ấn để chọn chế độ hoạt động và các nút ấn cho phép điều khiển trực tiếp van và động cơ. Trên bảng điều khiển chính ta sắp xếp lại và chèn thêm nút “AUT/MAN để chọn chế độ tự động và bằng tay. Nút này được tạo như sau: + Lấy công cụ Button từ Tool/Simple Object kéo ra màn hình. Nháy đúp vào nó để thiết lập thuộc tính như tên (General/nhập AUT/MAN), màu sắc (Properties/ Appearence / Foreground chọn màu đen)và tag tác động (Events/ Edit bit/Invert bit chọn Tag auto/manu). Các nút ấn cho các van và động cơ cũng được thiết lập tương tụ với các Tag tương ứng. Hình 4.46: Xây dựng bảng điều khiển bằng tay Để thực hiện chức năng đặt và giám sát thời gian trộn ta xây dựng bảng nhập liệu (thời gian trộn). Dùng lệnh coppy để chép hình nền cho bảng nhập liệu từ bảng điều khiển. Dùng công cụ Text Field để nhập tên bảng “Thời gian trộn” các dòng chữ 138 “Thời gian trộn”, “Thời gian đặt và “phút” vào các vị trí như hình vẽ. Dùng công cụ IO Field từ Simple Object để tạo các của sổ nhập và kiểm tra thời gian. Sau khi đặt hai IO Field vào đúng vị trí ta thiết lập thuộc tính cho nó. Hình 4.47: Xây dựng bảng nhập xuất tham số Ở cửa sổ nhập thời gian trộn ta nháy đúp vào IO Field trong General có Mode chọn Input để cho phép nhập dữ liệu vào, Process tag chọn tag Thời gian đặt, Format Type chọn Decimal để làm việc với chữ số thập phân, Format pattem chọn 99 để hiển thị hai chữ số Shift decimal point chọn là 0 để cho biết không có giá trị sau dấu phẩy. Tương tự như vậy ta thiết lập thuộc tính của IO Field trong cửa sổ thời gian trộn tuy nhiên ở Mode ta chọn là Output, và Process tag chọn tag Thời gian. Hình 4.48: Màn hình Runtime 139 Sau khi thực hiện các công việc trên ta chạy chương trình điều khiển PLC và chạy Start Runtime để biên dịch và chạy chương trình. Nếu khi ấn nút Start Runtime mà không có màn hình Runtime xuất hiện ta vào View mở cửa sổ Output. Cửa sổ này sẽ cho ta biết đối tượng nào đã bị lập trình lỗi hoặc thiếu hàm (dòng thông báo màu đỏ). Ta tiến hành sửa lại và biên dịch lại cho đến khi xuất hiện màn hình Runtime. Kiểm tra hoạt động theo yêu cầu và chỉnh sửa hoàn thiện chương trình ta có được như hình vẽ. 4.3 Ứng dụng công nghệ Web trong SCADA. Tất cả các sự kiện của hệ thống sẽ được chuyển đổi vào các trang HTML để theo dõi web, thiết lập mạng nội bộ để theo dõi điều khiển hoặc thiết lập IP để theo dõi từ xa qua Internet. Người dùng sẽ có thể để xem hệ thống dữ liệu của họ trong thời gian thực và gửi các lệnh (thay đổi điểm thiết lập, điều khiển thiết bị bật hoặc tắt), bằng cách sử dụng Web server. Tất cả các lệnh và các điểm thiết lập mật khẩu bảo vệ an ninh. Lệnh nhận được từ trình duyệt được chuyển tiếp đến các các cảm biến và cơ cấu chấp hành cũng giống như khi đang ở máy tính trạm cơ sở. Dễ dàng sử dụng bởi là các thiết lập các cho sự kiện và máy chủ Web. Project hiện có hiển thị dạng các tập tin HTML. Những gì ta nhìn thấy là mô phỏng quá trình làm việc của các sự kiện trong trình duyệt. Các trang HTML khác được tạo ra bởi nhà sản xuất khác cũng có thể được sử dụng trong hệ thống. Câu hỏi tiếp theo cho cấu trúc hệ thống là việc cung cấp dữ liệu để truy cập thông qua web như thế nào. Có nhiều công nghệ được sử dụng với các sản phẩm, công nghệ chính thường được dựa trên Java hoặc các đối tượng ActiveX. Khả năng mới nhất là sử dụng công nghệ .NET của Microsoft. Theo qui định, trang web sẽ được người dùng xem bằng trình duyệt Internet, và nó gồm một phần mềm được hiểu là plug-in (nhúng), để xử lý các hình ảnh động và các nhiệm vụ nền khác-ví dụ như các thay đổi về giá trị của các biến-hoạt động đồng thời, không có sự nhắc nhở người sử dụng, với các định dạng siêu văn bản (hypertext) của các trang web như HTML, ASP và PHP, thì không cho phép thực thi khả năng này nếu không sử dụng các thành phần bổ sung. Vì thế, một số ít chương trình phần mềm SCADA đã sử dụng và thực hiện các chuyển đổi định dạng màn hình và các đối tượng của hệ thống sang tiêu chuẩn khác, có thể hiểu đó như là các thành phần ActiveX hoặc Java trong các trình duyệt, vì không thể thường xuyên dùng cùng một định dạng giống nhau cho các trường hợp. Tuy niên có các vấn đề phát sinh như các đoạn mã (script) bằng VBA (Visual Basic 140 for Applications) không thể chạy trên các trình duyệt hiện có, phải chuyển đổi các màn hình giao diện sang web không phải lúc nào cũng hoạt động như trong định dạng gốc. Các giải pháp khác như E3 của Elipse, với giả sử rằng cùng tỉ lệ tương tự có thể được sử dụng SCADA Client trong cả Windows, và trên trình duyệt- tránh việc phải chuyển đổi định dạng, cũng như sử dụng các đoạn mã dựa trên VBScript có thể chạy trên cả hai môi trường này. Tuy nhiên, Java và ActiveX có một số hạn chế. Java yêu cầu thời gian thực thi, có thể phân tích các mã đang chạy, và đã cài đặt trên máy khách (Client). Yếu tố này gây giảm hiệu suất thực hiện, ví dụ như báo cáo từ vài khách hàng, bởi vì nó đã được phân tích và không cần biên dịch. ActiveX chỉ hoạt động và có hiệu lực trong môi trường Windows và trình duyệt Internet Explorer, đây có thể là vấn đề đối với các khách hàng sử dụng các trình duyệt khác. Liên quan tới truyền thông, cả Java và ActiveX trao đổi các thông tin thông qua các mô hình như CORBA hoặc DCOM thông qua TCP/IP để có được các giao diện từ các máy chủ (server) và nhận các thông báo về sự thay đổi giá trị. ActiveX có trở nên nặng nề: vì nó dựa trên công nghệ COM (Component Object Model-Mô hình đối tượng thành phần), cũng như biến thể phân tán của nó (DCOM của Microsoft), do đó sẽ có một số vấn đề về truyền thông thông qua Firewall (tường lửa), vì DCOM sử dụng các cổng ngẫu nhiên để trao đổi dữ liệu. Một giải pháp sẽ được sử dụng như giao thức riêng cho mạng trao đổi dữ liệu dựa trên TCP/IP đơn thuần, nó tương đối phức tạp. Nền tảng .NET giới thiệu hai loại giải pháp: bằng cách tạo một môi trường pháp triển duy nhất cho cả Windows và Web, thông qua các định dạng Windows và định dạng Web; hoặc bằng cách trao đổi dữ liệu qua một web có nền tảng XML, đây là dạng cấu trúc các định dạng văn bản có thể vượt qua bất kỳ tường lửa (firewall) nào. Ngoài hai yếu tố này, .NET cung cấp một rất nhiều tính năng mới về khả năng tích hợp các dịch vụ web động, tái sử dụng các thành phần, và tạo ra sự kết hợp các thông tin như máy chủ SharePoint (Share Point Server), cho phép nó đạt tới mức hội nhập và phát triển chưa từng thấy trước đó, và luôn giữ định hướng tập trung vào hiệu suất và tổng chi phí sở hữu cho các giải pháp. Ngoài ra, .NET cho phép nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau có thể sử dụng trong cùng chương trình (ví dụ: C++, VB, C#, FORTRA), cho tới hiện nay các công nghệ khác không thể làm được. 141 Hình 4.49: Cấu trúc khung làm việc của .NET Tuy nhiên, một số người dùng hạn chế sử dụng .NET vì cũng như Java, chúng ta phải cài đặt bộ phân tích (.NET Framework) trên máy khách (Client), để các mã .NET được thực thi. Tuy nhiên, về lâu dài, khi các cài đặt mới Windows đã có .NET Framework mặc định thì đây chỉ là nhân tố nhỏ. Tính năng Java ActiveX .NET Môi trường Bất kỳ hệ thống Windows Windows, như các dịch vụ XML có thể sử dụng bởi các hệ thống bất kỳ Các thành phần cần thiết Java Runtime Internet Explorer or other container .NET Frame Work, Internet Explorer Thực thi Interpreted Compiled Pre-interpreted, sử dụng CLR - Common Language Runtime Trao đổi dữ liệu và các đối tượng mẫu Corba, TCP/IP COM/DCOM, TCP/IP XML Web Services and TCP/IP Ngôn ngữ lập trình Java C++, Visual Basic, Delphi C++, Visual Basic, C#, Pascal, Fortran, Java, ... Tích hợp dữ liệu và cấu trúc OPC UA (OPC Unified Architecture) Dải các tùy chọn cho tích hợp dữ liệu giữa các hệ thống SCADA và doanh nghiệp như ERP, chuỗi cung cấp –Supply Chain, và các phần khác, ngày càng trở nên quan trọng. Ngoài ra để giữ lại các giải pháp cũ hơn, việc tìm kiếm các cách thức mới cho mô hình và trao đổi dữ liệu là phần quan trong của sự phát triển hệ thống. Truy cập nguồn gốc tới các cơ sở dữ liệu qua SQL, trao đôi dữ liệu qua TCP/IP, I/O driver để thực hiện các giao thức Master/Slave, Các đối tượng COM và ActiveX, trong số nhiều dạng khác nhau, đã sẵn sàng giúp các phát triển quan trọng. Tuy nhiên, phải lưu ý, không có giải pháp nào là quan trọng và được sử dụng rộng rãi như OPC, nó nổi lên với cố gắng tiêu chuẩn hóa các lớp của bộ điều khiển 142 I/O, và kết hợp một tiêu chuẩn về mô hình lớn, với các tính năng kỹ thuật cho Truy cập dữ liệu-Data Access (DA), các sự kiện và cảnh báo (AE), dữ liệu quá khứ (HAD), Dữ liệu phức tạp, và các vấn đề khác. Sáng kiến này tập trung vào khả năng tương tác, và cho thấy OPC đang là một tiêu chuẩn toàn cầu cho phép từ bỏ vĩnh viên mô hình các giải pháp riêng để kiếm tìm giá trị được bổ sung mà mỗi giải pháp đề xuất. Phương pháp tiếp cận đã sử dụng nền tảng .NET như cách thức logic nhất để đạt được kết quả và cung cấp phương tiện phù hợp với các máy chủ OPC và các máy khách hiện hữu, với việc sử dụng các tiêu chuẩn nên có thể áp dụng đối với bất kỳ hệ điều hành nào, và có thể tạo ra các mô hình dữ liệu xa hơn là các hệ thống SCADA, mở rộng hệ thống với các mức độ công ty. Câu hỏi ôn tập chương 4 1. Cho biÕt th«ng sè, tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ chÊt l-îng cña mét hÖ thèng SCADA. Ph©n tÝch c¸c th«ng sè ®ã. 2. Tr×nh bµy c¸c thµnh phÇn trong giao diÖn HMI vµ c¸c chøc n¨ng cña nã. 3. Tr×nh bµy c¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña phÇn mÒm HMI WinCC vµ so s¸nh víi c¸c phÇn mÒm HMI kh¸c. 4. Tr×nh bµy c¸ch thøc t¹o mét Project c¬ b¶n trong phÇn mÒm WinCC. 5. Tr×nh bµy c¸ch t¹o vµ thiÕt lËp nót Ên, c«ng t¾c, ®Ìn trong phÇn mÒm WinCC. 6. Tr×nh bµy c¸ch t¹o vµ thiÕt lËp th-íc ®o, tr-êng vµo ra vµ biÓu ®å trong phÇn mÒm WinCC. 143 Chương 5 THIẾT KẾ CÁC MÔ HÌNH SCADA 5.1 Phân tích yêu cầu thiết kế một hệ thống SCADA. Trong thiết kế hệ thống SCADA, để thiết kế một màn hình HMI tốt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Hiện nay, tất cả các panel điều khiển hiện đại được hiển thị trực quan, nó có thể được thiết kế bằng nhiều cách khác nhau vẫn đáp ứng được các yêu cầu, tuy nhiên cho hiệu quả hoạt động khác nhau. Trong khi đó để thiết kế một màn hình HMI với nhiều phần tử hiển thị trực quan, hai yếu tố chính luôn cần được xem xét đó là, (1) màn hình phải có khả năng tạo được sự chú ý lớn nhất của người vận hành và (2) thiết kế phải cho phép một người không được đào tạo hoặc ít kinh nghiệm vẫn có thể vận hành được máy. Trong phần này, chúng ta tập trung vào một vài yếu tố cơ bản, quan trọng để thiết kế màn hình HMI. Mục tiêu ở đây là để cung cấp những hướng dẫn thiết kế để thực hiện một màn hình HMI hiệu quả, sao cho vừa đơn giản, thân thiện với người sử dụng nhưng cho phép khai thác tối đa các hoạt động của hệ thống. 5.1.1 Bố cục màn hình Việc bố trí màn hình thích hợp là rất quan trọng. Như khi quan sát bất kỳ màn hình thông thường khác người vận hành sẽ quét màn hình HMI bắt đầu từ góc trên bên trái sang phải và từ trên xuống dưới màn hình. Vì vậy, các đối tượng quan trọng của một hệ thống phải nằm trong khu vực của trang màn hình mà dễ dàng tạo được sự chú ý của người vận hành. Các phần tử báo động nên được đặt trên đầu của trang. Các đối tượng hình ảnh đồ họa nên được đặt ở giữa bên trái với các đối tượng dữ liệu đặt ở bên phải của màn hình. Các nút khởi động, dừng hoặc các nút điều khiển khác được đặt ở phía dưới bên trái và nút điều hướng được đặt ở phía dưới bên phải của màn hình. Tất cả các đối tượng cần được đánh dấu bằng đường viền màu đen. 5.1.2 Các vấn đề về màu sắc Trước khi thiết kế một màn hình HMI, một vấn đề rất quan trọng đem lại hiệu quả với project đó là người thiết kế phải có một sự hiểu biết rất tốt về cách lựa chọn màu sắc như thế nào . Màu sắc là một công cụ rất mạnh giúp vận hành viên tăng khả năng quan sát đối với các đối tượng quan trọng, đồng thời nó cũng có thể gây nguy hiểm trong hoạt động nếu sử dụng sai. Màu quá nhạt đối với các nút, biểu tượng cho trường hợp khẩn cấp, sẽ không thu hút được sự chú ý của vận hành viên. Màu sắc sặc sỡ cho nhiều loại đối tượng sẽ gây ra tình trạng lộn xộn hoặc quá tải thông tin. Vì vậy, 144 việc chọn đúng màu cho nền, nút điều khiển, báo động, văn bản và các đối tượng khác là rất quan trọng cho thiết kế HMI. a) Màu nền Các màu cơ bản (đỏ, xanh lá cây, xanh dương) không bao giờ được sử dụng làm màu nền trong một HMI. Mặc dù màu đen và màu trắng tạo sự tương phản màu sắc tốt nhưng sử dụng những màu nền này làm cho màn hình nhìn bị chói. Vì vậy, đây cũng không phải là lựa chọn đúng đắn làm màu nền màn hình. Đối với một nền màn hình HMI, nó luôn được khuyến khích sử dụng màu xanh sang, xám nhạt, và nâu sáng vv Những màu này dễ dàng để có cấp độ tương phản tốt hơn so với các màu đỏ, vàng, xanh lá cây, xanh vv khi sử dụng cho các thành phần khác trong trang hiển thị. Trong khi kết hợp với nhiều trang trong một màn hình hiển thị , cách hợp lý nhất là tạo ra độ bóng cho mỗi trang khác nhau để người khai thác có thể xác định được các trang khác nhau nhanh nhất ngay cả khi ở xa. b) Hiển thị màu sắc cho các đối tượng Theo tiêu chuẩn thiết kế SCADA / HMI, có một vài màu sắc đặc biệt sau đây nên được sử dụng để biểu diễn những hoạt động nhất định. Đỏ = Dừng lại, cấm, nguy hiểm . Vàng = Cảnh báo, Cẩn thận. Xanh lá cây = An toàn. Xanh đậm = Hành động bắt buộc . Như vậy trong thiết kế HMI màu sắc cho các nút trên màn hình thường là 3 màu cơ bản: đỏ, xanh và xanh da trời; hoặc màu thứ sinh (do hai màu cơ bản trộn vào tạo ra). Mặt khác những màu tối không nên sử dụng cho những hình khối lớn bởi vì nó có thể tạo ra lưu ảnh trên võng mạc. 5.1.3 Các vấn đề về hình ảnh và đồ họa Khi thiết kế HMI với ý tưởng mô tả gần nhất với hoạt động thật của hệ thống đồng thời tạo nên một sản phẩm sống động những người ít kinh nghiệm thường bao giờ cũng tạo ra các đối tượng nhấp nháy, chuyển động, như làm quay máy bơm hoặc di chuyển băng tải hoặc những hình ảnh 3D với màu sắc sặc sỡ. Tuy nhiên đây không phải là những màn hình HMI có tính hiệu quả cao trong vận hành bởi vì những hiệu ứng đó thường làm mất đi sự tập trung của người điều khiển. Một màn hình HMI luôn cần phải có một nền màu xám và nên hạn chế sử dụng hình ảnh động. Điều quan trọng nhất khi thiết kế HMI, là phải thiết kế được một giao diện sao cho thể hiện toàn bộ quy trình hoạt động.. Điều này giúp cho các người vận hành dễ hình dung kế hoạch và xác định vị trí của các phép đo. Một HMI tốt nên được thực hiện bằng mô tả quá trình lưu hoạt động tĩnh và phải hạn chế việc sử dụng màu sắc. Hình dưới đây cho thấy một màn hình HMI không tốt và một màn hình HMI tốt. 145 a b Hình 5.1: Màn hình có bố cục hình ảnh không tốt (a) và tốt (b) 5.1.4 Trình bày văn bản Text chính là cách truyền tải thông tin hiệu quả nhất tới vận hành viên. a) Chọn phông chữ Có hàng trăm loại phông chữ, nhưng ta chỉ nên chọn một vài loại phông chữ phù hợp. Nên chọn các loại phông chữ thông dụng mà nhiều máy tính, panel đều hỗ trợ như Arial, Helvetica, System Nếu thiết kế HMI trên hệ điều hành Windows và sử dụng phông chữ không thông dụng thì khi ta tải kết quả thiết kế từ máy này sang máy khác có thể sẽ xảy ra hiện tượng lỗi font không mong muốn. b) Chọn cỡ chữ. Vận hành viên phải đọc được thông tin trên HMI dù có cách màn hình vài mét. Các chữ cho tiêu đề và nhãn nên lớn hơn các chữ sử dụng cho các nút bấm và báo động. Nhưng quá nhiều sự thay đổi trong kích thước chữ có thể làm cho màn hình hiển thị lộn xộn và dễ gây nhầm lẫn cho các người vận hành. Phông chữ Arial với cỡ 16 là phù hợp nhất cho những loại chữ thông thường. Đối với tiêu đề nên tăng lên 2 cỡ. Nên sử dụng 1 loại phông chữ đồng nhất và không nên sử dụng quá 3 cỡ phông chữ. Trong trường hợp cần miêu tả chi tiết ứng dụng bằng text, nên sử dụng pop-up. Tránh sử dụng quá nhiều chữ in hoa vì nó có thể gây khó đọc và nhức mắt, đặc biệt không nên sử dụng gạch chân. Chữ in hoa chỉ nên sử dụng cho tiêu đề lớn. Còn các đoạn text chỉ nên dùng chữ thường. 5.1.5 Giá trị dữ liệu Nên nhóm text, và giá trị dữ liệu vào cùng khu vực trên màn hình. Nếu đặt giá trị dữ liệu tùy tiện cạnh các ảnh/biểu tượng sẽ gây khó quan sát. Nếu muốn người sử dụng so sánh dữ liệu, thì nên nhóm chúng vào một bảng. Nếu có nhiều bảng có loại dữ 146 liệu giống nhau ví dụ như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, thì ta bố trí chúng sao cho dễ tìm kiếm và theo dõi. 5.1.6 Cảnh báo và thông tin sự kiện Cảnh báo và thông tin sự kiện là một phần quan trọng trong việc thiết kế màn hình HMI vì nó cho phép người vận hành xác định được các hoạt động hệ thống và tránh tình huống phát sinh nguy hại có thể xảy ra quá trình hoạt động. Cảnh báo xem xét những thay đổi trong một quá trình hoạt động hoặc trong hệ thống điều khiển của nó (ví dụ các tác động, thay đổi cấu hình vv) và những cái này cần phải được ghi lại. Khi thiết kế một màn hình HMI, cảnh báo được chia thành những loại như sau: 1. Thông báo: Không có hành động cần thiết, ví dụ Hệ thống dừng vào 10:00 am. 2. Cảnh báo: Quá trình hoạt động có thể "Dừng" hoặc có thể được báo "Hư hỏng" nếu không có hành động khắc phục., ví dụ Chai không được đặt đúng hướng. 3. Ngăn chặn: Bộ điều khiển đưa ra một tác động chống lại bất kỳ điều kiện nguy hiểm để bảo vệ và tiếp tục được ngăn chặn cho đến khi nguyên nhân được xóa bỏ. Không nên chỉ sử dụng màu sắc để hiển thị cảnh báo mà nên kết hợp với hình ảnh, hoặc trong trường hợp quan trọng ta kết hợp với cả âm thanh. Hiển thị cảnh báo bằng hình ảnh gồm thay đổi kích cỡ nút/biểu tượng, thay đổi vị trí hiển thị, xuất hiện text hoặc vật nếu có cảnh báo. Hiển thị âm thanh là phương pháp rất hữu ích, đặc biệt nếu hệ thống được trang bị những âm vực cao thấp khác nhau. Âm vực truyền tải mức độ khẩn cấp của các trường hợp cảnh báo. Dù chọn hình thức thể hiện cảnh báo nào đi nữa thì các biểu tượng này cần được đặt những nơi dễ quan sát nhất. Một vị trí thường được sử dụng đó là trên đầu màn hình. 5.1.7 Điều hướng và điều khiển a) Điều hướng Để giám sát các màn hình, vận hành viên phải chuyển từ trang này sang trang khác dễ dàng và nhanh chóng. Với sự phổ biến của Microsoft Windows, thiết bị điều khiển chính cho vận hành viên là chuột và bàn phím. Bên cạnh đó, màn hình cảm ứng đang được ưa chuộng. Dù đó là công cụ nào đi nữa thì các “điểm nóng” trên màn hình cũng phải rõ ràng và đủ lớn để có thể kích chuột dễ dàng. Có hai cách thường được dùng để hiển thị “điểm nóng”, đó là sử dụng nút ấn và hình ảnh. Với cách sử dụng hình ảnh, khi vận hành viên “di chuột” qua khu vực hình ảnh, thì nó sẽ hiện ra một màn hình chi tiết. Sự điều hướng giữa các màn hình nên được thiết kế đơn giản, rõ ràng và thuận tiện. Có thể thiết kế theo kiểu cấu trúc hình cây. Giữa các bước chuyển tiếp nên đặt nút 147 “Next step” ở phía dưới bên phải màn hình. Tất cả các trang trong màn hình nên bố trí nút “Overview” — tương đương nút “Trang chủ” trong các trình duyệt web. Nút này nên đặt vị trí dễ quan sát và tại cùng một vị trí ở các trang khác nhau. Nếu người sử dụng có nhu cầu chuyển đổi giữa các trang liên tục trong quá trình sử dụng, nên đặt các nút như “Next page” ở cùng một vị trí giúp họ dễ dàng click hơn mà không phải di chuột nhiều. b) Điều khiển. Đối với các nút điều khiển, nên có pop-up như kiểu “Khởi động bơm cấp liệu - OK or Cancel” nhằm tránh sai sót vô tình, và giúp những nhân viên mới tiếp cận hệ thống mà không lo sợ gây thiệt hại hay hỏng hóc cho nhà máy. 5.2 Xây dựng lưu đồ hoạt động Để làm rõ hơn về quy trình thiết kế một hệ SCADA ta đi vào một ví dụ cụ thể đó là xây dựng giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ trong tank nấu gạo của nhà máy bia, điều khiển thông qua màn hình OP177B với yêu cầu công nghệ như sau: - Hệ thống có thể hoạt động ở chế độ tự động hoặc bằng tay - Ở chế độ tự động Khi bắt đầu nghiền lò sẽ được gia nhiệt. Nguyên liệu từ nhà nghiền sẽ được bơm M2 chuyển sang, khi nguyên liệu vượt quá mức thấp thì động cơ M2 bắt đầu hoạt động. Van V8 mở để tăng lượng nước vào tank lượng nước và nguyên liệu sẽ được pha trộn theo đúng tỷ lệ đã quy định.Thì van V12 mở hơi nước nóng theo hệ thống ống đi vào tank, quá trình gia nhiệt bắt đầu. Cho đến khi nguyên liệu vào đầy tank, cảm biến báo mức cao L1 có tín hiệu thì động cơ M2 ngừng hoạt động đồng thời sẽ tạm dừng hoạt động nghiền nguyên liệu cần nấu và sẽ chuyển sang nghiền nguyên liệu khác, bơm M’2 (bơm nguyên liệu từ nhà nghiền ) dừng hoạt động đồng thời van V9 đóng. Quá trình nấu bắt đầu, hơi nước nóng cung cấp nhiệt cho nhà nấu. Các cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo (các thông số nhiệt độ và khối lượng được thể hiện trên panel điều khiển ).Nhiệt độ trong tank nấu, có cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ từ tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độ trong tank. Quá trình nấu kết thúc, van V12 đóng, van V10 mở đồng thời bơm M3 hoạt động để tháo nguyên liệu. NhiÖt ®é ®Æt ng-ìng d-íi 1 2 So s¸nh 1 NhiÖt ®é ®Æt ng-ìng trªn NhiÖt ®é tõ c¶m biÕn nhiÖt §ãng V12 2 3 So s¸nh 2 3==2 Thêi Më V12 148 Hình 5.2: Điều khiển giám sát nhiệt độ trong tank nấu gạo Trong đó 1, 2, 3, 4, 5 là các đầu vào của bộ so sánh (dạng ô nhớ) sau khi đã được chuyển sang số thực nhờ lệnh chuyển đổi dữ liệu. 5.3 Kết nối phần cứng. *Lựa chọn thiết bị Các thiết bị điều khiển gồm: Hệ PLC S7 -300, CPU 314C-2DP và các modul mở rộng AI, AO, DI, DO. Cảm biến nhiệt loại Thermocouple( sử dụng PT100). * Xác định địa chỉ vào, ra cho PLC - Địa chỉ đầu vào 149 Bảng 5.1 Địa chỉ đầu vào hệ thống Tên Giải thích Địa chỉ PLC Địa chỉ WinCC On_off Bật _tắt nguồn I124.0 M50.0 dat_tren Nhiệt độ đặt ngưỡng trên MD4 MD4 dat_duoi Nhiệt độ đặt ngưỡng dưới MD0 MD0 Phan_hoi Nhiệt độ hiển thị MD28 MD28 Timer Lưu giá trị thời gian đặt MW8 MW8 On_off_van_8 Bật_tắt van 8 I124.2 M50.7 On_off_van_9 Bật_tắt van 9 I124.3 M51.0 On_off_van_10 Bật_tắt van 10 I124.4 M51.1 On_off_van_11 Bật_tắt van 11 I124.5 M51.2 On_off_van_12 Bật_tắt van 12 I124.6 M51.3 On_off_M3 Bật_tắt động cơ M3 I124.7 M51.4 On_off_M2 Bật_tắt động cơ M2 I125.0 M52.6 Auto Tự động I125.1 M50.6 Manual Bằng tay I125.2 M53.0 CB nhiet Cảm biến nhiệt PIW760 PIW760 - Địa chỉ đầu ra Bảng 5.2 Địa chỉ đầu ra Tên Địa chỉ VAN 8 Q124.0 VAN 9 Q124.1 VAN 10 Q124.2 VAN 11 Q124.3 VAN 12 Q124.4 MOTO M 3 Q124.5 MOTO M 2 Q125.1 Trong chương chình PLC thì tín hiệu về nhiệt độ được lấy từ cảm biến nhiệt độ PT100 dưới dạng điện áp được đưa vào đầu vào tương PIW 760 của PLC. để có thể chuyển đổi thành nhiệt độ thì chương trình PLC phảt tiến hành các thuật toán xử lý để chuyển đổi tín hiệu này thành nhiệt độ đưa lưu vào 1 ô nhớ của PLC. Chương trình WinCC không thực hiện chức năng chuyển đổi này. Khi tiến hành các lệnh chuyển đổi thì cần khảo sát cảm biến PT100 để có thuật toán phù hợp. Đối với các tín hiệu mà đầu 150 vào PLC là tương tự thì phải xây dựng thuật toán chọn chương trình cho PLC để chuyển đổi thành dạng số thì mới có thể hiển thị trên màn hình giao diện của WinCC 5.4 Viết chương trình điều khiển hệ thống. * Các tag xử lý và địa chỉ Hình 5.3: Các Tag kết nối của HMI *Hệ thông gồm 4 màn hình đó là: + Màn hình khởi động hệ thống + Màn hình điều khiển tự động + Màn hình điều khiển bằng tay + Màn hình đồ thị theo dõi nhiệt độ ủ theo thời gian 151 Để tạo các màn hình này trong mục Project ta chọn “add screen” tiến hành đặt tên cho màn hình vào mục “name” và chọn màu nền cho màn hình ở mục “Background color” Hình 5.4: Màn hình “auto” * Giao diện khởi động hệ thống Hình 5.5: Giao diện khởi động hệ thống ủ Trong màn hình này gồm - Bốn trường đầu vào để nhập thời gian ủ và thời gian bắt đầu ủ. Các trường đầu vào này được lấy trên biểu tượng I/O field trên thanh công cụ đối với các trường này ta cần định dạng các thông số chính sau ( ví dụ với tag thời gian ủ) + Kiểu của trường ( mode): có 3 lựa chọn cho trường có thể làm đầu vào đầu ra hoặc đảm nhiệm cả 2 chức năng vừa làm đầu vào vừa làm đầu ra + Tag xử lý ( Tag process): đó là tag thời gian cần ủ “timer” + Kiểu dữ liệu( format type): số thập phân (Decimal) + Độ dài dữ liệu - Một Switch điều khiển ON_OFF hệ thống: các Switch này có chức năng như các công tắc để sử dụng cần khai báo các thông số chính sau 152 + Để lấy một Switch ta vào “ Library/Button and Switch” để chọn loại công tắc mong muốn. Hình 5.6: Thư viện công tắc trong WinCC flexible + Khai báo các thông số khi sử dụng công tắc Trong mục “general” ta chọn tag xử lý là On_Off Hình 5.7: Chọn Tag xử lý cho công tắc Trong mục “events” ta chọn các thức để tác động tới công tắc là “Press” và chức năng khi tác động tới công tắc “InvertBit” trong tag On_Off 153 Hình 5.8: Chọn chức năng cho công tắc - Bảng lựa chọn chế độ gồm 2 nút ấn “Tự động” và “bằng tay” để điều khiển nhảy đến màn hình điều khiển tự đông và bằng tay Hình 5.9: Bảng chọn chế độ hoạt động Ví dụ với phím “ tự động”: chọn cách thức tác đông phím là “ Press” và chức năng khi tác động phím là “ActivateScreen” và màn hình nhảy đến khi tác động phím là màn hình “AUTO” Hình 5.10: Cấu hình chức năng cho phím tự động - Phím “thoát”: dùng để thoát khỏi màn hình giao diện trên WinCC Việc định dạng cho phím thực hiện tương tự như đối với các phím khác nhưng khi xác định chức năng cho phím là “StopRuntimer” Hình 5.11: Cấu hình chức năng cho phím thoát * Giao diện điều khiển hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động 154 Hình 5.12: Giao diện điều khiển tự động Trong màn hình này ta có thêm - Hai trường đầu vào để nhập nhiệt độ đặt trên và đặt dưới và một trường đầu ra để hiển thị nhiệt độ của tank trong quá trình hoạt động và các phím tăng giảm để điều chỉnh nhiệt độ đặt trên và đặt dưới. Hình 5.13: Bảng hiển thị và điều chỉnh nhiệt độ + Khai báo thông số cho trường đầu vào ra ( hiển thị nhiệt độ và thiết lập nhiệt độ): thực hiện giống như đối với khai báo ngày tháng năm và thời gian ủ nhưng chú ý ở đây các thông số này này khi khai báo tag dưới dạng số thực nên cần chọn độ dài dữ liệu cho phù hợp. Mặc dù tín hiệu từ đầu vào cảm biến PT100 là tín hiệu tương tự và 155 PLC phải thực hiện chức năng chuyển đổi thành tín hiệu số để đưa về hiển thị trên PLC. Hình 5.14: Cấu hình cho trường đầu vào đặt trên Cấu hình một đèn báo van 8: Lấy đèn báo trong thư viện và chọn tag tác động đến đèn đó là tag “van 8” Hình 5.15: Chọn tag tác động đèn báo van 8 * Giao diện bằng tay Hình 5.16: Giao diện điều khiển bằng tay 156 Trong giao diện này có thêm hệ thống các Switch để điều khiển đóng mở các van ở chế độ bằng tay việc tạo các phím này được thực hiện tương tự như phím ON_OFF. Các phím “Đồ thị”, “Tự động”, “Trở về menu” có chức năng chuyển đổi giữa các màn hình. Cấu hình tương tự như phím “Tự động” trong màn hình khởi động. * Giao diện đồ thị nhiệt: Hình 5.17: Đồ thị nhiệt của hệ thống theo thời gian Để tạo giao diện đồ thị nhiệt ta vào mục “ Enhanced Object/ trend view” trên thanh công cụ để lấy đồ thị Hình 5.18: Lấy biểu đồ trong hộp công cụ 157 Trong mục “Adnimation” chức năng của biểu đồ là “Appearance” (hiển thị dải) và tag xử lý là phản hồi, dải hiển thị là từ 0 đến 100. Việc lựa chọn dải hiển thị này tùy thuộc vào tag mà ta xử lý. Trong chương trình này tag xử lý là nhiệt độ và dải của nhiệt độ cần hiển thị là từ 0 đến 100 Hình 5.19: Chọn tín hiệu cần hiển thị trên biểu đồ và dải giá trị hiển thị Sau khi thiết lập xong các màn hình điều khiển tiến hành kết mối máy tính với PLC. Đồng thời chạy cả hai chương trình PLC và WinCC thì ta có thể điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua giao diện HMI. 5.5 Tải chương trình và kiểm tra Để truyền (Transfer) một chương trình từ WinCC Flexible xuống màn hình HMI thông qua Ethernet chúng ta phải thiết lập cấu hình cả trên HMI và trên máy tính (PC). * Chú ý: không thể truyền một chương trình tới HMI mà không có giao thức Ethernet. Trường hợp này chỉ giới thiệu cách kết nối trực tiếp giữa HMI và máy tính chứ không thông qua Hub, Switch hay Router. 5.5.1. Cấu hình trên HMI: 1)Chọn mục "Transfer" trong cửa sổ "Control Panel" Hình 5.20: Cửa sổ Transfer của Panel 158 2)Cho phép truyền qua Ethernet với Channel 2 Hình 5.21: Thiết lập Tranfer Chọn Ethernet cho kênh 2, sau đó tick vào Enable Channel và có thể tick vào "Remote Control" nếu cần. "Remote Control" cho phép lựa chọn tự động dừng Runtime trên Panel khi quá trình truyền được kích hoạt qua môi trường phát triển của WinCC flexible. Panel sau đó tự động chuyển sang chế độ Transfer. 3) Mở Advance settings bằng cách click nút "Advance" 4)Double click vào "Ethernet Drive" Hình 5.22: Biểu tượng Ethernet Drive 5)Chọn "Specify and IP address " và đặt địa chỉ IP và Subnet mask như hình dưới. Sau đó chọn OK để đóng hộp thoại. Ví dụ ta đặt địa chỉ IP cho Panel là: 150.150.150.20 và Subnet Mask: 255.255.255.0 Hình 5.23: Thiết lập địa chỉ IP và Subnet Mask của HMI 6) Đóng cửa sổ "Control Panel" 7) Nhấp vào biểu tượng "System" để mở cửa sổ hộp thoại "System Properties". 159 Hình 5.24: Thiết lập tên HMI trên mạng Đổi tên của Panel trạm (ví dụ "HMI_Panel_mp377",). Chú ý nếu đang sử dụng nhiều Panel trong một mạng Ethernet, ta luôn phải thay đổi tên của bảng điều khiển. Lưu ý rằng tên thiết bị phải là duy nhất, nói cách khác, nó phải chưa được sử dụng bởi các thiết bị khác. Sau khi thiết lập đóng hộp thoại bằng nút OK rồi đóng "Control Panel". 8) Chọn nút "Transfer" trong "RunTime Loader". Kết thúc cấu hình trên Panel Hình 5.25: Chọn nút "Transfer" 5.5.2. Cấu hình trên máy tính (PC) 1) Mở manu "Network Connections" trong Control Panel của máy tính 2) Nhấp chuột phải vào bộ chuyển đổi mạng Ethernet tương ứng để mở cửa sổ hộp thoại adapter. Mở cửa sổ Properties của adapter Ethernet bằng cách nhấn vào nút "Properties". 160 Hình 5.26: Mở cửa sổ Properties của adapter Ethernet 3) Tíc vào ô "Internet Protocol (TCP/IP)" và click vào nút "Properties". Hình 5.27: Mở cửa sổ Properties của Internet Protocol 3) Đặt địa chỉ IP cho máy tính. Các địa chỉ IP phải là duy nhất, nói cách khác, nó không được sử dụng bởi bất kỳ nút khác trong mạng.Ví dụ ta đặt địa chỉ IP cho máy tính như sau: 150.150.150.10 và Subnet Mask: 255.255.255.0 Sau đó chọn OK để đóng hộp thoại. 161 Hình 5.28: Đặt địa chỉ IP và Subnet Mask của máy tính 5.5.3. Kiểm tra kết nối Ethernet. Từ giao diện Windows ta vào Start-> Run-> gõ lệnh "cmd" để vào cửa sổ lệnh cmd của windows. Hình 5.29: Mở cửa sổ lệnh CMD Trong cửa sổ cmd ta gõ lệnh: ping 150.150.150.20 (địa chỉ IP của Panel) sau đó gõ Enter. Quan sát thấy các tham số địa chỉ IP như hình vẽ , có nghĩa là máy tính đã kết nối với panel thành công. 162 Hình 5.30: Màn hình kiểm ra kết nối Nếu vượt quá thời gian (không có trả lời từ node), khi đó kiểm tra và thực hiện các công việc sau đây: • Kiểm tra và nếu cần, thay thế cáp Ethernet (ví dụ, không dùng cáp đấu chéo khi sử dụng một hub hoặc switch). • Kiểm tra địa chỉ IP và subnet mask trên Panel và trên các cấu hình máy tính. • Chọn và kích hoạt đúng Ethernet adapter. • Kiểm tra các thiết lập truyền trong "Control Panel> Transfer Settings". • Kiểm tra các thiết lập tường lửa trên các cấu hình máy tính. Nếu không vượt quá thời gian, các cấu hình kết nối ở mức hệ điều hành là OK và ta có thể đóng giao diện điều khiển lệnh Window. 5.5.4. Cấu hình trên WinCC Flexible. 1) Tạo một kết nối bằng cách: vào tab "connection" hoặc chọn "insert->New Object-> Connection." Hình 5.31: Mở cửa sổ Connection 2) Xác định tham số có liên quan đã được quy định ở trong panel và trong PG/PC interface. Đối với kết nối thông qua Ethernet ta phải thay đổi interface trong WinCC Flexible thành "Ethernet" hay "HMI IE". 163 Hình 5.32: Thiết lập giao tiếp 3) Nếu không kết nối với S7-300/400 CPU thì phải thay đổi communication driver. 4) Truyền chương trình xuống HMI thực hiện như sau: "Project-> Transfer-> Transfer settings...". Ngược lại ta cũng có thể mở thông qua toolbar. Hình 5.33: Chọn thiết bị Transfer 5) Trong trường hợp có nhiều panel, trong hộp thoại "Transfer settings" ta chọn panel mình cần truyền. 6) Chọn chế độ truyền "Ethernet" và nhập địa chỉ IP của Panel . Sau đó chọn "Transfer" để truyền chương trình xuống panel. Chú ý khi chọn "Transfer trên WinCC Flexible" thì ở panel cũng đã chọn "Transfer" trước. Câu hỏi ôn tập chương 5 Bài 1: Thiết kế SCADA cho hệ thống trộn sản phẩm với chức năng sau: 164 Chức năng :  Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay  Hiển thị thời gian của động cơ và valve  Có khả năng nhập các thông số về thời gian cho các động cơ và valve Yêu cầu  Thiết kế mô hình phân cấp chức năng của hệ thống  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống  Lựa chọn kết nối thiết bị  Thiết kết màn hình HMI  Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên 165 Bài 2: Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống tự động kiểm tra cho cơ diesel máy phát với các thông số sau: - Nhiệt độ nước làm mát cao - Nhiệt độ dầu bôi trơn cao - Nhiệt độ khí xả cao - Áp suất nước làm mát thấp - Áp suất dầu bôi trơn thấp Tự động báo động khi thông số vượt ngoài ngưỡng cho phép (chuông kêu đèn nhấp nháy), khi chấp nhận sự cố đèn ngừng nhấp nháy, và khi thông số trở về trạng thái ban đầu thì đèn tắt.  Có khả năng nhập ngưỡng báo động các thông số và kiểm tra đèn còn tốt hay xấu.  Có khả năng tự động bảo vệ máy phát khi các thông số vượt ngưỡng báo động sau một thời gian không xử lý. Yêu cầu  Thiết kế mô hình phân cấp chức năng của hệ thống  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống  Lựa chọn kết nối thiết bị  Thiết kết màn hình HMI  Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên 166 Bài 3: Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống tự động xử lý nước và đóng chai: Chức năng  Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay  Hiển thị thời gian của động cơvà valve  Có khả năng nhập các thông số về thời gian cho các động cơ và valve Yêu cầu  Thiết kế mô hình phân cấp chức năng của hệ thống  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống  Lựa chọn kết nối thiết bị  Thiết kết màn hình HMI  Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên Bài 4: Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống phân lọai sản phẩm tự động: Chức năng  Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay 167  Hiển thị trọng lượng của sản phẩm  Có khả năng nhập trọng lượng của sản phẩm cần phân loại Yêu cầu  Thiết kế mô hình phân cấp chức năng của hệ thống  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống  Lựa chọn kết nối thiết bị  Thiết kết màn hình HMI  Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên Bài 5: Thiết kế SCADA cho hệ thống điều khiển đèn giao thông như sau: Chức năng:  Có khả năng chạy chế độ tự động, nữa đêm và bằng tay  Hiển thị thời gian của các đèn  Có khả năng nhập các thông số về thời gian của các đèn  Tự đề xuất hướng mới cho đèn giao thông Yêu cầu  Thiết kế mô hình phân cấp chức năng của hệ thống  Lựa chọn thiết bị cho hệ thống  Lựa chọn kết nối thiết bị  Thiết kết màn hình HMI 168 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [1] Nguyễn Kim Ánh , Nguyễn Mạnh Hà; Mạng truyền thông công nghiệp. [2] Ngô Bá Hùng , Nguyễn Quang Huy; Giáo trình lập trình mạng truyền thông; Đại Học Cần Thơ. [3] Hoàng Minh Sơn; Mạng truyền thông công nghiệp; NXB KHKT; 2008. Tài liệu tiếng Anh: [4] Bailey D; Practical SCADA for Industry; Elsevier; 2003. [5] CL Beaver, DR Grallup, WD NeuMan and MD Torgerson; Key management for SCADA; Sand report; March 2000. [6] Draft Standard for Substation Intergrated protection, Control and Data Acquisition Communication; IEEE P1525D4R3; December 2000. [7] Siemens AG Industry Sector; WinCC flexible 2008 Compact / Standard / Advanced User's Manual; 2008. 169 PHỤ LỤC A. CHƯƠNG TRÌNH PLC CHO VÍ DỤ 2 170 171 172 173 174 B. CHƯƠNG TRÌNH PLC CHO VÍ DỤ CHƯƠNG 5 175 176