Giao diện người máy - Lập trình với S7 và WINCC 6.0

 
Nội dung cuốn sách

Trong chuyên đề này, chúng tôi muốn giới thiệu đến các bạn tài liệu: GIAO DIỆN NGƯỜI MÁY-LẬP TRÌNH VỚI S7 VÀ WINCC 6.0. WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada (HMI) trong lãnh vực dân dụng cũng như công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình.

          WinCC viết tắt của Windows Control Center, là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các giao diện Người và Máy-HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.

WinCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: Hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo. Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm bảo tính hữu dụng cao.

Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens v.v thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC.

ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA WINCC

          WinCC 6.0 chạy trên hệ điều hành Microsoft Window XP, Windows 2000. Do có tính chất mở và thường xuyên được cập nhật, phát triển nên WinCC tương thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện người và máy đáp ứng nhu cầu sản xuất. Nếu bạn là những nhà phát triển hệ thống, có thể ứng dụng WinCC để phát triển ứng dụng của mình qua giao diện mở của WinCC. Chương trình tích hợp được nhiều ứng dụng, tận dụng dịch vụ của hệ điều hành làm cơ sở mở rộng hệ thống. Với WinCC, ta có thể sử dụng nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng hệ thống có quy mô nhỏ và vừa khác nhau, cho tới việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn như MES: Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất-Manufacturing Excution System, hệ thống ERP-Enterprise Resouce Planning.  

Tùy theo khả năng của người thiết kế cũng như các phần cứng hỗ trợ khác mà WinCC đã và đang được phát triển trong nhiều lãnh vực khác nhau.

Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC là:

Tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống dùng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phỏng bằng hình các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi sự kiện. WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ họa, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo, v.v... đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện Người-Máy (HMI), sử dụng phổ cập nhất tại Việt Nam hiện nay nhờ vào hệ thống trợ giúp của Siemen có mặt tại nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam.

Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người-Máy (HMI) và mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:

Ø       Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, OLE, I/O,… với nhiều thuộc tính động (Dynamic).

Ø       Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm ra nguyên nhân của lỗi.

Ø       Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.

Ø       Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện.

Ø       User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác. Điều này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống.

Ø       WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như: Toolbox, các Control, OLE,… được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế. Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có như:

v      Các Control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển. Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạng thái.

v      Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi.

v      Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript được dùng để thao tác giúp cho việc xử lý các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt.

          WinCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành. Ngoài ra, sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó.

WinCC có thể tạo một giao diện Người-Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC,…) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các quy trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó, WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người-Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại.

          Việc sử dụng chương trình WinCC để điều khiển và giám sát hệ thống tự động hóa trong quá trình sản xuất đã cho kết quả điều khiển chính xác.

Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC, bạn có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào/ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lý dữ liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.

Lưu ý: Chuyên đề này hướng dẫn bạn đọc thực hành trên S7 300 và WinCC, trọng tâm của chuyên đề này là hướng dẫn sử dụng WinCC. Ở đây, STKBOOK xem bạn đọc đã biết qua S7 300 phần cơ bản. Bạn đọc cần nắm vững lập trình PLC S7 300 cả lý thuyết cũng như thực hành với S7 300 qua nhiều bài tập phức tạp hơn nữa. Hãy tham khảo thêm các tài liệu hướng dẫn sử dụng lập trình S7 200 và S7 300 ở mức cao hơn cũng do tủ sách STK biên soạn để khai thác tốt WinCC trong công việc.