Tổng quan về hệ thống PCS 7
PCS 7 là
Giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể cho hệ thống điều khiển quá trình
Hình 2.1
Hệ thống PCS 7
SIMATIC
PCS 7 là hệ thống điều khiển quá trình của SIEMENS. Nó là kết quả của quá trình
phát triển và tích hợp hệ thống từ kinh nghiệm của những hệ thống trước đó như
TELEPERM M, SIMATIC S7, SIMATIC S5. PCS 7 được phát triển dựa trên cơ sở các sản
phẩm trong họ SIMATIC.
SIMATIC
PCS 7 là sự kết hợp các chức năng của hệ thống điều khiển quá trình với dòng sản
phẩm SIMATIC, chúng được thiết kế làm việc cùng nhau như một mối quan hệ đồng
nhất của hệ thống. Điều đó đưa đến những lợi thế sau :
·
Khi các thành phần làm việc trong một sự kết hợp,
chúng cùng làm việc theo một cách thống nhất, và phù hợp với tính năng của dòng
sản phẩm SIMATIC.
·
SIMATIC PCS 7 cung cấp những hỗ trợ tốt nhất có
thể có cho việc cấu hình hệ thống cho các nhiệm vụ tự động hoá quá trình.
Những
tính năng đặc biệt của hệ thống PCS 7:
·
Đồng bộ hoá thời gian.
·
Kiểm tra hoạt động và chuẩn đoán tất cả các
thành phần của hệ thống.
·
Chiến thuật khởi động và khởi động lại toàn bộ hệ
thống hay chỉ riêng các thành phần độc lập.
·
Có khả năng dự phòng cho tất cả các thành phần.
·
Các hệ thống báo cáo, ghi chép, và lưu trữ.
·
Quản lý truy cập thông qua việc quản trị người
dùng.
·
SIMATIC PCS 7 có thể sử dụng trong tất cả các phạm
vi điều khiển quá trình.
·
Chỉ cần nhập dữ liệu vào một lần.
·
Khả năng bị lỗi ít.
·
Tốn ít công sức và thời gian cho việc lập trình,
sửa chữa, chạy thử, và bảo trì hệ thống.
·
Tính năng mở.
PCS 7 sử
dụng các công nghệ phổ thông, chuẩn hoá quốc tế nên khả năng phối ghép với các
hệ thống , thiết bị khác không bị hạn chế cả về bề rộng và chiều sâu.
Mạng
truyền thông có thể lựa chọn các giao thức: Industrial Ethernet, Fast
Industrial Ethernet, PROFIBUS, AS-i, HART.
PCS 7 cũng
hỗ trợ và sử dụng các công nghệ giao diện phần mềm chuẩn như DDE-trao đổi dữ liệu động (Dynamic Data Exchange), OLE
(Object Linking and Embedding), ActiveX, ODBC kết nối cơ sở dữ liệu mở rộng
(Open DataBase Connection), và OPC (OLE for Process Control).
2.1.1 Cấu trúc hệ thống PCS 7
Cấu
trúc module hóa của Simatic PCS7 dựa trên những thành phần phần cứng và phần mềm
trong phạm vi của những chương trình SIMATIC. Điểm mấu chốt của hệ thống PCS 7
hiện nay là ứng dụng của mạng truyền thông sử dụng các giao thức công nghiệp,
trong đó các thiết bị thực hiện giao thức, xứ lý giao thức có thể được nối
trong cùng một cấu trúc mạng hoặc trong cấu trúc mạng kết hợp và thực hiện các
giao thức cùng loại hoặc kết hợp. Và tất nhiên sẽ có các thiết bị để thực hiện
việc chuyển đổi giao thức đó. Hình sau đây ví dụ về cấu hình SIMATIC PCS 7.
Hình 2.2
Cấu trúc cơ bản của Hệ thống PCS 7
·
ES (Engineering Station): Trạm kỹ thuật
·
OS (Operator Station): Trạm vận hành
·
AS (Automation Station): Trạm tự động hóa
2.1.2 ES (Engineering Station): Trạm thiết kế kỹ
thuật
SIMATIC PCS 7 cung cấp các trạm kỹ thuật với nhiều công cụ để thiết
lập cấu hình, lập trình điều khiển, chỉnh định xuyên suốt hệ thống điều khiển
quá trình, hỗ trợ điều hành toàn bộ hệ thống, cả cấp điều khiển và cấp trường.
Các trạm kỹ thuật rất linh động, nó thích hợp với tất cả quy mô hệ thống, từ
các hệ thống nhỏ cho đến các hệ thống quy mô rất lớn.
Trạm này dùng với nhiều mục đích như: định nghĩa các kết nối trong
hệ thống, thay đổi cấu hình cũng như phân vùng quản lý hệ thống… Khả năng can thiệp trong hệ PCS 7 của
ES được mô tả trong hình 2.3
Hình 2.3
Trạm thiết kế kỹ thuật
Trạm
thiết kế kỹ thuật PCS7 hỗ trợ các công cụ kỹ thuật mạnh mẽ. Với những
phần mềm cần thiết trên hệ
thống ES thuộc
gói phần mềm SIMATIC PCS 7, người
dùng có thể tạo cấu hình nhà máy một cách toàn diện. Đó là những phần mềm sau
đây:
Hình 2.4
Phần mềm PCS 7
·
SIMATIC Manager: phần mềm này làm nền tảng và là trung tâm quản lý cho tất cả
các thành phần của trạm kỹ thuật, là mối
liên kết toàn bộ dự án. Với SIMATIC Manager ta có thể tạo dự án,
tạo thư viện, quản lý và chẩn đoán các thành phần trong dự án, lưu trữ các đối tượng của dự
án… SIMATIC Manager thường được sử dụng để quản lý các dự án của
nhà máy.
·
PH (Plant Hierarchy): thiết kế hệ thống phân cấp
của nhà máy. PH hỗ trợ cấu hình diện rộng
của quá trình điều khiển và quản lý dữ
liệu của nhà máy.
·
HW Config: cấu hình phần cứng cho CPU, định địa
chỉ truyền thông, các thiết bị ngoại vi
và bus trường…
·
CFC (Continuous Function Chart): CFC là gói phần
mềm định hướng cho nhà máy, cấu hình các đồ họa của tác vụ tự động hóa. Sử dụng
CFC thông qua các khối đã được tạo sẵn (đây là gói phần mềm lập trình có cấu
trúc). Các khối được quản lý theo nhóm tùy theo chức năng của chúng trong thư
viện, thực hiện lập trình bằng các động tá kéo/thả.
·
SFC (Sequential Function Chart): Là gói phần mềm được cấu hình
cho hệ thống điều khiển tuần tự. với hệ thống điều khiển tuần tự, chức năng tự động hóa tiêu cơ sở
là được điều khiển trên sự thay đổi trạng thái và cũng có thể chọn lọc từ
quá trình.
·
SCL (Structured Control Language): Đây là ngôn ngữ lập trình giống với Pascal để lập trình cho những tác vụ phức tạp. Trên ES, nó được sử dụng để
tạo ra các khối và biên dịch các yêu cầu của CFC/SFC chart.
·
IEA (Import Export Assistant): sinh ra các mô
hình điều khiển.
·
WinCC (Windows Control Centre): WinCC được sử dụng
cho việc cấu hình cho hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy trên nền PCS 7. Với
phần mềm này, bạn có thể tạo ra bức tranh quá trình, các báo cáo, các thông báo
về hệ thống, đồ thị tín hiệu, nhật ký vận hành… mô phỏng giao diện toàn bộ quá
trình vận hành của hệ thống một cách trực quan.
·
Graphics Designer Editor: thiết kế các đối tượng
đồ họa, hình ảnh và hình động.
·
Commissioning Wizard: khi PC khởi động lại,
chương trình tự động phát hiện những
Module SIMATIC mới được cài đặt thêm và
hướng dẫn người dùng từng bước cài đặt và cấu hình trạm PC.
·
Configuration Console: với Configuration Console,
người dùng có thể thay đổi những thiết lập sau khi Commissioning Wizard khởi chạy.
Các điềm truy cập luôn luôn sử dụng nó để cấu hình.
·
Station Configurator: hiển thị cấu hình PC thực
tế tìm thấy được và cấu hình cho hệ thống PCS 7.
·
Multiproject: trong SIMATIC Manager, người dùng
có thể khởi tạo các dự án (single project hoặc multiproject). Một Multiproject
có thể chứa nhiều dự án nhỏ và môt thư viện dữ liệu Master.
·
Master Data Library: liên quan với Multiproject.
Khác với các thư viện ứng dụng cụ thể hoặc các hệ thống khác, một thư viện dữ
liệu Master nằm trong một Multiproject và tập hợp tất cả các chức năng sử dụng
trong Multiproject.
·
Process Objects View: trong trạm kỹ thuật, người
dùng có thể tạo ra nhiều đối tượng. Process Objects View chứa đựng tất cả các
khía cạnh kỹ thuật của một dự án. Process Objects View hiển thị những đối tượng
này và chỉnh sửa chúng ngay trong chế độ hiển thị.
·
SIMATIC NET: Commissioning Wizard, Configuration
Console và Station Configurator là những giao diện của SIMATIC NET. SIMATIC NET
là nền tảng cho cấu hình mạng và cấu hình hệ thống bus sử dụng trong một dự án
SIMATIC.
Trạm kỹ
thuật trong PCS 7 có thể được chia thành hai phần chính là AS và OS.
·
AS bao gồm thiết kế hệ thống phân cấp nhà máy,
các khối chức năng, các CFC, các SFC; cấu hình cho phần cứng và các thành phần
truyền thông.
·
OS thiết kế các chức năng vận hành và đồ họa.
Điều
quan trọng đầu tiên trước khi bắt tay vào thiết kế một hệ thống tự động cho một
nhà máy, bạn phải đặt ra các kế hoạch hay các phương án mà các phương án đó dựa
trên cơ sở là quá trình vận hành như thế nào, dựa vào đây bạn có thể ước lượng
được số OS; mức độ, tốc độ, khoảng cách và số trạm tham gia kết nối từ đó bạn
có thể ước lượng được bus hệ thống sử dụng là những bus nào; xác định số lượng
và vị trí đặt các bộ điều khiển trung tâm, số lượng các module vào/ra tập trung
và vào/ra phân tán hay yêu cầu điều khiển để xác định loại module phải được
tính toán rất kỹ. Ngoài ra bạn còn phải dựa vào kích cỡ của dự án, yêu cầu của
khách hàng, tính sẵn sàng hay nói cách khác là hệ thống có độ tin cậy cao, điều
kiện về vị trí (độ cao) và môi trường xung quanh vị trí dự định lắp đặt, tính
năng đáp ứng hay tính năng thời gian thực.
Nói
chung công việc tích hợp một mạng truyền thông cho một nhà máy là một công việc
khó khăn và phức tạp, đòi hỏi người thiết kế không những am hiểu sâu sắc về mặt
kỹ thuật trong các hệ thống tự động, am hiểu về công nghệ mà còn phải tùy chọn
dựa trên nhiều phương án và tiêu chí khác nhau để đưa ra một cấu hình vừa tối
ưu về chỉ các tiêu kỹ thuật và kinh tế.