Tổng quan về hệ thống PCS 7

 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.