Tài liệu Chương 4: Giới thiệu về hệ thống SIMATIC PSC7 doc

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SIMATIC PCS 7 4.1 Các thuật ngữ cơ bản: 4.1.1 Truyền thông communications: Truyền thông để chỉ sự truyền dữ liệu giữa hai hoặc nhiều thành phần truyền thôn

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SIMATIC PCS 7

4.1 Các thuật ngữ cơ bản:

4.1.1 Truyền thông (communications):

Truyền thông để chỉ sự truyền dữ liệu giữa hai hoặc nhiều thành phần truyền thông với nhau, trong truyền thông người ta có thể gọi đây là cộng sự (communications partner) Trao đổi ở đây có thể là lấy hoặc gởi thông tin, trạng thái, tín hiệu…

Qúa trình truyền thông có thể xảy ra ở nhiều đường truyền khác nahu như: cổng truyền thông được tích hợp cùng với CPU; bộ xử lý truyền thông riêng còn gọi là CP (communications processor); ngoài ra người ta còn hay sử dụng từ Node để thay thế cho các thành phần này Xem ví dụ ở hình bên dưới:

4.1.2 Hệ thống truyền thông có dự phòng (Redundant Communication System):

Là hệ thống có độ dự trữ có thể tăng lên gấp đôi đôi khi có thể gấp ba lần

ở tại một số CPU, nguồn cung cấp cho hệ thống điều khiển hoặc môi trường truyền thông (các bus truyền)

Hình 4.1 Các thành phần trong truyền thông

Các cơ chế giám sát và đồng bộ hóa sẽ được đảm bảo nếu có một thành phần bị lỗi thì sẽ có một thành phần khác thay thế ngay (tùy theo mức độ dự

phòng) mà không nhất thiết phải dừng

hệ thống để xử lý, chỉ cần tách ra và khắc phục thành phần bị lỗi sau đấy đưa hệ thống trở lại hoạt động như quá trình cài đặt ban đầu (ví dụ các S7 400H của Siemens hay AC800M của ABB có cơ chế này)

Việc dự phòng này ở các cấp độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ quan trọng của hệ thống, thực tế người ta có thể chia ra các cấp độ như sau:

- Độ dự phòng nóng (Host Standby): thời gian chuyển mạch < 10 ms

- Độ dự phòng ấm: 10 ms < thời gian chuyển mạch < 100 ms

- Độ dự phòng lạnh (nguội): dự phòng dạng này phải ngừng hệ thống trong khoảng thời gian ngắn để thay thế thiết bị

Truyền thông có tính khả dụng (sẵn sàng) cao (High - Availability

communication)

S7 400H là ví dụ minh họa trong kết nối truyền thông kiểu này Truyền thông này mang lại độ tin cậy, tăng năng suất trong sản xuất, giảm thời gian dừng máy khi bảo dưỡng hai khắc phục sự cố… Ngược lại giá thành đầu tư rất cao

4.1.3 Các nút (node) dự trữ:

Ngoài các vấn đề dự phòng về nguồn (PS), CPU, bus, CP còn có dự phòng

về nút Kiểu dự phòng này được thực hiên trong những hệ thống có độ dự phòng rất cao để phục vụ cho việc thay thế hoặc nâng cấp Khi sự cố ở nút mạng nào đó thì không làm ảnh hưởng đến các nút khác trong mạng

4.1.4 Trạm (Station):

Trạm là một thiết bị kết nối vào trong một subnet nào đó hay là sự liên kết

b Dự phòng Server, CPU AC800 và các bus truyền thông trong kết nối của ABB

a Dự phòng CPU và bus truyền

thông trong kết nối của S7 400H

địa chỉ khi kết nối vào trong mạng Ví dụ trạm ở đây có thể là: PC, PLC, PG, OP,

Mỗi subnet có một subnetID duy nhất

Hình x.x có ba subnet (1 subnet MPI, 2 subnet Profibus DP), các S7 400 làm nhiệm vụ điều khiển và quản lý hai subnet Profibus DP vừa làm nhiệm vụ của gateway để liên kết ba subnet lại với nhau

- Modul E/P được sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Ethernet và Profibus DP

Hình 4.2 Ví dụ minh về các subnet và các liên kết giữa chúng

- Modul IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Profibus DP và Profibus PA

- DP/AS-i Link sử dụng để liên kết IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Profibus DP và AS-i

- Gateway 3WN6 thiết bị sử dụng để chuyển mạch trong Profibus DP

- ET 200U DP/FMS sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Profibus DP và Profibus FMS

Ngoài ra các modul CP, PLC và PC đôi khi cũng đóng vai trò của một gateway Xem hình ví dụ bên dưới:

4.1.9 Khách/chủ (Client/server):

Khái niện về Khách/chủ đưa ra nhằm để xác định chức năng sử dụng hay quản lý dữ liệu Việc này giúp cho việc phân định công việc một cách rõ ràng, dễ tích hợp, bảo dưỡng và nâng cấp hơn Tăng được hiệu suất công việc, giảm giá thành tích hợp và tối ưu hóa thời gian thực thi công việc, điều này cũng có nghĩa Hình 4.3 Lên kết giữa Profibus DP và Profibus PA sử modul IM 157

Server:

Trách nhiệm của Server là quản lý, lưu trữ dữ liệu, đảm bảo các dịch vụ truyền thông, cấu trúc và số lượng kết nối Nâng cao độ tin cậy trong hệ thống (tính khả dụng)

Client:

Chức năng chủ yếu của client là sử dụng thông tin, ngoài ra còn có xử lý thông tin để giảm bớt gánh nặng cho Server (tính năng này là hầu hết trong các mạng TTCN) Giúp cho Server dễ dàng hơn trong việc truy cập hệ thống mà không cần phải phân bố chi tiết thời gian, dữ liệu…

4.1.10 Chủ/tớ (Master/Slave):

Khái niệm chủ tớ thường rất hay gặp khi tiến hành tích hợp mạng TTCN Chúng ta có thể liên tưởng đến quan hệ giữa Cleint/Server ở trên nhưng khái niệm Master/Slave ở cấp độ nhỏ hơn nhiều Ví dụ trong kết nối giữa PLC S7300 hoặc S7 400 với các mô đun phân tán ET 200 thông qua subnet Profibus DP thì CPU của PLC đóng vai trò là Master còn các mô đun phân tán ET 200 là các Slave

4.2 Giới thiệu các phần mềm thuộc gói phần mềm STEP 7:

Trước khi bắt đầu với phần mềm này chúng ta đi tổng quan về gói phần mềm STEP 7 Trong đó có các phần mềm sau:

- Configure SIMATIC Workspace

- Converting S5 file

- LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks

- Memory Card Parameter Assignment

- PID Control Parameter Assignment

- S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System

- S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics

- Setting the PG-PC Interface

- TI 405 - S7 Converting TI File

- TI 505 - S7 Converting TI File

- NetPro - Configuring Networks

4.2.1 Configure SIMATIC Workspace:

Ở đây, bạn có thể cài đặt “SIMATIC STEP 7 Workstation” để chuẩn bị cho quá trình làm việc với các dự án của STEP 7 và các STEP 7 Workatation khác

- Workstation có hai loại:

+ Single Terminal: với cài đặt này, bạn chỉ làm việc được trên duy nhất một dự án STEP 7

+ Multi - Terminal System: với việc cài đặt này, những dự án của bạn có thể được soạn thảo từ tập hợp nhiều Workstation khác nhau Dự nán đó thông thường nằm trên File của Server hoặc trên một nhóm Workstation Tất cả các station trong nhóm (workgroup) có thể truy cập vào nó

- Chuẩn giao thức được sử dụng để thiết lập một hệ thống với Multi - terminal,

các chuẩn giao thức này là “ngôn ngữ” chung chung để truyền thông giữa các Workstation với nhau Các cài đặt với chuẩn giao thức nên tuân theo tiêu chuẩn

chung thống nhất của quốc tế Có các chuẩn sau đây được thiết lập cho hệ thống mạng của bạn thông qua phần mềm này:

+ DB server: chỉ sử dụng địa chỉ “host”

Khi thiết lập địa chỉ cho DB server, phần mềm đã mặc định cho nên bạn không cần phải tạo ra địa chỉ mới hoặc là đưa thêm địa chỉ nào nữa DB server sẽ sử dụng tất cả các địa chỉ IP tiện lợi này

Nếu nhiều hơn một mạng được thiết lập, bạn có thể đưa địa chỉ

“host” cho những mạng đó và lúc đó các DB server nên làm việc độc lập + Ví dụ cho truyền dữ liệu với khoảng cách dài (long - distance):

Nếu DB server hoạt động trong mạng với khoảng cách dài, đầu tiên bạn phải dừng DB server trước khi thực hiện việc kết nối và lú đó bạn đảm bảo rằng các kết nối phải đảm bảo tuân theo chuẩn giao thức TCP/IP Tốt nhất là các địa chỉ mà bạn ấn định trong mạng nên quản lý trên một file nào đó để tiện cho việc quản lý để tránh sự nhầm lẫn và trùng lặp Bạn nên lưu ý đến chức năng “default setting” của phần mềm trong quá trình định địa chỉ cho các DB client

Cấu trúc IP xem thêm trang 20 trong giáo trình thiết kế và xây dựng mạng LAN và WAN

- Cấu hình của Multi - User trong mạng:

Với STEP 7, bạn có thể làm việc trong môi trường Windows 2000/XP và NT/2000 server Tương ứng với mỗi Workstation bạn có thể làm việc tương ứng với các Project ở những dạng sau:

Hình 4.4 Thiết lập địa chỉ host cho DB server

+ Project trên một Workstation nào đó cũng co thể được sử dụng bởi các Workstation khác Xem ví dụ ở hình 4.5, Workstation 1 và Workstation

2 truy cập vào Project A trên Workstation 1

+ Các Workstation khác vó thể truy cập vào Project trên server Xem ví dụ

ở hình 4.5, Workstation 1 và Workstation 2 có thể truy cập vào Project C trên server của mạng đó

+ Các Project là được phân bố tại các Workstation hay server trong mạng

có một hoặc nhiều hơn một server Xem ví dụ ở hình 4.5, Workstation 1

và Workstation 2 có thể truy cập vào các Project A, B, C

4.2.2 Converting S5 file:

Phần mềm này có chức năng chuyển đổi các File được soạn thảo trên STEP 5 (thế hệ cũ) sang dạng File khác mà File đó hoàn toàn có thể soạn thảo lại

và có thể làm việc được trong môi trường STEP 7

Với một những thao tác đơn giản là:

- Khởi động phần mềm Converting S5 file

- Vào File/Open

- Chọn File S5 mà bạn muốn chuyển đổi

4.2.3 LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks:

Trên phần mềm này chúng ta có thể tạo lập các Project cho PLC S7 - 300 hoặc S7 - 400 bằng một trong 3 ngôn ngữ LAD, STL, FBD Ngoài ra chúng có

thể khởi động phần mềm này từ SIMATIC Manager

4.2.4 Memory Card Parameter Assignment:

Ở đây bạn có thể chỉ định được giao diện mà thiết bị lập của bạn có thể sử dụng để lưu trữ “chương trình người sử dụng” trên card nhớ cho PLC thuộc S7

4.2.5 PID Control Parameter Assignment:

Trên phần mềm này giúp chúng ta thiết lập các quá trình điều khiển vòng kín còn gọi là PID cho các ứng dụng điều khiển ổn định Việc thiết lập chương trình này dựa vào hai khối:

+ OB41 có chức năng điều khiển liên tục (continuou)

+ OB42 có chức năng điều khiển mức (step)

Hình 4.5 Nhóm server chạy trên hệ điều hành Window NT

4.2.6 S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System

Phần mềm này ứng dụng cho các chương trình mà có giải thuật (thuật toán) dưới dạng tuần tự (Sequential) viết dưới dạng graph mà chúng ta thường

hay gọi là ngôn ngữ grafcet (tham khảo chương 1 thuộc giáo trình điều khiển

Logic) Nó là một dạng ngôn ngữ lập trình tiện lợi bên cạnh 3 ngôn ngữ lập trình

cơ bản cho PLC S7 mà chúng ta thường hay gặp Tiện lợi ở chỗ là chương trình ngắn gọn, hoàn toàn bằng đồ họa, có thể chuyển một cách dễ dàng tương ứng từ dạng lưu đồ thuật toán…

Ví dụ về việc quan sát trạng thái tín hiệu của các địa chỉ thuộc vùng nhớ vào, ra và các bit nhớ ở các vùng khác:

Trong bước trên, trạng thái của tín hiệu trong quá trình hoạt động của chương trình là được hiển thị Trạng thái của tín hiệu tương ứng với các địa chỉ (vào, ra và các địa chỉ nhớ khác) là được xác định tại vị trí những dấu chấm hỏi (???) của các hoạt động một cách riêng lẻ Điều này có nghĩa là không hoàn toàn các hoạt động của các bước là được hiển thị Đặc biệt các địa chỉ dạng Boolean là được hiển thị trong trạng thái này Giá trị các địa chỉ khác được hiển thị chi tiết trong của sổ của bảng địa chỉ Nếu có khóa liên động được gọi thì khóa đấy không hiển thị trạng thái Bên dưới là một ví dụ để mô tả việc lập trình tuần tưh

thông qua ngôn ngữ lập trình Graph này Phần này sẽ được trình bày kỹ hơn trong các chuyên đề điều khiển các quá trình công nghệ!

Hình 4.6 Mô tả bước chuyển trạng thái của chương trình trên GRAPH

4.2.7 S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics

S7 PDIAG được sử dụng để tạo ra những định nghĩa lỗi, tạo cho người sử dụng tiện lợi trong quá trình giám sát hệ thống Qúa trình chuẩn đoán này sẽ xác định kiểu thông tin về lỗi, vị trí lỗi và các cảnh báo của lỗi Những dữ liệu của chuẩn đoán là thông tin quan trọng giúp cho việc xử lý sự cố Những thuận lợi

mà chương trình này mang lại:

- Lỗi quá trình (Process errors) có thể được nhận ra rõ ràng và nhanh chóng

- Giảm bớt thời gian dừng hệ thống do lỗi do đó sẽ tăng được năng suất

- Những thhông tin rõ ràng được tạo ra cho quá trình xử lý sự cố

(troubleshooting) làm cho quá trình xử lý sẽ trở nên dễ dàng hơn

- Tuổi thọ của hệ thống được tăng lên đáng kể

4.2.8 Setting the PG-PC Interface

Bất cứ máy tính nào tham gia vào mạng đòi hỏi phải có một giao diện mạng được thiết lập Phần mềm này sẽ giúp người sử dụng tạo ra những giao diện để thực hiện các kết nối tương ứng vào các mạng khác nhau như (PPI, MPI, PROFIBUS, ETHERNET…)

4.2.9 TI 405 - S7 Converting TI File

Chương trình TISOFT405 được lưu trữ một hoặc nhiều file Những file

này được định dạng trong một thư viện của DOS Chúng không phải là những file văn bản Việc lưu trữ NAME của chương trình TISOFT405 là được liên kết với một file NAME.VPU Những file khác như là NAME.CMT cũng được liên kết với chương trình NAME

Qúa trình chuyển đổi đòi hỏi phải đọc thông tin từ các file liên kết và tạo

ra những file text tương đương với những lệnh của STEP 7 Như vậy đầu ra của các file text là đầu vào của STEP 7 Program Editor Ban đầu sau khi chuyển, chương trình này ở dạng statementlist, sau đó chúng ta có thể chuyển sang dạng LAD hoặc FBD nếu có thể

Như vậy chương trình này chỉ có ý nghĩa khi các bạn muốn chuyển file được thiết lập trên những PLC quá cũ tại các nhà máy mà sử dụng thiết bị của hãng Siemens (có thể xem như là “đời” STEP 4) sang ngôn ngữ lập trình STEP 7

để có thể thao tác trực tiếp như: thay đổi địa chỉ, nâng cấp chương trình hay nâng cấp CPU…

4.2.10 TI 505 - S7 Converting TI File

Chương trình này cũng có mục đích giống như chương trình được trình bày ở mục 4.2.1.9 nhưng đối với “đời” STEP 5

4.2.11 NetPro - Configuring Networks

Chương trình này là chương trình quan trọng nhất trong tất cả các chương trình được nêu ra trên đây Nó giúp cho chúng ta có thể thiết lập cấu hình của mạng truyền thông (SCADA hoặc DCS) sử dụng các thư viện thiết bị và chuẩn giao thức đã được xây dựng sẵn trên đó Phần này sẽ trình bày kỹ trong chương

5

4.3 Mô hình hệ thống PCS 7:

Có thể nói PCS 7 là một triết lý về một hệ thống điều khiển, nó tạo ra những ứng dụng cho bộ điều khiển logic lập trình được (PLC), ứng dụng cho hệ thống xử lý quá trình Nó là hệ cơ bản của SIMATIC S7

PCS 7 là một hệ thống chuẩn về cấu trúc do đó có thể xây dựng một hệ thống có giải pháp tự động ở cấp thấp, trung bình hoặc cấp cao Từ cấp đơn giản đến cấp phức tạp nhất mà các nhà máy yêu cầu Nói chung PCS 7 là hệ thống tự động hóa quá trình mềm dẻo, cung cấp giải pháp một cách tùy chọn cho người sử dụng

Điều này sẽ mang lại những ưu điểm nổi bật như:

- Cùng một phần cứng sử dụng trong nhà máy về PLC và điều khiển quá trình

- SIMATIC 7 đề cập đến sự kết hợp để tạo nên một hệ thống Tự động hóa diện rộng

- Sự phân bố của hệ SIMATIC 7 trên toàn thế giới là một minh chứng cho việc lắp đặt, dịch vụ và bảo dưỡng của nó

- Tính an toàn cao và đồng bộ

4.3.1 Trạm Engineering System (ES):

Từ trạm ES này, người sử dụng có thể thiết lập, thay đổi các thông số của các trạm được kết nối vào trong mạng Thường trong các nhà máy cỡ trung bình

và lớn đều có các trạm ES này Ngoài những chức năng trên, trạm ES còn có thể chạy các gói phần mềm cấu thành nên trạm OS

SIMATIC PCS 7 cung cấp một giải pháp ES toàn diện cho việc thiết lập cấu hình cho tới giám sát hệ thống PCS, hỗ trợ cho việc xử lý các dự án nhà máy

và mạng diện rộng

Hình 4.7 Mô hình mẫu của hệ thống PCS 7

4.3.2 Hệ thống giao diện vận hành OS (Operator Interface System):

Trong hệ thống PCS 7, giao diện vận hành hay còn gọi là HMI (Human Mechain Interface) cơ bản là trên WinCC (Windows Control Center) Hệ thống

có những kiểu sau:

- Stand-alone-system

- Multi-user-system

Hình 4.8 Giới hạn mà trạm ES có thể quản lý được

Hình 4.9 Mô hình kết nối của hệ thống Stand-alone và Multi-user