Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL

Thư viện - ĐH Quy Nhơn

VVD.014667

w ĩllĩĩĩìĩĩìĩl 5

NHÀ XUẤT BÁN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

[■ « m

Jgbß I

T F iriri" ■

tt(L£JM|i| j&H 1 Np

~ " " m „ - ' N P N Lhp^c (CTjP^LfJ i p

~ ă ẩ

ffi** ' 1 ■ •""— •••I

THIẾT KẾ Hệ THỐNG

HMI/SCADA VỚI TIA PORTAL

TRƯỞNG ĐẠI HỌC QUY NH*K

THƯ IỆN______

yyp i4ÍQ^r I

^ TRnn vñn hiéu

THIÉT KÉ HE THONG

HMI/SCADA

■111 TIA PORTAL

NHÁ XUÁT BÁN KHOA HOC VA KY THUÁT

LỜI NÓI ĐẦU

T hiết k ế hệ thống HMI/SCADA vởi TIA P o rtal là cuốn sách

trong bộ sách “THIÊT KẾ h ệ THốNG T ự đ ộ n g h ó a v ớ i

TIA PORTAL” xuất bản năm 2017 với các nội dung như: Làm thế

nào để bắt đầu xây dựng một hệ thống giám sát, điều khiển vởi

màn hình SIMATIC HMI và hệ thống SCADA với WinCC Prof của

Siemens từ các bước định hình ban đầu với các dối tượng diều

khiển cơ bản (Basic object), các thành phần Element, các đối tượng

điều khiển Control... Làm thế nào để phân cấp người dùng với tính

năng User Administrator, lưu trữ dữ liệu với Historical data, thiết

lập cảnh báo Alarm, xây dựng công thức với Recipe, thiết lập báo

cáo và in ấn... Hoặc cơ bản về cách làm thế nào để thực hiện viết

Scripts (VB Script và c Script), thiết kê hiệu quả với Faceplate￾Dong thời sách cũng trình bày các bước làm thế nào để thiết lập

hệ thống mạng máy tính SCADA với máy chủ Server và máy tớ

Client, hệ thống máy tính dự phòng Redundant, hệ thống giám sát

điều khiển từ xa thông qua Webnavigator, Sm@rt Server...

Trong lần tái bản này, tác giả đã dành nhiều thời gian để chỉnh

sửa và bổ sung thêm nội dung như: thiết kế hiệu quả với cửa sổ

màn hình Screen window, tag prefix, điều khiển từ xa với Sm@rt

Server, Popup window, Slide-in, cách thiết kế với việc sử dụng các

lớp layer... hoặc định hướng cho người thiết kế xây dựng những

phong cách thiết kế phù hợp với yêu cầu của từng khách hàng với

HMI Style và thiết kế hiệu quả, tôi ưu với tính năng mới cho

SIMATIC WinCC, đó là SiVArc.

Thay lời cám ơn tới Quý bạn đọc đã ủng hộ tác giả trong suốt thời

gian qua cho bộ sách: “THIẾT k ế h ệ THốNG T ự đ ộ n g h ó a

VỚI TIA PORTAL”, trong lần tái bản này tác giả đã chuẩn bị

5

sẵn một dự án mẫu (Project) để giúp cho bạn đọc dễ dàng hơn

trong việc sử dụng sách hiệu quả. Quý bạn đọc vui lòng quét mã

QR code dưới đây để tự tải dự án mẫu này về:

Bộ sách THIẾT KẾ HỆ THốNG T ự ĐỘNG HÓA VỚI TIA

PORTAL được viết từ năm 2013 tới nay đã hoàn thành xong 4 tập:

■ Tập 1: Tự động hóa PLC S7 - 300 với TIA Portal.

■ Tập 2: Tự động hóa PLC S7 - 1200 với TIA Portal.

■ Tập 3: Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal.

■ Tập 4: Thiết kê mạng truyền thông công nghiệp với TIA Portal.

Bộ sách là kết quả chắt lọc, tổng hợp từ những kinh nghiệm, kỹ

năng, kiến thức... tác giả thu nhận được sau thời gian dài làm việc

với hệ thống tự động hóa Siemens với PLC - HMI - SCADA và

phần mềm tự dộng hóa tích hợp toàn diện TIA Portal, với mong

muôn được chia sẻ lượng kiến thức này tới Quý bạn đọc.

“H ãy sốn g v à đ a m m ê — Vì còn đ a m m ê là ta còn số n g ”

Mọi trao dổi, dóng góp và chia sẻ, xin gửi về tác giả:

TRẦN VĂN HIẾU

Email: [email protected]

Website: www.plcvietnam.com.vn

6

Trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Quý bạn đọc vui lòng liên hệ với các nhà sách phân phối bộ sách

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG T ự ĐỘNG HÓA VỚI TIA PORTAL”

như:

■ Nhà sách Hoàng Cương:

o Sô" 102 Lê Hồng Phong, p. 7, TP. Vũng Tàu.

o Website: http://www.hoangcuong.online/

■ Trung tâm Phát hành Sách và Văn hóa phẩm Khoa học và Kỹ

thuật - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật:

o Số 70 phố Trần Hưng Đạo, Q. Hoàn Kiếm, Hà Nội.

o Điện thoại: 024.38.220.686/091.303.8683

■ Trung tâm Sách kỹ thuật - Giáo trình đại học Bách Khoa:

o Kios 61-63. Số 142, dường Tô Hiến Thành, P.14, Q.10,

TP. Hồ Chí Minh.

o Điện thoại: (84-8) 22.409.897 - 38.646.016

MUC LỤC

Lời nói đầu.............................................................................................5

Phần I

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIẾU KHIẩN cơ bản

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT

VÀ ĐIỀU KHIỂN SCADA/HMI

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống SCADA......................................21

1.1.1. Giới thiệu về lịch sử phát triển SCADA........................21

1.1.2. Nguyên tắc cơ bản của hệ thống SCADA........................22

1.1.3. Phần cứng và phần mềm của hệ thông SCADA............ 25

1.1.4. SCADA và mạng máy tính cục b ộ ...................................27

1.1.5. Thực hiện hệ thống scada như thê nào?.........................28

1.2. So sánh các thuật ngữ HMI, SCADA, DCS, PLC

và thiết bị đo lường thông minh................................................ 29

1.2.1. Màn hình giao diện người và máy hm i...........................29

1.2.2. Hệ thống giám sát diều khiển scada...............................30

1.2.3. Hệ thống diều khiển phân tán dcs..................................31

1.2.4. Bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC............ 32

1.2.5. Thiết bị do lường thông m inh..........................................33

1.3. Hệ thông SCADA, phần mềm thiết kê SCADA......................34

1.3.1. Các thành phần của hệ thông SCADA............................34

1.3.2. Phần mềm thiết kế hệ thống SCADA.............................38

1.3.3. Hệ thống scada dự phòng................................................. 42

1.4. Câu hỏi ôn tậ p ............................................................................44

GIỚI THIỆU MÀN HÌNH HMI VÀ SCADA

TÍCH HỢP VỚI TIA PORTAL

2.1. Giới thiệu phần mềm TIA Portal...............................................46

2.2. Giới thiệu phần cứng màn hình Simatic HMI......................... 47

2.2.1. Màn hình SIMATIC Key Panel........................................48

2.2.2. Màn hình SIMATIC Basic Panel......................................48

2.2.3. Màn hình SIMATIC Comfort Panel.................................49

2.2.4. Màn hình SIMATIC Mobile Panel...................................51

2.2.5. Màn hình SIMATIC Industrial Thin Client................... 51

2.3. Phần mềm SCADA của Siemens................................................. 52

2.3.1. Giới thiệu về SIMATIC WinCC........................................52

2.3.2. Những chức năng của WinCC Advanced......................... 53

2.3.3. Những chức năng của WinCC Professional.................... 54

2.3.4. So sánh giữa WinCC V7 và WinCC Professional...........55

2.3.5. Các ứng dụng với Mobile SIMATIC Apps....................... 56

2.3.6. Máy tính công nghiệp IPC................................................56

2.4. Câu hỏi ôn tập ...............................................................................58

Chương 3

TẠO Dự ÁN MỚI VỚI SIMATIC WINCC

3.1. Tạo dự án mới với SIMATIC WinCC........................................60

3.1.1. Khởi tạo giao diện màn hình với chê dộ Wizard...........60

3.1.2. Khởi tạo giao diện màn hình với chê độ New................63

3.1.3. Khởi tạo một hệ SCADA với WinCC Advanced.............66

3.1.4. Khởi tạo một hệ với WinCC Professional....................... 68

3.2. Câu hình chung của simatic HM I.............................................. 70

3.3. Hướng dẫn nạp chương trình và sao lưu dữ liệu

của SIMATIC . ....................................................72

3.3.1. Hướng dẫn nạp chương trình cho màn hình HMI.......72

Chương 2

1 0

3.3.2. Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC Advanced..........77

3.3.3. Tạo tập tin chạy Runtime với WinCC Professional......79

3.3.4. Sao lưu dữ liệu, nâng cấp firmware màn hình H M I.... 81

3.4. Câu hỏi ôn tậ p ............................................................................83

Chương 4

THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI CÁC CHỨC NĂNG cơ BẢN

4.1. Cài đặt cấu hình cơ bản cho WinCC.........................................85

4.1.1. Tạo kết nôi truyền thông PLC với Connections............85

4.1.2. Tạo bảng dữ liệu giao tiếp PLC với HMI Tag................88

4.1.3. Chu kỳ cập nhật dữ liệu với Cycles.................................91

4.1.4. Cấu hình thuộc tính cho Screens.....................................92

4.2. Thiết kế giao diện Screen với Toolbox.......................................94

4.2.1. Thiết kế giao diện với Basic objects................................94

4.2.2. Thiết kế giao diện với Elements......................................96

4.2.3. Thiết kế giao diện với các đối tượng Controls............105

4.2.4. Thuộc tính của các đối tượng.......................................... 107

4.3. Bài tập ứng dụng....................................................................... 109

4.3.1. Đặt vấn đ ề ........................................................................ 109

4.3.2. Hướng dẫn thực h iệ n .......................................................110

4.4. Câu hỏi ôn tậ p ............................................................................ 126

Chương 5

LƯU TRỮ DỮ LIỆU VỚI HISTORICAL DATA

VÀ PHÂN QUYỀN TRUY CẬP VỚI ADMINISTRATOR

5.1. Lưu trữ dữ liệu với Historical D ata........................................ 128

5.1.1. Data logging và Data logger là gì?................................ 128

5.1.2. Tag logging và Data log là gì?........................................128

5.1.3. Các định dạng tập tin hỗ trợ lưu trữ cho data log...... 129

5.1.4. Các biểu đồ hiển thị cho Data log................................. 130

11

5.1.5. Các bước thiết lập Data log với Historical data.........133

5.2. Phân quyền truy cập với Administrator.................................. 135

5.2.1. Định nghĩa về Administrator......................................... 135

5.2.2. Làm việc với Users và User groups..............................136

5.2.3. Thực hiện cài đặt với User administrator....................136

5.3. Bài tập ứng dụng........................................................................139

5.3.1. Đặt vấn đề......................................................................... 139

5.3.2. Hướng dẫn thực hiện........................................................140

5.4. Câu hỏi ôn tập .............................................................................148

Chương 6

THIẾT KÊ CHỨC NĂNQ CÀNH BÁO VỚI ALARM

VÀ THIẾT LẬP CÔNG THỨC VỚI RECIPE

6.1. Thiết kê chức năng cảnh báo với Alarm ..................................150

6.1.1. Chức năng Alarm logging trong WinCC....................... 150

6.1.2. Các quy trình thực hiện cảnh báo................................. 151

6.1.3. Các trạng thái cảnh báo — Alarm States...................... 153

6.1.4. Các lớp cảnh báo - Alarm Classes................................ 154

6.1.5. Xác nhận cảnh báo - Acknowledgement...................... 155

6.1.6. Thực hiện cấu hình cho các cảnh báo........................... 155

6.1.7. Bài tập ứng dụng với chức năng cảnh báo Alarm....... 156

6.2. Thiết lập công thức với Recipe................................................ 102

6.2.1. Định nghĩa về công thức — Recipe............................... 162

6.2.2. Cấu trúc của Recipe....................................................... 103

6.2.3. Trao đổi dữ liệu lưu trữ của Recipe.............................. 164

6.2.4. Cấu hình tạo mới và hiển thị cho Recipe................... 166

6.3. Câu hỏi ôn tập.........................................................................172

12

THIẾT KÊ IN ẤN VỚI REPORTS LẬP TRÌNH MÃ LỆNH

VỚI SCRIPT

7.1. Thiết kế trang in với Reports.................................................... 174

7.1.1. Giới thiệu cơ bản về chức năng R eport.........................174

7.1.2. Cấu trúc của chức năng R eport.......................................175

7.1.3. Các bước làm việc với Report..........................................176

7.2. Lập trình mã lệnh với Script.................... ...............................181

7.2.1. Giới thiệu chung về Runtime Script..............................182

7.2.2. Lựa chọn ứng dụng giữa C-Scripts và VB-Scripts...... 185

7.2.3. Các bước khởi tạo Script.................................................. 186

7.2.4. ứ ng dụng viết Script để lưu trữ dữ liệu.........................192

7.3. Câu hỏi ôn tậ p ..............................................................................200

Chương 8

THIẾT KỂ ĐỐI TƯỢNG CHUAN v ớ i f a c e p l a t e , s c r e e n

w in d o w & TAG - PREFIX

8.1. Thiết kế đối tượng chuẩn với Faceplate.................................. 202

8.1.1. Khái niệm cơ bản về Faceplate..................................... 202

8.1.2. Các thiết bị hỗ trợ Faceplate........................................ 203

8.1.3. Khởi tạo và cấu hình cho Faceplate.............................204

8.1.4. Bài tập ứng dụng với Faceplate.................................... 204

8.2. Thiết kế hiệu quả với Pop-up, Slide-in.................................... 219

8.2.1. Thiết kế hiệu quả với chức năng Pop-up.......................219

8.2.2. Thiết kế hiệu quả với chức năng Slide-in.................... 220

8.3. Thiêt kê hiệu quả với Screen Window và Tag Prefix............222

8.3.1. Screen Window là gì?...................................................... 222

8.3.2. Tag Prefix là gì?...............................................................223

8.3.3. ứng dụng mẫu về Screen Window và Tag Prefix...... 224

8.4. Câu hỏi ôn tậ p ..............................................................................230

Chương 7

13

CHUYỂN ĐỔI CHƯƠNG TRÌNH TỪ WINCC CLASSIC

LÊN TIA PORTAL

9.1. Lý do để chuyển đổi chương trìn h ........................................... 232

9.2. Chuyển đổi chương trình của màn hình HMI.........................233

9.2.1. Quy trình chuyển đổi phần mềm..................................233

9.2.2. Chuyển đổi phần cứng tương đương.............................234

9.2.3. Các bước thực hiện chuyển đổi chương trình.............. 236

9.3. Chuyển đổi chương trình của scada......................................... 242

9.3.1. Tổng quan việc chuyển đổi từ wince V3 tới V 7......... 242

9.3.2. Một số chú ý trong quá trình chuyển đổi...................244

9.3.3. Các bước thực hiện chuyển dổi chương trình.............. 245

9.4. Câu hỏi ôn tập............................................................................ 250

Chương 9

Phần II

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA VỚI MẠNG MÁY TÍNH

Chương 10

HỆ THỐNG MẠNG MÁY TÍNH

10.1. Khái niệm về mạng máy tín h ................................................. 253

10.1.1. Định nghĩa mạng máy tín h ...........................................253

10.1.2. Lợi ích của mạng máy tín h ...........................................253

10.1.3. Cấu trúc mạng máy tính — Topology...........................254

10.1.4. Giao thức mạng máy tính — Protocol...........................260

10.2. Mô hình kết nối giao thức mở O SI.........................................261

10.2.1. Giới thiệu về giao thức mở OSI.................................... 261

10.2.2. Mục đích việc sử dụng mô hình OSI............................262

10.2.3. Truyền dữ liệu trong mô hình O S I..............................264

10.2.4. Vai trò và chức năng của các tần g ............................... 265

10.3. Mạng internet và giao thức TCP/IP.........................................270

10.3.1. Giao thức TCP/IP............................................................. 270

10.3.2. Chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP..............271

10.4. Bảo mật hệ thống m ạng...........................................................279

10.4.1. Tổng quan về an ninh m ạn g .........................................279

10.4.2. Các dịch vụ bảo m ật (Security Services).................... 280

10.4.3. Một số phương thức tấn công mạng phổ biến............282

10.4.4. Biện pháp bảo m ật an ninh m ạng............................... 283

10.4.5. Mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Networks).......283

10.5. Cấu hình hệ thông mạng máy tính để chạy SCADA...........285

10.6. Câu hỏi ôn tậ p ............................................................................. 292

15

Chương 11

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA VỚI SERVER VÀ CLIENT

11.1. Giới thiệu về mô hình cLient/Server..................................... 294

11.1.1. Mô hình Client/Server..................................................295

11.1.2. Ưu và nhược điểm của Client/Server..........................296

11.1.3. Giới thiệu về Client......................................................296

11.1.4. Giới thiệu về Server.....................................................297

11.2. Lựa chọn giải pháp Server và C lient.................................... 298

11.3. Yêu cầu phần cứng và phần mềm...........................................300

11.4. Hưởng dẫn thực h iện............................................................... 300

11.4.1. Cài đặt phần mềmv WinCC RT cho máy tín h ............300

11.4.2. Cấu hình hệ thống WinCC Server và Client.............302

11.5. Câu hỏi ôn tập...........................................................................308

Chương 12

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA Dự PHÒNG

VỚI REDUNDANCY

12.1. Giới thiệu về hệ thống dự phòng........................................... 310

12.1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thông dự phòng............... 310

12.1.2. Giới thiệu về hệ thống scada dự phòng..................... 312

12.2. Yêu cầu phần cứng và phần mềm.......................................... 315

12.3. Hướng dẫn thực h iện...............................................................316

12.3.1. Cài đặt phần mềm WinCC RT cho máy tín h ............316

12.3.2. Cấu hình hệ thống dự phòng WinCC......................... 316

12.4. Câu hỏi ôn tập.......................................................................... 322

16

CẤU HÌNH WEBNAVIGATOR

VÀ CHỨC NĂNG SM@RT SERVICE

Chương 13

13.1. Giới thiệu về Webserver và HTML........................................324

13.1.1. Giới thiệu tổng quát về Webserver............................. 324

13.1.2. Kiến thức cơ bản về HTML.......................................... 324

13.1.3. Giới thiệu tổng quát về Web PLC................................324

13.1.4. Một sôT lưu ý khi sử dụng điều khiển từ x a ................325

13.2. Cấu hình W ebnavigator........................................................... 327

13.2.1. Giới thiệu về chức năng Webnavigator....................... 327

13.2.2. Hướng dẫn cài đặt phần mềm......................................327

13.2.3. Cấu hình cho project của WinCC Professional...........337

13.2.4. Làm việc với các thành phần của Webnavigator...... 341

13.3. Cấu hình chức năng Sm@rtserver.......................................... 344

13.3.1. Giới thiệu về chức năng Sm@rt Option...................... 344

13.3.2. Các màn hình hmi hỗ trợ Sm@rt Option................... 345

13.3.3. Giới thiệu chức năng tuỳ chọn Sm@rt Option............347

13.3.4. Cấu hình chức năng tuỳ chọn [email protected]

13.3.5. Giải pháp VPN với SCALANCE S612 (S615)............361

13.4. Câu hỏi ôn tậ p ........................................................................... 363

Chương 14

THIẾT KẾ SÁNG TẠO VÀ HIỆU QUÀ VỚI STYLES, LAYER

VÀ SIVARC

14.1. Tùy chỉnh thiết kê với HMI Style.......................................... 365

14.1.1. HMI Style hay HMI Style Sheet là gì?...................... 365

14.1.2. Cách khởi tạo HMI Style.............................................365

14.1.3. Cách sử dụng HMI Style..............................................371

14.2. Thiết kế HMI/SCADA với các lởn Laver......................... .....373

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUV NHềK

........THƯ HẸN ĨHƯ 1ỆN

" \ivV)

17

j