Ứng dụng WINCC vào điều khiển và giám sát hệ thống cơ điện tử

Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 109 
ỨNG DỤNG WINCC VÀO ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 
Nguyễn Văn Mướt1, Lý Thanh Phương1, Nguyễn Văn Chương2 và Phó Hoàng Linh2 
1 Bộ môn Tự động hóa, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ 
2 Lớp Cơ Điện Tử K35 
Thông tin chung: 
Ngày nhận: 23/11/2012 
Ngày chấp nhận: 25/03/2013 
Title: 
Applying WinCC to Controlling 
and Supervising Mechatronic 
system 
Từ khóa: 
PROFIBUS-DP, PLC, MPS 
FESTO, WinCC 
Keywords: 
PROFIBUS-DP, PLC, MPS 
FESTO, WinCC 
ABSTRACT 
By the progress of national industry, there are more and more 
programmable logic controllers (PLC) having diversity of kinds and 
variety of technical functions on over the world as well as in Vietnam. 
More companies and factories in Vietnam (also in Mekong Delta) such 
as: pharmacy, making sugar, paper, cement, all use PLCs in 
automation systems. The application of SCADA for supervising and 
controlling the whole system is one of the most essential tools for 
companies to control the system. This paper introduces application of 
WinCC for monitoring and controlling mechatronic system included 
stations using PLC S7-300, which doing many things: distributing, testing 
the materials, assembling some accessories, and sorting 3 types of 
products into the appropriate storages. 
TÓM TẮT 
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam ngày càng xuất hiện rất nhiều 
thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) đa dạng về chủng loại và phong 
phú về tính năng kỹ thuật nhằm bắt kịp nhu cầu phát triển của nền công 
nghiệp hiện đại. Nhiều nhà máy, công ty ở Việt Nam (ở đồng bằng sông 
Cửu Long nói riêng) như xí nghiệp dược, nhà máy đường, sản xuất giấy, 
xi măng, đều có sử dụng PLC cho các dây chuyền sản xuất tự động. 
Việc ứng dụng SCADA trong giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống là 
một trong những công cụ hỗ trợ thiết thực cho các công ty trong việc điều 
hành hệ thống. Bài báo này giới thiệu ứng dụng phần mềm WinCC trong 
việc điều khiển và giám sát hệ thống Cơ điện tử gồm nhiều trạm PLC S7-
300, với nhiều công đoạn khác nhau: cung cấp, kiểm tra vật liệu, lắp ghép 
các phụ kiện, và phân loại 3 dạng thành phẩm theo màu lưu vào kho chứa 
tương ứng. 
1 GIỚI THIỆU 
WinCC là chương trình ứng dụng của hãng 
SIEMENS dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và 
điều khiển hệ thống tự động hóa các quá trình 
sản xuất. Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương 
trình HMI (Human Machine Interface) hỗ trợ 
cho người lập trình thiết kế giao diện Người-
Máy. WinCC là trung tâm về công nghệ và kỹ 
thuật được dùng để điều hành các màn hình 
hiển thị và điều khiển hệ thống trong tự động 
hóa sản xuất. Trung tâm này cung cấp các 
module chức năng thích ứng trong công nghiệp 
như: hiển thị ảnh, thông điệp, lưu trữ và báo 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 110 
cáo. Chương trình có giao diện điều khiển thân 
thiện, truy cập đối tượng điều khiển nhanh 
chóng, chức năng lưu trữ an toàn nên WinCC 
có tính hữu dụng cao. 
Hệ thống MPS (Modular Production 
System) là mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt 
cơ điện tử của hãng FESTO gồm năm trạm, bao 
gồm: trạm cung cấp (trạm 1), trạm kiểm tra 
(trạm 2), trạm trung gian (trạm 3), trạm lắp ráp 
(trạm 5), trạm phân loại (trạm 6). Mỗi trạm 
được điều khiển bởi một PLC S7-300 (CPU 
315-2DP). Bộ điều khiển PLC tại mỗi trạm thực 
hiện nhiệm vụ thu thập thông tin từ các cảm 
biến và thao tác của người sử dụng, xử lí các 
thông tin này theo một chương trình đã được 
lập trình trước trong bộ nhớ của PLC và sau đó 
gửi các tín hiệu điều khiển tương ứng đến các 
cơ cấu chấp hành. Các cơ cấu chấp hành được 
sử dụng trong hệ thống là các van khí nén kích 
điện từ được điều khiển bằng tín hiệu điện, hệ 
thống xi lanh – pít tông được điều khiển bởi các 
van khí nén kích điện từ. Hệ thống cơ điện tử 
sẵn có này chưa được thực hiện điều khiển và 
giám sát bằng một giao diện điều khiển trung 
tâm từ máy tính. 
Bài báo này trình bày phương pháp thực 
hiện việc quản lý dữ liệu, giám sát và điều 
khiển hệ thống MPS FESTO trên máy tính bằng 
phần mềm WinCC. 
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1 Thiết lập dự án 
2.1.1 Tạo dự án (Project) 
Trên giao diện chính của WinCC, tạo một 
dự án quản lý mới bằng cách chọn: “File” > 
“New”. Xuất hiện hộp thoại “WinCC 
Explorer”, chọn “Single-User Project” > OK. 
Sau đó nhập tên cho dự án là “MPS” > chọn 
“Create”. Giao diện quản lí dự án đã tạo như 
Hình 1. 
Hình 1: Giao diện chính của WinCC 
2.1.2 Quản lý biến 
Thiết lập giao tiếp giữa WinCC và bộ điều 
khiển PLC của trạm 1 (trạm chủ) thông qua 
MPI, bằng cách trong cửa sổ bên trái quản lí 
của “WinCC Explorer”, nhấp đúp chuột “Tag 
Manager” > nhấp đúp chuột “SIMATIC S7 
PROTOCOL SUITE” > chọn chuột phải vào 
“MPI” > chọn “New Driver Connection” > 
nhập tên cho bộ điều khiển PLC là 
“PLC_Master” trong hộp thoại “Connection 
properties” và cài đặt thông số cho PLC kết nối 
trong hộp thoại “Connect Parameter” như 
Hình 2. 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 111 
Hình 2: Thiết lập kết nối PLC và WinCC 
Năm trạm PLC của hệ thống MPS đã được 
thiết lập và trao đổi dữ liệu qua PROFIBUS-DP 
với trạm 1 làm trạm chủ và 4 trạm còn lại là 
trạm tớ. Dữ liệu của 4 trạm tớ gửi lên trạm 1 tại 
một vùng nhớ xác định và ngược lại trạm 1 sẽ 
gửi dữ liệu xuống các trạm còn lại ở một vùng 
nhớ được cài đặt. Trạm máy tính sẽ truy xuất 
toàn bộ nhớ của PLC của trạm 1 để thực hiện 
giám sát, thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu xuống 
trạm 1 để điều khiển được thực hiện trên 
WinCC. Dữ liệu WinCC truy xuất từ bộ nhớ từ 
PLC được gọi là biến quá trình (External tags). 
Thiết lập các biến quá trình bằng cách nhấp 
chuột phải vào kết nối “PLC_Master” > chọn 
“New Tag” nhận tên và kiểu dữ liệu của biến 
trong hộp thoại “Tag Properties”, chọn địa chỉ 
của biến trong hộp thoại “Address properties” 
(Hình 3). 
Hình 3: Thiết lập biến quá trình 
Tiến hành thiết lập các biến quá trình cho 
trạm 1, để tiện cho việc quản lí biến của từng 
trạm ta gộp biến của mỗi trạm thành từng 
nhóm. Để tạo nhóm các biến lại ta chọn chuột 
phải “PLC_Master” > chọn “New group”. Các 
biến của trạm 2, trạm 3, trạm 5, trạm 6 được 
nhóm lại lần lượt là “SLAVE1”, “SLAVE2”, 
“SLAVE3”, “SLAVE4”. Thiết lập hoàn tất 
quản lí biến của hệ thống như Hình 4. 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 112 
Hình 4: Quản lý biến của các trạm 
2.1.3 Thiết kế giao diện giám sát 
Quản lí các giao diện giám sát được thiết lập 
trong mục “Graphics Designer” trong cửa sổ 
quản lí dự án của WinCC. Để tạo một giao diện 
giám sát chọn chuột phải mục “Graphics 
Designer” > chọn “New Picture”. Ta sẽ tạo ra 5 
giao diện của 5 trạm (“TRAM 1”, “TRAM 2”, 
“TRAM 3”, “TRAM 5” và “TRAM 6”) và 1 
giao diện giám sát của toàn hệ thống (“HE 
THONG”) như Hình 5. 
Sau khi tạo các giao diện thì tiến hành thiết 
kế giao diện giám sát cho từng trạm và hệ thống 
bằng cách nhấp đúp vào giao diện đã tạo để mở 
giao diện thiết kế “Graphics Designer” như 
Hình 6. 
Từ các công cụ hỗ trợ thiết kế trên giao diện 
“Graphics Designer”, ta thực hiện: 
 Thiết kế giao diện giám sát cho trạm 1 
như Hình 7. 
 Thiết kế giao diện giám sát cho trạm 2 
như Hình 8. 
 Thiết kế giao diện giám sát cho trạm 3 
như Hình 9. 
 Thiết kế giao diện giám sát cho trạm 5 
như Hình 10. 
 Thiết kế giao diện giám sát cho trạm 6 
như Hình 11. 
 Thiết kế giao diện giám sát cả hệ thống 
cho hệ thống MPS như Hình 12. 
 Sau khi thiết kế giao diện giám sát, thực 
hiện kết nối các giá trị biến được quản lí trong 
“Tags Manager” với các đối tượng hình ảnh đã 
thiết kế và thiết lập thuộc tính của đối tượng để 
thực hiện giám sát và điều khiển trong quá trình 
hệ thống hoạt động. Để thực hiện việc đó, chọn 
chuột phải vào đối tượng hình ảnh trên 
“Graphics Designer” > chọn “Properties” rồi 
tiến hành kết nối biến và thiết lập thuộc tính đối 
tượng trên hộp thoại “Object properties” như 
Hình 13. 
Hình 5: Tạo giao diện giám sát 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 113 
Hình 6: Giao diện thiết kế “Graphics Designer” 
Hình 7: Thiết kế giao diện giám sát trạm 1 
Hình 8: Thiết kế giao diện giám sát trạm 2 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 114 
Hình 9: Thiết kế giao diện giám sát trạm 3 
Hình 10: Thiết kế giao diện giám sát trạm 5 
Hình 11: Thiết kế giao diện giám sát trạm 6 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 115 
Hình 12: Thiết kế giao diện giám sát cả hệ thống MPS 
Hình 13: Gán biến và 
thiết lập thuộc tính 
cho đối tượng 
2.2 Thiết lập thông báo (Alarm Logging) 
Alarm logging có chức năng hiển thị sự thay 
đổi của các giá trị biến dưới dạng tin nhắn theo 
thời gian nhằm giúp cho người vận hành theo 
dõi hoạt động, sự cố của hệ thống. Để thiết lập 
hệ thống thông báo, chọn chuột phải mục 
“Alarm Logging” trong cửa sổ quản lí dự án 
của WinCC > chọn “Open” thì giao diện 
“Alarm Logging” xuất hiện. Tiến hành thiết lập 
hệ thống thông báo như sau: 
Mục Message blocks: khối tin nhắn gồm có: 
 Mục “System blocks”: hiển thị thời điểm 
khi thông báo kích hoạt. Chọn chuột phải vào 
“System blocks” > chọn “Add/Remove” > 
xuất hiện hộp thoại “Add Systems Blocks” > 
chọn và thêm 3 khối “Date”, “Time”, 
“Number”. 
 Mục “User text block”: hiển thị các tin 
nhắn. Chọn chuột phải vào “User text block” > 
chọn “Add/Remove” > xuất hiện hộp thoại 
“Add User Text Blocks” > chọn thêm và đổi tên 
2 khối là “THONG BAO”, “VI TRI TRAM”. 
Mục Group Messages: nhóm tin nhắn. 
 Ở mục “User defined”, Chọn chuột phải 
vào “User defined” > chọn “Add Group 
Message” > xuất hiện hộp thoại “New Group 
Mesages” > nhập tên nhóm tin nhắn. Tạo 5 
nhóm tin nhắn là “TRAM 1”, “TRAM 2”, 
“TRAM 3”, “TRAM 5”, “TRAM 6”. 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 116 
Hình 14: Thiết lập tin nhắn thông báo 
Khi đã thiết lập hoàn tất, tiến hành nhập các 
thông báo, kết nối tin nhắn với các giá trị biến, 
nhóm tin nhắn như Hình 14. 
2.3 Thu thập dữ liệu (Tag Logging) 
Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá 
trình thực thi, chuẩn bị hiển thị và lưu trữ các 
dữ liệu đó. Để thiết lập Tag Logging, chọn 
chuột phải mục “Tag Logging” trong cửa sổ 
quản lí dự án của WinCC > chọn “Open” thì 
giao diện “Tag Logging” xuất hiện. Tiến hành 
thiết lập như sau: 
 Mục “Timer”: thời điểm lấy dữ liệu. 
Chọn chuột phải “Timer” > chọn “New” > thiết 
lập cho “Timer” ở các dạng là tuần, ngày, 
phút, giây. 
 Mục “Archives”: dạng thu thập và lưu trữ 
các giá trị biến. Chọn chuột phải mục 
“Archives” > chọn “Archive Wiward” > 
nhập tên lưu trữ và chọn “Process Value 
Archive” trên hộp thoại “Create An Archive: 
Step -1-” > chọn “Next” > chọn “Finish”. Với 
cách làm như thế, tạo 5 lưu trữ của 5 trạm 
“TRAM 1”, “TRAM 2”, “TRAM 3”, “TRAM 
5”, “TRAM 6”. Sau đó thiết lập các biến lưu trữ 
cho từng trạm như Hình 15. 
Hình 15: Thiết lập “Tag Logging” cho Trạm 1 
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Sau khi hoàn tất thiết lập các công cụ 
“Graphics Designer”, “Alarm Logging”, “Tag 
Logging”, cho vận hành hệ thống MPS; giám 
sát và điều khiển trên WinCC. 
Việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính (phần 
mềm WinCC) và PLC trạm 1 đã được thiết lập, 
dữ liệu PLC trạm 1 gửi lên máy tính được giám 
sát trên WinCC, thời gian cập nhật nguồn dữ 
liệu từ trạm 1 đến WinCC là 250 ms. PLC trạm 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 117 
1 nhận được dữ liệu từ WinCC gửi xuống 
và gửi đến các trạm còn lại tùy theo yêu cầu 
điều khiển. 
Hệ thống thông báo được kích hoạt và hoạt 
động gửi thông báo các sự kiện đến người vận 
hành ngay khi hệ thống có sự thay đổi hay các 
sự cố. Hệ thống thu thập số liệu được kích hoạt 
và hiển thị các giá trị biến ngay khi có sự thay 
đổi trạng thái giúp cho người vận hành theo dõi 
chi tiết hệ thống hoạt động và được lưu trữ 
theo thời gian để thực hiện cho việc in ấn và 
báo cáo. 
Việc giám sát và điều khiển hoạt động của 
cả hệ thống được thực hiện bằng công cụ 
“SIMATIC WinCC RT” của WinCC. Để kích 
hoạt “SIMATIC WinCC RT”, trên giao diện 
chính WinCC, chọn “File” > “Active”. Sau 
đó giao diện “WinCC Runtime” xuất hiện. 
Hình 16 là giao diện giám sát và điều khiển của 
một trạm. 
Hình 16: Giao diện giám sát và điều khiển trạm 2 trên WinCC 
4 KẾT LUẬN 
Bài báo này đã giới thiệu về cách thiết lập 
trao đổi dữ liệu giữa trạm PLC và trạm máy 
tính thông qua chuẩn giao tiếp MPI được thực 
hiện trên phần mềm WinCC. Đồng thời cũng 
giới thiệu các công cụ của WinCC để thực hiện 
thiết kế các giao diện, thiết lập thuộc tính cho 
các đối tượng hình ảnh, hệ thống thông báo và 
thu thập số liệu của hệ thống, cuối cùng kích 
hoạt dự án để giám sát và điều khiển mô hình 
MPS của hãng FESTO. Các thông số từ hệ 
thống được truyền về máy tính để cập nhật kịp 
thời và chính xác 
Với dự án MPS đã thiết lập trên WinCC, 
toàn bộ hoạt động hệ thống MPS FESTO hiện 
tại hoàn toàn được giám sát và điều khiển trên 
máy tính. Với việc ứng dụng WinCC vào giám 
sát và điều khiển sẽ giúp hệ thống được quản lý 
dễ dàng, chuyên nghiệp hơn và hứa hẹn sẽ ứng 
dụng rộng rãi trong công nghiệp. 
LỜI CẢM TẠ 
Qua bài báo này, chúng tôi xin được gửi lời 
cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại học Cần 
Thơ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và Phòng 
Tài Vụ đã hỗ trợ các thủ tục tài chính cho 
chúng tôi thực hiện đề tài này. Xin được cảm 
ơn các Công ty đã cung cấp thiết bị, vật tư phục 
vụ công tác nghiên cứu khoa học. Xin được 
cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ, cũng 
như tất cả quý Thầy Cô trong Khoa, đặc biệt là 
Thầy Cô Bộ môn Tự động hóa và những người 
thân của nhóm tác giả đã có nhiều góp ý, động 
viên, giúp đỡ, cung cấp tài liệu và thời gian để 
chúng tôi hoàn thành bài báo. Và cũng xin cảm 
ơn đến các bạn: Phạm Quốc Châm, Nguyễn 
Trọng Nghiêm (cựu sinh viên lớp Cơ điện tử 
K34) đã góp phần không nhỏ giúp chúng tôi 
hoàn thiện hệ thống hoạt động tốt hơn. Chúng 
tôi cũng rất mong được sự đóng góp ý kiến quý 
báu từ độc giả để nội dung bài báo được hoàn 
thiện tốt hơn. Chân thành cảm ơn! 
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 25 (2013): 109-118 
 118 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Hans Berger, 2003. Automating with simatic 
2. Josef Weigmann, Gerhard Kilian, 2003. 
Decentralization with PROFIBUS DP/DPV1. 
3. Nguyễn Trọng Nghiêm, Phạm Quốc Châm, 
2012. Luận văn tốt nghiệp ngành Cơ điện tử 
Khóa 34, Khoa Công nghệ – Đại học Cần Thơ. 
4. Nguyễn Kim Ánh và Nguyễn Mạnh Hà, 2007. 
Giáo trình – Mạng truyền thông công nghiệp. 
5. N.Dreilich, 2001. Product manual – Profibus 
DP 07-05-04-02-E-V0801. 
6. Trần Thu Hà và Phạm Quang Huy, 2011. Tự 
động hóa vơi WinCC.