SIMATIC WinCC Professional V21: Kiến trúc, chức năng và lựa chọn License trong hệ thống SCADA

1. Tổng quan
SIMATIC WinCC Professional V21 là hệ thống HMI/SCADA chạy trên máy tính PC và được tích hợp trực tiếp trong TIA Portal V21. Khác với các dòng WinCC chạy độc lập như WinCC V7/V8, WinCC Professional sử dụng cùng môi trường kỹ thuật với STEP 7, cho phép cấu hình PLC, HMI và SCADA trong cùng một project TIA Portal.
Trong TIA Portal V21, WinCC Professional có ba mức Engineering chính:

WinCC Professional 512
WinCC Professional 4096
WinCC Professional max

Các con số trên chủ yếu thể hiện giới hạn PowerTags có thể cấu hình trong Engineering System. Siemens cũng phân biệt rõ WinCC Professional Engineering, WinCC RT Professional, WinCC Client for RT Professional và các option Runtime.
Một điểm quan trọng là WinCC Professional không chỉ là phần mềm thiết kế màn hình. Nó cung cấp các chức năng SCADA như:

Process visualization
Alarm management
Historical data logging
Trend
Recipe
User administration
Report
Client/Server
Redundancy
OPC UA
Communication với SIMATIC PLC
Các option mở rộng như Logging, Recipes, Redundancy, Server, ProDiag...

2. WinCC Professional V21 và TIA Portal V21
WinCC Professional V21 là một thành phần của TIA Portal V21.
Điều này tạo ra sự khác biệt lớn so với kiến trúc WinCC V7/V8.
Trong một project TIA Portal có thể đồng thời chứa:

S7-1200
S7-1500
ET 200SP
WinCC Comfort
WinCC Advanced
WinCC Professional
Các thiết bị mạng PROFINET
Drive và các thiết bị tự động hóa khác

Ví dụ với một hệ thống SCADA sử dụng S7-1500:

PLC được cấu hình bằng STEP 7 Professional.
WinCC Professional được cấu hình trong cùng project.
Tag PLC có thể được sử dụng trực tiếp cho HMI/SCADA.
Connection giữa PLC và WinCC được quản lý trong TIA Portal.
Có thể dùng các cơ chế Engineering của TIA Portal để quản lý thống nhất PLC và HMI.

Siemens xác định WinCC Professional V21 là một trong các sản phẩm được hỗ trợ trong TIA Portal V21. Tài liệu V21 cũng có riêng phần Runtime Professional, Client/Server, Alarm, Logging, Recipe, User Administration và các chức năng Runtime liên quan.

3. WinCC Professional và WinCC V8 khác nhau thế nào?
Đây là hai dòng sản phẩm có kiến trúc khác nhau.

Nội dung	WinCC Professional V21	WinCC V8.x
Môi trường Engineering	TIA Portal	WinCC riêng
PLC chính	S7-1200/S7-1500 và các hệ thống được hỗ trợ	Rất rộng, đặc biệt hệ thống legacy
Kiến trúc	TIA Portal based	Classic WinCC
Engineering PLC + HMI	Tích hợp	Tách biệt
PowerTag	Theo license Professional	Theo license WinCC
Client/Server	Có	Có
Redundancy	Có option	Có option
Recipe	Có	Có
Alarm	Có	Có
Historical data	Có	Có
OPC UA	Có	Có
Legacy project	Hạn chế hơn	Phù hợp hơn
Phù hợp S7-1500 mới	Rất phù hợp	Có thể sử dụng nhưng cần đánh giá kiến trúc

Có thể hiểu đơn giản:

WinCC Professional phù hợp với các hệ thống SCADA được xây dựng mới trên nền TIA Portal.
WinCC V7/V8 phù hợp với hệ thống Classic WinCC, đặc biệt các nhà máy đã có lượng lớn project, script, archive, add-on và kiến trúc legacy.

Vì vậy, WinCC Professional không nên được xem đơn giản là phiên bản mới của WinCC V8. Hai sản phẩm thuộc hai kiến trúc Engineering khác nhau.

4. Khi nào nên chọn WinCC Professional?
WinCC Professional thường phù hợp khi hệ thống có các đặc điểm sau: Hệ thống sử dụng S7-1200/S7-1500
Đây là trường hợp điển hình.
Ví dụ:

CPU 1515-2 PN
CPU 1516-3 PN/DP
CPU 1517
CPU 1518
ET 200SP
PROFINET IO

WinCC Professional có thể được tích hợp trực tiếp vào project TIA Portal.
Hệ thống cần SCADA PC
Ví dụ:

Một máy vận hành trung tâm
Nhiều Operator Station
Centralized alarm
Historical trend
Recipe
Report
User management

Hệ thống cần Client/Server, WinCC Professional hỗ trợ mô hình:

WinCC Server
WinCC Client
Nhiều Operator Station

Siemens quy định trong kiến trúc Multi-station rằng Server lưu trữ dữ liệu Runtime và các Client truy cập dữ liệu từ Server. Một WinCC Server có thể phục vụ tối đa 32 WinCC Client trong cấu hình được hỗ trợ.
Hệ thống cần Redundancy, Có thể triển khai:

Server A
Server B
WinCC Redundancy
Các Client kết nối tới hệ thống

Redundancy là một option riêng và phải được tính trong BOM license.

5. WinCC Professional với S7-1500
Đây là một trong những cấu hình điển hình nhất. ví dụ hệ thống brewery:

CPU S7-1516
ET 200SP
1 WinCC Professional Server
3 Operator Clients
20.000 process tags
5.000 logging tags
Recipe management
Alarm history
Trend

Trong TIA Portal các bước cần thực thi:

Tạo CPU S7-1500.
Cấu hình network PROFINET.
Tạo WinCC Professional PC station.
Tạo WinCC connection.
Import hoặc tạo PLC tags.
Tạo HMI tags.
Tạo screens.
Cấu hình Alarm.
Cấu hình Logging.
Cấu hình Recipe.
Compile.
Download PLC và Runtime.

Một lợi thế quan trọng là project PLC và HMI nằm trong cùng môi trường Engineering.
Tài liệu Siemens V21 cho thấy Runtime Professional có thể quản lý tới 500.000 tags trong project, trong đó số PowerTags thực tế phụ thuộc license Runtime.

6. Client/Server Architecture
Trong hệ thống nhỏ, có thể sử dụng: Single Station

Một PC
WinCC RT Professional
Kết nối trực tiếp PLC

Khi hệ thống lớn hơn, có thể chuyển sang: Multi-station

Server
Client 1
Client 2
Client 3
...

WinCC Server giữ:

Process data
Alarm
Archive
Screens
Reports

Các Client truy cập dữ liệu từ Server.
Siemens yêu cầu, trên Server

WinCC Runtime Professional
WinCC Server for RT Professional

Trên mỗi Client:

WinCC Client for RT Professional

Client trong kiến trúc Multi-station không cần giữ một project SCADA riêng; Server cung cấp cấu hình, process data, archive, alarm, screen và report cho Client.
Với Windows Server 2019/2022, tài liệu Siemens V21 nêu giới hạn tối đa 32 WinCC Clients trong cấu hình Multi-station.

7. Alarm và Historical Archive
7.1 Alarm
WinCC Professional cung cấp hệ thống Alarm dùng để:

Hiển thị alarm hiện tại
Lưu alarm history
Phân loại Alarm Class
Alarm priority
Gắn process tag vào alarm
Hiển thị thời gian xuất hiện
Hiển thị thời gian acknowledge
Lưu dữ liệu phục vụ phân tích

Theo giới hạn hệ thống V21, Runtime Professional hỗ trợ tới:

150.000 configurable alarms/server hoặc single-station
256 alarm classes
17 alarm priorities
Tối đa 5.000 alarm trong một Alarm Control tại một thời điểm

Các giá trị này là giới hạn kỹ thuật; hiệu năng thực tế còn phụ thuộc cấu hình và phần cứng.

7.2 Historical Data
WinCC Professional có thể lưu process values thành các Logging Tags.
Có thể lựa chọn:

Cyclic logging
On change
On demand

Dữ liệu có thể được sử dụng cho:

Trend
Historical analysis
Report
Export
Process investigation

Siemens V21 cho phép Runtime Professional sử dụng tới 80.000 Logging Tags tùy theo Logging PowerPack. Phiên bản cơ bản có 500 Logging Tags.
Một điểm cần lưu ý trong thiết kế SCADA là không nên chỉ nhìn vào số PowerTags. Một hệ thống có 4.000 PowerTags nhưng 20.000 Logging Tags sẽ có yêu cầu license và lưu trữ khác hoàn toàn hệ thống chỉ có 4.000 PowerTags.

8. Recipe Management
WinCC Professional có option WinCC Recipes for Runtime Professional.
Recipe phù hợp với các hệ thống sản xuất có nhiều công thức, ví dụ:

Brewery
Food & Beverage
Chemical
Pharmaceutical
Batch process

Một Recipe có thể chứa:

Recipe elements
Recipe data records
Setpoints
Parameters
Product information

Ví dụ trong brewery:
Recipe: Beer Product A

Mash temperature
Mash time
Lauter flow
Wort target volume
Boiling time
Hop quantity
Fermentation temperature
Fermentation time

Runtime Professional V21 hỗ trợ tới:

Không giới hạn số Recipe theo giới hạn hệ thống
500 Recipe elements/view
10.000 Recipe data records
Tổng cộng tối đa 1.000.000 Recipe elements

Đây là giới hạn hệ thống, không phải khuyến nghị thiết kế thực tế.

9. User Management
User Administration cho phép phân quyền người vận hành.
Ví dụ:

User	Quyền
Operator	Start/Stop, acknowledge alarm
Supervisor	Operator + recipe
Engineer	Configuration/maintenance
Administrator	User/license/system management

Runtime Professional V21 hỗ trợ tối đa 200 users theo giới hạn hệ thống được Siemens công bố.
Trong một hệ thống nhà máy, nên xây dựng User Management ngay từ giai đoạn thiết kế thay vì bổ sung sau khi Runtime đã hoàn thành.

10. Một số Order Code WinCC Professional V21
Các mã dưới đây có thể dùng làm cơ sở lập BOM. Khi đặt hàng thực tế vẫn cần kiểm tra quốc gia, delivery type và tình trạng sản phẩm tại thời điểm mua.
Engineering

License	Order Code
WinCC Professional 512	6AV2103-0DA02-5AH5
WinCC Professional 4096	6AV2103-0HA02-5AH5
WinCC Professional max	6AV2103-0XA02-5AH5

Runtime

Runtime	Order Code
WinCC RT Professional 128	6AV2105-0BA02-5AH0
WinCC RT Professional 512	6AV2105-0DA02-5AH0
WinCC RT Professional 2048	6AV2105-0FA02-5AH0
WinCC RT Professional 4096	6AV2105-0HA02-5AH0
WinCC RT Professional 8192	6AV2105-0KA02-5AH0
WinCC RT Professional 65536	6AV2105-0MA02-5AH0

Ví dụ mã 6AV2105-0DA02-5AH0 được Siemens catalog mô tả là WinCC RT Professional 512 PowerTags V21.

Client/Server

Chức năng	Order Code
WinCC Client for RT Professional V21	6AV2107-0DB02-5AH0
WinCC Server for RT Professional	6AV2107-0EB00-0BH0
WinCC Redundancy for RT Professional	6AV2107-0FB00-0BH0

Client license V21 là license riêng cho mỗi Client.

Options

Option	Order Code
WinCC Recipes for RT Professional	6AV2107-0JB00-0BH0
WinCC Logging – 1.500 Logging Tags	6AV2107-0GB00-0BH0
WinCC Logging – 5.000 Logging Tags	6AV2107-0GD00-0BH0
WinCC ProDiag	6AV2107-0UB00-0BH0

Siemens xác nhận mã 6AV2107-0JB00-0BH0 là option WinCC Recipes cho Runtime Professional và là single license cho 1 installation.

11. Ví dụ chọn License cho hệ thống SCADA
Xét một hệ thống nhà máy:

1 Engineering Station
2 WinCC Server chạy redundant
2 Operator Client
S7-1500
Khoảng 4.000 PowerTags
5.000 Logging Tags
Recipe
Redundancy

Đây là cấu hình khá điển hình cho một hệ thống SCADA công nghiệp.

11.1 Engineering Station
Chọn: WinCC Professional 4096; Order Code: 6AV2103-0HA02-5AH5
Tuy nhiên, với 8.000 PowerTags thì license Engineering 4096 không đủ để cấu hình toàn bộ PowerTags của hệ thống.
Do đó cần chọn: WinCC Professional max; Order Code: 6AV2103-0XA02-5AH5
Hoặc đánh giá lại số PowerTags thực tế để chọn cấp 4096 nếu hệ thống thực sự nằm dưới giới hạn đó. Điểm quan trọng: Engineering license và Runtime license phải được chọn độc lập.

11.2 Hai WinCC Redundant Server
Mỗi Server cần Runtime.
Ví dụ chọn:

2 × WinCC RT Professional 8192; Order Code: 6AV2105-0KA02-5AH0
WinCC Server for RT Professional; Order Code: 6AV2107-0EB00-0BH0
WinCC Redundancy for RT Professional; Order Code: 6AV2107-0FB00-0BH0

License Redundancy là single license cho 2 installations, phù hợp cho một cặp Server redundant.

11.3 Hai Operator Client
Mỗi Operator Client cần:

WinCC Client for RT Professional V21; Order Code: 6AV2107-0DB02-5AH0; Số lượng: 2 licenses

Như vậy:

Client 01 → 1 license
Client 02 → 1 license

Theo kiến trúc Siemens, Client không cần một WinCC Runtime PowerTag license riêng giống Server; Client sử dụng license Client for RT Professional.

11.4 Logging
Nếu cần khoảng 5.000 Logging Tags:

WinCC Logging – 5.000 Logging Tags; Order Code: 6AV2107-0GD00-0BH0

Trong trường hợp yêu cầu archive lớn hơn, cần xem xét PowerPack/Logging license tương ứng thay vì chỉ dựa trên số PowerTags.

11.5 Recipe
Nếu hệ thống cần Recipe:

WinCC Recipes for RT Professional; Order Code: 6AV2107-0JB00-0BH0; Số lượng: 1 license

11.6 BOM mẫu

Thành phần	Qty	Order Code
WinCC Professional max Engineering	1	6AV2103-0XA02-5AH5
WinCC RT Professional 8192	2	6AV2105-0KA02-5AH0
WinCC Server for RT Professional	2	6AV2107-0EB00-0BH0
WinCC Redundancy	1	6AV2107-0FB00-0BH0
WinCC Client for RT Professional	2	6AV2107-0DB02-5AH0
WinCC Logging 5.000	1	6AV2107-0GD00-0BH0
WinCC Recipes	1	6AV2107-0JB00-0BH0

Đây là BOM kỹ thuật mẫu, không phải báo giá hay BOM cuối cùng. Với dự án thực tế cần xác nhận lại:

Số PowerTags
Số Logging Tags
Số Server
Số Client
OS
Redundancy topology
Các option khác
Delivery type
License upgrade/SUS nếu có

12. Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế License
Không đồng nhất PowerTag với Logging Tag
Ví dụ:

8.000 PowerTags
5.000 Logging Tags

Đây là hai loại license khác nhau.

Không đồng nhất Engineering với Runtime
Có thể có:

Engineering 4096
Runtime 8192

Nhưng Engineering phải đủ để cấu hình project.

Client cần license riêng
Không nên lập BOM kiểu:
1 WinCC Runtime + 2 PC Client
mà bỏ qua Client licenses.
Cấu hình Client/Server phải tính riêng:

Server Runtime
Server option
Client license

Redundancy là option riêng
Một cặp Server redundant không nên chỉ tính: 2 × WinCC Runtime, phải kiểm tra thêm WinCC Redundancy license

Recipe và Logging cũng là option
Nếu specification yêu cầu:

Recipe
Historical Archive
Logging

thì cần đưa các option tương ứng vào BOM.

13. WinCC Professional V21 trong chiến lược SCADA mới
WinCC Professional phù hợp nhất khi dự án có ba đặc điểm:

TIA Portal là nền tảng chính: PLC, HMI và SCADA được phát triển trong cùng môi trường.
PLC chủ yếu là S7-1200/S7-1500, Đặc biệt với hệ thống S7-1500 mới.
Hệ thống cần SCADA PC

Trong trường hợp nhà máy đang sử dụng WinCC V7/V8 với lượng lớn legacy component, migration sang WinCC Professional cần được đánh giá riêng. Không nên coi đây là một bước upgrade version đơn giản vì hai sản phẩm sử dụng kiến trúc Engineering khác nhau.

14. Kết luận
SIMATIC WinCC Professional V21 là giải pháp SCADA PC-based được tích hợp trực tiếp vào TIA Portal V21.
Các đặc điểm chính:

Tích hợp STEP 7 và WinCC trong TIA Portal.
Phù hợp với S7-1200/S7-1500.
Hỗ trợ Single Station và Client/Server.
Hỗ trợ tối đa 32 WinCC Clients trong cấu hình Multi-station được Siemens mô tả.
Hỗ trợ Alarm và Historical Archive.
Có Recipe Management.
Có User Administration.
Có Logging.
Có Redundancy.
Có các option Server, Client, Recipes, Logging, ProDiag...
License được phân tách thành Engineering, Runtime, Client và các Runtime options.