ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao, xu hướng dây chuyền tự động, hệ thống thông minh ngày càng được phát triển, Thực tế hiện nay, sự phát triển của các ứng dụng Internet of Things (IoTs) là nhờ cơ sở hạ tầng ngày càng phát triển, cùng với đó là chi phí sản xuất thấp. Chính vì vậy việc điều khiển và giám sát thiết bị công nghiệp từ xa thông qua Internet đang là xu thế phát triển thiết yếu trong ngành công nghiệp tự động hoá cũng như các hệ thống, nhà máy sản xuất. Các hệ điều khiển và giám sát các thiết bị công nghiệp từ xa cũng được hình thành từ những năm 1990. Các thiết bị kết nối với nhau được điều khiển và giám sát bởi một hệ thống gọi là SCADA (Supervisory Control And Data Acquitition).
Các hệ thống SCADA kết nối với nhau qua mạng LAN (Local Area Network) điều khiển và giám sát từ xa các nhà máy. Hiện nay, các hệ thống này còn hỗ trợ một số Web Sever riêng do các hãng PLC (Programmable Logic Controller) có thể kết nối điều khiển trên mạng Internet như Siemens. Một số lợi ích của hệ thống đó là nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí vận hành và bảo trì, giảm chi phí nhân lực,… Nhưng bên cạnh đó, hệ thống SCADA cũng có nhiều hạn chế về cơ chế điều khiển và lập trình do giao diện mặc định của hãng. Từ đó, phát triển một hệ thống mới có thể kế thừa những lợi ích và khắc phục những hạn chế của hệ thống SCADA.
Do đó, cần có một thiết bị mà trên đó ta có thể lập trình mở và thiết kế giao diện theo ý muốn mà không bị hạn chế. Từ thực tế trên, cùng lượng kiến thức quý báu được học tập ở trường và lòng đam mê, nhóm sinh viên quyết định thực hiện nghiên cứu đồ án: “Thiết kế chương trình giám sát hệ thống công nghiệp ứng dụng IoT”.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đề tài “Thiết kế chương trình giám sát hệ thống công nghiệp ứng dụng IoT” được thực hiện với những mục tiêu như sau: - Thực hiện giao tiếp giữa PLC và mô-đun IOT 2040. - Đưa dữ liệu thu thập từ thiết bị lên Cloud. - Truy xuất được dữ liệu từ Cloud về máy tính.
- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát bằng Node-Red. 1 - Thiết kế ứng dụng giám sát bằng framework Flutter và ngôn ngữ lập trình Dart. - Có thể kết nối với nền tảng thư điện tử như Gmail, Outlook mail,… - Đánh giá những kết quả đạt được và những mặt hạn chế của đề tài. - Đề xuất phương pháp giải quyết các vấn đề còn tồn tại và hướng phát triển.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống thu thập dữ liệu trong lĩnh vực công nghiệp.
Nghiên cứu các vấn đề xử lý dữ liệu gửi về máy tính được kết nối với PLC. Tập trung thiết kế giao diện quản lý và giám sát dữ liệu một cách đơn giản và dễ tiếp cận tới người vận hành.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Với ý tưởng trên, nhóm sinh viên đã tiến hành đề tài nghiên cứu tập trung những vấn đề, gồm: - Tìm hiểu cách kết nối giữa các thiết bị với PLC. - Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình NodeJS và Node-Red. - Thiết kế ứng dụng giám sát trên hai nền tảng hệ điều hành Android và iOS.
- Quản lý, lưu trữ dữ liệu. - Tìm hiểu tính thực thi của hệ thống.5 NỘI DUNG Phần còn lại của đề tài “Thiết kế chương trình giám sát hệ thống công nghiệp ứng dụng IoT” có nội dung như sau: Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nhóm trình bày cơ sở lý thuyết về các vấn đề liên quan của chương trình hệ thống. Giới thiệu các thiết bị phần cứng và giao thức truyền thông giữa các thiết bị trong hệ thống. Chương 3: Thiết kế phần cứng Trình bày về yêu cầu thiết kế phần cứng trong đề tài.
Lựa chọn thiết bị của hệ thống, thông số kĩ thuật của thiết bị. Chương 4: Thiết kế giao diện giám sát và thu thập dữ liệu Trình bày các bước thiết lập hệ thống, cách hoạt động của hệ thống và giao diện sử dụng. Chương 5: Kết quả thực hiện 2 Trình bày kết quả đạt được sau thời gian thực nghiệm của mô hình, đối tượng theo dõi trong mô hình. Từ đó, đưa ra nhận xét đánh giá.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Trình bày các kết luận rút ra từ đề tài và hướng phát triển trong tương lai. Từ đó, nhóm sinh viên rút ra những nhận xét về khả năng ứng dụng trong thực tế và hướng phát triển của đề tài. Đặt nền móng cho các đề tài nghiên cứu sau được hoàn thiện và tiến bộ hơn về mặt kết quả thực nghiệm. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1 Khái niệm về IoT Internet of Things (IoT) là từ dùng để ám chỉ về những thiết bị liên kết với nhau qua Internet để chúng có thể chia sẻ dữ liệu với những đối tượng khác như ứng dụng IoT, những thiết bị, máy móc công nghiệp, và hơn nữa là các thiết bị cảm biến được kết nối internet với mục đích để thu thập dữ liệu hoặc trong một vài trường hợp là xử lý chúng.
Các thiết bị, máy móc có ứng dụng IoT giúp nâng cao chất lượng sống và làm việc. Ứng dụng của IoT trong đời sống rất đa dạng, từ ngôi nhà thông minh có thể điều chỉnh tự động nhiệt độ, ánh sáng cho tới nhà máy thông minh có thể điều khiển máy móc công nghiệp có thể tự tìm ra và điều chỉnh một cách tự động để tránh lỗi. 1 Tổng quan IoT Ngày nay, chúng ta sống trong một thế giới, nơi mà những thiết bị tích hợp IoT cò nhiều hơn con người, chúng “giao tiếp” với nhau thông qua hệ thống mạng hoặc các nền tảng đám mây kết nối với IoT, thông tin chi tiết theo thời gian thực được thu thập từ quá trình chuyển đổi kỹ thuật số dữ liệu. IoT sẽ mang lại nhiều thay đổi tích 4 cực cho đời sống, sự an toàn, điều hành doanh nghiệp, cải thiện hiệu suất, môi trường toàn cầu và các vấn đề nhân đạo.
Ý tưởng về một mạng lưới các thiết bị thông minh đã được thảo luận từ 1982, với một máy bán nước Coca-Cola tại Đại học Carnegie Mellon được tuỳ chỉnh khiến nó đã trở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho và độ lạnh của những chai nước mới bỏ vào máy. Năm 1999, Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things để mô tả một hệ thống Internet được kết nối với thế giới vật chất thông qua các cảm biến.2 IoT hoạt động như thế nào? Một hệ thống IoT thông thường hoạt động thông qua việc thu thập và trao đổi dữ liệu theo thời gian thực. Một hệ thống IoT có ba thành phần: - Thiết bị thông minh: Đây là một thiết bị, giống như tivi, camera an ninh hoặc thiết bị tập thể dục đã được trao khả năng điện toán. Thiết bị này thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh, thao tác nhập liệu của người dùng hoặc mô thức sử dụng và truyền cũng như nhận dữ liệu qua Internet từ ứng dụng IoT của nó.
- Ứng dụng IoT: Là một tập hợp các dịch vụ và phần mềm có chức năng tích hợp dữ liệu nhận thức được từ các thiết bị IoT khác nhau. Ứng dụng này sử dụng công nghệ máy học hoặc trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định sáng suốt. Những quyết định này được truyền trở lại thiết bị IoT và sau đó, thiết bị IoT đó sẽ phản hồi lại dữ liệu đầu vào một cách thông minh. - Giao diện đồ hoạ người dùng: Một hoặc một nhóm các thiết bị IoT có thể được quản lý thông qua giao diện đồ hoạ người dùng.
Ví dụ như ứng dụng di động hoặc trang web có thể được sử dụng để đăng ký và quản lý các thiết bị thông minh.3 IoT trong công nghiệp IoT thực sự là cuộc các mạng về công nghệ thông tin của thế giới hiện đại. Khi mỗi thiết bị, và con người được cấp mọt mã định danh riêng, tất cả có khả năng truyền tải và trao đổi thông tin, dữ liệu thông qua mạng Internet mà không cần tương tác giữa con người với con người, hoặc giữa máy tính với con người. Kết nối các thiết bị công nghệp và điều khiển thông qua Internet là một vấn đề cực kỳ hấp dẫn với người làm trong ngành kỹ thuật. Hiện nay, các nhà máy ở nước ta được trang bị thiết bị điều khiển được kết nối với PLC, DCS hoặc SCADA điều khiển tự động hoặc bán tự động.
Nhưng khi áp dụng IoT vào trong nhà máy, việc quản lý các hệ thống này được thông qua Internet. Người quản lý không cần đến nhà 5 máy cũng biết được các thông số của máy móc hoạt động ra sao. Và hơn hết, chúng ta có thể điều khiển các thiết bị được kết nối ở bất kỳ nơi nào trên thế giới thông quan mạng Internet. 2 IoT trong công nghiệp Trong ngành công nghiệp bán lẻ, IoT hợp nhất dữ liệu, phân tích và xử lý marketing trên nhiều địa điểm khác nhau.
Các nhà bán lẻ sẽ lưu lại IoT từ cửa hàng, những kênh cácn hàng trực tuyến và ứng dụng công cụ phân tích để hiểu được xu hướng tìm kiếm, hành vi và sở thích của khách hàng. Học thường sử dụng những thiết bị được kết nối IoT như thẻ từ RFID (Radio Frequency Indentification), hệ thống Wi- Fi, công nghệ Beacons,… Công nghệ IoT thu thâp dữ liệu trong thời giant hực từ hệ thống y tế như thiết bị y tế có thể trao đổi theo quá trình tập thể dục, giấc ngủ và các thói quen sức khoẻ khác. Những dữ liệu IoT này cho phép đưa ra các chẩn đoán chính xác và pháp đồ điều trị, cải thiện sức khoẻ cho bệnh nhân. Đồng thời, hợp lý hoá việc cung cấp dịch vụ chăm sóc.
IoT với trí tuệ thông minh có khả năng vựa qua hàng rào địa lý có thể mang lại hiệu quả cao cho các công ty vận tải và hậu cần. Công nghệ này có thể cải thiện chất lượng dịch vụ, giảm thời gian chết và gia tăng sự hài lòng của khách hàng. Nó cũng có thể tăng sự an toàn và giảm thiểu chi phí bằng cách quản lý, tìm kiếm và theo dõi các phương tiện, hàng hoá, các tài sản di động khác trong thời gian thực.