Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Và Phát Triển Hệ Thống SCADA Dựa Trên Điện Toán Đám Mây

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa nghiên cứu phát triển hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây, ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Pham Hoang Hai Quan
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Trương Đình Châu
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu và phát triển hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Nghiên cứu và phát triển hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây

Luận văn tập trung vào nghiên cứu và phát triển hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây, nhằm giải quyết các hạn chế của các thế hệ SCADA truyền thống. Các hệ thống SCADA cũ thường cồng kềnh về phần cứng và phần mềm, gây khó khăn trong bảo trì, nâng cấp và mở rộng. Việc tích hợp SCADA lên đám mây giúp tăng khả năng kết nối, truy cập từ xa và giám sát hệ thống một cách linh hoạt hơn. Luận văn sử dụng nền tảng Amazon Web Services (AWS) để triển khai hệ thống cloud-based SCADA, tập trung vào giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa.

1.1. Nghiên cứu điện toán đám mây và kiến trúc SCADA

Phần này tập trung vào nghiên cứu các kỹ thuật trong điện toán đám mây và kiến trúc của hệ thống SCADA. Các dịch vụ của AWS như Amazon S3, EC2, và DynamoDB được phân tích để xây dựng một hệ thống SCADA hiệu quả. Luận văn cũng đề cập đến các mô hình kết nối trong SCADA và cách thức tích hợp chúng lên đám mây.

1.2. Thiết kế và phát triển hệ thống SCADA dựa trên đám mây

Luận văn trình bày quá trình thiết kế và phát triển các thành phần của hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây. Các bước bao gồm thiết kế cơ sở dữ liệu trên DynamoDB, xây dựng Front-End Server, và kết nối giữa các thành phần trong hệ thống. Hệ thống được triển khai trên AWS để đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng.

II. Ứng dụng điện toán đám mây trong hệ thống SCADA

Luận văn khám phá các ứng dụng của điện toán đám mây trong hệ thống SCADA, đặc biệt là trong lĩnh vực giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa. Việc sử dụng đám mây giúp hệ thống SCADA trở nên linh hoạt hơn, cho phép người dùng truy cập và điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu thông qua các thiết bị di động. Luận văn cũng đánh giá hiệu quả của việc tích hợp SCADA lên đám mây so với các hệ thống truyền thống.

2.1. Giám sát và quản lý điện năng từ xa

Hệ thống cloud-based SCADA được triển khai để giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. Các chức năng chính bao gồm thu thập dữ liệu, hiển thị thông tin, và cảnh báo khi có sự cố. Hệ thống sử dụng OPC-UA Server và Client để kết nối với các thiết bị đo lường và truyền dữ liệu lên đám mây.

2.2. So sánh hiệu quả với hệ thống SCADA truyền thống

Luận văn so sánh hiệu quả của hệ thống cloud-based SCADA với các hệ thống SCADA truyền thống. Các ưu điểm bao gồm khả năng mở rộng, dễ dàng bảo trì, và chi phí vận hành thấp hơn. Tuy nhiên, hệ thống cũng có một số hạn chế như phụ thuộc vào kết nối internet và vấn đề bảo mật dữ liệu.

III. Đánh giá và hướng phát triển

Luận văn đánh giá kết quả đạt được và đề xuất các hướng phát triển trong tương lai. Hệ thống cloud-based SCADA đã chứng minh tính hiệu quả trong việc giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa. Tuy nhiên, vẫn cần cải thiện về khả năng bảo mật và tối ưu hóa hiệu suất. Các hướng phát triển bao gồm tích hợp thêm các công nghệ như IoT và AI để nâng cao khả năng tự động hóa và thông minh của hệ thống.

3.1. Kết quả đạt được

Hệ thống cloud-based SCADA đã được triển khai thành công, cho phép giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa một cách hiệu quả. Các kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Luận văn đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm tích hợp IoT để thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau và sử dụng AI để phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định tự động. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về các giải pháp bảo mật để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠIH CQU CGIA TP.H- CHÍ MINH TRƯƠNG ĐẠI HOC BACH KHOA KHOA ĐIỆN — ĐIỆN TỪ PHAM HOANG HAI QUAN 7140065 NGUY_N VAN PHU 7140062 NGHIÊN COU VA PHAT TRI IN HU THUNG SCADA DLJIA TREN DILIN TOÁN DAM MAY CHUYEN NGANH: K.' THULIT DILU KHILN VA TL DUNG HÓA MA NGANH: 60 52 02 16 TP. HO CHI MINH, thang 06 nam 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯI 'C HOÀN THÀNH TẠI TRƯI ING ĐẠI HI !IC BACH KHOA —ÐĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến Sĩ Trương Đình Châu (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ cham nhận xét 1 : Tiến Sĩ Hoàng Minh Trí (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : Tiến Sĩ Võ Công Phương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp. HCM ngày 15 tháng 07 năm 2016. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1.

Phó Giáo Sư, Tién Sĩ Hồ Phạm Huy Ánh 2. Tiến Sĩ Trần Ngọc Huy 3. Tiến Sĩ Hoàng Minh Trí 4. Tiến Sĩ Võ Công Phương 5.

Tiến Sĩ Ngô Mạnh Dũng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).IĐNG TRUUNG KHOA DIN - DILIN TU ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CUNG HÒA XÃ HUI CHU NGHĨA VỊ: T TRUONG ĐẠI HUC BACH KHOA NAM D‘¢c¢ I{p - Ti do - Hạnh phúc NHI: M VU LUIIN VAN THAC SĨ Họ tên học viên: PHAM HOANG HAI QUẦN MSHV: 714006 Ngày, tháng, năm sinh: 17/04/1991 Nơi sinh: Binh Thulin Chuyên ngành: K[|thu(t điu khi n và tí'đ: ng hóa MS: 60 52 02 16 Họ tên học viên: NGUY IN VAN PHU MSHV: 7140062 Ngay, thang, nam sinh: 14/09/1991 Nơi sinh: Binh Thulin Chuyên ngành: K:thui t dilu khi: n và tí: đ: ng hóa MS: 60 52 02 16 I. TEN DU TÀI NGHIEN CUU VA PHAT TRIEN HE THONG SCADA DUA TREN DIEN TOAN DAM MAY Il. NHIOM VU VA NOI DUNG: - Nghién cứu điện toán đám mây va kiến trúc chương trình SCADA - _ Thiết kế kiến trúc và phát triển các thành phan trong chương trình SCADA dựa trên điện toán đám mây, triên khai lên cloud Amazon Web Service - _ Xây dựng hệ thông giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa bằng cloud- based SCADA Ill. NGÀY GIAO NHI: M VU: 11/01/2016 IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHI: M VL: 17/06/2016 V.! HUONG DON: Tiến Sĩ Trương Dinh Châu Tp. Hô Chí Minh, ngày. năm 2016 CAN BU) HƯ NGD_N CHO NHI_MB-' MÔN QL CHUYEN NGANH KHOA DILN DION TU TRUONG ĐẠI HUC BACH KHOA LOI CÁM ON Tôi xin gửi đến thay TS. Truong Dinh Châu lời biết ơn sâu sắc vi đã dành thời gian quý báu để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cũng như cho tôi những lời khuyên bồ ích để hoàn thành luận văn này.

Trong suốt thời gian học tập tại trường đại hoc Bách Khoa - ĐHQG Tp. HCM, tôi đã được các Thay Cô khoa Điện — Điện tử, và đặc biệt là các Thầy Cô bộ môn Điều khiến tự động giảng day tận tinh, cho tôi nhiều kiến thức mới bồ ích. Xin gửi đến các Thây, Cô va các bạn lời cảm ơn chân thành nhất. tôi xin cám ơn Cha Mẹ, các anh chị em trong gia đình đã động viên và tạo điều kiện giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.

Hô Chi Minh, ngày 17 thang 6 năm 2016 Nguyễn Văn Phú Phạm Hoàng Hải Quân TÓM TOT LUON VAN Điện toán đám mây (cloud computing) phát triển ngày càng mạnh mẽ, phô biến và rộng rãi. Nhu cau giám sát, quan lý các thông tin quan trọng thông qua internet của con người ngày càng cao. Đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp, khi mà các cơ sở sản xuất nằm ở các vị trí địa lý rất xa nhau, người quản lý vận hành mong muốn có thể giám sát, điều khiển hệ thống từ xa thông qua internet bằng các thiết bị hiện đại như tablet, smart phone. Các thế hệ SCADA trước đây rất công kênh về phan cứng lẫn phần mềm, gây nhiều khó khăn trong việc bảo trì, nâng cấp, mở rộng hệ thống, khả năng kết nối, truy cập từ xa để giám sát và điều khiến hệ thống cũng rất giới hạn.

Việc tích hợp hệ thông SCADA lên cloud sẽ giải quyết các vẫn đề trên. Luận văn tập trung nghiên cứu vào các kỹ thuật trong cloud computing, các đặc tính kỹ thuật của hệ thống SCADA, các phương pháp, mô hình dé tích hợp SCADA lên cloud và đưa ra một kiến trúc tong quan cho cloud-based SCADA. Luận văn sử dụng nên tảng điện toán đám mây Amazon Web Service (do Amazon cung cấp), XCode trên nền tang iOS và NodeJS (JavaScript runtime) dé thực hiện hệ thống cloud-based SCADA giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa trên địa bàn Thanh phố Hồ Chí Minh. LOI CAM KOT Tôi xin cam kết các nội dung lý thuyết trình bay trong luận van này là do tôi tham khảo các tài liệu và biên soạn lại, tất cả các kết quả đều do chính bản thân tôi tự làm ra, hoàn toàn không phải sao chép của từ bất kỳ một tải liệu hoặc công trình nghiên cứu nào khác.

Nếu tôi không thực hiện đúng các cam kết nêu trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước kỷ luật của nhà trường cũng như pháp luật Nhà nước. Nguyễn Văn Phú Phạm Hoàng Hải Quân LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. TRƯƠNG DINH CHAU MUC LUC CHUONG 1. TONG QUAN VE HE THONG SCADA DUA TREN DIEN TOAN DAM PS.

Tính cấp thiẾt. Phân tích đánh giá kết qua các nghiên cứu, dé tai liên quan. TS S111 1v vn TH TT TT ki nh Hà TT nà nến 19 1. Sản phẩm của luận văn.

tre 20 CHƯƠNG 2. LÝ THUYET VE ĐIỆN TOÁN DAM MAY VA HE THONG SCADA DUA TREN DIEN TOAN DAM MAYY. G1 2111211112011 1011112 111101111111 11H K KH HH ykt 21 2. Lý thuyết về điện toán đám MAY oo.-- -ccccn TT E111 115 1 1111111155 111111111 EEEETtrrrreo 21 2.

Điện toán đám MAY. Amazon Web Services (AWS). c0 00211 HH nn HH HT TH TT ng KH ng rệt 31 2. Giới thiệu về Amazon Web Services.

Lưu trữ với Amazon SỐ. Elastic computing with Amazon EC2. Kha năng truyền thông điệp tin cậy của Amazon Simple Queue Service. Xử lý tập hop dữ liệu với Amazon SimpleDB.

Khả năng mở rộng của kiến fTÚC.-- + ESt2ESE+EEEEEEEEEEEEEESEEEEErrrrrkrrsees 35 2. Giới thiệu về DynamoDB 00. Làm việc với IDynamol3B. Bảng trong DynamoDB .---- 221111111111 115553211 111 111kg 11111 xec 37 VĂN VN 0À 6ivv vàn 6 e6.

QUOTY/SCANL ooo. Lý thuyết về hệ thông SCADA dựa trên điện toán đám mây. Tổng quan chung về SCADA.- St tt SE EEEEEEEE5E115111E111111511111EE1ETTETETEEEtrrh 40 2. Định ngh Ïa:.

- 0 1 2111112211111 2511 1115011111121 111 11H 1kg kg kg kh 40 2. Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ:.--- 2+ csse sex se css2 41 2. Xu hướng phat triển của SCADA 20. Kiến trúc hệ thống quan lý giám sát sản Xuất:.

¿+ St v SE cEEEEEEEskerrrrren 42 2. Tổng quan các chức năng chính của SCADA::.-ccS SE SE2E2EEEEEEEEEEEESkerrrrree 43 2. Các mô hình kết nói trong SCADA?. 5: St St 1E EEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEESkrkereree 43 "ăn LOCAL mẽ ae.

Remote SCADA CÏI€nnf:. 1 2011112221111 1211111101111 88 1111 n ng vn ke 45 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. TRƯƠNG DINH CHAU 2. -- - -- c 1 2111221111101 111110111111 1n KH kg tk kg kh 46 2.

Thiết kế mô hình Cloud-based SCADA.--:©2¿ 522222222 22222x2xr2Ererxrrrrsrrcre 46 CHƯƠNG 3. THIẾT KE SCADA DỰA TREN NEN TANG ĐIỆN TOÁN DAM MÂY. Kiến trúc Cloud-based SCADA được dé xuất. Thiết kế Cloud Database.

Thiết kế cầu trúc cơ sở dữ liệu băng DynamoDB. Tạo quyên truy cập tới DynamoDB thông qua Amazon Cognito va Identity & ACCESS Management. Amazon Cognito [dennfIfy. Identity and Access Managemmert.

Thiết kế Front-End SeTVeT.-- + SE Ex E1 EEE151E1811111111111111111111 0111111121111 1x6 59 3. Thiết kế cầu trúc Front-End SeTVeT. Các chức năng của OPC-UA S€TV€T. Xây dựng OPC-UA S€TV€T.3, OPC-UA CÏiernf.- -- c1 2 1 2112220111221 112 1115 11110111 11111101111 v TH vn TH He 64 3.

Các chức năng của OPC-UA C Ïiennf. Xây dựng OPC-UA CÏien[. Kết nói giữa Front-End Server và các thành phan khác trong hệ thống SCADA. Kết nối giữa Front-End Server va database trên cloud.-----scs+ssx+xs: 7] 3.

Kết nối giữa Front-End Server và thiẾt bị.- - -cn n2 SE trrrrrrrrrree 75 3. Thiết kế cau trúc của SCADA ClienI(. Các Thành Phan của SCADA Clien[. Thiết kế các chức năng hiển thi cha SCADA Clieni.

Project Manager Form .cc ccc cccccccccccesssceccecessaeececesseeeeccestseeeeeseesaaeeseeeaas 82 3.--- 11122211112 1111122 1111101 111g vn vn kg KH khu 85 3. Task — Tag FOTIM.---- 2 12122223011 11125 2111111198 11111901 11 TH 1kg rệt 90 3. Màn Hình Runtime .- 1112221111101 11112 1111201111111 11T 1kg KH khe 134 3. Data Logging FOL.- -- c1 1111222111 111112111 1111118211111 kg KT k1 ng và 160 3.

Thiết lập liên kết dữ liệu với SCADA SerV€T. Các thư viện cân khai báo. Các đối tượng cân thiết lập.----- c1 n3 SE E111 111E 1E 21111111 EErrrerke 169 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. TRƯƠNG DINH CHAU 3.

Doc dữ liệu đơn lẻ (Retrieve) .- -- c1 2 2222311112221 111 n2 xxx ng ưky 170 3. Đọc toàn bộ dữ liệu (Scan). Đọc dữ liệu theo điều kiện (QUETY) oo. Ghi mới 1 item (giá tri theo hàng ngang) lên DynamolIDB.

Cập nhật giá tri đơn lẻ của 1 1fem.-- + - 221133323311 kreeeseeea 173 CHƯƠNG 4. XÂY DUNG HE THONG CLOUD-BASED SCADA GIÁM SÁT VA QUAN LÝ ĐIỆN NĂNG TIỂU THU TỪ XA. 011112 1111221111121 1 1n 11k v TH TH KT KH KH khe 175 4. Nguyén ly hoat GON ge oo.

Tổng quan hệ thong o. Câu hình OPC-UA Server. Câu hình OPC-UA CÏien. Giao diện ứng dụng trên Ípad.

TONG KET, DANH GIA DE TÀII. Kết quả dat QUOC. Những hạn chế của dé tai occ ceccccccccccscsescsesesesecevsesvesecececevevsvsusecececevevsvevstseseesevevsvaee 187 5. Hướng phát triển dé tai.

cecccccccecccecsescsesecececsvsesveesecececevsvsvevsesececevevsvevsnssececevevsvaee 187 TÀI LIEU THAM KHAO 0oioecccceccccccccsscsssscsscsesecevsusevsvescsvsasevsusetsusevsusersvsassvsusevsesecssevevsesevaes 188 PHAN LY LICH TRÍCH NGANG. 189 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. TRƯƠNG DINH CHAU DANH MLC HINH ANH Hình 2-1 Hệ thông máy chủ khi chưa có ảo hóa.--- c2 2222112121111 esxke 22 Hình 2-2 Hệ thống máy chủ khi sử dụng ảo hóa. ¿6 S1 1 3E E11 E1EE1111 1112111 x6 23 Hình 2-3 Giải pháp cho hệ thống dự phòng bằng công nghệ ảo hóa.

7+ 2 c+c xe 25 Hình 2-4 Các mô hình dịch vụ. - - - L - G1111 S211 SH TT TT gà 27 Hình 2-5 Mô hình các thành phan hệ thống trong cloud.--- + s+s+x+x+x+EvEeEvzErtzerxsrer 28 Hình 2-6 Mô hình và các dịch vụ của Cloud Computing.-- ---- 555552225 ss>+<>sesss2 30 Hình 2-7 Kiến trúc hệ thống. EEprrh 42 Hình 2-8 Mô hình Local. - - ¿2c 1 22 12221113251 113511111111 11111 111115111111 111911 1H khe 44 Hình 2-9 : Mô hình Remote SCADA CÏieni[.