Hướng dẫn xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IoT cho bồn chứa

• Tác giả: Cao Xuân Thắng
• Người hướng dẫn: Pgs.Ts Trương Đình Nhơn
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IoT cho hệ thống bồn chứa
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu và nội dung đề tài
• 1.3.1. Mục tiêu
• 1.3.2. Nội dung của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Giới hạn nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Thiết bị xử lý
• 2.2. Thiết bị ngoại vi
• 2.3. Thuật toán PID
• 2.3.1. Phương pháp tính toán
• 2.3.2. Kích thước bồn chứa
• 2.3.3. Thông số PID
• 2.4. Internet of things (IoT)
• 2.5. Cơ sở lý thuyết về hệ thống giám sát và quản lý trong công nghiệp
• 2.5.1. Hệ thống giám sát và quản lý
• 2.5.2. Màn hình cảm ứng công nghiệp – HMI
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 3.1. Lựa chọn thiết bị phần cứng
• 3.1.1. Màn hình HMI Haiwell C10S
• 3.1.2. Thiết bị thu thập dữ liệu mực chất lỏng
• 3.2. Lựa chọn phần mềm
• 3.2.1. Phần mềm kết nối các thiết bị phần cứng
• 3.2.2. Phần mềm thu tập và giám sát dữ liệu
• 3.2.3. Phần mềm mô phỏng
• 3.3. Giao tiếp giữa PLC, laptop và Smartphone
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 4.1. Thiết kế chương trình điều khiển
• 4.1.1. Yêu cầu thiết kế
• 4.1.2. Mô tả chương trình điều khiển
• 4.1.3. Thiết kế hệ thống bẳng phần mềm mô phỏng Factory IO
• 4.1.4. Thiết lập cấu hình bộ điều khiển PID Compact
• 4.2. Thiết kế giao diện điều khiển
• 4.2.1. Yêu cầu thiết kế
• 4.2.2. Phân cấp quyền truy cập
• 4.2.3. Thiết kế màn hình chờ
• 4.2.4. Thiết kế màn hình vận hành ở chế độ Auto_mode
• 4.2.5. Thiết kế màn hình vận hành ở chế độ Manual_mode
• 4.2.6. Thiết kế màn hình quản lý
• 4.2.7. Thiết kế màn hình bảo trì hệ thống
• 4.3. Thiết kế và lập trình Node-red
• 4.3.1. Giám sát và điều khiển hệ thống bằng Node-red trên PC/Laptop
• 4.3.2. Giám sát và điều khiển hệ thống bằng phần mềm Node-red trên điện thoại thông minh
• 4.4. Thiết kế giao diện giám sát và thu thập dữ liệu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Kết quả phần cứng
• 5.2. Kết quả phần mềm
• 5.2.1. Kết quả màn hình giám sát trên HMI
• 5.2.2. Kết quả màn hình giám sát trên Node-Red
• 5.2.3. Kết quả lưu trữ và thu thập dữ liệu
• 5.3. Kết quả chạy thực nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống giám sát

Hệ thống giám sát là trọng tâm của đề tài, tập trung vào việc theo dõi và quản lý dữ liệu từ xa. Hệ thống này sử dụng công nghệ IoT để kết nối các thiết bị, giúp thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả. Giám sát từ xa cho phép người dùng kiểm soát hệ thống bồn chứa mà không cần có mặt trực tiếp tại hiện trường. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp như dầu khí, nơi các bồn chứa thường được đặt ở những vị trí xa xôi.

1.1. Công nghệ IoT

Công nghệ IoT đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng hệ thống giám sát. Nó cho phép kết nối các thiết bị thông qua internet, tạo ra một mạng lưới thông minh. IoT trong công nghiệp giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả quản lý. Trong đề tài này, IoT được ứng dụng để giám sát mực chất lỏng trong bồn chứa, đảm bảo độ chính xác và an toàn.

1.2. Giám sát thời gian thực

Giám sát thời gian thực là một tính năng nổi bật của hệ thống. Nó cho phép người dùng theo dõi các thông số như mực chất lỏng, nhiệt độ và áp suất một cách liên tục. Điều này giúp phát hiện sớm các sự cố và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời. Hệ thống IoT còn hỗ trợ lưu trữ dữ liệu, tạo điều kiện cho việc phân tích và dự đoán bảo trì.

II. Bồn chứa thông minh

Bồn chứa thông minh là một trong những ứng dụng chính của đề tài. Hệ thống này được thiết kế để tự động điều chỉnh mực chất lỏng, loại bỏ các nhược điểm của phương pháp thủ công truyền thống. Quản lý bồn chứa trở nên dễ dàng hơn nhờ vào việc tích hợp các cảm biến và thiết bị điều khiển tự động. Giải pháp IoT giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả.

2.1. Cảm biến và thiết bị

Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống bao gồm cảm biến mực chất lỏng, nhiệt độ và áp suất. Chúng được kết nối với hệ thống IoT để thu thập dữ liệu một cách chính xác. Thiết bị điều khiển như PLC và HMI giúp tự động hóa quy trình, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.2. Tối ưu hóa quy trình

Tối ưu hóa quy trình là mục tiêu chính của hệ thống bồn chứa thông minh. Nhờ vào việc sử dụng công nghệ giám sát, hệ thống có thể tự động điều chỉnh mực chất lỏng, giảm thiểu sự can thiệp của con người. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

III. Quản lý dữ liệu

Quản lý dữ liệu là một phần không thể thiếu trong hệ thống giám sát từ xa. Hệ thống này cho phép thu thập, lưu trữ và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả. Hệ thống quản lý được tích hợp với các nền tảng IoT, giúp người dùng dễ dàng truy cập và quản lý thông tin. Giám sát hiệu quả đảm bảo rằng dữ liệu được xử lý một cách chính xác và kịp thời.

3.1. Thu thập dữ liệu

Thu thập dữ liệu là bước đầu tiên trong quy trình quản lý. Các cảm biến và thiết bị IoT thu thập thông tin về mực chất lỏng, nhiệt độ và áp suất. Dữ liệu này được truyền về hệ thống quản lý để xử lý và phân tích. Kết nối IoT đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải một cách nhanh chóng và an toàn.

3.2. Phân tích và dự đoán

Phân tích dữ liệu giúp người dùng hiểu rõ hơn về tình trạng hoạt động của hệ thống. Dự đoán bảo trì là một ứng dụng quan trọng của việc phân tích dữ liệu, giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời. Hệ thống IoT còn hỗ trợ lưu trữ dữ liệu lâu dài, tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và cải tiến hệ thống.