Báo cáo giải pháp iot trong công nghiệp địa điểm thực tập công ty think alpha

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA *** BÁO CÁO GIẢI PHÁP IOT TRONG CƠNG NGHIỆP Địa điểm thực tập: Cơng ty Think Alpha Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Quốc Chí TS Phạm Phương Tùng Sinh viên thực hiện: Lê Nhân MSSV: 1911750 Thành phố Hồ Chí Minh, 2023 MỤC LỤC I Tổng quan hệ thống IOT II Tìm hiểu tổng quan IoT2000 .2 III Phần cứng cài đặt cấu hình cho Simatic IOT2040 IV Giới thiệu Node-red V IOT2040 thu thập liệu từ điều khiển S7 1200 VI Gửi liệu từ IOT2040 lên đám mây (Cloud) VII Tài liệu tham khảo .9 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Thành phần bản của hệ thống IOT Hình Tổng quan vai trò của IOT2000 Hình Cấu hình IOT2000 .3 Hình Tổng quan phần cứng của IOT2000 Hình Arduino Hình Kết nới IOT2000 với ng̀n .4 Hình Hướng dẫn lắp thẻ nhớ MicroSD Hình Giao diện Node-red Hình Cấu trúc Dashboard Hình 10 Kết nới thu thập liệu từ PLC S7-1200 Hình 11 Lệnh cài đặt thư viện .7 Hình 12 Cấu hình khới S7-in S7-out Hình 13 Sơ đồ khối để giao tiếp với PLC S7-1200 Hình 14 Cấu hình PLC S7-1200 để giao tiếp với IOT2000 Hình 15 Dịch vụ cloud Ubidots .8 Hình 16 Khai báo thông số Node-red Hình 17 Giao diện hiển thị cloud I Tổng quan hệ thống IOT IoT, viết tắt của “Internet Of Things”, hay còn gọi Internet vạn vật kịch bản của thế giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh của riêng mình, tất cả có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần sự tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính Hình Thành phần bản của hệ thống IOT Cảm biến Các cảm biến bao gồm: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến tiệm cận, cảm biến ánh sáng v.v… Cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi liệu tương tự (analog) có từ việc quét thông số của môi trường sang liệu số (digital), chúng không thực trình xử lý nào, nhờ vậy cảm biến khơng tiêu thụ nhiều lượng có thể hoạt động nhờ pin khoảng thời gian dài Xử lý cục thiết bị lưu Các thiết bị xử lý cục mức thứ hai thứ hệ thống IoT Tại thời điểm này, liệu lưu trữ xử lý cục bộ, lý tưởng liệu không gửi chuyển tiếp trừ có liên quan Các thiết bị nói đơn vi điều khiển board mạch nhúng, chúng có nhiệm vụ xử lý liệu nhận từ cảm biến Network Internet Tiếp theo có phần cứng kết nối với thiết bị mô tả trên, kéo liệu gửi liệu lên cloud (đám mây) nơi liệu lưu trữ Có giao thức sử dụng mức này: CoAP (Constrained Application Protocol) giao thức ràng buộc ứng dụng của tập đoàn CoRE (Constrained Resource Environments) IETF MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ít an toàn thiết kế cho truyền tải máy với máy) HTTP (giao thức web) chắc hẳn biết rồi Và ứng dụng của sử dụng giao thức để truyền liệu thành phần XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) hay gọi giao thức truyền tải thông điệp, tin nhắn (message) Các thông điệp trao đổi dưới định dạng XML II Tìm hiểu tổng quan IoT2000 SIMATIC IOT2000 dòng IoT Gateway công nghiệp (IIoT Gateway), dùng ứng dụng sớ hóa sản xuất Nó phục vụ thu thập, xử lý, truyền tải thông tin môi trường sản xuất cloud SIMATIC IOT2000 có hai mẫu SIMATIC IOT2050 SIMATIC IOT2040 Cả hai phục vụ riêng cho ứng dụng cơng nghiệp Hình Tởng quan về vai trò của IOT2000 III Phần cứng cài đặt cấu hình cho Simatic IOT2040 Phần cứng Hình Cấu hình IOT2000 Hình Tởng quan phần cứng của IOT2000 Hình Arduino Kết nối dây nguồn Thiết bị có thể cấp ng̀n 9…36VDC để đảm bảo an toàn người dùng Các yêu cầu đấu nguồn: − Sử dụng Terminal cung cấp nhà sản xuất − dây ng̀n có tiết diện 0.75 mm2 đến 2.5 mm2 − Nên sử dụng tua-vít loại rãnh 3mm Phương pháp: − Tắt nguồn điện cung cấp cho thiết bị − Đấu dây vào terminal hình − Gắn terminal vào kết nới với ng̀n Hình Kết nối IOT2000 với nguồn Sử dụng thẻ nhớ Micro SD cho IOT2040 để cài đặt hệ điều hành Hình Hướng dẫn lắp thẻ nhớ MicroSD Phần mềm − Hệ điều hành chạy Linux Siemens cung cấp, ta dùng Example_Image_v2.2.1 − PuTTY: thao tác với IOT2040 − Win32 Disk Imager: cấu hình cho thẻ nhớ − WinSCP: Theo dõi folder file IOT2040 − MariaDB: cung cấp Database phục vụ cho việc thu thập liệu Các bước thực ta có thể xem file hướng dẫn của Siemens: https://support.industry.siemens.com/forum/vn/en/posts/sql-server-connection-withiot2000/193095 IV Giới thiệu Node-red Giới thiệu tổng quan Node-red Node-RED tảng mã nguồn mở cho phép người dùng tạo luồng liệu (flow) cách trực quan dễ dàng Nó phát triển IBM quản lý cộng đồng open source Node-RED cho phép người dùng kết nối thiết bị dịch vụ khác để tạo quy trình tự động hóa Hình Giao diện Node-red Node-RED thiết kế để hoạt động máy tính cá nhân thiết bị IoT Raspberry Pi Nó cung cấp giao diện đờ họa dễ sử dụng, cho phép người dùng kéo thả node (nút) để tạo luồng liệu kết nối chúng với Node-RED cung cấp thư viện lớn node để kết nối với thiết bị dịch vụ phổ biến MQTT, Twitter, Facebook, cảm biến IoT, sở liệu, máy tính nhiều Hình Cấu trúc Dashboard Node-RED hỗ trợ số tính mở rộng đa ngơn ngữ, tích hợp máy chủ web chức bảo mật Nó có thể triển khai máy tính local dịch vụ đám mây IBM Cloud Amazon AWS Node-RED công cụ mạnh mẽ cho nhà phát triển IoT nhà quản lý hệ thống để tạo quy trình tự động hóa phức tạp cách dễ dàng nhanh chóng V IOT2040 thu thập liệu từ điều khiển S7 1200 Hình 10 Kết nối thu thập dữ liệu từ PLC S7-1200 Để thực giao tiếp IoT2040 với PLC Siemens S7-1200, ta cần thư viện để thực việc truyền nhận liệu: node-red-contrib-s7 node-red-contrib-mysql Hình 11 Lệnh cài đặt thư viện Ở phía Node-Red, ta sử dụng khối thư viện S7 để thiết lập liên kết với PLC, sử dụng khối MySql để liên kết với Database MariaDB Hình 12 Cấu hình các khối S7-in S7-out Hình 13 Sơ đồ các khối để giao tiếp với PLC S7-1200 Ở phía TIA Portal, ta khởi động PUT/GET cho PLC tắt Optimized Block Access cho Datablock Hình 14 Cấu hình PLC S7-1200 để giao tiếp với IOT2000 VI Gửi liệu từ IOT2040 lên đám mây (Cloud) Hình 15 Dịch vụ cloud Ubidots Khai báo thơng sớ: Hình 16 Khai báo thơng số Node-red Kiểm tra liệu thiết kế dashboard cloud: Hình 17 Giao diện hiển thị cloud VII Tài liệu tham khảo [1] Siemens, “SIMATIC IOT2040 Cổng kết nối thông minh cho giải pháp IoT Công nghiệp,” 2020, truy cập từ https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:5a68b416-92204bf8-b338-034d1e298d4f/SIMATIC-IOT2040-SiemensOnlineWorkshop20200414_original.pdf [2] Siemens, “Setting up the SIMATIC IOT2000 - 155642 - Industry Support Siemens,” support.industry.siemens.com, 2019, truy cập từ https://support.industry.siemens.com/forum/vn/en/posts/setting-up-thesimatic-iot2000/155642 (accessed Jun 23, 2023) [3] Siemens, “SIMATIC IOT2000 -Getting Started,” 2019, truy cập từ https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109744106/1097441 06_SIMATIC_IOT2000_Getting_Started.pdf [4] SIEMENS, “SQL server connection with IOT2000 - 193095 - Industry Support Siemens,” truy cập từ https://support.industry.siemens.com/forum/vn/en/posts/sql-serverconnection-ithiot2000/193095/?page=0&pageSize=10?page=0&pageSize=10