“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”“NGHIÊN CÚU XÂY DỰNG FRONTEND CHO GIAO DIỆN IOT TRONG VIỆC GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ.”
CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN
Tổng quan về năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng được hình thành từ các nguồn có tính liên tục cao, với trữ lượng gần như vô hạn hoặc có khả năng được sản sinh lại qua nhiều phương pháp khác nhau.
Năng lượng tái tạo, với trữ lượng gần như vô tận và khả năng khai thác ít gây hại hơn so với năng lượng hóa thạch, đang trở thành giải pháp hiệu quả cho việc khai thác năng lượng Giải pháp này không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng mà còn bảo vệ môi trường và hệ sinh thái trên trái đất.
Tùy thuộc theo nguồn năng lượng được khai thác mà sẽ được phân loại thành các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau
Hình 1: Năng lượng tái tạo
Năng lượng mặt trời, được khai thác từ ánh sáng của mặt trời, hiện là một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất Tỉ lệ khai thác năng lượng mặt trời hiện nay đang ở mức cao nhất, cho thấy tiềm năng lớn của nguồn năng lượng này trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng bền vững.
Năng lượng gió, khai thác từ sức gió tự nhiên, là một trong những nguồn năng lượng tái tạo có sản lượng khai thác cao hiện nay Tại Việt Nam, năng lượng gió đã được thí điểm công nghiệp hóa ở nhiều khu vực tiềm năng, đặc biệt là ở Bình Thuận và Phú Yên.
Hình 3: Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng gió Hình 2: Hệ thống khai thác năng lượng mặt trời
Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo được khai thác từ sức nước của các dòng sông và suối tại địa phương Hiện nay, việc phát triển thủy điện đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều khu vực trên cả nước.
Hình 4: Khai thác năng lượng thuỷ điện từ các đập thuỷ điện
Năng lượng địa nhiệt, khai thác từ nhiệt độ bên trong lòng đất, là một nguồn năng lượng mới với tiềm năng lớn Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ này vẫn còn hạn chế và chưa được áp dụng rộng rãi.
Hình 5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống địa nhiệt
Năng lượng chất thải rắn
Năng lượng từ chất thải hữu cơ là một giải pháp hiệu quả cho vấn đề năng lượng và chất thải Việc khai thác nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu rác thải mà còn đáp ứng nhu cầu năng lượng Tuy nhiên, để tối ưu hóa việc sử dụng, cần có sự đầu tư về kinh tế và công nghệ khai thác.
Hình 6: Sơ đồ hệ thống khai thác năng lượng chất thải rắn
1.1.3 Ưu nhược điểm của năng lượng tái tạo
Các nguồn năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng tái tạo và trữ lượng dồi dào, giúp giảm thiểu chi phí nhiên liệu Chúng cũng có hiệu suất sản xuất vượt trội so với năng lượng hóa thạch Hơn nữa, tác động đến môi trường từ các nguồn năng lượng tái tạo rất thấp, và một số nguồn còn giúp giảm thiểu các tác động tiêu cực từ các lĩnh vực khác Khu vực khai thác năng lượng tái tạo rất đa dạng và trải dài trên nhiều địa bàn khác nhau.
Năng lượng tái tạo có nhược điểm là độ ổn định nguồn năng lượng thấp hơn nhiều so với năng lượng hóa thạch Để đạt được sự ổn định, năng lượng tái tạo thường cần những yêu cầu đặc biệt về môi trường.
10 o Đòi hỏi một nguồn lực kinh tế cũng như công nghệ cao để đáp ứng khả năng lắp đặt và sử dụng
Hiện nay, Việt Nam đang tích cực thúc đẩy việc khai thác năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió và năng lượng mặt trời Các khu vực như Phú Yên và Bình Thuận đã trở thành những điểm nhấn trong chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của đất nước.
Hình 7: Hệ thống nhà máy điện gió ở Ninh Thuận
Việt Nam đang tích cực phát triển và khai thác nguồn năng lượng thủy điện tại miền Bắc và miền Trung Nhiều hộ gia đình lựa chọn sử dụng năng lượng tái tạo, chủ yếu là năng lượng mặt trời lắp đặt trên mái nhà ở cả khu vực thành thị và nông thôn Tại các vùng nông thôn, ngoài năng lượng mặt trời, các hộ gia đình còn tận dụng nguồn năng lượng sinh khối từ chăn nuôi và canh tác nông nghiệp, cũng như năng lượng gió từ các vùng núi cao và đồng rộng.
Gió là năng lượng tự nhiên được hình thành từ sự di chuyển của không khí trong khí quyển, và nó cũng là một dạng năng lượng gián tiếp từ năng lượng mặt trời Sự hình thành gió xảy ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trời và trái đất, dẫn đến sự chuyển động của không khí.
11 trên 1 đường thẳng, trái đất quay xung quanh mặt trời và bị đốt nóng không đều trong khí quyển
Hình 8: Cấu tạo tua bin gió
Nguồn năng lượng gió được tạo ra khi sức gió đẩy các cánh quạt, khiến các tua-bin điện quay Trục của các tua-bin này được kết nối với máy phát điện, giúp biến đổi cơ năng do gió tạo ra thành điện năng.
1.1.5.2 Các thông số yêu cầu dùng trong khai thác và sản xuất
• Tốc độ gió và hướng gió
Tốc độ gió là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng thu nhận gió của tua bin Khi tốc độ gió tăng, tua bin có thể hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng thông qua việc quay cánh quạt.
Hình 9: Đo đạc sức gió và hướng gió thông qua cảm biến
Hướng gió là yếu tố quan trọng trong khai thác năng lượng gió, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của tua bin Một hướng gió phù hợp có thể tăng tốc độ quay của tua bin, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng gió.
Tổng quan về hệ thống IOT
IoT (Internet of Things) hay Internet vạn vật là một hệ thống kết nối các thiết bị tính toán, máy móc cơ khí, kỹ thuật số và con người, cho phép truyền dữ liệu qua mạng mà không cần sự can thiệp của con người.
Hình 13: Hệ thống Internet of Things (IoT)
1.2.2 Cấu trúc hệ thống IOT
Cấu trúc chung của một hệ thống IOT bao gồm 4 phần
• Hạ tầng mạng (Network and Cloud)
• Bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Services-creation and Solution Layers)
Hình 14: Cấu trúc một hệ thống IOT
1.2.3 Các đặc trưng cơ bản của hệ thống IoT
Khả năng định danh trong hệ thống IoT cho phép mọi thứ, từ con người đến máy móc, được nhận diện bằng một mã duy nhất Việc này giúp hệ thống phân loại các đối tượng một cách hiệu quả, từ đó nâng cao độ chính xác trong kết quả xử lý.
Hệ thống IoT hiện đại không chỉ hoạt động và phân loại theo các yêu cầu đã được thiết lập mà còn tích hợp trí tuệ nhân tạo, cho phép xử lý và thực hiện các hoạt động vượt ra ngoài những thiết lập ban đầu.
Kết nối liên thông: Trong một hệ thống IOT thì tất cả Things đều được kết nối với nhau thông qua một mạng lưới cố dịnh
Thay đổi linh hoạt: Tất cả các thiết bị đều có thể được điều khiển hoặc thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu
Hệ thống IoT có quy mô lớn với hàng triệu máy móc và thiết bị được kết nối, cho phép chúng giao tiếp và quản lý lẫn nhau Khối lượng thông tin truyền tải giữa các thiết bị này vượt xa những gì chúng ta có thể tưởng tượng.
1.2.4 Ưu và nhược điểm của hệ thống IoT
• Truy cập thông tin mọi lúc, mọi nơi trên mọi thiết bị thông minh có kết nối internet
• Hệ thống IoT cải thiện khả năng giao tiếp giữa các thiết bị điện tử
• Chuyển dữ liệu nhanh chóng qua Internet giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc
• Tự động hóa nhiệm vụ được giao giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp
• Thông tin được chia sẻ giữa nhiều thiết bị có thể bị đánh cắp Do đó, cần có giải pháp ngăn ngừa, phòng chống nguy cơ
• Khi hệ thống xảy ra lỗi, nếu không có biện pháp khắc phục kịp thời có khả năng gây hư hại nhiều thiết bị
Trong ngành chế tạo, Internet of Things (IoT) được áp dụng để tự động hóa quy trình sản xuất, giúp giám sát và phát hiện lỗi hoạt động trên các thiết bị Việc lắp đặt IoT trong các dây chuyền sản xuất không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện độ chính xác và giảm thiểu thời gian dừng máy.
Hình 15: Ứng dụng IoT trong ngành chế tạo thông qua các cánh tay máy
Cảm biến trong hệ thống IoT sản xuất giúp đo lường số lượng sản phẩm hư hại hoặc không đạt tiêu chuẩn, từ đó tối ưu hóa quy trình phát hiện và sửa lỗi Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất mà còn giúp doanh nghiệp giảm chi phí hoạt động và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản.
Trong ngành sản xuất ô tô, hệ thống IoT được triển khai để tự động hóa các dây chuyền sản xuất, đồng thời kiểm tra khả năng lỗi của các hệ thống sản xuất.
Hệ thống xử lý cảnh báo va chạm cho xe tự lái được tích hợp trong các ô tô, nhằm cung cấp cảnh báo nguy hiểm và chỉ dẫn cần thiết cho người sử dụng.
Hệ thống IoT đang phát triển mạnh mẽ trong việc thu thập dữ liệu y tế từ bệnh nhân và lưu trữ vào bệnh án điện tử Điều này không chỉ giảm bớt gánh nặng di chuyển cho bệnh nhân mà còn giúp người dân ở vùng nông thôn khó khăn tiếp cận dịch vụ y tế chất lượng cao hơn, đồng thời tiết kiệm chi phí đi lại.
1.2.6 Giao diện cho hệ thống IOT
Phần này giúp người dùng dễ dàng nắm bắt thông tin mong muốn và cung cấp công cụ tương tác để điều khiển hệ thống IoT Nhờ đó, người dùng có toàn quyền truy cập và quản lý thông tin từ các cảm biến.
Giao diện của hệ thống cần phải có nội dung trực quan và dễ nhìn, thể hiện đầy đủ các yêu cầu cần thiết Các thông tin phải được sắp xếp một cách gọn gàng và khoa học, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng trong việc thu thập dữ liệu.
1.2.6.3 Mối quan hệ của giao diện tới hệ thống IOT
Trong hệ thống IoT, giao diện đóng vai trò quan trọng trong việc hiển thị thông tin cần thiết cho người dùng, đồng thời cho phép họ tương tác và kết nối với hệ thống Giao diện chính là cầu nối giúp người dùng quản lý và điều khiển các thiết bị máy móc trong môi trường IoT một cách hiệu quả.
1.2.7 Mối quan hệ giữa việc sử dụng hệ thống IOT đối với việc sản xuất năng lượng
Với sự phát triển của công nghệ, việc thu thập dữ liệu để giám sát hệ thống trở nên dễ dàng hơn Tuy nhiên, dữ liệu thường phức tạp và khó hiểu, trong khi các cảm biến cần phải liên kết để xử lý và hiển thị thông tin hiệu quả Do đó, cần phát triển một hệ thống IoT để thu thập thông tin từ nhiều cảm biến, giúp giám sát và trình bày dữ liệu một cách trực quan, đảm bảo người giám sát dễ dàng nhận biết và thu thập thông tin quan trọng, từ đó nâng cao hiệu quả giám sát hệ thống.
Tổng quan về Front-end
Phần front-end của một trang web là yếu tố tương tác chính với người dùng, bao gồm tất cả những gì bạn thấy khi duyệt Internet như font chữ, màu sắc, menu xổ xuống và thanh trượt Những yếu tố này được tạo ra từ sự kết hợp của HTML, CSS và JavaScript, và được trình duyệt máy tính xử lý để hiển thị nội dung một cách mượt mà.
Hình 17: Hệ thống giao diện Iot đầy đủ
1.3.2 Cấu trúc của một front-end
Cấu trúc Front-end bao gồm các tệp HTML, CSS và JavaScript liên kết với nhau, tạo nên giao diện cho website và xử lý các tương tác của người dùng với hệ thống giám sát.
HTML, viết tắt của Hypertext Markup Language (Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản), là công cụ chính để tạo và cấu trúc các thành phần trên trang web hoặc ứng dụng Nó giúp phân chia các đoạn văn, tiêu đề, tiêu đề phụ và các đoạn trích dẫn Cần lưu ý rằng HTML không phải là một ngôn ngữ lập trình.
Khi bạn nhập một tên miền vào trình duyệt như Chrome, trình duyệt sẽ kết nối đến một máy chủ web thông qua địa chỉ IP, được xác định qua phân giải tên miền (DNS) Máy chủ web là một máy tính kết nối Internet, nhận yêu cầu từ trình duyệt của bạn và gửi lại thông tin dưới dạng tài liệu HTML để hiển thị trang web.
Mỗi trang HTML bao gồm nhiều thẻ (elements) với chức năng cụ thể, góp phần tạo nên cấu trúc hoàn chỉnh cho Website Các thẻ này giống như những khối xây dựng của một trang web, hình thành cấu trúc cây thư mục bao gồm các phần như section, paragraph, heading, và nhiều khối nội dung khác.
CSS, viết tắt của Cascading Style Sheets, là ngôn ngữ dùng để tìm kiếm và định dạng các phần tử được tạo ra bởi HTML Nói một cách đơn giản, CSS là công cụ tạo phong cách cho trang web.
HTML định dạng các phần tử trên website, bao gồm văn bản, tiêu đề và bảng, trong khi CSS thêm phong cách cho các phần tử HTML, cho phép thay đổi bố cục, màu sắc, kiểu chữ và cấu trúc.
CSS hoạt động bằng cách tìm kiếm các vùng chọn, bao gồm tên thẻ HTML, ID, class và nhiều kiểu khác Sau khi xác định được vùng chọn, CSS sẽ áp dụng các thuộc tính cần thay đổi lên các vùng chọn đó.
HTML và CSS có mối quan hệ chặt chẽ, trong đó HTML là ngôn ngữ đánh dấu cơ bản cho trang web, còn CSS xác định phong cách và giao diện của nó Sự kết hợp của hai yếu tố này là điều không thể thiếu để tạo nên một website hoàn chỉnh.
JavaScript là ngôn ngữ lập trình quan trọng giúp phát triển trang web tương tác Nó cho phép làm mới bảng tin trên mạng xã hội, hiển thị hình ảnh động và tạo bản đồ tương tác, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng trên website.
JavaScript là ngôn ngữ lập trình thông dịch, hỗ trợ lập trình hướng đối tượng Đây là một trong ba ngôn ngữ chính trong lập trình web, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các trang web sống động và chuyên nghiệp.
Javascript là ngôn ngữ lập trình phía client, có nhiệm vụ xử lý các đối tượng HTML trên trình duyệt Nó cho phép can thiệp dễ dàng vào các hành động như thêm, xóa hoặc sửa đổi các thuộc tính CSS và thẻ HTML.
TypeScript, một dự án mã nguồn mở do Microsoft phát triển, được xem như phiên bản nâng cao của JavaScript nhờ vào việc bổ sung kiểu tĩnh và lớp hướng đối tượng Nó có thể được sử dụng để phát triển ứng dụng cho cả client-side (như Angular2) và server-side (NodeJS).
TypeScript là một ngôn ngữ lập trình biên dịch thành mã JavaScript, cho phép bạn chạy mã ở bất kỳ đâu có hỗ trợ JavaScript Hơn nữa, TypeScript cho phép kết hợp cú pháp JavaScript, giúp lập trình viên dễ dàng làm quen và sử dụng.
TypeScript là phiên bản nâng cao của JavaScript, được thiết kế với nhiều chức năng tiện ích hơn, khắc phục các điểm yếu của JavaScript Nó hỗ trợ các lớp hướng đối tượng và kiểu tĩnh, giúp cải thiện khả năng phát triển và bảo trì mã nguồn.
XÂY DỰNG FRONT-END CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT
Xây dựng bài toán
Bài toán đặt ra là xây dựng Front-end cho giao diện hệ thống giám sát, với mục tiêu thiết kế giao diện hiển thị cho người dùng Giao diện cần cung cấp các thông số quan trọng để giám sát hệ thống sản xuất năng lượng gió, như tốc độ gió môi trường và tốc độ quay của tua bin Những thông số này phải được thể hiện một cách trực quan và sinh động, giúp người sử dụng dễ dàng nắm bắt thông tin Bên cạnh đó, thiết kế cũng cần đảm bảo tính tương thích với nhiều nền tảng thiết bị khác nhau mà vẫn giữ đúng nội dung yêu cầu.
Nội dung thực hiện
Hệ thống giao diện bao gồm ba thành phần chính: file HTML, CSS và JavaScript, được liên kết chặt chẽ để tạo thành một giao diện hoàn chỉnh.
Hệ thống giao diện HTML được thiết kế để hiển thị các thông số quan trọng của hệ thống sản xuất điện từ năng lượng gió, bao gồm thông số môi trường, tốc độ quay của tua bin, điện áp và cường độ dòng điện Những thông số này được lấy trực tiếp từ các biến dữ liệu được gán từ cơ sở dữ liệu.
Hình 23: Giao diện HTML đẩy dữ liệu cảm biến thu thập
Trong phần HTML, sẽ được tích hợp một bảng biểu để so sánh thông số quay của hệ thống với môi trường, nhằm phục vụ cho việc đánh giá và phân tích sau này.
Hình 24: Giao diện HTML thể hiện giao diện bảng biểu
Hệ thống giao diện CSS hỗ trợ hiển thị các thông số trong file HTML, tổ chức chúng thành từng ô chứa thông tin cần thiết Việc phân chia khu vực rõ ràng giúp người dùng dễ dàng thu thập thông tin chính xác và thuận tiện trong việc giám sát.
Hệ thống sử dụng JavaScript dựa trên framework Angular và được phát triển bằng TypeScript Dữ liệu từ cơ sở dữ liệu được sử dụng để cài đặt các biến, hiển thị lên hệ thống, và tạo cảnh báo thông qua việc thay đổi màu sắc của các tham số khi có điều kiện cảnh báo.
28 còn sử dụng module Angular-Highcharts dùng để vẽ bảng biểu so sánh thông số giữa tốc độ gió ngoài môi trường và tốc độ quay trong hệ thống
Liên kết trong bài viết này sẽ được xây dựng dựa trên framework Angular kết hợp với HTML để hiển thị các thông số hệ thống qua các thẻ div CSS sẽ đảm nhận vai trò phân chia bố cục các thẻ div thành các giao diện trực quan Để đưa các tham số vào cơ sở dữ liệu và tạo bảng so sánh, JavaScript được viết và biên dịch bằng TypeScript sẽ được sử dụng.
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Hình 27: Giao diện hệ thống giám sát điện gió
Hệ thống được thiết kế với bố cục trực quan, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và giám sát các thông số một cách hiệu quả.
Hệ thống tích hợp bảng biểu hỗ trợ việc so sánh và phân tích các thông số thu thập từ môi trường của hệ thống đối với người dùng
Hệ thống hỗ trợ thêm phần nhật ký để lưu trữ và hiển thị thông số từ cơ sở dữ liệu, phục vụ cho mục đích nghiên cứu và phân tích thông số trong tương lai.
Hỗ trợ giao diện cho nhiều hơn một hệ thống tua bin phục vụ cho hệ thống sản xuất lớn hơn
Hỗ trợ giao diện tương tác điều khiển từ xa phục vụ cho việc điều khiển hoạt đông của các nhà máy từ xa