Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiều hệ thống quan trắc môi trường đưa ra các số liệu quan trắc và điều khiển.. - Lập trình xậy dựng chương trình Scada trên Webserver Trang 4 Tp.HCM,
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh phát triển kinh tế toàn cầu, sự công nghiệp hóa và sản xuất đã gây ra những tác động tiêu cực đáng kể đến môi trường Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tính đến tháng 9/2021, ô nhiễm môi trường đã cướp đi sinh mạng của 7 triệu người mỗi năm, trong đó 91% trường hợp tử vong xảy ra ở các quốc gia Đông Nam Á và Tây Thái Bình Dương, chủ yếu tại Trung Quốc và Ấn Độ.
Hình 1.1 Khí thải từ nhà máy sản xuất
Môi trường Việt Nam đang đối mặt với nguy cơ nghiêm trọng do sự giảm sút chất lượng không khí và nguồn nước Nguyên nhân chính là do sự xả thải từ các nhà máy và cơ sở sản xuất chưa được kiểm soát và xử lý hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm ngày càng gia tăng.
Hình 1 2 Không khí chất lượng xấu tại TP.HCM
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Hầu hết các khu, cụm, điểm công nghiệp trên cả nước chưa đáp ứng tiêu chuẩn môi trường, dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng ở nhiều địa phương Cộng đồng dân cư, đặc biệt là những khu vực lân cận với các khu công nghiệp, đang phải đối mặt với thảm họa môi trường, sống chung với khói bụi và nguồn nước ô nhiễm từ chất thải công nghiệp.
Cần tăng cường quản lý và giám sát thông tin môi trường một cách nhanh chóng và đầy đủ để kịp thời đưa ra các biện pháp ngăn chặn tác động xấu từ quá trình sản xuất Đồng thời, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào giám sát sẽ giúp hiện đại hóa và tối ưu hóa quy trình quan trắc môi trường.
Dựa trên sự hướng dẫn và đóng góp của TS Trần Mạnh Sơn, tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu mang tên: “Hệ thống quan trắc môi trường tự động giám sát và điều khiển với webserver”.
Mục tiêu đề tài
- Thiết kế xây dựng được mô hình quan trắc môi trường tự động với các thông số về không khí và nước
- Các thiết bị quan trắc môi trường nước và không khí hoạt động ổn định chính xác và tin cậy
- Điều khiển và giám sát hệ thông qua màn hình HMI, Webserver
- Hệ thống được thu tập dữ liệu theo thời gian thực và đưa lên cơ sở dữ liệu SQL
- Hệ thông tự động xuất báo cáo và tìm kiếm dữ liệu dẽ dàng.
Đối tượng nghiên cứu
- Tìm hiều về phần cứng PLC S7_1200, HMI Delta, Arrduino
- Tìm hiểu và ứng dụng mạng truyền thông Modbus RTU và hệ thống
- Lập trình điều khiển ổn định áp suất bằng cách dùng bộ điều khiển PID
- Lập trình cho Arduino và PLC giao tiếp với nhau qua truyền thông Modbus RTU
- Lập trình chương trình trên PLC điều khiển và đọc dữ liệu lên webserver
- Tìm hiều về cơ sở dữ liệu MySQL, và đưa dữ liệu từ web lên cơ sở dữ liệu
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
- Lập trình thiết kế trang web và giao diện điều khiển với ngôn nhữ Javascript, CSS, …
Ý nghĩa đề tài
Môi trường và chất lượng môi trường có ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người, đóng vai trò quan trọng trong phát triển bền vững Do đó, việc quan trắc thường xuyên các thành phần môi trường như đất, nước, không khí và sinh vật là cần thiết để đảm bảo sự bền vững trong tương lai.
Quan trắc môi trường đóng vai trò quan trọng trong hệ thống quản lý môi trường, cung cấp số liệu và thông tin cần thiết cho các nhà quản lý Những thông tin này được kiểm tra, đánh giá và xem xét để làm căn cứ cho việc đưa ra các biện pháp quản lý, quy hoạch và kế hoạch bảo vệ môi trường Qua đó, quan trắc môi trường giúp ngăn chặn và kiểm soát các vấn đề ô nhiễm và suy thoái môi trường hiệu quả.
Quan trắc môi trường là công cụ thiết yếu trong việc kiểm soát chất lượng và ô nhiễm môi trường Nó cung cấp thông tin dữ liệu quan trọng cho công nghệ môi trường, đồng thời đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá chất lượng môi trường.
Giới hạn đề tài
- Đề tài vẫn chưa đo được hết các chỉ tiêu môi trường tối ưu
- Đề tài vẫn đang được thử nghiệm chưa có tính thực tiễn cao
- Độ bền và ổn định trong công nghiệp của đề tài chưa đảm bảo
- Bị hạn chế khoảng đo và chỉ số vẫn còn nhiều sai số.
Nội dung và bố cục đề tài
Chương 1: Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về mục tiêu, phương pháp, đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu về các lí thuyết phần cứng và phần mềm có trong hệ thống Hệ thống Scada, truyền thông modbus RTU, webserver, …
Chương 3: Xây dựng hệ thống: Tính toán thi công phần cứng, chọn các thiết bị phù hợp, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển bao gồm phương pháp lập trình cho hệ thống, thiết lập giao diện giám sát điều khiển trên webserver và kết nối với cơ sở dữ liệu MySQL.
Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá: trình bày, nhận xét, đánh giá các kết quả đạt được sau khi chạy trên hệ thống thực
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tóm tắt các kết quả nghiên cứu đạt được, nêu rõ những hạn chế trong quá trình thực hiện và đề xuất các hướng phát triển tiềm năng cho đề tài.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống quan trắc môi trường
Quan trắc môi trường là hoạt động quan trọng nhằm theo dõi và đo đạc các yếu tố môi trường như không khí, nước và chất thải rắn Quy trình này bao gồm khảo sát đối tượng, đo các thông số cần thiết cho nghiên cứu, bảo quản mẫu và thực hiện các nghiên cứu đánh giá về tình trạng môi trường.
Hình 2 1 Bố cục của hệ thống quan trắc môi trường
Hệ thống quan trắc môi trường bao gồm hai thành phần chính: phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các thiết bị đo đạc và lấy mẫu thí nghiệm, trong khi phần mềm là hệ thống thông tin quản lý, giúp lưu trữ dữ liệu của mỗi mẫu vật trong thời gian dài, phục vụ cho quá trình đánh giá và theo dõi hiệu quả.
Nhiệm vụ của hệ thống quan trắc môi trường:
Quan trắc môi trường nói chung cũng như hệ thống quan trắc môi trường tự động nói riêng đều có những nhiệm vụ chung như sau:
- Đánh giá thực trạng môi trường nhằm đưa ra hướng cảnh báo, cải tạo và xây dựng các báo cáo diễn biến môi trường
- Lưu trữ thông tin để có cơ sở dữ liệu, phục vụ cho các hoạt động môi trường về sau này
Đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống xử lý chất thải là rất cần thiết, nhằm hỗ trợ nhà nước trong việc xử phạt các đơn vị không tuân thủ quy định về xử lý chất thải Việc này không chỉ giúp nâng cao ý thức bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững cho cộng đồng.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Mạng truyền thông Modbus
2.2.1 Tổng quan về mạng truyền thông Modbus
Modbus là giao thức truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Modicon (hiện nay là Schneider Electric) vào năm 1979, nhằm phục vụ cho việc kết nối các bộ điều khiển PLC Đến nay, Modbus đã trở thành một tiêu chuẩn trong lĩnh vực truyền thông và là một trong những giao thức phổ biến nhất để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.
Hình 2 2 Mạng truyền thông Modbus
Một số ưu điểm của truyền thông Modbus:
- Giao thức truyền thông mở và miễn phí bản quyền
- Dễ dàng phát triển và bảo trì hệ thống
- Đơn giản trong lắp đặt, cấu hình và cho phép trao đổi dữ liệu cả rời rạc và liên tục
Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS-
Giao thức 232 hoặc RS-485 theo mô hình Master-Slave được ứng dụng phổ biến trong tự động hóa và công nghiệp nhờ vào những ưu điểm nổi bật như tính ổn định, sự đơn giản và dễ sử dụng.
Cấu trúc bản tin Modbus RTU
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Hình 2 3 Cấu trúc bảng tin của Modbus RTU
Chức năng và vai trò gói tin Modbus RTU:
Địa chỉ Byte xác định thiết bị nhận dữ liệu đối với Slave hoặc nguồn dữ liệu đối với Master, với giá trị từ 0 đến 254.
Byte mã hàm được quy định từ Master và xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave Ví dụ, mã 01 dùng để đọc dữ liệu lưu trữ dạng Bit, mã 03 để đọc dữ liệu tức thời dạng Byte, mã 05 để ghi dữ liệu 1bit vào Slave, và mã 15 để ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave.
Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave Đọc dữ liệu:
- Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
- Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu đọc được Ghi dữ liệu:
- Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu cần ghi
- Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
- Byte CRC: 2byte kiểm tra lỗi của hàm truyền cách tính giá trị của Byte CRC
16 Bit Cách Modbus RTU thực hiện truyền thông:
Modbus hoạt động theo mô hình Master - Slave, trong đó mỗi thiết bị trong mạng Modbus được gán một địa chỉ duy nhất Các thiết bị như cảm biến và thiết bị đo sẽ nhận dạng qua ID trong frame truyền từ Master đến các Slave, với ID này nằm trong khoảng từ 1 đến số lượng thiết bị được kết nối.
247) Tất cả các Slave đều nhận, nhưng chỉ có thiết bị nào có cùng ID trong frame truyền mới phản hồi về Master
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu về Webserver
Web Server, hay còn gọi là máy chủ web, là một máy tính lớn lưu trữ dữ liệu như hình ảnh, âm thanh và tập tin mà nó quản lý Nó có nhiệm vụ kết nối với các mạng máy tính khác và mỗi Web Server đều sở hữu một địa chỉ IP riêng biệt, đồng thời có khả năng đọc nhiều ngôn ngữ khác nhau.
Web Server không chỉ quản lý dữ liệu người dùng mà còn cung cấp thông tin cho các máy chủ khách qua giao thức HTTP trên Internet Để duy trì hiệu suất tối ưu, Web Server cần có dung lượng lưu trữ lớn và tốc độ kết nối Internet cao.
2.3.2 Thành phần của Web Server:
Hình 2 5 Các thành phần của webserver
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Phần cứng của Web Server đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ các tệp tin cần thiết cho một website, cho phép truy cập qua Internet thông qua một tên miền cụ thể.
Phần mềm của Web server, được gọi là HTTP server, có chức năng đọc hiểu URL và tiếp nhận yêu cầu file từ trình duyệt Điều này cho phép người dùng gửi yêu cầu file một cách hiệu quả từ trình duyệt đến máy chủ.
Để công khai một trang web, cần sử dụng một web server tĩnh hoặc động Web server tĩnh có khả năng gửi các file không thay đổi đến trình duyệt người dùng, trong khi web server động có thể cập nhật và sửa chữa các file trước khi gửi chúng Web server động hoạt động dựa trên web server tĩnh và các phần mềm mở rộng như application server và cơ sở dữ liệu.
Hình 2 6 Các đặc tính của webserver
Web server là một hệ thống xử lý dữ liệu và cung cấp thông tin đến người dùng qua giao thức HTTP trên Internet Để trở thành web server, chỉ cần cài đặt phần mềm máy chủ và kết nối Internet Tuy nhiên, do lượng dữ liệu cần lưu trữ lớn, nhiều người chọn thuê máy chủ nhỏ, máy chủ ảo VPS hoặc dịch vụ Hosting để lưu trữ cho website của mình.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
2.3.4 Vai trò và chức năng của Web Server
Hình 2 7 Chức năng và vai trò của webserver
Web Server đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ, xử lý và cung cấp dữ liệu cho người dùng và tổ chức 24/7 qua mạng LAN hoặc Internet Được thiết kế để hoạt động liên tục, máy chủ chỉ tạm ngừng khi cần bảo trì Trong doanh nghiệp, Web Server trở thành bộ phận thiết yếu trong việc lưu trữ thông tin, quản lý và vận hành phần mềm, giúp doanh nghiệp tập trung tối ưu hóa phần cứng mà không cần đầu tư nhiều vào các máy tính khác.
Web Server có chức năng lưu trữ, xử lý và phân phối nội dung đến người dùng thông qua giao thức HTTP Bất kỳ máy tính nào được cài đặt phần mềm server và có kết nối Internet đều có thể trở thành máy chủ, cho thấy tính linh hoạt của Web Server Ngoài việc lưu trữ, máy chủ web còn có khả năng chuyển đổi thông tin, cho phép người dùng trên toàn thế giới truy cập và tìm kiếm thông tin chỉ cần có thiết bị và kết nối Internet Tuy nhiên, một số trang web yêu cầu quyền truy cập trước khi người dùng có thể xem thông tin.
2.3.5 Ưu điểm ứng dụng của webserver để giám sát và điều khiển từ xa qua interner
Hệ thống này dễ dàng truy cập, cho phép người dùng giám sát và điều khiển mọi lúc, mọi nơi mà không cần cài đặt trên từng máy khách Người dùng chỉ cần truy cập qua ứng dụng trình duyệt Internet trên máy chủ.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Tái sử dụng dự án đã triển khai trên Local cho Web Server là hoàn toàn khả thi, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Web Server có thể được cấu hình dễ dàng mà không cần phải tạo mới file HTML, mang lại hiệu quả cao trong quá trình phát triển.
Web Server có cấu hình độc lập, hoạt động hiệu quả trên IIS Server mà không cần sự hỗ trợ từ chương trình khác, đảm bảo hệ thống ổn định Nó vẫn có thể hoạt động mà không cần cửa sổ đăng nhập trên Server Khi Local Server và Web Server cùng nằm trên một hệ thống, Web Server được cấu hình nếu Local Server đã được thiết lập.
Cấu hình Website cho phép quản lý hiệu quả khi hệ thống được phân chia thành nhiều Server, giúp xây dựng chung trên một Web Server và chia sẻ quyền sử dụng User, đặc biệt phù hợp cho các hệ thống quy mô lớn.
Sử dụng cả IP tĩnh và IP động là phương pháp phổ biến trong kết nối Internet, cho phép người dùng tận dụng các Router/ADSL với IP tĩnh hoặc IP động từ Server Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào nhà cung cấp IP động có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của kết nối.
Bảo mật Server là yếu tố quan trọng, trong đó mỗi User được cấp quyền hạn cụ thể, cho phép quản lý theo từng cấp bậc Do đó, tất cả User cần phải đăng nhập để có thể truy cập vào Web Server.
Giới thiệu về My SQL
MySQL is an open-source relational database management system (RDBMS) that operates on a client-server model It is integrated with Apache and PHP, making it a powerful choice for web development.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
MySQL, được phát hành chính thức từ thập niên 90, hiện đang quản lý dữ liệu qua các cơ sở dữ liệu, mỗi cơ sở dữ liệu có thể chứa nhiều bảng quan hệ dữ liệu MySQL sử dụng cú pháp và lệnh tương tự như ngôn ngữ SQL Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về quá trình hình thành và phát triển của MySQL.
2.4.2 Cơ chế hoạt động của MySQL
Cách thức vận hành chính tại MySQL môi trường hiện tại là:
- MySQL đang tạo ra bảng để có thể lưu trữ dữ liệu và định nghĩa về sự liên quan giữa những bảng đó
- Client sẽ trực tiếp gửi yêu cầu SQL bằng 1 lệnh đặc biệt có trên MySQL
- Ứng dụng tại server sẽ tiến hành phản hồi thông tin cũng như trả về những kết quả trên máy client
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Hình 2 9 Cơ chế hoạt động của my SQL
2.4.3 Ưu và nhược điểm của MySQL Ưu điểm MySQL
MySQL giúp gia tăng tốc độ thực thi nhờ vào việc thiết lập các tiêu chuẩn và tối ưu hóa hiệu suất làm việc, đồng thời tiết kiệm chi phí.
MySQL nổi bật với sức mạnh và khả năng mở rộng, cho phép xử lý khối lượng dữ liệu lớn một cách hiệu quả Đặc biệt, hệ thống này có thể dễ dàng mở rộng khi cần thiết, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.
MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ đa tính năng, nổi bật với khả năng hỗ trợ nhiều chức năng SQL mong đợi Điều này giúp người dùng thực hiện các thao tác quản lý dữ liệu một cách hiệu quả, cả gián tiếp lẫn trực tiếp.
MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) nổi bật với độ bảo mật cao, rất phù hợp cho các ứng dụng truy cập CSDL qua internet Hệ thống này cung cấp nhiều tính năng bảo mật tiên tiến, đảm bảo an toàn cho dữ liệu người dùng.
MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu dễ sử dụng, ổn định và có tốc độ cao, tương thích với nhiều hệ điều hành Nó cung cấp một hệ thống phong phú các hàm tiện ích mạnh mẽ, giúp người dùng tối ưu hóa hiệu suất và quản lý dữ liệu hiệu quả.
Khi số lượng bản ghi tăng lên, việc truy xuất dữ liệu trở nên khó khăn hơn, do đó cần áp dụng các biện pháp để cải thiện tốc độ truy xuất Một số giải pháp hiệu quả bao gồm việc tạo cache MySQL và phân chia cơ sở dữ liệu ra nhiều server.
MySQL có độ tin cậy thấp hơn so với một số hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ khác do cách thức xử lý các chức năng cụ thể như kiểm toán, giao dịch và tài liệu tham khảo.
Tổng quan về bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID, viết tắt của "Proportional-Integral-Derivative", là một kỹ thuật điều khiển quá trình quan trọng, giúp tối ưu hóa các hành động xử lý thông qua ba thành phần cơ bản: tỉ lệ, tích phân và vi phân Kỹ thuật này hoạt động bằng cách giảm thiểu các tín hiệu sai số, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
Bộ môn tự động điều khiển nghiên cứu tác động tỷ lệ và tác động tích phân, được làm rõ qua tốc độ đạt được từ tác động vi phân của dữ liệu trước đó Điều khiển PID là một phương pháp điều khiển có hồi tiếp vòng kín, được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện, tự động hóa và điện tử.
P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu
I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0 Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong quá khứ Khi thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, tương ứng với độ lệch càng nhỏ
D: là vi phân của sai lệch Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh
Hình 2 10 Bộ điều khiển PID
Hệ thống điều khiển PID tự động bao gồm:
- Thiết bị điều khiển và cài đặt (PLC, HMI)
- Cơ cấu chấp hành (thiết bị gia nhiệt)
- Thiết bị hồi tiếp (cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất)
Cách thức hoạt động bộ điều khiển PID
Khi lựa chọn giá trị set point (SV), bộ điều khiển sẽ truyền thông tin điều khiển đến các thiết bị chấp hành Quá trình điều khiển này bao gồm một chuỗi thuật toán yêu cầu đóng mở liên tục, với tốc độ nhanh hoặc chậm tùy thuộc vào hoạt động của hệ thống.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Tìm hiểu về các phần mềm sử dụng
Hình 2 11Biều tượng phần mềm Visual Studio Code
Visual Studio Code (VS Code) là một trình soạn thảo mã nguồn phổ biến, được ưa chuộng bởi lập trình viên nhờ vào tốc độ nhanh, tính nhẹ, khả năng hỗ trợ đa nền tảng và nhiều tính năng hữu ích Sự nổi bật của mã nguồn mở đã góp phần làm cho VS Code trở thành công cụ được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng lập trình.
Visual Studio Code là một trình biên tập mã nguồn miễn phí, được phát triển bởi Microsoft và hỗ trợ trên Windows, Linux và macOS Nó kết hợp những tính năng mạnh mẽ của một IDE và sự linh hoạt của một trình biên tập mã, mang đến trải nghiệm lập trình tối ưu cho người dùng.
Visual Studio Code cung cấp chức năng debug mạnh mẽ, tích hợp Git, và hỗ trợ syntax highlighting cùng với tự hoàn thành mã thông minh Ngoài ra, nó còn có tính năng snippets và cải tiến mã nguồn Đặc biệt, người dùng có thể tùy chỉnh theme, phím tắt và các tùy chọn khác để nâng cao trải nghiệm lập trình.
Visual Studio Code hỗ trợ đa dạng ngôn ngữ lập trình như C/C++, C#, F#, Visual Basic, HTML, CSS, JavaScript và Python, giúp phát hiện lỗi trong mã nguồn một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Hình 2 12 Biểu tượng phần mềm Node JS
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Node.js là một nền tảng phần mềm lý tưởng để phát triển các ứng dụng internet mở rộng, đặc biệt là máy chủ web Được viết bằng JavaScript, Node.js sử dụng kỹ thuật điều khiển theo sự kiện và nhập/xuất không đồng bộ, giúp tối ưu hóa chi phí và tăng cường khả năng mở rộng Nền tảng này bao gồm V8 JavaScript engine của Google, libUV cùng với nhiều thư viện hỗ trợ khác.
- NodeJS không cần đợi API trả dữ liệu về, do đó mọi APIs nằm trong thư viện NodeJS đều không được đồng bộ
NodeJS là một nền tảng, không phải là một framework, cho phép bạn xây dựng các website một cách độc lập và nhanh chóng.
- NodeJS có thể chạy trên đa nền tảng gồm: Window, MacOS, Linux
- Đặc điểm của Node JS ‒ NodeJS không cần đợi API trả dữ liệu về, do đó mọi APIs nằm trong thư viện NodeJS đều không được đồng bộ
NodeJS là một nền tảng, không phải là một framework, cho phép bạn xây dựng các website một cách độc lập và nhanh chóng.
- NodeJS có thể chạy trên đa nền tảng gồm: Window, MacOS, Linux
NodeJS là một máy chủ đơn luồng, không hỗ trợ đa luồng, nhưng vẫn rất hiệu quả trong việc xử lý các ứng dụng mạng Với khả năng xử lý I/O không đồng bộ, NodeJS cho phép xây dựng các ứng dụng web nhanh chóng và mượt mà, phù hợp cho các dự án cần hiệu suất cao.
- NodeJS có thể tạo, mở, đọc, ghi, xóa và đóng các tệp ngay khi đang truy cập trên máy chủ
- Xây dựng nội dung cho các trang web động
- Thực hiện thu thập dữ liệu theo yêu cầu cụ thể
- Thực hiện truy vấn, sửa, xóa, thêm các dữ liệu trong các hệ quản trị cơ sở như: Microsoft SQL Server, MySQL, MongoDB, PostgreSQL
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Hình 2 13 Biểu tượng phần mềm MySQL Workbench
MySQL Workbench là một công cụ thiết kế cơ sở dữ liệu trực quan, được sử dụng rộng rãi bởi các kiến trúc sư cơ sở dữ liệu, nhà phát triển và quản trị viên Công cụ này được phát triển và duy trì bởi Oracle, cung cấp giao diện đồ họa thân thiện cho việc quản lý và phát triển cơ sở dữ liệu.
MySQL Workbench là một công cụ mạnh mẽ cung cấp các tính năng phát triển SQL, mô hình hóa dữ liệu, di chuyển dữ liệu và quản trị server Nó cho phép người dùng tạo mô hình dữ liệu vật lý mới, sơ đồ E-R và phát triển SQL thông qua Server Administration Phần mềm này tương thích với các hệ điều hành chính như Mac OS, Windows, Ubuntu và Linux, và hỗ trợ đầy đủ MySQL Server từ phiên bản v5.6 trở lên.
Chức năng của MySQL Workbench
MySQL Workbench bao gồm năm chức năng chính sau đây:
SQL Development enables the execution of SQL queries and the creation and management of connections to the database server, facilitated by an integrated SQL editor.
Chức năng Data Modelling (Thiết kế) cho phép người dùng tạo các mô hình Schema cơ sở dữ liệu bằng đồ thị, thực hiện kỹ thuật đảo ngược và chuyển tiếp giữa Schema và cơ sở dữ liệu trực tiếp Ngoài ra, người dùng có thể chỉnh sửa tất cả các khía cạnh của cơ sở dữ liệu thông qua trình chỉnh sửa Table, cung cấp các công cụ để điều chỉnh bảng, cột, chỉ mục, dạng xem, trình kích hoạt và phân vùng.
- Server Administration: Chức năng này cho phép bạn quản lý các phiên bản MySQL Server bằng cách quản lý người dùng, kiểm tra dữ liệu kiểm tra,
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN xem tình trạng cơ sở dữ liệu, thực hiện sao lưu và phục hồi cũng như giám sát hiệu suất của MySQL Server
Data Migration enables the transfer of databases from various platforms such as Microsoft SQL Server, SQLite, Microsoft Access, PostgreSQL, Sybase ASE, SQL Anywhere, and other RDBMS tables, objects, and data to MySQL Additionally, it supports migrating from earlier versions of MySQL to the latest versions.
- MySQL Enterprise Supports: Chức năng này hỗ trợ cho các sản phẩm Enterprise như MySQL firewall, MySQL Enterprise Backup và MySQL Audit
Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở, chủ yếu dùng để viết và biên dịch mã cho mô-đun Arduino Phần cứng của nó bao gồm tới 300.000 bảng mạch thiết kế sẵn với cảm biến và linh kiện đa dạng Phần mềm hỗ trợ người dùng linh hoạt trong việc sử dụng các biến cảm biến và linh kiện của Arduino, phù hợp với nhiều mục đích khác nhau.
Phần mềm Arduino IDE là công cụ chính giúp biên dịch mã một cách dễ dàng, cho phép ngay cả những người không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể sử dụng.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
Xây dựng hệ thống tổng quan
Sơ đồ 3 1 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống
Chức năng của các khối:
- Khối Nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt dộng
Khối cảm biến không khí có chức năng thu thập các chỉ số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bụi và chất khí, sau đó truyền thông tin và dữ liệu đến khối PLC để xử lý.
- Khối cảm biến nước: Có nhiệm vụ thu thập các chỉ số về nước như PH, Do, TSS, TDS, Truyền thông và đưa dữ liệu về cho khối PLC
Khối xử lý trung tâm PLC đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và thu thập dữ liệu, đồng thời điều khiển các cơ cấu chấp hành Nó cũng kết nối với khối giám sát điều khiển trên Webserver, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.
Khối giám sát điều khiển bao gồm máy tính và màn hình HMI, có chức năng điều khiển và quản lý hệ thống Nó đóng vai trò là server để truy xuất và lưu trữ dữ liệu, đồng thời đưa dữ liệu lên cơ sở dữ liệu.
- Khối cơ cấu chấp hành: Gồm các thành phần như đèn báo, Bơm,… được điều khiển thông qua khối xử lý trung tâm PLC
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Lựa chọn thiết bị
3.2.1 Lựa chọn thiết bị khối xử lý trung tâm a PLC S7_1200 DC/DC/Rly
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
- 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Hình 3 1 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200 Thông cố của CPU 1212 DC/DC/Rly:
Ngõ vào IO 8 DI 24V DC
Ngõ ra IO 6 DO RELAY 2A
Nguồn cấp DC 20.4 – 28.8 V DC Analog input 2 AI 0 – 10V DC
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN b Modul CM 1241(RS422/RS485)
Hình 3 2 Modul CM 1241(RS422/RS485)
- Mô đun truyền thông cho PLC S7-1200 CM 1241, RS 232/485, cổng COM 9 chân (9-pole D-sub pin), giao tiếp Point-to-Point chiều dài dây dẫn truyền thông tối đa 1000m
Các chuẩn tích hợp bao gồm Freeport, ASCII, Modbus, Modbus RTU master, Modbus RTU slave và USS Hệ thống sử dụng nguồn 24VDC với công suất tổn thất là 1.1KW và dòng điện tiêu thụ thông thường đạt 220mA.
3.2.2 Lựa chọn thiết bị khối nguồn a CB
Yêu cầu chịu tải tốt cho hệ thống và bảo vệ hệ thống khỏi sự cố
Bảng 3 2 Bảng thông số CB
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
=>Chọn CB có cống dòng định mức là 6A b Nguồn 24v DC
Hình 3 3 Nguồn tổ ong 24v DC Thông số kỹ thuật:
Bảng 3 3 Thông số bộ nguồn Điện áp đầu vào: AC 220V ( Chân L và N ) Điện áp đầu ra: DC 24V 5A Công suất: 120W Điện áp ra điều chỉnh: +/-10%
Phạm vi điện áp đầu ra: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC
Rò rỉ: