Chuẩn đoán lỗi cho hệ thống điều khiển áp suất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHẨN ĐOÁN LỖI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT GVHD: TS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: NGUYỄN ĐẶNG ANH THÁI PHẠM LẠI XUÂN THANH SKL009324 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẨN ĐOÁN LỖI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT SVTH1: MSSV: SVTH2: MSSV: Khoá: Ngành: GVHD: NGUYỄN ĐẶNG ANH THÁI 18151123 PHẠM LẠI XUÂN THANH 18151119 2018 ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS TẠ VĂN PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẨN ĐOÁN LỖI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT SVTH1: MSSV: SVTH2: MSSV: Khoá: Ngành: GVHD: NGUYỄN ĐẶNG ANH THÁI 18151123 PHẠM LẠI XUÂN THANH 18151119 2018 ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS TẠ VĂN PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Đồ án tốt nghiệp CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc _*** _ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đặng Anh Thái MSSV: 18151123 Họ tên sinh viên 2: Phạm Lại Xuân Thanh MSSV: 18151119 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Lớp: 18151CL3 Giảng viên hướng dẫn: TS Tạ Văn Phương ĐT: 0908248231 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i Đồ án tốt nghiệp CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc _*** _ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Đặng Anh Thái MSSV: 18151123 Họ và tên Sinh viên 2: Phạm Lại Xuân Thanh MSSV: 18151119 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: Chẩn đốn lỗi cho hệ thống điều khiển áp suất Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS Tạ Văn Phương NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii Đồ án tốt nghiệp CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc _*** _ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Đặng Anh Thái MSSV: 18151123 Họ và tên Sinh viên 2: Phạm Lại Xuân Thanh MSSV: 18151119 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: Chẩn đốn lỗi cho hệ thống điều khiển áp suất Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo – TS Tạ Văn Phương là giảng viên môn Điều Khiển Tự Động người trực tiếp hướng dẫn nhóm sinh viên thực đề tài Trong suốt trình thực đề tài, thầy ln tận tình đưa dẫn cần thiết, quan tâm theo dõi tiến độ thực đề tài nhóm, hướng dẫn cho nhóm sinh viên có điều chỉnh phù hợp kịp thời nhằm nâng cao kết đề tài Nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô môn khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao và khoa Điện – Điện Tử ln nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện truyền đạt kiến thức chuyên ngành cần thiết để nhóm học hỏi tiến suốt q trình thực đề tài Nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao hỗ trợ thiết bị cần thiết để thực đề tài tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm sinh viên suốt q trình thực đề tài phịng thí nghiệm Bên cạnh đó, nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn đến tác giả báo, tạp chí khoa học, sách, và trang web giúp nhóm có nguồn tài liệu phong phú, xác Cuối cùng, nhóm sinh viên xin gửi lời cảm ơn đến bạn sinh viên chuyên ngành Điều Khiển Tự Động Hóa K18 chia sẻ kinh nghiệm quý báu trao đổi kiến thức bổ ích suốt q trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! iv Đồ án tốt nghiệp TĨM TẮT Ngày nay, tự động hóa hầu xuất nơi đất nước, khắp ngành nghề, lĩnh vực sản xuất Vì thế, việc dây chuyền tự động xuất lỗi, hư hỏng thiết bị xảy thường xuyên, và điều ảnh hưởng nhiều đến suất nhà máy, gây nguy hiểm đến người vận hành thiết bị Để tránh dự đốn trước hệ thống xảy lỗi hay hư hỏng thiết bị việc áp dụng hệ thống chẩn đốn lỗi việc hoàn toàn cần thiết Mặt khác, việc sử dụng Deep Learning, bắt nguồn từ thuật toán Neural Network, ngành nhỏ Machine Learning nhằm tối ưu hóa độ xác dự đốn dựa liệu thu thập từ hệ thống Đề tài “Chẩn đoán lỗi cho hệ thống điều khiển áp suất” tập trung vào việc điều khiển, giám sát chẩn đốn lỗi cho hệ thống áp suất thơng qua điều khiển PLC Với mục đích chính là sử dụng điều khiển PID để điều khiển áp suất nhiều điểm đặt, ứng dụng mơ hình mạng nơ – ron tích chập (CNN) vào hệ thống để đưa dự đoán trạng thái hoạt động hệ thống Ngồi ra, cịn xây dựng Webserver cho hệ thống để giám sát vận hành từ xa Thơng qua việc tìm hiểu giải pháp tự động hóa, quy trình sử dụng thiết bị cụ thể hãng Siemens thí nghiệm IT – 5200 hãng Infinit Technologies nhằm điều khiển phát huy tối đa khả mà giải pháp này đem lại Xử lý liệu analog, lập trình điều khiển hệ thống, áp dụng thuật toán PID để điều khiển đáp ứng yêu cầu đề Tìm hiểu mạng nơ – ron tích chập nhằm áp dụng vào việc tạo mơ hình thực việc chẩn đoán dựa liệu thu thập từ hệ thống lợi ích mà đem lại v Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tầm quan trọng đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nội dung thực CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan thiết bị 2.1.1 Tổng quan điều khiển PLC 2.1.2 Tổng quan giám sát HMI 2.2 Tổng quan điều khiển PID 2.2.1 Khái niệm chung điều khiển PID 2.2.2 Các phương pháp điều chỉnh PID 2.2.3 Hệ thống điều khiển rời rạc 10 2.3 Tổng quan giao thức truyền thông 11 2.3.1 Khái niệm chung giao thức truyền thông 11 vi Đồ án tốt nghiệp 2.3.2 Giao thức TCP/IP 12 2.3.3 Truyền thông Profinet 14 2.4 Lý thuyết Convolutional Neural Network 16 2.4.1 Deep Learning 16 2.4.2 Convolutional Neural Network 18 2.4.3 Các hàm kích hoạt mạng CNN 19 2.4.4 Các kiến trúc CNN tiêu biểu 21 2.5 Lý thuyết chung chẩn đoán 23 2.6 Tổng quan Webserver và sở liệu 25 2.6.1 Giới thiệu Webserver 25 2.6.2 Tổng quan Node.js 26 2.6.3 Tổng quan HTML, CSS JavaScript 28 2.6.4 Các gói cài đặt cho Webserver 30 2.6.5 Khái quát sở liệu MySQL 32 CHƯƠNG MÔ TẢ HỆ THỐNG 34 3.1 Yêu cầu phần cứng 34 3.2 Mô tả phần cứng hệ thống 34 3.1.1 Tổng quan thí nghiệm IT – 5200 34 3.1.2 Tổng quan hệ thống 36 3.1.3 Giả lập lỗi 36 3.3 Các thiết bị sử dụng 40 3.2.1 PLC 40 3.2.2 HMI 42 3.2.3 Bơm và Van xả 42 3.2.4 Cảm biến 44 3.4 Sơ đồ đấu dây 46 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 48 vii