Thiết kế chương trình giám sát hệ thống công nghiệp ứng dụng Iot: Đồ tốt nghiệp Khoa Chất lượng cao ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

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 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT GVHD: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN SVTH: NGUYỄN THANH BÌNH NGUYỄN HUY HỒNG SKL009282 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT GVHD : PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN SVTH : NGUYỄN THANH BÌNH MSSV : 18151053 NGUYỄN HUY HỒNG MSSV : 18151073 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Thiết kế chương trình giám sát hệ thống cơng nghiệp ứng dụng IoT” nội dung mà chọn để nghiên cứu làm báo cáo đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hoá trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp kế hoạch, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trương Đình Nhơn – Giảng viên trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình giúp đỡ hướng dẫn nhóm hồn thành Chúng tơi chân thành cảm ơn anh, chị bạn đồng nghiệp, kỹ sư, trường đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm để nhóm hồn thành đề tài Đồ án tốt nghiệp i LỜI MỞ ĐẦU Trong đề tài “Thiết kế chương trình giám sát hệ thống cơng nghiệp ứng dụng IoT” yêu cầu đề tài thực bao gồm: - Đưa liệu thu thập lên Cloud Truy xuất liệu máy tính Kết nối nhiều thiết bị để giám sát từ xa Thiết kế giao diện giám sát Kết đồ án thu đạt yêu cầu mà đề tài đặt Đề tài mở rộng để phù hợp với yêu cầu công nghiệp nâng cấp giao diện giám sát dùng webform để tăng khả kết nối thiết bị đầu cuối, giám sát cách dễ dàng truy cập từ nơi mạng LAN với cấp quản lý khác Trong đề tài này, thiết bị hệ thống điều khiển giám sát thông qua mạng internet Sử dụng mô-đun IOT 2040 giao tiếp với PLC thông qua mô-đun RJ45; mô-đun IOT 2040 kết nối với router internet để đưa liệu sever lưu trữ đám mây Việc sử dụng mô-đun IOT 2040 giao tiếp với mạng PLC giúp người dùng điều khiển, giám sát thu thập thông tin từ PLC nhằm vận hành từ xa phân tích liệu ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1.5 NỘI DUNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1.1 Khái niệm IoT 2.1.2 IoT hoạt động nào? 2.1.3 IoT công nghiệp 2.1.4 Rủi ro khắc phục bảo mật kết nối IoT 2.1.5 Lý ứng dụng IoT 11 2.2 GIAO THỨC HTTP REQUEST 11 2.3 TCP/IP 12 2.4 INTERNET PROTOCOL (IP) 14 2.5 TIMES-SERIES DATABASE 15 2.5.1 Định nghĩa 15 2.5.2 Phân loại 16 iii 2.5.3 Ứng dụng 16 2.6 TỔNG QUAN VỀ DATABASE, INFLUXDB, GRAFANA, FIREBASE VÀ FLUTTER 17 2.6.1 Database 17 2.6.2 Influxdb 17 2.6.3 Grafana 18 2.6.4 Firebase 19 2.6.5 Ngôn ngữ Dart 22 2.7 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) 23 2.7.1 Định nghĩa 23 2.7.2 Cấu trúc bên PLC 23 2.7.3 Nguyên lý hoạt động 24 2.7.4 Ưu nhược điểm 24 2.8 TỔNG QUAN GATEWAY 25 2.8.1 Gateway 25 2.8.2 Gateway công nghiệp 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH 29 3.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 29 3.1.1 Hệ thống mong muốn 29 3.1.2 Lựa chọn cấu hình 29 3.1.3 Lựa chọn thiết bị 30 3.2 PLC S7-1200 35 3.2.1 Giới thiệu chung S7-1200 35 3.3 PC SEVER LƯU TRỮ VÀ GIÁM GIÁT DỮ LIỆU 38 3.4 ĐỐI TƯỢNG THU THẬP DỮ LIỆU 39 3.4.1 Hệ thống Siemens SINAMICS V90 39 3.4.2 Đồng hồ đo giám sát điện Empro EEM – MA770 41 3.4.3 ESP 8266 NODE MCU cảm biến nhiệt độ DHT11 42 iv CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU 44 4.1 QUY HOẠCH IP CỦA PLC S7-1200, SIMATIC IOT VÀ PC 44 4.2 CẤU HÌNH SIMATIC IOT2040 44 4.2.1 Cài đặt hệ điều hành 45 4.2.2 Cài đặt thông số 45 4.3 LẬP TRÌNH SIMATIC IOT2040 47 4.3.1 Giới thiệu Node-RED 47 4.3.2 Lập trình IOT2040 48 4.4 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 50 4.5 GIAO DIỆN GIÁM SÁT 51 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 58 5.1 PHẦN CỨNG 58 5.2 PHẦN MỀM 58 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN 61 6.1 KẾT LUẬN 61 6.1.1 Về hệ thống 61 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IoT – Internet of Things IioT – Industrial Internet of Things AI – Artificial Intelligence PLC – Programmable Logic Controller TCP/IP – Transmision Control Protocol/Internet Protocol TSDB – Time-series Database CPU – Central Processing Unit vi DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số kỹ thuật SIMATIC IOT2040 32 Bảng Thông số kỹ thuật Module mở rộng 37 Bảng 3 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 38 Bảng Cấu hình PC Sever 39 Bảng Thông số kỹ thuật EMpro 42 Bảng Thông số kỹ thuật ESP 8266 43 Bảng Thông số kỹ thuật DHT11 43 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Tổng quan IoT Hình IoT công nghiệp Hình Robot cơng nghiệp Hình Bảo mật thời đại số 10 Hình Cấu trúc TCP/IP 13 Hình 2 Chức tầng giao vận 14 Hình Đóng gói truyền liệu tầng mạng 14 Hình Time-series Database 16 Hình Giao diện InfluxDB 17 Hình Giao diện Grafana 18 Hình Firebase 19 Hình Xác thực tài khoản Firebase 20 Hình Ngơn ngữ lập trình Dart 22 Hình 10 Cấu trúc PLC 23 Hình 11 Sơ đồ mạng Gateway 25 Hình 12 Gateway hệ thống IoT/IIoT 28 Hình Sơ đồ kết nối hệ thống 30 Hình Simatic IOT2040 31 Hình 3 Các cổng kết nối SIMATIC IOT2040 33 Hình Arduino Shield 33 Hình SIMATIC IOT2040 hệ thống công nghiệp 35 Hình Thơng số kỹ thuật dịng S7-1200 36 Hình Cấu tạo thành phần PLC 37 Hình PLC S7-1200 CPU 1215 DC/DC/DC 38 viii