Tích hợp giao thức OPC UA trong điều khiển và giám sát hệ thống

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 TÍCH HỢP GIAO THỨC OPC UA TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG GVHD: TS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: VŨ ĐỨC MINH S K L0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO -⸙∆⸙ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hố Đề tài: Tích hợp giao thức OPC UA điều khiển giám sát hệ thống GVHD: TS Tạ Văn Phương SVTH: Vũ Đức Minh MSSV: 17151106 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021 i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: TÍCH HỢP GIAO THỨC OPC UA TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Họ tên: Vũ Đức Minh MSSV: 17151106 Nghành: CNKT Điều khiển & Tự động hóa Lớp: 17151CL3 GVHD: TS Tạ Văn Phương ĐT: 0908248231 Các số liệu, tài liệu ban đầu • Tài liệu OPC UA • Tài liệu PLC Siemens dịng S7-1500 • Tài liệu OPC UA with Security Nội dung thực đề tài: • Nghiên cứu giao thức OPC UA mơ hình OPC UA Client, Server để tích hợp hệ thống điều khiển vào hệ thống IOT • Thiết kế OPC UA Server C# sử dụng OPC UA NET StandardLibrary • Tích hợp OPC UA Client vào mơi trường Web thiết kế giao diện người dùng dạng web • Nghiên cứu OPC UA PLC S7-1500, kết nối tích hợp hệ thống Sản phẩm: Mô phỏng, giao diện điều khiển hệ thống Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & Ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Vũ Đức Minh Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hố MSSV: 17151106 Tên đề tài: TÍCH HỢP GIAO THỨC OPC UA TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG GVHD: 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? Đồng ý cho bảo vệ trước hội đồng Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & Ghi rõ họ tên) iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Vũ Đức Minh Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá MSSV: 17151106 Tên đề tài: TÍCH HỢP GIAO THỨC OPC UA TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Họ 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 25 tháng 12 năm 2021 Giáo viên phản biện (Ký & Ghi rõ họ tên) iv LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp tơi hồn thành khoảng thời gian học kì năm học 20212022 Trong trình tìm hiểu thực đồ án tốt nghiệp tơi nhận nhiều trợ giúp để hoàn thành tốt luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nơi có mơi trường học tập, trang thiết bị thực hành tốt, giúp sinh viên có tâm lý, tư tưởng thích thú đến với trường thật vinh dự sinh viên trường Lời cảm ơn thứ hai, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, đặc biệt Khoa đào tạo chất lượng cao nói riêng, người giúp đỡ truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho suốt thời gian theo học trường Lời cảm ơn cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy – TS Tạ Văn Phương Dưới hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức hỗ trợ tận tâm thầy, xuất sắc hồn thành đồ án Tơi xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày 25 tháng 12 năm 2021 Sinh viên thực Vũ Đức Minh v TÓM TẮT Ngày việc tích hợp IoT ngành cơng nghiệp giúp cách mạng hóa việc sản suất nhờ việc thu nhận truy cập nguồn liệu khổng lồ với tốc độ lớn hiệu trước Trong để tài này, tập trung vào việc ứng dụng kiến thức học PLC, SCADA giao thức OPC UA để xây dựng giải pháp nhằm ứng dụng Industrial Internet of Thing (IIOT) vào hệ thống điều khiển công nghiệp Các thành phần luận văn gồm: • Tìm hiểu giao thức OPC UA mơ hình OPC UA Client, Server để tích hợp hệ thống điều khiển vào hệ thống IOT • Thiết kế OPC UA Server C# sử dụng OPC UA NET StandardLibrary • Tích hợp OPC UA Client vào môi trường Web thiết kế giao diện người dùng dạng web • Kết nối OPC UA PLC S7-1500, kết nối tích hợp hệ thống Sau q trình nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi hồn chỉnh mơ hình cơng cụ để tích hợp hệ thống điều khiển vào hệ thống IOT Mơ hình hoạt động với yêu cầu đặt ban đầu có tính khả thi áp dụng vào hệ thống điều khiển với luồng liệu lớn vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC HÌNH ẢNH x MỤC LỤC BẢNG xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Nội dung đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu giao thức OPC 2.1.1 OPC 2.1.2 OPC DA 2.1.3 OPC UA 2.1.4 Cấu trúc OPC UA [4] 2.2 Mơ hình OPC UA Server OPC UA Client 2.2.1 Mơ hình OPC UA Server vii 2.2.2 Mơ hình OPC UA Client 10 2.2.3 Giao thức phương thức bảo mật 11 2.3 SCADA 15 2.4 OPC UA client Web Platform 16 2.4.1 Các phần mềm sử dụng để thiết kế Web Platform 16 2.4.2 Các công nghệ phát triển web dùng đồ án 18 2.5 PLC S7-1500 OPC UA Client 21 2.5.1 Các khối OPC UA Client PLC S7-1500 21 2.5.2 Sơ đồ trình tự để Function Block (FB) thao tác với OPC UA Client PLC[12] 22 CHƯƠNG CÁC BƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG 25 3.1 Thiết kế OPC UA Server 26 3.1.1 Yêu cầu thiết kế OPC UA Server hệ thống 26 3.1.2 Thiết kế Server Information Modelling 26 3.1.3 Khởi tạo file ModelDesign.xml 28 3.1.4 Biên dịch Model vừa tạo OPC UA Compiler 31 3.1.5 Khởi tạo OPC UA Server 31 3.1.6 Giao diện để giám sát, quản lí OPC UA Server 34 3.1.7 Giao diện giám sát OPC UA Server sau hoàn thành 35 3.2 OPC UA Client Web Platform 37 3.2.1 Yêu cầu thiết kế OPC UA Client Web Platform 37 3.2.2 Lập trình OPC UA Client Web platform 38 3.3 PLC S7-1500 OPC UA Client 49 3.3.1 Yêu cầu kết nối PLC S7-1500 OPC UA Client 49 viii