Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn chứa

Nội dung thực hiện đề tài: Thiết lập kết nối không dây giữa các thiết bị và xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu 4.. Trong đề tài này, sinh viên đã ứng dụng công nghệ IoT để điều khiển, th

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT DỮ LIỆU TỪ XA ỨNG

DỤNG IOT CHO HỆ THỐNG BỒN CHỨA

MAI THỊ THUÝ VI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GVHD: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN SVTH: CAO XUÂN THẮNG

S K L 0 0 9 2 1 8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Cao Xuân Thắng

Họ và tên sinh viên 2: Mai Thị Thúy Vi

MSSV1: 17151128 MSSV2: 17151162Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và

1 Tên đề tài: Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn chứa

Started IOT2000 with Node-red

3 Nội dung thực hiện đề tài: Thiết lập kết nối không dây giữa các thiết bị và xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu

4 Sản phẩm: Hệ thống mô phỏng

TRƯỞNG NGÀNH

(Ký & ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn chứa

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Đình Nhơn

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

Nội dung đề tài phù hợp với yêu cầu của Đồ án tốt nghiệp Trong đề tài này, sinh viên đã ứng dụng công nghệ IoT để điều khiển, thu thập dữ liệu và giám sát hệ thống bồn chứa từ xa

2 Ưu điểm:

Sử dụng các thiết bị công nghiệp và mô phỏng hệ thống một cách trực quan, sinh động

3 Khuyết điểm:

Do điều kiện phải thực hiện đồ án từ xa nên sinh viên không thực hiện được trên thiết bị thực

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

Đồng ý cho 02 sinh viên bảo vệ trước hội đồng

5 Đánh giá loại:

Đề tài đạt loại giỏi

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn chứa

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét chung về nội dung đề tài:

Đề tài đáp ứng mục tiêu đề ra, có tính thực tiễn cao

2 Ý kiến kết luận (ghi rõ nội dung cần bổ sung, hiệu chỉnh):

3 Câu hỏi phản biện (Giảng viên không cho SV biết trước)

1 Alarm là một trong những chức năng quan trọng nhất trong hệ thống điều khiển và giám sát Trong đề tài này, sinh viên đã thu thập những tín hiệu nào và cách xử lý để có dữ liệu Alarm?

2 Giải pháp thực hiện trong đề tài cần cải tiến những phần nào để có thể áp dụng vào thực tế? Tại sao?

4 Điểm đánh giá đề tài: 9/10 (Bằng chữ: Chín điểm)

TP.HCM, ngày 12 tháng 01 năm 2022

Người nhận xét

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn

chứa.” là nội dung mà nhóm đã chọn để nghiên cứu và làm báo cáo đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp đúng kế hoạch, nhóm sinh viên xin chân thành

cảm ơn PGS.TS Trương Đình Nhơn - Giảng viên trực tiếp hướng dẫn nhóm, người mang lại cho nhóm nguồn cảm hứng, sự hỗ trợ và hướng dẫn nhóm hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp

Nhóm sinh viên xin cảm ơn các anh, chị và các ta đồng nghiệp, các kỹ sư, thạc sĩ

của Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật đã đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm Thông qua sự hợp tác và hướng dẫn của mọi người, nhóm đã thu được rất nhiều kiến thức bổ ích và kinh nghiệm hướng tới sự thành công của Đồ án tốt nghiệp của nhóm

Nhóm sinh viên xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Sư Phạm

K ỹ Thuật TPHCM và Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao đã tạo điều kiện cũng như giúp

đỡ nhóm trong suốt quá trình tìm hiểu, tích hợp và thực hiện đề tài Nhân cơ hội này nhóm cũng bày tỏ sự trân trọng với các phòng ban nhà Trường đã hỗ trợ các buổi hội thảo nhóm có cơ hội nhận được kiến thức và kinh nghiệm, cũng như là hỗ trợ trong việc trình bày báo cáo của nhóm

Ngoài ra nhóm sinh viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, vì sự động viên, sự hỗ trợ và truyền cảm hứng cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa trên những kiến thức đã được học, nghiên cứu tìm hiểu một số đề tài và phương án đi trước, không sao chép bất cứ nội dung hay kết quả của các công trình đã có trước đó

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài

(Ký & ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN v

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC .vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC BẢNG BIỂU xii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI xiii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.3 Mục tiêu và nội dung đề tài 3

1.3.1 Mục tiêu 3

1.3.2 Nội dung của đề tài 4

1.4 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa thực tiễn 5

1.6 Giới hạn nội dung nghiên cứu 5

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Phần cứng 6

2.1.1 Thiết bị xử lý 6

2.1.2 Thiết bị ngoại vi 6

2.2 Phần mềm 6

2.2.1 Node-red 6

2.2.2 Thingspeak 10

2.3 Thuật toán PID 12

2.3.1 Phương pháp tính toán 13

2.3.2 Kích thước bồn chứa 14

2.3.3 Thông số PID 17

2.4 Internet of things (IoT) 17

2.5 Cơ sở lý thuyết về hệ thống giám sát và quản lý trong công nghiệp 19

2.5.1 Hệ thống giám sát và quản lý 19

2.5.2 Màn hình cảm ứng công nghiệp – HMI 20

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23

3.1 Lựa chọn thiết bị phần cứng 23

3.1.1 Màn hình HMI Haiwell C10S 23

3.1.2 Thiết bị thu thập dữ liệu mực chất lỏng 27

3.1.3 Máy bơm 30

3.1.4 Biến tần 31

3.1.5 Van 34

3.2 Lựa chọn phần mềm 35

3.2.1 Phần mềm kết nối các thiết bị phần cứng 35

3.2.2 Phần mềm thu tập và giám sát dữ liệu 37

3.2.3 Phần mềm mô phỏng 39

3.3 Giao tiếp giữa PLC, laptop và Smartphone 40

Chương 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 41

4.1 Thiết kế chương trình điều khiển 41

4.1.1 Yêu cầu thiết kế 41

4.1.2 Mô tả chương trình điều khiển 41

4.1.3 Thiết kế hệ thống bẳng phần mềm mô phỏng Factory IO 43

4.1.4 Thiết lập cấu hình bộ điều khiển PID Compact 44

4.2 Thiết kế giao diện điều khiển 48

4.2.1 Yêu cầu thiết kế 48

4.2.2 Phân cấp quyền truy cập 49

4.2.3 Thiết kế màn hình chờ 49

4.2.4 Thiết kế màn hình vận hành ở chế độ Auto_mode 50

4.2.5 Thiết kế màn hình vận hành ở chế độ Manual_mode 51

4.2.6 Thiết kế màn hình quản lý 52

4.2.7 Thiết kế màn hình bảo trì hệ thống 53

4.3 Thiết kế và lập trình Node-red 54

4.3.1 Giám sát và điều khiển hệ thống bằng Node-red trên PC/Laptop 54

4.3.2 Giám sát và điều khiển hệ thống bằng phần mềm Node-red trên điện thoại thông minh 59

4.4 Thiết kế giao diện giám sát và thu thập dữ liệu 61

Chương 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 64

5.1 Kết quả phần cứng 64

5.2 Kết quả phần mềm 64

5.2.1 Kết quả màn hình giám sát trên HMI 64

5.2.2 Kết quả màn hình giám sát trên Node-Red 67

5.2.3 Kết quả lưu trữ và thu thập dữ liệu 68

5.3 Kết quả chạy thực nghiệm 70

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

6.1 Kết luận 71

6.2 Hướng phát triển 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Màn hình cơ bản của Node-red 7

Hình 2.2: Mô hình Node-red 8

Hình 2.3: Mô hình lưu trữ trong Node-red 8

Hình 2.4: Vai trò của Node-red 9

Hình 2.5: Node-red với Raspberry hay OrangePi 10

Hình 2.6: Mô hình hoạt động của Thingspeak 11

Hình 2.7: Lưu đồ minh hoạ quy trình tính toán 14

Hình 2.8: Kích thước bồn chứa 15

Hình 2.9: Minh hoạ một hệ thống IoT 18

Hình 2.10: Màn hình HMI 21

Hình 3.1: Màn hình HMI Haiwell C10S 24

Hình 3.2: I/O Port màn hình HMI Haiwell C10S 26

Hình 3.3: Kích thước chi tiết màn hình HMI Haiwell C10S 26

Hình 3.4: Tính năng của màn hình HMI Haiwell C10S 27

Hình 3.5: Cảm biến điện dung CLM-36NT-12 28

Hình 3.6: Bơm ly tâm trục ngang Adelino 30

Hình 3.7: Biến tần FR-A820 31

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối chân tín hiệu biến tần FR-A820 33

Hình 3.9: Van điện từ UniD UW-15 34

Hình 3.10: Biểu đồ khảo sát mức độ sử dụng 35

Hình 3.11: Biểu đồ khảo sát mức độ phổ biến 36

Hình 3.12: Ví dụ cảm biến thiết bị công cộng 37

Hình 3.13: Biểu đồ giám sát nhiệt độ và độ ẩm 38

Hình 3.14: Ví dụ mô hình cánh tay robot trong công nghiệp 39

Hình 3.15: Các mô hình có sẵn của Factory IO 40

Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật 42

Hình 4.2: Hệ thống Level Control sử dụng phần mềm Factory IO 43

Hình 4.3: Kết nối các Input/Output với PLC 44

Hình 4.4: Chọn lệnh và biến cho bộ điều khiển PID Compact 45

Hình 4.5: Thiết lập thông số bộ điều khiển PID 46

Hình 4.6: Sử dụng chức năng tuning tự động dò các thông số PID 47

Hình 4.7: Cho phép nhập thông số PID bằng tay 48

Hình 4.8: Giao diện màn hình chờ 50

Hình 4.9: Màn hình điều khiển hệ thống ở chế độ Auto 51

Hình 4.10: Màn hình điều khiển hệ thống ở chế độ Manual 52

Hình 4.11: Màn hình giám sát và quản lý 53

Hình 4.12: Màn hình giám sát trạng thái thiết bị và bảo trì 54

Hình 4.13: Cài đặt các khối để sử dụng 55

Hình 4.14: Tạo liên kết giữa node-red và PLC 55

Hình 4.15: Xác nhận địa chỉ muốn liên kết 56

Hình 4.16: Tạo biến điều khiển cho node-red 56

Hình 4.17: Gán biến đã tạo vào các khối 57

Hình 4.18: Chọn trang màn hình hiển thị nút nhấn vừa tạo 57

Hình 4.19: Triển khai và điều khiển web server 58

Hình 4.20: Trang giới thiệu về nhóm sinh viên và đề tài 58

Hình 4.21: Trang điều khiển và giám sát hệ thống 59

Hình 4.22: Cài đặt và kết nối điện thoại với hệ thống 60

Hình 4.23: Điều khiển hệ thông thông qua phần mềm trên điện thoại 60

Hình 4.24: Định cấu hình thu thập dữ liệu cho Thingspeak 61

Hình 4.25: Gửi dữ liệu tới Thingspeak 61

Hình 4.26: Truy cập tới Thingspeak để truy xuất dữ liệu 62

Hình 4.27: Quan sát dữ liệu thu thập được từ Node-red 62

Hình 4.28: Download dữ liệu đã lưu trữ 63

Hình 5.1: Mô hình mô phỏng hệ thống 64

Hình 5.2: Màn hình hoạt động chế độ Auto_Mode 65

Hình 5.3: Màn hình hoạt động chế độ Manual_Mode 65

Hình 5.4: Màn hình quản lý và thiết lập thông số 66

Hình 5.5: Màn hình để giám sát và bảo trì 66

Hình 5.6: Giám sát và điều khiển hệ thống trực tiếp qua máy tính cá nhân 67

Hình 5.7: Giám sát và điều khiển hệ thống trực tiếp qua Smartphone 67

Hình 5.8: Dữ liệu lưu trữ trong cơ sở dữ liệu SQL server 68

Hình 5.9: Dữ liệu thu thập được trên Thingspeak 68

Hình 5.10: Download dữ liệu lưu trữ được từ Thingspeak 69

Hình 5.11: Truy xuất dữ liệu download từ Thingspeak 69

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Công thức điều chỉnh bằng phương pháp Cohen-Coon 17

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật HMI Haiwell C10S 25

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cảm biến CLM-36NT-12 28

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật bơm ly tâm trục ngang Adelino 31

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của biến tần 32

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của van 34

Bảng 4.1: Bảng chế độ hoạt động của PID 48

Bảng 4.2: Bảng phân quyền 49

Bảng 5.1 Kết quả thực nghiệm thực tế 70

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trong đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng dụng IOT cho hệ thống bồn chứa” những bản thiết kế quy trình, hệ thống ổn định mực chất lỏng trong bồn chứa tự động sẽ được tìm hiểu và trình bày

Hệ thống sẽ loại bỏ được các nhược điểm của phương pháp bơm xả chất lỏng bằng tay truyền thông bao gôm độ chính xác kém, không kiểm soát được lượng chất lỏng, tốc độ bơm xả, tiêu tốn nhiều nhân công thực hiện vận hành và phí vận hành lớn

Sau khi thiết kế và kiểm soát được hệ thống, nhóm sinh viên sẽ kết nối hệ thống với web server để điều khiển và giám sát hệ thống từ xa thông qua laptop hoặc điện thoại thông minh

Sau khi giám sát và điều khiển được hệ thống từ xa sẽ tiến hành thu thập lưu trữ

dữ liệu để phân tích cho các ứng dụng IoT như bảo trì dự đoán, kiểm soát chất lượng hệ thống, tối ưu hệ thống

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tính đến tháng 11/2012, Nga sản xuất 10,9 triệu thùng dầu thô mỗi ngày, trong khi Ả Rập Xê Út sản xuất 9,9 triệu thùng Nga 544 triệu thùng (13%), Ả Rập Xê Út 520 triệu thùng (13%), Hoa Kỳ 387 triệu thùng (9%), Trung Quốc 206 triệu thùng (5%), Iran 186 triệu thùng (4%), Canada 182 triệu thùng (4%), Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất 163 triệu thùng (4%), Venezuela 162 triệu thùng (4%), Kuwait 152 triệu thùng (4%) và Iraq 148 triệu thùng (4%) Thống kê

được trích từ dữ liệu của The World Factbook [11]

Ở Việt Nam, theo số liệu thống kê của BP, Việt Nam là quốc gia đứng thứ 28 trên tổng số 52 nước trên thế giới có tài nguyên dầu khí Tính đến hết năm 2019, trữ lượng dầu thô của Việt Nam vào khoảng 4,4 tỷ thùng đứng thứ nhất trong khu vực Đông Nam

Á, còn lượng khí của Việt Nam vào khoảng 0,6 nghìn tỷ, đứng thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á (sau Indonesia và Malaysia) [12]

Ngày nay, Internet of things (IoT) được biết đến là từ dùng để ám chỉ về những thiết bị liên kết với nhau qua Internet để chúng có thể chia sẻ dữ liệu với những đối tượng với mục đích thu thập dữ liệu hoặc trong một số trường hợp là xử lý chúng Được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là ngành Công nghiệp dầu khí

Theo 1 báo cáo của ResearchAndMarkets.com, ứng dụng IoT toàn cầu trong thị

trường dầu khí dự kiến sẽ đạt 43,48 tỷ đô la vào năm 2024, tăng với tốc độ CAGR là 21,86% từ năm 2019 đến năm 2024 Tăng trưởng thị trường dự kiến sẽ được thúc đẩy bởi nhu cầu gia tăng về hiệu quả hoạt động đáp ứng các yêu cầu về năng lượng, gia tăng các cuộc tấn công mạng, và làm cạn kiệt khả năng sẵn có của chuyên gia lành nghề trong ngành dầu khí. [13]

Internet of Things (IoT), với tư cách là một giải pháp tích hợp hệ thống, việc giám sát và kiểm soát liên tục các hoạt động khai thác, sản xuất và vận chuyển với độ chính xác đang là giải pháp hàng đầu của các công ty dầu khí

Năm 2019, tổng vốn đầu tư và tài trợ cho IoT trong Ngành dầu khí là 284,0 triệu USD, tập trung mạnh vào phát triển các nền tảng phân tích IoT và dịch vụ đám mây cho các ứng dụng dầu khí trên toàn chuỗi cung ứng Vào tháng 9 năm 2019, BDC Capital đã đầu tư 100 triệu đô la tại McRock Capital để phát triển IoT cho các ứng dụng dầu khí

Qua đó cũng thấy được sức ảnh hưởng và triển vọng phát triển của IOT trong việc giám sát và kiểm soát liên tục các hoạt động khai thác, sản xuất và vận chuyển với độ chính xác cao Nhằm mang lại cái nhìn sâu rộng về hiệu suất quy trình trong ngành công nghiệp dầu khí

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Dầu khí là một ngành công nghiệp rộng lớn đòi hỏi phải quản lý nhiều biến số cùng một lúc Việc triển khai IoT giúp đơn giản hóa quá trình theo dõi các biến này thông qua công nghệ cảm biến và đo từ xa tiên tiến

Trong hầu hết các trường hợp, các công ty khai thác và sản xuất dầu mỏ nằm ở những vị trí xa xôi, đôi khi thậm chí ở vùng biển Do đó, rất khó để được giúp đỡ và hỗ trợ trong trường hợp khẩn cấp (ví dụ như sự cố tràn dầu) IoT cho phép các công ty dầu khí giám sát từ xa các quy trình địa điểm khai thác, cho phép họ quản lý và phân tích dữ liệu lớn, đồng thời khả năng hiển thị từ xa sẽ giúp các công ty quản lý tốt hơn tài sản của

họ và kiểm soát các tình trạng khẩn cấp

Hiện nay, các nhà máy lọc dầu đều có nhiều cơ sở tại các địa điểm khác nhau Việc giám sát năng lượng và thiết bị dựa trên IoT cho phép các nhà máy lọc dầu có thể giám sát tài sản và dự đoán bảo trì một cách hiệu quả Bằng cách đo lường các biến số (chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ và lưu lượng) từ các vị trí xa, một công ty có thể lên lịch các nhiệm vụ bảo trì dựa trên nhu cầu thay vì linh cảm

Từ các nghiên cứu gần đây, người ta đã biết rằng 40% của tất cả các dữ liệu vào năm 2020 sẽ đến từ các cảm biến được kết nối Do đó, IoT trao quyền cho các quy trình kiểm tra và bảo dưỡng, đồng thời giúp các nhà máy lọc dầu vận hành đồng thời tất cả các cơ sở của họ và phát huy hết tiềm năng của chúng mà không phải lo lắng về sự cố

hoặc trục trặc bất ngờ

Với hàng tấn các bộ phận cơ khí chuyển động và với rất nhiều chất lỏng dễ cháy

và độc hại, ngành dầu khí không có một môi trường làm việc lý tưởng Hơn nữa, chúng đôi khi được đặt ở những khu vực xa xôi và thực tế không thể tiếp cận được khiến việc làm việc càng trở nên nguy hiểm và khó khăn hơn

Các công việc kiểm tra và bảo dưỡng trong điều kiện nguy hiểm như vậy có thể còn khó khăn hơn đối với những công nhân được đào tạo bài bản nhất Cơ sở hạ tầng được kết nối IoT cho phép một công ty giám sát hiệu suất của máy móc và các hoạt động khác một cách rõ ràng giúp giảm các nhiệm vụ kiểm tra và bảo trì thủ công

Bên cạnh đó, với việc giá dầu liên tục tăng, các công ty đang tìm kiếm các lĩnh vực mà họ có thể cắt giảm chi phí để duy trì tổng chi tiêu IoT cho phép các công ty dầu khí quản lý các quy trình lập kế hoạch, lập lịch trình và mua sắm của họ Trong toàn bộ quy trình chuỗi cung ứng, IoT sẽ giúp họ phân tích và xử lý dữ liệu từ, dựa trên lượng dầu dự trữ trong các bồn chứa, một nhà máy lọc dầu có thể quản lý và kiểm soát các thủ tục mua sắm của mình

Chính vì vậy, nhóm sinh viên đặt vấn đề “Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ

xa ứng dụng IoT cho hệ thống bồn chứa” là một giải pháp hữu hiệu, thiết thực và khả thi để giải quyết vấn đề điều khiển, theo dõi các hoạt động Đồng thời dễ dàng đưa ra những cảnh báo sự cho người vận hành và sửa chữa hệ thống khi có sự cố

1.3 Mục tiêu và nội dung đề tài

1.3.1 Mục tiêu

Chính vì yêu cầu giám sát điều khiển từ xa một hệ thống tương đối lớn, nhiều thành phần nên các thiết bị điều khiển thông thường như vi mạch số, vi điều khiển… không thể đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật trong quá trình thi công Trong phạm vi đề tài nhóm

đề ra các mục tiêu như sau:

- Nghiên cứu ứng dụng được PLC Siemens vào hệ thống thực tế

- Ứng dụng những tính năng vượt trội của PLC, các thiết bị như động cơ, cảm biến… để tự động hoá hệ thống ổn định mức chất lỏng

- Ứng dụng được công nghệ IoT để tối ưu hoá hoạt động và quản lý tự động thiết

bị, cho phép hệ thống tập trung kiểm soát và giám sát tất cả các quy trình

1.3.2 Nội dung của đề tài

Những nội dung còn lại của đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát dữ liệu từ xa ứng

dụng IOT cho hệ thống bồn chứa” có những nội dung như sau:

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các lý thuyết về các phần được sử dụng trong đề tài như là các khái niệm, thuật toán pid, những phương pháp khác nhau nhằm có thể hỗ trợ một cách tốt nhất cho hệ thống, nêu lên những lý thuyết liên quan của các phần cứng được sử dụng trong hệ thống

Chương 3 Thiết kế phần cứng

Chương này trình bày những yêu cầu khi thiết kế phần cứng của hệ thống và trình bày những lý do lựa chọn, đưa ra ưu nhược điểm của từng loại thiết bị được dùng, các hình ảnh mô phỏng, kết quả thực nghiệm qua những lần sử dụng thử các thiết bị và cuối cùng đưa ra những chọn về việc những phần cứng nào được chọn sử dụng trong hệ thống

Chương 4 Thiết kế phần mềm

Chương này trình bày những yêu cầu khi thiết kế phần mềm, trình bày giao diện phầm mềm máy chủ và giao diện vận hành trên màn hình HMI

Chương 5 Kết quả đạt được

Chương này trình bày kết quả đạt được của mô hình hệ thống khi thực hiện

đề tài

Chương 6 Kết luận và hướng phát triển

Chương này trình bày các kết luận rút ra được từ đề tài sau khi hoàn thành hệ thống và nêu hướng phát triển trong tương lai

Mô phỏng mô hình phần cứng và giao diện hiển thị cho hệ thống giám sát từ các thiết bị thực tế, chương trình điều khiển và quản lý hệ thống

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên các hệ thống bồn chứa hiện nay trên thị trường nươc ta, nhóm thực hiện cải tiến thêm ứng dụng ổn định mức chất lỏng và công nghệ điều khiển từ xa Để thực hiện được những điều nói trên, nhóm sẽ tìm hiểu các tài liệu về:

- Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp

- Lập trình, mô phỏng

1.5 Ý nghĩa thực tiễn

Nhóm sinh viên muốn tìm hiểu ứng dụng Hệ thống bồn chứa kết hợp với IoT theo dõi giám sát, thu thập và lưu trữ dữ liệu sử dụng PLC S71200 và màn hình HMI như một bước đi đầu trong việc ứng dụng IoT vào việc giám sát hệ thống Mỏ dầu Sư Tử Đen Đông

Bắc

1.6 Giới hạn nội dung nghiên cứu

Đề tài dừng lại ở việc điều khiển và giám sát những nhà máy lọc dầu có công suất tiêu thụ ở mức trung bình nhỏ Màn hình giám sát chỉ hiển thị những thông số cơ bản như: Mực nước, Setpoint…

Do tình hình diễn biến phức tạp của dịch Covid-19 tại địa phương và tại TpHCM Nhóm sinh viên chỉ sử dụng phần mềm mô phỏng thay vì tiến hành làm đề tài thực tế Chưa thực sự có cái nhìn rõ ràng về mô hình lọc xử lý dầu do chỉ tiếp cận bằng hình ảnh

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phần cứng

2.1.1 Thiết bị xử lý

Ở trong đề tài này có nhiều phương án lựa chọn cho thiết bị xử lý trung tâm của

mô hình, như là laptop hoặc các mạch vi xử lý nhúng như Raspberry Ngoài ra mỗi thiết

bị thì có các ưu nhược điểm khác nhau

Với máy tính thì công việc và tốc độ xử lý sẽ nhanh hơn so với các mạch vi

xử lý nhúng Đảm bảo được tốc độ xử lý nhanh chóng hơn, giúp cho các công việc đơn giản có thể được xử lý Realtime Giúp việc giám sát và điều khiển trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn

2.1.2 Thiết bị ngoại vi

Trong một hệ thống bất kì thì có nhiều thiết bị trong đó có các thiết bị chủ chốt

và các thiết bị phụ trợ, ở đây các thiết bị hỗ trợ cho đề tài là bao gồm máy bơm nước, đèn chiếu sáng, đèn báo tín hiệu và các thiết bị cách ly

Máy bơm là một thiết bị phổ biến ở nhiều lĩnh vực được dùng để phục vụ nhiều yêu cầu mục đích khác nhau Do đó để có thể lựa chọn được những thiết bị thích hợp thì phải xem xét máy bơm đó có các thông số về lưu lượng, tốc độ chảy, chiều cao cột

áp, … để có thể đưa ra quyết định sử dụng loại máy bơm nào cho phù hợp với yêu cầu thiết kế

2.2 Phần mềm

2.2.1 Node-red

Node-RED được dựa trên Node.js, nó có thể được xem như một web server mà bạn có thể cấu hình tùy chỉnh các chức năng gọi là “flow” từ bất kỳ trình duyệt nào trên máy tính Mỗi ứng dụng Node-RED bao gồm các node có thể liên kết được với nhau với các dạng là input, output và operation

Node-RED cung cấp trình chỉnh sửa luồng dựa trên trình duyệt giúp dễ dàng kết nối các luồng với nhau bằng cách sử dụng nhiều nút trong bảng màu Sau đó, các luồng

có thể được triển khai trong thời gian chạy chỉ bằng một cú nhấp chuột

Các hàm JavaScript có thể được tạo trong trình soạn thảo bằng cách sử dụng trình soạn thảo văn bản đa dạng thức Thư viện tích hợp sẵn cho phép lưu các chức năng, mẫu hoặc luồng hữu ích để sử dụng lại

Hình 2.1: Màn hình cơ bản của Node-red

Thời gian chạy có dung lượng nhẹ được xây dựng trên Node.js, tận dụng tối đa

mô hình hướng sự kiện, không chặn của nó Điều này làm cho nó lý tưởng để chạy ở rìa mạng trên phần cứng giá rẻ như Raspberry Pi cũng như trên đám mây

Với hơn 225.000 mô-đun trong kho gói của Node, có thể dễ dàng mở rộng phạm

vi các nút bảng màu để thêm các khả năng mới

Hình 2.2: Mô hình Node-red

Các luồng được tạo trong Node-RED được lưu trữ bằng JSON có thể dễ dàng nhập và xuất để chia sẻ với những người khác Thư viện luồng trực tuyến cho phép bạn chia sẻ những luồng tốt nhất của mình với thế giới

Hình 2.3: Mô hình lưu trữ trong Node-red

Node-RED được xây dựng trên Node.js, điều này làm cho nó lý tưởng để chạy trên phần cứng giá rẻ như Raspberry Pi cũng như trên đám mây

Chạy cục bộ Trên một thiết bị Trong đám mây

Tương tác với Arduino Dịch vụ web của Amazon

Với Node-RED ta có thể hình dung cách tương tác và giao tiếp với các thiết bị một cách tổng quan như hình dưới Ở đây máy tính của mình sẽ đóng vai trò là server và client

Hình 2.4: Vai trò của Node-red

Nếu dùng Raspberry hay OrangePi thì thiết bị này sẽ đóng vai trò là Server, còn lại sẽ là client như hình

Hình 2.5: Node-red với Raspberry hay OrangePi

2.2.2 Thingspeak

Theo các nhà phát triển của ThingSpeak, "ThingSpeak là một ứng dụng và API Internet of Things (IoT) nguồn mở để lưu trữ và truy xuất dữ liệu sử dụng giao thức HTTP và MQTT qua Internet hoặc qua Mạng cục bộ ThingSpeak cho phép tạo ứng dụng cảm biến, ghi nhật ký, ứng dụng theo dõi vị trí và mạng các cảm biến có cập nhật trạng thái lên máy chủ

ThingSpeak có thể được hiểu là một dịch vụ nền tảng phân tích IoT cho phép bạn tổng hợp, trực quan hóa và phân tích các luồng dữ liệu trực tiếp trên đám mây ThingSpeak cung cấp hình ảnh trực quan tức thì về dữ liệu do thiết bị của bạn đăng lên ThingSpeak Với khả năng thực thi mã MATLAB trong ThingSpeak, bạn có thể thực hiện phân tích và xử lý trực tuyến dữ liệu khi nó đi vào ThingSpeak thường được sử dụng để tạo mẫu và chứng minh khái niệm các hệ thống IoT yêu cầu phân tích

Mối quan hệ giữa IoT và ThingSpeak có thể được mô tả bằng sơ đồ dưới đây:

Hình 2.6: Mô hình hoạt động của Thingspeak

Ở bên trái, chúng ta có các thiết bị thông minh (“những thứ” trong IoT) sống ở rìa mạng Các thiết bị này thu thập dữ liệu và bao gồm những thứ như thiết bị đeo được, cảm biến nhiệt độ không dây, máy đo nhịp tim, cảm biến áp suất thủy lực và máy móc trên sàn nhà máy

Ở giữa, chúng ta có đám mây nơi dữ liệu từ nhiều nguồn được tổng hợp và phân tích theo thời gian thực, thường là bởi một nền tảng phân tích IoT được thiết kế cho mục đích này

Phía bên phải của sơ đồ mô tả sự phát triển thuật toán liên quan đến ứng dụng IoT Ở đây, một kỹ sư hoặc nhà khoa học dữ liệu cố gắng hiểu rõ hơn về dữ liệu đã thu thập bằng cách thực hiện phân tích lịch sử trên dữ liệu Trong trường hợp này, dữ liệu được kéo từ nền tảng IoT vào môi trường phần mềm máy tính để bàn để cho phép kỹ sư hoặc nhà khoa học tạo ra các thuật toán nguyên mẫu mà cuối cùng có thể thực thi trong đám mây hoặc trên chính thiết bị thông minh

Một hệ thống IoT bao gồm tất cả các yếu tố này ThingSpeak phù hợp với phần đám mây của sơ đồ và cung cấp một nền tảng để nhanh chóng thu thập và phân tích dữ liệu từ các cảm biến được kết nối internet

Thingspeak cung cấp các khả năng khác nhau để thu thập, trực quan hóa và phân

tích dữ liệu trên đám mây Các tính năng quan trọng bao gồm:

- Dễ dàng cấu hình thiết bị để gửi dữ liệu đến ThingSpeak bằng các giao thức IoT phổ biến

- Trực quan hóa dữ liệu cảm biến của bạn trong thời gian thực

- Tổng hợp dữ liệu theo yêu cầu từ các nguồn của bên thứ ba

- Sử dụng sức mạnh của MATLAB để hiểu dữ liệu IoT của bạn

- Chạy phân tích IoT của bạn tự động dựa trên lịch trình hoặc sự kiện

- Nguyên mẫu và xây dựng hệ thống IoT mà không cần thiết lập máy chủ hoặc phát triển phần mềm web

- Tự động hành động trên dữ liệu của bạn và giao tiếp bằng cách sử dụng các dịch

vụ của bên thứ ba như Twilio hoặc Twitter

2.3 Thuật toán PID

Kiểm soát quá trình là rất quan trọng vì nó có thể tránh được các biến thể không mong muốn trong sản phẩm cuối cùng, giúp các nhà sản xuất đảm bảo có được sản phẩm cuối cùng như mong muốn Ngoài ra, các nhà sản xuấtcó thể giảm chi tiêu hoạt động của

họ bằng cách tránh sự thay đổi trong sản phẩm của họ Đối với các trường hợp, trong một quá trình lọc dầu, có tới 10 hoặc nhiều thành phần khác nhau được sử dụng để tạo

ra một loại xăng cụ thể Nếu nhà máy lọc dầu không kiểm soát chính xác dòng chảy của các thành phần riêng biệt, xăng có thể nhận được quá nhiều thành phần

Do đó, khách hàng sẽ nhận được cao hơn hoặc chất lượng tốt hơn và xăng đắt hơn với số tiền ít hơn, và điều này sẽ dẫn đến mất lợi nhuận cho nhà máy lọc dầu Mặt khác, khách hàng cũng có thể nhận được cấp thấp hơn hoặc chất lượng thấp hơn 10 xăng với giá đắt hơn Tránh các biến thể trong sản phẩm cuối cùng, cũng có thể giúp nhà sản xuất

để giảm chi phí hoạt động bằng cách tránh nhu cầu độn đáp ứng yêu cầu thông số kỹ thuật của sản phẩm

Mức nước là một trong những biến số của quá trình và việc kiểm soát mức của một bồn chứa chất lỏng là cần thiết trong một loạt các ngành công nghiệp như dầu khí, chế biến hóa chất, điện sản xuất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, xử lý nước và nước thải và nhà máy lọc dầu Tỷ lệ thay đổi trong vòng điều khiển mức nước phần lớn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng quá trình Ngoài ra, tốc độ dòng chảy của đường ống

đầu vào và đầu ra cũng góp phần vào mức độ biến đổi Có nhiều công nghệ đo lường khác nhau để xác định mức độ Một số ít trong số đó là radar, siêu âm, …

Bộ điều khiển có thể được định nghĩa là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển để điều chỉnh đầu ra của một hệ thống như mong muốn Bộ điều khiển PID tính toán lỗi là

sự khác biệt giữa giá trị mong muốn hoặc điểm đặt và giá trị đo được hoặc giá trị quá trình liên tục và bộ điều khiển sẽ cố gắng giảm thiểu sự khác biệt được tính toán theo thời gian bằng cách điều chỉnh biến điều khiển chẳng hạn như vị trí của van, bộ phận làm nóng hoặc làm mát và đến một giá trị mới được xác định thông qua phép tính tổng

có trọng số Phương trình chung cho bộ điều khiển PID là như sau:

2.3.1 Phương pháp tính toán

Lưu đồ sau đây minh hoạ quy trình

Hình 2.7: Lưu đồ minh hoạ quy trình tính toán

2.3.2 Kích thước bồn chứa

Đầu tiên, tất cả các số liệu cần thiết để thực hiện dự án này được thể hiện theo hình dưới Kích thước của bồn chứa và đường ống đầu ra là đo bằng thước đo

Hình 2.8: Kích thước bồn chứa

Tốc độ thay đổi thể tích bên trong bể nước bằng hiệu giữa thể tích nước chảy vào

bể và dòng nước chảy ra khỏi bể

𝑑𝑉(𝑡)

𝑑𝑡 = 𝑞𝑖(𝑡) − 𝑞𝑜(𝑡) (1) Thể tích của nước trong bể bằng tích của diện tích đáy và chiều cao của bể nước

Thay phương trình (2) vào phương trình (1) và ta sẽ thu được phương trình sau:

𝐴𝑑ℎ(𝑡)

𝑑𝑡 = 𝑞𝑖(𝑡) − 𝑞𝑜(𝑡) (3) Tốc độ dòng nước chảy ra bằng thương số của động lực của dòng chảy với sức cản của dòng xả ở đường ống đầu ra

𝑑𝑡 +

𝜌𝑔ℎ

𝑅 = 𝑞𝑖(𝑡) 𝐴𝑅

𝜌𝑔

𝑑ℎ(𝑡)

𝑑𝑡 + ℎ = 𝑞𝑖(𝑡)

𝑅𝜌𝑔

𝜏𝑑ℎ(𝑡)

𝑑𝑡 + ℎ = 𝐾𝑞𝑖(𝑡) (5)

𝜏 = 𝐴𝑅𝜌𝑔

𝐾 = 𝑅𝜌𝑔

Áp dụng phép biến đổi Laplace cho phương trình (5) để chuyển phương trình thành miền tần số:

𝜏𝑠𝐻(𝑠) + 𝐻(𝑠) = 𝐾𝑄(𝑠) (𝜏𝑠 + 1)𝐻(𝑠) = 𝐾𝑄(𝑠)

𝜌 là khối lượng riêng của nước và bằng 800 kg / m³ và g là gia tốc trọng trường bằng 9,8 m / 𝑠 Do đó giá trị của 𝜏 và K như sau:

𝜏 = 𝐴𝑅

𝜌𝑔 =0.333364 × 30489.087

800 × 9.8 = 1.03

𝐾 = 𝑅

𝜌𝑔 =

30489.087

800 × 9.8 = 3.89 Thay giá trị của 𝜏 và K vào phương trình (6), ta có thể thu được hàm truyền hoặc

mô hình hệ thống của bể nước như sau:

𝑇𝐹 = 3.111.03𝑠 + 1

2.3.3 Thông số PID

Dựa trên kết quả phân tích hệ thống, Bộ điều khiển PID được điều chỉnh bằng cách sử phương pháp Mục đích của việc triển khai bộ điều khiển PID là nhận được phản hồi lỗi trạng thái ổn định, độ vọt lố thấp, thời gian tăng thấp và thời gian giải quyết thấp

Bộ điều khiển PID được điều chỉnh bằng phương pháp Cohen-Coon bằng cách sử dụng các công thức trong Bảng 3 để thu được độ lợi tỷ lệ (Kp), độ lợi tích phân (Ki) và độ lợi đạo hàm (Kd)

Bảng 2.1: Công thức điều chỉnh bằng phương pháp Cohen-Coon

𝜃30 +

3𝜃𝜏

𝜃32 +

6𝜃𝜏

13 +8𝜃𝜏

11 +2𝜃𝜏

2.4 Internet of things (IoT)

Internet of things (IoT) đề cập đến các cảm biến, dụng cụ và các thiết bị khác được kết nối với nhau với các ứng dụng công nghiệp của máy tính, bao gồm sản xuất và quản lý năng lượng Kết nối này cho phép thu thập, trao đổi và phân tích dữ liệu, có khả năng tạo điều kiện cải thiện năng suất và hiệu quả cũng như các lợi ích kinh tế khác IoT

là một sự phát triển của hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho phép mức độ tự động hóa cao hơn bằng cách sử dụng điện toán đám mây để tinh chỉnh và tối ưu hóa các điều khiển quy trình [8]

IoT bao gồm các thiết bị thông minh hỗ trợ web, sử dụng các hệ thống nhúng chẳng hạn như các bộ xử lý, cảm biến và phần cứng truyền thông, để thu thập, gửi và thao tác trên dữ liệu mà chúng thu thập được

Hình 2.9: Minh hoạ một hệ thống IoT

Các thiết bị IoT chia sẻ dữ liệu cảm biến mà chúng thu thập được bằng cách kết nối với cổng IoT hoặc thiết bị khác nơi dữ liệu được gửi đến đám mây để phân tích hoặc phân tích cục bộ Đôi khi, các thiết bị này giao tiếp với các thiết bị liên quan khác và hoạt động dựa trên thông tin chúng nhận được từ nhau Các thiết bị này thực hiện hầu hết công việc mà không có sự can thiệp của con người, mặc dù mọi người có thể tương tác với các thiết bị - ví dụ như: tạo các thiết lập cài đặt, cung cấp các hướng dẫn hoặc truy cập dữ liệu

Đối với từng ứng dụng IoT cụ thể sẽ có các hình thức kết nối, mạng và giao thức giao tiếp được thiết lập tương ứng sử dụng cho các thiết bị hỗ trợ web này (thiết bị IoT) Thông thường các thành phần làm nên IoT là:

 Cảm biến IoT

Có rất nhiều loại cảm biến IoT như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến

áp suất, cảm biến CO2, cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động Điều quan trọng là những cảm biến này là một phần quan trọng của “các thành phần thiết bị IoT” là dữ liệu đầu vào và khi được kết nối với một thiết bị cụ thể, nó có thể làm cho mọi thứ hoạt động

Các cảm biến IoT thường bị hạn chế về tài nguyên và cần một điểm đến để chúng

có thể gửi dữ liệu Bây giờ chúng ta có thể gửi dữ liệu lên đám mây, nó hoạt động giống như một nhà môi giới nhận và truyền thông tin cho bất kỳ ai đăng ký nó về một chủ đề

và nó là một phần không thể thiếu trong cách hoạt động của iot

 Giao diện người dùng

Cuối cùng, cần phải có một giao diện cho toàn bộ hệ thống này Điều này có thể biểu hiện thường dưới dạng một ứng dụng di động và nó cũng có thể được sử dụng như một ứng dụng dựa trên web Giao diện này sẽ giúp người dùng tương tác với hệ thống, trong một số ứng dụng công nghiệp, người quản lý tầng có thể trực tiếp điều khiển máy dựa trên dữ liệu đầu vào

2.5 Cơ sở lý thuyết về hệ thống giám sát và quản lý trong công nghiệp

khiển phân tác (DCS), hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp (IACS), PLC, bộ

điều khiển tự động lập trình (PAC), điều khiển từ xa thiết bị đầu cuối (RTU), máy chủ điều khiển, thiết bị điện tử thông minh (IED), cảm biến…

Một hệ thống giám sát và quản lý công nghiệp thường tổng hợp các nhiều loại thiết bị điện, cơ khí, thủy lực, khí nén… vận hành cùng nhau trong một chuỗi dây chuyền sản xuất, vận chuyển vật chất, năng lượng Việc kiểm soát có thể hoàn toàn tự động hoặc

có thể có sự tham gia của con người trong một vài quy trình

Ngày nay, nhiều hệ thống đã phát triển bằng cách bổ sung các tính năng công nghệ thông tin vào các hệ thống vật lý hiện có, thường là thay thế hoặc bổ sung để kiểm soát các cơ chế vận hành vật lý Ví dụ như các thiết bị điều khiển cơ khí tương tự được thay thế bởi các bo mạch nhúng kĩ thuật số trong các máy quay và động cơ giúp cải thiện năng suất cũng như chi phí Từ đó dẫn đến sự ra đời của nhiều công nghê thông minh ngày nay như lưới điện thông minh (Smart Grid), hệ thống giao thông thông minh, tòa nhà thông minh và sản xuất thông minh Ngoài việc gia tăng sự kết nối và tính quan trọng của các hệ thống này, đồng thời các khả năng thích ứng, phục hồi cũng độ an toàn và tính bảo mật của chúng cũng được phát triển hơn

Một hệ thống quản lý phổ biến bao gồm nhiều vòng lặp điều khiển, công cụ hỗ trợ giao tiếp, chuẩn đoán và bảo trì từ xa được xây dựng trên một chuỗi mạng lưới giao thức mạng Một vòng lặp điều khiển sử dụng các cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển như PLC, … để thực hiện một số quy trình được kiểm soát Cảm biến là một thiết

bị thực hiện các phép đo, tính toán và gửi kết quả đến bộ điều khiển Những bộ điều khiển phân tích tín hiệu, đưa ra các giá trị tương ứng dựa trên giá trị đặt trước và gửi đến các cơ cấu chấp hành Các cơ cấu chấp hành như van, công tắc, relay, motor … sẽ thi hành các lệnh được gửi từ các bộ điều khiển

Những kỹ sư và người vận hành sử dụng các thiết bị giao tiếp để điều khiển và cài đặt các giá trị đặt trước, kiểm soát các thuật toán, tinh chỉnh và thiết lập các thông số trong bộ điều khiển Các thiết bị giao tiếp sẽ hiển thị các giá trị đang được điều khiển và lịch sử thay đổi của chúng, những phương pháp chuẩn đoán và bảo trì cũng được tận dụng để ngăn chặn, định hình và phục hồi từ những điều khiển bất thường, hỏng hóc

Đôi lúc các vòng lặp điều khiển được lồng vào hoặc xếp chồng lên nhau, từ đó giá trị đặt trước của vòng lặp này là kết quả được xử lý tính toán từ vòng lặp khác Các vòng lặp giám sát cấp độ cao và vòng lặp cấp độ thấp hơn hoạt động liên tục trong suốt chuỗi quy trình với thời gian chu kỳ dao động theo cấp độ từ mili giây đến phút

2.5.2 Màn hình cảm ứng công nghiệp – HMI

HMI là một thiết bị màn hình hoặc là một bảng điều khiển hỗ trỡ người dùng kiểm soát máy móc, hệ thống hoặc thiết bị HMI thường được sử dụng để hiển thị thông số dữ liệu, theo dõi giá trị các thông số, biểu đồ, điều khiển các thiết bị đầu vào và đầu ra

HMI có nhiều dạng khác nhau, từ màn hình được tích hợp trên thiết bị cho tới màn hình trên máy tính, máy tính bảng…nhưng cho dù có là loại nào đi nữa, mục đích của chúng là đề cung cấp cái nhìn sâu về hiệu suất và tiến độ của thiết bị

Công nghệ HMI được sử dụng hầu hết trong tất cả các tổ chức công nghiệp cũng như một loạt các công ty khác để tương tác với máy móc và tinh chỉnh các quá trình công nghiệp của họ Các ngành công nghiệp sử dụng HMI bao gồm: Năng lượng, dầu mở và khí đốt, vận chuyển, đồ ăn và đồ uống, nước sạch và nước thải, sản xuất, tái chế, … Trong đó những đối tượng thường xuyên tương tác với HMI là người vận hành, kỹ sư, đặc biệt là kỹ sư hệ thống điều khiển HMI là thiết bị thiết yếu cho họ để xem xét và giám sát các quy trình, chẩn đoán sự có và trực quan hóa dữ liệu

Hình 2.10: Màn hình HMI

Các HMI giao tiếp với PLC và các cảm biến vào ra để lấy và hiển thị thông tin cho người dùng Các màn hình HMI có thể sử dụng cho một chức năng như giám sát và tìm kiếm hoặc thực hiện các hoạt động phức tạp hơn như tắt các thiết bị hoặc gia tăng tốc độ, tùy vào mục đích mà chúng thực hiện

HMI được sử dụng để tối ưu hóa quy trình công nghiệp bằng cách số hóa và tập trung dữ liệu cho người xem Khi tận dụng HMI, người vận hành có thể xem thông tin quan trọng được hiển thị trong đồ thị, biểu đồ hoặc bảng điều khiển kỹ thuật số, xem và

quản lý các cảnh báo cũng như kết nối với các hệ thống SCADA và MES, tất cả thông qua một bảng điều khiển

Trước đây, người vận hành sẽ cần phải đi lại liên tục để xem xét tiến độ cơ học

và ghi lại nó trên một tờ giấy hoặc bảng trắng Bằng cách cho phép PLC giao tiếp thông tin trực tiếp trong thời gian thực với màn hình HMI, dần dần nó đã loại bỏ cách vận hành lỗi thời này và giảm được nhiều vấn đề tốn kém do thiếu thông tin hoặc lỗi của con người gây ra

Màn hình cảm ứng và HMI di động là hai ví dụ về những tiến bộ công nghệ đã xuất hiện cùng với sự ra đời của điện thoại thông minh Thay vì các nút và công tắc, HMI hiện đại hóa cho phép người vận hành chạm hoặc chạm vào màn hình vật lý để truy cập các điều khiển Màn hình cảm ứng đặc biệt quan trọng khi được sử dụng với HMI di động, được triển khai thông qua HMI / SCADA dựa trên web hoặc thông qua một ứng dụng HMI di động mang lại nhiều lợi thế cho người vận hành, bao gồm khả năng truy cập tức thì vào thông tin HMI và giám sát từ xa

hỗ trợ chức năng mạng, do đó có thể chia sẻ thông tin giữa nhiều người, nhiều máy chủ lẫn nhau, thực hiện chức năng điều khiển phân tán Đồng thời, HMI Haiwell hỗ trợ ghi

và lưu trữ dữ liệu trong quá trình sản xuất

Haiwell HMI phiên bản tốc độ cao được ra mắt bởi Haiwell Technology Co., Ltd Vào năm 2019, dựa trên hệ thống HMI ban đầu để cải thiện tốc độ của dòng HMIS, và trên cơ sở HMIS để tối ưu hóa phiên bản HD của HMIH Haiwell Technology Co., Ltd Công ty công nghệ Haiwell được thành lập năm 2005 và là công ty hàng đầu thế giới trong ngành công nghiệp điều khiển tự động hóa PLC Đây là một doanh nghiệp công nghệ cao, tích hợp nghiên cứu và phát triển, sản xuất, bán hàng và dịch vụ độc lập Là một trong những đơn vị tham gia sớm nhất vào thị trường điều khiển công nghiệp Trung Quốc, Haiwell từ lâu đã tập trung vào việc cải thiện mức độ tự động hóa trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp và cam kết nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển lõi tự động hóa công nghiệp, để cung cấp giải pháp tích hợp cho các nhà sản xuất thiết bị tự động hóa công nghiệp

Hơn 15 năm qua công ty đã phát triển từ nhà cung cấp PLC thành nhà cung cấp giải pháp IoT công nghiệp Giờ đây, các sản phẩm bao gồm PLC, Ethernet tích hợp HMI,

PC bảng điều khiển công nghiệp, phần mềm Cloud SCADA (phần mềm miễn phí), Cloud BOX, dịch vụ đám mây Haiwell, biến tần, Servo, Bộ điều khiển màn hình lớn TVBOX, Module di động, cổng thông minh, không dây mô-đun truyền thông ect Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhựa, bao bì, dệt may, thực phẩm, y tế, dược phẩm, bảo vệ môi trường, đô thị, in ấn, vật liệu xây dựng, thang máy, điều hòa không

khí trung tâm, máy CNC chính xác và lĩnh vực điều khiển công nghiệp khác Công ty chuyên cung cấp các giải pháp IoT công nghiệp, như nhà máy thông minh, nông nghiệp thông minh, quang điện thông minh, nông nghiệp thông minh, phòng cháy chữa cháy thông minh, cọc sạc thông minh, v.v Haiwell đã được xác định là doanh nghiệp công nghệ cao, công ty phần mềm và doanh nghiệp công nghệ Theo đúng yêu cầu quản lý chất lượng ISO 9001, Haiwell thực hiện quản lý chất lượng toàn diện từ R & D, sản xuất đến bán hàng, và một loạt các sản phẩm đã thông qua CE, FCC và các chứng nhận khác Định hướng chất lượng, tâm hồn Haiwell, Trung thực, cải tiến liên tục và dựa vào chất lượng sản phẩm đáng tin cậy và dịch vụ hậu mãi tốt đã giành được sự tin tưởng của người dùng, các sản phẩm đã được bán cho khắp Trung Quốc và nước ngoài Haiwell có quyền

sở hữu trí tuệ hoàn toàn đối với phần cứng và phần mềm, họ có thể cung cấp các dịch vụ tùy biến để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau

Hình 3.1: Màn hình HMI Haiwell C10S

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật HMI Haiwell C10S