Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu và phát triển nền tảng điện toán đám mây, trên cơ sở công nghệ OPC UA

OPC Open Platfrom Communication/ OLE for Process Control: Chuዑi các thông sዎ kዣ thuኼ ¯዁c biዉ ¯዇ trao ¯ዐi dዟ liዉu trong tዠ ¯ዒng hóa công nghiዉp.. AR Augemented Reality: Thዠc tዅ £ ዛዕn

Trang 1

0ኈI HኞC QUአC GIA TP HCM

Trang 2

3 Ph኷n biዉn 1: TS Nguyወn Trዌng Tài

5 ኬy viên: PGS.TS Nguyወዛዓ

Xác nhኼn cዚa Chዚ tዋch Hዒ¯ዏ¯ዛዖng Khoa qu኷n lý

chuyên ngành sau khi luኼ£¯ ¯ዛዘc sዞa chዟa (nዅu có)

Trang 3

basis of OPC UA Technology)

II NHIϼM VЌ VÀ NЅI DUNG:

- Tìm hi዇u và t኶o ዜng dዙng Server dዠa trên công nghዉ OPC UA Cho phép thu thኼǡዛዟ dዟ liዉǡ¯዆u khi዇n hዉ thዎng công nghiዉp thông qua internet

- Tìm hi዇u và t኶o ዜng dዙ¯዇ kዅt nዎi vዔi OPC UA Server Cho phép hi዇n thዋ và cኸ¿¯ዋa chዊ ዛዟ dዟ liዉu theo nhu cኹu cዚዛዕi dùng

- Tìm hi዇u và phát tri዇n các ዜng dዙng client ch኶y trên thiዅt bዋ Windown, Android, IOs: cዙ th዇ ¯዆ tài là phát tri዇n ዜng dዙng thዠc tዅ £ዛዕng trong viዉc vኼn hành và giám sát hዉ thዎng

- Tìm hi዇u và phát tri዇n hዉ thዎ¯዆u khi዇n sዞ dዙng chuኺn OPC UA Client (Hዉ thዎng PLC, c኷m biዅǡǥȌ

Trang 4

ii

Ј ϪІ

ዛዔc tiên, em xin chân thành c኷ዓኸt c኷ quý Thኹy Cô thuዒc Bዒ Môn Tዠ

0ዒng Hóa và 0ዉn Ȃ 0ዉn Tዞ, ዛዕ0኶i hዌc Bách Khoa TP Hዏ Chí Minh ¯

tኼn tình truy዆ ¯኶t, trang bዋ kiዅn thዜc cho em trong suዎt quá trình hዌc tኼp t኶i

ዛዕng Em xin chân thành bày tው lòng biዅዓኽc nhኸ¯ዅn thኹy cô

0዁c biዉt, em xin chân thành c኷ዓthኹy ዛዓ0¿¯ ኼn tình giúp

¯዗ góp ý, truy዆¯኶t cho em nhዟng kiዅn thዜc quý báu trong suዎt quá trình thዠc hiዉ¯዆ tài

ñ኷ዓ các anh lዔp cao hዌc Tዠ 0ዒng Hóa khóa

2018, các b኶n hዌc viên lዔp cao hዌc Tዠ 0ዒng Hóa khóa 2019, các b኶²¯኶i hዌc khóa 2017 ¯ ዉ¿ï¯዗, em trong hዌc tኼñዛዠc hiዉn luኼn

£Ǥ

ñ኷ዓ኷ cዚa các tài liዉ¯ ዞ dዙng ¯዇ làm tài liዉu tham kh኷o

Vì kiዅn thዜc b኷n thân còn h኶n chዅ, trong quá trình thዠc hiዉn luኼ£

em không tránh khውi nhዟng sai sót ¯×ǡKính mong nhኼ¯ዛዘc nhዟng ý kiዅn

¯××ዝ quý thኹy cô Em xin chân thành c኷ዓ!

TP.Hዏ Chí Minh, ngày 13 Ͳ͸£ʹͲʹͳ

Hዌc viên

Lê Tùng Gia

Trang 5

iii

Vϰϯ$

Mዙ¯Àዚa luኼ£ t኶o ra ዜng dዙng trung gian cho phép truy cኼp, thu thኼp dዟ liዉu tዝ hዉ thዎng máy móc trong công nghiዉǡ±ዛዟ dዟ liዉu vào ዓዖ dዟ liዉu dዠ²Ø²Ǥዛዕi dùng có cኸ¿¯ዋa chዊ ዛዟ

dዟ liዉîዓዔi nhu cኹu thông qua ዜng dዙng Web Tዝ ¯×ǡዛዕi dùng có th዇ phân tích tình tr኶ng máy thông qua hዉ thዎng dዟ liዉu, hዑ trዘ dዠ ¯ዉn tr኶ng thiዅt bዋ và lên kዅ ho኶ch b኷o trì thích hዘp Luኼ£ñ኶o ra ዜng dዙng client, cho phép truy cኼ¯዇ ghi, lኸy dዟ liዉu Cዙ th዇, luኼ£ዄ nghiên cዜu ዜng dዙng thዠc tዅ £ዛዕngǡ¯዇ ¯዆u khi዇n ¯ዎዛዘዛ¯ዒዓǡc኷m biዅዛዓዠ Client sዄ kዅt nዎ¯ዅn Server và nhኼn d኶ng các thiዅt bዋ thông qua mã

QR Gi኷i pháp này sዄ giúp viዉc ¯዆u khi዇n, giám sát, b኷o trì và b኷ዛ዗ng hዉ thዎng thiዅt bዋ trዖ nên dወ dàng, nhanh chóng và chính xác ዓǤ

Luኼ£ዜng dዙng các kiዅn thዜc trong lኼ¿¯዆u khi዇n cho PLC, kiዅn thዜc v዆ m኶ng công nghiዉp, công nghዉ OPC UA, lኼp trình C# và lኼp trình Nodejs

2019 (Version 16.7.7)

Lኼp trình cho ዜng dዙng thዠc tዅ £ዛዕng

TIA Portal V16 Lኼ¿¯዆u khi዇n cho PLC

S7-PLCSIM Advanced V3.0 Mô phውng phኹn cዜng PLC

WinCC Professional V16 Mô phውng HMI cho hዉ thዎng

MongoDB (NoSQL) Lኼ¿ዓዖ dዟ liዉu

Trang 6

iv

THESIS ABSTRACT

The purpose of the thesis is to create a server application that allows accessing and collecting data from industrial machine systems, allow store data in a database based on OPC UA technology Users can configure the data address to adapt their system through the Web application From there, users can analyze the machine's condition through the data system, which helps predict the equipment's condition and plan appropriate maintenance Besides, the thesis creates a client application, allow access to OPC UA Server to write and retrieve data Specifically, the thesis will study the application of augmented reality, to ǡ ǡǥ server and identify the device through the QR code This solution will make the control, monitoring and maintenance of the equipment system easier, faster and more accurate This thesis applies the knowledge in PLC control programming, industrial network knowledge, OPC UA technology, C# programming and Nodejs programming This project is built from the following software:

Node (Version v13.14.0-x64) Platform to build OPC UA Server

Visual Studio Code Javascript code for building Server Unity3D (Unity version 2019.3.15f1) Augmented reality application

programming Microsoft Visual Studio Professional

2019 (Version 16.7.7)

Augmented reality application programming

S7-PLCSIM Advanced V3.0 PLC Simulation

WinCC Professional V16 HMI Simulation

Trang 7

v

Ј 0

Ø¯¯Ø¿²ዜu cዚ²Ø¯ዛዘዛዔng dኻn khoa hዌc cዚǤዛዓ0¿ǡዒi dung nghiên cዜu, kዅt qu኷ trong

¯዆ tài này trung thዠcǡ¯ዛዘc phát tri዇n bዖi chính tác gi኷ Nhዟng sዎ liዉu trong các b኷ng bi዇u phዙc vዙ cho viዉc phân tích, nhኼ±ǡ¯khi thu thኼp tዝ mô phውng

và thዠc nghiዉm do chính b኷n thân thዠc hiዉn

Trong luኼ£ này, tác gi኷ có tham kh኷¯዆ tài luኼ£ዚa mዒt sዎ anh cao hዌc khóa 2019 và cዚa các b኶²¯኶i hዌc khóa 2016 Ngoài ra, tác gi኷ còn tham kh኷o các các tài liዉዛዔc, tኸt c኷ ¯዆u có ghi chú cዙ th዇

Nዅu phát hiዉn có bኸt kü gian lኼn nào tôi xin chዋu hoàn toàn trách nhiዉm v዆

nዒi dung luኼn £ዚa mình

ዛዕ 0኶i hዌc Bách khoa thành phዎ Hዏ Chí Minh Ø ² ¯ዅn nhዟng vi ph኶m tác quy዆n, b኷n quy዆n do tôi gây ra và trong quá trình thዠc hiዉn (nዅu có)

TP Hዏ Chí Minh, ngày 13 tháng 06 £ʹͲʹͳ

Lê Tùng Gia

Trang 8

vi

ЌЌC

NHIኛM Vካ LU኎$ኈC i

LኧI C኉እ ii

TÓM T኏T LU኎$ iii

THESIS ABSTRACT iv

Lኧ 0 v

MካC LካC vi

MካC LካC HÌNH ኉NH vii

DANH MካC B኉NG BIኙU viii

DANH MካC CÁC Tኯ VIኗT T኏T ix

GIኦI THIኛU 1

1.1 Lý do chዌ¯዆ tài 1

1.2 Nhiዉm vዙ cዚa luኼ£ 1

1.3 Cኸu trúc luኼn £ 2

LÝ THUYኗT 3

2.1 Công nghዉ OPC UA 3

2.1.1 Tዐng quan 3

2.1.2 Ø¿Ø¯ዋa chዊ 4

2.2 Thዠc tዅ £ዛዕng 8

2.3 0ዉ¯ 9

2.4 ዓዖ dዟ liዉu MongoDB 10

2.5 Phኹn m዆m 11

2.5.1 NodeJs 11

2.5.2 TIA Portal 12

2.5.3 Unity3D 13

2.5.4 Visual Studio IDE 14

THኲC HIኛ0ኘ TÀI 15

3.1 Tዐ¯዆ tài 15

3.2 Lên kዅ ho኶ch 17

3.3 Thዠc hiዉ¯዆ tài và kዅt qu኷ 19

3.3.1 Xây dዠng OPC UA Server 19

3.3.2 Lኼ¿ዓዖ dዟ liዉu 25

3.3.3 Web API và Web UI 27

3.3.4 Xây dዠng ዜng dዙng thዠc tዅ ኷£ዛዕng 37

3.3.5 Lኼp trình PLC (OPC UA Client) và lኽp ráp mô hình thዠc tዅ 53

3.3.6 Àዓዉ thዎng 57

KኗT QU኉ VÀ KኗT LU኎N 59

4.1 0ዅt qu኷ 59

4.2 0ዋዛዔng phát tri዇n 60

TÀI LIኛU THAM KH኉O 61

PHኋN LÝ LኝCH TRÍCH NGANG 63

Trang 9

vii

ЌЌ@Ϫ

Hình 2.1 Các thông tin cዚa nút trong OPC UA 4

Hình 2.2: Cኸu trúc ID cዚa nút 5

Hình 2.3 Kiዅn trúc b኷o mኼt OPC UA Server/Client 7

Hình 2.4 Các chính sách b኷o mኼt cዚa OPC UA 8

Hình 2.5: ኮng dዙng thዠc tዅ £ዛዕng trong vኼn hành, giám sát thiዅt bዋ 8

Hình 2.6 Thዠc tዅ £ዛዕng kዅt hዘp vዔi mã QR trong vኼn hành 9

Hình 2.7 Giዔi thiዉu TIA Portal 12

Hình 2.8 Giao diዉn cዚa TIA Portal 12

Hình 2.9 Giao diዉn Unity Hub 2.4.3 13

Hình 2.10 Giao diዉn lኼp trình Unity3D 13

Hình 2.11 Giao diዉn lኼp trình Visual Studio 2019 14

Hình 3.1: Mô hình wirerarchy cዚa hዉ thዎng 15

Hình 3.2: SCADA cዚa bên thዜ 3 có th዇ truy cኼp tዝ ¯ዅn các hዉ thዎng ¯዆u khi዇n thông qua OPC UA Server 16

Hình 3.4 Các phኹn m዆¯ዛዘc xây dዠ¯዆ tài 17

Hình 3.5: Hዉ thዎng OPC UA Server 19

Hình 3.6: Thông tin cዚ¯ዎዛዘng 26

Hình 3.7: Thông tin phiên làm viዉc 26

Hình 3.8: Thông tin tài kho኷n cዚa Server 26

Hình 3.9: Giá trዋ cዚa nút 26

Hình 3.10 Giao diዉ¯£ኼp cዚa OPC UA Server 30

Hình 3.11 Giao diዉ¯£ý኷n mዔi 30

Hình 3.12 Giao diዉn trang tr኶ng thái 31

Hình 3.13 Giao diዉn trang tr኶ng thái 32

Hình 3.14 Giao diዉn trang lዋch sዞ truy cኼp 33

Hình 3.15 Giao diዉn trang không gian dዟ liዉu 34

Hình 3.16 Kዅt qu኷ khዖi ch኶y Server 35

Hình 3.17 Khዖi t኶o phiên làm viዉc 35

Hình 3.18ǤØ¯ዋa chዊ Server hi዇n thዋ trên Prosys 35

Hình 3.19 Các sዠ kiዉn thዠc thi trên Server 36

Hình 3.20 Ngኽt kዅt nዎi khi quá timeout 36

Hình 3.21 Giao diዉn kዅt nዎ¯ዅn OPC UA Server 38

Hình 3.22 Faceplate cho thiዅt bዋ ¯ዒዓ 42

Hình 3.23 Faceplate cho thiዅt bዋ tín hiዉዛዓዠ 45

Hình 3.24 Kዅt nዎ¯ዅn Server, chዅ ¯ዒ bኸt kü ai 51

Hình 3.25: Kዅt nዎ¯²ዞ dዙng tài kho኷n 51

Hình 3.26: NhኼØ²¯£ኼp và mኼt khኺu 52

Hình 3.27 Faceplate c኷m biዅዛዓዠ 52

Hình 3.28: Tዠ ¯ዒng kዅt nዎ¯ዛዕng truy዆n bዋ ¯኶n 52

Hình 3.29 Kích ho኶t chዜ£ UA Client PLC S7-1500 (Firmware 2.6) 53

Hình 3.30 Lዠa chዌn Runtime Licenses cho PLC 53

Trang 10

viii

Hình 3.31 Cኸu hình các biዅn cኹn lኸy dዟ liዉu cho PLC S7-1500 53

Hình 3.32 Cኸu hình các tham sዎ cho OPC UA Client 54

Hình 3.33 Thông tin các biዅn cኹn lኸy dዟ liዉu tዝ server 54

Hình 3.34 Các khዎi chዜ£ዚa OPC UA Client PLC S7-1500 55

Hình 3.35Ǥዓ¯ዏ phኹn cዜ¯ኸu nዎi PLC 56

Hình 3.37 Cኸu hình hዉ thዎng thዠc tዅ 58

B኷ng 2.1 Các ki዇u nút trong OPC UA 5

B኷ng 2.2: Mô t኷ chi tiዅt thuዒc tính nút 5

B኷ng 2.3: Các thuዒc tính cዚa nút 6

B኷ng 3.1 Danh sách dዟ liዉu cዚa lዋch sዞ truy cኼp 28

B኷ng 3.2 Ma trኼn phân quy዆n truy cኼp cዚa web 29

Trang 11

ix

ЌА ϸϰ

OPC UA OPC Unified Architecture: Giao thዜc truy዆n thông công

nghiዉp

OPC Open Platfrom Communication/ OLE for Process

Control: Chuዑi các thông sዎ kዣ thuኼ ¯዁c biዉ ¯዇ trao

¯ዐi dዟ liዉu trong tዠ ¯ዒng hóa công nghiዉp

PLC Programmable Logic Controller: Mዒt thiዅt bዋ ¯ዛዘc sዞ

dዙng trong ngành công nghiዉp tዠ ¯ዒ×Ǥ0ዛዘc lኼp

¿¯዇ ¯዆u khi዇n máy tዠ ¯ዒng

HMI Human Machine Interface: Mዒt phኹn cዚa máy xዞ lý sዠ

ዛዓዟዛዕi và máy móc

AR Augemented Reality: Thዠc tዅ £ዛዕng

LAD Ladder: Ngôn ngዟ lኼp trình cho PLC cዚa Siemens

SCL Structed Control Language: Ngôn ngዟ lኼp trình cho PLC

cዚa Siemens

API Application Programming Interface: giao diዉn lኼp trình

ዜng dዙng SERVER Thuኼt ngዟ ¯዇ chዊ máy chዚ

OPC UA Server Thuኼt ngዟ ¯዇ chዊ máy chዚ ho኶¯ዒng dዠa trên công

nghዉ OPC UA CLIENT Thuኼt ngዟ ¯዇ chዊ máy khách

OPC UA Client Thuኼt ngዟ ¯዇ chዊ máy khách ho኶¯ዒng dዠa trên công

nghዉ OPC UA IoT Internet of Thing: V኶n vኼt kዅt nዎi Internet

SQL Structure Query Language: Ngôn ngዟ truy vኸn mang

tính cኸu trúc JSON JavaScript Object Notation: Mዒt ki዇u dዟ liዉu mዖ trong

JavaScript

ID Identification: Là mዒt chዟ sዎ hay dãy sዎ ¯዇ nhኼn d኶ng

ዛዕi dùng, thiዅt bዋ,

Trang 12

1

1.1 ýЭ¯Ч

Cuዒc cách m኶ng công nghiዉͶǤͲ¯ ኷ዛዖng m኶nh mዄ ¯ዅn toàn thዅ giዔi Hiዉn nay, các tኼ¯ዔ¯ ¯ ዜng dዙng v኶n vኼt kዅt nዎi Internet, trí tuዉ nhân t኶o, công nghê dዟ liዉu lዔn, công nghዉ ¯ዉ¯ǡǥኸt m኶nh mዄ T኶i Viዉt Nam, viዉc áp dዙ¯ዉ¯ዉ thዎ¯዆u khi዇n máy móc trong công nghiዉዛ¯ዛዘc phát tri዇n nhi዆u

¯×ǡዉc phát tri዇n hዉ ¯዆¯ዉ¯¯዇ thu thኼp dዟ liዉu tዝ

hዉ thዎng, c኷m biዅǡ¯዇u khi዇n hዉ thዎng thông qua dዟ liዉ¯¯¯ዛዘc nghiên cዜu và phát tri዇n rኸt m኶nh mዄ Trong thዕi gian gኹ¯ǡ኷i pháp cho phép giao tiዅp máy vዔi máy, truy዆n dዟ liዉu thዕi gian thዠ¯዆u khi዇n hዉ thዎng

tዝ ǡ¯¯ዛዘc phát tri዇n m኶nh mዄ dዠa trên các công nghዉ ዛ: OPC UA, MQTT Broker,

Dዠa vào nhu cኹu thዋ ዛዕng và nhዟዛኸn cዚa gi኷ng viên ዛዔng dኻn, em

quyዅ¯ዋnh chዌ¯዆ tài ǲNghiên cнu và phát triШn nЧn tИ¯Ъ¯ǡ

² д з công nghЪ ǳ sዞ dዙng công nghዉ OPC UA ¯዇ phát tri዇n gi኷i

pháp thu thኼp dዟ liዉ¯዆u khi዇n hዉ thዎ×Ø¯ዉ¯mây Gi኷i pháp này cho phép thu thኼp dዟ liዉ¯዆u khi዇n tዝ xa hዉ thዎng công nghiዉp theo thዕi gian thዠc

1.2 ЪклН£

Mዙc tiêu cዚ¯዆ tài là nghiên cዜu và phát tri዇n hዉ thዎng phኹn m዆m (Server

và Client) dዠa trên n዆n t኷ng công nghዉ OPC UA, ¯ዜng các công nghዉ cዚa cách m኶ng công nghiዉp 4.0 (CMCN 4.0) bao gዏm: kዅt nዎi dዟ liዉu lዔǡ ¯ዉ ¯mây, trí tuዉ nhân t኶o và thዠc tዅ £ዛዕng

Hዉ thዎng phኹn m዆m ¯ዛዘc t኶o ra nhኾm phዙc vዙ viዉc tዠ ¯ዒng hóa cho các hዉ thዎng s኷n xuኸt trong các nhà máy vዝa và lዔn ዖ Viዉt Nam Các mዙc tiêu cዙ th዇ cዚa

¯዆ tài gዏm:

1 Xây dዠ¯ዛዘc mዒt bዒ phኹn m዆m n዆n t኷ng cho phép tích hዘp hዉ thዎng trong nhà máy tዝ tኸt c኷ các cኸp: kዅt nዎi thiዅt bዋ ¯዆u khi዇n; server dዟ liዉu thዕi gian thዠc, xዞ lý dዟ liዉu, giao diዉ¯዆u khi዇n, qu኷n lý dዟ liዉu, sዎ hóa và vኼn hành thዠc tዅ £ዛዕng

2 Tri዇n khai ዜng dዙng tዎi thi዇u cho mዒt quá trình s኷n xuኸt thዠc tዅ

Trang 13

¯ዛዘc sዞ dዙǤዛዓ¿Nodejs, Visual Studio, ǡ͵¯ዛዘc

sዞ dዙng trong dዠ ñ ¯ዛዘc giዔi thiዉu trong phኹn lý thuyዅ ñ ዛ thዜc OPC UA

Phኹn thዠc hiዉ¯዆ tài bao gዏm kዅ ho኶ch thዠc hiዉn, quá trình thዠc hiዉn, chዌn lዠØ¿¯዇ thዠc hiዉn và kዅt qu኷

Phኹn kዅt luኼn bao gዏ¯ዅt qu኷ ¯኶¯ዛዘc, các vኸ¯዆ ¯ ኷i quyዅt, các vኸ¯዆ còn tዏn t኶ዛዔng phát tri዇¯዆ tài

Trang 14

3

zϸ

2.1 Công Ъ OPC UA

2.1.1 б

ዛዔ¯ǡዒt tኼp hዘp các phኹn m዆m giao tiዅp phዙc vዙ cho viዉc trao

¯ዐi dዟ liዉu giዟa ዜng dዙng trên máy tính và thiዅt bዋ Các phኹn m዆m giao tiዅp này

¯ዛዘ¯ዋÂ¯ዋnh cዚa Microsoft COM (Component Object Model) Do

¯×ǡ××዇ dወ dàng tích hዘp vዔi hዉ thዎng cዚa Microsoft

OPC Server cung cኸp thông tin v዆ quá trình trên giao diዉn cዚa nó OPC Client kዅt nዎ¯ዅn Server và có th዇ truy cኼ¯ዛዘc Server cung cኸp dዟ liዉu

Công nghዉ COM ho዁c DCOM có mዒt sዎ ¯዁¯዇ዛǣ

- Chዊ cho phép Server và Client ch኶y trên mዒt máy tính ho዁c mዒt m኶ng nዒi

- Viዉc giao tiዅp chዊ có th዇ ¯ዛዘc thዠc hiዉn thông qua các ዜng dዙng cዎ ¯ዋnh

ዛዕng hዘp cኹn thu thኼp dዟ liዉu thዕi gian thዠc, viዉc cኸu hình OPC trዖ nên phዜc t኶Ǥ 0዇ gi኷i quyዅt nhዟng ዛዘ ¯዇m cዚa trên, hiዉp hዒ ¯ ¯ዋnh

Â²ዒt n዆n t኷ng mዔi có tên gዌi là OPC Unified Architecture (OPC UA)

x ኷ £ ዖ ዒ ዉ ዎ ¯዆ ዇ ï ው ¯ዅ ዜ

ዙዝØ¯ዋዊ¯ዓ኷¯ዅዟØ¿

ዛዔ¯ዎዛዘዜ኶ǡ

Trang 15

4

2.1.2 Ø¿Ø¯ЬЫ

2.1.2.1 Йïǣ

Hình 2.1 Các thông tin cዚa nút trong OPC UA

 ¯ዛዘ ¯ዋ Â Thuгc tính và Tham chiЦu Chúng sዄ

¯ዛዘc khዖi t኶o khi mዒ¯ዛዘ¯ዋÂØ¯ዋa chዊ

x Thuዒc tính là các phኹn tዞ dዟ liዉu mô t኷ các nút Client có th዇ truy cኼp các giá trዋ Thuዒc tính bኾng cách sዞ dዙng các dዋch vዙ 0ዌc, Ghi, Truy vኸǡ0£ký/Giám sát

x Tham chiዅu: ¯ዛዘc sዞ dዙ¯዇ liên kዅt các nút vዔi nhau Chúng có th዇ ¯ዛዘc

truy cኼp bኾng trình duyዉt và dዋch vዙ truy vኸn

2.1.2.2 ШрЪлïØ¯ЬЫǣ

1 0ዎዛዘng (Objects) Mዒ ¯ዎ ዛዘ ¯ዛዘc sዞ dዙng làm vùng chዜa ho዁c

ዛዙ¯ ¯ዋnh d኶ng cho các thዃǡዛዓዜc và

sዠ kiዉn

2 Thዃ (Tag) Thዃ ¯኶i diዉn cho dዟ liዉu cዚ ¯ዎ ዛዘng ho዁c

thuዒc tính cዚa mዒïዛዔi d኶ng các thuዒc tính

3 ዛዓዜc

(Method) ዛዓዜc là thành phኹn cዚ¯ዎዛዘng và có th዇ có danh sách các tham sዎ ¯ኹu vào ho዁¯ኹu ra Các

tham sዎ ¯ዛዘc mô t኷ thông qua các thuዒc tính xác

Trang 16

5

6 Lo኶i thዃ (Tag Type) Các lo኶i thዃ ዛዕng mô t኷ các thuዒc tính ho዁c ki዇u

dዟ liዉu nào có th዇ ¯ዛዘc tìm thኸy trong mዒt phiên b኷n cዚa thዃ

7 Ki዇u tham chiዅu

(Reference Types) Các ki዇u tham chiዅ ¯ዋnh các ki዇u tham chiዅu có th዇ có giዟa các nút

8 Lo኶i dዟ liዉu (Data

Type) Ki዇u dዟ liዉu mô t኷ nዒi dung cዚa giá trዋ trong thዃ

B኷ng 2.1 Các ki዇u nút trong OPC UA

1 Chዊ sዎ cዚa không gian tên

2 Lo኶i ID cዚa nút (s= chuዑi (String); i= Sዎ (Numeric);

g=GUID)

B኷ng 2.2: Mô t኷ chi tiዅt thuዒc tính nút

Trang 17

Display Name Tኸt c኷ Tên hi዇n thዋ

Node Class Tኸt c኷ Lo኶ïȋ¯ዎዛዘng, thዃ, lo኶i dዟ liዉu)

Description Tኸt c኷ Mô t኷ ngኽn cho nút

Type

Definition Tኸt c኷ Tham chiዅu cho ki዇u dዟ liዉu mô t኷ thዃ

Write Mask Tኸt c኷ Quy዆n chዊnh sዞa thuዒc tính nút (0= không,

1= có), không cኹn sዠ xem xét cዚa nhóm

ዛዕi dùng

User Write

Mask Tኸt c኷ Quy዆n chዊnh sዞa thuዒc tính nút (0= không, 1= có), không cኹn sዠ xem xét cዚዛዕi dùng

hiዉn t኶i

Data Type Thዃ Ki዇u dዟ liዉu cዚa thዃ

Value Rank Thዃ Lo኶i giá trዋ cዚa thዃ ȋØ×¿ǡØዛዔng,

vector, m኷ng) Array

Thዃ The smallest possible sampling interval of the

tag on the server side Kho኷ng thዕi gian lኸy mኻu nhው nhኸt cዚa thዃ ዖ phía server

Historizing Thዃ Thዕi gian cዚa thዃ có sዀn trên máy chዚ (có,

không) B኷ng 2.3: Các thuዒc tính cዚa nút

Trang 18

7

2.1.2.5 мднИН

¿ዛዔ¯Ø኷ tዐng quan v዆ các lዔp b኷o mኼt cዚa OPC UA

Hình 2.3 Kiዅn trúc b኷o mኼt OPC UA Server/Client

x Viዉc xác thዠዛዕî¯ዛዘc thዠc hiዉn thông qua Phiên làm viዉc Ví dዙ,

Ø²ዛዕi dùng và mኼt khኺu ho዁c thông qua chዜng chዊ

x Thông qua Kênh B኷o mኼt, các ዜng dዙ¯ዛዘc xác thዠc lኻn nhau và b኷o mኼt thông tin liên l኶¯ዛዘc thዠc hiዉn Mዑi tin nhኽ¯ዛዘý ×¯዇ ¯኷m b኷o tính toàn vዂn và bí mኼt cዚa các tin nhኽn ዓዖ cዚዓዅ này là chዜng chዊ ȋͷͲͻȌ¯ዋnh duy nhኸt các ዜng dዙng dዠa trên hዉ thዎዓዖ

h኶ tኹng khóa công khai (PKI)

x ከ cኸ¯ዒ Socket, b኷o mኼዛዔng kዅt nዎi cዚa kዅt nዎi Socket thông qua Lዔp cዐng b኷o mኼt (SSL) ho዁c thông qua M኶ng riêng ኷o (VPN) có th዇ ¯ዛዘc sዞ

dዙng bዐ sung ho዁c thay thዅ cho kênh b኷o mኼt

2.1.2.6 îЭЙ¿ИН

¾ Xác thсмжi dùng:

x Bኸt kü ȋØ ² ¯£ ኼp, không mኼt khኺu) Ȃ Anonymous username, nonȂpassword): Client sዄ ¯ዛዘc phép truy cኼp vào Server mà không cኹn cኸp quy዆n tዝ phía Server

(non-x ² ¯£ ኼp/Mኼt khኺu (User name/password): Client sዄ ¯ዛዘc Server cኸ²¯£ኼዛዓዜ¯዇ truy cኼ¯ዛዘc vào Server

x Chዜng chዊ (Certifications): Có nhi዆u lo኶i chዜng chዊ, OPC UA sዞ dዙng chዜng chዊ X509 Nዅu lዠa chዌn chዜ £ ǡ ዎn truy cኼp vào Server ho዁ዛዘc l኶i, thì hai bên sዄ cung cኸp mዒt chዜng chዊ (.der ho዁c pem) cho nhau và tዉp này ph኷i nኾዛዙǲǳዚa c኷ hai bên

¾ ChЦ ¯г bИo mНt:

x None Ȃ Không b኷o mኼt

x Sign Ȃ Sዞ dዙng chዟ ký

x Sign&Encrypt Ȃ Sዞ dዙng chዟ ký và mã hóa

Trang 19

8

¾ Chính sách bИo mНt:

x None-Không b኷o mኼt

x Basic128Rsa15-Sዞ dዙng thuኼt toán mã hóa

x Basic256-Sዞ dዙng các thuኼt toán mã hóa mዖ rዒng

Hình 2.4 Các chính sách b኷o mኼt cዚa OPC UA

2.2 сЦ£мж

Thዠc tዅ £ዛዕng AR (Augmented Reality) Nó là sዠ kዅt hዘp cዚa thዅ giዔi thኼt vዔi thông tin ኷o, chዜ không h዆ tách riêng biዉt giዟa thዅ giዔi ኷o và thዠዛ (Virtual Reality)

Công nghዉ AR sዄ bዐ sung nhዟng chi tiዅt ኷¯ዛዘc t኶o bዖi máy tính, ¯ዉn tho኶i thông minh, vào thዅ giዔi thዠ¯዇ £ዛዕng sዠ tr኷i nghiዉm ዛዕi dùng có th዇ tho኷ዛዓዔi nhዟng nዒi dung ኷¯ዕi thዠǡዛ኶m vào, tóm lኸyǤ ዛዕi dùng có th዇ tr኷i nghiዉm thዠc tዅ ኷ À ² ¯ዉn tho኶i thông minh cዚa mình, mà không cኹn ph኷î¯ዅn các thiዅt bዋ chuyên biዉt

Hình 2.5: ኮng dዙng thዠc tዅ £ዛዕng trong vኼn hành, giám sát thiዅt bዋ

Trang 20

9

Hình 2.6 Thዠc tዅ £ዛዕng kዅt hዘp vዔi mã QR trong vኼn hành

2.3 0Ъ¯

x Khái niЪm: 0ዉn toán máy chዚ ኷o (Cloud Computing) Ø¿¯ዉn toán

sዞ dዙng các công nghዉ máy tính và phát tri዇n dዠa vào m኶ng Internet

x Nguዏ²¯××዇ là bኸt kì thዜ ¿²¯ዅ¯ዉn toán và máy tính, ví dዙ ዛ: phኹn m዆m, phኹn cዜng, h኶ tኹng m኶¯ዅn các máy chዚ

và m኶ዛዔi máy chዚ c዗ lዔn

x Cách thнc hoЗ ¯гng: Thay vì viዉc tiêu tዎn nhi዆u tài nguyên cho nhi዆u

máy tính, chúng ta chዊ cኹ¯዁t mዒt ዜng dዙȀዛዓ¿À

኷o ኮng dዙȀዛዓ¿ዄ ±ዛዕî¯£ኼp vào hዉ thዎng trên n዆n t኷ng web thông qua internetǡ¯××ዜa tኸt c኷ các tài nguyên ዛዕi dùng cኹn cho công viዉc cዚa mình Máy chዚ vኼn hành hዉ thዎng tዝ xa thuዒc sዖ hዟu cዚa mዒt công ty khác, ×±ዛዕi dùng có th዇ thዠc hiዉn bኸt kü tác nào, k዇ c኷ các ዛዓ¿Àዟ liዉu phዜc

t኶p

x Phân loЗ¯Ъ¯ǣ

Hiዉn nay, các công ty cung cኸp dዋch vዙ ¯ዉ¯͵኶i Àዛǣ

- HЗ tК¯мйc cung cЙмгt dЬch vк: b኶n có th዇ thuê mዒt "máy

chዚ trên mây" vዔi CPU, RAM, ዐ cዜng (SSD hoЦc HDD) tùy theo nhu cኹu

Ví dዙ: Microsoft Azure, Amazon Web Service, Google Cloud Platform,

- NЧn tИ¯мйc cung cЙмгt dЬch vк: b኶n chዊ cኹn tኼp trung vào

viዉc tri዇n khai các phኹn m዆m cዚ¿²¯×ኽ¯ኹu ch኶y mà không cኹ¯ዅn phኹn cዜng

dዙng có th዇ ¯ዛዘc dùng ngay bዖዛዕi dùng cuዎi Ví du: Gmail, Outlook

Trang 21

×ዛዟ dዟ liዉu d኶ng tài liዉu chuዑi JSON Các bዒ ዛኼp sዄ có các kích c዗

và nዒǤ¯×ǡዟ liዉu sዄ ¯ዛዘc truy vኸn rኸt nhanh

- ዎ¯ዒኸዓ዆ǡዔዉ኷ዋዓዖዟዉ

ዉǡዟዉ ኸ¯ዛዘዛዒዔ¯዇ዛዘኸ

ወዓØኹ¯ዌዝዐዜǤ

- ዉኸኸዚǤ

Trang 22

11

x мй¯Шǣ

- ዟ ዉ MongoDB Ø ዋ ዒǡ ¯× ወ ኸ ዟ ዉkhi thao tác sai

- ዝዟዉǡዎዒዔǡዟዉ¯ዛዘዛዛዔ኶ዋ¿

×ǡዒዛኼዊ዆ዋዟዉ²ዄ዁኶¿×ኻ¯ዅዝዟዉǤ

Trang 23

12

2.5.2 TIA Portal

TIA Portal (Totally Integration Automatic) là phኹn m዆¯዇ lኼp trình PLC tዝ Siemens Nó tích hዘp bዒ ¯዆u khi዇n, HMI, bዒ ¯዆u khi዇n tዎ¯ዒ ¯ዒዓǡዒ ¯዆u khi዇n vዋ trí vào mዒØዛዕng kዣ thuኼt duy nhኸt

Ngoài ra, vዔዛ኷n phኺm phኹn m዆m quan trዌng nhኸt cዚa tዠ ¯ዒng hóa công nghiዉǡ ñ¯ዅዓ²

¯ዛዕng tiዅn tዔ¯×Ǥ 0ዏng thዕi, nó cho phép tích hዘp các phኹn m዆ዛǣPLCSIM, NX MCD, Process Simulate, SMIT, Plant Simulation, Amesim và các phኹn m዆m thiዅt kዅ mô phውng kዣ thuኼt sዎ khác

Hình 2.7 Giዔi thiዉu TIA Portal

Hình 2.8 Giao diዉn cዚa TIA Portal

Trang 24

- Công cዙ vኼt lý (tính toán và phát tri዇n va ch኶m)

- Âm thanh, mã nguዏn, hình ኷¯ዒng, trí tuዉ nhân t኶o, phân luዏng, t኶o dòng dዟ liዉu xዞ lý, qu኷n lý bዒ nhዔ, dዠng ኷¯ዏ thዋ và kዅt nዎi m኶ng Unity3D hዑ trዘ gኹዛbዒ các n዆n t኷ng tዝ: Windows, Linux, Android, thዅ m኶nh, giúp cho Unity trዖ thành phኹn m዆m lኼp trình game tዎt nhኸt hiዉn nay

Hình 2.9 Giao diዉn Unity Hub 2.4.3

Hình 2.10 Giao diዉn lኼp trình Unity3D

Trang 25

14

2.5.4 Visual Studio IDE

Visual Studio là (IDE Ȃ Integrated Development Environment) mዒt bዒ công

cዙ phát tri዇n phኹn m዆m do Microsoft phát tri዇Ǥñዒt phኹn m዆¯ዛዘc sዞ dዙng bዖi các lኼ¿²¯዇ xây dዠng nêncác s኷n phኺm phኹn m዆m

x ዑዘኼ¿²዆Øዟዛ C/C++, C#, Visual Basic, HTML, CSS, JavaScriptǤ²኷Visual Studio 2019 ×ዐዘØዟ Python

x

x ዑ ዘ ዇ ዜ ዙ ² À ዛǣ MFC, Windows Form, Universal Appǡ ዜ ዙ ¯ዉ ኶ Windows Phone 8/8.1, Windows 10, Android(Xamarin), iOS ዇ website Web Form, ASP.NET MVC ዇ Microsoft Office

Trang 26

Hình 3.1 th዇ hiዉn cኸu trúc vኼt lý cዚa hዉ thዎng SCADA kዅt nዎi theo ki዇u wirearchy

Hình 3.1: Mô hình wirerarchy cዚa hዉ thዎng

Trang 27

- Thành phኹn (6) là Web client ho዁c ዜng dዙng ch኶y trên thiዅt bዋ ¯ዒñ

có th዇ ¯ዐi dዟ liዉ¯ዛዘc vዔi các hዉ thዎ¯዆u khi዇n (1) và hዉ thዎng SCADA (2), thông qua OPC UA Server (3)

- Ngoài ra, ኮng dዙng OPC UA Client ch኶y trên thiዅt bዋ ¯ዒng, sዄ hዑ trዘ thዠc

tዅ £ዛዕng (6) kዅt hዘp vዔዓዖ dዟ liዉu và OPC UA Server (3) ch኶y trên VPS Nó cho phép kዣ ዛኼn hành ki዇m soát các thông sዎ vኼn hành, chዊ sዎ cዚa các thiዅt bዋ trong nhà máy Khi có sዠ cዎ x኷y ra, kዣ ዛ×th዇ dዠ²ዓ

Hình 3.2: SCADA cዚa bên thዜ 3 có th዇ truy cኼp tዝ ¯ዅn các hዉ thዎ¯዆u khi዇n

thông qua OPC UA Server

Trang 28

17

Chi tiዅt v዆ các phኹn m዆¯ዛዘc xây dዠng trong luኼ£ዛ¿͵ǤͶǣኹn m዆¯ዛዘc xây dዠ¯዆ tài

Hình 3.3 Các phኹn m዆¯ዛዘc xây dዠ¯዆ tài

¾ Server: Bao gዏm OPC UA Server, API, Mongo DB cho phép các client (OPC

UA Client, Web) kዅt nዎi, truy዆n dዟ liዉ¯ዅǤ¯×ǡዄ ዛዟ data và Database (Mongo DB)

¾ Client: ኮng dዙng web sዄ liên kዅt vዔØǡî¯዇ hi዇n

thዋ dዟ liዉu, qu኷n lý server OPC UA Client (PLC, Thiዅt bዋ c኷m biዅn, Module IoT) kዅt nዎ¯ዅn s¯዇ truy዆n dዟ liዉu v዆ máy chዚ

3.2 ²ЦЗ

0Яi vеi нng dкng OPC UA Server:

x Xây dዠng máy chዚ cho phép máy khách truy cኼp vào bኾ ¯ዋa chዊ opc.tcp

x Xây dዠng không gian dዟ liዉu, các chዅ ¯ዒ ¯£ኼp (bኸt kü ai ho዁¯£nhኼp bኾng tài kho኷n), công vዙ ki዇m tra chዜng chዊ cዚa máy khách

x Lኼ¿ዓዖ dዟ liዉǡ±ዛዟ và truy xuኸt dዟ liዉu phዙc vዙ cho viዉǡ¯዆u khi዇n

x Cኸ¿²¯ዉ¯Ǥ

Trang 29

18

0Яi vеi нng dкng OPC UA Client:

x Xây dዠng ዜng dዙng web, hi዇n thዋ thông tin cዚa máy chዚ, hi዇n thዋ lዋch sዞ làm viዉc, chዜng chዊ cዚǡ±ዛዕi dùng cኸu hình

Ø¯ዋa chዊ ¯዇ ዛዟ liዉu theo nhu cኹu

x Xây dዠng ዜng dዙng thዠc tዅ ኷£ዛዕng, gዏm các giao diዉn cho OPC UA Client: có kh኷ £ዅt nዎi vዔi OPC UA Server, vዔi các tùy chዌn v዆ b኷o mኼዛǣኼt khኺu, chዜng chዊ, tùy chዌn mã hóa dዟ liዉu và tዠ kዅt nዎi l኶i khi g዁p sዠ cዎ m኶ng

x Lኼp trình nhኼn d኶¯ዋnh chính xác tዌ¯ዒ cዚa QRCode trong thዅ giዔi thዠ ¯዇ hi዇n thዋ ¯ï ¯ï ዋ trí cho tዝng thiዅt bዋ

x Thiዅt kዅ các faceplate cho tዝng thiዅt bዋ ȋ¯ዒng ዓǡ ኷m biዅ ዛዓ ዠ)

ïዛዕi vኼn hành giám sát trዠc quan trên tዝng thiዅt bዋ

0Яi vеi lН¿¯Чu khiШn cho PLC:

x Tìm hi዇u v዆ chዜ£²͹-1500 (Firmware V2.6 trዖ lên)

x Tìm hi዇ዓ¯ዏ phኹn cዜng cዚa mô hình hዉ thዎዓዛዔc bao gዏm: các tín hiዉ ¯ኹu vào, tín hiዉ ¯ኹu ra, cኸu hình hai biዅn tኹn cho viዉ ¯዆u khi዇¯ዒዓ

x Tìm hi዇u v዆ lኼ¿¯዆u khi዇ ¯ዒዓ

Trang 30

x Node-opcuaǣ 0ዛዘc phát tri዇n dዠa trên tính chኸ Ø ¯ዏng bዒ cዚa

Nodejs Cho phép t኶o ra các ዜng dዙng có tính ph኷n hዏi cao

x Ip: Lኸ¯ዋa chዊ cዚa máy chዚ

x Path: ዛዉn cung cኸ¯ዛዕng dኻn khi làm viዉc vዔi tዉp tin ዛዙc

x Os: Cung cኸp thông tin và tiዉÀ²¯ዅn hዉ ¯዆u hành

const opcua = require("node-opcua");

const ip = require("ip");

const os = require("os");

const path = require("path");

Xây dсng các hàm trong server

x Sп dкÀ£: Khai báo hàm bኸ¯ዏng bዒ Nó cho phép:

- ዠ¯ዒዅ¯ዐዒØዛዕዒǤ

Trang 31

x Hàm thêm biЦ¯Ямйng, bao gаm:

- Namespace: Không gian chዜ¯ዎዛዘng

- Objectǣ0ዎዛዘng

- Variable: Biዅn

- OpcuaVariableNodes: Khዖi t኶¯዇m nút cho OPC UA

Chi tiዅ ǲǳ î ¯዇ khዖi t኶ ¯዇m nút cho Opcua Server Mዒ¯዇m nút trong OPC UA bao gዏm các thuዒÀዛǣ²ïǡki዇u dዟ liዉu, giá trዋ ±Ȁ¯ዌc hay không

try {

variable.id = 's=' + object.browseName.name + '.' + variable.name;

const opcuaVariable = namespace.addVariable({

Trang 32

- Port: Cዐ¯ዐi dዟ liዉu

- AlternateHostname ǣ0ዋa chዊ server

opcuaServerOptions.maxConnectionsPerEndpoint = opcuaServerConfig.server.maxConnections PerEndpoint;

Khai báo thông tin cዚa server:

- ApplicationUri: mዒt chuዑi ký tዠ ¯ዛዘc sዞ dዙ¯዇ ¯ዋnh, nhኼn d኶ng server

Trang 33

x Hàm kiШm kiШ²¯£Нp, mНt khЛu:

Hàm này có nhiዉm vዙ ki዇Ø¯£ኼp cዚ×¯ዛዘ¯£

ký t኶ØǤ¯×኷ v዆ giá trዋ ǲǳዚa Opc

const isValidUser = async (email, password, callback) => {

log.info(`OPCUA Client login with username ${email}, password ${password}`);

let check = false;

const user = await getByUserEmail(email);

if (!user) return callback(null, check);

check = user.password === password ? true : false;

return callback(null, check);

}

x Hàm thêm nút cho OPC UA Server

- T኶o danh sách các thuዒc tính cዚ¯ዎዛዘዛǣዎ thዜ tዠ, Sዎ thዜ

tዠ cዚa nút mዂ, tên, giá trዋ

Trang 36

25

меc 2: Xây dсØ¯Ьa chЫ

Khзi tЗØ¯Ьa chЫ và namespace cлa Server

// Build address space

const port = opcuaServerInstance.opcuaServer.endpoints[0].port;

opcuaServerInstance.endpointUrl = "opc.tcp://" + ipAddress + ":" + port;

opcuaServerInstance.externalEndpointUrl = "opc.tcp://" + opcuaServerConfig.server.externalIp Address + ":" + port;

3.3.2 Н¿дзрЪ

ዓዖ dዟ liዉu sዄ ዛtrዟ thông tin v዆:

- Lዋch sዞ phiên làm viዉc

- Thông tin cዚ¯ዎዛዘng

- Thông tin tài kho኷n Server

- Thông tin v዆ giá trዋ cዚa nút

Kዅt qu኷ ዛዟ giá trዋ ¯ዛዘc th዇ hiዉ¿ዛዔi

Trang 37

26

Hình 3.5: Thông tin cዚ¯ዎዛዘng

Hình 3.6: Thông tin phiên làm viዉc

Hình 3.7: Thông tin tài kho኷n cዚa Server

Hình 3.8: Giá trዋ cዚa nút

Tiêu đề	NGHIấN CЏU VÀ PHÁT TRIϺN NϹN TϪ 0 ϼ 0 ǡ 3 І Љ CễNG NGHϼ OPC UA
Tác giả	Lờ Tựng Gia
Người hướng dẫn	TS. Nguyወn Trዌng Tài, TS. Nguyወn Trዌng Tài
Trường học	0ϩI HϿC BÁCH KHOA Ȃ0 -HCM
Chuyên ngành	Kф ThuН– 0‹Чu KhiШn Và Tс 0гng Húa
Thể loại	Lu኎ $ ኈ C
Năm xuất bản	2021
Thành phố	TP. Hኡ CHÍ MINH

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,69 MB