Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Giám sát trạng thái hệ bồn nước dựa trên khoảng cách Mahalanobis

LuұQ YăQ thiӃt kӃ mӝt ӭng dөQJ ÿLӅu khiӇn, giám sát, thu thұp dӳ liӋX ѭӟc Oѭӧng tham sӕ hӋ phi tuyӃn, giám sát và phát hiӋn các bҩWWKѭӡQJÿDQJ[ҧy ra vӟi hӋ phi tuyӃn, TXDÿyJL~SFKRYLӋc giá

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH

BASED ON MAHALANOBIS DISTANCE

Chuyên ngành: Kӻ thuұWÿLӅu khiӇn và Tӵ ÿӝng hóa

Mã sӕ: 8520216

LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ

TP HӖ CHÍ MINH, tháng 1 QăP 2021

&Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA ±Ĉ+4*-HCM

5 Ӫy viên: PGS TS NguyӉn TKDQK3KѭѫQJ

Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có)

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM

I 7Ç1Ĉӄ TÀI: Giám sát trҥng thái hӋ bӗQQѭӟc dӵa trên khoҧng cách Mahalanobis

(Condition monitoring of water tank system based on Mahalonobis distance)

II NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG:

- Tìm hiӇu và ӭng dөng nhұn dҥQJSKѭѫQJWUuQKKӋ bӗQQѭӟFÿӇ phөc vө giám sát

III NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 21/09/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 05/01/2021

i

/Ӡ,&Ҧ0Ѫ1

Sau thӡi gian hӑc tұS GѭӟL PiLWUѭӡng Ĉҥi hӑc Bách Khoa TP Hӗ Chí Minh, ÿѭӧc sӵ truyӅQÿҥt kiӃn thӭFYjJL~Sÿӥ tұn tình tӯ quý thҫy cô Giҧng viên là hành trang quý báu cho sӵ nhұn thӭc và hiӇu biӃt cӫa em ngày hôm nay Em xin ghi nhұn QѫLQj\OzQJELӃWѫQFKkQWKjQKQKҩt

7Uѭӟc tiên, em xin chân thành cҧPѫQWҩt cҧ quý Thҫy Cô thuӝc KRDĈLӋn ±

ĈLӋn Tӱ WUѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa TP Hӗ Chí Minh ÿmWUDQJEӏ cho em nhӳng kiӃn

thӭc quý báu trong suӕt quá trình hӑc tұp tҥLWUѭӡng

CҧPѫQFiFEҥn hӑc viên lӟp cao hӑc Tӵ Ĉӝng Hóa khóa 2018 và các anh lӟp cao hӑc Tӵ Ĉӝng Hóa khóa 2017 ÿm ÿӝng viên và nhiӋW WuQK JL~S ÿӥ em trong quá trình hӑc tұp

Ĉһc biӋt, em xin chân thành cҧPѫQthҫ\7UѭѫQJĈuQK&KkXÿmWұn tình góp ý YjJL~Sÿӥ em trong suӕt quá trình thӵc hiӋQÿӅ WjL(PFNJQJFҧPѫQFiFWiFJLҧ cӫa các tài liӋXPjHPÿmVӱ dөQJÿӇ làm tài liӋu tham khҧo

Cuӕi cùng em gӱi lӡi cҧPѫQÿӃn tҩt cҧ nhӳQJQJѭӡi thân, bҥn bè luôn luôn ӣ bên em và ӫng hӝ em

Vì kiӃn thӭc bҧn thân còn hҥn chӃ, trong quá trình thӵc hiӋn luұQYăQQj\HPkhông tránh khӓi nhӳng sai sót, kính mong nhұQÿѭӧc nhӳng ý kiӃQÿyQJJySWӯ quý thҫy cô

73+&0WKiQJQăP Hӑc viên Cao hӑc 7Ĉ+ Trҫn Trí NguyӉQ7UѭѫQJ

ii

7Ï07Ҳ7/8Ұ19Ă1

Luұn YăQ tұp trung nghiên cӭu giҧi thuұW ѭӟF Oѭӧng tham sӕ hӋ phi tuyӃn và SKѭѫng pháp giám sát trҥng thái hӋ phi tuyӃn dӵa trên khoҧng cách Mahalanobis trong NK{QJJLDQÿDELӃn

LuұQ YăQ thiӃt kӃ mӝt ӭng dөQJ ÿLӅu khiӇn, giám sát, thu thұp dӳ liӋX ѭӟc Oѭӧng tham sӕ hӋ phi tuyӃn, giám sát và phát hiӋn các bҩWWKѭӡQJÿDQJ[ҧy ra vӟi hӋ phi tuyӃn, TXDÿyJL~SFKRYLӋc giám sát, bҧo trì hӋ thӕng dӉ dàng, nhanh chӕQJKѫQLuұQYăQӭng dөng các kiӃn thӭc trong lұSWUuQKÿLӅu khiӇn cho PLC, lұp trình HMI, mҥng truyӅn thông công nghiӋp OPC UA, lұp trình Matlab, thiӃt kӃ ӭng dөng trên Matlab AppDesigner sӁ QrXU}KѫQWURQJFiFSKҫn nӝi dung sau cӫDÿӅ tài

Ngoài ra, trong luұQYăQQj\WiFJLҧ có tham khҧo mӝt sӕ tài liӋu trong và ngoài Qѭӟc, tҩt cҧ ÿӅu có ghi chú cө thӇ

NӃu phát hiӋn có bҩt kǤ gian lұn nào tôi xin chӏu hoàn toàn trách nhiӋm vӅ nӝi dung luұQ YăQ Fӫa mình 7UѭӡQJ Ĉҥi hӑc Bách khoa thành phӕ Hӗ Chí Minh

NK{QJOLrQTXDQÿӃn nhӳng vi phҥm tác quyӅn, bҧn quyӅn do tôi gây ra và trong quá trình thӵc hiӋn (nӃu có)

TP Hӗ Chí Minh, ngày 5 tháng 1 QăP

Trҫn Trí NguyӉQ7UѭѫQJ

v

0Ө&/Ө&

LӠI CҦ0Ѫ1 i

TÓM TҲT LUҰ19Ă1 ii

Abstract iii

LӠ,&$0Ĉ2$1 iv

&KѭѫQJ*,ӞI THIӊU 1

1.1 Tính cҩp thiӃt cӫDÿӅ tài 1

1.2 Mөc tiêu cӫa luұQYăQ 1

1.3 Tәng quan vӅ khoҧng cách Mahalanobis 2

1.4 Cҩu trúc cӫa luұQYăQ 5

&KѭѫQJ &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT 7

2.1 Khoҧng cách Mahalanobis 7

2.2 Khoҧng cách Mahalanobis tұp trung cөc bӝ 8

2.3 Mô hình hӗi qui tuyӃn tính 10

2.4 Cҩu trúc mô hình hӋ phi tuyӃn 11

2.5 ThuұWWRiQÿӋ TXLѭӟFOѭӧng tham sӕ 11

2.6 Siemens TIA Portal 15

2.7 Matlab 17

2.8 OPC 18

&KѭѫQJ7+ӴC HIӊ1Ĉӄ TÀI 20

3.1 Mô hình thӵc nghiӋm 20

3.2 ThiӃt bӏ sӱ dөng trong mô hình thӵc nghiӋm 23

3.2.1 PLC S7-1500 và ET-200SP 23

vi

3.2.2 BiӃn tҫn Altivar 312 25

3.2.3 Cҧm biӃn áp suҩt PG2789 28

0i\EѫP3DQDVRQLF*3-129JXK 29

3.3 Xây dӵng ӭng dөng giám sát tình trҥng hӋ bӗQQѭӟc 30

ĈLӅu khiӇn hӋ bӗQQѭӟc và OPC UA Server 30

3.3.2 LұSWUuQK+0,ÿLӅu khiӇn và giám sát hӋ bӗQQѭӟc 33

3.3.3 KӃt nӕi PLC S7-1500 và Matlab 34

/ѭXWUӳ dӳ liӋu hӋ bӗQQѭӟc vào Database 35

ѬӟFOѭӧQJSKѭѫQJWUuQKKӋ bӗQQѭӟc 39

3.3.6 Khoҧng cách Mahalanobis tiêu chuҭn 43

3.3.7 Áp dөQJNK{QJJLDQ0DKDODQRELVÿӇ giám sát hӋ bӗQQѭӟc 45

&KѭѫQJ.ӂT QUҦ VÀ KӂT LUҰN 49

4.1 KӃt quҧ thӵc hiӋQÿӅ tài 49

ĈӏQKKѭӟng phát triӇn và mӣ rӝQJÿӅ tài 58

&KѭѫQJ7jLOLӋu tham khҧo 59

vii

'$1+6È&++Î1+Ҧ1+

Hình 1- 1 Kho̫ng cách Mahalanobis và kho̫ng cách Euclidean 2

Hình 1- 2 Không gian Mahalanobis th͋ hi͏QW˱˯QJTXDQJLͷa m͡WÿL͋m và vùng phân ph͙i 3

Hình 1- 3 ̪nh g͙c theo màu RGB 3

Hình 1- 4 ̪QKÿ˱ͫc phân cͭm theo màu RGB d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis 4

Hình 1- 5 Hình ̫QKXQJWK˱GDiFWtQKYjOjQKWtQK 4

Hình 1- 6 K͇t qu̫ ÿL͏QWkPÿ͛ (ECG) 4

Hình 1-  ĈiQK JLi N͇t qu̫ x̩ tr͓ XQJ WK˱ WX\͇n tͭy d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis 5

Hình 2-  3K˱˯QJ SKiS JLiP ViW WuQK WU̩ng h͏ th͙ng d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis 9

Hình 2- 6˯ÿ͛ h͏ th͙ng rͥi r̩c 10

Hình 2- 3 Quan h͏ giͷDÿ͙LW˱ͫQJYjP{KuQK˱ͣFO˱ͫng 11

Hình 2- 4 Thu̵WWRiQÿ͏ TXL˱ͣFO˱ͫng tham s͙ 12

Hình 2- 5 Siemens TIA Portal 15

Hình 2- 6 Giao di͏n ph̯n m͉m TIA Portal 16

Hình 2- 7 Giao di͏n ph̯n mêm WinCC 16

Hình 2- 8 Giao di͏n ph̯n m͉m Matlab 17

Hình 2- 9 Giao di͏n ph̯n m͉m Matlab App Designer 18

Hình 2- 10 OPC DCOM và OPC UA 19

Hình 3- 1 M̿WWU˱ͣc cͯa mô hình b͛QQ˱ͣc 21

Hình 3- 2 M̿t sau cͯa mô hình b͛QQ˱ͣc 22

viii

Hình 3- 3DQHOÿL͉u khi͋n cͯa mô hình b͛QQ˱ͣc 23

Hình 3- 4 PLC S7-1500 6ES7 511-1AK01-0AB0 24

Hình 3- 5 Module mͧ r͡ng ET-200SP 25

Hình 3- 6 Bi͇n t̯n Altivar 312 26

Hình 3- 6˯ÿ͛ ḓu dây c̭p ngu͛n và output cho bi͇n t̯n Altivar 312 27

Hình 3- 6˯ÿ͛ ḓXGk\ÿL͉u khi͋n cho bi͇n t̯n Altivar 312 27

Hình 3- 9 C̫m bi͇n áp sṷt PG2789 28

Hình 3- 6˯ÿ͛ ÿ̭u dây tín hi͏u c̫m bi͇n PG2789 29

Hình 3- 110i\E˯P3DQDVRQLF*3-129JXK 29

Hình 3- 12 Ͱng dͭng giám sát h͏ b͛QQ˱ͣc 30

Hình 3- &RGH3/&ÿL͉u khi͋n h͏ b͛QQ˱ͣc 31

Hình 3- 14 Thông s͙ PID h͏ b͛QQ˱ͣc 32

Hình 3- 15 Ki͋PWUDÿL͉u khi͋n PID h͏ b͛QQ˱ͣc 32

Hình 3- 16 Active OPC UA Server trên S7-1500 33

Hình 3- 17 L̵SWUuQK+0,ÿL͉u khi͋n và giám sát h͏ b͛QQ˱ͣc 33

Hình 3- 18 Giao di͏n k͇t n͙i Matlab và mô hình th͹c nghi͏m thông qua OPC UA 34

Hình 3- 19 Giao di͏QÿL͉u khi͋n và giám sát h͏ b͛QQ˱ͣc 35

Hình 3- 20 Giao di͏QO˱XWUͷ dͷ li͏u h͏ b͛QQ˱ͣc vào Database 36

Hình 3- &RGH3/&O˱XGͷ li͏u vào vùng nhͣ n͡i DB 37

Hình 3- 22 Giao di͏n ḽy dͷ li͏u tͳ 'DWDEDVHYj˱ͣFO˱ͫng tham s͙ h͏ b͛QQ˱ͣc 40

Hình 3- 23 Giao di͏n tính kho̫ng cách Mahalanobis 43

Hình 3- Ĉ͓QKQJKƭDQJ˱ͩng giá tr͓ tiêu chu̱n cho kho̫ng cách Mahalanobis 45

ix

Hình 3- 25 Giao di͏n giám sát h͏ b͛QQ˱ͣc khi áp dͭng không gian Mahalanobis 46

Hình 4- 1 Ki͇n trúc h͏ th͙QJÿL͉u khi͋n và giám sát b̭WWK˱ͥng 49

Hình 4- 2 Ki͇n trúc h͏ th͙ng trong lu̵QYăQ 50

Hình 4- 3 K͇t qu̫ ÿL͉u khi͋n PID h͏ b͛QQ˱ͣc 50

Hình 4- 4 Giao di͏Q+0,JLiPViWYjÿL͉u khi͋n h͏ b͛QQ˱ͣc 51

Hình 4- 5 Database h͏ b͛QQ˱ͣc 52

Hình 4- 6 Dͷ li͏u h͏ b͛QQ˱ͣFÿ˱ͫc ḽy tͳ Database 53

Hình 4- 7 Thu̵WWRiQÿ͏ TXL˱ͣFO˱ͫng tham s͙ h͏ b͛QQ˱ͣc 53

Hình 4- ĈiQKJLiWKDPV͙ ˱ͣFO˱ͫQJÿ˱ͫc vͣi dͷ li͏u trong Database 54

Hình 4- ĈiQKJLiWKDPV͙ ˱ͣFO˱ͫQJÿ˱ͫc khi ch̩y realtime mô hình 54

Hình 4- 10 Kho̫ng cách Mahalanobis cho h͏ b͛QQ˱ͣc 55

Hình 4- Ĉ͓QKQJKƭDQJ˱ͩng Mahalanobis tiêu chu̱n cho h͏ b͛QQ˱ͣc 55

Hình 4- 12 Gi̫ l̵p b̭WWK˱ͥng x̫y ra vͣi h͏ b͛QQ˱ͣc 56

Hình 4- 13 Gi̫ l̵p công sṷWE˯PE͓ suy gi̫m theo thͥi gian 57

Hình 4- 14 Giám sát h͏ b͛QQ˱ͣc d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis 57

x

CÁC TӮ VIӂT TҲT

Process Control Chuӛi các thông sӕ kӻ thuұWÿһc biӋWÿӇ WUDRÿәi dӳ liӋu trong tӵ ÿӝng hóa công nghiӋp

truyӅn thông công nghiӋp

bӏ ÿѭӧc sӱ dөng trong ngành công nghiӋp

tӵ ÿӝQJKyDĈѭӧc lұSWUuQKÿӇ ÿLӅu khiӇn máy tӵ ÿӝng

máy xӱ lý sӵ WѭѫQJWiFJLӳDFRQQJѭӡi và máy móc

1

&KѭѫQJ1 *,Ӟ,7+,ӊ8

Phҫn giӟi thiӋu bao gӗm tính cҩp thiӃt, mөc tiêu và cҩu trúc các phҫn trong luұn YăQ&Kӫ ÿӅ cӫa luұQYăQOjWKLӃt kӃ mӝt ӭng dөng ÿLӅu khiӇn, giám sát, thu thұp dӳ liӋuѭӟFOѭӧng tham sӕ hӋ bӗQQѭӟc và phát hiӋn nhӳng bҩWWKѭӡng xҧy ra vӟi hӋ bӗn Qѭӟc dӵa trên khoҧng cách Mahalanobis

7tQKFҩSWKLӃWFӫDÿӅWjL

HiӋn nay, vӟi sӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc, kӻ thuұt và công nghӋ, viӋc áp dөng

hӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa vào quá trình sҧn xuҩt là cҫn thiӃt và cӵc kǤ quan trӑng, nó ÿHPlҥi hiӋu quҧ trong viӋc sҧn xuҩt ÿҧm bҧo chҩW Oѭӧng sҧn phҭm, tiӃt kiӋm thӡi gian, nâng cao tӕLÿDKLӋu suҩt sҧn xuҩt

Tӯ nhӳng lӧL tFK ÿy KӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa gҫQ QKѭ WUӣ thành cӕt lõi cho mӝt nhà máy sҧn xuҩt, nên viӋc duy trì hoҥWÿӝng, phát hiӋn nhӳng sӵ cӕ bҩWWKѭӡng, khҳc phөc sӵ cӕ ngay lұp tӭc, giҧm thӡi gian dӯng hӋ thӕng xuӕng mӭc tӕi thiӇXFNJQJWUӣ thành mӝt nhiӋm vө cӵc kǤ quan trӑng ĈӅ tài luұQYăQÿѭӧFÿһt ra vӟi mong muӕn giám sát trҥng thái và phát hiӋn ngay lұp tӭc nhӳng bҩWWKѭӡng ÿDQJ[ҧy ra vӟi mӝt hӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa mà nhӳQJSKѭѫQJSKiSgiám sát hay cҧm biӃQWK{QJWKѭӡng không OjPÿѭӧc, tӯ ÿyJLҧm tӕi thiӇu thӡi gian dӯng và nâng cao tӕLÿDQkQJVXҩt hoҥWÿӝng cӫa mӝt hӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa

1.2 0өFWLrXFӫDOXұQYăQ

ThiӃt kӃ ӭng dөQJÿLӅu khiӇn, giám sát, thu thұp dӳ liӋuѭӟFOѭӧng tham sӕ và phát hiӋn bҩW WKѭӡng cho hӋ bӗQ Qѭӟc Ӭng dөng chính cӫD ÿӅ tài là giám sát tình trҥng hoҥWÿӝng và phát hiӋQÿѭӧc nhӳng bҩWWKѭӡng xҧy ra vӟi hӋ bӗQQѭӟc mà các SKѭѫQJSKiSÿROѭӡng, cҧm biӃn cә ÿLӇn khó phát hiӋQÿѭӧc, tӯ ÿyJL~SFKRYLӋc sӱa chӳa và bҧo trì hӋ thӕQJÿҥWÿѭӧc hiӋu suҩt cao nhҩt trong thӡi gian ngҳn nhҩt

Mөc tiêu khác là nghiên VkXKѫQYӅ khoҧng cách Mahalanobis ӭng dөng trong phát hiӋn bҩW WKѭӡng hӋ thӕng ÿӗng thӡi xây dӵng kiӃn trúc hӋ thӕQJ ÿLӅu khiӇn và

Mӝt sӵ khác biӋt quan trӑng so vӟi khoҧng cách Euclide (khoҧng cách hình hӑc) là nó xem xét các mӕL WѭѫQJTXDQJLӳa các thuӝc tính trong tұp dӳ liӋX'RÿynӃu ma trұn hiӋS SKѭѫQJ VDL WURQJ NKRҧng cách Mahalanobis là ma trұQ ÿѫQ Yӏ thì khoҧng cách Mahalanobis sӁ trӣ thành khoҧng cách Euclide tiêu chuҭn Khái niӋm ma trұn hiӋSSKѭѫQJVDLWURQJNKRҧng cách Mahalanobis chӍ có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng khi tұp

dӳ liӋX ÿѭӧc phân phӕL EuQK WKѭӡng, nói cách khác, mӛi thuӝc tính trong phân phӕi phҧLOjEuQKWKѭӡng

Hình 1- 1 Kho̫ng cách Mahalanobis và kho̫ng cách Euclidean

4

KӃt quҧ phân cөm hình ҧnh theo màu RGB dӵa trên khoҧng cách Mahalanobis

Hình 1- 4 ̪QKÿ˱ͫc phân cͭm theo màu RGB d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis

- Dӵ ÿRiQWURQJ\Kӑc: khoҧQJFiFK0DKDODQRELVÿѭӧc áp dөQJÿӇ phân tích hình ҧQKXQJWKѭGDFySKҧLOjXQJWKѭGDác tính (khҧ QăQJWӱ vong rҩt cao) hay không

Hình 1- 5 Hình ̫QKXQJWK˱GDiFWtQKYjOjQKWtQK

- 0i\ ÿLӋQ WkP ÿӗ: khoҧng cách Mahalanobis phát hiӋn rӕi loҥn nhӏp tim trong kӃt quҧ ÿLӋn WkPÿӗ (ECG)

Hình 1- 6 K͇t qu̫ ÿL͏QWkPÿ͛ (ECG)

6

FKѭѫQJtrình TIA Portal, Matlab App Designer và giao thӭc OPC UA ÿѭӧc sӱ dөng trong ÿӅ tài FNJQJÿѭӧc giӟi thiӋu trong phҫn lý thuyӃt

Phҫn thӵc hiӋQÿӅ tài bao gӗm giӟi thiӋu vӅ mô hình thӵc nghiӋm, các thiӃt bӏ

sӱ dөng trong mô hình, quá trình thӵc hiӋn ÿӅ tài và kӃt quҧ WKXÿѭӧc

Phҫn kӃt luұn bao gӗPÿiQKJLiNӃt quҧ ÿҥWÿѭӧc, các vҩQÿӅ ÿmJLҧi quyӃt, các vҩQÿӅ còn tӗn tҥLYjKѭӟng phát triӇQÿӅ tài

Các tham sӕ thu thұp tӯ hӋ thӕQJÿDQJKRҥWÿӝng tӕWGQJÿӇ [iF ÿӏnh không JLDQ0DKDODQRELVÿѭӧc ký hiӋu là X i WURQJ ÿyi 1,2, ,m Tham sӕ thӭ i trên dӳ

liӋu thu thұp thӭ j ÿѭӧc ký hiӋu là X ijWURQJÿy j 1,2, ,n'RÿyYHFWRUGӳ liӋu FKR NK{QJJLDQ0DKDODQRELVÿѭӧc ký hiӋu X j WURQJ ÿy j 1,2, ,n, ӣ ÿk\ P Oj Vӕ tham sӕ cӫa hӋ thӕng và n là sӕ dӳ liӋu thu thұp

NӃu các tham sӕ trong hӋ thӕQJFyÿѫQYӏ KD\ÿһFWtQKÿROѭӡng khác nhau thì cҫQ ÿѭӧc chuҭn hóa bҵQJ FiFK FKLD FKR ÿӝ lӋch chuҭn cӫa tham sӕ ÿy &iF JLi WUӏ WUXQJ EuQK Yj ÿӝ lӋch chuҭn nà\ ÿѭӧc tính tӯ tұp hӧp dӳ liӋu thu thұS ÿѭӧc khi hӋ thӕQJÿDQJKRҥWÿӝng tӕW'RÿyFiFJLiWUӏ ÿѭӧc tiêu chuҭn hóa là:

ij ij

1, 2, , 1, 2, ,

i i

1 ij

n T

j j j

sӕ hӑc cӫa tұp hӧp các mүu dӳ liӋu tiêu chuҭn:

Vӟi x là giá trӏ trung bình sӕ hӑc cӫa tұp dӳ liӋu chuҭn

ĈӏQKQJKƭDPӝt vector v ÿѭӧc chӑn trong không gian m chiӅu làm tâm cӫa ma trұn hiӋSSKѭѫQJVDLNKLÿyv sӁ thay thӃ x ÿӇ thӇ hiӋQÿѭӧc sӵ cô lұp cӫa mүu dӳ liӋu tӕWKѫQGRÿyPDWUұn WѭѫQJTXDQC sӁ ÿѭӧFWtQKWKHRFiFKQKѭVDX

9

Vector v ÿѭӧc thay thӃ bҵng mӝt mүu dӳ liӋu v j WURQJÿy j 1,2, ,n, vӟi v j

ÿѭӧFFRLQKѭOjWkPWLrXFKXҭn cho mӛi dӳ liӋu trong không gian 0DKDODQRELVGRÿykhoҧng cách Mahalanobis trung tâm cөc bӝ ÿѭӧFWtQKQKѭVDX

Hình 2- 13K˱˯QJSKiSJLiPViWWuQKWU̩ng h͏ th͙ng d͹a trên kho̫ng cách Mahalanobis

- Vector hӗi qui M( ) [k y k( 1) y k( n) u k( 1) (u km)]T

Quan hӋ vào ra cӫDÿӕLWѭӧng có thӇ viӃt lҥLGѭӟi dҥng:

1

Ö N ( ) T( ) N ( ) ( )N

7URQJÿӅ tài này, chӑQSKѭѫQJSKiSGӵ báo tín hiӋu ra cӫa hӋ phi tuyӃn bҵng bӝ

dӵ báo hӗi qui tuyӃQWtQK9uÿmELӃt dҥQJSKѭѫQJWUuQKFӫa hӋ bӗQQѭӟc nên ta có thӇ chӑn các phҫn tӱ phi tuyӃn cho vector hӗi quy và vector tham sӕ QKѭVDX

ViӋc tính toán tham sӕ mô hình trӵc tuyӃn phҧLÿѭӧc thӵc hiӋn sao cho viӋc xӱ

lý dӳ liӋXÿRWҥi mӛi thӡLÿLӇm lҩy mүu phҧi chҳc chҳn hoàn tҩt trong khoҧng thӡi gian nhӓ KѫQFKXNǤ lҩy mүu VӟLVѫÿӗ ѭӟFOѭӧQJEuQKSKѭѫQJWӕi thiӇu:

12

Hình 2- 4 Thu̵WWRiQÿ͏ TXL˱ͣFO˱ͫng tham s͙

Chӑn chӍ WLrXѭӟFOѭӧQJEuQKSKѭѫQJWӕi thiӇu có trӑng sӕ:

2 2

Ö( , ) ( ) ( ) ( , ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( 1) ( ) ( )

14

1

1 1 1

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( 1) ( ) ( )

Ö( ) ( ) ( ) ( ) ( 1) ( ) ( )

( 1) ( )( )

15

2.6 Siemens TIA Portal

Siemens TIA Portal là mӝt phҫn mӅm mӟi nhҩt ÿӃn tӯ Siemens TIA là tên viӃt tҳt cӫa Totally Integration Automatic TIA Portal tích hӧp lұp trình bӝ ÿLӅu khiӇn PLC, thiӃt bӏ giám sát HMI, hӋ thӕng giám sát tәng thӇ 6&$'$ ÿLӅu khiӇn chuyӇQ ÿӝng Drives, cҩu hình biӃn tҫn và cҧm biӃQÿӃn tӯ Siemens và cung cҩSP{LWUѭӡng giҧ lұp thiӃt bӏ hӛ trӧ cho bӝ phұn phát triӇn hӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa vào mӝW P{L WUѭӡng kӻ thuұt duy nhҩt

Hình 2- 5 Siemens TIA Portal

Giao diӋn cӫa TIA Portal ÿѭӧc thiӃt kӃ thân thiӋn vӟLQJѭӡi sӱ dөng, tích hӧp ÿҫ\ ÿӫ các chӭF QăQJ Fҫn thiӃt cho mӝW QJѭӡi phát triӇn hӋ thӕng Phҫn mӅm TIA Portal hӛ trӧ ÿҫ\ÿӫ các ngôn ngӳ lұp trình cho PLCFiFWKѭYLӋn truyӅn thông, các module IO, drive« tích hӧp chung vӟi PLC S7

16

Hình 2- 6 Giao di͏n ph̯n m͉m TIA Portal

WinCC (Window Control Center) là mӝt phҫn mӅm thiӃt kӃ và lұp trình HMI, SCADA thuӝc TIA Portal cӫa Siemens WinCC hӛ trӧ giao diӋn, chuҭn kӃt nӕL WKѭviӋQÿӕLWѭӧng và kiӃn trúc lұp trình thân thiӋn vӟLQJѭӡi lұp trình

Hình 2- 7 Giao di͏n ph̯n mêm WinCC

17

2.7 Matlab

Matlab là phҫn mӅm cung cҩS P{L WUѭӡng tính toán và lұp trình, do công ty MathWorks thiӃt kӃ Matlab cho phép tính toán sӕ vӟi ma trұn, vӁ ÿӗ thӏ hàm sӕ và biӇX ÿӗ thông tin, thӵc hiӋn thuұt toán, tҥo các giao diӋQ QJѭӡi dùng và liên kӃt vӟi nhӳQJ FKѭѫQJ Wrình máy tính viӃt trên nhiӅu ngôn ngӳ lұp trình khác VӟL WKѭ YLӋn Toolbox, matlab cho phép mô phӓng tính toán, thӵc nghiӋm nhiӅu mô hình trong thӵc

tӃ và kӻ thuұt

Trong kӻ thuұt tӵ ÿӝQJ KyD Yj ÿLӅu khiӇn, phҫn mӅm Simulink tӯ Matlab WKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ mô phӓng các quy trình và tҥo ra các thuұt toán ViӋc tích hӧp hàm chӭFQăQJILOHP YjRP{KuQK6LPXOLQNFKRSKpS[iFWKӵc và vұn hành ҧo các giҧi pháp chҥy trên bӝ ÿLӅu khiӇn (có thӇ là PLC.v v ) trong bӕi cҧnh quy trình

mô phӓng trong Simulink

Hình 2- 8 Giao di͏n ph̯n m͉m Matlab

Matlab App Designer cung cҩS P{L WUѭӡng thiӃt kӃ ӭng dөng chuyên nghiӋp, thuұn tiӋn trong viӋc thao tác vӟLFiFÿӕLWѭӧng (nút nhҩn, biӇXÿӗ« YjVӵ kiӋn trong ӭng dөng App Designer tích hӧp hai nhiӋm chính cӫa xây dӵng ӭng dөng ± thiӃt kӃ

18

giao diӋQQJѭӡi dùng và lұp trình ӭng dөQJĈk\OjP{LWUѭӡQJÿѭӧFÿӅ xuҩWÿӇ xây dӵng mӝt ӭng dөng trong Matlab

Hình 2- 9 Giao di͏n ph̯n m͉m Matlab App Designer

Trong luұQ Yăn này chӑn sӱ dөQJ 0DWODE $SS 'HVLJQHU ÿӇ thiӃt kӃ ӭng dөng kӃt nӕi, ÿLӅu khiӇn, giám sát, thu thұp dӳ liӋX ѭӟF Oѭӧng tham sӕ và phát hiӋn bҩt WKѭӡng cho hӋ bӗQ Qѭӟc Vì sӵ hӛ trӧ tӕt cӫa Matlab trong kӃt nӕL 23& FNJQJ QKѭtrong viӋc tính toán ma trұn cho viӋFѭӟFOѭӧng tham sӕ và khoҧng cách Mahalanobis

ÿӇ giám sát tình trҥng hӋ bӗQQѭӟc

2.8 OPC

OPC là mӝt tiêu chuҭn giao diӋn phҫn mӅP FKR SKpS FiF FKѭѫQJ WUuQKWindows giao tiӃp vӟi các thiӃt bӏ phҫn cӭng công nghiӋS23&ÿѭӧc thӵc hiӋn trong các server/client OPC Server là mӝW FKѭѫQJ WUuQK SKҫn mӅm chuyӇQ ÿәi giao thӭc truyӅn thông trong phҫn cӭQJÿѭӧc sӱ dөng bӣi PLC thành giao thӭc OPC Phҫn mӅm OPC Client là bҩt kǤ FKѭѫQJWUuQKQjRFҫn kӃt nӕi vӟi phҫn cӭng, chҷng hҥQQKѭ+0,OPC Client sӱ dөQJ23&6HUYHUÿӇ lҩy dӳ liӋu hoһc gӱi lӋQKÿӃn phҫn cӭng

19

OPC là mӝt tiêu chuҭn mӣFyQJKƭDOjFKLSKtWKҩSKѫQFKRFiFQKjVҧn xuҩt và nhiӅu tùy chӑQKѫQFKRQJѭӡi dùng Các nhà sҧn xuҩt phҫn cӭng chӍ cҫn cung cҩp mӝt máy chӫ OPC duy nhҩt cho các thiӃt bӏ cӫa hӑ ÿӇ giao tiӃp vӟi bҩt kǤ OPC Client nào Các nhà cung cҩp phҫn mӅm chӍ ÿѫQJLҧn bao gӗm các khҧ QăQJFӫa OPC Client trong các sҧn phҭm cӫa hӑ và chúng trӣ QrQWѭѫQJWKtFKQJD\Oұp tӭc vӟi hàng ngàn thiӃt bӏ phҫn cӭng

Có nhiӅu loҥi kӃt nӕi OPC khác QKDX1KѭOj

+ KӃt nӕi Server-&OLHQWÿLӇn hình chӍ vӟi mӝt PC

+ KӃt nӕi OPC Client vӟi nhiӅu OPC Server

+ KӃt nӕi OPC Client vӟi OPC Server qua mҥng

+ KӃt nӕi OPC Server vӟL23&6HUYHUNKiFÿӇ chia sҿ dӳ liӋu

OPC UA là mӝt thӃ hӋ mӟi cӫa OPC Sӵ khác biӋWÿiQJNӇ nhҩt giӳa OPC cә ÿLӇn và OPC UA là:

+ Cho phép sӱ dөng OPC trên bҩt kǤ hӋ ÿLӅu hành FNJQJQKѭWKLӃt bӏ nào + Thay thӃ giao tiӃp DCOM bҵng TCP/IP, HTTPS và SOAP

Hình 2- 10 OPC DCOM và OPC UA

20

&KѭѫQJ3 7+Ӵ&+,ӊ1Ĉӄ7¬,

ĈӅ tài chӑn mô hình bӗQQѭӟc làm mô hình thӵc nghiӋPÿӇ kiӇm chӭng giҧi thuұWѭӟFOѭӧng tham sӕ hӋ phi tuyӃQSKѭѫQJSKiSJLiPViWWuQK WUҥng và phát hiӋn bҩWWKѭӡng hӋ thӕng dӵa trên khoҧng cách Mahalanobis

Mô hình bӗQQѭӟFÿѭӧc làm mӟi hoàn toàn vӟi sӵ hӛ trӧ thiӃt bӏ tӯ phòng Lab

bӝ môn Kӻ thuұWÿLӅu khiӇn và tӵ ÿӝQJKyDNKRDĈLӋn ± ÿLӋn tӱ WUѭӡQJĈҥi hӑc Bách khoa TPHCM

3.1 0{KuQKWKӵFQJKLӋP

Cҩu trúc mô hình thӵc nghiӋm bao gӗm:

- %ѫP Qѭӟc Panasonic 125W ÿѭӧF ÿLӅu khiӇn bҵng biӃn tҫn Altivar 312 và PLC S7-1500

21

Hình 3- 1 M̿WWU˱ͣc cͯa mô hình b͛QQ˱ͣc

HӋ thӕQJÿLӅu khiӇn mӵFQѭӟFÿѭӧc vұn hành trên bӝ ÿLӅu khiӇn chính là PLC S7-1500 vӟi thuұt toán PID, kӃt hӧp vӟi cҧm biӃn áp suҩt ± TXLÿәLWѭѫQJÿѭѫQJYӟi mӵFQѭӟc trong bӗn ThuұQWRiQÿLӅu khiӇn mӵFQѭӟc ÿѭӧc viӃt trên PLC và Matlab

22

App kӃt nӕi vӟL3/&WK{QJTXD23&8$ÿӇ thu thұp dӳ liӋu: mӵFQѭӟc, tӕFÿӝ EѫPOѭXWUӳ vào Database Tӯ ÿyWKXұn tiӋn cho viӋc nhұn dҥQJSKѭѫQJWUuQKKӋ bӗQQѭӟc vӟi dӳ liӋX ÿm WKX WKұS ÿѭӧc, tính khoҧng cách Mahalanobis và áp dөng vào hӋ bӗn QѭӟFÿӇ giám sát tình trҥng hoҥWÿӝng cӫa hӋ bӗQQѭӟc

Hình 3- 2 M̿t sau cͯa mô hình b͛QQ˱ͣc

HiӋn nay trên thӏ WUѭӡng có rҩWGzQJ3/&QKѭ6LHPHQV5RFNZHOO0LWVXELVKLSchneidHU«Yӟi nhӳng lӧi thӃ riêng biӋt tӯ mӛLKmQJFNJQJQKѭVӵ nâng cҩp trên các GzQJ3/&ĈLӅXÿyPDQJOҥi tính linh hoҥWFNJQJQKѭQkQJFDRNKҧ QăQJ[ӱ OêÿLӅu khiӇn hӋ thӕng tӵ ÿӝng hóa