Iot trong thiết kế, chế tạo mạng cảm biến không dây thu thập và giám sát thông số tại nhà máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN QUÝ AN IOT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY THU THẬP VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ TẠI NHÀ MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN QUÝ AN IOT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY THU THẬP VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ TẠI NHÀ MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Kỹ thuật điều khiển tự động hóa NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ MINH THÙY Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt đƣợc Luận Văn nghiên cứu đƣợc hƣớng dẫn Giáo Viên Hƣớng Dẫn nhóm nghiên cứu thời gian thực Những trích dẫn, thông tin tham chiếu đƣợc ghi rõ tài liệu tham khảo Nếu kết phát đƣợc chép kết Tài liệu tham chiếu khác tơi hồn tồn chịu trách nhiệm nhận kỷ luật trƣớc hội đồng Học Viên Nguyễn Quý An i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ v LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ IOT 1.1 Khái niệm tổng quan công nghệ 1 Mạng cảm biến không dây .5 1.1.2 WSN IoT 2 Phân loại ứng dụng 10 1.2.1 Cấu trúc WSN- IOT 11 1.2.2 Giao thức WSN- IOT 13 1.3 Tình hình ứng dụng IOT/ WSN giới 15 1.4 CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG IOT-WSN 17 1.4.1 IOT tòa nhà .18 1.4.2 Tự động hóa thiết bị dân dụng, hộ .19 1.4.3 IOT-WSN vận tải 19 1.4.4 IOT-WSN đô thị .20 1.4.5 IOT y tế 20 1.4 IOT-WSN lƣợng, sản xuất 21 CHƢƠNG – HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG SỐ TRONG NHÀ MÁY, DẠNG IOT- WSN ĐÃ TRIỂN KHAI 22 Hệ thống giám sát trình bảo dƣỡng nhà máy Piaggio 22 ii 1.1 Mô tả hệ thống 22 1.2 Hiệu chỉnh hệ thống 27 2 Phân tích hệ thống 29 2.3 MẠCH NGUYÊN LÝ .32 2.3.1 Thiết kế hệ thống nút cảm biến không dây- IOT .32 2.3.2 Thiết kế phần mềm 34 2.4 Kết quả, triển vọng khó khăn 39 2.4.1 Lợi ích 39 2.4.2 Khó khăn, hạn chế 39 2.4.3 Triển vọng 40 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Số lƣợng cảm biến dây chuyền .23 Bảng 2: Địa ô nhớ bù (Offset) .27 Bảng 3: Thuật toán bù sai số phần mềm 28 Bảng 4: Các loại hóa chất 30 Bảng 5: Các tham số cần điều chỉnh, cách điều chỉnh: (Nguồn: ATP) 30 Bảng 6: Các tham số cần điều chỉnh, cách điều chỉnh (Nguồn: ATP) 31 Bảng 7: Các tham số cần điều chỉnh, cách điều chỉnh (Nguồn: ATP) 31 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu tạo IOT cảm biến thơng minh .5 Hình 2: Ảnh minh họa IOT Hình 3: Cấu trúc WSN-IOT Hình 4: Mơ hình WSN-IOT Hình 5: Các lớp liệu mạng WSN Hình 6: Phân loại giao thức WSN Hình 7: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng (định tuyến động) 11 Hình 8: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng (định tuyến tĩnh) .11 Hình 9: Cấu trúc mơ hình IOT 12 Hình 10: Cấu trúc lớp mạng 13 Hình 11: Minh họa MQTT .14 Hình 12: So sánh công nghệ truyền không dây Error! Bookmark not defined Bảng 13: Thị trƣờng sensor thông minh công nghiệp 15 Bảng 14: Thị trƣờng sensor thông minh công nghiệp 16 Hình 15: Các giai đoạn phát triển truyền tải liệu 17 Hình 16: Lĩnh vực ứng dụng IOT 18 Hình 17: IOT tịa nhà thơng minh (Smart Building) 18 Hình 18: IOT hộ thông minh (Smart Home) 19 Hình 19: IOT giao thơng thơng minh (Smart Transport) .19 Hình 20: IOT thành phố thông minh (smart city) 20 Hình 21: IOT y tế thơng minh (Smart Healthcare) 21 Hình 22: IOT nhà máy thông minh (smart factory) .21 v Hình 23: Phân xƣởng lắp ráp- Piaggio Vietnam 24 Hình 24: Phân xƣởng Sơn/ cặn sơn- Piaggio Vietnam 25 Hình 25: Phân xƣởng Sơn/ cặn sơn- Piaggio Vietnam 26 Hình 26: Phân xƣởng hàn- Piaggio Vietnam 26 Hình 27: Một số hình ảnh Node mạng thiết kế 34 vi LỜI MỞ ĐẦU Trong nhà máy truyền thống nhƣ đại, hai yếu tố (xét tự động hóa) đầu vào đầu Trong đầu vào gọi chung cảm biến (lấy liệu đo, trạng thái…), đầu cấu chấp hành (van, động cơ, đóng cắt…) Việc phát triển công nghệ dựa tảng chất lƣợng đầu vào, thuật toán quan hệ vào-ra, chất lƣợng điều khiển đầu theo đầu vào Chất lƣợng tín hiệu vào-ra đƣợc phát triển từ nhiều năm, việc xử lý phần cứng đạt đến mức bão hịa định Vì để có bƣớc nhảy công nghệ, đa phần phát triển theo hƣớng phần mềm, dựa vào nâng cao chất lƣợng thuật toán quản lý vào-ra sở liệu thu thập đƣợc Hiệu hiệu suất công việc không phụ thuộc vào độ đại thiết bị máy móc, mà hệ thống liên hệ thống Và giá trị hệ thống tăng lên nhiều lần có đồng bộ, tối ƣu thiết bị ngƣời Việc kết nối thiết bị, liệu ngƣời thành hệ thống nhằm tối ƣu khơng phạm vi hệ thống, mà cịn nhiều hệ thống thiết bị kết hợp với “hệ thống đặc biệt” ngƣời Vì thế, IOT đƣợc lựa chọn nhƣ giải pháp công nghệ tƣơng lai Bố cục luận văn có phần: Chƣơng I: - Giới thiệu mạng cảm biến không dây (WSN- Wireless Sensor Network), tảng IOT (Internet of Things) - Các ứng dụng hệ thống mạng cảm biến không dây tảng IOT (WSNIOT) Chƣơng II: - Hệ thống mạng cảm biến không dây tảng IOT triển khai - Phần cứng, phần mềm, giao diện ngƣời dùng Cuối kết luận, nhận định định hƣớng phát triển khả mở rộng ứng dụng thực tế cho đề tài Trong q trình nghiên cứu tơi thƣờng xuyên trao đổi đƣợc giúp đỡ nhiều từ: - Tiến sĩ Lê Minh Thùy - môn KTĐ-THCN, trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội - Nhóm MOSWI- phịng RF3I Lab– mơn KTĐ-THCN, trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội (Các thành viên) - Phòng kỹ thuật R&D công ty CP Xúc tiến công nghệ ATP (Các đồng nghiệp) Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ cộng tác ngƣời thời gian qua! BẮT ĐẦU Kết đo VA M=0 N=0 VA16 Cảnh báo: Nhiệtđộthấp (VA-16)>1 VA=VA+K[N] (VA-16)>2 VA=VA+K[N+1] VA=VA-2 N=N+1 K=K+1 VA>16 KẾT THÚC Bảng 3: Thuật toán bù sai số phần mềm 28 - Phần nhiệt độ nƣớc: (theo nguyên lý hiệu chỉnh trên) - Phần nồng độ khí CO: (theo nguyên lý hiệu chỉnh trên) - Phần độ ẩm: (theo nguyên lý hiệu chỉnh trên) - Phần pH: (theo nguyên lý hiệu chỉnh trên) Nhƣ vậy, việc đo hiệu chỉnh để đạt độ xác cao nhiều, phần mềm mà không cần tác động vào phần cứng, thiết bị Điều kiện phần cứng đƣa đƣợc giá trị đo ổn định (độ lặp lại phép đo) Sau đó, kết đƣợc phân tích để đƣa (nội suy) chất lƣợng, trạng thái hoạt động hệ thống, đƣa hành động cần có Đƣa ví dụ hệ thống xử lý cặn sơn Các thuật tốn phần mềm IOT giải nhiều vấn đề giới hạn phần cứng, cách nhanh chóng dễ dàng Đó chức chính: - Hiệu chỉnh, bù sai số - Lọc nhiễu, xử lý liệu - Tính tốn nội suy, phân tích kết để đánh giá đối tƣợng - Đƣa hành động (Action) phù hợp - Tự động diều chỉnh hệ thống Đó có lẽ ƣu điểm mạnh phần mềm, IOT 2 Phân tích hệ thống Tác giả tiến hành nghiên cứu áp dụng vào đánh giá, giám sát thông số dây chuyền xử lý cặn sơn, phục vụ cho hạng mục bảo dƣỡng dây chuyền xử lý cặn sơn, hỗ trợ phận sản xuất vận hành phân xƣởng sơn Trong phân xƣởng, hóa chất thành phần chính, đối tƣợng tác động lớn đến chất lƣợng hệ thống Có loại hóa chất chính, theo bảng nhƣ sau: 29 STT Tên hóa chất Detackier BC4205NP Floculant BCTL2200 Addittive PAOA10 PH adjuster PH adjuster Biocide MZD7331 Bảng 4: Các loại hóa chất Các hóa chất cần cho vào thƣờng xuyên, để điều chỉnh, trì hoạt động hệ thống Trƣớc đây, hệ thống chủ yếu vận hành thủ công Các số liệu đo điều chỉnh đƣợc đƣa báo cáo, từ nhân viên đƣa mức hóa chất bổ sung ngày Độ trễ đại lƣợng cao, ngày, tuần Cụ thể nhƣ bảng dƣới đây: Các thông số cần điều chỉnh: (Nguồn: ATP) Đơn STT Hạng mục vị Dải đo Phương pháp Tần suất pH - 8÷9 Máy đo PH Hằng ngày Độ nhớt NTU