MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 8 hệ THỐNG IOT CÔNG NGHIỆP

Tăng lưu lượng dữ liệu Thu thập và giám sát dữ liệu từ cấp độ tự động hóa Tăng cường hiệu suất Yêu cầu tính năng thông minh ở cấp độ trường nhằm tiền xử lý và xử lý dữ liệu ứng dụng các

MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

NGHIỆP

1 Giới thiệu chung

3 Giới thiệu về Node-red

4 IOT2040 thu thập dữ liệu từ bộ điều khiển S7 1200

Giới thiệu

chung

Tăng lưu lượng dữ liệu

Thu thập và giám sát dữ liệu từ

cấp độ tự động hóa

Tăng cường hiệu suất

Yêu cầu tính năng thông minh ở cấp độ

trường nhằm tiền xử lý và xử lý dữ liệu

ứng dụng các tiêu chuẩn mở

Yêu cầu các ngôn ngữ lập trình bậc cao

và giao diện tiêu chuẩn

Các giải pháp trên nền tảng Cloud

luồng dữ liệu từ/đến cấp độ trường

tới cloud bằng thiết bị bổ sung

Tăng cường ảnh hường CNTT

Yêu cầu giám sát từ xa

và các tính năng phân tích

Tăng cường nhiều tính năng

so với bo mạch điện tử tiêu chuẩn

SIMATIC IOT2040:

Gateway thông minh cho loT công nghiệp

Tảng cường nhiều tính năng

so vơi SIMATIC IOT2040

sBa Education

FPT POLYTECHNIC

CHUNG

Tính năng nâng cao:

Mờ rộng với ARDUINO và mPCIe

minh kết nối cấp độ trường đến cấp độ IT/cloud

sBa Education

FPT POLYTECHNIC

CHUNG

Tập trung và thu thập dữ liệu sản xuất thích hợp từ nhiều nguồn

Kết nối linh hoạt đến cảm biến/thiết bị chấp hành thông qua giao tiếp nối tiếp,

Ethernet hoặc Arduino shields Truyền thông với PLCs, biến tần và

Chuyển đổi giao thức/kiểm soát tiền xử lý lập trình

Tổng hợp dữ liệu, chuyển đổi nhiều giao thức truyền thông khác nhau

và tiền xử lý lập trình bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao, ví dụ Java, C++

Giám sát sản xuất, phân tích và tối ưu hóa

Phân tích trên nền tảng đám mây để phát hiện tiềm năng tối ưu hóa

ứng dụng đám mây

Dữ liệu được chuyển đổi có thể truyền đến các hệ thống CNTT/ giải pháp đám

Trích xuất dữ liệu từ hệ thống truyền thống và

hệ thống mới thông qua Siemens S7-Connection w Node-Red

và C++ Library Snap7

• OPC UA Client w Node-Red

• Tích hợp mờ rộng 1/0 shield vời Node-Red

và C++

Secure data transter

to IT- and cloud

Q Secure transter tosuperordinate IT Systems

Monitoring, evaluation,and optimừation ofproductìon in the doud

• Data Acquisition and Transíer

to Microsott Azure Cloud

Nén dữ liệu, xử lý, trực quan hóa

và lưu trữ trên IOT2000

• Datapoint Lonq-Time Storaqe with SQL Database in C++

• Connection to external Database via Node-Red and C++ để lưu trữ dữ liệu thu thập được

• Visualize process- and System data with Apachẹ VVebserver

và VVebserver Application

Collection and compression

of relevant production datafrom diííerent sources

Conversion to requiredprotocol

• Predictive Maintenance usinq IBM BluemixCloud

• Transíerring data to 3rd party clouds vía open standards e.q MQTT

41414MM4141 ’4MM'4ioi*ir «4«4i*’4ir»4«4ti4i»i»«f« »410141 11«M'4I II1IKM’400' 11144« 11140M4«I*4«40014M* * ‘MOI11 «444441 tltlltt OltMHMO'0'H , 0'0'01»>«»«0'0101M»' «41014111 «44141111 «1*44 «400111404« 11 loooont* 414001404«' »mi 11 «44040« 1101400

© lii- an ĩ lim

Câu chuyện thành công

• Gateway cho Công nghiệp 4.0 bao gồm chuyển đồi giao thức,trực quan hóa webserver, kết nối cloud và thông báo email

• Đo đếm năng lượng với Sentron PAC2200

• Điều khiển Led 7 đoạn hiển thị KPI ca sản xuất trong công xưởng

• Server máy in trên IOT2000

forum

của Siemens

Chuyển đổi giao thức

Snap7 C++ Lìbrary

• Access ìnput pìns, User button and

multi-colour User LED from node-red

Node-Red on IQT2000

Kế nối Cloud

transter to Microsott Azure

example with IBM Bluemix

to Cloud/IT Via MQTT

ứng dụng VVebserver

for IQT2000

và analog input và userbutton, cài đặt ditigal output và userled

• How to create shared lìbrarìes (.so fìles)

sockets with IQT2000

1/0 Module in several lanquages

• IQT2040 in private Buildìnq

1 G IỚI THIỆU CHUNG

Hướng dẫn bắt đầu

Hướng dẫn bắt đầu (Getting started) và xây dựng để khởi động phát triển ứng dụng IOT2000

driver để debug lỗi

Linux Eclipse IDE)

SIMATIC IQT2000 Online Forum

> I > w

Industry Online Support

SIEMENS

PHMud tucpcr I Ị ử » "Ađot

Tải Ảnh cơ sở (Base Image)

Link truy cập vào diễn đàn

Nội dung ban đầu do Siemens cung cấp

Nội dung khác được cung cấp bởi cộng đồng IOT2ỮOO và Siemens

1 G IỚI THIỆU CHUNG

thống ERP/IT hoặc ứng dụng cloud vào khu vực sản xuất

dữ liệu dọc từ công xưởng đến cloud

xuất, ví dụ như tốc độ hay số giờ vận hành nhằm xác định khoảng thời gian bảo trì tốt nhất

cắt giảm mức tồn kho tối thiều của hàng hóa

trong môi trường công nghiệp

Khả năng mở rộng và kết nối

Nhờ vào mPCIe, mô đun 10 được công nghiệp hóa

và nhiều giao diện và giao thức tiêu chuẩn

Intel Quark® CPU và 1 GB RAM cũng như

x86-deterministic (thuật toán tất định - hỗ trợ định thời)

và pin đệm dự phòng cho đồng hồ thời gian thực

Tính mờ

Lập trình tự do với các ngôn ngữ lập trình bậc cao

(v.d Java, C++) thông qua nhiều IDEs khác nhau

(v.d Eclipse) và các bộ biên dịch cho Yocto Linux

Automat on.c nnec ed

Dễ dàng kết nối cấp độ tự động hóa

với PROFINET1) và mở rộng dễ dàng

với các giải pháp dựa trên nền tảng cloud

-Tính linh hoạt để kết nối các nguồn dữ liệu khác nhau

Connectivity Tính năng/Chức năng Lợi ích

của Arduino Hiện thực hóa các khái niệm truyền thông di động

Nhiều khả năng kết nối với các hệ thống cũ, cảm biến và các mạng truyền thông khác nhau

Mở rộng mPCĨe

Mở rộng Arduino

Vỏ ngoài

SIMATIC IOT2000

10 module

Intel Quark®

chứng nhận bởi Siemens hoặc với các Arduino shields để kết nối 10/cảm biến Khe mPCIe phù hợp với giao tiếp theo chuẩn radio ví dụ như WLAN hay LTE

2 cổng Ethernet độc lập

2 cổng nối tiếp (RS232/422/485)

Hiệu năng và tất định

Cấp công nghiệp

hợp, chuyển đổi và truyền thông dữ liệu nhiều giao thức

phân tích dữ liệu

trường công nghiệp

Pin đệm cho đồng

hồ thời gian thực

Intel Quark®X1020 CPU

và 1 GB RAM Tính năng bảo mật, ví dụ secure boot Pin đệm cho đồng hồ thời gian thực Thiết kế và linh kiện công nghiệp

Tiêu thụ điện năng thấp và tất định

Openness Tính năng/chức năng Lợi ích

Nođô RLD ts a tool tof wnng toợẽthot harđMTMO devKGS.

APis and Online Services n new and mteresting ways

Có thể thực thi trên máy tính mini

(IOT2000,

Raspberry Pi) hoặc đám mây(IBM

Bluemix,

Amazon Web Services, Microsoít Azure)

Sử dụng trình biên soạn thông qua trình

home blog documer

• Liên kết nội các nguồn và mạng

truyền thông khác nhau

• Xử lý trước / thu thập dữ liệu với

SIMATIC IOT2040 và truyền dữ liệu

vào mạng công ty hoặc trực tiếp

CHUNG

pin đệm thời đồng hồ thời gian thực, vvatchdog

Nguồn cấp cho IOT2040

Tạo Ảnh (Image) cụ thể

Poky

bởi dự án Yocto Linux

Phần mềm - bên thứ 3

Môi trường phát triển và các ngôn ngữ lập trình

EPT^YTECHNIC 2 P HẦN CỨNG VÀ CÀI ĐẶT CẤU HÌNH CHO S IMATIC

IOT2040

Mặt trên Mặt dưới

8 Nơi để khóa nắp thiết bị

1 4 lỗ để gắn chấu treo tường

2 Nơi lắp ăng-ten cho module mPCIe

3 Điểm đấu nối nguồn (24VDC)

4 2 cổng COM (RS232/422/485)

5 Dãy đèn LED báo tín hiệu Mainboard

6 Nắp bên trái

7 Nắp bên phải

Digital outputs 2x DO

Type Transistor

Electrical isolation Yes

Short-circuit protection Yes, 1A

Analog inputs 2x AI (0 10 V or 0 20 mA can beselected) Resolution 9-bit

♦ Cài đặt OS Image cho IOT2040

Siemens cung cấp sẵn 1 os Image cho dòng SIMATIC IOT2040

SIMATIC IOT2000 SD-Card example imageEntry Associated product(s)

To realĩze your íĩrst automation tasks with the SIMATIC IOT2000 you can use this SD-Card example ĩmage for commĩssionĩng

You can nnd a description about the SD-Card Image in the SIMATIC IOT2000 z ForumDownload

ỉĩị ơ* ExampleJmage_V2.6.0 âp (418 7 MB)

SHA256 checksum 26E63C1CDBE454F5C1A24C4692093B70BF713055F97B509D35AE17FFAA178A2B

2?» d*Open_Source_Sottware_V2.60.zip (3,5 GB)

SHA256 checksum 6B97BEC51598A63AE34E6150000120BCDD303090ADCC5032A171DF91E64BA624

ĩiị ờ* ReadMe_OSS_Multilanguage_V2 6 0 zlp (107,4 KB)

SHA256 checksum: E34EE3BF9F580FF400BF67FB69D7B7D6EAB46056C13746AA4307AED44DE4E110

Ghi os Image vào thẻ nhớ ( dung lượng tối thiểu 8Gb) và lắp thẻ nhớ vào SIMATIC IOT2040

Win32 Disk Imager 1.0 □ X

♦ Cài đặt ngày giờ và mật khẩu cho SIMATIC IOT2040

Vào phần os Setting trong phần cài đặt của SIMATIC IOT2040 để thay đổi mật khẩu

J 192.168.0.10 - PuTTY

Tue Mar 10 10:30:00 UTC 2020

root@iot2000:~# hwclock —sỵstohc —utc

192.168.0.10 - PuTTY

♦ Kết nối mạng cho SIMATIC IOT2040

Kết nối mạng cho IOT2040 dùng router và dây ethernet.

Cách nối dây:

Cổng X1 (ethO): kết nối với hệ thống tự động hóa (PLC, HMI, Drives )

Cổng X2 (eth1): kết nối mạng internet

Địa chỉ IP: 192.168.0.XXX

IP X1 (ethũ): 192.168.0.10 IP X2 (ethO): DHCP

L I V E D E M o

Các bước sẽ thực hiện:

PPT^TECHNTC C HƯƠNG 8 H Ệ THỐNG I O T CÔNG

NGHIỆP

N ODE - RED

N ODE - RED

CÓ thể hoạt động trên máy tính mini (ICT2000,

Raspberry Pi) hoặc đám mây (IBM Bluemix,

Amazon Web Services, Microsoít Azure)

Sử dụng trình biên soạn thông qua trình duyệt

Web node.js

♦ Cấu trúc của dashboard trên

o 192.168.200.1:1880/ui/#/1

Thanh trượt (slider)

Node-RED Library

Find new nodes share your flows and see what olher people have done with

Node-RED.

A Node-RED node to interact with Siemens S7 PLCs

* Thư viện Node-red

Kết nối mạng internet cho IOT2040, tìm thư viện phù hợp ứng dụng và tải về.

Dòng lệnh để cài đặt thư viện cho node-red

login as: root

roo t @iot2 0 0 0 : ~ # cd /usr/lib/nodemodules

root@iot2000 : /usr/lib/node_modules# npm install node-red-contrib-s7

3 Làm theo các bước bên dưới:

Node-RED

Q lt<

colour picker

npm root No repository field.

+ node-red-contrib-s7@2 1 1

V plc

IOT2040 thu thập

dữ liệu từ bộ điều

khiển S7 1200

rPTI ^ TECHNIC 4 IOT2040 THU THẬP DỮ LIỆU TỪ BỘ ĐIỀU KHIỂN

S7 1200

cứng

1 Kích hoạt tính năng PUT/GET cho SIMATIC S7-1200

2 Bỏ tính năng “Optimized blocked access” cho Datablock

chứa dữ liệu truyền nhận với SIMATIC IOT2040

D a t a l D a

t a 2

D a

t a

3

D a t a 4

DCl ũt

Devcecontigur ation Online &

diagnostics

* 50

Prog ram bloc ks

■r

Add new b*oc k

>Ma in[0

*

■

Detailsv

ottset

O ữ 2 J Q

4

s t a t c D a t a l D a

t a

2 D a

t a

3

GeneralData

H í m e

Keep actual values Snapshot Copysnapshot

D a t a

y e

O t s t

S t a r v l u

R e t a

B o l

Int

R e a l

1.11

OXJ

2

J

0

4 0

í a t e e 0

O J Q

D a t a

y e

Bool

13

I n t R e l

S t

;T ,.£ Y rLCiINIC 4 IOT2040 THU THẬP DỮ LIỆU TỪ BỘ ĐIỀU

S7-1200out

o Online

1 Tạo kết nối giữa IOT2040 và S7-1200

thông qua node S7 connection

2 Khai báo các biến muốn truyền nhận giữa IOT2040 và S7-1200

o Online

J U

DB5.XB.1 DB5.DBX0.1 Boolean Bit 1 of byte 0 of DB 5

DB23.B1 or DB23.BYTE1 DB23.DBB1 Number Byte 1 (0-255) of DB 23

DBiee,C2 or DBiea,CHAR2 DBiae.DBB2 string Byte 2 of DB 100 as a Char

DB42.I3 or DB42.INT3 DB42.DBH3 Number

DB13.DI5 or DB13.DINT5 DB13.DBD5 Number

Unsigned 16-bit number at byte 4 of

DB 57Signed 32-bit number at byte 5 of DB13

11.0 or E1.0 11.0 or E1.0 Boolean Bít 0 of byte 1 of input area

M3.2 QM3.2 Boolean Bit 2 of byte 3 of memory area

IB4 or EB4 IB4 or EB4 Number Byte 4 (0 -255) of input area

QB5 or AB5 QB5 or AB5 Number Byte 5 (0 -255) of output area

IC7 or EC7 IB7 or EB7 string Byte 7 of input area as a Char

QC8 or AC8 QB8 or AB8 string Byte 8 of output area as a Char

1110 or Eiie IW10 or EWie Number Signed 16-bit number at byte 10 of

input area

;T ,.£ Y rLCiINIC 4 IOT2040 THU THẬP DỮ LIỆU TỪ BỘ ĐIỀU

Data_2 100 Chart Data_5

♦ IOT2040 thu thập dữ liệu từ bộ điều khiển S7 1200

I V E D E M o

Các bước sẽ thực hiện:

Node-red

S7-C HƯƠNG 8

CÔNG NGHIỆP

Gửi dữ liệu từ IOT2040 lên đám mây (Cloud)

5 G ỬI DỮ LIỆU TỪ IOT2040 LÊN ĐÁM MÂY

(C LOUD )

sgo Education

FPT POLYTECHNIC

Sử dụng dịch vụ điện toán đám mây Ubidots.

liệu theo giao thức HTTP và MQTT

Hướng dẫn: Kết nối IQT2040 và Ubidots

(C LOUD )

5 G ỬI DỮ LIỆU TỪ IOT2040 LÊN ĐÁM MÂY

1 context.global.data2= msẹ.payload;

2 return msg;

Q Server inơustnal ap< ubiơots co<n

u Enabie secure (SSƯTLS) connection

w Client ID

0 Keep airve tme (s) 60 use clean session

* Use legacy MQTT 3 1 support

Messages Port 1BB3

* Name Ubiơots MQTT Connection Secunty Messages

2 devlce íabel "IOT2M0";

3 ubidots token "B8FF-d5kEkcMoli«AeXelSM51GScnDSCY«qj";

4 ■sg.aethod ■ "POST";

5 Hỉg.url - "http://industrlal.apl.ubidots.eoM/api/vl.6/devlces/~ ♦ devlce_label ♦ ”/?token-" ♦ ubidots_token;

6 MSg.payload { a -.1’2": context ,data2 , "value3":context.globa data3);

2 » s Hetain

Name

o Properties

Name Data Convert

> Function

1 value - msg.payload;

2 msg.payload ■ {~value2~ :value};

3 return nsg;

(C LOUD )

Sau khi dữ liệu được truyền từ IOT2040, trên cloud

sẽ có 1 thiết bị và các biến dữ liệu mà chúng ta đã

truyền lên.

Dashboard được hỗ trợ thư viện đồ họa đa dạng, lập trình

mở dựa trên ngôn ngữ HTML.

Tình năng Data logging đơn giản và hiệu quả

5 G ỬI DỮ LIỆU TỪ IOT2040 LÊN ĐÁM MÂY

(C LOUD )

sBa Education

FPT POLYTECHNIC

ROWS PER PAGE 30 ▼

Devices

(C LOUD )

Truyền dữ liệu lên cloud theo giao thức HTTP

Truyền dữ liệu lên cloud theo giao thức MQTT

[{■id":"101f10ca.e6b3bf","type":"inject","z’:"874983af.b27f2’,"name":"’,"topic":’","payload":"","payloadType":"str","rep

eat":'","crontab":’","once":true,"onceDelay":"','x":170,'y’:100,"wires":[["55aa4586.a3904c"]]},Ì"id":"55aa4586.a3904c

","type":"function","z":"874983af b27f2',"name":"Setup Request","func":"var msg;\ndevice_label = \"[tẽn

device]\’;\nubidots_token \"số tokenVẠnmsg.method = \"POST\";\nmsg.url

{\"[tên biến trên cloudV:[biến global ở IOT2040]};\nreturn

Out","z":"874983af.b27f2’,"name":"","topic":7v1.6/devices/iot2040","qos’:"2’,"retain":"","broker’:"991ecf0b.e9e09",'x":540,"y":600,"wires":[]},{"id":"8Ó872b5c.fa35f8","type":"function","z":"874983af.b27f2',"name":"DataConvert",’func":"value = msg.payloadẠnmsg.payload - {VstatuslV :value};\nreturn

msg;’,"outputs":1,"noerr":0,"x":330,"y":600,"wires":|J"2f7ca882.8fc128"]]},{’id":"991ecf0b.e9e09","type":"mqtt-brokớ’,"/’"' name Ubidóte

"name":"String to lnt","func":"var onẠnvar off;\nif(msg.payload == T)\n{on = Boolean(true);\n

msg.payload=on;\n}\nelse\n{off = Boolean(false);\n msg.payload=off;\n)\nreturn

msg, ,’outputs":1,"noerr”:0,'x":170,’y’:440,"wirés":[[]]),("id"."420d8e2f.2d9da","type":"function",'z":"874983af.b27f2",

msg;",’òútputs":1,"noerr”:0,'x":230,’y":500,"wires":[[]]},{"id":"9badee68 95ebb","type":"íunction",'z':’874983af.b27f2",

- status;\n)\nelse\n{status = 'Off;\n msg payload = status;\n}\nreturn

msg;",’outputs":1,"noerr":0,'x":180,’y":320,"wires":[[]]}]

[{"id":"5cc6c810.3b87e8","type":"mqtt in","z":"874983af b27f2’,"name":"’,"topic":7v1.6/devices/[tên device]/[tên

biến]/lv","qos":’2","datatype":"auto","broker”:"991ecf0b.e9e09","x":230,"y":260,"wires":[["83040f01.a99aa']]},("id

" "83040101 a99aa","typé":"function","z":"874983af.b27f2","name":"String to lnt","func’:"var onẠnvar

off;\nif(msg.pay1oad -='1')\n{on = Bodean(true);\n msg.payload=on;\n}\nelse\n{off = Boolean(false);\nmsg.payload=off;\n}\nreturn

msg;’,’outputs":1,"noerr":0,"x’:510,"y”:260,"wires":[[]]},("id":"991ecf0b brokèr","z’:"","name":"Ubidots

e9e09","type":"mqtt-MQTT’,"broker":"industrial.api ubidots.com" ,"port":"1883", "clientid":"’,"usetls":false,"compatmode":true,"keepalive" :"60","cleansession":true,"birthTopic":"","birthQos":"r,"birthRetain":"true","birthPayload":'","closeTopic":"",'closeQos":"0',"closePayload":"","willTopic":"","willQos":"0","willPayload":"'}]

Trang web tham khảo Chuyển đổi dữ liệu