Đề Tài Tìm Hiểu Và Nghiên Cứu Về Iot Thu Thập Dữ Liệu Trong Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời.docx

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TIÊN TIẾN o0o BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Công Ty TNHH Pizitech Đ ề tài Tìm hiểu và nghiên cứu về IOT[.]

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TIÊN TIẾN

-o0o -BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Công Ty TNHH Pizitech Đ

ề tài : Tìm hiểu và nghiên cứu về IOT thu thập dữ liệu

trong hệ thống năng lượng mặt trời

GVHD: Mai Bá Lộc SVTH: Trần Quốc Huy MSSV: 1851072

CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Họ và tên sinh viên:

Lớp: Khóa: Khoa:

Trực thuộc Trường:

Trong thời gian từ ngày tháng năm… đến ngày tháng năm

Tại Công ty:

Địa chỉ: Sau quá trình thực tập tại đơn vị của sinh viên, chúng tôi có một số nhận xét đánh giá

như sau:

Điểm

điểm 10)

1

2

3

4

Về ý thức tổ

chức kỷ luật

Về tinh thần thái

độ học tập

Về quan hệ, lối

sống

Chất lượng làm

việc

Đánh giá chung sau khi thực tập:

Ngày… tháng….năm……

Người hướng dẫn trực tiếp

(Ký và ghi rõ họ và tên)

Xác nhận của đơn vị thực tập

(Ký và ghi rõ họ và tên)

1 Họ và tên sinh viên:

MSSV: Lớp:

Ngành :

Đơn vị thực tập :

Giảng viên hướng dẫn:

2 Nhận x ét:

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CẢM ƠN

Toàn đã tạo điều kiện thuận lợi và hướng dẫn tận tình để em được học tập và hoàn thành kỳ thực tập tốt nghiệp này.

Em xin cám ơn anh Toàn đã hướng dẫn, giới thiệu tài liệu, giải đáp các thắc mắc

và giúp đỡ em trong toàn bộ quá trình thực tập Nhờ đó mà em tích lũy được thêm nhiều kiến thức, kinh nghiệm và trải nghiệp môi trường làm việc thực tế Từ đó em

tự rút ra được nhiều kinh nghiệm và kiến thức thực tiễn hơn.

Em xin cám ơn thầy Mai Bá Lộc đã tận tình hướng dẫn, và giải đáp mọi thắc mắc trong quá trình thực tập ở công ty Từ đó em có thể hoàn thành kỳ thực tập một cách hoàn thiện nhất.

Trong quá trình thực tập và làm báo cáo, do còn thiếu kinh nghiệp thực tế nên không khỏi tránh được những sai sót Em xin cám ơn các anh và thầy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ em để có thể hoàn thành báo cáo một cách hoàn thiện nhất.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 3 năm 2022

Sinh viên

Trần Quốc Huy

MỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH PIZITECH 1

1.1 Giới thiệu về công ty 1

1.2 Nhiệm vụ, chức năng của công ty 2

1.3 Cơ cấu tổ chức và nhân sự của công ty Pizitech 2

2 NỘI DUNG THỰC TẬP 3

2.1 Nhiệm vụ được giao 3

2.2 Thời gian và lịch trình tiến độ thực tập 3

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

3.1 Nghiên cứu về Modbus 4

3.2 Chuẩn giao tiếp RS485 7

3.3 Modbus RTU 9

3.4 Modbus TCP/IP 10

3.5 Nghiên cứu về hệ thống PV panels trong năng lượng mặt trời và áp dụng Modbus để theo dõi và quản lý 12

3.6 Kết nối với hệ thống năng lượng mặt trời và thiết kế giao diện theo dõi 14

4 TỔNG KẾT CÔNG VIỆC THỰC TẬP 21

4.1 Kết quả công việc thực tập 21

4.2 Kinh nghiệm học được sau khi thực tập 21

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA

Hình 1.1 1

Hình 3.1 5

Hình 3.2 10

Hình 3.3 10

Hình 3.4 11

Hình 3.5 12

Hình 3.6 13

Hình 3.7 13

Hình 3.8 16

Hình 3.9 16

Hình 3.10 17

Hình 3.11 17

Hình 3.12 18

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1 3 Bảng 3.1 15

1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH PIZITECH

1.1 Giới thiệu về công ty

- Công ty TNHH Pizitech được thành lập năm 2017, với thế mạnh lànhững người trẻ làm việc với công nghệ của Microsoft Công ty tậptrung vào việc mang lại trải nghiệm tốt nhất của sản phẩm đến với kháchhàng Công ty đang phát triển các sản phẩm trong ngành vận tải như giảipháp đậu xe, CRM, giải pháp quản lý hàng hóa

- Bên cạnh đó thì công ty còn có bộ phận tư vấn triển khai giải pháp công nghệ để giúp những khách hàng, đối tác của công ty có hạ tầng CNTT tốt nhất Công ty sẽ cung cấp giải pháp phù hợp cho công ty/tổ chức của bạn Một trong những nhiệm vụ chính của công ty là phát triển sản phẩm, nhằm mục tiêu giải quyết các vấn đề trong cuộc sống Các sản phẩm kết hợp phần mềm, điện toán đám mây, phần cứng IoT để có được một giải pháp hoàn chỉnh nhất Hạ tầng IT là một trong những điều cốt lõi của công ty

Hình 1 1

1.2 Nhiệm vụ, chức năng của công ty

- Với một chiến lược CNTT đúng, doanh nghiệp hoặc tổ chức của khách hàng có thể tồn tại trong thời đại số và tránh được rủi ro

 Các lĩnh vực hoạt động của công ty

- Thiết kế website: Website sẽ tạo ra nhiều lợi thế trong kinh doanh Công

ty sẽ giúp tạo cho bạn một “bộ mặt” ảo kinh ngạc trong thế giới số

- Phát triển ứng dụng di động: Ứng dụng di động chính là đòn bẩy kinhdoanh Vì vậy công ty sẽ mang những trải nghiệm tốt nhất đến tronglòng bàn tay của khách hàng

- Giải pháp quản lý trong kinh doanh: Công ty cung cấp giải pháp quản lýtoàn diện như ERP, CRM, HRM cho tổ chức của khách hàng để nângcao hiệu quả kinh doanh và giảm thiểu rủi ro

- Chiến lược CNTT: Với một chiến lược CNTT đúng, doanh nghiệp hoặc

tổ chức của khách hàng có thể tồn tại trong thời đại số và tránh được rủi

ro Công ty sẽ luôn bên cạnh bạn để cung cấp chiến lược CNTT đúngđắn và kịp thời

- Phát triển và ứng dụng hạ tầng IOT: Song song với sự phát triển của chiến lược CNTT, nơi mọi thức đều đươc kết nối và liên kết cũng nhau thì việc có một hệ thống IoT hiện đại và ổn định là một điều không thể thiếu

1.3 Cơ cấu tổ chức và nhân sự của công ty Pizitech

- Pizitech cung cấp các nguồn lực có kinh nghiệm và tận tâm kết hợp vớimột tổ chức hiện đại và nền tảng quản lý mạnh mẽ Với mục tiêu kếthợp nhân viên, khách hàng và đối tác để mang lại kết quả công việc vàchất lượng dịch vụ tốt nhất trong mảng thị trường có rất nhiều sự cạnhtranh này

- Cơ cấu tổ chức của Pizitech được tổ chức thành 2 bộ phận, thực hiện cáccông việc riêng biệt, hợp tác và hỗ trợ lẫn nhau: Ban điều hành, Bộ phậngiải pháp và Bộ phận sản phẩm

o Bộ phận giải pháp (Solution Dept): Thực hiện nhiệm vụ tư vấn khảo

sát hạ tầng, tư vấn chiến lược và triển khai, lập kế hoạch dự án

o Bộ phận Sản phẩm (Production Dept): Cung cấp thiết bị phần cứng,

phần mềm

2 NỘI DUNG THỰC TẬP

2.1 Nhiệm vụ được giao

- Nội dung 1: Đọc tài liệu và tìm hiểu về Modbus trong công nghiệp , trong đó bao gồm giao thức RS485, Modbus RTU, Modbus TCP/IP

- Nội dung 2: Nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống lưới điện mặt trời củacông ty và cách ứng dụng Modbus trong việc theo dõi và điều khiển hệthống

- Nội dung 3: Kết nối với hệ thống thông qua Modbus TCP/IP để thu thậpvà theo dõi, thiết kế một giao diện GUI đơn giản để kết nối và thể hiệnthông tin

2.2 Thời gian và lịch trình tiến độ thực tập

KẾ HOẠCH THỰC TẬP TẠI CÔNG TY TNHH PIZITECH

3/1/2022 – 27/3/2022 Tuần

Tuần 1Tuần 2Tuần 3Tuần 4Tuần 5

Công việc

- Nghiên cứu và tìm hiểu về Modbus

- Tìm hiểu về giao thức RS485, Modbus RTU, Modbus TCP/IP

- Tham gia các khóa học về Modbus trên Udemy.com

- Nghiên cứu về hệ thống lưới điện mặt trời

- Cách ứng dụng Modbus vào trong theo dõi và quản lý lưới điện

-Sử dụng ModbusTool.exe để kết nối với

hệ thống Modbus trong lưới điện

theo dõi thông số công suất của lưới điện

Bảng 2.1

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Nghiên cứu về Modbus

 Modbus là gì?

- MODBUS [1] [3] do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) pháttriển năm 1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thôngqua một cặp dây xoắn đơn Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưngsau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dàihơn, và mạng đa điểm (multi-drop) MODBUS đã nhanh chóng trởthành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa, và Modicon đãcho ra mắt công chúng như một protocol miễn phí

- Có 3 loại Modbus đang được sử dụng phổ biến trong công nghiệp:

o Modbus ASCII

o Modbus TCP

o Modbus RTU

 Nguyên lý hoạt động của Modbus

- MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều “tớ” “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU “Tớ” MODBUS RTU thường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop Khi một chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị, chủ sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt

dò lỗi tới địa chỉ thiết bị Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới có phản ứng

- Các thiết bị trên mạng Modbus hoạt động theo phương thức phản ứng theo các lệnh được gửi xuống từ Master

 Cấu trúc dữ liệu truyền trong Modbus

- Bao gồm 4 thành phần chính:

 Địa chỉ (Device Address): Trường địa chỉ này này giúp master xácđịnh được nó đang làm việc là slave nào Các Slave sẽ được gắnđịa chỉ từ 1-247 và phải đảm bảo không có Slave nào trùng địa chỉ

với nhau Trường này nằm ở vị trí đầu tiên trong một bảng tin Modbus và có kích cỡ 8 bit.

 Mã chức năng (Function Code): trường này đi theo sau trườngDevice Address và có kích thước 8 bit, nó sẽ chỉ định hành độngMaster yêu cầu Slave thực hiện như đọc/ghi một hoặc nhiều dữliệu trong thiết bị

 Dữ liệu (Data): Được dung để chứa dữ liệu được trao đổi giữaslave và master Trường Data của bảng tin Query chứa các thông tin bổ sung mà Slave phải sử dụng để thực hiện hành động theo Function Code Còn đối với tin nhắn Response, trường Data sẽ chứa dữ liệu được yêu cầu bởi Master

 Kiểm tra lỗi (Error Check): Trường này dùng để kiểm tra lỗikhung truyền, nó chiếm 16-bit tương ứng với 2 byte ModbusRTU sử dụng phương pháp Cyclical Redundancy Check

Hình 3.1

 Tính bảo mật của Modbus

- Thiếu bảo mật: Tất cả các tin nhắn Modbus được truyền đi dưới dạng văn bản rõ ràng trên phương tiện truyền thông Bằng một cách nào đó một kẻ tấn công có thể lắp đặt một thiết bị thu phát vào mạng Modbus

Kẻ tấn công có thể đọc được toàn bộ nội dung tin nhắn từ đó thực hiện các hành vi phá hoại

công có thể đưa ra các yêu cầu đến Master hoặc Slave, từ đó hoàn toàn có thể đưa vào mạng các tin nhắn không hợp lệ gây ra lỗi mạng.

- Thiếu xác thực: Không có xác thực ở bất kỳ cấp độ nào của giao thứcModbus Tất cả các thiết bị Modbus đều không cần xác thực quyền truycập vào mạng Một kẻ tấn công nào có thể đưa một thiết bị khác vàomạng Modbus có sẵn mà không cần xác thực

- Khung đơn giản: Modbus TCP/IP sử dụng TCP/IP và Ethernet để mang

dữ liệu của cấu trúc tin nhắn Modbus giữa các thiết bị tương thích vớichuẩn mạng (TCP/IP) Tin nhắn Modbus có kích cỡ giới hạn là 256byte Nếu kẻ tấn công đưa vào các tin nhắn lỗi có kích thước vượt quákích thước cho phép có thể gây nên tình trạng buffer overflow

- Hệ thống điều khiển tích hợp nhiều giao thức truyền thông khác nhauđược kết nối với Modbus để truyền nhận dữ liệu phục vụ chức năng điềukhiển giám sát thiết bị sản xuất Một kẻ tấn công có thể thông qua giaothức khác để truy cập vào dữ liệu và tín hiệu của thiết bị sử dụngModbus để thực hiện các hành vi phá hoại

- Trong các hệ thống sử dụng Modbus, các trạm điều khiển có chức năng

sử dụng giống nhau thường sử dụng chung một thiết kế Một kẻ tấn công có thể dùng những thông tin có sẵn từ trạm điều khiển này để tấn công vào một trạm điều khiển khác có chức năng lặp lại

- Các thiết bị điều khiển, thiết bị mạng… thường có thể truy cập vào, vìtên và mật khẩu truy cập để mặc định của nhà sản xuất Kẻ tấn công cóthể dùng các thông tin để thâm nhập vào mạng Modbus và thực hiện cáchành động phá hoại

- Số lượng kết nối Modbus cho phép nhiều hơn thực tế sử dụng Trongthực tế sử dụng người dùng để mặc định cài đặt của nhà sản xuất chophép số lượng tối đa các thiết bị kết nối, một kẻ tấn công có thể thâmnhập vào, sử dụng các địa chỉ kết nối chưa dùng đến và thực hiện cáchành động phá hoại

- Hệ thống công nghiệp không thường xuyên được cập nhật hoặc cập nhậtchậm hoặc không đồng bộ hóa phần mềm Kẻ tấn công có thể tận dụng

lỗ hổng của các phiên bản cũ, thâm nhập vào hệ thống để thực hiện cáchành vi phá hoại Điều này đúng với mọi giao thức trong môi trườngcông nghiệp nói chung, không chỉ với riêng Modbus.

 Ứng dụng của Modbus

- Modbus cũng là giao thức truyền thông phổ biến nhất trong việc xâydựng hệ thống tự động hóa công nghiệp và là phương tiện phổ biến nhấthiện có để kết nối các thiết bị điện tử tự động, được gọi chung đó là IoT(Internet of Things)

- Modbus là tiêu chuẩn fieldbus đầu tiên được chấp nhận rộng rãi Trongmột thời gian ngắn, hàng trăm nhà cung cấp đã triển khai hệ thốngtruyền tin Modbus trong thiết bị của họ và Modbus đã trở thành tiêuchuẩn thực tế cho các mạng truyền thông công nghiệp

3.2 Chuẩn giao tiếp RS485

 RS485 là gì?

- RS485 [2] hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là chuẩn giao tiếpRS485 hay cáp RS485, đây là phương thức giao tiếp kết nối với máytính và các thiết bị khác RS485 không chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻmà nó chính là tổ hợp truyền thông có khả năng tạo ra các mạng đơngiản của nhiều thiết bị

- Chuẩn giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơn và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m

 Cấu tạo của RS485

- Cáp RS485 được cấu tạo rất đơn giản, chỉ từ các sợi dây được xoắn lại với nhau theo từng cặp Tuy nhiên, chính cấu tạo này lại sinh ra một nhược điểm nghiêm trọng, khi hiện tượng nhiễu xuất hiện ở 1 cặp dây thì ngay lập tức cặp dây khác cũng sẽ bị -Điều này dẫn đến điện áp hoạt động giữa 2 dây sẽ không có quá nhiều sự chênh lệch, bộ phận thu của RS485 vẫn có thể nhận được tín hiệu vì bộ thu đã loại bỏ hết được hiện tượng nhiễu

- Nguyên lý hoạt động của RS485 khá đơn giản, dữ liệu sẽ được truyềnqua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn Khi dâyđược xoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năngtruyền tín hiệu đường dài tốt hơn.

- RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây

 Ưu, nhược điểm của RS485

 Khi RS485 đang kết nối các thiết bị ở khoảng cách khá xa thì người

sử dụng có thể khắc phục bằng cách lắp thêm bộ lặp để tăng sốlượng thiết bị kết nối, giúp tín hiệu ổn định hơn, tránh nhiễu đườngtruyền

 RS485 có lắp đặt 2 dây truyền tín hiệu nên tín hiệu sẽ được truyền

đi nhanh hơn trên khoảng cách xa và rộng hơn