Ứng dụng IoT trong giám sát trực tuyến hệ thống điện mặt trời hòa lưới

áp dụng iot trong giám sát trực tuyến điện mặt trời
Áp dụng IoT trong giám sát trực tuyến hệ thống dien mat troi hoa luoi

Nhu cầu giám sát hoạt động sản xuất ngày một tăng. Đặc biệt, trong cuộc chạy đua số hóa sản xuất hiện nay. Giám sát sản xuất ngày càng thể hiện vai trò chiến lược: giúp các doanh nghiệp giải quyết nhiều bài toán tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất và xây dựng các mô hình kinh doanh mới.

Trong phạm vi bài viết này. Vinh xin chia sẻ kinh nghiệm triển khai giải pháp giám sát trực tuyến biến tần năng lượng mặt trời qua internet. Giải pháp áp dụng SIMATIC IOT2050 của Siemens, kết hợp máy chủ cloud xây dựng trên VPS (Virtual Private Server). Vinh và các cộng sự đã triển khai giải pháp này cho một doanh nghiệp trong lĩnh vực lắp đặt điện mặt trời hòa lưới tại Việt Nam.

VAI TRÒ CỦA GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN TRONG SẢN XUẤT ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI

Một hệ thống năng lượng mặt trời (NLMT) có thể tóm tắt gồm hai phần chính: pin NLMT và biến tần NLMT. Trong khi pin NLMT đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi quang năng thành dòng điện một chiều. Biến tần NLMT giúp chuyển dòng điện một chiều này thành dòng điện xoay chiều.

Hệ thống điện năng lượng mặt trời có giá trị đầu tư lớn. Trong quá trình hoạt động, chúng ta cần định kỳ giám sát các thông số như: hiệu suất hoạt động của hệ thống, lượng điện tạo ra mỗi ngày, các cảnh báo tức thời của hệ thống. Việc này giúp ta biết được hiệu quả đầu tư. Cũng như có phương án kịp thời xử lý trong các tình huống cần thiết. Tất cả các thông tin hữu ích này đều chứa trong biến tần NLMT-một thiết bị chuẩn công nghiệp. Các thông tin này cần được trích xuất, lưu trữ và thể hiện lên giao diện web hoặc mobile (smartphone). Qua đó, người quản lý có thể truy vấn và giám sát hệ thống từ bất kỳ nơi đâu… Chỉ với một smartphone có kết nối internet.

Các giải pháp IoT công nghiệp có thể giải quyết bài toán này. Đối với dự án mà Vinh và các cộng sự đã tư vấn. SIMATIC IOT2050 đã được áp dụng và cho thấy hiệu quả vượt trội cả về chất lượng, lẫn chi phí đầu tư. Nếu bạn chưa biết về SIMATIC IOT2050, bạn có thể tìm hiểu thêm tại đây.

KẾT NỐI VÀ TRUY XUẤT THÔNG TIN BIẾN TẦN VỚI SIMATIC IOT2050

áp dụng iot trong giám sát trực tuyến điện mặt trời
Tủ IoT giám sát dien mat troi hoa luoi

Cáp tín hiệu, chuẩn kết nối

Để kết nối SIMATIC IOT2050 đến bất kỳ thiết bị công nghiệp nào. Bạn cần xem xét hai thông tin từ thiết bị: đường truyền (media) và chuẩn truyền thông (protocol). Hầu hết các biến tần NLMT sẽ cung cấp hai dạng đường truyền: RS485 hoặc Ethernet. Chuẩn truyền thông cũng có nhiều dạng: Modbus TCP/IP (tiêu chuẩn SunSpec), Modbus RTU hoặc một tiêu chuẩn riêng của nhà cung cấp. Theo kinh nghiệm cá nhân, Vinh khuyến khích bạn kết nối qua đường truyền Ethernet và chuẩn truyền thông Modbus TCP/IP. Với phương pháp này, bạn có thể kết nối tối đa số lượng biến tần hoặc thiết bị công nghiệp. Đồng thời, bạn cũng sẽ dễ dàng quản lý chương trình hơn.

Cáp tín hiệu có thể dùng là cáp mạng CAT5E hoặc CAT6. Thiết bị SIMATIC IOT2050 hỗ trợ đồng thời hai giao diện kết nối. Một dùng để kết nối IOT2050 và các thiết bị công nghiệp, trong trường hợp này là biến tần NLMT. Một còn lại dùng để kết nối IOT2050 vào hệ thống mạng IT, cho phép thiết bị giao tiếp với hệ thống máy chủ. Qua đó, thông tin từ các biến tần NLMT sẽ được truyền về hệ thống máy chủ nội bộ hoặc thông qua internet, đi về máy chủ cloud.

Cấu hình và lập trình

Có nhiều cách để lập trình IOT2050. Bạn có thể dùng Node-RED sẵn có trong IOT2050. Đây là một phương thức lập trình Low-Code. Các chức năng được xây dựng sẵn dưới dạng các khối hàm có thể kéo thả và kết nối lại để tạo thành một chương trình hoàn chỉnh. Nhờ có cộng đồng người dùng đông đảo, bạn có thể tìm thấy rất nhiều video và tài liệu hướng dẫn lập trình Node-RED. Hoặc nếu bạn là người yêu thích các ngôn ngữ lập trình. Bạn có thể chọn Python, Java, C++ … hoặc bất kỳ ngôn ngữ nào để bắt đầu.

Cả hai cách này sẽ mất thời gian của bạn. Nhưng bù lại, khi so sánh hai phương pháp này với phương pháp cấu hình trên các thiết bị IoT thông thường. Bạn sẽ không bị hạn chế về số lượng thiết bị kết nối, chuẩn kết nối. Ngược lại, bạn có thể linh động thiết kế các tính năng đặc biệt mà chỉ hệ thống của bạn mới có thể đáp ứng cho khách hàng. Hãy xem xét ví dụ bên dưới:

Khi lập trình SIMATIC IOT2050, bạn có thể thu thập thông tin và lưu trữ trên thẻ nhớ của IOT2050. Đồng thời truyền thông tin đó về máy chủ cloud. Khi có sự cố mất kết nối, thông tin từ thiết bị của bạn sẽ được lưu trữ trên IOT2050 nhiều tuần thậm chí nhiều năm. Đủ thời gian để bạn sắp xếp kế hoạch xử lý sự cố. Thông tin lưu trữ đó sẽ dùng để phục hồi lượng thông tin bị thiếu trong thời gian mất kết nối. Bằng cách lập trình, bạn có thể làm mọi thứ. Miễn là bạn hiểu khách hàng của bạn cần gì !

KẾT NỐI SIMATIC IOT2050 VỀ MÁY CHỦ NỘI BỘ HOẶC MÁY CHỦ CLOUD

Dù rằng dự án của bạn yêu cầu kết nối đến máy chủ nội bộ trong môi trường mạng LAN doanh nghiệp hay đến một máy chủ cloud thông qua môi trường internet. Bạn nên cân nhắc kỹ trước khi quyết định cấu hình hệ thống và chọn các công nghệ phù hợp. Cùng xem qua các tiêu chí Vinh đã cân nhắc để thiết kế hệ thống này:

Bảo mật

Dữ liệu không bị can thiệp trong quá trình truyền từ thiết bị IoT đến máy chủ. Bạn nên sử dụng SSL/TLS để mã hóa thông tin giao tiếp giữa thiết bị IoT công nghiệp và máy chủ. Sử dụng certificate hoặc user/password có độ khó cao để tránh việc “nghe lén” và can thiệp trong quá trình giao tiếp.

Sử dụng đúng chuẩn truyền thông

Hệ thống IoT của bạn không chỉ truyền dữ liệu một chiều từ thiết bị IoT về máy chủ. Trong quá trình phát triển dự án, có thể các thiết bị IoT cần trao đổi dữ liệu với nhau hoặc nhận dữ liệu từ máy chủ và ghi vào các thiết bị công nghiệp mà chúng kết nối đến. Trong ứng dụng IoT giám sát trực tuyến hệ thống điện mặt trời hòa lưới này, Vinh dùng MQTT. MQTT được sử dụng rộng rãi, độ bảo mật cao, dữ liệu truyền đa chiều theo hai hướng đọc/ghi. Ngoài ra, chuẩn này được hỗ trợ bởi tất cả ngôn ngữ lập trình và nhiều bộ code mẫu. Nếu bạn đã có kinh nghiệm về IoT, có thể bạn đã biết: MQTT cũng là chuẩn mà IoT Azure của Microsoft và AWS IoT của Amazon hỗ trợ mặc định.

Khả năng tích hợp với các hệ thống IT

Nếu hệ thống IoT phục vụ nhu cầu giám sát, hệ nên hỗ trợ các API giúp các web server, mobile app hoặc các hệ ERP có thể kết nối vào. Trong trường hợp hệ phục vụ giám sát các thiết bị trong nhà máy, hệ nên hỗ trợ OPC UA. Điều này giúp việc tích hợp với các hệ thống SCADA dễ dàng hơn.

Dung lượng truy cập

Hệ phải chịu đủ “tải” và có khả năng nâng cấp dễ dàng. Vinh đã liệt kê tất cả các thiết bị và lượng dữ liệu trao đổi để ước lượng tải cần thiết cho hệ thống. Khi bạn sử dụng một dịch vụ IoT như MindSphere, Azure IoT hay AWS IoT thì việc tăng hoặc giảm tải là điều dễ dàng. Nhưng khi bạn tự host máy chủ hoặc thuê các máy chủ VPS, việc tính toán tải để chọn infrastructure rất quan trọng. Đặc biệt khi bạn sử dụng dịch vụ VPS, bạn cần lưu ý. Một số gói dịch vụ VPS của vài nhà cung cấp sẽ không cho phép nâng cấp dung lượng trên chính gói đó. Bạn phải mua lại một gói dịch vụ mới. Điều này khá phiền và chưa kể đến việc sẽ phát sinh downtime trong quá trình chuyển gói.

XÂY DỰNG MOBILE APP GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN THÔNG TIN BIẾN TẦN

Mobile App giám sát trực tuyến dien mat troi hoa luoi

Đối với giao diện người dùng, tùy theo yêu cầu dự án mà bạn sẽ có nhiều sự lựa chọn khác nhau. Bạn có thể xây dựng mobile app, web server, desktop app … hoặc bất kỳ một giao diện nào để người dùng tương tác với hệ thống.

Hệ thống của bạn có thể tối ưu về kiến trúc. Nhưng nếu giao diện trông rối rắm thì người dùng sẽ rất miễn cưỡng để sử dụng hệ thống của bạn. Kinh nghiệm là, bạn nên thống nhất với người dùng về các chức năng, thông tin trên giao diện. Sau đó hãy vẽ ra các giao diện cần cung cấp. Bạn có thể sử dụng các phần mềm thiết kế giao diện chuyên dụng. Hoặc để đơn giản, bạn chỉ cần dùng Excel, Word. Việc trình bày trước với người dùng về hệ thống mà bạn sắp thiết kế sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian của chính bạn và tất cả mọi người. Hãy tin Vinh, đây là kinh nghiệm xương máu. Bạn sẽ không muốn tự mình thiết kế và làm ra một hệ thống. Mà sau đó phải ngậm ngùi sửa lại nhiều lần.

Lời khuyên từ kinh nghiệm cá nhân của Vinh. Nếu bạn đang trong quá trình nghiên cứu, bạn có thể tự thiết kế giao diện. Nếu bạn triển khai một dự án IoT thương mại, bạn nên tìm chuyên gia về loại giao diện bạn chọn (web/mobile app…) . Vì trong quá trình thực hiện dự án, sẽ có rất nhiều việc bạn cần phải làm.

KẾT LUẬN

Triển khai một dự án IoT công nghiệp yêu cầu nhiều yếu tố: am hiểu về thiết bị công nghiệp, am hiểu truyền thông công nghiệp, có kỹ năng lập trình tốt, xây dựng cấu hình hệ thống đúng ngay từ đầu, am hiểu về bảo mật, am hiểu các công nghệ phía máy chủ, thiết kế giao diện tốt … Để tập hợp đủ các yếu tố này. Cần có sự phối hợp tốt từ các kỹ sư tự động hóa và kỹ sư công nghệ thông tin có chuyên môn.

Hệ thống giám sát trực tuyến không chỉ ứng dụng trong lĩnh vực dien mat troi hoa luoi. Bạn có thể áp dụng hệ thống này trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ, giám sát phương tiện, giám sát lộ trình, giám sát sản xuất,  quản lý kho bãi …

Và cuối cùng, khi đã có một hệ thống giám sát trực tuyến. Bạn cần lưu ý, hệ thống này cũng cần được giám sát và bảo trì trong quá trình sử dụng. Đặc biệt, khi số lượng thiết bị hoặc lượng thông tin trao đổi gia tăng. Hoặc khi số người truy cập thay đổi. Việc định kỳ giám sát và có phương án bảo trì là vấn đề cần thực hiện thường xuyên để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống giám sát trực tuyến.

Lê Tiến Vinh Blog

Liên hệ tôi
Cộng đồng tôi hỗ trợ

"An investment in knowledge always pays the best interest."

- Benjamin Franklin -
letienvinh_zalo_footer
Zalo cá nhân
Lê Tiến Vinh

Lê Tiến Vinh Blog

"An investment in knowledge always pays
the best interest."

- Benjamin Franklin -
Liên hệ tôi
letienvinh_zalo_footer
Cộng đồng tôi hỗ trợ