Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng mô hình nhà máy thông minh I4.0 phục vụ nghiên cứu, đào tạo dựa trên nền giao thức OPC-UA

Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY
THÔNG MINH I4.0 PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU, ĐÀO TẠO DỰA
TRÊN NỀN GIAO THỨC OPC-UA
Ngô Mạnh Tiến1*, Hà Thị Kim Duyên2
Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu, thiết kế và xây dựng một hệ thống mô
hình “nhà máy thông minh“ theo hướng tiếp cận công nghiệp 4.0 phục vụ công tác
nghiên cứu và đào tạo dựa trên nền chuẩn truyền thông bậc cao độc lập OPC-UA.
Trước đây, các kết nối cứng SCADA với PLC phải thông qua các driver và các
hãng thường cung cấp như WinCC, iFix, MELSOFT GT… hay OPC Data Access,
tuy nhiên các kết nối này đều bộc lộ nhược điểm khi ứng dụng vào xây dựng nhà
máy I4.0 khi mà IoT, icloud, big data là nền tảng. Bài báo đề xuất xây dựng một hệ
thống kết nối trên nền chuẩn truyền thông bậc cao độc lập OPC-UA, cơ sở phần
cứng là PLC S1500, S1200 của Siemen và các bộ mô hình đào tạo tại Trường Cao
đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội. Các trạm sản xuất linh hoạt MPS2012 của Festo
và YL – 335B của Yalong, mobile robot vận chuyển RB-Fto-01 được kết nối với
nhau, đồng bộ với phòng điều khiển trung tâm qua mạng Internet, lưu trữ và xử lý
dữ liệu được trang bị các phần mềm quản lý cho các cấp trong I4.0: ERP, MES,
Supervisory Control, Plant Control, Physical equipment tạo thành một mô hình
doanh nghiệp, nhà máy sản xuất tiếp cận I4.0 sát với thực tế. Mô hình đề xuất được
xây dựng và chạy thử nghiệm cho kết quả tốt, rất hiệu quả cho việc nghiên cứu,
phát triển và đào tạo nguồn nhân lực công nghiệp 4.0.
Từ khóa: Industry 4.0; Smart Learning Factory; ERP; MES; Internet of Thing; PLC; SIMATIC IT.

I. GIỚI THIỆU
1.1. Cấu trúc một mô hình nhà máy thông minh
Cấu trúc quản lý, điều hành sản xuất kinh doanh của một tập đoàn, công ty, nhà máy
sản xuất I4.0 bao gồm các lớp sau [4, 5, 7, 9]:
- Level 4: Business Planning: ERP, SCM
- Level 3: Mfg Operation mgt: MES, CAD, PLM

- Level 2: Supervisory Control: Scada, HMI
- Level 1: Plant Control: PLC, DCS
- Level 0: Physical equipment: I/O, Devices, Sensor

Hình 1. Các lớp trong nhà máy sản xuất.

48

N. M. Tiến, H. T. K. Duyên, “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng … giao thức OPC-UA.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

Level 4 Business Planning: là cấp cao nhất trong hệ thống của nhà máy hay doanh
nghiệp. Chức năng của lớp này là quản lý tổng thể doanh nghiệp, công ty… lập kế hoạch,
tạo dự án, quản lý nhân sự, quản lý tài nguyên, kiểm sát sản xuất, nguyên vật liệu kho, tài
sản cố định, tài chính-kế toán, giao dịch thương mại… của cả công ty hay doanh nghiệp.
Level 3 Manufacturing operation management/ exercution system (MES): đây là cấp
thứ hai trong hệ thống nhà máy, doanh nghiệp, công ty… Chức năng của nó là điều hành
sản xuất hay nói cách khác nó là tập hợp con của giải pháp quản lý sản xuất tổng thể (ERP
sản xuất). MES có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống vận hành nhà máy, công ty.
Nó đảm bảo cho sự liên kết chặt chẽ các thành phần, các cơ cấu trong hệ thống vận hành,
đảm bảo tối đa chất lượng, tối ưu hóa sản xuất trong các nhà máy trên thế giới.
Level 2 Supervisory Control: đây là cấp điều khiển giám sát hoạt động cụ thể của nhà
máy, nó có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu các hoạt động điển hình và chú trọng
vào các thiết bị, các dây chuyền máy móc cũng như kiểm soát nhiều bộ điều khiển riêng lẻ
hay các vòng kiểm soát ví dụ như hệ thống điều khiển phân tán, cho phép người vận hành
quan sát toàn bộ quá trình hoạt động và cho phép tích hợp hoạt động giữa các bộ điều
khiển để đảm bảo các thiệt bị máy móc hoạt động ổn định, đạt hiệu suất đã đề ra cũng như
phát hiện sự cố để nhanh chóng có phương án khắc phục sửa chữa.

Level 1 Plant Control: đây là cấp điều khiển trong nhà máy. Nói cách khác đây là các
bộ điều khiển hay hệ thống điều khiển được kết nối trực tiếp đến các thiết bị máy móc để
vận hành chúng.
Level 0 Physical equipment: đây là cấp cuối cùng và cơ bản nhất. Nó chính là những
thiết bị vật lý, các cảm biến, các bộ phận hoạt động cấu thành lên thiết bị hay dây
chuyền.Với thế hệ smart sensor trong I4.0 thì hiện các cảm biến đều được kết nối Internet.
Hiện tại các doanh nghiệp, nhà máy sản xuất thực tế của các tập đoàn lớn đã tiếp cận
với I4.0, tuy nhiên tại Việt Nam các trang thiết bị, phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu,
tiếp cận mô hình công nghiệp 4.0 hay các thiết bị giảng dạy, đào tạo hiện chưa có đồng bộ
mô phỏng thu nhỏ vận hành thực tế như một nhà máy để người học có thể tiếp cận, hiểu
quá trình và thực hành.
1.2. Giao thức OPC UA
Trước đây, [1, 3] các kết nối cứng SCADA với PLC qua RS232,RS485, Lan, Ethernet,
Internet phải thông qua các softwave driver của các hãng cung cấp như WinCC của
Siemen, iFix của GE, MELSOFT GT của Mitsubishi… hay các driver trên nền PC base
(sử dụng các phần mềm Visual Studio, C/C++, VB, Websever…) là OPC (Object Linking
and Embedding for Process Control), tuy nhiên các kết nối này đều bộc lộ nhược điểm với
cấu trúc nhà máy I4.0 khi mà IoT, icloud, big data là nền tảng, đặc biệt là hạn chế khi kết
nối Internet, Icloud và hỗ trợ truyền dữ liệu, truy xuất và bảo mật dữ liệu, đây là những
hạn chế lớn khi xây dựng các nhà máy trong công nghiệp 4.0.
Với cấu trúc nhà máy I4.0 kết nối Internet toàn bộ hệ thống, phân ra 5 lớp và lưu trữ,
xử lý dữ liệu lớn thì việc sử dụng kết nối PLC thông qua OPC là một tất yếu cho các nhà
thiết kế, xây dựng và lập trình nhà máy I4.0, bên cạnh đó là các lớp quản lý tổng thể nhà
máy, quản lý sản xuất yêu cầu kết nối và xử lý dữ liệu lớn phức tạp. Với cấu trúc của nhà
máy I4.0, việc ứng dụng các phần mềm hỗ trợ kết nối truyền thông, xây dựng SCADA
trước đây của các hãng là bị hạn chế, và thường phải sử dụng lập trình PC base trên nền
Window, trước đây thông thường hay dùng OPC DA là kiến trúc liên kết các đối tượng
phân tán trong tự động hóa công nghiệp để thiết kế, xây dựng và lập trình hệ thống.
OPC (trước đây được hiểu là OLE for Process Control, OLE là Object Linking and
Embedding là công nghệ COM/DCOM của Microsoft) được hiểu là kiến trúc liên kết các

đối tượng phân tán trong tự động hóa công nghiệp [1, 2, 3].
Đặc tả về OPC được chia ra làm 2 loại:

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018

49


Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

OPC DA (OPC Data Access): quy định cách truy cập dữ liệu thời gian thực SCADA
(Client) đến PLC (Server) thông qua phần mềm chạy trên máy tính hệ điều hành
Windows[1].
Nhược điểm:
+ Tốc độ truy cập từ SCADA đến PLC bị giảm bởi phải truy cập qua phần mềm trung
gian. OPC Server DA được xem là một cầu nối giữa SCADA và PLC.
+ Truy cập qua mạng LAN khó thực hiện.
+ Client và Server không kết nối được qua mạng Internet.
+ OPC DA Server chỉ chạy trên được hệ điều hành Windows và không chạy được trên
.NET. Chính điều này cũng không bao giờ chạy trực tiếp được trên PLC.
OPC UA (OPC Unified Architecture): được hiểu là một chuẩn truyền thông bậc cao
độc lập. Mục tiêu của tiêu chuẩn mới này là mô tả chung và truy cập thống nhất tất cả các
thông tin được trao đổi giữa các hệ thống hoặc ứng dụng. Tiêu chuẩn mới này bao gồm tất
cả các chức năng của các giao diện OPC trước đó. Tiêu chuẩn truyền thông OPC UA hoàn
toàn khác trước so với đặc tả OPC DA, nó khắc phục được những nhược điểm của OPC
DA chính vì vậy nó được hiểu theo cụm từ Open Platform Communication (OPC) Unified
Architecture (UA) để tránh đi cụm từ cũ OLE for Process Control của OPC DA.
Ưu điểm:
+ OPC UA Server và Client có thể lập trình và chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau.
+ OPC UA Server và Client có thể được chạy trên các thiết bị trường như cảm biến và

chấp hành. Như vậy dữ liệu từ cảm biến, chấp hành có thể đưa thẳng lên Cloud.
+ Client và Server có thể kết nối được qua Internet.
+ Có tính bảo mật cao, sử dụng nhiều lớp bảo mật như: chữ ký, mã hóa,
User/Password, quyền truy cập đến từng Point (Tag)…
Với ý tưởng xây dựng một mô hình doanh nghiệp, nhà máy theo hướng tiếp cận công
nghiệp 4.0 sát với thực tế sản xuất, bài báo nghiên cứu và xây dựng dựa trên hai thiết bị
sẵn có: các trạm sản xuất linh hoạt MPS2012 của Festo và hệ MPS YL – 335B của Yalong
tại hai phòng thực hành khác nhau, một mobile robot đóng vai trò trung chuyển sản phẩm
qua hai phòng và tất cả được kết nối tổng qua mạng Internet về một phòng khác là phòng
điều khiển trung tâm. Điểm quan trọng là các PLC sử dụng tại tất cả các trạm điều khiển
của hai hệ thống được sử dụng PLC S7-1500 của Siemens.
Với sự có mặt của OPC UA Server tích hợp ngay trên CPU của PLC S7-1500 cho phép
các PC giám sát, điều hành, SCADA truy cập một cách dể dàng đến PLC này từ mọi ngõ
ngách trên thế giới thông qua Internet với tính bảo mật rất cao. Trong mô hình này PLC
được kết nối một cách trực tiếp vào Internet mà không cần thông qua một phản mềm nào
đó chạy trên máy tính như trước đây.
II. KẾT NỐI VÀ TRUY CẬP CLIENT – SERVER TRÊN NỀN OPC UA
2.1. Kết nối vật lý
1 – Trạm làm việc S7 (Server), được hiểu là bộ điều khiển PLC S7- 300, S7- 400, S71500 …cùng với các module của nó được kết nối với các Client là các SCADA bằng công
nghệ mạng máy tính Ethernet với chuẩn truyền thông UA TCP. Trạm này có thể truyền
biến dữ liệu hoặc khối dữ liệu đến Client bằng những cặp lệnh tương ứng.
2 – Chức năng OPC UA Server của chuẩn truyền thông OPC UA, chuyển đổi các biến
và các khối dữ liệu của PLC thành các biến và khối dữ liệu OPC UA. OPC UA Server có
các chức năng như đọc, viết, theo dõi biến/khối dữ liệu của PLC.
3 – Chức năng OPC UA Client có thể thiết lập kết nối an toàn tới Server thông qua
không gian địa chỉ của máy chủ. OPC UA Client cũng có các chức năng truy cập các

50

N. M. Tiến, H. T. K. Duyên, “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng … giao thức OPC-UA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

biến/khối dữ liệu giống OPC UA Server như đọc, viết giá trị và theo dõi các biến đã chọn.
Client có thể kết nối với Server qua Internet.

Hình 2. Kết nối Client – Server.
2.2. Cấu trúc truy cập dữ liệu

Hình 3. Truy cập dữ liệu Client – Server.
[2, 3] Khi Client muốn lấy dữ liệu từ Server thì OPC UA Client sẽ yêu cầu Server cung
cấp không gian tên và cấu trúc dữ liệu. Khi đó, Server sẽ truy cập vào cùng dữ liệu của
chương trình điều khiển, nhận thông tin và gửi lại cho Client.

Hình 4. Giao diện OPC UA .NET Client.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018

51


Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

Dữ liệu trao đổi giữa Client và Server có thể là biến cơ bản, hàm, sự kiện, mảng và đối
tượng. Tất cả các thông tin đó được được OPC UA Server lưu trữ trong không gian địa chỉ.
Không gian địa chỉ này bao gồm các Node, mỗi Node là một lớp nhất định các đối
tượng như biến, hàm, mảng… và được mô tả bằng danh sách các thuộc tính.
Client muốn truy cập vào dữ liệu của Server trong không gian địa chỉ cần có giao diện
sử dụng của Client. Giao diện này được gọi là OPC UA .NET Client và được viết bằng

ngôn ngữ C#, Visual C.
III. THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG

Hình 5. Cấu trúc mô hình nhà máy thông minh.
Trong mô hình trên, tất cả các PLC ở đây được sử dụng là PLC S7-1500 của hãng
Siemens, PLC S7-1500 với Firmware 2.0 và được lập trình trên phần mềm TIA Portal
version 14 trở đi sẽ được hỗ trợ trợ OPC UA. Có nghĩa lả OPC UA Server chạy trực tiếp
trên CPU của PLC này. Thành phần chính chạy trên CPU của PLC là chương trình và dữ
liệu điều khiển. OPC UA Server là ứng dụng chạy độc lập trên cùng CPU.
Trong mô hình nhà máy thông minh, các PC0, PC1, PC Master, PC con đóng vai trò là
những Client, các bộ điều khiển PLC S7-1500 của hệ thống MPS2012 FESTO và YL –
335B YALONG đóng vai trò là những Server. Kết nối giữa các PC với các bộ điều khiển
bằng cáp mạng sẽ được cài đặt theo chuẩn truyền thông của OPC UA đó là chuẩn UA TCP.
Trên các Client (PC) sẽ sử dụng giao diện kết nối giữa Client với không gian địa chỉ
(hình 3) để truy cập dữ liệu của từng hệ thống qua Internet hoặc trong hệ thống mạng LAN.
Tùy theo yêu cầu, các PC con có thể chỉ cần truy cập dữ liệu của một trạm trong hệ
thống MPS FESTO hoặc Yalong thì chỉ cần truy cập vào không gian địa chỉ của một trạm,
không gian này chỉ bao gồm các dữ liệu (Node) của trạm đó. Đối với PC0, PC1 sẽ truy cập
đến không gian địa chỉ, không địa chỉ này bao gồm các node của cả hệ thống và tương tự
PC MASTER, sẽ truy cập đến không gian địa chỉ chứa toàn bộ thông tin của hệ thống
MPS FESTO và Yalong
3.1. Phòng 1 - Phòng điều khiển trung tâm
Bao gồm: PC Master, các Hub mạng có chức năng kết nối các PC con. Room1 thực
hiện các level 4 và level 3 trong cấu trúc I4.0.

52

N. M. Tiến, H. T. K. Duyên, “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng … giao thức OPC-UA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Level 4 Business Planning: được cài đặt và sử dụng phần mềm hoạch định doanh
nghiệp SAP-ERP. Đây là phần mềm được dùng để quản lý mọi hoạt động của doanh
nghiệp, thực hiện các quy trình xử lý một cách tự động hóa. Giúp doanh nghiệp quản lý
các hoạt động then chốt: kế toán, phân tích tài chính, hoạch định và quản lý sản xuất, quản
lý nhân sự, theo dõi bán hàng…
Hiện tại trong mô hình, phần ERP này, chúng tôi mới chỉ dừng ở mức thiết kế đề xuất,
chưa đi sâu vào triển khai, khai thác SAP-ERP, tuy nhiên đây là level sẽ phục vụ sâu cho
công tác nghiên cứu, phát triển sau này của mô hình.
Level 3 Manufacturing operation management/ exercution system (MES), các chức
năng của MES:
Với các trang thiêt bị có sẵn đều của hãng Siemens, do đó trong level này, chúng tôi sử
dụng và khai thác giải pháp hỗ trợ cho MES đó là SIMATIC IT của Siemens.
3.2. Phòng 2 – MPS2012 và Phòng 3- YL335B
Level 2 Supervisory Control: Đây là hai phòng điều khiển giám sát hoạt động cụ thể
của nhà máy, nó có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu các hoạt động và chú trọng vào
các thiết bị, các dây chuyền máy móc cũng như kiểm soát nhiều bộ điều khiển riêng lẻ hay
các vòng kiểm soát, cho phép người vận hành quan sát toàn bộ quá trình hoạt động và cho
phép tích hợp hoạt động giữa các bộ điều khiển để đảm bảo các thiệt bị máy móc hoạt
động ổn định, đạt hiệu suất đã đề ra cũng như phát hiện sự cố để nhanh chóng có phương
án khắc phục sửa chữa.
Các phòng được cài đặt phần mềm giám sát hiệu quả thường dùng như: SIMATIC
PCS7, SIMATIC WINCC, OPC-UA, C#, Visual C.
Level 1 Plant Control: Phần cứng trước đây là theo phiên bản cũ là sử dụng các PLC
S7-300, S7-200 của Siemen, nhưng để chạy được kết nối truyền thông trên nền OPC-UA
chúng tôi thay thế bằng các PLC S1500, S1200 cho tất cả các trạm.
Đây là cấp điều khiển trong nhà máy và chúng tôi sử dụng các phần mềm điều khiển để
lập trình điều khiển cho từng trạm PLC theo yêu cầu kỹ thuật, Room2, Room3 là
SIMATIC Manager hoặc Tia Portal để lập trình cho bộ điều khiển PLC S7-1500.

IV. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ HÌNH
4.1. PC điều khiển và giám sát
- PC0: là PC thực hiện việc điều khiển và giám sát mô hình thực hành MPS2012. PC0
được kết nối với 12 bộ điều khiển PLC S7-1500 của 12 trạm trong mô hình này. Các bộ
điều khiển này và PC0 được kết nối với Hub mạng bằng cáp. Khi đó PC0 có thể điều
khiển và giám sát từng trạm thông qua địa chỉ IP của bộ điều khiển PLC tương ứng với
mỗi trạm đó.
- PC1: là PC điều khiển và giám sát MPS YL – 335B. PC1 được kết nối với 5 bộ điều
khiển PLC S7-1500. Cách giao tiếp của PC1 với các trạm trong MPS YL – 335B tương tự
như cách giao tiếp của PC0 với MPS2012.
- PC Master: thực hiện điều khiển và giám sát cả hai mô hình thực hành trên. PC
Master cũng được kết nối chung vào một mạng với PC0 và PC1 thông qua Hub mạng.
Giống với PC0 và PC1, PC Master điều khiển và giám sát các trạm trong hai hệ thống thực
hành thông qua địa chỉ IP của các bộ điều khiển PLC tương ứng với mỗi trạm.
4.2. MPS2012 Festo
Hệ thống MPS2012 của Festo [5] là một dây chuyền sản xuất thu nhỏ phục vụ việc
nghiên cứu và đào tạo. Hệ thống được cấu tạo từ nhiều trạm nhỏ với chức năng riêng biệt
ví dụ như: trạm phân phối, trạm gia công, trạm phân loại… Các trạm này được kết nối với
nhau qua Internet và sử dụng công nghệ RFID để nhận dạng và xử lý phôi sản phẩm.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018

53


Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

Hình 6. Cấu trúc kết nối các trạm của hệ thống MPS2012.
Hệ thống MPS2012 của Festo có 12 trạm, mỗi trạm sử dụng một bộ điều khiển PLC
S7-1500 của Siemens.

Hệ thống MPS2012 của Festo được giám sát và quản lý bởi hệ thống MES. MES là
một hệ thống điều hành sản xuất, nó không trực tiếp vận hành một trạm hay một loại máy
móc nào, mà thực hiện kế hoạch sản xuất đã được đề ra theo lõi tiến độ vận hành của các
trạm trong hệ thống. Ở cấp này, chúng tôi cài đặt và sử dụng SIMATIC IT – MES.
SIMATIC IT – MES thực hiện kế hoạch do phần mềm hoạch định nguồn lực sản xuất
(ERP, MRP) xác lập trước. SIMATIC IT – MES thực hiện sản xuất theo kế hoạch, tạo ra
các sản phẩm theo đúng công thức sản xuất, thực hiện chính xác các bước sản xuất theo
từng trạm trong hệ thống và lặp đi lặp lại quá trình này cho đến khi một sản phẩm cụ thể
nào đó được hoàn thành.

Hình 7. Chức năng của hệ thống SIMATIC IT – MES.
Ngoài ra trong hệ thống MPS2012 của Festo, phôi sản phẩm được vận chuyển từ trạm
này qua trạm khác và được các trạm nhận biết qua công nghệ nhận dạng đối tượng bằng
sóng vô tuyến RFID.Là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu
từ xa, sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID. Hệ thống MPS2012 được trang bị
một số đầu đọc và viết dữ liệu RFID, khi ở trạm cung cấp (trạm đầu tiên) phôi tách ra và
được ghi dữ liệu bởi cảm biến RFID sau đó được lưu vào thẻ, khi tới các trạm tiếp theo thẻ
này sẽ được đọc và được các trạm xử lý dựa trên thông tin ghi trong đó. Việc này giúp các
level trên có thể quản lý được online quá trình sản xuất của một sản phẩm bất kỳ.
4.3. YL – 335B Yalong
Tương tự như hệ thống MPS2012 của Festo, hệ thống YL – 335B [4] của Yalong cũng
là một mô hình sản xuất thu nhỏ. Nhưng khác ở chỗ hệ thống YL – 335B của Yalong có số
trạm ít hơn. Hệ thống YL – 335B sử dụng 5 bộ điều khiển PLC S7-1200 của Siemens
tương ứng với 5 trạm: trạm cấp phôi, trạm gia công, trạm lắp ráp, trạm vận chuyển và trạm
phân loại.
Hệ thống làm việc theo sơ đồ sau:

54

N. M. Tiến, H. T. K. Duyên, “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng … giao thức OPC-UA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Hình 8. Cấu trúc kết nối các trạm trong hệ thống YL – 335B Yalong.
4.4. Mobile Robot
Trong các nhà máy sản xuất I4.0, việc sử dụng các mobile robot trong việc trung
chuyển các phôi, sản phẩm được sử dụng rộng rãi giúp nâng cao hiệu suất, tự động hóa và
kiểm soát quá trình sản xuất tốt nhất. Trong hệ thống mô hình này, chúng tôi sử dụng
robotino RB-Fto-01 của Festo.

Hình 9. Mobile Robot RB-Fto-01.
Mobile Robot RB-Fto-01 được gắn trên một khung thép không rỉ và di chuyển linh
hoạt nhờ 3 ổ đĩa đa hướng. Các thiết bị được gắn trên khung thép gồm: dây bảo vệ bằng
cao su với bộ cảm biến bảo vệ được tích hợp sẵn, 9 bộ cảm biến hồng ngoại tương tự giúp
tránh va chạm trong quá trình di chuyển, cảm biến cảm ứng tương tự, 2 cảm biến quang
học dạng tín hiệu số, Camera có thể được kết nối với máy vi tính để truyền trực tiếp hình
ảnh nó ghi được lên một website nào đó, hay đến một máy tính khác thông qua mạng
Internet.
Phần mềm Robotino View được cài đặt để lập trình điều khiển cho Mobile Robot.
Nguyên lý hoạt động của robotino là xử lý hình ảnh, xử lý màu sắc, định vị, dò đường để
di chuyển. Phần mềm này có thể kết nối trực tiếp từ PC với hệ thống Robot qua mạng
LAN không dây (sóng WIFI), không cần phải biên dịch và tải mã nguồn (code) xuống bộ
điều khiển.
4.5. Các nhóm kiến thức, kỹ năng có thể khai thác nghiên cứu và phục vụ đào tạo với
hệ thống mô hình nhà máy được xây dựng tích hợp
- Sử dụng phần mềm hoạch định doanh nghiệp SAP-ERP. Nghiên cứu, phát triển phần
mềm quản lý doanh nghiệp ERP cho riêng mình.
- Phát triển phần mềm Visual Studio Dot Net 2010.
- Ứng dụng Desktop Application, VB.NET, C#, XML.

- OPC-DA, OPC-UA.
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server 2005/2008.
- Big data, lưu trữ và phân tích dữ liệu, data analysis.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018

55


Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

- Internet of Thing (IoT).
- MES light:
- Cấu hình hệ thống.
- Kiểm soát cục bộ, phôi và phương tiện lưu trữ dữ liệu.
- Màn hình giám sát HMI, DCS, SCADA.
- Truyền thông: Intenert, Wifi, Ethernet, Lan, Can, Profibus, MPI, PPI liên kết các
trạm với nhau.
- Web services.
- Xử lý ảnh, điều khiển mobile robot, tay máy robot công nghiệp.
- Cấu trúc của một chương trình PLC.
- Lập trình chi tiết từng thành phần khác nhau.
- Lập trình một chế độ hoạt động và các tín hiệu liên quan.
- Thiết lập và tối ưu hóa phôi, vật liệu.
- Điều khiển lưu lượng phôi, phân loại sản phẩm.
- Nâng cao giao tiếp giữa các cổng I/O.
- Làm việc theo nhóm và điều phối.
- Cảm biến, đo lường điện, smart sensor.
- Công nghệ RFID.
- Khí nén, thủy lực.

- Điều khiển động cơ AC và DC servo.
- Điều khiển động cơ không đồng bộ và biến tần.
V. KẾT LUẬN
Bài báo đã nghiên cứu, thiết kế và xây dựng một hệ thống mô hình “nhà máy thông
minh“ theo hướng tiếp cận công nghiệp 4.0 dựa trên nền tảng giao thức OPC-UA và cơ sở
phần cứng PLC S1500, S1200 của hãng Siemen phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo giúp
nâng cao hiệu quả nghiên cứu, chất lượng đào tạo, tạo điều kiện cho các giảng viên, học
viên được nghiên cứu, phát triển, thực hành hệ thống với nhiều thiết bị, linh kiện hiện đại
tiếp cận I4.0. Việc điều khiển, giám sát hệ thống được thực hiện qua Internet với các truy
cập trực tiếp đến các PLC thông qua giao thức OPC-UA.
Ngày nay, SCADA được đám mây hóa (Cloud-based SCADA) và mọi việc thu thập dữ
liệu, tính toán, sự kiện, báo động, điều khiển, lưu trữ lược sử và phân tích dữ liệu được
thực hiện bởi những Server chạy trên Cloud. Các tập đoàn lớn, như Siemens hiện nay đã
đưa vào vận hành Cloud riêng của mình nhằm cung cấp hệ điều hành điện toán đám mây
nền tảng cho Industrial Internet of Things và trong đó có Cloud-based SCADA mà giao
thức nền tảng là OPC UA. Hướng phát triển của nhóm sẽ là đưa Cloud vào hệ mô hình đã
xây dựng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hoàng Minh Sơn, “Mạng truyền hhông công nghiệp”, NXB Khoa học và kỹ thuật.
12/2005.
[2]. Ngô Mạnh Tiến, Phạm Xuân Khánh, Cao Hồng Long, Trần Quang Tú, Hà Thị Kim
Duyên , “Nghiên cứu, Xây dựng mô hình “nhà máy thông minh” tiếp cận Công
nghiệp 4.0 phục vụ nghiên cứu và đào tạo”, Hội nghị VCCA 2017, 12/2017.
[3]. Trương Đình Châu, OPC-UA Giao thức nền tảng cho Industrie 4.0, Số 11/2017 Tạp
chí tự động hóa ngày nay.
[4]. Yalong YL – 335B, “Automatic Production Line Training & Testing Equipment”
(siemens PLC version).
[1].

56

N. M. Tiến, H. T. K. Duyên, “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng … giao thức OPC-UA.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

[5]. Festo, “MPS The Modular Production System”, MPS 203 I4.0 – Fundamentals of the
new
[6]. Mario Hermann, Tobias Pentek, Boris Otto, (2016), “Design Principles for Industrie
4.0 Scenarios”, 49th Hawaii International Conference on.
[7]. R. Drath, and A. Horch, “Industrie 4.0: Hit or Hype?”, IEEE Industrial Electronics
Magazine, 8(2), 2014, pp. 56-58.
[8]. Giusto, D., A. Iera, G. Morabito, and L. Atzori, eds., “The Internet of Things”,
Springer, New York, 2010.
[9]. D. Zuehlke, “SmartFactory - Towards a factory-of- things”, Annual Reviews in
Control 34, 2010, pp. 129–138.
[10]. D. Gorecky, M. Schmitt, M. Loskyll, and D. Zühlke, “Human-Machine-Interaction
in the Industry 4.0 Era”, 12th IEEE International Conference on Industrial
Informatics (INDIN), 2014, pp. 289-294.
ABSTRACT
RESEACHING, DESIGNING THE “SMART LEARNING FACTORY” FOR
RESEARCH AND TRAINING BASE ON OPC-UA
This paper presents the research, design and development of a model system
Smart Learning Factory in order to support for researching and training base on
OPC-UA. Previously, SCADA connected to the PLC must be through the driver and
the usual vendors such as WinCC, iFix, MELSOFT GT ... or OPC Data Access, but
these connections have revealed the weakness with the factory structure I4 .0 where
IoT, icloud, big data are platform. The authorities proposed building a system based
on upgrading and connecting base on OPC-UA, those systems are connected
together and connected to a central control room that is equipped the management

software for the levels in I4.0: ERP, MES, Supervisory Control, Plant Control,
Physical Equipment to make a flexible model for business and factory approaching
Industry 4.0 in reality. The proposed model is designed and tested for good results.
The result illustrated that the proposed model is efficient for researching,
developing and training the human resources in Industry 4.0.
Keywords: Industry 4.0; Smart Learning Factory; ERP; MES; Internet of Thing; PLC; SIMATIC IT.

Nhận bài ngày 01 tháng 7 năm 2018
Hoàn thiện ngày 10 tháng 9 năm 2018
Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 9 năm 2018

Địa chỉ:

1

Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam;
Đại học Công nghiệp Hà Nội.
*
Email:

2

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018

57