Giới thiệu về Smart Factory

Dữ liệu không tự động tập trung

Câu nói "Khi gắn cảm biến IoT, dữ liệu sẽ tập trung" chỉ đúng một nửa. Từ tín hiệu đầu ra của cảm biến trở thành con số trên màn hình phải đi qua bốn cửa ải. Nếu bất kỳ cửa ải nào bị gián đoạn, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động. Phần lớn các điểm tranh cãi giữa nhà cung cấp thiết bị và nhà cung cấp phần mềm (SI) đều nằm ở ranh giới này.

Nếu không ghi rõ ai chịu trách nhiệm tại mỗi ranh giới trong hợp đồng, sau này bạn sẽ nghe thấy câu "Chúng tôi chỉ chịu trách nhiệm đến PLC thôi".

Đường truyền thu thập: Cảm biến → PLC → Gateway → Nền tảng

[Thiết bị cảm biến / Actuator]          Level 0~1
      │   4~20mA, 0~10V, tiếp điểm (ON/OFF), xung
      ▼
[PLC / Inverter / Thiết bị đo lường]      Level 1~2
      │   Giá trị được lưu trong bộ nhớ thiết bị (Register)
      │   Modbus TCP, EtherNet/IP, PROFINET
      ▼
[Gateway / Thiết bị Edge]     ← Chuyển đổi giao thức + lưu trữ + lọc + đồng bộ thời gian
      │   OPC UA, MQTT(TLS)
      ▼
[MES / Nền tảng IoT]           Lưu trữ + hiển thị + cảnh báo + phân tích

Không được đánh giá thấp vai trò của Gateway.

• Chuyển đổi giao thức: Mỗi thiết bị nói khác nhau. Ở đây, chúng được chuyển đổi thành một chuẩn chung.
• Lưu trữ: Khi đường truyền bị gián đoạn, dữ liệu sẽ được lưu trữ cục bộ và sau khi phục hồi sẽ được gửi lên. Nếu không có tính năng này, một lần mất điện sẽ khiến toàn bộ dữ liệu trong ngày bị mất.
• Đồng bộ thời gian: Nếu mỗi thiết bị có đồng hồ khác nhau, dữ liệu sẽ không thể so sánh được. Cần đồng bộ bằng NTP.
• Lọc và tập trung: Nếu gửi toàn bộ tín hiệu gốc, đường truyền và kho lưu trữ sẽ không thể chịu nổi (xem tính toán dưới đây).

4 loại cảm biến thường dùng tại hiện trường

> Khi gắn cảm biến mới, hãy kiểm tra điều kiện bảo hành của nhà sản xuất thiết bị trước. Việc mở tủ điều khiển hoặc chia nhánh dây điện có thể khiến bảo hành trở nên vô hiệu. Đây là lý do thực tế tại sao cảm biến CT và cảm biến quang được ưa chuộng.

Giao thức truyền thông — Chỉ cần biết 3 loại

OPC UA và MQTT không phải là đối thủ cạnh tranh

• OPC UA giải quyết vấn đề "giá trị này là gì". Thay vì gọi là register 40001, nó sẽ được gắn nhãn là "nhiệt độ vùng 2 của ống bơm 3" kèm theo đơn vị là độ Celsius.
• MQTT giải quyết vấn đề "cách truyền dữ liệu".

Vì vậy, trong thực tế triển khai, hai giao thức này thường được sử dụng song song. Nếu nhà cung cấp nói "chúng tôi dùng MQTT nên không cần OPC UA", hãy hỏi lại nơi nào định nghĩa ý nghĩa của các tag. Nếu chỉ quản lý bằng một tệp Excel, thì khi nhân viên phụ trách nghỉ việc, thông tin cũng sẽ biến mất.

> Không được truyền Modbus ra ngoài mạng nội bộ. Vì không có xác thực hay mã hóa, không chỉ người đọc được giá trị mà người khác cũng có thể thay đổi giá trị. Khi truyền ra ngoài, hãy chuyển đổi sang OPC UA hoặc MQTT có TLS tại gateway. Mạng điều khiển và mạng văn phòng phải được tách biệt.

Cách gắn thiết bị cũ — Thực tế tại Hàn Quốc

Nhiều thiết bị tại các nhà máy sản xuất vừa và nhỏ không có cổng truyền thông hoặc có nhưng không thể mở. Tuy nhiên, không cần từ bỏ.

> Chú ý nguy cơ điện giật. Việc mở tủ phân phối điện, tủ điều khiển hoặc lấy điện từ dây cáp đèn tín hiệu là công việc điện. Theo quy định số 319 của Quy tắc an toàn và sức khỏe nghề nghiệp, nguyên tắc là phải ngắt điện trước khi thi công. Nếu không thể ngắt điện, theo quy định số 321, phải trang bị đầy đủ dụng cụ bảo vệ cách điện và bảo hộ. Thi công phải do kỹ thuật viên điện thực hiện. Không để người phụ trách tại hiện trường tự ý gắn thêm.

| Có PLC nhưng bị niêm phong bởi nhà sản xuất | Lấy tín hiệu tiếp điểm bằng đơn vị IO riêng biệt | Đếm chu kỳ, trạng thái cửa mở |

| Quy trình thủ công (hàn, sơn, lắp ráp) | Quét mã nhân viên + gắn tag vị trí | Thời gian bắt đầu và kết thúc, nhân viên thực hiện |

Chỉ cần thu thập ba trạng thái của đèn tín hiệu cũng có thể tính được tỷ lệ thời gian hoạt động. Đây là cách chuẩn mực để bắt đầu. Giá trị của cảm biến vài chục nghìn won có thể cao hơn nhiều so với dịch vụ tư vấn vài nghìn triệu won.

Các yếu tố bổ sung tại hiện trường xây dựng và ngoài trời

• Việc làm vật tư và phụ kiện tại các khu vực xây dựng thường thay đổi vị trí liên tục. Do đó, cáp dây không thể sử dụng được, nên gateways LTE hoặc cảm biến không dây dùng pin là giải pháp thực tế.
• Các khu vực sơn và hàn thường có bụi và tia hàn, khiến cảm biến quang dễ bị hỏng. Hãy lập kế hoạch từ đầu để có vỏ bảo vệ và lịch thay thế định kỳ.
• Công việc của các công ty hợp tác bên ngoài không thể đưa vào mạng của chúng ta. Khu vực này cần được thiết kế theo phương pháp nhập dữ liệu dựa trên quét để tách biệt.

Tại sao phải lọc tại edge — Tính toán dung lượng

Một cảm biến rung được lấy mẫu ở 1kHz, mỗi giá trị chiếm 4 byte

  1 giây = 1,000 × 4 = 4,000 B  ≈ 4 KB/giây
  1 ngày = 4 KB × 86,400 giây       ≈ 340 MB/ngày (1 cảm biến)
  20 thiết bị                      ≈ 6.8 GB/ngày → hơn 200 GB/tháng

→ Nếu gửi toàn bộ dạng sóng nguyên bản đến máy chủ, cả đường truyền và kho lưu trữ đều không thể chịu nổi.

Nếu chỉ lấy các giá trị đặc trưng tại edge (RMS, đỉnh, độ nhọn, tần số chính, v.v. mỗi giây 20 byte)

  1 ngày = 20 B × 86,400        ≈ 1.7 MB/ngày (1 cảm biến)
  20 thiết bị                    ≈ 34 MB/ngày

  → Khoảng 1/200

Tiêu chuẩn thiết kế là chỉ giữ lại dạng sóng nguyên bản trong khoảng thời gian phát hiện bất thường, còn lại rút gọn thành các giá trị đặc trưng. Chi phí của việc "đầu tiên lưu trữ hết rồi xem sau" cũng rất lớn, và thực tế là sau này cũng không ai xem.

Bẫy của việc chỉ thu thập dữ liệu mà không xem

Ví dụ về tình trạng thường gặp ở các công ty bắt đầu thu thập dữ liệu sau khoảng 6 tháng. (Số liệu dưới đây là ví dụ để minh họa quy mô, không phải số liệu cụ thể từ khảo sát.)

• Thu thập 3,000 tag, nhưng không có màn hình nào được xem hàng ngày
• Có 40 bảng điều khiển, nhưng lịch sử truy cập dưới 1 lần/tuần
• Có 200 cảnh báo mỗi ngày, nhưng không ai xem (mệt mỏi cảnh báo)

Phương pháp xác định duy nhất là: Nếu số liệu của hệ thống không được đưa vào nội dung thảo luận trong cuộc họp sản xuất hàng tuần, thì hệ thống đó đã chết rồi.

• Hãy giảm chỉ số xuống còn 3 và cố định 3 chỉ số đó làm trang đầu tiên trong cuộc họp.
• Chỉ giữ lại cảnh báo có người phụ trách và phương pháp xử lý. Cảnh báo không thể xử lý được là tiếng ồn.
• Không gắn tất cả tag ngay từ đầu, mà chỉ gắn các tag cần thiết cho từng nhiệm vụ cải tiến.

Danh sách kiểm tra trước khi triển khai

• Liệu bạn sẽ đưa ra quyết định gì dựa trên dữ liệu này? Hãy viết thành một câu.
• Liệu bạn có thể tiếp cận dây điện và tủ điều khiển theo điều kiện bảo hành thiết bị không?
• Gateway có tính năng lưu trữ và đồng bộ thời gian (NTP) không?
• Liệu mạng điều khiển và mạng văn phòng có được tách biệt không?
• Liệu quy tắc đặt tên và định nghĩa ý nghĩa của tag có được ghi lại trong tài liệu không?
• Liệu bạn có tính toán dung lượng dữ liệu phát sinh mỗi ngày và chi phí lưu trữ trong 3 năm không?
• Liệu bạn có xác định ai sẽ thay thế cảm biến khi hỏng và thời gian thực hiện không? (Cảm biến cũng là vật liệu tiêu hao)