Thiết bị IOT là gì ? cách thức hoạt động và hiệu quả

IoT (Internet of Things) hay “Internet Vạn Vật” là một khái niệm không còn quá xa lạ trong thế giới công nghệ hiện đại. IoT đề cập đến mạng lưới các thiết bị, vật dụng kết nối với nhau qua internet, có thể giao tiếp, trao đổi dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người. Những thiết bị này có thể là máy móc, cảm biến, điện thoại thông minh, phương tiện giao thông, đồ gia dụng thông minh và nhiều thứ khác nữa.

không nên bỏ qua: IoT là gì? Ý nghĩa và vai trò của IOT trong sản xuất 4.0

Thiết bị IoT Công nghiệp Là Gì?

Thiết bị IOT (IoT device ) là những thiết bị thông minh được sử dụng trong các ngành công nghiệp để kết nối, thu thập, phân tích và chia sẻ dữ liệu nhằm tối ưu hóa các quy trình sản xuất, bảo trì, quản lý và giám sát. IoT công nghiệp là một phần của cách mạng công nghiệp 4.0, giúp các hệ thống máy móc, thiết bị và cảm biến kết nối với nhau và với các hệ thống điều khiển trung tâm qua mạng internet hoặc mạng cục bộ.

Cảm biến (Sensor)

cảm biến
cảm biến

Cảm biến là thành phần quan trọng trong các hệ thống IoT công nghiệp, chúng thu thập dữ liệu từ các yếu tố vật lý, hóa học hoặc sinh học trong môi trường công nghiệp. Các loại cảm biến phổ biến bao gồm:

  • Cảm biến nhiệt độ: Đo nhiệt độ của thiết bị, máy móc hoặc môi trường xung quanh.
  • Cảm biến áp suất: Đo áp suất trong các hệ thống, ví dụ như máy bơm, máy nén khí, hoặc ống dẫn chất lỏng.
  • Cảm biến độ ẩm: Đo độ ẩm trong không khí, thích hợp cho các môi trường sản xuất yêu cầu điều kiện không khí ổn định.
  • Cảm biến độ rung: Giám sát sự rung động của máy móc để phát hiện hư hỏng hoặc mài mòn sớm.
  • Cảm biến ánh sáng: Đo cường độ ánh sáng trong nhà xưởng, hoặc sử dụng trong các hệ thống chiếu sáng thông minh.
  • Cảm biến khí: Phát hiện các chất khí độc hại hoặc các chất dễ cháy như CO, CO2, metan, v.v.
  • Cảm biến vị trí/GPS: Xác định vị trí của máy móc hoặc vật thể trong quá trình vận chuyển, quản lý kho hàng.

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Signal Converters)

Sau khi cảm biến thu thập dữ liệu, bộ chuyển đổi tín hiệu (còn gọi là Analog-to-Digital Converter – ADC) sẽ chuyển đổi tín hiệu analog từ cảm biến thành dạng tín hiệu số mà các bộ xử lý có thể hiểu và xử lý. Điều này rất quan trọng vì phần lớn các hệ thống IoT hiện nay sử dụng tín hiệu số để dễ dàng phân tích và truyền tải qua mạng.

thiết bị chuyển đổi dữ liệu công nghiệp
thiết bị chuyển đổi dữ liệu công nghiệp

Chuyển đổi tín hiệu Analog-to-Digital (ADC – Analog-to-Digital Converter)

Chuyển tín hiệu analog (dạng sóng liên tục) từ các cảm biến thành tín hiệu số (digital) mà các bộ điều khiển hoặc hệ thống giám sát có thể xử lý và phân tích.

  •  Trong các hệ thống công nghiệp, cảm biến thường sử dụng tín hiệu analog (chẳng hạn, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ rung) và tín hiệu này phải được chuyển thành tín hiệu số để được bộ điều khiển PLC hoặc các hệ thống SCADA xử lý.
  •  Cảm biến nhiệt độ có thể gửi tín hiệu 4-20mA (tín hiệu analog), nhưng hệ thống điều khiển yêu cầu tín hiệu số để xử lý, ADC sẽ chuyển đổi tín hiệu này thành giá trị số phù hợp.

Chuyển đổi tín hiệu Digital-to-Analog (DAC – Digital-to-Analog Converter)

  •  Chuyển tín hiệu số (digital) thành tín hiệu analog để điều khiển các thiết bị cần tín hiệu analog, chẳng hạn như van, bơm, điều khiển động cơ, hoặc các thiết bị công nghiệp khác.
  •  Một hệ thống điều khiển tự động hóa có thể sử dụng tín hiệu số để kiểm soát các thiết bị công nghiệp (như máy bơm hoặc van) mà yêu cầu tín hiệu analog để điều khiển chính xác.

Chuyển đổi giao thức truyền thông công nghiệp(Protocol Converters)

  • Chuyển đổi giữa các giao thức truyền thông công nghiệp khác nhau mà các thiết bị trong hệ thống IoT công nghiệp sử dụng. Các giao thức phổ biến trong công nghiệp bao gồm Modbus RTU, Profibus, EtherCAT, CAN Bus, RS-485, MQTT, và OPC UA.
  • Các thiết bị hoặc cảm biến trong một hệ thống công nghiệp có thể sử dụng các giao thức khác nhau để giao tiếp. Bộ chuyển đổi giao thức giúp kết nối các thiết bị này với nhau, dù chúng sử dụng giao thức khác nhau.

Chuyển đổi tín hiệu điện áp (Voltage Converters)

  •  Thực hiện việc thay đổi mức điện áp của tín hiệu để phù hợp với yêu cầu của thiết bị đầu cuối hoặc hệ thống điều khiển.
  • Trong môi trường công nghiệp, các thiết bị khác nhau có thể yêu cầu các mức điện áp khác nhau (ví dụ: 0-10V, 4-20mA, 0-5V). Bộ chuyển đổi điện áp giúp điều chỉnh tín hiệu sao cho phù hợp với yêu cầu của hệ thống hoặc thiết bị.

Chuyển đổi tín hiệu dòng (Current-to-Voltage Converters) và Voltage-to-Current Converters

  •  Làm nhiệm vụ chuyển đổi giữa tín hiệu dòng (current) và tín hiệu điện áp (voltage). Ví dụ, chuyển đổi tín hiệu 4-20mA thành tín hiệu 0-10V hoặc ngược lại.
  • Trong các hệ thống giám sát công nghiệp, nhiều thiết bị và cảm biến sử dụng tín hiệu dòng (mA) hoặc điện áp (V) để truyền dữ liệu. Bộ chuyển đổi này giúp chuyển đổi giữa các dạng tín hiệu để thiết bị nhận và xử lý tín hiệu hiệu quả.
  • Một cảm biến có thể cung cấp tín hiệu 4-20mA, nhưng bộ điều khiển yêu cầu tín hiệu 0-10V. Bộ chuyển đổi sẽ điều chỉnh tín hiệu này để có thể tương thích.

Chuyển đổi tín hiệu giữa các chuẩn (Signal Level Converters)

  •  Chuyển đổi giữa các chuẩn tín hiệu khác nhau để giúp các thiết bị công nghiệp có thể giao tiếp với nhau dù tín hiệu đầu vào hoặc đầu ra có chuẩn khác nhau. Các cảm biến, máy móc, hoặc bộ điều khiển trong hệ thống công nghiệp có thể sử dụng các tín hiệu với chuẩn khác nhau (ví dụ: RS-232, RS-485, TTL).
  • Bộ chuyển đổi chuẩn tín hiệu sẽ giúp các thiết bị này giao tiếp hiệu quả với nhau. Bộ chuyển đổi RS-232 sang RS-485, giúp các thiết bị với chuẩn truyền thông khác nhau có thể kết nối và trao đổi thông tin.

Vi xử lý (Microprocessor/Microcontroller)

Vi xử lý hoặc vi điều khiển là bộ não của thiết bị IoT công nghiệp. Nó xử lý và phân tích dữ liệu thu thập từ cảm biến hoặc các thiết bị khác, sau đó thực hiện các hành động cần thiết như gửi dữ liệu lên hệ thống đám mây, điều khiển các thiết bị khác, hoặc kích hoạt cảnh báo. Vi xử lý có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể như phân tích dữ liệu hoặc ra quyết định tự động.

Chức năng chính:

vi sử lý trong hệ thống IOT
vi xử lý trong hệ thống IOT 

 

 

  • Xử lý dữ liệu thu thập từ cảm biến.
  • Quản lý giao tiếp giữa các thiết bị IoT.
  • Điều khiển các thiết bị ngoại vi (mở/đóng công tắc, kích hoạt động cơ, v.v.)

Cổng IoT (IoT Gateway)

Gateway IOT
Gateway IOT

Cổng IoT đóng vai trò là cầu nối giữa các thiết bị IoT và hệ thống mạng lớn hơn, chẳng hạn như hệ thống máy chủ hoặc đám mây. Cổng IoT nhận dữ liệu từ các cảm biến hoặc thiết bị IoT khác, xử lý sơ bộ và chuyển tiếp chúng lên các hệ thống phân tích hoặc lưu trữ. Giao tiếp giữa các thiết bị trong hệ thống IoT có thể diễn ra qua cổng này.

Các chức năng chính của Gateway IoT:

Kết nối và giao tiếp:

  • Chuyển đổi giao thức: Gateway giúp các thiết bị IoT sử dụng giao thức khác nhau (Modbus, Zigbee, LoRa, MQTT, HTTP, RS-485, Bluetooth, v.v.) có thể giao tiếp với nhau và với hệ thống trung tâm.
  • Kết nối các mạng: Kết nối các thiết bị IoT với mạng LAN, Wi-Fi, Ethernet, hoặc các mạng không dây (cellular, LoRaWAN, NB-IoT, v.v.).

Xử lý và phân tích dữ liệu tại biên (Edge Computing):

  • Tiền xử lý dữ liệu: Trước khi gửi lên đám mây hoặc hệ thống trung tâm, gateway có thể thực hiện xử lý dữ liệu cơ bản như lọc, phân loại, hoặc tính toán một số chỉ số cơ bản nhằm giảm tải cho hệ thống trung tâm.
  • Cải thiện độ trễ: Việc xử lý dữ liệu tại biên giúp giảm độ trễ, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu phản hồi nhanh (như điều khiển tự động trong nhà máy).
  • Bảo mật:
  • Mã hóa dữ liệu: Gateway IoT đảm bảo rằng dữ liệu truyền tải qua mạng được mã hóa để bảo vệ khỏi các mối đe dọa bảo mật.
  • Quản lý quyền truy cập: Quản lý các quyền truy cập vào hệ thống, đảm bảo chỉ những người hoặc thiết bị hợp lệ mới có thể gửi và nhận dữ liệu.

Quản lý và giám sát:

  • Giám sát kết nối và thiết bị: Các gateway IoT cung cấp khả năng giám sát các thiết bị IoT kết nối với chúng, giúp phát hiện lỗi hoặc vấn đề trong hoạt động của các thiết bị.
  • Quản lý mạng và kết nối: Chúng có thể quản lý và tối ưu hóa việc kết nối các thiết bị IoT đến mạng, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống.
  • Chức năng chính:
  • Dịch giao thức: Cổng IoT có thể chuyển đổi giữa các giao thức khác nhau (ví dụ, từ Modbus sang MQTT).
  • Tích hợp và bảo mật: Cổng IoT có thể hỗ trợ các tính năng bảo mật như mã hóa và xác thực dữ liệu trước khi gửi lên đám mây.

Đọc thêm : Gateway IOT là gì ? Vai trò của Gateway trong thời đại 4.0

Lưu trữ và xử lý dữ liệu (Data Storage and Processing)

lưu trữ dữ liệu
lưu trữ dữ liệu

Khi dữ liệu được thu thập từ các thiết bị IoT, chúng cần được lưu trữ và xử lý để phân tích. Trong môi trường IoT công nghiệp, việc xử lý và phân tích dữ liệu có thể diễn ra ngay tại thiết bị (edge computing) hoặc được gửi lên hệ thống đám mây để xử lý (cloud computing). Quyết định về nơi xử lý dữ liệu phụ thuộc vào yêu cầu về độ trễ, băng thông và khả năng tính toán của hệ thống.

  • Edge Computing: Xử lý dữ liệu ngay tại chỗ giúp giảm độ trễ và giảm bớt tải cho mạng.
  • Cloud Computing: Xử lý và lưu trữ dữ liệu trong môi trường đám mây giúp dễ dàng truy cập và mở rộng quy mô.

Nguồn điện (Power Supply)

nguồn cấp

Các thiết bị IoT công nghiệp cần một nguồn điện để hoạt động. Nguồn điện có thể là pin (cho các thiết bị di động hoặc không dây), hoặc cung cấp từ nguồn điện trực tiếp qua mạng. Trong một số trường hợp, thiết bị IoT có thể sử dụng năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, để hoạt động lâu dài mà không cần phải thay pin thường xuyên.

STI Việt Nam là đơn vị cung cấp thiết bị, giải pháp IOT hàng đầu Việt Nam

Tiên phong đi đầu trong lĩnh vực tự động hóa và IOT công nghiệp, STI Việt Nam đã cung cấp và thực hiện nhiều dự án, giải pháp tự động hóa cho các nhà máy sản xuất với quy mô từ nhỏ đến lớn. Đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm với phương châm hoạt động “sự hài lòng của khách hàng là giá trị và sự sống còn của công ty” STI Việt Nam tự tin cung cấp giải pháp tự động hóa AN toàn, hiệu quả, chất lượng và tối ưu giá thành

Địa chỉ liên hệ

Văn phòng : Km12, đường Cầu Diễn, Phường Phúc Diễn, Quận Bắc Từ Liêm, TP. Hà Nội.

Số điện thoại:

0912777223

0904565121

Gmail : admin@stivietnam.com

Website: www.stivietnam.com

 

YOUR_CODE_HERE