NGHIÊN cứu, CHẾ tạo mô HÌNH PHÂN LOẠI sản PHẨM lỗi ỨNG DỤNG xử lý ẢNH

Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Khương, Nguyễn Ngọc Nhật TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM LỖI ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM LỖI ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Mã sinh viên: 1811505520124 1811505520240 Lớp: 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, 05/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM LỖI ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Mã sinh viên: 1811505520124 1811505520240 Lớp: 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, 05/2022 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khương Mã SV: 1811505520124 Lớp: 18TDH1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Nhật Mã SV: 1811505520240 Lớp: 18TDH2 Trong đề tài này, nhóm tìm hiểu nghiên cứu nhiều phương pháp phân loại sản phẩm lỗi, việc phân loại sản phẩm lỗi xử lý ảnh mang đến hiệu khả thi nhất, từ nhóm thiết kế thành cơng hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview Hệ thống có khả nhận dạng lỗi sản phẩm sai màu sắc, cấn móp, kiểm tra mã sản phẩm barcode sai bị nhăn, mờ, bị rách Từ giúp hệ thống phân loại sản phẩm lỗi sản phẩm đạt chuẩn Nhóm thiết kế xây dựng hồn thiện phần cứng, sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống, xây dựng chương trình xử lý ảnh dựa Labview để xây dựng chương trình điều khiển giám sát hệ thống thông qua Wincc, thiết kế thành công sơ đồ nối dây hệ thống, giao diện giám sát điều khiển cho hệ thống TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật MSV: 1811505520124 MSV: 1811505520240 Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Mơ hình phân loại sản phẩm hình ảnh - Lập trình điều khiển dùng PLC S7-1200 giám sát WinCC - Mơ hình hoạt động hai chế độ: điều khiển tay tự động - Phân loại sản phẩm đạt mức chất lượng sản phẩm lỗi Nội dung đồ án: - Tổng quan hệ thống tự động hóa phân loại sản phẩm cơng nghiệp - Nghiên cứu, khảo sát đánh giá hệ thống phân loại sản phẩm công nghiệp - Thiết kế, chế tạo, lập trình điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh - Nhận xét, đánh giá hướng phát triển đồ án Các sản phẩm dự kiến - Báo cáo đồ án tốt nghiệp - Mơ hình phân loại sản phẩm - Chương trình điều khiển dùng PLC S7-1200 giám sát WinCC - Các vẽ thiết kế mơ hình Ngày giao đồ án:21/2/2022 Ngày nộp đồ án:23/5/2022 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng, ngày 21 tháng năm 2022 Người hướng dẫn TS Nguyễn Đức Quận LỜI NĨI ĐẦU Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường Đại học đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô gia đình Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện- Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Đức Quận - cương vị giảng viên hướng dẫn đề tài nhiệt tình bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình vướng mắc trình tìm hiểu đề tài Một lần chúng em xin cảm ơn Bước đầu làm quen , tìm hiểu lĩnh vực sáng tạo, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN i CAM ĐOAN - Chúng em cam đoan cơng trình nghiên cứu - Các số liệu, kết nêu đồ án trung thực chưa công bố cơng trình khác Sinh viên thực Nguyễn Ngọc Khương ii Nguyễn Ngọc Nhật MỤC LỤC Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét người phản biện Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án LỜI NĨI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.3 Phạm vi ứng dụng đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Nội dung đề tài 1.6 Kết luận chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống 2.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm 2.1.2 Các lỗi phân loại thường gặp thực tế [2] 2.2 Tổng quan xử lý ảnh 2.2.1 Khái niệm ảnh [3] 2.2.2 Phần mềm Labview 2.2.3 Xử lí ảnh Labview 10 2.3 Truyền thông OPC 14 2.3.1 Khái niệm 14 2.3.2 Nguyên lí hoạt động 15 2.3.3 Lợi ích sử dụng tiêu chuẩn OPC 15 2.4 Kết luận chương 15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 16 iii 3.1 Tính tốn thiết kế phần cứng 16 3.2 Thiết kế hệ thống 20 3.2.1 Quy trình cơng nghệ 20 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 20 3.3 Bảng phân công đầu đầu vào 21 3.4 Tổng quan phần cứng 22 3.4.1 PLC 22 3.4.2 Van khí nén 25 3.4.3 Bộ xử lý trung tâm 27 3.4.4 Nguồn cấp cho hệ thống 28 3.4.5 Động băng tải 29 3.4.6 Xi lanh khí nén 30 3.4.7 Cảm biến quang 31 3.4.8 Van khí nén 5/2 32 3.4.9 Camera Webcam 1080P Camera OPPO A73 33 3.4.10 Thiết kế băng tải 35 3.4.11 Các thiết bị hỗ trợ khác 37 3.5 Sơ đồ nối dây hệ thống 42 3.6 Lưu đồ giải thuật 45 3.7 Kết luận chương 47 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 48 4.1 Tổng quan phần mềm TIA Portal Siemens 48 4.1.1 Tổng quan phần mềm TIA Portal V15.1 [10] 48 4.1.2 Giao diện phần mềm TIA Portal V15.1 49 4.2 Tổng quan phần mềm WinCC thiết kế giao diện hệ thống 49 4.2.1 Tổng quan phần mềm WinCC 49 4.2.2 Thiết kế giao diện hệ thống 50 4.3 Chương trình điều khiển hệ thống TIA PORTAL V15.1 55 4.4 Chương trình nhận diện sản phẩm mã barcode 55 4.4 Cấu hình truyền thơng OPC KEPServerFX 60 4.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG : KẾT QUẢ MƠ HÌNH , CHẠY THỰC NGHIỆM 63 5.1 Kết thi công phần cứng 63 5.2 Kết giao diện giám sát 66 5.3 Kết luận chương 68 iv Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Hình 5.2 Tổng quan mơ hình hệ thống SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 64 Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Hình 5.3 Mơ hình tủ điện Mơ hình tủ điện để bố trí thiết bị hệ thống, gồm có MCB, PLC S71200, nguồn tổ ong 24VDC, Relay, hệ thống nút nhấn, đèn báo Hình 5.4 Mơ hình tủ điện Bảng điều khiển hệ thống, gồm có: nút nhấn Start, Stop, E_Stop đèn báo trạng thái SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 65 Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh 5.2 Kết giao diện giám sát Kết giao diện giám sát hệ thống giám sát qua hình HMI Labview Hình ảnh thực tế, rõ ràng, xác dễ nhìn, màu sắc dịu giúp người vận hành sử dụng dễ dàng Việc hiển thị loại lỗi giúp người vận hành dễ dàng nhận diện loại lỗi từ bao qt tình trạng hệ thống Việc nhận diện màu sắc sản phẩm hay mã barcode xác, khơng gặp cố đủ điều kiện ánh sáng, xác định lỗi sản phẩm xác, cấu chấp hành thực ổn định, khơng gặp cố Hình 5.5 Giao diện giám sát hệ thống đạt chuẩn Giao diện giám sát HMI labview hiển thị trạng thái phân loại sản phẩm đạt chuẩn SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 66 Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Hình 5.6 Giao diện giám sát hệ thống lỗi sai màu sắc Giao diện giám sát HMI labview hiển thị trạng thái phân loại sản phẩm đạt sai màu sắc Hình 5.7 Giao diện giám sát hệ thống sai mã barcode Giao diện giám sát HMI labview hiển thị trạng thái phân loại sản phẩm đạt chuẩn SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 67 Nghiên cứu, chế tạo mô hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Hình 5.8 Kết giám sát số lượng phân loại Excel Việc đếm sản phẩm phân loại chuẩn, khơng sai xót, nút nhấn reset tác động người giám sát Để minh chứng cho việc hệ thống hoạt động ổn định, nhóm thực test phân loại liên tục 30 lần cho loại sản phẩm Từ nhận thấy việc phân loại chưa xác 100% sai số thực test số lần lớn ít, việc sai số xảy người vận hành đặt sản phẩm bị lệch, thiếu ánh sáng chiếu vào barcode, không ngắn Bảng Kết kiểm tra độ xác hệ thống Kết test Sản phẩm Sản phẩm Sản phẩm Độ xác Số lần test Sản phẩm (30 lần) Sản phẩm (30 lần) Sản phẩm (30 lần) 100 99 0 99 100% 99% 99% Chú thích:  Sản phẩm 1: Sản phẩm sai mã barcode  Sản phẩm 2: Sản phẩm sai màu sắc  Sản phẩm 3: Sản phẩm đạt chuẩn 5.3 Kết luận chương Chương trình bày kết việc chạy thực nghiệm, kết giao diện điều khiển giám sát, từ đưa đánh giá tổng thể hệ thống SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 68 Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I Kết luận Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu thực đề tài “Mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh”, nhóm nhận thấy hồn thành tốt đề tài, cấu chấp hành hoạt động ổn định, không xảy cố ý muốn, thiết bị lắp theo vẽ, sơ đồ nối dây tương ứng, không xảy tượng cháy nổ, chập trình hoạt động, nhìn chung đáp ứng mục tiêu ban đầu Đề tài đạt tiêu chí đặt ban đầu:  Hệ thống hoạt động ổn, không trục trặc hay gặp cố, thiết kế đề  Truyền thông Labview PLC, PLC PC xảy đồng thời, không bị nhiễu hay gián đoạn Việc phân loại lỗi thực xác, khơng gặp cố  Giao diện điều khiển giám sát hiển thị rõ ràng xác màu sắc, loại lỗi, trạng thái hệ thống Tuy nhiên, đề tài cịn thiếu sót hạn chế, sản phẩm phân loại chưa sản phẩm thực tế, sản phảm mẫu, cụ thể hệ thống chưa đẹp mắt phần camera thu nhận hình ảnh, việc dây điện tủ điện chưa tối ưu thiếu thẩm mĩ, chưa có vỏ lồng an tồn điện, giao diện giám sát điều khiển chưa hoàn tồn tối ưu, dừng lại mức giám sát Khi phân loại hàng cần người vận hành tập trung giám sát để biết thời điểm đưa hàng vào vị trí phân loại, việc phân loại chưa hoàn toàn tự động II Hướng phát triển  Hiện tại, đề tài dừng việc phân loại sản phẩm một, hướng lên việc phân loại đồng thời hai hay nhiều sản phẩm  Hệ thống xem khâu kiểm tra hệ thống lớn, việc tối ưu hoá cần cải thiện hơn, từ tốc độ phân loại, việc nhận diện hoàn toàn tự động SVTH: Nguyễn Ngọc Khương Nguyễn Ngọc Nhật Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận 69 Nghiên cứu, chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty Cổ phần Ứng dụng Công nghệ &CNC Việt Nam Dây chuyền phân loại sản phẩm [2] Công ty TNHH Mettler Toledo Việt Nam Kiểm tra tính tồn vẹn sản phẩm [3] Nguyễn Thanh Hải (2014) Khái niệm Giáo trình Xử lý ảnh, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Hồ Chí minh [4] Nguyễn Bá Hải (2013) Lập trình Labview, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh [5] Đào Minh Quân, Vương Đức Phúc (2014) Thu thập xử lý ảnh dùng phần mềm Labview Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải, tạp chí số 39, trang 110112 [6] National Instruments (2003) Pattern Matching NI vision concept manuals, Austin, xem 12/1/2021 – 12/7/2021 [7] OPC server gì? Ngun lí hoạt động OPC server, , xem 24/6/2021 [8] Cấu tạo PLC, < https://mesidas.com/cau-tao-nguyen-ly-phan-loai-uu-nhuocdiem-plc/>, xem 24/6/2021 [9] Van khí nén https://vancongnghiep.asia/van-dien-tu-khi-nen-la-gi/ [10] TIA Portal, https://xemtailieu.net/tai-lieu/huong-dan-su-dung-tia-portal15965.html [11] Tìm hiểu barcode