He thong phan loai san pham loi bang hinh anh va ung dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá Đề tài Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Lỗi Ứng Dụng Xử Lý Ảnh Labview Hà Nội, tháng 1 năm 2020 TÓM TẮT Trong đề tài này, nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu nhiều phương pháp phân loại sản phẩm lỗi, nhưng việc phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh mang đến hiệu quả khả thi nhất, từ đó nhóm đã thiết kế thành công hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview Hệ.

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các ngành kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong đời sống Điều khiển tự động là một yếu tố then chốt trong các lĩnh vực tự động hóa, từ sản xuất công nghiệp đến quản lý và cung cấp thông tin Trong sản xuất tự động, sản phẩm lỗi là điều khó tránh khỏi, và việc kiểm tra lỗi bằng mắt thường không hiệu quả và tốn thời gian Kiểm tra bằng cảm biến cũng có thể tốn kém và không đảm bảo độ chính xác Do đó, nhóm quyết định áp dụng công nghệ xử lý ảnh để phân loại sản phẩm lỗi, nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình sản xuất.

Xử lý ảnh là một phân ngành khoa học đang phát triển mạnh mẽ, với ứng dụng gần như không giới hạn trong nhiều lĩnh vực Công nghệ tiên tiến mở ra cơ hội mới cho doanh nghiệp, đặc biệt trong sản xuất dây chuyền hàng loạt, nơi cần kiểm tra số lượng và chất lượng sản phẩm Phương pháp thủ công tuy hiệu quả nhưng tốn thời gian và nhân lực, trong khi đó, ứng dụng xử lý hình ảnh trong nhận diện và phát hiện sản phẩm lỗi giúp tự động hóa trở nên hiệu quả và chính xác hơn, thay thế cho các phương pháp truyền thống.

Nhóm quyết định chọn đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview” nhằm nâng cao hiệu quả phân loại sản phẩm bị lỗi thông qua công nghệ xử lý ảnh Mục tiêu của hệ thống là tăng độ chính xác gần như tuyệt đối, đồng thời giảm thiểu thời gian và lao động cần thiết trong quy trình kiểm tra sản phẩm.

Mục tiêu đề tài

- Thiết kế mô hình phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm lỗi

- Thiết kế chương trình điều khiển Labview và PLC

- Cấu hình truyền thông giữa Labview và PLC

- Thiết kế giao diện HMI trên Labview và giao diện giám sát trên Webserver

- Hệ thống có khả năng phân loại được các sản phẩm bị thiếu số lượng, cũng như sai mã barcode.

Giới hạn đề tài

Mô hình này có khả năng phân loại khoảng 7 sản phẩm mỗi phút, với tốc độ băng tải được giới hạn nhằm giảm rung lắc Hệ thống sử dụng camera để nhận diện các sản phẩm một cách hiệu quả.

Hệ thống cần cấp phôi bằng tay, chưa tự động cấp phôi và cần người vận hành giám sát trong quá trình phân loại.

Hệ thống dừng lại ở mức mô hình, chưa ứng dụng sản phẩm thực tế.

Nội dung đề tài

Phần còn lại của đề tài có nội dung sau:

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Trình bày các yêu cầu, quy trình công nghệ liên quan đến đề tài.

 Chương 3: Tính toán và thiết kế

- Xây dựng mô hình, quy trình hệ thống, thiết kế phù hợp, lựa chọn thiết bị.

 Chương 4: Kết quả phần cứng và phần mềm

- Thi công hệ thống thực tế dựa trên kết quả của việc tính toán và thiết kế.

 Chương 5: Kết quả chạy thực nghiệm

- Trình bày kết quả đạt được về mô hình thực tế

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

- Đưa ra những quan điểm về mô hình và việc cải tiến, mở rộng phát triển.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan hệ thống

2.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm

Hiện nay có hệ thống phân loại rất đa dạng, ứng dụng nhiều công nghệ khác nhau để phân loại:

Phân loại sản phẩm theo mã vạch là một hệ thống được ứng dụng rộng rãi hiện nay, giúp phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch barcode hoặc mã QR, từ đó tăng cường hiệu quả quản lý và vận chuyển hàng hóa.

- Ưu điểm: Hệ thống có thể dễ dàng sàng lọc và lựa chọn, gom sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) theo yêu cầu đặt ra như:

+ Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model…

+ Với các bưu phẩm, đơn hàng chuyển phát nhanh: phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh-tiêu chuẩn…

+ Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…

- Nhược điểm là cần sử dụng nhiều máy đọc mã trong khâu nhận dạng mới cho kết quả mong muốn.

Hình 2 1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch[1]

Phân loại theo khối lượng được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến tích hợp trên băng tải để đo lường khối lượng Sau khi thu thập dữ liệu, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển để tiến hành phân loại chính xác.

- Ưu điểm: Ứng dụng nhiều trong các ngành thực phẩm, thủy hải sản, nông sản,

… - Nhược điểm của hệ thống là dễ bị nhiễu do tác động bên ngoài, tốn kém nhiều khi sử dụng cảm biến.

Hình 2 2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng [1]

 Phân loại theo màu sắc, kích thước, hình dạng: có thể sử dụng cảm biến hoặc camera để xác định màu sắc, hình dạng, kích thước của vật

- Ưu điểm: Ứng dụng nhiều trong các ngành nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bị y tế…

- Nhược điểm là khi đặt trong điều kiện ánh sáng không tốt thì khó ra kết quả chính xác.

Hình 2 3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc[1]

Hệ thống phân loại xử lý ảnh hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ vào độ tin cậy cao Thay vì sử dụng các công cụ riêng biệt như đọc mã vạch hay mã QR, công nghệ này đáp ứng hầu hết các yêu cầu về nhận dạng Trong quy trình sản xuất, giai đoạn đóng gói và kiểm tra là bước cuối cùng, do đó việc kiểm tra kỹ lưỡng về số lượng và chất lượng là vô cùng cần thiết.

Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi sử dụng công nghệ xử lý hình ảnh để nhận dạng và phân loại sản phẩm đạt chuẩn cũng như sản phẩm bị lỗi Hệ thống này bao gồm camera thu thập hình ảnh, sau đó thực hiện xử lý để phát hiện lỗi Kết quả từ bộ xử lý được gửi về bộ xử lý trung tâm để phân tích và quyết định.

2.1.2 Các lỗi phân loại thường gặp trong thực tế [2].

Hình 2 4 Lỗi thành phần trong sản phẩm

Cần thực hiện kiểm tra số lượng thành phần trong gói và vị trí chính xác của chúng Một phép đo trọng lượng đơn giản có thể xác định số lượng thành phần, nhưng cần thêm kiểm tra trực quan để phát hiện lỗi sắp xếp và xác định các hành động khắc phục cần thiết nhằm loại bỏ nguyên nhân gốc rễ.

Hình 2 5 Các thành phần bị hỏng hoặc hư hại

Các thành phần bị hỏng hoặc hư hại, mặc dù không gây nguy hiểm đến tính mạng, vẫn có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hình ảnh thương hiệu nếu người tiêu dùng phát hiện.

Hình 2 6 Vật thể bị biến dạng

Sản phẩm hoặc thành phần bị biến dạng có thể gây ra gián đoạn nghiêm trọng trong quy trình sản xuất, làm hư hại thiết bị cuối dây chuyền.

Hình 2 7 Tính toàn vẹn của dấu niêm phong

Niêm phong sản phẩm đúng cách không chỉ đảm bảo chất lượng mà còn ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, giúp duy trì độ tươi ngon và an toàn cho người tiêu dùng.

Hình 2 8 Tính toàn vẹn của bao bì thành phẩm

Bao bì sản phẩm bị hư hỏng hoặc không được đóng kín đúng cách có thể gây hại cho thiết bị ở cuối dây chuyền sản xuất Hơn nữa, trong một số trường hợp, điều này còn có thể dẫn đến các vấn đề an toàn cho người tiêu dùng.

Tổng quan về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, bao gồm bốn lĩnh vực chính: nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Sự phát triển này mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống con người, với ứng dụng rộng rãi trong các công nghệ như Photoshop, nén ảnh và video, nhận dạng biển số xe, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng chữ viết, cũng như trong xử lý ảnh thiên văn và ảnh y tế.

2.2.1 Khái niệm cơ bản về ảnh [3] Ảnh số là một tập hợp của nhiều điểm ảnh, hay còn gọi là pixel Mỗi điểm ảnh biểu diễn một màu sắc nhất định (hay độ sáng với ảnh đen trắng) tại một điểm duy nhất, có thể xem một điểm ảnh giống như một chấm nhỏ trong một tấm ảnh màu.

Ảnh đen trắng được tạo thành từ nhiều pixel, mỗi pixel biểu diễn một giá trị nhất định tương ứng với mức xám Các mức xám này trải dài từ đen đến trắng với sự chuyển đổi mịn màng, thường bao gồm 256 mức xám khác nhau theo tiêu chuẩn.

Ảnh màu được tạo thành từ nhiều pixel, mỗi pixel được biểu diễn bởi ba giá trị tương ứng với các kênh màu đỏ (Red), xanh lá (Green) và xanh dương (Blue) trong không gian màu RGB Các kênh màu này là cơ sở để tạo ra nhiều màu sắc khác nhau thông qua phương pháp pha trộn.

Ảnh nhị phân sử dụng một bit để biểu diễn mỗi pixel, cho phép chỉ hai trạng thái: 0 và 1, tương ứng với màu đen và trắng Vì lý do này, ảnh nhị phân ít được áp dụng trong thực tế.

LabVIEW (viết tắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National

LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình độc đáo, khác biệt so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống, nổi bật trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật tại Hoa Kỳ.

C, Pascal Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường soạn thảo, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical, nghĩa là đồ họa).[4]

LabVIEW là phần mềm phổ biến trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh và điện tử y sinh Hiện nay, ngoài phiên bản dành cho hệ điều hành Windows và Linux, NI cũng đã phát triển các module LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA) Các chức năng chính của LabVIEW rất đa dạng và hữu ích cho các ứng dụng kỹ thuật.

 Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,

 Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua các cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet

Mô phỏng và xử lý tín hiệu thu nhận là cần thiết để phục vụ cho các mục đích nghiên cứu hoặc đáp ứng yêu cầu của hệ thống mà lập trình viên mong muốn.

 Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,

 Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong

 Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++,

2.2.3 Xử lí ảnh trên labview

2.2.3.1 Khối tiền xử lý ảnh

Hình 2 10 Khối IMAQ Create VI

IMAQ create VI: tạo vùng nhớ tạm thời cho ảnh.

 Border size: xác định chiều rộng bằng pixel để tạo biên của ảnh

 Image name: tên liên kết với ảnh đã tạo Mỗi ảnh được tạo phải có tên riêng

Trạng thái lỗi trước khi chạy VI được mô tả là "no error" (không lỗi), đây là trạng thái mặc định Nếu có lỗi xảy ra trước khi thực hiện, mã lỗi sẽ được chuyển đến error out.

 Image type: định dạng kiểu ảnh (ảnh xám, ảnh RGB,…)

New image: ảnh ngõ vào đã được xử lý qua các chức năng của khối.

Hình 2 11 Khối IMAQ ExtractSingleColorPlane VI

Color plane: chọn màu trong ảnh để trích xuất.

Image Src: là ảnh vào bao gồm ít nhất một màu trích xuất trong bức ảnh đó.

Image Dst: ảnh đến là ảnh đã được qua xử lý ở giai đoạn trước.

Image Dst out: nếu Image Dst được nối thì Image Dst Out tương đương với Image Dst, ngược lại thì Image Dst out sẽ lấy ảnh của Image Src

2.2.3.2 Khối thu nhận ảnh và xử lý ảnh

LabVIEW đã phát triển bộ công cụ Vision/ Vision and Motion với các công cụ thu thập và xử lý ảnh Bước đầu tiên trong ứng dụng hình ảnh là thu thập, với bốn phương pháp trong Vision toolkit: Snap, Grab, Sequence và StillColor IMAQ Snap là phương pháp đơn giản nhất, thích hợp cho ứng dụng cần tốc độ thu thập chậm IMAQ Grab được sử dụng để hiển thị hình ảnh trực tiếp, trong khi IMAQ Sequence phù hợp khi biết số lượng ảnh cần thu thập mỗi giây StillColor thích hợp cho việc thu thập hình ảnh từ camera thông thường như NTSC hoặc PAL Sau khi thu thập, hình ảnh sẽ được xử lý cho các ứng dụng cụ thể, bao gồm nhận dạng vật mẫu, màu sắc, ký tự và tính toán khoảng cách Bộ công cụ này hỗ trợ xử lý ảnh đen trắng, ảnh xám 8 bit và ảnh màu.

Khối NI Vision Acquisition Express trong thư viện Vision/Vision Express toolbox cung cấp cách thiết lập đơn giản cho các tham số và đặc tính khi thu thập hình ảnh Nó bao gồm thuộc tính “Select Acquisition Source” để lựa chọn camera thu thập hình ảnh, và “Select Acquisition Type” cho phép chọn chế độ hiển thị hình ảnh, bao gồm hiển thị một ảnh tại thời điểm ban đầu, hiển thị liên tục theo thời gian, hoặc hiển thị một số ảnh nhất định.

Acquisition Settings” dùng để thiết lập các thông số như kích thước, độ sáng, độ tương phản, cần bằng trắng, độ nghiêng,… Thuộc tính cuối cùng là “Select

Controls/Indicator” cho phép lựa chọn cách thức điều khiển cũng như hiển thị trong quá trình xử lý ảnh[5].

Hình 2 12 Khối Vision Acquisition thu thập ảnh b Khối xử lý ảnh [6]

Hình 2 13 Khối Vision Assistant xử lý ảnh

Thư viện xử lý ảnh cung cấp nhiều khối chức năng hữu ích, đặc biệt là khối Vision Assistant, giúp phân tích hình học, biểu đồ màu sắc, và áp dụng các bộ lọc cũng như xử lý màu sắc Người dùng có thể thực hiện các phép toán như nhân, chia, cộng, trừ trên các tham số ảnh, làm mịn ảnh và chọn vùng ảnh cần phân tích Ngoài ra, thư viện còn tích hợp nhiều công cụ khác từ cộng đồng toàn cầu, bao gồm kính hiển vi động trong nghiên cứu não, trung bình hóa ảnh với LabVIEW, và QuickTime cho LabVIEW.

Pattern matching (đối chiếu mẫu) là công cụ xử lý ảnh xác định các vùng trong ảnh xám khớp với ảnh mẫu, ngay cả trong điều kiện thiếu sáng, mờ, nhiễu, hoặc khi mẫu di chuyển và bị xoay Đây là một trong những hàm xử lý quan trọng trong lĩnh vực xử lý ảnh nhờ vào ứng dụng đa dạng của phương thức này.

 Căn chỉnh xác định vị trí và hướng của vật thể bằng cách xác định điểm chuẩn.

 Đo lường: đo chiều dài, đường kính, góc và các kích thước khác

 Kiểm tra, phát hiện khuyết điểm ví dụ như thiếu sót thành phần, bộ phận hoặc những bản in không thể đọc

 Cung cấp thông tin về số lượng và vị trí của mẫu ở trong ảnh

Trong ứng dụng mạch in, việc kiểm tra và căn chỉnh vị trí chip trên bo mạch điện tử là rất quan trọng Quá trình đo đạc xác định và tính toán khoảng cách giữa các vật thể giúp phân loại chúng, với tiêu chí đạt yêu cầu nếu trong khoảng đặt trước và loại nếu nằm ngoài khoảng đó Pattern matching là bước đầu tiên trong ứng dụng thị giác máy, yêu cầu hoạt động hiệu quả dưới nhiều điều kiện khác nhau Trong các ứng dụng thị giác máy tự động, hình ảnh của vật liệu hoặc thành phần có thể thay đổi do nhiều yếu tố như hướng vật, mức phóng đại và điều kiện ánh sáng, nhưng pattern matching vẫn duy trì khả năng nhận diện bất chấp những ảnh hưởng này.

Mẫu vật xoay và xử lí đa điểm: Pattern matching có thể xác định được mẫu cho dù vật thể bị xoay hoặc phóng to, nhỏ trong ảnh.

 Vị trí của vật trong ảnh

 Nhiều mẫu vật trong ảnh (nếu có)

Trong môi trường thiếu ánh sáng: Pattern matching có thể nhận dạng được mẫu trong ảnh ở điều kiện ánh sáng luôn thay đổi trong suốt quá trình xử lí.

Truyền thông OPC

OPC là chuẩn giao tiếp dữ liệu giữa các phần mềm theo cơ chế client-server, phổ biến trong công nghiệp để đảm bảo tính linh hoạt và tương thích giữa các thành phần từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Phiên bản mới nhất, OPC UA, là giao thức đa nền tảng cho giao tiếp máy với máy, trong khi phiên bản cũ hơn, OPC DA, không tương thích với đa nền tảng Đối với hệ thống cần truy cập dữ liệu từ client, nhóm đã chọn OPC DA làm phương thức truyền thông từ Client đến máy chủ (KepServer).

Giao thức OPC DA (Giao thức Truy cập Dữ liệu) là nền tảng cơ bản nhất của OPC, giúp giải quyết vấn đề tương thích dữ liệu giữa các nền tảng khác nhau và giảm chi phí phát triển cũng như bảo trì phần mềm Dữ liệu trong OPC DA được biểu thị thông qua giá trị tức thời, kèm theo tên và thông tin liên quan, đồng thời cung cấp chính xác giá trị được đọc cùng với thông tin về tính hợp lệ của dữ liệu.

2.3.2 Nguyên lí hoạt động Đặc tả OPC mô tả giao diện giữa máy khách và máy chủ, máy chủ và máy chủ, bao gồm quyền truy cập dữ liệu thời gian thực, giám sát các báo động và sự kiện, truy cập dữ liệu lịch sử và các ứng dụng khác.

 Kịch bản kết nối OPC cổ điển là một kết nối máy chủ-máy khách trên một máy tính, ngoài ra cũng có các tuỳ chọn khác:

 Kết nối máy khách OPC với một số máy chủ OPC Đây được gọi là tập hợp

 Kết nối máy khách OPC với OPC server qua mạng Điều này có thể được thực hiện với đường hầm OPC.

 Kết nối máy chủ OPC với máy chủ OPC khác để chia sẻ dữ liệu Điều này được gọi là bắc cầu OPC.

OPC DataHub được phát triển đặc biệt cho các tác vụ kết nối và tổng hợp dữ liệu Sự kết hợp giữa OPC server và máy khách OPC cho phép hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời Nhờ đó, OPC DataHub có khả năng kết nối với nhiều máy chủ OPC cùng lúc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổng hợp và bắc cầu OPC Hơn nữa, hai OPC DataHub có thể chia sẻ dữ liệu qua mạng TCP, cung cấp khả năng tạo đường hầm OPC hiệu quả.

2.3.3 Lợi ích khi sử dụng tiêu chuẩn OPC

 Giảm tải cho thiết bị phần cứng.

 Tăng khả năng mở rộng của hệ thống.

 Do máy chủ OPC, các ứng dụng khách không cần biết gì về chi tiết giao thức phần cứng.

 Mặc dù thiết bị không cần phục vụ nhiều khách hàng, nhưng tuổi thọ của thiết bị tăng lên.

 Khả năng tương tác (Unix/Linux và Windows - cả hai nền tảng đều được OPC hỗ trợ).

Giao diện giám sát trên webserver

HTML, viết tắt của Hypertext Markup Language, là ngôn ngữ đánh dấu dùng để tạo ra các trang web trên internet Nó được gọi là ngôn ngữ đánh dấu vì sử dụng các thẻ để xác định và phân loại các thành phần khác nhau trên trang web.

Có bốn loại phần tử đánh dấu trong HTML:

 Đánh dấu có cấu trúc miêu tả mục đích của phần văn bản

 Đánh dấu trình bày miêu tả phần hiện hình trực quan của phần văn bản bất kể chức năng của nó là gì

 Đánh dấu liên kết ngoài chứa phần liên kết từ trang này đến trang kia

 Các phần tử thành phần điều khiển giúp tạo ra các đối tượng

CSS, viết tắt của Cascading Style Sheets, là ngôn ngữ dùng để tìm kiếm và định dạng các phần tử được tạo ra bởi các ngôn ngữ đánh dấu.

HTML là ngôn ngữ định dạng các phần tử trên trang web như đoạn văn, tiêu đề và bảng, trong khi CSS bổ sung phong cách cho các phần tử này bằng cách thay đổi bố cục, màu sắc, font chữ và cấu trúc.

2.4.3 Phương pháp truy xuất dữ liệu[10]

Hình 2 14 Cú pháp truy xuất dữ liệu

Lệnh AWP trong file HTML đóng vai trò như một chú thích, có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong file Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc khai báo danh sách lệnh AWP, nên đặt nó ở đầu file HTML.

Giải thích các cú pháp:

 :=“” có chức năng hiển thị biến nhớ của bộ điều khiển

 ” ‘ > để có thể chỉnh sửa, gán giá trị của biến lên bộ xử lý với phương pháp “POST”

 ” ‘ Enum= “” > để gán văn bản theo giá trị thay đổi của biến.

Tổng quan phần cứng

PLC, hay bộ điều khiển logic khả trình, là thiết bị cho phép sử dụng các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình để thực hiện quy trình tự động Thực chất, PLC có thể được xem như một phiên bản nâng cấp và thông minh hơn của cụm relay truyền thống Ngôn ngữ lập trình PLC rất đa dạng, trong đó ladder, state logic và C là những ngôn ngữ phổ biến nhất.

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, mỗi hãng có nhiều dòng sản phẩm và phiên bản với tính năng và giá thành đa dạng, phù hợp với các bài toán từ đơn giản đến phức tạp Ngoài ra, các bộ ghép mở rộng cho phép kết nối nhiều PLC nhỏ, thực hiện các chức năng phức tạp và giao tiếp với máy tính để tạo thành một mạng tích hợp, giúp theo dõi, kiểm tra và điều khiển các quy trình công nghệ phức tạp hoặc toàn bộ phân xưởng sản xuất.

Hình 2 15 Cấu tạo của PLC

Trái tim của hệ thống PLC là CPU (Bộ xử lý trung tâm), bao gồm thành phần điều khiển và bộ xử lý Bộ điều khiển CPU chịu trách nhiệm quản lý sự tương tác giữa các thành phần phần cứng khác trong PLC, trong khi bộ xử lý CPU thực hiện các phép toán số và thực thi chương trình, chẳng hạn như logic thang.

Luồng dữ liệu bắt đầu từ các thiết bị đầu vào, đi qua bộ xử lý CPU, và sau đó được gửi đến các thiết bị đầu ra Bộ xử lý CPU cũng thực hiện việc trao đổi dữ liệu với chương trình và bộ nhớ dữ liệu Khi tất cả dữ liệu đã được thu thập, chương trình sẽ được xử lý theo kiểu tuần hoàn Kết quả dữ liệu sẽ được xuất ra giao diện đầu ra để điều chỉnh và thực thi các thiết bị đầu ra.

 CPU cũng kiểm soát và trao đổi dữ liệu với giao diện truyền thông

(communication interface) và các thiết bị khác.

 Một hệ thống giải quyết (addressing system) được sử dụng để tổ chức dữ liệu được chia sẻ giữa các thành phần phần cứng khác nhau.

 Một thiết bị đầu cuối lập trình (programming terminal) được sử dụng để viết chương trình PLC, tải chương trình vào bộ điều khiển và giám sát/điều khiển

PLC và chương trình của nó.

Bộ nguồn (power supply) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp và quản lý năng lượng cho các thành phần phần cứng khác nhau của PLC Nguyên lý hoạt động của bộ nguồn đảm bảo rằng các thiết bị nhận đủ điện năng cần thiết để hoạt động hiệu quả.

PLC nhận thông tin từ cảm biến và thiết bị đầu vào, xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra theo tham số lập trình sẵn Nó giám sát và ghi lại dữ liệu như năng suất máy và nhiệt độ, tự động khởi động và dừng quá trình, cũng như tạo báo động khi có trục trặc Bộ điều khiển logic khả trình là giải pháp điều khiển linh hoạt, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình 2 16 Nguyên lý hoạt động của PLC c Ưu nhược điểm của PLC Ưu điểm:

 PLC dễ dàng tạo luồng ra và chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa.

 Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.

 Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng

PLC được thiết kế để thực hiện nhanh chóng các chức năng điều khiển, khác với máy tính, không nhằm mục đích làm công cụ đa chức năng.

 Thực hiện nối trực tiếp

 Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống.

 Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ.

Tuổi thọ của hệ chuyển mạch không tiếp điểm là bán-vĩnh cửu, mang lại độ tin cậy cao và tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.

Do sự thiếu tiêu chuẩn hóa, mỗi công ty sản xuất PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình khác nhau, gây ra sự thiếu nhất quán trong việc hợp thức hóa.

 Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle. d Ứng dụng của PLC

Bộ lập trình PLC được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và loại máy móc, bao gồm máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, và máy chế biến thực phẩm Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống như máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền sản xuất, bơm, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, hệ thống điện, và dây chuyền đóng gói.

Công nghệ điều khiển cánh tay robot đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, như việc gắp phôi từ băng tải để chuyển đến bàn gia công của máy CNC, điều khiển robot để đưa nguyên liệu vào băng tải, cũng như thực hiện các công việc như đóng hộp và dán tem nhãn.

PLC được ứng dụng rộng rãi trong việc giám sát các quá trình tại các nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử và dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm Việc sử dụng các công tắc hành trình hoặc cảm biến giúp tăng cường hiệu quả và độ chính xác trong quản lý quy trình sản xuất.

Trong lĩnh vực tự động cơ khí hóa, van khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra dòng chảy tự động bằng cách điều khiển việc mở và đóng van Van khí nén (pneumatic valve) hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng khí nén để điều chỉnh trạng thái mở hoặc đóng thông qua quá trình nén hoặc giải phóng Tình trạng mở hay đóng của van phụ thuộc vào thiết kế cơ khí cụ thể và ứng dụng mà nó được sử dụng.

Van 3/2 có cấu tạo tương tự như van 2/2, bao gồm thân van và coil điện Thiết kế của van 3/2 bao gồm 2 vị trí truyền động và 3 cửa: cửa cấp khí nén vào, cửa khí nén làm việc và cửa xả khí nén.

Hình 2 17 Trước và sau khi cấp khí nén[12]

Nguyên lý hoạt động của van điện từ là khi dòng điện được cấp vào, cuộn dây điện tạo ra từ trường, gây lực tác động lên thân van để đảo chiều Cửa khí 1 sẽ kết nối với cửa 2, trong khi cửa 3 bị chặn lại, cho phép dòng khí đi qua cửa van số 1 lên cửa 2 và tiếp tục qua van Khi ngắt điện, trong vòng 1-2 giây, van sẽ trở về trạng thái ban đầu.

- Cấu tạo: 1 cửa đưa khí vào, 2 cửa khí xả, 2 cửa khí làm việc kết nối với 2 cửa khí xi lanh và 2 vị trí truyền động

Hình 2 18 Trước và sau khi cấp khí nén[12]

Nguyên lí: Ở trạng thái bình thường có nghĩa khí nén không được đi qua van, các cửa 1 thông cửa số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thông với cửa số 5.

Khi cấp nguồn điện 12v, 24v hoặc 110v, 220v thì lập tức cửa 1 thông với cửa số

4, cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng, khí sẽ đi qua van đến xi lanh.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Tính toán và thiết kế phần cứng

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

Mô hình hệ thống được xây dựng để quản lý các phôi hình hộp chữ nhật có kích thước đồng nhất và khối hộp chứa các phôi này Mục tiêu chính của hệ thống là phân loại các sản phẩm khối hộp với kích thước 28x28x67(mm) và bề mặt đồng nhất, đồng thời nhận diện các sản phẩm bị thiếu hoặc sai lệch so với hình dạng chuẩn.

Hình 3 1 Phôi dùng để phân loại

Hình 3 2 Khối hộp để đựng phôi

Hệ thống có khả năng phân loại sản phẩm khi chúng được đặt trong hộp có kích thước 66x66x70(mm), đồng thời phát hiện các trường hợp hộp thiếu sản phẩm hoặc sai mã barcode Qua đó, hệ thống xác định được lỗi của sản phẩm, từ đó tiến hành phân loại sản phẩm đạt chuẩn và sản phẩm bị lỗi.

Sản phẩm bị thiếu số lượng là những sản phẩm trong hộp không đạt đủ số lượng, cụ thể là thiếu hoặc chỉ có một đến ba sản phẩm, trong khi hộp chuẩn cần có bốn sản phẩm Bên cạnh đó, sản phẩm bị sai mã barcode là những sản phẩm có mã vạch bị nhăn, sai lệch hoặc không thể nhận diện Do đó, việc phân loại sản phẩm được chia thành các nhóm khác nhau.

4 loại: sản phẩm sai mã barcode, sản phẩm sai số lượng, sản phẩm sai cả hai và sản phẩm đạt chuẩn.

Hình 3 3 Mã barcode đúng (bên trái) và mã barcode sai (bên phải)

Hình 3 4 Sản phẩm lỗi sai mã barcode

Hình 3 5 Sản phẩm lỗi sai số lượng

Hình 3 6 Sản phẩm lỗi sai cả hai

Hình 3 7 Sản phẩm đạt chuẩn

Việc đảm bảo phân loại sản phẩm chính xác cần đảm bảo:

- Băng tải đạt tốc độ ổn định để đảm bảo ít rung lắc nhất có thể khi vận hành.

- Sản phẩm là các hình hộp có kích thước chuẩn để bỏ vào hộp cho phù hợp.

- Việc phát hiện và kiểm tra barcode cần đảm bảo độ sáng tối ưu để camera cho hình ảnh tốt nhất.

3.1.2 Bản thiết kế của hệ thống trên Solidworks

Việc thiết kế băng tải cần dựa trên sản phẩm thực tế, bao gồm khối lượng và kích thước, nhằm tạo ra một hệ thống băng tải phù hợp Kích thước băng tải được đề xuất là 600x80 mm.

Hình 3 8 Mô hình thiết kế băng tải hệ thống (Hình chiếu bằng)

Hình 3 9 Mô hình thiết kế băng tải hệ thống (Hình chiếu cạnh) b Thiết kế gá đỡ cảm biến và gá đỡ xilanh

Hình 3 10 Thiết kế gá cảm biến

Hình 3 11 Thiết kế gá xilanh

Hình 3 12 Tổng quan về hệ thống sau ghi gắn cảm biến và xilanh c Thiết kế máng trượt và gá đỡ camera

Hình 3 13 Thiết kế máng trượt sản phẩm

Hình 3 14 Thiết kế gá đỡ camera d Tổng quan mô hình hệ thống

Hình 3 15 Tổng quan thiết kế của hệ thống

Hình 3 16 Tổng quan thiết kế của hệ thống

Hình 3 17 Tổng quan thiết kế của hệ thống

Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3 18 Sơ đồ khối của hệ thống

 Chức năng của từng khối:

- Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn, ngõ vào ra tác động:

Ngõ vào được trang bị nút nhấn để điều khiển hệ thống hoạt động, dừng hoặc dừng khẩn cấp Ngoài ra, cảm biến quang giúp phát hiện xem sản phẩm đã đến hành trình hay chưa.

+ Ngõ ra đèn bảo hiệu trạng thái hệ thống, cụm van solenoid để điều khiển xilanh khí nén.

- Tín hiệu hình ảnh từ camera: truyền hình ảnh từ camera đến labview

- Khối xử lý Labview: thu nhận hình ảnh, xử lý ảnh đếm số lượng sản phẩm và quét barcode gửi tín hiệu về PLC.

+ Thu nhận tín hiệu nút nhấn, cảm biến tác động vào ngõ ra động cơ, đèn, xilanh hệ thống

+ Thu nhận tín hiệu từ Labview để xác định sản phẩm thuộc loại nào.

+ Gửi tín hiệu về Labview và Webserver

- Giao diện giám sát Webserver: nhận tín hiệu từ PLC, hiển thị lên giao diện được thiết kế giám sát.

Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

3.3.1 Bộ xử lý trung tâm

Lựa chọn bộ điều khiển PLC là giải pháp tối ưu cho việc lập trình và giám sát hệ thống một cách chính xác và hiệu quả Các thương hiệu nổi bật trong lĩnh vực này bao gồm Mitsubishi, Rockwell và Siemens Trong dòng sản phẩm của Siemens, có nhiều loại PLC như S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 và S7-1500, đáp ứng đa dạng nhu cầu của người sử dụng.

Với đề tài này, nhóm sử dụng 3 nút nhấn, 4 cảm biến quang, 1 cảm biến áp suất,

7 relay tương ứng cho động cơ, đèn báo tín hiệu, cụm solenoid, và máy nén khí mini

Hình 3 19 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Số lượng ngõ vào 14 (DI)

Số lượng ngõ ra 10 (DO)

Số ngõ vào Analog Input 2 (AI)

Giao tiếp truyền thông Ethernet

Bộ nhớ dữ liệu 100 Kb

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1214C DC/DC/DC

3.3.2 Nguồn cấp cho hệ thống

Hệ thống sử dụng nguồn 24VDC và 12VDC để hoạt động, mặc dù điện lưới sử dụng là 220VAC Các thiết bị như PLC, van solenoid, động cơ giảm tốc và đèn tín hiệu đều hoạt động ở mức 24VDC Do đó, nhóm đã sử dụng hai nguồn tổ ong: một nguồn 24VDC 5A để cấp điện cho toàn bộ hệ thống và một nguồn 12VDC 5A để cung cấp năng lượng cho máy bơm khí nén mini.

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 24V 5A

Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 12V 5A

Do sản phẩm không quá nặng, nhóm sử dụng động cơ giảm tốc có moment xoắn

7Kg ( ước tính ) để tải sản phẩm.

Hình 3 22 Động cơ giảm tốc JGB37-3530 24V

Cân nặng 174g Đường kính trục động cơ 32.8mm Đường kính hộp số 37.1mm Đường kính trục đầu ra 17.5mm

Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc

Do sản phẩm nhẹ, không nặng và dạng hình hộp nên nhóm sử dụng xilanh khí nén TBDA 10X70 dạng kép để đẩy sản phẩm dễ dàng hơn.

Hình 3 23 Xilanh khí nén TBDA 10X70

Phương pháp tác động Tác động kép

Hành trình 70 mm Độ dày 10 mm

Vận tốc tối đa 200 mm/s Áp suất tối đa 0.7 MPa

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật của xilanh khí nén TBDA 10X70

3.3.5 Cảm biến quang và cảm biến áp suất Để nhận diện vị trí sản phẩm cũng như giúp các xilanh đẩy chính xác sản phẩm thì nhóm sử dụng cảm biến quang để nhận biết sản phẩm Do PLC sử dụng ngõ vào sourcing (cấp dòng) và khoảng cách cần phát hiện từ cảm biến đến sản phẩm ngắn, nến nhóm lựa chọn cảm biến quang dạng NPN E3F-DS30C4.

Hình 3 24 Cảm biến quang NPN E3F-DS30C4

Kích thước đường kính 18 mm Điện áp làm việc 6-36VDC

Khoảng cách phát hiện 60-300 mm Điều chỉnh khoảng cách Biến trở

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật của cảm biến quang NPN E3F-DS30C4

Hệ thống được trang bị máy bơm khí nén mini 12V, tự động đóng ngắt khi bình chứa đạt áp suất tối ưu Với bình chứa khí nhỏ chỉ khoảng 0.2MPa, nhóm đã sử dụng cảm biến áp suất PS1000-R07L để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Hình 3 25 Cảm biến áp suất PS1000-R07L

Thông số kỹ thuật Điện áp làm việc 12-24VDC

Loại ngõ ra NPN và PNP Áp suất hoạt động -0.1 - 0.45MPa Điều chỉnh áp suất Biến trở

Bảng 3 7 Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất PS1000-R07L

Hình 3 26 Sơ đồ đấu chân dạng NPN và PNP [13]

Hệ thống dùng 3 xilanh khí nén nhẹ tối đa 0.7MPa, nên nhóm sử dụng cụm van solenoid SMC SY3140-5H với ngõ vào 24V.

Hình 3 27 Cụm van solenoid SMC SY3140-5H

Loại Van 5/2 Áp suất 0.15-0.7 MPa

Bảng 3 8 Thông số kỹ thuật của cụm van solenoid

3.3.7 Camera logitech C270 và Camera Sky A870

Hệ thống sử dụng hai camera: một camera Logitech C270 để nhận diện số sản phẩm và một camera từ điện thoại Sky A870L để quét mã barcode.

Thông số kỹ thuật Độ phân giải HD (1280 x 720 pixels)

Bảng 3 9 Thông số kỹ thuật của camera logitech C270

Camera nhận diện mã vạch yêu cầu độ phân giải cao để thu nhận hình ảnh hiệu quả Nhóm đã tận dụng camera có sẵn trên điện thoại Sky A870L nhằm tiết kiệm chi phí, đồng thời sử dụng phần mềm Droid Cam Client để biến camera điện thoại thành camera rời phục vụ cho việc quét mã vạch trong hệ thống.

Hình 3 29 Camera điện thoại Sky A870L

Thông số kỹ thuật Độ phân giải 640 x 480 pixels

Bảng 3 10 Thông số kỹ thuật của camera Sky A870L

3.3.8 Các thiết bị hỗ trợ khác

Relay trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị và bộ điều khiển, đồng thời giúp dễ dàng điều khiển và phân chia nguồn kết nối Khi xảy ra sự cố, relay có khả năng cách ly bộ điều khiển khỏi thiết bị, đảm bảo an toàn Thiết bị này nhận tín hiệu đóng/ngắt từ bộ điều khiển và thực hiện việc cấp điện hoặc ngắt điện cho thiết bị chấp hành thông qua tiếp điểm Để hoạt động hiệu quả, relay cần đáp ứng nhanh và có tiếp điểm chịu được điện áp, dòng lớn.

Nhóm chọn loại Relay MY2N và Relay LY2N Omron 24VDC 2 cặp tiếp điểm

Bài viết đề cập đến việc sử dụng một công tắc thường đóng và một công tắc thường hở với tổng cộng 8 chân, nhằm đảm bảo đủ số lượng tiếp điểm cần thiết Đồng thời, cần chú ý đến điện áp hoạt động để phù hợp với điện áp đầu ra của bộ điều khiển.

Hình 3 30 Relay MY2N (bên trái) và LY2N (bên phải) Omron 24VDC

MCB là thiết bị quan trọng giúp tự động ngắt điện khi xảy ra sự cố quá tải hoặc ngắn mạch, bảo vệ an toàn cho người sử dụng và thiết bị điện Nhóm đã chọn MCB Vanlock PS45N-C16 làm thiết bị đóng cắt cho hệ thống của mình.

Bảng 3 11 Thông số cơ bản của Relay

Thông số kỹ thuật Điện áp cuộn dây 24 VDC

Số tiếp điểm thường đóng 1

Số tiếp điểm thường hở 1

Số chân 8 Đèn báo trạng thái Có

Hình 3 31 Cầu dao 2 pha MCB PS45N-C16

Số pha 2 Điện áp định mức 400 V

Dòng cắt ngắn mạch 6KA

Cầu dao 2 pha MCB PS45N-C16 được điều khiển thông qua hai nút nhấn Start và Stop, cho phép bật và tắt hệ thống một cách dễ dàng Trong trường hợp khẩn cấp, thiết bị LA38/203-209B được sử dụng làm nút bật và tắt hệ thống, trong khi nút nhấn dừng khẩn cấp PBCY090-LAY37 đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Hình 3 32 Nút bật tắt hệ thống

Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 440V

Chất liệu Nhựa, kim loại

Nắp kính đường 22mm 22mm

Nhiệt độ làm việc -5 độ - 50 độ C

Bảng 3 13 Thông số cơ bản của nút bật tắt hệ thống

Hình 3 33 Nút dừng khẩn cấp

Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 660V

Chất liệu Nhựa, kim loại

Nắp kính đường 22mm 22mm

Bảng 3 14 Thông số cơ bản của nút dừng khẩn cấp

 Động cơ bơm khí mini 12V: Để bơm khí vào bình nén khí, do lượng khí sử dụng không nhiều, nên nhóm lựa chọn máy bơm khí mini 12V.

Hình 3 34 Động cơ bơm khí

Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 12V

Bảng 3 15 Thông số cơ bản của động cơ bơm khí

 Đèn Start, Stop: Để báo hiệu cho người dùng trạng thái của hệ thống, nhom sử dụng đèn Start, Stop nguồn 24V AD16-22DS

Hình 3 35 Đèn báo Stop (bên trái) và Start (bên phải)

Thông số kỹ thuật Điện áp 24V

Màu Đỏ và Xanh Đường kính lỗ phi 22 mm

Bảng 3 16 Thông số cơ bản đèn Stop, Start

Sơ đồ nối dây hệ thống

Sơ đồ nối dây hệ thống được thiết kế bằng phần mềm Autocad Electrical 2021, cung cấp bản vẽ chi tiết về cách kết nối thiết bị với hệ thống, nguồn điện và bộ xử lý PLC.

Hình 3 36 Sơ đồ kết nối nguồn tổ ong với điện lưới

Hình 3 37 Sơ đồ ngõ vào input PLC

Hình 3 38 Sơ đồ ngõ ra output PLC đến relay trung gian

Hình 3 39 Sơ đồ nối từ tiếp điểm relay tới thiết bị

Lưu đồ giải thuật

Hình 3 40 Lưu đồ giải thuật hệ thống

- Khi nhấn Start đèn tín hiệu báo, băng tải chạy, hệ thống sẵn sàng phân loại.

Khi sản phẩm được đặt lên băng tải, cảm biến quang sẽ nhận diện sản phẩm, khiến băng tải dừng lại để camera quét số lượng sản phẩm và kiểm tra mã barcode.

+ Nếu sản phẩm đủ số lượng và đúng mã barcode, sản phẩm được di chuyển tới cuối băng tải.

Khi sản phẩm đạt đủ số lượng nhưng có mã barcode sai, chúng sẽ được chuyển đến vị trí mới Khi cảm biến quang 1 phát hiện sản phẩm, xilanh 1 sẽ đẩy sản phẩm vào máng trượt 1.

Khi sản phẩm có sai số lượng nhưng đúng mã barcode, nó sẽ được chuyển đến vị trí xác định Khi cảm biến quang 2 phát hiện sản phẩm, xilanh 2 sẽ đẩy sản phẩm vào máng trượt 2.

Khi sản phẩm có sai số lượng và mã barcode không đúng, chúng sẽ được chuyển đến vị trí xác định Tại đây, khi cảm biến quang 3 phát hiện sản phẩm, xilanh 3 sẽ thực hiện nhiệm vụ đẩy sản phẩm vào máng trượt 3.

- Mỗi khi có một loại sản phẩm được phân loại thì counter loại đó sẽ được đếm lên

- Khi nhấn Stop, đèn tín hiệu báo, băng tải dừng, hệ thống tắt.

Trong quá trình hoạt động, việc phân loại sản phẩm chỉ được thực hiện sau khi sản phẩm trước đó đã được phân loại Khi xảy ra sự cố khẩn cấp, nhấn nút khẩn cấp để dừng hệ thống, dừng băng tải và đèn đỏ sẽ nhấp nháy.

Emergency thì hệ thống trạng thái sẵn sàng chờ tín hiệu Start.

KẾT QUẢ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM

Kết quả thi công phần cứng

Sau khi thi công hệ thống theo bản thiết kế, nhóm đã đạt được kết quả như hình bên dưới:

Hình 4 1 Mô hình hệ thống

Phần cứng được thi công chính xác, đảm bảo băng tải hoạt động ổn định Xilanh và cảm biến được lắp đặt chắc chắn, trong khi động cơ và hệ thống tăng đai cũng đạt độ ổn định và chắc chắn cao.

Hình 4 2 Mô hình hệ thống

Hình 4 4 Mô hình tủ điện

Hình 4 3 Mô hình tủ điện

Hình 4 5 Tổng quan mô hình hệ thống

Hình 4 6 Tổng quan mô hình hệ thống

Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA PORTAL V15

Hình 4 7 Chương trình trên TIA Portal V15

Hình 4 8 Các biến tag trong TIA Portal V15

Chương trình nhận diện sản phẩm và mã barcode

Đối với việc nhận diện số lượng sản phẩm hoặc mã barcode, nhóm đều sử dụng hai khối chức năng Vision Acquisition và Vision Assistant

+ Vision Acquisition: Khối này sẽ thu nhận hình ảnh từ camera, tiền xử lý và đưa ảnh ra Image Out để xuất ra ngoài xử lý.

+ Vision Assistant: Khối này sẽ xử lý hình ảnh được thu vào, khối này là khối chức năng

Chương trình nhận diện số lượng sản phẩm bắt đầu bằng việc thu nhận ảnh từ khối Vision Acquisition Sau đó, ảnh sẽ được xử lý bão hoà nhằm nâng cao chất lượng hình ảnh Cuối cùng, những ảnh đã được xử lý sẽ được chuyển đến khối Vision Assistant để tiếp tục xử lý.

LabVIEW sử dụng 9 mẫu template để xử lý ảnh được lấy mẫu Khối Vision Assistant áp dụng phương pháp Pattern Matching để liên tục so sánh mẫu ảnh với ảnh thu được tại thời điểm đó Kết quả sẽ được gửi dưới dạng tín hiệu "Number of Matches" (số hình mẫu trùng) và truyền về PLC để xử lý thông qua OPC.

Hình 4 10 Cấu hình phương pháp nhận diện ảnh Pattern Matching

Phương pháp so sánh hai mẫu nhằm xác định vùng ảnh xám tương ứng với ảnh mẫu đã được trình bày trong chương 2 Kỹ thuật Pattern matching có khả năng đối chiếu mẫu ngay cả trong các điều kiện khó khăn như thiếu sáng, mờ, nhiễu, hoặc khi mẫu di chuyển và bị xoay.

 Chương trình nhận diện barcode

Mã vạch EAN/UPC là loại mã vạch phổ biến nhất, ra đời từ năm 1973 Kể từ khi sản phẩm kẹo cao su đầu tiên của Wrigley được quét, mã vạch GS1 đã trở thành biểu tượng trong việc xác định hàng triệu mặt hàng thương mại, bao gồm sản phẩm và dịch vụ.

Máy quét mã vạch có khả năng đọc từ cả tay phải và tay trái, mang lại hiệu quả cao trong việc quét mã vạch nhanh chóng Điều này đặc biệt hữu ích trong các tình huống quét khối lượng lớn, chẳng hạn như tại các siêu thị.

Mã vạch EAN 13 được thu nhận và xử lý trong khối Vision Assistant, nơi mã barcode được kiểm tra và tín hiệu mã được gửi về PLC thông qua OPC.

Hình 4 12 Cấu hình phương pháp nhận diện mã barcode

Vì mã barcode được sử dụng trong mô hình là loại mã EAN 13 nên cấu hình cụ thể một loại mã EAN 13 trong Barcode Reader Setup.

Từ việc thiết kế chương trình, ta có được giao diện điều khiển trên Labview.

Hình 4 14 Giao diện giám sát trên Labview Hình 4 13 Chương trình nhận diện số sản phẩm và mã vạch

Giao diện giám sát trên Webserver

Giao diện giám sát trên web được chia làm 3 page, một trang giới thiệu đề tài, một trang tổng quan về đề tài và một trang giám sát.

Hình 4 15 Giao diện giới thiệu về đề tài

Hình 4 16 Giao diện tổng quan về đề tài

Bài viết này giới thiệu đề tài về hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh LabVIEW, với sự hướng dẫn của giáo viên và sự thực hiện của sinh viên Phần tổng quan sẽ trình bày nguyên lý hoạt động của mô hình hệ thống, nhấn mạnh vai trò của công nghệ xử lý ảnh trong việc xác định và phân loại các sản phẩm lỗi.

Hình 4 17 Giao diện giám sát hệ thống

Trong phần giám sát hệ thống, người vận hành có khả năng theo dõi trạng thái hoạt động và quá trình phân loại của hệ thống Họ cũng có thể xem số lượng sản phẩm đã được phân loại và sử dụng nút reset để xóa bộ đếm sản phẩm.

Cấu hình truyền thông OPC KEPServerEX 6

Để kết nối và truyền dữ liệu giữa PLC và LabVIEW, chúng ta sử dụng phương pháp truyền thông OPC Việc này yêu cầu cấu hình OPC trên LabVIEW và thiết lập dữ liệu trên KEPServerEX Sau khi hoàn tất các bước này, quá trình truyền thông giữa PLC và LabVIEW sẽ được thiết lập một cách hiệu quả.

Hình 4 18 Cấu hình OPC trên Labview

Hình 4 19 Data Transfer trên PLC

Hình 4 20 Cấu hình trên OPC KEPServerEX 6

Việc cấu hình trên OPC KEPServerEX cũng khá đơn giản, các địa chỉ được lấy từ Data Transfer trên PLC.

+ Data 1: dữ liệu mã barcode thu nhận từ Labview được gửi về PLC

+ Data 2: dữ liệu số lượng sản phẩm thu nhận từ Labview gửi về PLC

+ DEN DO, DEN XANH, EMERGENCY: dữ liệu được đọc từ trạng thái của đèn báo hiệu trên PLC để truyền tới Labview hiển thị.

Các trạng thái lỗi sản phẩm bao gồm sản phẩm có barcode không đúng, sản phẩm sai số lượng, và sản phẩm sai cả hai thông tin Những lỗi này được phát hiện qua tín hiệu đọc, sau đó được gửi về Laview để PLC xử lý và phân loại.

+ START, STOP: được đọc và ghi từ PLC xuống Labview và từ Labview xuống PLC.

KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM

Kết quả giao diện điều khiển

Giao diện điều khiển cung cấp đầy đủ các chức năng cần thiết cho hệ thống, bao gồm nút nhấn, trạng thái phân loại và đèn tín hiệu Các trạng thái và phân loại sản phẩm lỗi được hiển thị chính xác, phù hợp với hệ thống thực tế.

Hình 5 1 Giao diện điều khiển trên Labview khi hệ thống dừng

Khi hệ thống hoạt động thì đèn báo hiệu trạng thái hoạt động ổn định.

Hình 5 2 Giao diện điều khiển trên Labview khi hệ thống hoạt động

Hình 5 3 Giao diện điều khiển trên Labview nhận diện barcode

Hình 5 4 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm sai barcode

Hình 5 5 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm sai số lượng

Hình 5 6 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm sai cả hai

Hình 5 7 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm đạt chuẩn

Giao diện giám sát thân thiện với màu sắc dịu mắt giúp người vận hành dễ dàng sử dụng Việc hiển thị loại lỗi trên giao diện Labview cho phép người vận hành nhanh chóng nhận diện và nắm bắt tình trạng hiện tại của hệ thống.

Việc nhận diện số lượng sản phẩm và mã barcode sẽ diễn ra chính xác và không gặp sự cố khi có đủ ánh sáng, từ đó giúp xác định lỗi sản phẩm một cách chính xác Các cơ cấu chấp hành cũng hoạt động ổn định, đảm bảo không xảy ra sự cố.

Kết quả giao diện giám sát

Hình 5 8 Giao diện giám sát khi hệ thống dừng

Hình 5 9 Giao diện giám sát khi hệ thống hoạt động

Hình 5 10 Giao diện giám sát khi hệ thống lỗi mã vạch

Hình 5 11 Giao diện giám sát khi hệ thống lỗi số lượng

Hình 5 12 Giao diện giám sát khi hệ thống lỗi cả hai

Hình 5 13 Giao diện giám sát khi sản phẩm đạt chuẩn

Webserver hoạt động ổn định với chu kỳ cập nhật giá trị 0.2 giây, đảm bảo các trạng thái hiển thị chính xác và không có lỗi xảy ra Việc đếm các sản phẩm đã phân loại được thực hiện chuẩn xác, không có sai sót, và nút nhấn reset chỉ có hiệu lực khi có quyền giám sát từ admin Để kiểm chứng độ ổn định của hệ thống, nhóm đã thực hiện 100 lần test phân loại cho từng loại sản phẩm Kết quả cho thấy, mặc dù độ chính xác chưa đạt 100%, sai số trong các bài test lớn là rất ít, chủ yếu xảy ra khi sản phẩm bị đặt lệch hoặc thiếu ánh sáng chiếu vào barcode.

Số lần test Sản phẩm

Bảng 5 1 Kết quả kiểm tra độ chính xác hệ thống

 Sản phẩm 1: Sản phẩm sai mã barcode

 Sản phẩm 2: Sản phẩm sai số lượng

 Sản phẩm 3: Sản phẩm sai cả hai

 Sản phẩm 4: Sản phẩm đạt chuẩn

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Kết luận

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview”, nhóm đã hoàn thành tốt với các cơ cấu chấp hành hoạt động ổn định và không xảy ra sự cố ngoài ý muốn Các thiết bị được lắp đặt đúng theo bản vẽ và sơ đồ nối dây, không có hiện tượng cháy nổ hay chập trong quá trình hoạt động, đáp ứng đúng mục tiêu ban đầu và đạt được các tiêu chí đã đề ra.

 Hệ thống hoạt động ổn, không trục trặc hay gặp sự cố, đúng như thiết kế đề ra.

Truyền thông giữa Labview và PLC, cũng như giữa PLC và PC, diễn ra đồng thời mà không gặp phải tình trạng nhiễu hay gián đoạn Quá trình phân loại lỗi được thực hiện một cách chính xác và không xảy ra sự cố.

 Giao diện điều khiển và giám sát hiển thị rõ ràng và chính xác về số lượng, loại lỗi, cũng như trạng thái của hệ thống.

Mặc dù đề tài đã đạt được một số kết quả nhất định, nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót và hạn chế Sản phẩm phân loại hiện tại chỉ là mẫu thử nghiệm và chưa được triển khai thực tế Quá trình thực hiện bị ảnh hưởng bởi tình hình dịch COVID-19 phức tạp, dẫn đến hệ thống camera thu nhận hình ảnh chưa đạt yêu cầu thẩm mỹ và hiệu quả Việc đi dây điện trong tủ điện chưa được tối ưu, thiếu tính thẩm mỹ, và chưa có vỏ lồng an toàn điện Giao diện giám sát và điều khiển cũng chưa hoàn toàn tối ưu, chỉ dừng lại ở mức có thể giám sát Do đó, việc phân loại hàng hóa vẫn cần sự giám sát tập trung từ người vận hành để xác định thời điểm đưa hàng vào vị trí phân loại, cho thấy rằng quy trình phân loại vẫn chưa hoàn toàn tự động.

Hướng phát triển

Hiện tại, đề tài chỉ dừng ở việc phân loại từng sản phẩm một, có thể hướng lên việc phân loại đồng thời hai hay nhiều sản phẩm hơn.

Hệ thống chỉ là một phần trong một cấu trúc lớn hơn, vì vậy việc tối ưu hóa là cần thiết để nâng cao hiệu suất Cần cải thiện tốc độ phân loại và đảm bảo rằng quá trình nhận diện diễn ra hoàn toàn tự động.