TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VŨ TUẤN LONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO BARCODE SỬ DỤNG PLC S7 1200 VÀ ROBOT UR3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY Tân NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo Barcode sử dụng PLC S7- 1200 và Robot UR3. - Dùng labview để xử lý ảnh nhận biết mã vạch. - Xây dựng mô hình và mô phỏng trên UR3 - Mô hình hệ thống bao gồm: + Hệ thống quét mã code (Barcode) + Hệ thống băng tải sản phẩm vào ra + Robot UR3 để gắp sản phẩm Hệ thống phân loại được điều khiển và giám sát bằng máy tính và bộ PLC S7- 1200. Ứng dụng máy tự động kiểm tra và phân loại mã Barcode bằng xử lý ảnh với phần mềm Labview Đà Nẵng, ngày……tháng 12 năm 2022 Cán bộ hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) ThS. Nguyễn Phạm Công Đức MỤC LỤC MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu .........................................................................................2 3. Đối tượng nghiên cứu. .......................................................................................2 4. Phạm vi nghiên cứu. ..........................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................2 6. Cấu trúc của khóa luận. ....................................................................................3 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................................4 1.1. Tổng quan về UR. ...........................................................................................4 1.1.1. Giới thiệu về cánh tay robot UR3. ............................................................4 1.1.2. Thông số kỹ thuật:.....................................................................................5 1.2. Tổng quan hệ thống phân loại. ......................................................................6 1.2.1. Hệ thống phân loại sản phẩm...................................................................6 1.2.2. Khái quát chung về hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch. ..........8 1.2.2.1. Sản phẩm. ................................................................................................8 1.2.2.2. Quét mã code...........................................................................................9 1.2.2.3. Phân Loại.................................................................................................9 1.3. Tổng quan về xử lý ảnh. ...............................................................................10 1.4. Tổng quan về PLC. .......................................................................................10 1.4.1. Nguyên lí hoạt động PLC........................................................................10 1.4.2. Ưu nhược điểm của PLC. .......................................................................10 1.5. Thông tin các phần mềm được sử dụng......................................................11 1.5.1. Giới thiệu phần mềm Labview................................................................11 1.5.2. Labview là gì ? .........................................................................................12 1.5.3. Chức năng của Labview: ........................................................................12 1.5.4. Mở phần mềm tạo chương trình mới. ...................................................13 1.5.5. Xử lý ảnh trên Labview. .........................................................................16 1.5.5.1. Khối tiền xử lý ảnh.................................................................................16 1.5.5.2. Khối thu nhận ảnh và xử lý ảnh.............................................................17 1.5.6. Phần mềm KEPseverEX: ........................................................................21 1.5.7. Phần mềm TIA Portal v15.1. ..................................................................22ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Phạm Công Đức CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ....................................24 2.1 Thiết kế phân cứng. .......................................................................................24 2.1.1. Yêu cầu hệ thống.....................................................................................24 2.1.2. Bản thiết kế của hệ thống trên factory IO..............................................24 2.1.2.1 Băng tải...................................................................................................24 2.1.2.2 Cánh tay robot ........................................................................................25 2.1.2.3 Cảm biến, camera và nút nhấn ...............................................................26 2.1.2.4 Tổng quan thiết kế của hệ thống.............................................................27 2.2. Thiết kế của UR3 ..........................................................................................28 2.3. Quy trình hệ thống........................................................................................29 2.3.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống. ...............................................................29 2.3.2. Hoạt động của hệ thống..........................................................................29 2.4. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống. ...................................................................29 2.4.1. Bộ xử lý trung tâm...................................................................................29 2.4.2. Nguồn cấp cho hệ thống. ........................................................................31 2.4.4. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 PNP. ................................33 2.4.5. Camera logitech C270. ............................................................................34 2.4.6. Camera HIKVISION...............................................................................34 2.4.7. Các thiết bị hỗ trợ khác. ..........................................................................35 2.4.7.1. Rơle trung gian. .....................................................................................35 2.4.7.2. Nút nhấn Start, Stop ..............................................................................36 2.4.8. Sơ đồ nối dây hệ thống............................................................................37 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ KẾT NỐI.................................39 HỆ THỐNG..............................................................................................................39 3.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán.........................................................................39 3.2. Chương trình thiết kế điều khiển hệ thống trên TIA PORTAL V15 ......40 3.3 Chương trình nhận diện sản phẩm và mã code..........................................43 3.4 Cấu hình truyền thông OPC KEPServerEX 6............................................51 3.7 Chương trình làm việc UR3..........................................................................54 CHƯƠNG IV: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG................................58 4.1 Kết quả giao diện điều khiển ........................................................................58 4.2 Kết quả trên Robot UR3 ...............................................................................59 KẾT LUẬN ..............................................................................................................64
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VŨ TUẤN LONG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO BARCODE SỬ DỤNG PLC S7-1200 VÀ ROBOT UR3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO BARCODE SỬ DỤNG PLC S7-1200 VÀ ROBOT UR3 Chuyên ngành : Điện – Điện tử GVHD : NGUYỄN PHẠM CÔNG ĐỨC SVTH : VŨ TUẤN LONG MSSV: 24211706209 Đà Nẵng, 2022 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Họ tên : Nguyễn Phạm Công Đức Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học Duy Tân Nội dung hướng dẫn : Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo barcode sử dụng S7-1200 Robot UR3 Đề tài đồ án tốt nghiệp giao ngày 01 tháng 09 năm 2022 Yêu cầu phải hoàn thành trước ngày tháng 12 năm 2022 Chủ nhiệm đề tài Đã giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Sinh viên Cán hướng dẫn đồ án tốt nghiệp Vũ Tuấn Long ThS Nguyễn Phạm Công Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đồ án tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án tốt nghiệp Cho điểm cán hướng dẫn (điểm ghi số chữ) Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2022 Cán hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Phạm Công Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đồ án tốt nghiệp mặt phân tích số liệu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện (điểm ghi số chữ) Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2022 Người chấm phản biện (ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chủ nhiệm đề tài: Vũ Tuấn Long MSSV: 24211706209 Khoa: Điện – Điện tử Ngành: Điện tự động Khóa: K24 Tên đề tài: “Thiết kế thi công mô hình phân loại sản phẩm theo barcode sử dụng S7-1200 Robot UR3” ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo Barcode sử dụng PLC S71200 Robot UR3 - Dùng labview để xử lý ảnh nhận biết mã vạch - Xây dựng mơ hình mơ UR3 - Mơ hình hệ thống bao gồm: + Hệ thống quét mã code (Barcode) + Hệ thống băng tải sản phẩm vào + Robot UR3 để gắp sản phẩm Hệ thống phân loại điều khiển giám sát máy tính PLC S71200 Ứng dụng máy tự động kiểm tra phân loại mã Barcode xử lý ảnh với phần mềm Labview Đà Nẵng, ngày……tháng 12 năm 2022 Cán hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Phạm Công Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế thi công mơ hình phân loại sản phẩm theo barcode sử dụng S7-1200 Robot UR3” cơng trình nghiên cứu nhóm Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có đề tài liệt kê nêu rõ phần tài liệu tham khảo Đồng thời số liệu hay kết trình bày đề tài trung thực, có nguồn gốc rõ ràng Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu tất kỷ luật môn nhà trường đề Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2022 Tác giả (ký ghi rõ họ tên) Giảng viên hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Phạm Công Đức hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp Gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô thuộc Khoa Điện –Điện tử tạo điều kiện tốt cho chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan UR .4 1.1.1 Giới thiệu cánh tay robot UR3 1.1.2 Thông số kỹ thuật: .5 1.2 Tổng quan hệ thống phân loại 1.2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm 1.2.2 Khái quát chung hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch 1.2.2.1 Sản phẩm 1.2.2.2 Quét mã code 1.2.2.3 Phân Loại 1.3 Tổng quan xử lý ảnh 10 1.4 Tổng quan PLC 10 1.4.1 Nguyên lí hoạt động PLC 10 1.4.2 Ưu nhược điểm PLC 10 1.5 Thông tin phần mềm sử dụng 11 1.5.1 Giới thiệu phần mềm Labview 11 1.5.2 Labview ? 12 1.5.3 Chức Labview: 12 1.5.4 Mở phần mềm tạo chương trình .13 1.5.5 Xử lý ảnh Labview .16 1.5.5.1 Khối tiền xử lý ảnh .16 1.5.5.2 Khối thu nhận ảnh xử lý ảnh 17 1.5.6 Phần mềm KEPseverEX: 21 1.5.7 Phần mềm TIA Portal v15.1 22 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 51 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức Từ việc thiết kế chương trình, ta có giao diện điều khiển Labview Hình 15 Giao diện giám sát Labview 3.4 Cấu hình truyền thơng OPC KEPServerEX Để nhận liệu từ chương trình Labview truyền tín hiệu từ PLC xuống Labview ta dùng phương pháp truyền thông OPC Ta cần cấu hình OPC Labview thiết lập data OPC KEPServerEX Từ việc truyền thơng PLC Labview kết nối Hình 16 Cấu hình OPC Labview KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 52 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 17 Hướng dẫn cách kết nối PLC Hình 18 Đặt tên cho chương trình KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 53 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 19 Chọn địa IP PLC Hình 20 Chọn PLC cần kết nối KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 54 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 21 Cấu hình OPC KEPServerEX 3.7 Chương trình làm việc UR3 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 55 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 22 Chương trình code UR3 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 56 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Giải thích lệnh dùng chương trình: - Lệnh If : Lệnh kiểm tra điều kiện Khi gặp lệnh này, chương trình kiểm tra điều kiện, thỏa mãn thực lệnh bên - Lệnh Movej : Di chuyển robot theo đường cong - Lệnh Waypoint ( Toado ): Các điểm robot - Lệnh Set: Để xuất tín hiệu cổng output robot Chọn hành động bạn muốn robot thực thời điểm chương trình Bạn định thay đổi tải trọng robot - Lệnh Wait: Chương trình dừng lại gặp lệnh này, dừng khoảng thời gian tín hiệu, hàm,…nếu thỏa mãn điều kiện cho chạy qua lệnh - Lệnh Elseif: Dùng để kiểm tra điều kiện, điều kiện dịng code thực thi, cịn điều kiện sai dòng code khác thực thi - Lệnh Else: Thực thi dòng code câu lệnh điều kiện sai KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 57 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 23 Các cổng I/0 UR3 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 58 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức CHƯƠNG IV: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Chương trình bày kết việc chạy thực nghiệm, kết giao diện điều khiển giám sát, từ đưa đánh giá tổng thể hệ thống 4.1 Kết giao diện điều khiển Giao diện điều khiển hiển thị đầy đủ chức điều khiển hệ thống bao gồm: trạng thái phân loại, đèn tín hiệu Các trạng thái phân loại sản phẩm đáp ứng với hệ thống thực tế Hình Giao diện điều khiển Labview hệ thống dừng Hình Giao diện điều khiển Labview nhận diện code KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 59 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức Giao diện giám sát 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 thông qua giám sát giao diện Labview, từ bao qt tình trạng hệ thống Việc nhận diện số lượng sản phẩm hay mã barcode xác, khơng gặp cố đủ điều kiện ánh sáng, xác định sản phẩm xác, cấu chấp hành thực ổn định, không gặp cố 4.2 Kết Robot UR3 Hình Mơ hình tủ điện KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 60 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình 4 Giao diện UR3 nhận mã code Hình Giao diện UR3 nhận mã code khác KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 61 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình Hàng bắt đầu vào băng tải Hình Hàng đến điểm dừng để xử lí ảnh KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 62 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Cơng Đức Hình UR3 gắp hàng quét xong mã Hình UR3 gắp thả hàng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 63 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức UR3 hoạt động ổn định, gặp hàng xác Để chứng minh cho việc hệ thống hoạt động ổn định, nhóm thực test phân loại liên tục 10 lần cho sản phẩm Camera Độ Camera Logitech xác HIKVISION Sản phẩm HaNoi (10 lần) 30% 70% Sản phẩm DaNang (10 lần) 30% 60% Sản phẩm HoChiMinh (10 lần) 10% 40% Sản phẩm QuocTe (10 lần) 20% 60% Kết test Số lần test Độ xác Bảng 10 Kết kiểm tra độ xác hệ thống quét mã Barcode Chú thích : - So sánh camera cho ta thấy camera HIKVISON nhận diện barcode xác camera Logitech - Sản phẩm HoChiMinh: sản phẩm có độ xác thấp barcode dài khiến camera nhiều thời gian việc nhận diện mã - Sản phẩm HaNoi: sản phẩm có độ xác cao barcode ngắn camera dễ dàng nhận diện mã KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 64 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian nghiên cứu thực đề tài nghiên cứu khóa học, giúp đỡ, bảo hướng dẫn từ thầy Nguyễn Phạm Công Đức quý thầy cô thuộc khoa Cơ Khí Điện – Điện tử Từ em áp dụng đề tài NCKH để hoàn thành đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế thi công mô hình phân loại sản phẩm theo Barcode sử dụng S7-1200 Robot UR3” tốt với yêu cầu đặt Hơn thế, trình làm đề tài chúng em nghiên cứu tìm hiểu số tài liệu sẵn có, tài liệu internet giảng viên hướng dẫn, từ chúng em thu kết sau: - Trao dồi kỹ năng, kiến thức lập trình PLC, hiểu sử dụng tốt khối lập trình biết phần mềm TIA Portal Hồn thiện kết nối phần mềm với nhằm mục đích nghiên cứu - Phân tích, nhận định, hướng giái quyết, hướng phát triển tính ứng dụng mơ hình - Xây dựng lưu đồ thuật tốn, sơ đồ hệ thống, lấy chúng làm sở nghiên cứu, lập trình Nghiên cứu sơ thiết bị điện, khí cụ thực tế để tăng tính thuyết phục báo cáo Bởi kiến thức lực chưa tốt, nhiều điểm hạn chế nghiên cứu, khiến cho việc chưa đưa kiến thức quan trọng khác, lập trình cho hệ thống cịn sơ sài, xảy xung đột thực nghiệm cách nhấn nút hệ thống không theo quy tắc, thiếu kinh nghiệm bảo vệ hệ thống xảy lỗi, hạn chế camera mã code dài Hiện đề tài dừng việc phân loại sản phẩm một, hướng lên việc phân loại đồng thời nhiều sản phẩm Việc tối ưu hóa cịn hạn chế, tốc độ phân loại chậm Mọi nội dung đề tài chúng em liệt kê chương, lập trình, hướng giải quyết, dù nhiều phần chưa thực chun sâu Vì khơng tránh khỏi việc cịn nhiều thiếu xót báo cáo Rất mong góp ý q thầy khoa giúp chúng em nhìn nhận thêm điểm yếu, điểm thiếu xót, giúp cho báo cáo nghiên cứu khoa học hồn thiện KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 65 GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tổng quan UR3, “tong-quan-ve-universal-robots-ur3,” https://bientantoshiba.vn/2021/08/26/tong-quan-ve-universal-robots-ur3/ [2] Dây chuyền phân loại sản phẩm , “day-chuyen-phan-loai-san-pham,” 2022 https://cncvina.com.vn/product/day-chuyen-phan-loai-san-pham/ [3] Nguyễn Thanh Hải , Giáo trình xử lý ảnh, Hồ Chí Minh: Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2014 [4] Tổng quan PLC, “tong-quan-ve-plc,” 2017 http://vuongan.com/k/tong-quan-veplc.html [5] Nguyễn Bá Hải, Lập trình Labview, Hồ Chí Minh: Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [6] Vương Đức Phúc, Đào Minh Quân, “Thu thập xử lý ảnh dùng phần mềm Labview,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải, tạp chí số 39, trang 110-112, 2014 [7] KEPServerEX, “kepware,” 2021.https://www.vnklec.com/vi/products/kepware.html [8] Phần mềm lập trình TIA Portal V15, “full tia portal v15 phan mem lap trinh siemens,” https://itudong.com/full-tia-portal-v15-phan-mem-lap-trinh-siemens/ [9] Code 128 , “code 128 la gi tat ca nhung dieu ban can biet,” https://thegioimavach.com/code-128-la-gi-tat-ca-nhung-dieu-ban-can-biet ... ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO BARCODE SỬ DỤNG PLC S7- 1200 VÀ ROBOT UR3 Chuyên ngành : Điện – Điện tử GVHD : NGUYỄN PHẠM CÔNG ĐỨC SVTH : VŨ TUẤN... sản phẩm theo barcode sử dụng S7- 1200 Robot UR3? ?? ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Nguyễn Phạm Công Đức NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN Thi? ??t kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo Barcode sử. .. thống phân loại đa dạng, ứng dụng nhiều công nghệ khác để phân loại: - Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng phổ biến Hệ thống sử dụng để phân loại kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đóng