(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm lỗi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẪM LỖI GVHD: THS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: NGUYỄN CHÍ THƠNG LÊ VĂN HÙNG LƯƠNG NGỌC TÚ SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 an MSSV: 12148340 MSSV: 12142355 MSSV: 1214234 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHO ĐÀO TẠO CH T Ư NG C O ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN OẠI SẢN PHẪM ỖI GVHD: THS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: NGUYỄN CHÍ THƠNG Ê VĂN HÙNG ƯƠNG NGỌC TÚ MSSV: 12148340 MSSV: 12142355 MSSV: 1214234 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 an LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Tạ Văn Phương tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức cho chúng em suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Là người thầy sinh viên khoa ngưỡng mộ cách giảng dạy, cách truyền lửa vào người Sau đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám Hiệu thầy cô trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy chúng em thời gian chúng em học tập Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Tiếp theo, chúng em xin gửi làm cảm ơn đến bạn ngồi lớp trao đổi, góp ý, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp TP.HCM ngày 16 tháng năm 2016 Nguyễn Chí Thơng Lê Văn Hùng Lương Ngọc Tú an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động servo 2.2 Encoder 2.2.1 Giới thiệu phân loại 2.2.2 Nguyên lý hoạt động encoder 2.2.3 Độ phân giải encoder 2.3 Xử lý ảnh bản: 11 2.3.1 Giới thiệu xử lý ảnh: 11 2.3.2 Những vấn đề hệ thống xử lý ảnh 14 2.3.3 Các thiết bị thu nhận ảnh 18 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH 21 3.1 Động AC servo HF-KP23 21 3.2 Servopack (Driver) 22 3.2.1 Thông số kỹ thuật Driver MR J3-20A 23 3.2.2 Sơ đồ cấu tạo kết nối Driver 24 3.2.3 Kết nối ngõ vào (chế độ vị trí) 25 an 3.2.4 Sơ đồ kết nối điều khiển theo chế độ vị trí 26 3.2.5 Vận hành động servo 26 3.2.6 Cài đặt chế độ vị trí cho Driver (set parameter) 28 3.3 Bộ điều khiển động Servo ETHERNET/IP Kinetix 300 29 3.3.1 Thông số kỹ thuật giao diện Driver Kinetix K300 30 3.3.2 Cổng kết nối điện trở hãm (Braking resistor connector) 32 3.3.3 Cổng kết nối nguồn cho động 32 3.3.4 Cấp nguồn cho drive 33 3.3.5 Kết nối chức an toàn (Safe Torque-Off) 34 3.4 Giới thiệu động AC SERVO Driver Kinetix K300 35 3.5 Phần Cứng 37 3.5.1 Nguyên Lý Hoạt Động 39 3.5.2 Sơ Đồ Khối 40 CHƯƠNG : MATLAB VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 42 4.1 Giới thiệu phần mềm Matlab: 42 4.1.1 Khái niệm MATLAB 42 4.1.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng 43 4.1.3 Hệ thống Matlab 44 4.1.3 Làm quen với Matlab 44 4.1.4 Các cửa sổ làm việc Matlab 45 4.2 4.2.1 Xử Lý Ảnh Trong Matlab 48 Các kiểu ảnh Matlab 48 an 4.2.2 Các hàm xử lý Bản xử lý ảnh Matlab 52 4.2.3 Các hàm lệnh sử dụng đồ án tốt nghiệp: 56 4.2.4 Các Bước Thu Nhâ ̣n Ảnh Cơ Bản 58 4.2.5 Tạo Giao Diện Với Guide 61 4.2.6 Khái quát phương pháp sử dụng xử lý ảnh matlab: 65 4.2.7 Kết Nối Giữa Matlab Và PLC 67 KẾT LUẬN ii PHỤ LỤC iii DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO iv an CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Việc ứng dụng tự động hóa xu chung cơng nghiệp nay, hịa chung vào q trình tự động hóa sản xuất, khâu phân loại sản phẩm dây chuyền cơng nghiệp ví dụ điển hình Trước kia, việc phân loại chủ yếu dựa vào sức người, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính lặp lại nên cơng nhân khó đảm bảo xác cơng việc Chưa kể đến có phân loại dựa chi tiết kĩ thuật nhỏ mà mắt thường khó nhận Điều ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Ứng dụng băng chuyền kỹ thuật để phân loại sản phẩm hoàn tồn tự động giảm chi phí lao động, nâng cao suất hiệu nhiều so với phân loại thủ công Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì, sản phẩm đa dạng số lượng màu sắc khác nên việc phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc hình dáng thực cần thiết Để phân loại sản phẩm theo màu sắc băng chuyền, ta dùng cách đơn giản sử dụng cảm biến màu, thị trường có nhiều loại cảm biến màu hãng tiếng khác nhau, như: Omron (có E3X-DA, E3X-DAC, E3MC,E3ZM-V, ), Sick Đức (có G-14819624,NT6-GC-22, CS1-P1111, ), hay Datasensor Ý (có TL10, ) Nhưng giá thành chúng cao mà số màu chúng nhận biết khơng nhiều phân biệt hình dáng sản phẩm hình trịn, nhận dạng vật hình trịn, bị méo q ngưỡng cho phép loại sản phầm nhận dạng hình vng theo tiêu chuẩn màu hình dáng Ngoài việc lưu liệu giao diện Matlab mất điện đột xuất dẫn đến tắt máy, liệu bị mất, đó, phải lưu phần mềm Excel liệu sử dụng cho mục đích khác excel vẽ biểu đồ, thống kê 1.2 Mục tiêu đề tài Nhóm xây dựng thực ý tưởng sử dụng camera kết hợp với phần mềm MATLAB để phân loại sản phẩm theo màu hình dáng.“Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc hình dáng” bao gồm camera kết nối với máy tính (PC) với phần mềm MATLAB linh hoạt phân loại nhiều loại màu sắc hình dáng khác giải pháp hiệu để ứng dụng vào phân loại sản phẩm thời gian tới Sau sử dụng OPC server để liên kết biến Matlab PLC thông qua PLC điều khiển động servo cho phù hợp Qua đó, với camera kết nối với Trang an CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU PLC, ta phân loại nhiều loại sản phẩm mà cảm biến cịn bị hạn chế, qua loại bỏ kết nối dây cảm biến không cần thiết cho hệ thống Do đó, đồ án hồn thành mục tiêu đề  Đề tài đáp ứng tiến độ mà nhà trường đưa  Phận loại sản phẩm chình xác khoảng 90%  Kết nối với PLC qua OPC, servo kết nối với matlab camera tốt  Học sử dụng xử lý ảnh, kết nối động servo làm đáp ứng yêu cầu  Nâng cao khả đọc hiểu tài liệu tiếng anh có kỹ xử lý lỗi hệ thống  Phân loại màu sắc không cần cảm biến nhận dạng màu, giảm sơ đồ nối dây hệ thống  Sử dụng mạch chuyển cảm biến NPN PNP đơn giản không cần rơ le  Phối hợp cách linh hoạt phần phầm với Excel, Matlab, Rs logix5000, KepServerEx  Thấy cách vận hành động servo thực tế Tuy nhiên đồ án mặt hạn chế:  Việc camera chụp hình cịn chưa thực ổn định xác 100% sử dụng webcam  Camera hiển thị hình bị đứng đọc liệu từ excel vào matlab  Thời gian trễ cải thiện nhiên dừng lại để xử lý ảnh  Chưa khai thác chức động servo encoder, chế độ Differential Line servo Mitsubishi  Chạy song song win máy tính Matlab xử lý chậm xảy trường hợp máy xử lý gửi tín hiệu xuống PLC Trang an CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU  Nếu sử dụng cáp mạng với nhiều thiết bị dẫn đến chất lượng truyền tín hiệu thấp PLC không nhận diện thiết bị 1.3 Nội dung đề tài Nô ̣i dung đề tài chia thành sáu chương, nội dung chương trình bày sơ lược sau: Chương 1: Tổng quan – giới thiệu đề tài Chương trình bày tổng quan ý nghiã việc sử dụng hệ thống phân loại sử dụng xử lý ảnh cơng nghiệp, mặt loại nêu rõ lý đề tài chọn với yêu cầu, mục tiêu đặt cho ̣ thố ng Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương hai trình bày tổng quát lý thuyết động servo xử lý ảnh Chương 3: Lựa chọn thiết kế thiết bị phần cứng thi cơng mơ hình Chương ba trình bày cụ thể phần cứng ̣ thố ng, bao gồm sơ đồ khối hệ thống và sơ đồ kế t nớ i hệ thống Các cách lựa chọn, quy trình cài đặt thông số, catalog servo mitsubishi, kinextix 300 cảm biế n NPN Chương 4: Matlab Và Ứng Dụng Xử Lý Ảnh Chương bốn đưa lưu đồ giải thuật cho ̣ thố ng lưu đồ Matlab dựa vào yêu cầu đặt chương một, từ xây dựng chương trình cụ thể giúp ̣ thố ng hoạt động với mong muốn đặt Trang an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động servo Động DC động bước vốn hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động quay chúng quay ta khơng biết, kể động bước động quay góc xác định tùy vào số xung nhận Việc thiết lập hệ thống điều khiển để xác định ngăn cản chuyển động quay động làm động không quay không dễ dàng Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thước, sử dụng nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay xe Ứng dụng động servo robot, loại với động dùng mô hình máy bay xe Hình 2.1 Một số loại động Servo thị trường Trang an Hình 1.20 Màn hình Operator MR-J3-20A dùng để cài đặt điều khiển Màn hình Operator MR-J3-20A dùng để cài đặt giá trị cho Driver nhằm điều khiển động Servo Sau phần hướng dẫn sử dụng hình Operator MR-J3-20A: Nhấn phím MODE để chọn chế độ cài đặt Dùng phím tăng giảm để điều chỉnh chế độ thông số Nhấn phím SET muốn cài đặt thơng số chế độ chọn an Những trường hợp lỗi thường gặp: Bảng 1.9 Các lỗi sử dụng Driver an an Bảng thông số Bảng 1.8 Parameter list an Màn hình hiển thị:  Màn hình hiển thị dùng để hiển thị trạng thái hoạt động, báo lỗi ,hiển thị địa IP driver mạng  Mặc định cấp điện cho driver hình hiển thị trạng thái : diS (disabled) run (enabled) , khơng có tác động vào nút nhấn UP,DOWN,ENTER sau 30 giây driver tự động chuyển sang hiển thị địa IP ( chạy từ trái sang phải) với trạng thái  Nếu driver bị lỗi, hình hiển thị hiển thị mã lỗi (đứng n hình) Sau 30 giây driver tự động chuyển sang hiển thị địa IP ( chạy từ trái sang phải) với mã lỗi.Khi lỗi phát hiện, hình hiển thị “E” với số ứng với mã lỗi nhà sản xuất lỗi xử lý Bảng 1.11 Thông tin trạng thái hiển thị Hiển thị Mô tả StAt Trạng thái driver – run – driver chạy, diS – driver disabled,EXX – driver bị lỗi, XX mã lỗi theo nhà sản xuất Hx.xx Phiên hardware Fx.xx Phiên firmware FLtS Nơi chứa lỗi xảy Ht Hiển thị nhiệt độ cánh tản nhiệt 40 độ Nếu 40 độ hiển thị “LO” Curr Hiển thị dòng điện động driver trạng thái enabled , ngược lại hiển thị “DiS” auto 0=autostart disabled = autostart enabled dHCP Cấu hình DHCP: 0=”dHCP” tắt; 1=”dHCP” mở IP_1 Địa đầu dãy IP driver an IP_2 Địa thứ dãy IP driver IP_3 Địa thứ dãy IP driver IP_4 Địa thứ dãy IP driver (có thể thay đổi từ 0-255) Led hiển thị trạng thái Driver kinetix 300 có led hiển thị trạng thái bố trí hình Những led hiển thị sử dụng để quan sát trạng thái hệ thống,các hoạt động,nhận biết lỗi Bảng 1.12 LED thị trạng thái Driver LED Chức Mô tả A Enable LED màu cam định driver ENABLED (Running) B Phục hồi LED màu vàng định driver chế độ phục hồi (Regeneration mode) C Tiếp nhận liệu Led màu vàng nháy có thay đổi liệu D Báo driver bị lỗi Led màu đỏ sáng driver bị lỗi E Đèn báo trạng thái kết nối Led màu xanh (green) nháy để định trạng thái mạng kết nối mạng ETHERNET an Phím nhấn:  Drive kinetix 300 có phím nhấn sử dụng để chọn thông tin hiển thị để thay đổi giá trị vài thông số  Có thể xem thơng số cách sử dụng phím “UP” “DOWN”  Để xem giá trị thơng số đó, nhấn “ENTER” Để trở ta nhấn “ENTER” lần  Sau nhấn “ENTER” thơng số thay đổi giá trị, LED vàng “C” nháy sáng biết thơng số thay đổi giá trị Nhấn “UP” and “DOWN” để thay đổi giá trị Nhấn “ENTER” để lưu giá trị Hình 1.24 Mơ tả phím nhấn Driver an Module thẻ nhớ: Module thẻ nhớ sử dụng công nghệ EEPROM bảo vệ lớp nhựa plastic để lưu trữ thông số mà ta thay đổi phù hợp với chương trình viết Hình 1.25 Module thẻ nhớ Driver an Cổng kết nối ngõ vào, ra: Sử dụng đầu kết nối gồm 50 chân Bảng 1.12 Chức ngõ vào,ra an Cổng kết nối cáp FEEDBACK Đối với động server ln ln phải có cáp FEEDBACK dùng để phản hồi vị trí, tốc độ, momen động để điều khiển cách xác Hình 1.26 Hình dạng cáp FEEDBACK Hình 1.27 Cổng kết nối cáp FEEDBACK an Bảng 1.13 Chức chân cổng kết nối cáp FEEDBACK an Hình 1.28 Sơ đồ màu dây cáp FEEDBACK an Cổng kết nối nguồn dự phòng Hai chân cổng kết nối sử dụng với nguồn 24 VDC bên ngồi để gíup driver hoạt động điện an DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mitsubishi Servo Motor, http://www.mitsubishielectric.com/fa/products/drv/servo/ [2] Kinetix K300 EtherNet/IP Indexing Servo Drives, http://ab.rockwellautomation.com/Motion-Control/Servo-Drives/Kinetix-Indexing-andComponent/Kinetix-300-Servo-Drive [3]Catalog Kinetix K300, https://www.google.com.vn/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=r ja&uact=8&ved=0ahUKEwiZy9ytnfjNAhWIlZQKHTGzDPEQFggZMAA&url=http%3 A%2F%2Fliterature.rockwellautomation.com%2Fidc%2Fgroups%2Fliterature%2Fdo cuments%2Fum%2F2097-um001_-en p.pdf&usg=AFQjCNGPCdhwYgsazZqPC6YABmvpnfro0A&sig2=5KsJOyxhxeksmgiwBifgw [4] Catalog Mitsubishi J3, https://www.google.com.vn/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=r ja&uact=8&ved=0ahUKEwil94iCnvjNAhVDFpQKHRXmDQgQFggcMAA&url=http %3A%2F%2Fwww.koningenhartman.nl%2FUserFiles%2FMELSERVOMRJ3Technic alCatalogue2008.pdf&usg=AFQjCNGTkWFbHCiY1q4uA8b333cd0CcBhA&sig2=iqH oA1Bv9dewhAYDtOhlAg&bvm=bv.127178174,d.dGo [4] www.plcvietnam.com.vn [5] www.automation.siemens.com [6] www.kythuatviet.com [7]Matlab, www.mathworks.com%2Fhelp%2Fmatlab%2F&h=KAQHBiTjF an an ... so với phân loại thủ công Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì, sản phẩm đa dạng số lượng màu sắc khác nên việc phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc hình dáng thực... LỰA CHỌN THI? ??T KẾ THI? ??T BỊ PHẦN CỨNG VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 3.2.3 Kết nối ngõ vào (chế độ vị trí) Hình 1.16 Sơ đồ kết nối Driver với cổng thi? ??t bị bên Trang 25 an CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THI? ??T KẾ THI? ??T... Trang 36 an CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THI? ??T KẾ THI? ??T BỊ PHẦN CỨNG VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 3.5 Phần Cứng Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh, servo motor plc Sản phẩm phân loại sản phẩm có hình trịn , hình tam