Hệ thống giám sát rửa và phân loại táo theo cân nặng và màu sắc ứng dụng xử lý ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỬA VÀ PHÂN LOẠI TÁO THEO CÂN NẶNG VÀ MÀU SẮC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: ThS Phùng Sơn Thanh SVTH: Phạm Phước Tuấn Anh Lê Xn Bắc Trương Văn Phơng SKL009210 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN - TỰ ĐỘNG HÓA Đề Tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỬA VÀ PHÂN LOẠI TÁO THEO CÂN NẶNG VÀ MÀU SẮC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: ThS Phùng Sơn Thanh SVTH: Phạm Phước Tuấn Anh 18151153 Lê Xuân Bắc 18151156 Trương Văn Phông 18151219 Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN - TỰ ĐỘNG HÓA Đề Tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỬA VÀ PHÂN LOẠI TÁO THEO CÂN NẶNG VÀ MÀU SẮC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: ThS Phùng Sơn Thanh SVTH: Phạm Phước Tuấn Anh 18151153 Lê Xuân Bắc 18151156 Trương Văn Phông 18151219 Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o -Tp Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên Sinh viên: Phạm Phước Tuấn Anh MSSV: 18151153 Họ và tên Sinh viên: Lê Xuân Bắc MSSV: 18151156 Họ và tên Sinh viên: Trương Văn Phông MSSV: 18151219 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hoá Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Phùng Sơn Thanh I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỬA VÀ PHÂN LOẠI TÁO THEO CÂN NẶNG VÀ MÀU SẮC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH II NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI THỰC HIỆN:  Tìm hiểu hệ hệ thống rửa phân loại trái đại, sử dụng cơng nghiệp  Tìm hiểu vật liệu – điện liên quan đến hệ thống  TÌm hiểu lập trình điều khiển PLC cho hệ thống  Thiết kế mơ hình hệ thống  Thi cơng phần khí cho mơ hình hệ thống  Thi công phần điện cho hệ thống  Viết chương trình điều khiển cho hệ thống  Thiết kế giao diện điều khiển giám sát i  Chạy thực nghiệm mơ hình  Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/03/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 29/07/2022 V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS Phùng Sơn Thanh BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN (Ký & Ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký & Ghi rõ họ tên) ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o -Tp Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Phạm Phước Tuấn Anh MSSV: 18151153 Họ và tên Sinh viên: Lê Xuân Bắc MSSV: 18151156 Họ và tên Sinh viên: Trương Văn Phông MSSV: 18151219 Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Phùng Sơn Thanh Ngành: Công nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỬA VÀ PHÂN LOẠI TÁO THEO CÂN NẶNG VÀ MÀU SẮC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:  Thiết kế mơ hình rửa, phân loại táo theo cân nặng  Thi cơng mơ hình phần khí và phần điện, tủ điện kết nối cách thiết bị  Lập trình điều khiển hệ thống dùng PLC Mitsubishi FX3G  Lập trình nhận dạng màu sắc dùng ngơn ngữ python kit Raspberry Pi  Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống HMI  Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển Scada  Nội dung và khối lượng công việc thực đề tài hoàn toàn phù hợp cho đồ án tốt nghiệp iii Ưu điểm: …… Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không: Tp Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký & Ghi rõ họ tên) iv LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Phước Tuấn Anh Lớp: 181511C MSSV: 18151153 Họ tên sinh viên 2: Lê Xuân Bắc Lớp: 181511C MSSV: 18151156 Họ tên sinh viên 3: Trương Văn Phông Lớp: 181511A MSSV: 18151219 Tên đề tài: Hệ thống giám sát rửa và phân loại táo theo cân nặng và màu sắc ứng dụng xử lý ảnh Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1-2 Thực chọn đề tài Gặp GVHD để phổ biến quy định Tìm hiểu và tham khảo đề tài nghiên cứu có liên quan đến giám sát và phân loại trái ứng dụng xử lý hình ảnh 5-6 Gặp và báo cáo với GVHD hướng thực đề tài Tìm cách thực tối ưu và đặt kế hoạch triển khai Báo cáo tiến độ cho GVHD Thiết kế, lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống Tìm hiểu và lựa chọn khối điều khiển trung tâm Tìm hiểu cách điều khiển STEP PLC Tìm hiểu cách điều khiển nhiệt độ dùng Module SSR Fotek 4-20mA 7-8 Báo cáo tiến độ cho GVHD Thiết kế, lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống Tìm hiểu hoạt động van khí và xy lanh v Tìm hiểu Loadcell và Driver Loadcell jy-s60 Tìm hiểu và lập trình xử lý ảnh Raspberry Pi dùng ngơn ngữ Python Tìm hiểu thiết kế giao diện Scada sử dụng Winform, C# 9-10 Báo cáo tiến độ cho GVHD Chỉnh sửa vẽ, thi cơng mơ hình đồ án Mua thiết bị, dụng cụ phục vụ cho việc làm đồ án Xây dựng lưu đồ giải thuật cho hệ thống Lên sách sách điều khiển I/O từ điều khiển trung tâm 11-12 Báo cáo tiến độ cho GVHD Thi công lắp ráp, gia công vẽ cho hệ thống Làm tủ điện cho dựa thiết kế và cấu vận hành 13-14 Báo cáo tiến độ cho GVHD Tiến hành lập trình nhận diện màu sắc, lập trình phân loại cân nặng Hiệu chỉnh cho phần cứng ổn định và chạy với lập trình 15 Báo cáo tiến độ cho GVHD Kiểm tra, bổ sung hoàn chỉnh mơ hình Viết báo cáo cho đồ án 16-17 Chỉnh sửa và hoàn thiện báo cáo Tp Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ và tên) vi LỜI CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan đề tài “Hệ thống giám sát rửa và phân loại táo theo cân nặng và màu sắc ứng dụng xử lý ảnh.” Là công trình nghiên cứu riêng nhóm, khơng chép Do nhóm tự nghiên cứu, tham khảo tài liệu và lên ý tưởng thực đề tài này Nếu có gian lận nào, nhóm em xin chịu trách nhiệm trước Hồi đồng Tp Thủ Đức, ngày 01 tháng 08 năm 2022 Sinh viên thực đề tài: Phạm Phước Tuấn Anh Lê Xuân Bắc Trương Văn Phơng vii CHƯƠNG KẾT QUẢ Hình 5.2.5 Chạy hệ thống chế độ AUTO Hình 5.2.6 Màn hình giám sát kết chạy AUTO Hình 5.2.7 Chạy hệ thống chế độ MAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hình 5.2.8 Màn hình điều khiển HMI chế độ MAN Hệ thống bị báo lỗi đèn ERROR sáng vàng, hệ thống ngừng hoạt động Tiến hành reset và nhấn on để hệ thống hoạt động trở lại bình thường Hình 5.2.9 Hệ thống báo lỗi đèn alarm sáng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hình 5.2.10 Hệ thống báo lỗi hiển thị HMI 5.2.2 Kết Scada Kết cho hệ thống chạy AUTO, sau nhấn ON, nhóm nhấn HOME để hệ thống trở vị trí ban đầu, sau chuyển nút gạt qua chế độ AUTO, hệ thống chạy ổn định theo chu trình, thơng số, tần số cài đặt và lặp lại sau chu trình Sản phẩm phân loại màu và cân nặng cho trước Nhóm quan sát kết thực tế và màn hình giám sát HMI màn hình SCADA Nhóm quan sát biểu đồ nhiệt độ lị nhiệt qua màn hình giám sát SCADA: Hình 5.2.11 Màn hình SCADA hiển thị nhiệt độ PID ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 76 CHƯƠNG KẾT QUẢ Bộ điều khiển PID với công thức: K ( s)  Kp(1  Cơng thức tính độ vọt lố: POT (%)   TD s) TI s cmax  cxl 49  45.5 100% = 100%=7.69% cxl 45.5 Sai số xác lập: exl  SP  PV = 45.5-45 = 0.5( oC ) Thời gian lên: Tr (s)  90%T 10%T (T: chu kì lấy mẫu) Kp Td Ti 120 22 exl 0.5 POT(%) Tr(s) 7.69 600 Qua biểu đồ nhiệt độ ta thấy độ vọt lố không cao, thời gian đáp ứng chậm, exl nhỏ Tuy nhiên ta điều chỉnh nhiệt độ nên theo thiết kế khí, ta khơng thể cho nhiệt độ đáp ứng nhanh được, phải có thời gian để nhiệt độ đáp ứng Ở đây, nhóm dùng biến Lower để set lúc bắt đầu giá trị cao nhiệt độ đáp ứng nhanh (thường set Lower= 1000) Nhóm quan sát hệ thống qua màn hình giám sát SCADA: Hình 5.2.12 Tổng sản phẩm hồn thành giao diện SCADA Ở chế độ MAN, nhấn ON thiết bị thiết bị đo hoạt động, đèn báo sáng xanh hình HMI Khi nhấn OFF đèn trở trạng thái tắt, thiết bị ngừng hoạt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 77 CHƯƠNG KẾT QUẢ động Ở chế độ này, nhóm dùng để kiểm tra hoạt động thiết bị khâu hệ thống có cố xảy q trình thử thiết bị Hình 5.2.13 Màn hình điều khiển HMI chế độ MAN Như vậy, chạy chế độ AUTO hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước và màu sắc nhờ khâu quy trình Chế độ MAN giúp kiểm tra hoạt động thiết bị mơ hình hệ thống Hình 5.2.14 Màn hình đăng nhập hệ thống SCADA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 78 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hệ thống ngừng hoạt động nhấn nút EMERGENCY, nhấn ON lại hệ thống củng khơng hoạt động lại trường hợp nút EMERGENCY ấn xuống Hình 5.2.15 Tổng sản phẩm hồn thành Màn hình giao diện điều khiển ổn định, mượt mà, thống với hoạt động hệ thống, quan sát và điều khiển HMI và SCADA Giao diện điều khiển thiết kế có chế bảo mật cách đăng nhập mật phép truy cập vào cài đặt tham số hệ thống Hình 5.2.16 Hệ thống báo lỗi hình SCADA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hình 5.2.17 Xuất báo cáo file excel Hình 5.2.18 Xuất file báo cáo PDF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80 CHƯƠNG KẾT QUẢ 5.2.3 Kết xử lý ảnh Màn hình đăng nhập phần xử lý ảnh Hình 5.2.19 Màn hình login Màn hình trang chủ sau đăng nhập hệ thống Hình 5.2.2 Màn hình trang chủ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hệ thống xuất hiên hình xử lý Hình 5.2.20 Màn hình xử lý Hệ thống xử lý ảnh nhận biết táo có màu xanh Hình 5.2.21 Màn hình xử lý trái xanh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82 CHƯƠNG KẾT QUẢ Hệ thống xử lý ảnh nhận biết táo có màu vàng Hình 5.2.22 Màn hình xử lý trái vàng Hệ thống xử lý ảnh nhận biết táo có màu đỏ Hình 5.2.23 Màn hình xử lý trái vàng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 83 CHƯƠNG KẾT QUẢ 5.3 Kết thực nghiệm Hình 5.3.1 Dữ liệu giá trị cân nặng sản phẩm Hình 5.3.2 Dữ liệu loại trái Hình 5.3.3 Dữ liệu nhiệt độ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84 CHƯƠNG KẾT QUẢ Kết thực nghiệm nhận dạng màu sắc qua xử lý ảnh sau: Loại Đỏ Vàng Xanh Lỗi Số lượng thử nghiệm 100 100 100 50 Số lượng đạt chuẩn 100 95 97 49 Tỷ lệ (%) 100 97.5 98.5 98 Bảng Bảng đánh giá khả nhận màu sắc Trái phân loại màu quy định, cân nặng, trái không bị dập, khơng bị móp méo Trái đưa vào thùng theo số lượng cài đặt thùng Trong trình chạy thực nghiệm, cho ta thấy:  Khâu rửa chu trình tầm 35s để mẻ sảm phẩm (6 quả/ mẻ)  Khâu sấy, chu trình 30s để xử lý hết mẻ  Khâu xử lý ảnh 30s để xử lý hết mẻ Vì kết thực nghiệm chạy xuyên suốt trình liên tục 12 quả/phút Quá trình thực gặp lỗi như:  Khâu phân loại sản phẩm, phần cứng mỏng manh nên xi lanh hoạt động khiển phần cứng chuyển nhẹ  Nhiều lúc đẩy sản phẩm lệch máng  Tại khâu sấy, băng tải bị dính nước hoạt động khơng mượt mà  Phần xử lý ảnh thường xảy trường hợp kết nối dẫn đến báo lỗi hệ thống, hệ thống ngừng hoạt động  Nhìn chung lỗi chủ yếu nguyên nhân khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Nhóm hoàn thành đề tài “Thiết kế, thi công hệ thống rửa, phân loại táo theo cân nặng và màu sắc ứng dụng xử lý ảnh” Hoàn thành số mục tiêu đặt từ đầu, cụ thể:  Hoàn thành mơ hình hệ thống rửa, phân loại táo theo cân nặng và màu sắc ứng dụng xử lý ảnh, có đầy đủ bước quy trình hệ thống đề  Thành phẩm nhận đáp ứng yêu cầu cân nặng và màu sắc, đựng thùng quy định  Hệ thống rửa, phân loại táo theo cân nặng và màu sắc vận hành hoàn toàn tự động  Hoàn thành thiết kế giao diện giám sát và điều khiển toàn hệ thống hình HMI hình SCADA Ưu điểm:  Mơ hình chạy tuần tự, nhịp nhàng, xác Đảm bảo điều kiện an toàn  Giao diện điều khiển đa dạng, HMI và màn hình SCADA điều khiển được, màn hình điều khiển tinh gọn, dễ thao tác vận hành, có tính bảo mật và cập nhật thời gian thực và báo lỗi tức thời Nhược điểm:  Trong trình vận hành hệ thống, tiếng động chạy và tiếng xy lanh đóng mở to gây tiếng ồn  Cơng suất mơ hình hệ thống thấp so với hệ thống rửa, phân loại thị trường  Chưa kiểm soát điều khiển hệ thống hoàn toàn tự động, cần có giám sát người, đặc biệt là việc kiểm tra trường hợp bị kẹp cân  Chưa kiểm sốt khí nén đầu vào để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục nhiều 6.2 Hướng phát triển Từ mặt hạn chế đề tài, để đề tài hoạt động tốt áp dụng vào thực tế sau này nhóm đề hướng phát triển sau: Làm thành dây chuyền sản xuất với cấu hình mạnh hơn, cải tiến thêm chức phát sản phẩm lỗi Nhận thấy đề tài này nên phát triển chất lượng và màu sắc Chẳng hạn kiểm tra táo có bị hư hay khơng, có khoảng màu sắc phù hợp để không nhầm lẫn cà chua xanh, vàng, cà chua xanh chuyển vàng theo mức ổn định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2005) “Lý thuyết điều khiển tự động” NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] Rafael C Gonzalez, Richard E Woods - Digital Image Processing (2008, Prentice Hall) [3] FX3GA-60MT-CM | MITSUBISHI PLC FX3GA-60MT-CM - MITSUBISHI (mitsubisih.com) [4] https://www.youtube.com/watch?v=psvm37-zcYo [5] https://cncvina.com.vn/product/day-chuyen-phan-loai-san-pham/ [6] FX2N-2AD | MODULE ANALOG INPUT FX3U MITSUBISHI CHÍNH HÃNG – NHÀ TÍCH HỢP GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA CHO NHÀ MÁY (khangthinhtech.vn) [7] FX2N-2DA | MODULE ANALOG OUTPUT FX3U MITSUBISHI – NHÀ TÍCH HỢP GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA CHO NHÀ MÁY (khangthinhtech.vn) 87 PHỤ LỤC Phần code chương trình in riêng kèm theo 88