Đồ án môn học cơ điện tử phân loại sản phẩm theo màu sắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG TAY GẮP Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Sơn Nhóm sinh viên thực hiện: Hà Nội - Năm 2023 MÔ TẢ HỆ THỐNG Mô tả nhiệm vụ công nghệ - Cấp phôi tự động - Nhận diện màu sắc phôi - Tay gắp phân loại phôi theo màu sắc Cấu trúc hệ thống Thiết bị Loại sử dụng Thiết bị thu nhận ảnh phôi Webcam Dahua Z2+ Tay gắp Xylanh tay kẹp Hệ thống cung cấp động lực tay gắp Hệ thống khí nén Cảm biến xác định vị trí tay gắp Cảm biến tiệm cận tự cảm Băng tải Băng tải PVC mini Động băng tải Động điện chiều Bộ điều khiển PLC S7-1200 CPU 1211C Đặc tính kỹ thuật Thơng số Giá trị Phân loại màu sắc theo dải màu HSV Thời gian phân loại b (s) Lực tay kẹp c (N) Tốc độ băng tải Min : 100mm/phút Max : 150mm/phút Nội dung báo cáo Chương I : Tổng quan hệ thống 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Chương II : Cơ sở lý thuyết 2.1 Hệ thống khí 2.2 Hệ thống điện điều khiển Chương III : Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng tay gắp 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điều khiển Chương IV: Kết Luận ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an MỤC LỤC ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .6 DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU .8 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt .9 1.3 Phương pháp nghiên cứu 14 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 14 1.5 Ý nghĩa thực tiễn .15 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Hệ thống khí 16 2.1.1 Thân máy: .16 2.1.2 Bàn máy: .16 2.1.3 Cơ cấu chấp hành 16 2.2 Hệ thống điều khiển 21 2.2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 21 2.2.2 Các loại van điều khiền .24 2.2.3 Động DC 27 2.2.4 Cảm biến .29 2.2.5 Thiết bị thu nhận ảnh 31 CHƯƠNG III TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG TAY GẮP .32 3.1 Tính tốn thiết kế hệ thống khí 32 3.1.1 Thiết kế khí Solidworks 32 3.1.2 Tính tốn thiết kế hệ thống khí 34 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.1.2.1 Băng tải 34 3.1.2.2 Tính tốn lựa chọn xy lanh 38 3.1.2.3 Một số chi tiết module khác 41 3.2 Tính tốn hệ thống điện, điều khiển 43 3.2.1 Tính tốn hệ thống điện, khí nén 43 3.2.1.1 Sơ đồ hệ thống khí nén 43 3.2.1.2 Sơ đồ đấu nối mạch 44 3.2.1.3 Tính chọn nguồn .45 3.2.2 Tính tốn hệ thống điều khiển 46 3.2.2.1 Thiết kế giao diện xử lý ảnh 46 3.2.2.1.1 Xử lý ảnh Matlab 46 3.2.2.1.2 Lập trình giao diện GUIDE 50 3.2.2.1.3 Lập trình kết nối OPC Matlab PLC .54 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 59 4.1 Kết đạt đề tài 59 4.2 Hướng phát triển 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC .61 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1:Hệ thống phân loại cà chua Hình 2: Băng tải 18 Hình 3: Xy lanh khí nén 19 Hình 4: Xy lanh xoay khí nén 19 Hình 5: Xy lanh tay kẹp 20 Hình 6: CPU 1211C 21 Hình 7: Sơ đồ mặt PLC S7-1200 (CPU 1211C) 22 Hình 8: Module mở rộng lập trình PLC S7-1200 24 Hình 9: Vị trí đèn cổng truyền thơng PLC S7-1200 (CPU 1211C) 24 Hình 10: Van khí nén 3/2 25 Hình 11: Cấu tạo van khí nén 3/2 25 Hình 12: Van điện từ SMC 5/2 26 Hình 13: cấu tạo van điện từ SMC 5/2 26 Hình 14: Van hút chân không 27 Hình 15: Van tiết lưu 27 Hình 16: Động DC 28 Hình 17: Mặt cắt ngang động DC 28 Hình 18: Cấu tạo động DC 28 Hình 19: Cấu tạo động DC 29 Hình 20: Nguyên lý hoạt động động điện chiều 29 Hình 21: Cảm biến từ Xy lanh Sensor SMC 30 Hình 22: Cảm biến quang E3F-DS30C4 30 Hình 23: Webcam Dahua Z2+ 31 Hình 24: Mơ hình phận khí 32 Hình 25: Mơ hình băng tải 33 Hình 26: Mơ hình cấp phơi 33 Hình 27:Mơ hình tay gắp 34 Hình 28: Mơ hình khí hồn thiện 34 Hình 29: Sơ đồ tác động lực động 35 Hình 30: Sơ đồ tác động lực xy lanh khí nén tác động kép 38 Hình 31: Xy lanh khí nén SMC CDQSB16 - 125DCM 40 Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống 43 Hình 33: Sơ đồ hệ thống khí nén 44 Hình 34: Sơ đồ đấu nối điện 44 Hình 35: Nguồn 24 VDC – 15 A 45 Hình 36: Ảnh từ camera 48 Hình 37: Ảnh sau chuyển sang không gian màu HSV 48 Hình 38: Ảnh nhị phân 49 Hình 39: Ảnh đối tượng sau phân loại 49 Hình 40: Cửa sổ GUIDE Quick Start mở GUI 51 Hình 41: Cửa sổ giao diện lập trình GUIDE 51 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 42: Hộp thoại Inspector 52 Hình 44: Giao diện điều khiển 53 Hình 45: Quan hệ OPC Toolbox Object với OPC Server 54 Hình 46: OPC Data Access Explorer 55 Hình 47: Cửa sổ OPC Data Access Explorer 55 Hình 48: Tạo Host liên kết với OPC Server 56 Hình 49: Tạo PC Access biến sử dụng 56 Hình 50: Add Items địa 57 Hình 51: Cửa sổ PC Access 57 Hình 52: Thêm item đến file lập trình PLC 58 Hình 53: Thực Test Client 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng thông số loại động .37 Bảng 2: Thông số động JM37-550 S550 Handson Technology 37 Bảng 3: Thông số chi tiết Ru lô băng tải 42 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an LỜI NÓI ĐẦU Hiện cơng nghiệp đại hố đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác, nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Các cơng ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho địi sống xã hội Chính hệ thống phân loại sản phẩm khơng cịn q xa lạ với Nó đời nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống người Những ứng dụng công nghiệp sống ngày việc áp dụng hệ thống thơng minh vào thực tế sử dụng cách rộng rãi, ứng dụng nhiều ngành điện tử, tự động hóa Việc hiểu ứng dụng giúp ích nhiều cho người Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em thực đề tài thiết kế “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng tay gắp” Thông qua đề tài nhóm em có điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu bổ sung vào hành trang đường chọn Nhận thức tầm quan trọng chúng em làm việc nghiêm túc vận dụng kiến thức sẵn có thân, đóng góp ý kiến bạn bè đặc biệt hướng dẫn thầy Ths.Nguyễn Văn Sơn để hoàn thành tập lớn Trong trình thực đề tài cịn nhiều sai sót hi vọng q thầy thơng cảm dạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Lịch sử nghiên cứu Phân loại sản phẩm lĩnh vực nghiên cứu phát triển từ lâu gắn liền với phát triển lịch sử phát triển kinh tế Từ việc phân loại thô sơ tay như: phân loại thực phẩm sau thu hoạch tới phân loại sản phẩm hệ thống thô sơ hệ thống xay xát lúa gạo nhằm loại bỏ tấm, cám, gạo vụn Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao màu sắc ứng dụng phổ biến dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá granite, sản phẩm nhựa ngành nông nghiệp chế biến Nông sản (cà phê, gạo, hồ tiêu ) Hệ thống giúp nhà sản xuất tiết kiệm công lao động, giảm thời gian lao động, nâng cao suất Năm 1968, PLC (bộ điều khiển khả trình) đời đánh dấu mốc quan trọng lịch sử phát triển công nghiệp hệ thống phân loại sản phẩm cải tiến kết hợp với PLC để hệ thống hoàn thiện Năm 1969, Vi điều khiển đời với phát triển cảm biến khiến cho hệ thống phân loại sản phẩm cải tiến rõ rệt, từ hệ thống bán tự động chuyển sang tự động hoàn toàn tối ưu Qua trạng thực tế nêu trên, nước ta nảy sinh nhiều đề tài nghiên cứu máy phân loại sản phẩm đề tài Viện Máy Dụng Công Nghiệp thiết kế chế tạo thành công máy phân loại cà chua theo màu sắc, cà chua sau phân loại đạt chất lượng cao Hình 1:Hệ thống phân loại cà chua Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 36: Ảnh từ camera * Chuyển ảnh thu sang không gian màu HSV: “I = rgb2hsv(data);” Hình 37: Ảnh sau chuyển sang khơng gian màu HSV * Chuyển ảnh sang ảnh nhị phân dựa ngưỡng màu vật Sử dụng hàm lọc trung vị xóa đối tượng nhỏ 1000 Pixel: “Gmin1=0.319;Gmax1= 0.403; Gmin2=0.592;Gmax2= 0.863; BW = (H >= Gmin1 ) & (H = Gmin2 ) & (V