(Luận văn thạc sĩ) hệ thống phân loại chiều cao và màu sắc hộp nước hoa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC HỘP NƯỚC HOA h GVHD: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG SVTH: MAI XUÂN TÙNG S K L0 4 Tp Hồ Chí Minh, 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP h HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC HỘP NƯỚC HOA GVHD: SVTH: KHÓA: NGÀNH: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG MAI XUÂN TÙNG 2017 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 MSSV: 17146358 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP h HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC HỘP NƯỚC HOA GVHD: SVTH: KHÓA: NGÀNH: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG MAI XUÂN TÙNG 2017 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 i MSSV: 17146358 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Tùng MSSV:17146358 SĐT: 0911424067 Tên đề tài: Hệ thống phân loại chiều cao màu sắc hộp nước hoa Các số liệu, tài liệu ban đầu: ✓ Đối tượng phân loại: Hộp nước hoa ✓ Tiêu chuẩn phân loại: Chiều cao màu sắc (Đỏ) ✓ Quy trình phân loại nhận biết màu sắc h Nội dung đồ án: - Tính tốn thiết kế động băng tải để di chuyển hộp nước hoa - Dựa vào khối lượng hộp nước hoa để tính tốn cấu đẩy phơi xy lanh khí nén - Lắp đặt cảm biến quang NPN cảm biến siêu âm xử lý tín hiệu thơng qua Arduino Uno - Lập trình điều khiển trung tâm PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống - Camera nhận diện màu sắc (đỏ), tín hiệu xử lý thông qua phần mềm Labview 2019 sau tín hiệu trả PLC S7-1200 để thực việc phân loại qua cấu đẩy phôi - Điều khiển thơng minh qua hình HMI cảm biến có chế độ Auto/ Manual để điều khiển hoạt động mơ hình - Giám sát mơ hoạt động mơ hình qua phần mềm Win CC - Thiết kế gia công khung máy - Thiết kế tủ điện có nút nhấn Emergency, Start, Stop, MCCB, PLC, Relay trung gian Relay nhiệt nhằm bảo vệ mạch điện an toàn - Ứng dụng IoT việc giám sát trình vận hành máy kiểm sốt liệu thơng qua điện tốn đám mây Các sản phẩm dự kiến - Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao - Nhận biết màu sắc nước hoa để phân loại - Giám sát lưu thông tin cảm biến qua máy tính từ xa qua WinCC - Điều khiển HMI để quy trình tự động - Thiết kế lập trình giao diện giám sát IoT qua điện thoại kết nối Wifi/4G ii Ngày giao đồ án: 20/08/2022 Ngày nộp đồ án: 01/02/2023 Ngơn ngữ trình bày: TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) PGS TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG h iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Mai Xuân Tùng MSSV: 17146358 Hội đồng: 04 STT: 07 Tên đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC HỘP NƯỚC HOA Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Họ tên GV hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) h Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) iv 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): h Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Điểm Điểm đạt tối đa 30 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 v Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tổng điểm 10 10 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 02 năm 2023 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) h vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Mai Xuân Tùng MSSV: 17146358 Hội đồng: 04 STT: 07 Tên đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC HỘP NƯỚC HOA Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: h Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: vii Câu hỏi: h Đánh giá: Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối đa 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 viii Điểm đạt - Nhấn nút Reset để đặt lại số lượng để Reset chu trình Hình 5.42: Reset số lượng hộp nước hoa 5.3 Phân tích - Kết phân loại sản phẩm lỗi khơng màu hộp nhỏ h Hình 5.43: Phân loại hộp nhỏ - Kết phân loại sản phẩm lỗi khơng màu hộp lớn Hình 5.44: Phân loại hộp to 120 - Kết phân loại sản phẩm màu đỏ hộp nhỏ Hình 5.45: Phân loại hộp nhỏ màu đỏ - Kết phân loại sản phẩm màu đỏ hộp lớn h Hình 5.46: Phân loại hộp lớn màu đỏ * Kết luận: Qua trình thử nghiệm lập bảng để thống kê sai số kiểm tra tính ổn định hệ thống nhằm phù hợp với nhu cầu doanh nghiệp phát triền nhân rộng, nhóm đúc kết điều sau: - Về phương diện nhận biết màu: Phần mềm Labview xử lý ảnh tương đối xác thời gian xử lý nhanh Tuy nhiên, phụ thuôc nhiều vào thư viện để học tốn nhiều nhớ hệ thống, nhóm muốn nhận biết hết màu sắc thời gian thực đồ án có hạn phải thử nghiệm nhiều lần nên thời gian cơng sức 121 - Về phương diện setup vị trí để nhận biết màu: Labview nhiều hạn chế khơng gian xử lý vùng hồn thành điểm thử nghiệm Do máy ảnh máy công nghiệp điện thoại chạy ứng dụng ngầm nhiều nên ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc máy dẫn đến camera khơng nhận diện xác - Về phương diện động băng tải: Nhóm đề xuất nên sử dụng tốc độ xung gấp 50 lần tính ổn định gia tăng đồng thời phù hợp với cảm biến đồ án tốc độ xử lý xuất tín hiệu để giải vấn đề phân loại - Về phương diện máy hoạt động chế độ Manual: Cảm biến HMI hiển thị tốt độ nhạy tương đối cao so với nhiều dịng máy khác, cố khơng hoạt động lỏng dây điện thiếu khí bình nén khí nên bấm nút nhấn thống khơng hoạt động - Về phương diện máy hoạt động chế độ Auto: Máy hoạt động tương đối ổn định thơng số setup ban đầu qua tính toán chọn lựa tối ưu Tuy nhiên, số bất cập xảy đến sai số đến từ PLC cảm biến khiến tín hiệu khơng hồn tồn xác mặt logic hoạt động mức sai số cho phép h - Về phương diện giám sát điều khiển IoT qua V-Box: Dữ liệu đồng HMI Web Server cách xác lưu trữ điện toán đám mây Em điều khiển từ xa giám sát cách trực tiếp theo dõi hoạt động số liệu thống kê biểu đồ lưu trữ bảng số liệu Tuy nhiên, tốc độ lưu trữ nhanh chậm tùy thuộc vào tốc độ mạng sim 4G gắn vào V-Box tín hiệu có vài sai số khơng đồ so với kết thực tế 122 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Với giúp đỡ tận tình nhiệt huyết giáo viên hướng dẫn nỗ lực của thân, nhóm em hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Hệ thống phân loại chiều cao màu sắc hộp nước hoa” đạt số mục tiêu đề sau: - Thiết kế hồn thiện mơ hình - Thiết kế giao diện WINCC - Thiết kế giao diện HMI - Thiết kế lập trình xử lý ảnh Labview - Ứng dụng IoT vào việc giám sát quản lí từ xa - Chạy thử nghiệm thực tế nhiều lần * Ưu điểm: - Hệ thống vận hành tương đối xác ổn định điều khiển PLC - Có giao diện điều khiển giám sát WinCC h - Lập trình điều khiển cảm biến HMI - Thuật toán giải vấn đề phân loại chiều cao xử lý màu sắc (Đỏ Trắng) - Điều khiển độ rộng xung PTO để thay đổi vận tốc đảo chiều vị trí quay - Hệ thống mang tính chuyên nghiệp máy công nghiệp doanh nghiệp - Giám sát IoT cho toàn hệ thống * Nhược điểm: - Hệ thống đơi cịn chưa ổn định xác hồn tồn q trình hoạt động - Hạn chế vấn đề xử lý màu sắc họa tiết sản phẩm - Hệ thống chưa tối ưu hóa - Cơ chế tự động phụ thuộc nhiều vào tính ổn định sai số cảm biến - Sự mâu thuẫn đến từ chế độ Auto/Manual nút nhấn so với chế Auto/Manual hình HMI 6.2 Hướng phát triển - Thiết kế lại hệ thống khí chắn, tăng số lượng sản phẩm có băng tải 123 - Tích hợp thêm phân loại cân nặng quy trình đóng gói tự động để tự động hóa tồn chu trình khép kín theo chuẩn ISO 9001 - Nâng cấp hệ thống xử lý ảnh sử dụng trí tuệ nhân tạo AI kèm điều khiển giọng nói - Hiệu chỉnh lại màu sắc kết nhận biết xác - Có thể phát triển nâng cao lên giám sát Scada để theo dõi quy trình tự động hoàn hảo - Đầu tư camera công nghiệp để với độ phân giải Pixel chất lượng để đem đến trải nghiệm sắc nét rõ ràng - Nâng cấp cảm biến thành cảm biến với cơng nghệ cao có sai số thấp độ nhạy cao tăng tính ổn định tồn hệ thống h 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển (2006), “TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ TẬP 1”, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ Thuật [2] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt, “SỔ TAY CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TẬP VÀ 2”, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] PGS.TS Lê Hiếu Giang, TS Nguyễn Thị Hồng Minh, “GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN (PHẦN KHÍ NÉN)”, Hồ Chí Minh, NXB ĐHQG TP.HCM [4] ThS Phạm Xuân Hồ, TS Hồ Xuân Thanh, “GIÁO TRÌNH KHÍ CỤ ĐIỆN”, Hồ Chí Minh, NXB ĐHQG TP.HCM [5] PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương (2010), “HỆ THỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN”, NXB Giáo Dục [6] PGS.TS Đặng Thiện Ngơn, “GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CƠNG NGHIỆP”, Hồ Chí Minh, NXB ĐHQG TP.HCM [7] TS Bùi Hà Đức (2020), “GIÁO TRÌNH MƠN HỌC XỬ LÝ ẢNH TRONG CƠNG NGHIỆP”, Hồ Chí Minh, NXB ĐHQG TP.HCM h [8] Gunter Ullrich, “Automated Guided Vehicle Systems: A Primer with Practical Applications” (2014) [9] Hongping Wu, Yi Yan, Danfeng Sun, Huifeng Wu, Peng Liu, "Multibuffers Multiobjects Optimal Matching Scheme for Edge Devices in IIoT", IEEE Internet of Things Journal, vol.8, no.14, pp.11514-11525, 2021 [10] Nan Zhou, Di Li, "Hybrid Synchronous–Asynchronous Execution of Reconfigurable PLC Programs in Edge Computing", IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol.18, no.3, pp.1663-1673, 2022 125 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO UNO R3 const int trig = 8; // chân trig HC-SR04 const int echo = 7; // chân echo HC-SR04 void setup() { Serial.begin(9600); // giao tiếp Serial với baudrate 9600 pinMode(trig,OUTPUT); // chân trig phát tín hiệu pinMode(echo,INPUT); // chân echo nhận tín hiệu pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { unsigned long duration; // biến đo thời gian h int distance; // biến lưu khoảng cách int analog /* Phát xung từ chân trig */ digitalWrite(trig,0); // tắt chân trig delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); // phát xung từ chân trig delayMicroseconds(5); // xung có độ dài microSeconds digitalWrite(trig,0); // tắt chân trig /* Tính tốn thời gian */ // Đo độ rộng xung HIGH chân echo duration = pulseIn(echo,HIGH); // Tính khoảng cách đến vật distance = int(duration/2/29.412); analog = distance*255.0/450.0 126 analogWrite(3, analog) /* In kết Serial Monitor */ Serial.print(distance); Serial.print(analog); Serial.println("cm"); delay(200); } h 127 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH PLC S7-1200 1212C h 128 h 129 h 130 h 131 h 132 h 133 h