thiết kế mô hình hệ thống giám sát nhận dạng mối hàn không đạt tiêu chuẩn trong công nghiệp sử dụng plc s7 1200

Ở đây nhóm đã sử dụng CPU 1214C DC/DC/DC, dòng CPU đời mới, hiện đã và đang được ứng dụng trong các nhà máy lớn với chức năng điều khiển quy trình hoạt động lớn của một hệ thống sản xuất

Giới thiệu chung về đề tài

Tiến bộ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đối với mọi lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất Việc liên tục cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất được coi là một ưu tiên hàng đầu Trong danh sách những hệ thống này, hệ thống phân loại sản phẩm tự động đóng vai trò quan trọng Hệ thống này mang lại sự linh hoạt, tiết kiệm thời gian và lao động, đồng thời gia tăng hiệu suất sản xuất, tạo ra lợi ích kinh tế đáng kể

Trong việc phân loại sản phẩm, có nhiều phương pháp được áp dụng, nhưng phương pháp sử dụng màu sắc hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi và hiệu quả Vì vậy, đề tài " Thiết kế mô hình hệ thống giám sát nhận dạng mối hàn không đạt tiêu chuẩn trong công nghiệp sử dụng plc s7-1200" là một đề tài nghiên cứu và ứng dụng có tính quan trọng, phản ánh sự phát triển trong lĩnh vực sản xuất

Hệ thống phân loại sản phẩm này bao gồm ba cụm chính Cụm hệ thống cơ khí bao gồm một hệ thống băng tải được thiết kế để di chuyển sản phẩm Cụm hệ thống điều khiển thực hiện nhiệm vụ nhận biết, phân tích, hiển thị và đưa ra lệnh cho cơ cấu chấp hành Cụm cơ cấu chấp hành có trách nhiệm thực hiện quá trình phân loại sản phẩm khi nhận được tín hiệu từ hệ thống điều khiển.

Giới thiệu về tự động hóa

Tự động hoá (Automation) là quá trình sử dụng các công nghệ và giải pháp để thay thế hoặc tăng cường các công việc của con người bằng cách sử dụng các máy móc, hệ thống và phần mềm để làm việc một cách tự động Tự động hoá có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất, vận chuyển, lưu trữ, chăm sóc sức khỏe và công nghệ thông tin

Hình 1 1:Ứng dụng tự động hóa trong nhà máy sản xuất phân bón Sông Gianh

SVTH : Lương Công Khánh GVHD:Th.s Dương Quang Thiện 2 : Hoàng Đình Phúc

Trong sản xuất, tự động hoá giúp tăng năng suất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm thông qua việc sử dụng các máy móc và robot để thực hiện các công việc Trong vận chuyển, tự động hoá giúp cải thiện quy trình vận chuyển hàng hóa và giảm thiểu lỗi trong quá trình này Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, tự động hoá giúp cải thiện chất lượng dịch vụ và tiết kiệm thời gian cho bác sĩ và nhân viên y tế

Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến Phân loại và nhận dạng sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.

Giới thiệu hệ thống nhận dạng mối hàn

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để nhận dạng các mối hàn lỗi hay các sản phẩm lỗi Có thể là tự động, bán tự động hoặc thủ công bằng tay Nhưng dù là phương pháp nào thì cũng có ưu nhược điểm của nó

Phương pháp thủ công thì đơn giản, không phúc tạp nhiều nhưng lại tốn nhân công và thời gian

Phương pháp tự động thì tối ưu thời gian, công sức nhưng lại đòi hỏi chi phí cũng như hiểu biết về phương thức vận hành Đối với sự phát triển của công nghiệp hóa như hôm nay, ta cũng không khó để lựa chọn cho mình một hệ thống mang tính tự động Bởi vì nó mang lại sự tiện lợi, tiết kiệm nguồn nhân lực và thời gian đối với các doanh nghiệp.

Mục tiêu của đề tài

̶ Nghiên cứu xây dụng cơ sở lý thuyết của đề tài ̶ Nghiên cứu, điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm dùng PLC S7-1200 ̶ Ứng dụng PLC-S7-1200 kết nối với camera vào mô hình nhận dạng và phân loại mối hàn, giúp tăng năng suất, độ chính xác cao và giảm chi phí nhân công ̶ Lựa chọn phương pháp phù hợp để xây dựng thuật toán lập trình cho hệ thống chạy ổn định nhất ̶ Thiết kế giao diện phần mềm để điều khiển và giám sát các thông số kỹ thuật để đạt được kết quả cao

Các phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu tài liệu: ̶ Nghiên cứu tài liệu về hệ thống băng tải nói chung và điều khiển băng tải phân loại sản phẩm nói riêng ̶ Nghiên cứu tài liệu vể PLC S7-1200 ̶ Nghiên cứu các đề tài, công trình khoa học về phân loại sản phẩm để có hướng phát triển đề tài

• Phương pháp thực nghiệm: ̶ Mô phỏng trên phần mềm TIA PORTAL V17

THIỆU VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

Bộ điều khiển plc

Bộ điều khiển PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm

Hiện nay, thị trường cung cấp nhiều loại PLC từ các hãng sản xuất uy tín như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi, Mỗi hãng lại sản xuất nhiều mã PLC khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng Ngoài ra, các hãng PLC còn cung cấp các thiết bị liên quan mở rộng như module, cảm biến, nhằm hỗ trợ quá trình tự động hóa diễn ra hiệu quả hơn.

• Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (Programmable-Control Systems) – hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC- Programable Logic Controler) được thiết kế nhằm thay đổi phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện một số tác vụ khác như định thì, đếm, các lệnh toán số học, các lệnh xử lí các số liệu trên mạng,…làm tăng khả năng điều khiển cho các hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Sử dụng PLC giúp hiệu chỉnh hệ thống điều khiển dễ dàng thông qua việc thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ, loại bỏ nhu cầu thay đổi kết nối dây Ưu điểm vượt trội của PLC so với các hệ thống điều khiển truyền thống là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh chóng nhờ loại bỏ sự phụ thuộc vào kết nối dây phức tạp giữa các thiết bị riêng lẻ.

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp như:

- Khả năng kháng nhiễu tốt

- Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng kết nối (thêm module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng ( nối thêm module truyền thông)

- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ bào và ngõ ra được chuẩn hóa

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng dễ hiểu và dễ sử dụng

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình

Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng Ganeral Motors vào năm 1968 ,và họ đã để ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp:

- Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển ,sử dụng thích hợp trong nhà máy

- Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sữa chữa

- Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp

- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương đương

- Với cấu trúc dạng module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất

- So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển

Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính PLC

Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp

Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn

Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh

Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt

Mất thời gian thiết kế và lắp đặt

Mất thời gian thiết kế

Mất thời gian lập trình

Lập trình và lắp đặt đơn giản

Khả năng điều khiển tác vụ phức tạp Không Có Có Có

Dễ thay đổi điều khiển Rất khó Khó Đơn giản Rất đơn giản

Công tắc bảo trì Kém – có rất nhìu công tắc

Kém – nếu IC được hàn

Kém – có rất nhiều mạch điện từ chuyên dung

Tốt – các module được tiêu chuẩn hóa

Cấu trúc PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dòng sản phẩm Khi mới xuất xưởng chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, couter,…được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một nhiệm vị điều khiển cụ thể nào đó Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển…Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:

- Bộ sử lý trung tâm

Hình 2 1: Sơ đồ cấu trúc PLC

Bộ nhớ duy trình cũng có chức năng như role duy trì nghĩa là bảo tồn dữ liệu khi mất điện và khi nguồn điện trở lại bình thường thì bộ nhớ trở lại tư thế như trước

Bộ thời gian của PLC có chức năng tương tự như rơle thời gian

Chức năng số học có thể thực hiện được các phép tính toán: cộng, trừ , nhân, chia, so sánh

Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình vòng lặp do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm mang lại lợi ích như:

+ Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

+ Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Module mở rộng

• Các dòng PLC thông dụng

Bảng 2 1 Các dòng PLC thông dụng

Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng

CQM1 Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng

Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G…

Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Dòng Q PLC

Hãng Delta Dòng DVP – SA

Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – SV Dòng DVP – ES

- Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm:

+ Ngôn ngữ lập trình cơ bản:

+ Instruction List (IL): dạng hợp ngữ

+ Structured Text (ST): giống Pascal Các ngôn ngữ đồ họa:

+ Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le

+ Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý

+ Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.

PLC S 7-1200

Dòng PLC S7-1200 là bộ điều khiển logic khả trình có khả năng kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và tập lệnh mạnh mẽ, dòng PLC này cung cấp giải pháp tối ưu cho các ứng dụng sử dụng S7-1200.

S7-1200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau

S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển

S7 – 1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7 – 1200 là Step 7 Basic Step 7 basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau :

Kích thước vật lý (mm) 90x100x75 90x100x75 110x100x7

Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes

Load 1 Mbyte 1 Mbyte 4 Mbyte 4 Mbyte

10 Out Kiểu tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs

Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes

Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes

Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes

Module mở rộng vào ra (SM) None 2 8 8

Board tín hiệu (SB) Board pin

(BB) Board truyền thông (CB) 1 1 1 1

Bộ đếm tốc độ cao

PLC có 3 loại bộ nhớ sử dụng là Load memory, Work memory và Retentive Memory:

+ Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống

+ Work memory là bộ nhớ lúc làm việc

+ System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây

Bảng 2 3 Phân vùng bộ nhớ

Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C

• PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC

Hình 2 3:PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC

+ Điện áp Input : 24VDC + Điện áp Output: 24VDC + Bộ nhớ chương trinh tích hợp trong CPU : 4 Mb + Bộ nhớ làm việc 100 kbyte

+ Ngõ vào ra: 10 In/ 8 OUT + Ngõ vào Analog : 2AI + Truyền thông : PROFINET IO, PROFIBUS, AS-Interface, Ethernet + Ngôn ngữ lập trình : LAD, FBD, SCL

Tổng quan về tia portal

Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) is the umbrella software for Totally Integrated Automation (TIA) from Siemens It combines various software toolsets to create a system for engineering, installation, operation, and maintenance for automation, drive technology, and power supply technology.

Hình 2 4: Ứng dụng của TIA Portal trong quản lý hệ thống

TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống

Tích hợp mô phỏng hệ thống

Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống

Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens Xây dựng chương trình

Hình 2 5: Giao diện Portal View

Bước 1: Tạo project và cấu hình cho thiết bị Ở giao diện Portal view chọn Create new project để bắt đầu quá trình khởi tạo project mới

Hình 2 6:Tạo project cho đề tài

Bước 2: Lựa chọn cấu hình CPU cho project Lựa chọn cấu hình CPU cho project: Device & Networks ▶ Add new device, điền các thông tin cho CPU cần khai báo tại cửa sổ Add new device

Hình 2 7: Lựa chọn cấu hình CPU cho project

Bước 3: Cấu hình PLC: Ở thanh Project Tree: chọn Device Configuration

Hình 2 8: Cài địa chỉ IP cho PLC

Tổng quan về xử lý ảnh

• Giới thiệu về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh Đây là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây Xử lý ảnh gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Sự phát triển của xử lý ảnh đem lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của con người

Ngày nay xử lý ảnh đã được áp dụng rất rộng rãi trong đời sống như: photoshop, nén ảnh, nén video, nhận dạng biển số xe, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng chữ viết, xử lý ảnh thiên văn, ảnh y tế,

Xử lý ảnh là đối tượng nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy, là quá trình biến đổi từ một ảnh ban đầu sang một ảnh mới với các đặc tính và tuân theo ý muốn của người sử dụng

Trong dự án này ảnh được thu nhận từ camera Raspberry pi với độ phân giải 5mpx dưới dạng ảnh màu

Sau khi thu nhận hình ảnh từ camera hình ảnh có độ tương phản khá thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng hình ảnh Bộ tiền xử lý có chứ năng lọc nhiễu, nâng cao độ tương phản để làm cho ảnh rõ hơn và sắc nét hơn

➢ Phân đoạn ảnh (Phân vùng)

Phân đoạn ảnh là bước cuối cùng trong xử lý ảnh nhằm phân chia ảnh thành các vùng có cùng đặc điểm dựa trên biên hoặc vùng liên thông Sự phân chia này có thể dựa trên màu sắc, mức xám hoặc các tiêu chuẩn khác Mục tiêu của phân đoạn ảnh là tạo ra một mô tả tổng quan về các vùng khác nhau của ảnh thô Do khối lượng thông tin lớn trong ảnh và chỉ cần trích xuất một số đặc điểm, nên quá trình phân đoạn cần giảm thiểu thông tin, bao gồm phân vùng ảnh và lựa chọn đặc tính chính, phân chia ảnh thành các thành phần nhỏ hơn để biểu diễn thuận lợi cho quá trình phân tích.

➢ Tách các đặc tính ảnh

Kết quả của bước phân đoạn ảnh thường được cho dưới dạng dữ liệu điểm ảnh thô, trong đó hàm chứa biên của một vùng ảnh, hoặc tập hợp tất cả các điểm ảnh thuộc về chính vùng ảnh đó Trong cả hai trường hợp, sự chuyển đổi dữ liệu thô này thành một dạng thích hợp hơn cho việc xử lý trong máy tính là rất cần thiết Để chuyển đổi chúng có 2 cách: biểu diễn một vùng ảnh dưới dạng biên hoặc dưới dạng một vùng hoàn chỉnh gồm tất cả những điểm ảnh thuộc về nó Biểu diễn dạng biên cho một vùng phù hợp với những ứng dụng chỉ quan tâm chủ yếu đến các đặc trưng hình dạng bên ngoài của đối tượng, ví dụ như các góc cạnh và điểm uốn trên biên

Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh bằng cách so sánh với các mẫu chuẩn đã lưu sẵn hoặc được cung cấp trong các thư viện có sẵn Thông qua quá trình so sánh này, hệ thống có thể xác định chính xác nội dung của ảnh, rút trích thông tin và hoàn thành các tác vụ liên quan đến hình ảnh.

➢ Kết quả Sau khi thực hiện xong các bước xử lý sẽ thu được kết quả cần thiết

• Các thành phần cơ bản của hệ thống ảnh

Hình 2 9: Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lý ảnh

- Bộ phận thu nhận ảnh: Máy quay (Camera), máy quét (scaners) chuyên dụng, các bộ cảm biến ảnh

- Phần cứng xử lý ảnh chuyên dụng: Bộ số hóa (chuyển đổi ảnh truyền thống từ bên ngoài thành dạng dữ liệu số mà máy tính có thể hiểu được)

- Máy tính: Thiết bị thông thường hoặc chuyên dụng

- Bộ phận lưu trữ: Bắt buộc phải có Lưu trữ tạm thời để phục vụ và sử dụng cho quá trình xử lý hiện tại

- Bộ phận hiện thị: Màn hình máy tính

- In ấn: Ghi lại ảnh: máy in, máy chiếu

• Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

➢ Ảnh số Ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật Số điểm ảnh xác định độ phân giải của ảnh Ảnh có độ phân giải càng cao thì càng thể hiện rõ nét các đặt điểm của tấm hình càng làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn

➢ Điểm ảnh (Picture Element) Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được chọn thích hợp sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần như ảnh thật Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh

Mức xám: Là kết quả của sự biến đổi tương ứng 1 giá trị độ sáng của 1 điểm ảnh với 1 giá trị nguyên dương Thông thường nó xác định trong [0, 255] tuỳ thuộc vào giá trị mà mỗi điểm ảnh được biểu diễn Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức phổ dụng Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức xám Mức xám dùng 1 byte biểu diễn: 28

= 256 mức, tức là từ 0 đến 255)

Hình 2 10:Sự khác nhau giữa ảnh màu và ảnh xám

• Độ phân giải của ảnh Định nghĩa: Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh số được hiển thị

Khoảng cách giữa các điểm ảnh cần phù hợp để mắt người cảm nhận được sự liền mạch của hình ảnh Độ phân giải được xác định bởi mật độ điểm ảnh phân bổ theo trục x và y trong không gian hai chiều Độ phân giải càng cao, hình ảnh càng chứa nhiều thông tin và sắc nét hơn.

Ví dụ như hình bên dưới

Hình 2 11: Độ phân giải của ảnh

➢ Các cách phân loại ảnh

Giá trị xám của tất cả các điểm ảnh chỉ nhận giá trị 1 hoặc 0 như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh nhị phân được biểu diễn bởi 1 bit Ảnh xám: Giá trị xám nằm trong [0, 255] như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh nhị phân được biểu diễn bởi 1 byte

Hệ màu RGB dựa trên nguyên lý màu bổ sung, trong đó ba màu cơ bản đỏ, xanh lá cây và xanh dương được kết hợp theo các tỷ lệ khác nhau để tạo nên các màu khác nhau.

Cũng lưu ý rằng mô hình màu RGB tự bản thân nó không định nghĩa thế nào là "đỏ", "xanh lục" và "xanh lam" một cách chính xác, vì thế với cùng các giá trị như nhau của RGB có thể mô tả các màu tương đối khác nhau trên các thiết bị khác nhau có cùng một mô hình màu Trong khi chúng cùng chia sẻ một mô hình màu chung, không gian màu thực sự của chúng là dao động một cách đáng kể Một pixel được biểu diễn bằng 3 giá trị (R, G, B) trong đó R, G, B là một giá trị xám và được biểu biểu diễn bằng 1 byte

Open cv

OpenCV (Open Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho xử lý về thị giác máy tính, machine learning, xử lý ảnh OpenCV chính thức được ra mắt đầu tiên vào năm 1999, OpenCV là thư viện mã nguồn mở miễn phí cho cả học thuật và thương mại OpenCV đươc viết bằng C/C++, vì vậy có tốc độ tính toán rất nhanh, có thể sử dụng với các ứng dụng liên quan đến thời gian thực

Thư viện OpenCV có sức mạnh vượt trội với hơn 2500 thuật toán tối ưu hóa Nó cung cấp hỗ trợ toàn diện trên nhiều nền tảng như Windows, Linux, MacOS, Android và iOS nhờ các giao diện cho C/C++, Python và Java Sức mạnh của cộng đồng OpenCV vô cùng ấn tượng với hơn 47.000 thành viên tích cực và số lượt tải xuống vượt ngưỡng 6 triệu lần.

• Chức năng có trong thư viện OpenCV

❖ Thư viện OpenCV bao gồm một số tính năng nổi bật như:

+ Bộ công cụ hỗ trợ 2D và 3D

+ Nhận diện khuôn mặt + Nhận diện cử chỉ + Nhận dạng chuyển động, đối tượng, hành vi + Tương tác giữa con người và máy tính + Điều khiển Robot

+ Hỗ trợ thực tế tăng cường

❖ Ứng dụng: Opencv có rất nhiều ứng dụng:

+ Nhận dạng ảnh + Xử lý hình ảnh + Phục hồi hình ảnh/video + Thực tế ảo

CHỌN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Tính toán lựa chọn động cơ băng tải

Khối lượng nguyên liệu từ băng tải cấp liệu có thể thay đổi liên tục khiến khối lượng nguyên liệu trên băng tải lớn cũng thay đổi theo việc điều khiển tốc độ động cơ cho băng tải lớn là vấn đề cấp thiết cần được giải quyết để quá trình sản xuất được tối ưu nhất Để lựa chọn động cơ băng tải hoạt động trong công nghiệp cân băng định lượng cần tính chọn công suất động cơ cho băng tải thường theo công suất tĩnh

Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường theo các thành phần sau:

+ Công suất để dịch chuyển nguyên liệu

+ Công suất để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy

+ Công suất để nâng tải Công suất yêu cầu của động cơ được tính theo công thức: [3]

Pct : Công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

Ptd : Công suất trên trục máy công tác (kW) η: Hiệu suất của toàn bộ hệ thống truyền động

Xác định Ptd: Công suất trên trục công tác được tính theo công thức:

Với: + F: Lực kéo băng tải (N), khối lượng nguyên liệu trên băng tải cấp liệu 1000kg với F= 10000N

1000 = 3,5 𝑘𝑤 Xác định η: Hiệu suất truyền động của toàn bộ hệ thống được tính theo công thức: η = η đ𝑎𝑖 Tra bảng 2.3 [TTKHDDCK]- tr19 ta có: [3] η đ𝑎𝑖 = 0,95: Hiệu suất bộ truyền đai

Ta tính được công suất yêu cầu trên trục động cơ:

0,95 = 3.68 𝑘𝑤 Xác định sơ bộ tốc độ quay của động cơ điện: nlv: Số vòng quay trục máy công tác (vg/ph) D: đường kính con lăn

Xác định nlv: theo công thức:

Hình 3 1: Động cơ giảm tốc 4 kW, 5 HP,tốc độ 280 – 400v/ phút

Khối lượng nguyên liệu từ băng tải cấp liệu có thể thay đổi liên tục khiến khối lượng nguyên liệu trên băng tải lớn cũng thay đổi theo việc điều khiển tốc độ động cơ cho băng tải lớn là vấn đề cấp thiết cần được giải quyết để quá trình sản xuất được tối ưu nhất.

Tính toán lựa chọn xylanh khí nén

Do có khả năng tạo những chuyển động cơ học mang lực lớn và hữu ích, đồng thời dễ sử dụng, xy lanh khí nén được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau

Bất kỳ loại xy lanh khí nén nào, những thông số được xem là quan trọng nhất gồm có:

- Đường kính của piston : tính toán và suy ra được tải trọng mà xy lanh có thể đáp ứng

- Hành trình của xy lanh : xác định khoảng không gian làm việc cần thiết cho xy lanh

Hành trình xylanh Lxl%cm = 250 mm Thời gian dẫn động T=0.5s

Tải trọng đáp ứng FP N

❖ Tính toán thông số xylanh phù hợp:

- Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là:

P = 6bar = 6,1183 kgf/cm2 - Tải trọng đáp ứng là:

FP N = 5 (kg) - Chọn đường kính xi lanh:

D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((665.4*4)(6.1183*3.14)) = 3.72 cm - Chọn đường kính:

Dxl = 40 mm - Hành trình xy lanh:

Lựa chọn thiết bị công nghiệp

Băng tải mini có tốc độ vận chuyển trung bình khá nhanh, khoảng 25-100m/phút Đáp ứng hiệu suất làm việc khá cao: 30-150m3/giờ

Có thể được tích hợp nhiều công nghệ hiện đại, giúp đẩy nhanh quy trình sản xuất, giải phóng sức nhân công và đem lại tính chính xác, hiệu quả cao

Hình 3 2: Băng tải công nghiệp

Cấu tạo của băng chuyền Mini:

Kích thước: W250xL850xH300mm

Dây băng PVC, màu xanh, dầy 2mm Động cơ giảm tốc 25W/220V

Bộ điều khiển tốc độ vô cấp

Senser quang phát hiện sản phẩm

Khung bằng nhôm định hình 20x40

Tấm đỡ dây băng và hộp xích bằng SUS

Con lăn đỡ dây băng và rulo kéo bằng SUS

Trọng lượng của sản phẩm là 35kg

Hệ thống truyền động sử dụng nhông xích siêu bền

3.3.2 Camera Công Nghiệp – Smart Camera

Smart Camera cung cấp cảm biến hình ảnh chất lượng cao kết hợp với bộ vi xử lý mạnh mẽ giúp bạn đưa ra được các giải pháp tối ưu nhất.Ngoài việc thu nhận và xử lý ảnh hiệu năng cao, bạn có thể sử dụng các tùy chọn giao tiếp I/O kỹ thuật số tích hợp và giao tiếp công nghiệp, thời gian thực và tích hợp với các thiết bị tự

SVTH : Lương Công Khánh GVHD:Th.s Dương Quang Thiện 26 : Hoàng Đình Phúc động hóa công nghiệp bao gồm bộ điều khiển logic lập trình (PLC, HMI), robot, cảm biến và máy móc công nghiệp Smart Camera có nhiều giao diện kết nối với máy tính khác nhau như: USB3 Vision, GigE Vision và Camera Link

Smart Camera với nhiều cấu hình để bạn lưa chọn Bạn có thể cấu hình nó với các bộ dựng Vision bao gồm phần mềm kiểm tra tự động (AI) và lập trình máy ảnh với module thời gian thực LabVIEW hay các module phát triển của Vision

Hình 3 3: Smart Camera Ứng dụng của smart camera

Smart Camera có khả năng chống nước, chống bụi theo tiêu chuẩn IP67 nên có thể lắp đặt trong nhiều môi trường công nghiệp

Việc nhận diện cũng như xử lý ảnh chính xác và hiệu quả nhờ bộ xử lý Intel Celeron 1.58 GHz

Chụp hình với tốc độ cao nhờ cảm biến hình ảnh CMOS Đếm số lượng sản phẩm Điều hướng Robot

- CẤU HÌNH SMART CAMERA Resolution (pixel): 640X480, 1280×1024, 1920×1200, 2592×2048

Processor Core : Intel Celeron N2807 1.58GHz

Controller OS: NI Linux Real Time, Windows 10 IoT

IP Rating: IP67 Image Sensor Color: Color, Monochrome Number of digital Input only chanels: 3,4

Number of digital Input only chanels: 4

3.3.3 Cảm Biến Quang Omron E3Z-D61 12-24VDC

Cảm Biến Quang Omron E3Z-D61 12-24VDC được biết đến là một dòng cảm biến dòng E32Z seri, thuộc loại phản xạ khuếch tán, đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như làm việc mà không nhìn được vậy

Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào

Hình 3 4: Cảm Biến Quang Omron E3Z-D61

Thông số kỹ thuật cảm biến quang omron e3z-d61:

Module: E3Z-D61 2M Loại: Phản xạ khuếch tán Khoảng cách cảm biến: 100mm Nguồn sáng: Led hồng ngoại Nguồn điện cung cấp: 12-24 VDC NPN output: Dây có sẵn (3 lõi) Dòng tiêu thụ: 30mA

Thời gian hồi đáp: 1ms Kích thước: 30 x 20 x 10mm Khối lượng: 150g

Tiêu chuẩn bảo vệ: IEC, IP67

SVTH : Lương Công Khánh GVHD:Th.s Dương Quang Thiện 28 : Hoàng Đình Phúc Ưu điểm và ứng dụng của omron e3z-d61:

Hình dáng thích hợp cho tất cả các vị trí lắp đặt Độ tin cậy cao, không bị ảnh hưởng của môi trường lắp đặt Đáp ứng nhiều tiêu chuẩn quốc tế

Nhiều dải sản phẩm: phát hiện vật trong mờ ( chai lọ, trong nghành bia rượu nước giải khát )

3.3.4 Rơ le MY2N DC24(S) Omron

Rơ le MY2N DC24 (S) Omron sở hữu điện áp chuyển đổi tối đa 250Vac;

125Vdc Điểm tiếp xúc của thiết bị được làm bằng bạc nên dẫn điện tốt Công suất tối đa AC lớn 2,5 kVA phù hợp với nhu cầu người dùng Bên dưới là chi tiết về sản phẩm MY2N DC24 (S) này:

Hình 3 5: Rơ le trung gan MY2N DC24(S) Omron

Thông số kỹ thuật rơ le trung gian MY2N DC24 (S) Omron

Công suất chuyển đổi: +10A: 1100W +5A 660W Dòng điện định mức: 5A

Cuộn dây điện áp: 24 VDC Công suất tối đa AC: 2,5 kVA

Tiếp điểm: 5A, 250VAC / 30VDC (tải thuần trở) Điện áp chuyển đổi tối đa: 250Vac; 125Vdc

Vật liệu tiếp xúc: AgNi Kích thước: H42.4mm x W21.5mm x D28mm Thời gian tác động: 20ms Max Ưu điểm của thiết bị MY2N DC24 (S) Omron

- Tần số hoạt động được cải thiện:

+ Điện: 1 800 lần/giờ (tải định mức);

+ Cơ: 18 000 lần/giờ - Tuổi thọ được nâng cao:

+ DC: 100 000 000 Min (tần số 1 800 lần/giờ) - Nhiệt độ làm việc thích hợp dao động trong dải từ -55oC đến 70oC

- Đã đạt tiêu chuẩn VDE, UL, CSA, CE của quốc tế về chất lượng Ứng dụng rơ le MY2N DC24 (S) Omron Đây là một Power Relay cắm điện thu nhỏ đa năng với 2 cực cho các ứng dụng điều khiển tuần tự và chuyển đổi nguồn Điện trở cuộn 636Ω, điện áp cuộn 24 VDC và tiếp điểm hợp kim bạc dẫn điện tốt Rơ le thực sự linh hoạt mang lại các tính năng nâng cao và linh hoạt để cài đặt, vận hành thân thiện hơn với người dùng Đặc điểm sản phẩm MY2N DC24 (S) Omron chính hãng - Cấu hình liên hệ DPDT, cadmium thân thiện với môi trường - Rơ le đi kèm với đèn LED tiện cho người dùng theo dõi hoạt động của sản phẩm - Được cung cấp với bảng tên và thiết bị đầu cuối ổ cắm / hàn

Xi lanh SC100 hay còn được gọi là ben hơi khí nén SC100 Sản phẩm thuộc chủng loại xi lanh đế vuông, giá thành khá rẻ trên thị trường Dưới đây là một vài thông tin chi tiết về dòng sản phẩm này

Thông số kỹ thuật xi lanh khí nén SC100 Đường kính:100 mm Kích thước cổng:ren 21 mm Áp suất:0.1 – 1 Mpa

Nhiệt độ:-20 – +80 độ C Thương hiệu:Airtac Ưu điểm của xi lanh khí nén SC100

Sản phẩm được sử dụng khá phổ biến trên thị trường Một sản phẩm có lượt sử dụng cao chắc chắn sẽ phải sở hữu những ưu điểm nhất định

An toàn hơn với người sử dụng và nơi lắp đặt Lắp đặt và triển khai đơn giản

Chi phí đầu tư thấp

Xi lanh được chế tạo từ hợp kim nhôm – có độ bền cao, hạn chế tối đa sự ăn mòn từ môi trường bên ngoài

Vỏ nhôm dày, được dải mịn bên trong – ma sát thấp

Piston được mạ crom – chống xước và ăn mòn

Xi lanh khí nén SC100 có hiệu năng làm việc tốt và bền bỉ về mặt vật lý

3.3.6 Biến tần Delta VFD9A0MH43ANSHA 4kw

Biến tần Delta MS300 Series Delta là dòng điều khiển vector dạng nhỏ gọn chắc chắn, thiết kế theo dạng compact nhỏ gọn, có thể cho ghép sát nhiều biến tần cùng nhau để tiết kiệm không gian cho tủ điện, nhiệt độ vận hành từ -20 đến 40 độ C

Hỗ trợ động cơ IM và động cơ PM cho ứng dụng linh hoạt và đảm bảo tiêu chuẩn an toàn STO Biến tần Delta MS300 hỗ trợ hàng loạt các chức năng cần thiết gồm PLC cho ứng dụng lập trình đơn giản, một cổng USB giúp việc upload hay download dữ liệu nhanh hơn, và 1 khe cắm cho rất nhiều card truyền thông Vì có thiết kế nhỏ gọn nên sẽ giúp tiết kiệm về không gian lắp đặt, giảm tối đa thời gian cài đặt và đầu nối

Bộ vi điều khiển hỗ trợ một ngõ vào đọc xung tốc độ cao MI7 cho phép đọc xung lên đến 33 kHz và một ngõ ra xung tốc độ cao DFM có khả năng tạo xung với tốc độ lên đến 33 kHz.

Hình 3 7: Biến tần Delta VFD9A0MS43ANSAA 4kW 3 Pha 380V

Lớp phủ PCB mới cho mạch (tiêu chuẩn IEC 60721-3-3 loại 3C và thiết kế thích hợp cho các ứng dụng với môi trường khắc nghiệt)

Tích hợp một khe cho cards giao tiếp như Profibus DP, CANopen, MODBUS TCP, DeviceNet, EtherNet/IP

Tần số tại ngõ ra đối với các model chuẩn đạt 0-599 Hz, với model tốc độ cao đạt 0 – 1500 Hz (điều khiển v/f)

Khả năng chịu quá tải 120% trong 60s tải thường, tải nặng 200% dòng định mức trong 2s

MS300 PLC tích hợp PLC với bộ nhớ 2K bước Tích hợp brake choppers đối với tất cả các series

Bàn phím Led 5 ký tự số cho việc cài đặt hiển thị, có thể kéo dài ra bên ngoài Điện áp ngõ vào : 3 pha 380-460v Điện áp ngõ ra :3 pha 380-460v

Công suất :4kw Dòng điện ngõ ra 10.5/9A Khả năng chịu tải (ND/HD) 120% trong 60 giây/150% trong 60 giây Kích thước (WxHxD) 87x157x152mm

TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Thiết kế sơ đồ khối

Hình 4 1: Sơ đồ khối của hệ thống

Khối điều khiển trung tâm: Điều khiển các tải như động cơ, cảm biến, xi lanh

Khối giao tiếp với máy tính: Giúp truyền và nhận tín hiệu từ máy tính đến điều khiển và ngược lại

Khối cảm biến: Giúp phát hiện vật Khối điều khiển động cơ băng tải: Điều khiển động cơ băng tải Khối nguồn: Cấp nguồn cho mạch điện và các tải

Khối camera xử lý ảnh: Thu hình ảnh và truyền về cho máy tính xử lý Khối phần mềm xử lý ảnh: Xử lý hình ảnh được thu từ camera và ra tín hiệu điều khiển cho mạch điện

Sơ đồ bố trí thiết bị

Hình 4 2: Sơ đồ bố trí thiết bị

Hình 4 3: Giản đồ thời gian hoạt động

Thiết bị sử dụng trong mô hình

Là loại cảm biến quang hoạt động phát hiện vật theo nguyên tắc thu phát chung Với khoảng cách tối đa 1 mét, tích hợp núm điều chỉnh phạm vi phát hiện vật từ 100mm đến 1000mm Giúp cảm biến được áp dụng linh động hơn trong các ứng dụng Ngoài ra, cảm biến bao gồm hai ngõ ra NO và NC, kiểu NPN hoặc PNP

Cảm biến được sử dụng trong những ứng dụng phát hiện vật chính xác cũng như những vật có kích thước cỡ nhỏ

- Thời gian đáp ứng: nhỏ hơn 1ms

- Ngõ ra: PNP hoặc NPN, No và NC

- Nhiệt độ làm việc: -25 đến 60 độ C

- Vật liệu thân: nhựa ABS

- Đường kính: 18mm - Tần số hoạt động: 500Hz

Rơle trung gian (Relay trung gian) là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ

Rơle trung gian được sử dụng rộng rãi, vì vậy mà rơle được sản xuất và phân thành nhiều loại như: relay trung gian được thiết kế sử dụng cho nhiều loại điện áp đặc biệt, các dạng điện áp đặc biệt như 12VDC, 12 VAC, 6VDC, các loại điện áp 24 VDC, 24 VAC, điện áp 48 VDC, 48VAC, 110 VDC, 110 VAC và 220 VAC

Rơle trung gian thiết kế luôn có đèn báo nguồn với màu xanh cho điện áp DC, màu đỏ cho điện áp AC

Rơle trung gian có đế cắm được thiết kế chắc chắn, ôm rất chặt các chân của relay, tránh bị rung động trong quá trình hoạt động cũng như rung động cơ khí trên máy móc

Hình 4 5: Rơ-le trung gian

- Điện áp: 220VAC, 220VDC, 110VDC, 110VAC, 48VDC, 48VAC, 24VDC, 12VDC

- Số lần đóng cắt: 100.000 lần

- Kiểu chân: Chân tròn, chân dẹp nhỏ, chân dẹp lớn 10A

- Số chân: 14 chân dẹp nhỏ 5A, 14 chân dẹp lớn 10A, 8 chân dẹp nhỏ, 8 chân dẹp lớn 10A, 11 chân tròn, 8 chân tròn 10A

- Thời gian tác động: 20ms Max

- Tiêu chuẩn: VDE, UL, CSA, CE

Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ chịu được : - 50 ~ 700 c Áp suất chịu được : 1 ~ 9 bar ( kg/cm2)

- hành trình : 250 mm Đây là thiết bị cơ học còn có tên gọi khác là ben khí nén, vận hành bằng khí nén từ hệ thống máy nén khí Xi lanh khí có vai trò tạo ra lực để chuyển đổi năng lượng có trong khí nén thành động năng để cung cấp cho các chuyển động

Hình 4 6: Xi lanh khí nén airtac Ưu điểm

儘管氣缸和液壓缸在結構和原理上非常相似，但使用者仍偏好使用氣缸。這是因為氣缸不會造成環境污染，並會產生潔淨的壓縮空氣。

Bên cạnh đó, xi lanh khí có khả năng tác động với vận tốc 10m/s, nhanh hơn hẳn so với các thiết bị khác

Không những thế, nguồn khí nén của xi lanh cũng khá thuận tiện khi được lấy từ ngoài không khí và tích trữ trong bình Người dùng có thể dễ dàng mang đi bất kì nơi đâu để sử dụng, làm việc

Khi sử dụng xi lanh, việc lắp đặt cũng khá đơn giản và linh hoạt, không có sự giới hạn về khoảng cách

Trên thực tế, giá thành của sản phẩm này cũng không quá cao so với túi tiền của người tiêu dùng Trong khi đó, tại các nhà máy, xí nghiệp thường có sẵn đường ống và hệ thống máy nén khí Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắp đặt thiết bị xi lanh

Mặc dù cũng sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, song xi lanh khí lại không có khả năng tạo lực lớn Trong hệ thống máy nén, áp suất thông thường thì xi lanh chỉ có thể tạo ra đủ lực để nâng xe ô tô

Việc điều khiển xi lanh cũng không đạt độ chính xác cao do không khí chịu nén không ổn định Đặc biệt, trong quá trình máy nén hơi vận hành thường khá ồn với âm thanh lớn Và điều đó cũng có nghĩa xi lanh cũng sẽ gây ra tiếng ồn gây khó chịu cho môi trường xung quanh

Hình 4 7: van điện từ 3/2 airtac

Van điện từ khí nén tên tiếng anh là solenoid valve đây là tên gọi chung của van, vì chiếc van hoạt động chủ yêu dựa vào cuộn hút điện từ chúng kích hoạt và điều khiển chiếc van hoạt động, van điện từ khí nén có nhiều loại khác nhau như van khí nén 3/2, 5/2, 5/3, 4/3, 2/2 nhưng bài viết này mình chỉ nói rõ về van 3/2

Van điện từ khí nén 3/2 hay van điện từ 3/2 đây đều là tên gọi của 1 loại van đó là loại van điện từ 3 cửa 2 vị trí loại này được điều khiển chủ yếu bằng cuộn coil điện từ, van có chức năng đóng mở và xả (1 cổng vào, 1 cổng ra, 1 cổng xả), chỉ sử dụng hơi khí nén, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén 1 chiều (loại tác động đơn), xem video để hiểu rõ hơn về tính năng của chiếc van này

Tính năng của van điện từ khí nén 3/2 và nguyên lý hoạt động của van solenoid 3/2

Van 3/2 được chia ra làm 2 loại: van thường đóng (nc) và van thường mở (no)

Hình 4 8: sơ đồ van điện từ khí nén 3/2

Theo như sơ đồ chúng ta có 3 cổng

Cổng (1) là cổng đưa áp suất vào Cổng (2) là cổng áp suất đi ra Cổng (3) là cổng xả

Băng tải đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm sạch Các loại băng tải công nghiệp rất đa dạng, chuyên dụng cho ngành thực phẩm thường là băng tải nhẹ Tuy nhiên, giá thành của băng tải công nghiệp dùng trong thực phẩm cao hơn các loại khác do chủ yếu được làm từ inox để đảm bảo vệ sinh và tính thẩm mỹ.

- Sử dụng cho công việc vận chuyễn hàng hoá từ điểm A-B, hàng hoá là các sản phẩm như bao, vật liệu thô to Giúp công việc luân chuyển hàng hóa dễ dàng và nhanh chóng cho việc sử dụng hàng hoá ở khâu kế tiếp theo sẽ được tron vẹn và nhanh chóng cho người dùng

Băng tải gồm có các bộ phận chính sau:

- Dây băng PVC, màu xanh, dầy 2mm

- Bộ điều khiển tốc độ vô cấp

- Senser quang phát hiện sản phẩm

- Khung bằng nhôm định hình 20x40

- Tấm đỡ dây băng và hộp xích bằng SUS

- Conxuaatonvaf rulo kéo bằng SUS

Nguồn tổ Ong có chức năng:

- Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử

- Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch

- Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao

- Thông tin sản phẩm phẩm:

- Điện Áp Đầu Vào : AC 220V ( Chân L và N ) - Điện Áp Đầu Ra : DC 24V 5A ( Chân dương V+, Chân Mass-GND : V- ) - Công Suất : 120W

- Điện áp ra điều chỉnh : +/-10%

- Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC - Dòng vào: 2.6a / 115V 1.3a / 230V

- Rò rỉ: Mô hình hoạt động ở 2 chế độ AUTO và MANUAL: khi nhấn start hệ thống bắt đầu hoạt động nếu muốn chọn chế độ auto hay manual ta có thể nhấn chọn trên tủ điện hoặc trên giao diện điều khiển

=>Ở chế độ AUTO: Đèn Auto sáng Khi ấn nút Start thì hệ thống bắt đầu làm việc, động cơ truyền động băng tải được cấp điện, bắt đầu truyền động quay băng tải, đồng thời cấp điện cho PLC Khi ta đặt các vật phẩm có mối hàn lên băng tải, băng tải sẽ di chuyển vật phẩm đến khi gặp cảm biến 1 phát hiện vật ở đầu hệ thống sau 1,7s băng tải sẽ dừng cho camera quét qua các mối hàn rồi sau 2s băng tải tiếp tục chạy đến khi nhận được tín hiệu từ camera gửi sang PLC để phát hiện được vật nào lỗi hay không,sau khi nhận dạng được, camera sẽ gửi tín hiệu tới

• Khi PLC nhận tín hiệu đó là sản phẩm không lỗi khi đi qua cảm biến 1 thì sau 1s xilanh 1 đẩy SP vào thùng đựng loại 1, đồng thời đếm SP không lỗi lên 1

Hiện thị lên màn hình Sau 1s xilanh 1 thu lại

Khi phát hiện sản phẩm lỗi từ 1-2 mối hàn, cảm biến 2 sẽ gửi tín hiệu Một giây sau, xi lanh 2 sẽ đẩy sản phẩm vào thùng loại 2 Đồng thời, sản phẩm ít lỗi sẽ được đếm là 1 và hiển thị trên màn hình Sau đó, xi lanh 2 sẽ thu lại sau 1 giây.

• Nếu là sản phẩm lôĩ trên 2 mối hàn thì sẽ chạy thẳng xuống thùng vật loại 3, đếm sản phẩm nhiều lỗi lên 1 Hiện thị lên màn hình

• Nếu trong quá trình hoạt động gặp sự cố, để đảm bảo an toàn cho hệ thống, đảm bảo tính mạng con người và không gây ảnh hưởng đến môi trường thì khi xảy ra sự cố bất ngờ thì nút Stop sẽ ngắt hoạt động toàn bộ hệ thống và đèn Stop sẽ sáng Hệ thống chỉ có thể hoạt động trở lại khi nhả nút nhấn nút

• Quá trình hoạt động của mô hình hệ thống được điều khiển và giám sát trên WinCC (tác động các nút điều khiển tương ứng trên WinCC thì hệ thống hoạt động tương tự như tác động nút nhấn cơ)

=>Ở chế độ MANUAL: Sau khi nhấn chọn chế độ trên giao diện điều khiển hoặc tủ điện, các cơ cấu chấp hành sẽ hoạt độ theo yêu cầu, kiểm tra nút nhấn băng tải bằng tay, nếu Đúng thì bang tải chạy, nếu Sai thì quay về vị trí ban đầu Khi nhấn NN xilanh1 thì xilanh1 tác động đẩy vật phẩm vào ô chứa sản phẫm không lỗi.Khi nhấn NN xilanh 2 thì xilanh2 tác động đẩy vật phẩm vào ô chứa sản phẫm ít lỗi.Khi nhấn nút nhấn Stop sẽ ngắt hoạt động toàn bộ hệ thống

Sơ đồ đấu nối thiết bị

Hình 4 15: Sơ đồ nối các module hệ thống

Khai báo địa chị đầu vào – đầu ra

GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Về mặt lý thuyết

- Nhóm đã hiểu được nguyên lý cơ bản của hệ thống phân loại sản phẩm

- Hiểu được cơ sở lý thuyết của các thiết bị sử dụng trong mô hình, tính toán và lựa chọn thiết bị phù hợp với mô hình.

Về mặt mô hình

- Mô hình phần cứng được thiết kế ổn định và hoạt động đúng theo yêu cầu đề ra

- Do hạn chế về kinh phí nên hệ thống cấp vật và cảm biến màu sắc còn đơn sơ và không quá bắt mắt

- Xử lý ảnh đúng, phân loại sản phẩm chính xác

Về chương trình điều khiển

- Hiểu được cách thực hiện chương trình điều khiển của PLC S7 1200 - Biết cách sử dụng và lập trình chương trình điều khiển xử lý ảnh

- Có thể giám sát và điều khiển qua WinCC.

Về mặt hạn chế

Điều kiện ánh sáng môi trường ảnh hưởng đến kết quả bắt màu của cảm biến Để cải thiện khả năng này, nên sử dụng buồng lấy màu lớn hơn và kín đáo, tránh ánh sáng hắt từ bên ngoài.

- Tổng chi phí mua các thiết bị sử dụng trong đề tài cao

- Thiết bị sử dụng trong quá trình chạy thử

- Sử dụng thiết bị giá rẻ nên độ chính xác chưa cao

Do công trình nghiên cứu này chỉ là mô hình tương đối, nên cần phải cải tiến quy trình công nghệ, chương trình điều khiển và mô hình phần cứng để đáp ứng tốt hơn yêu cầu thực tế, đồng thời giảm thiểu tổn thất tối đa.

Đề xuất hướng phát triển

Giám sát và điều khiển qua điện thoại có thể truy cập từ xa thông qua wifi sẽ là một hướng phát triển đầy tiềm năng khi mà con người ngày càng sử dụng điện thoại thông minh nhiều hơn, Internet cũng đã hầu như có ở khắp mọi nơi, việc giám sát và điều khiển hệ thống từ xa sẽ vô cùng tiện lợi, có thể giải quyết vấn đề đột ngột trong thời gian sớm nhất, từ đó tránh được các rủi ro không đáng có

Phần sau khi phân loại có thể nghiên cứu phát triển cánh tay robot tự động đưa sản phẩm đến thùng chứa trong trường hợp thùng chứa ở xa không trong phạm vi hoạt động của băng tải

Kết luận

Để hoàn thành đề tài “"THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT

NHẬN DẠNG MỐI HÀN KHÔNG ĐẠT TIÊU CHUẨN TRONG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC S7-1200."” nhóm chúng em đã áp dụng toàn bộ kiến thức của bản thân, kiến thức đã học ở trường, sự hướng dẫn của giáo viên về thiết kế, lập trình, đấu dây và sự ứng dụng thực tế của chuyên ngành Điện

Sau khi hoàn thành, nhóm chúng em đã rút ra rất nhiều kinh nghiệm cho bản thân về cách thu thập, tìm dữ liệu thông tin, cách làm việc nhóm và phân chia công việc cho mỗi thành viên và thông qua đề tài này nhóm chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích luỹ kinh nghiệm quý báu, bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót, hy vọng quý thầy cô thông cảm và bỏ qua cho chúng chúng em Nhóm chúng chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để có thể nâng cao chất lượng đề tài hơn Đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ rất quan trọng để đánh giá kết quả học tập và rèn luyện trong cả quá trình học Trong suốt quá trình thực hiện đề tài nhóm thực hiện đã được làm quen với các thiết bị trong lĩnh vực tự động hóa như cảm biến, PLC, xi lanh khí nén, và đặc biệt được làm quen với những ứng dụng vô cùng hữu ích mà phần mềm TIA PORTAL mang lại

Nhưng với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót và Như mô hình chưa giao tiếp được với thời gian thực mà qua các công tắc điều khiển tín hiệu đầu vào

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện –Điện Tử và thầy Th.s Dương Quang Thiện đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này Rất mong thầy cô và các bạn chỉ rõ nhưng sai sót hay cũng như những hạn chế trong đề tài để nhóm chúng em hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

[1] https://vinbigdata.com/camera-ai/xu-ly-hinh-anh-trong-python-tu-thuat- toan-den-cong-cu.html

[2] http://www.sistech.com.vn/san-pham/thiet-bi-tu-dong-hoa/S7- 1200/gioi-thieu-tong-quan-S7-1200

[3] https://cellphones.com.vn/sforum/pycharm-la-gi-huong-dan-tai-cai-dat- va-su-dung-pycharm-chi-tiet

[4] Thiết kế chế tạo máy, Nguyễn Trọng Hiệp & Nguyễn Văn Lẫm [5] Thiết kế chế tạo máy, Nguyễn Trọng Hiệp & Nguyễn Văn Lẫm, Chương 2 #2 Chọn động cơ

[6] https://xtmechanicalblog.com/calculators/cylinder-cal

SVTH : Lương Công Khánh GVHD:Th.s Dương Quang Thiện : Hoàng Đình Phúc

1 Chương trình xử lý ảnh : import cv2 import numpy as np import snap7 plc = snap7.client.Client() plc.connect('192.168.0.2', 0, 0) min_contour_area = 200 def find_largest_contour(contours): if len(contours) == 0: return None largest_contour = max(contours, key=cv2.contourArea) return largest_contour def check(imgcrop, cropl, cropr): imgg = imgcrop[:, cropl:cropr] height, width = imgg.shape[:2] img = cv2.resize(imgg, (int(width), int(height))) lower_bound = (0, 0, 0) upper_bound = (17, 255, 255) hsv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2HSV) mask = cv2.inRange(hsv, lower_bound, upper_bound) contours,_=cv2.findContours(mask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) largest_contour = find_largest_contour(contours) if largest_contour is not None: points = cv2.boxPoints(cv2.minAreaRect(largest_contour)) points = np.int0(points)

# Sắp xếp điểm theo chiều ngang sorted_indices = np.argsort(points[:, 0]) sorted_points = points[sorted_indices] if sorted_points[0][1] < sorted_points[1][1]: temp = sorted_points[0].copy() sorted_points[0] = sorted_points[1] sorted_points[1] = temp if sorted_points[2][1] > sorted_points[3][1]: temp = sorted_points[2].copy() sorted_points[2] = sorted_points[3] sorted_points[3] = temp points = sorted_points for i in range(4): points[i][0] = points[i][0] + cropl h_1, w_1 = 500, 300 # Điều chỉnh kích thước nếu cần pst1 = np.float32(points) pts2 = np.array([[0, 0], [0, h_1], [w_1, h_1], [w_1, 0]], dtype="float32") matrix = cv2.getPerspectiveTransform(pst1, pts2) imgout = cv2.warpPerspective(imgcrop, matrix, (w_1, h_1)) imgout = cv2.flip(imgout, 0)

# Tính toán chiều cao trung bình cho mỗi sub-region average_height = int(h_1 / 5)

The provided Python code aims to compute the height of each sub-region based on its average value It divides the image into five sub-regions, each with an average height calculated as average_height The code then iterates through the sub-regions, extracting a portion of the image from the i-th sub-region using imgout[i * average_height:(i + 1) * average_height, :] The resulting sub-regions are stored in the list sub_rois The code also initializes a variable dem_loi to keep track of the number of images with errors.

# Hiển thị từng sub-region for idx, sub_roi in enumerate(sub_rois): co_loi = False # Cờ kiểm tra xem hình ảnh có lỗi không hsv_sub = cv2.cvtColor(sub_roi, cv2.COLOR_BGR2HSV) mask_sub = cv2.inRange(hsv_sub, (113, 37, 0), (255, 255, 114))

# Làm mịn lớp mask mask_blurred_sub = cv2.GaussianBlur(mask_sub, (5, 5), 0)

# Làm rõ đường viền kernel = np.ones((5, 5), np.uint8) mask_dilated_sub = cv2.dilate(mask_blurred_sub, kernel, iterations=1) mask_eroded_sub = cv2.erode(mask_dilated_sub, kernel, iterations=1)

# Chỉ lấy vùng mask lớn nhất contours_sub, _ = cv2.findContours( mask_dilated_sub, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE ) largest_contour_sub = find_largest_contour(contours_sub) if largest_contour_sub is not None: mask_eroded_sub = np.zeros_like(mask_eroded_sub) # Tạo mask mới chứa toàn bộ giá trị 0 cv2.drawContours( mask_eroded_sub, [largest_contour_sub], -1, (255), thickness=cv2.FILLED

) contours_sub, _ = cv2.findContours( mask_eroded_sub, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE

) for contour in contours_sub: area = cv2.contourArea(contour) print(f"Area: {area}") if area > 300: x_sub, y_sub, w_sub, h_sub = cv2.boundingRect(contour) cv2.rectangle( sub_roi, (x_sub, y_sub), (x_sub + w_sub, y_sub + h_sub), (0, 0, 255), 2

# Cập nhật biến đếm nếu hình ảnh có lỗi if co_loi: dem_loi += 1

# Tô vùng bị đỏ trên ảnh imgout hsv_imgout = cv2.cvtColor(imgout, cv2.COLOR_BGR2HSV) mask_imgout = cv2.inRange(hsv_imgout, (0, 0, 36), (255, 255, 115))

# Chống nhiễu trên ảnh nhị phân cuối cùng mask_imgout = cv2.medianBlur(mask_imgout, 5) contours_imgout, _ = cv2.findContours( mask_imgout, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE

) for contour_imgout in contours_imgout:

# Chỉ nhận diện các contours lớn hơn 100 if cv2.contourArea(contour_imgout) > 100: x_imgout, y_imgout, w_imgout, h_imgout cv2.boundingRect(contour_imgout) cv2.rectangle( imgout, (x_imgout, y_imgout), (x_imgout + w_imgout, y_imgout + h_imgout), (0, 0, 255), 2

# Hiển thị ảnh imgout với vùng bị đỏ cv2.imshow("Ảnh đã biến đổi", imgout)

# In ra số lượng hình bị lỗi if dem_loi == 0: buffer = bytearray([0b00000001]) plc.db_write(1, 2, buffer) if 0< dem_loi 2 :

SVTH : Lương Công Khánh GVHD:Th.s Dương Quang Thiện : Hoàng Đình Phúc buffer = bytearray([0b00000001]) plc.db_write(1, 6, buffer) print(f"Số lượng hình bị lỗi: {dem_loi} / 5")

# Đọc từ camera cap = cv2.VideoCapture(0) while True:

_, img = cap.read() cv2.imshow('Ảnh gốc', img) key = cv2.waitKey(50) data1 = plc.db_read(1, 0, 2) if "x01" in str(data1): check(img, 100, 400) if key == ord('q'): break elif key == ord('s'): check(img, 100, 400) cap.release() cv2.destroyAllWindows()