thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng plc s7 1200

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

ĐỘNG HOÁ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH SỬ DỤNG

PLC S7-1200

Người hướng dẫn: ThS Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Phạm Đình Cường Mã sinh viên: 1911505510106 Lớp: 19TDH1

Đà Nẵng, 12/2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trong đó hệ thống điều khiển phân loại theo mã vạch là một mô hình đáp ứng nhu cầu công việc phân loại các sản phẩm Với nhu cầu tiêu dùng khá lớn với tất cả các mặt hàng cùng với đó là sự phát triển của việc mua hàng online qua các kênh, một lượng lớn sản phẩm được đóng gói để vận chuyển Một phương thức để phân biệt các hàng hóa đó là in trên hàng hóa một loại mã vạch nó cũng tượng trưng như một “ chứng minh thư “ của hàng hóa Mã vạch là phương pháp lưu trữ và truyền tải thông tin, dữ liệu của sản phẩm hàng hóa mã hóa bằng tổ hợp các khoảng trắng và vạch thắng để biểu diễn các mẫu tự, ký hiệu và các con số Mọi thông tin về sản phẩm sẽ được thể hiện theo mã vạch sản phẩm như nước đăng ký mã vạch, tên doanh nghiệp, lô sản xuất hàng hóa, tiêu chuẩn chất lượng đăng ký, kích thước/ thông số sản phẩm, nơi kiểm tra…Hệ thống điều khiển phân loại theo mã vạch sẽ giúp thay thế con người kiểm tra và phân loại từng sản phẩm theo mã vạch khác nhau để đẩy nhanh quá trình

Xuất phát từ lý do trên nhóm em muốn phát triển mô hình có khả năng phân loại theo mã vạch nên nhóm đã tìm hiểu và lựa chọn đề tài

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nước ta đang đẩy mạnh Công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hội nhập kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển Đi cùng với việc tập trung phát triển các ngành kinh tế thì việc tìm tòi, nắm bắt các công nghệ hiện đại và áp dụng những công nghệ hiện ấy vào nền công nghiệp là hết sức cần thiết Sinh viên là những chủ nhân tương lai của Đất nước, của xã hội trong đó Đồ án Tốt nghiệp là cột mốc quan trọng của sinh viên trước khi ra trường, đây là kết quả tích luỹ của quá trình học tập, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, giúp cho sinh viên thực hiện được những kiến thức ấy qua Đồ án của mình hiện thực khả năng sáng tạo của bản thân và một lần nữa củng cố kiến thức trước khi ra trường Và trong quá trình thi công và hoàn thiện

Đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC

S7-1200”, bản thân chúng em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý

báu và nhân được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa,Khoa Điện-Điện Tử

Sau quá trình thi công và hoàn thiện đề tài Tuy đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thi công và thực hiện Đồ án tốt nghiệp nhưng vẫn sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua và giúp đỡ để chúng em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ và củng cố kiến thức ngày càng vững vàng hơn để có một hành trang vào đời với đầy đủ những kiến thức, kinh nghiệm

Bên cạnh sự nổ lực của các thành viên nhóm thì chúng em đã nhận được sự

hướng dẫn tận tình của cô Phan Thị Thanh Vân Trong quá trình học thầy đã tận tình

hướng dẫn, chỉ dạy các kinh nghiệm thực tế, các tài liệu liên quan cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Do đó chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bộ môn Tự Động

Hóa Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng đặc biệt là cô ThS Phan

Thị Thanh Vân đã luôn quan tâm và tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học cũng

như quá trình thực hiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn!

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đề tài của mình Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do em gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Sinh viên thực hiện

Phạm Đình Cường

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

1.2 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch 5

1.2.1 Giới thiệu chung 5

1.2.2 Ưu điểm chính của hệ thống 6

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 7

1.4 Các công nghệ trên hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch 7

1.5 Phương án thiết kế 8

1.5.1 Các phương án hay dùng để xử lí ảnh 8

1.5.2 Lựa chọn phương án thiết kế 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Tổng quan về PLC 11

2.1.1 Định nghĩa PLC 11

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của PLC 11

2.1.3 Module vào/ra của PLC được phân loại 11

2.1.4 Bộ nhớ PLC 12

2.1.5 Chu kỳ quét và thời gian quét PLC 13

2.1.6 Ngôn ngữ lập trình PLC 14

2.3.4 Tải xuống chương trình CPU 31

2.4 Giới thiệu về WinCC 32

3.2.2 Các thiết bị điện cho hệ thống 39

3.2.3 Sơ đồ đấu nối PLC 51

3.3 Thi công mô hình hệ thống 51

3.3.1 Chọn thiết bị 51

3.3.2 Thi công mô hình 52

Chương 4 : CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 53

4.1 Bảng phân công vào ra 53

4.2 Giãn đồ thời gian 53

4.3 Lưu đồ thuật toán 55

4.4 Chương trình điều khiển 59

4.5 Thiết kế giao diện WinCC 59

4.5.1 Tạo giao diện cho hệ thống 59

4.5.2 Gắn HMI tags cho hệ thống 61

4.5.3 Hiệu chỉnh giao diện 62

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thông phân loại sản phẩm 3

Hình 2.1 Sơ đồ các loại mạch điện đầu ra PLC 12

Hình 2.2 Cấu trúc bộ nhớ PLC 13

Hình 2.3 Vòng quét CPU PLC 13

Hình 2.4 Ngôn ngữ lập trình Ladder Logic (LAD) 15

Hình 2.5 Ngôn ngữ lập trình Statement List (STL) 16

Hình 2.6 Ngôn ngữ lập trình Function Block (FBD) 16

Hình 2.7 Tổ chức chương trình PLC 17

Hình 2.8 Các khối chức năng của CPU 18

Hình 2.9 Hình dạng bên ngoài của S7-1200 và các modun mở rộng 19

Hình 2.10 Thiết bị giao tiếp 19

Hình 2.11 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 26

Hình 2.12 Phần mềm TIA PORTAL V16 27

Hình 2.13 Sử dụng Tag trong TIA Portal 30

Hình 2.14 Giao diện chương trình chính TIA Portal 30

Hình 2.15 Đổ chương trình vào PLC 31

Hình 2.16 Thiết lập liên kết giữa máy tính và PLC 32

Hình 2.17 Khởi động Module PLC 32

Hình 2.18 Giao diện Pycharm 35

Hình 2.19 Tạo dự án mới trong Pycharm 36

Hình 3.16 Hoàn thiện mô hình 52

Hình 4.1 Giãn đồ thời gian chương trình chính 53

Hình 4.2 Chế độ manual 54

Hình 4.3 Chế độ auto 54

Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 55

Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán chương trình manual 56

Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán chương trình auto 57

Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý ảnh 58

Hình 4.8 Kết nối PLC với WinCC RT Advanced 59

Hình 4.9 Chọn Screen để tạo HMI 59

Hình 4.10 Add new screen để tạo giao diện 60

Hình 4.11 Giao diện thiết lập WinCC 60

Hình 4.12 Khối Basic objects 60

Hình 4.13 Khối Elements 61

Hình 4.14 Khối Controls 61

Hình 4.15 Gắn Tags HMI cho hệ thống 62

Hình 4.16 Thanh hiệu chỉnh Properties 62

Hình 4.17 Thanh hiệu chỉnh Animations 62

Hình 4.18 Thanh hiệu chỉnh Events 63

Hình 4.19 Thiết kế giao diện WinCC 63

Bảng 4.1 Bảng phân công đầu vào 53

Bảng 4.2 Bảng phân công đầu ra 53

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Đ Đúng S Sai PLC Programmable Logic Control I/O Input/Output

LAD Ladder Diagram FBD Function Block Diagram STL Instruction List

HMI Human Machine Interface Scada Supervisory Control And Data Acquisition AI Analog Input

DI Digital Input ĐC Động cơ WinCC Windows Control Center CPU Central Procecssing Unit AI Analog Input

DI Digital Input AO Analog Output DO Digital Output

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Phạm Đình Cường Mã SV: 1911505510106

1 Tên đề tài: Đề tài: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC S7-1200 2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các tài liệu phân loại sản phẩm theo mã vạch - PLC S7- 1200, hệ thống băng tải, camera, cảm biến,…

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tổng Quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch; Chương 2: Giới thiệu về PLC S7- 1200 và phần mềm TIA portal; Chương 3: Thiết kế hệ thống mã vạch;

Chương 4: Chương trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm then mã vạch

4 Các sản phẩm dự kiến:

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC S7-1200

5 Ngày giao đồ án: 28/08/2023 6 Ngày nộp đồ án: 11/12/2023

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 08 năm2023

MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về chủng loại Nên em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm bằng mã vạch vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có sự quản lý và kiểm soát tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm nhân lực là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển

các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được Snhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu

đó, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công “Thiết kế hệ

thống phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC S7-1200”

Hình 1.1 Hệ thông phân loại sản phẩm

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu với đề tài “Thiết kế Hệ Thống Phân Loại Theo Mã Vạch Dùng S7-1200 “ Khâu phân loại sản phẩm là điều không thể tách khỏi của một dây truyền sản xuất Đi kèm với việc phân loại này không thể thiếu bộ điều khiển logic lập trình PLC

Mã vạch thực hiện chức năng quan trọng nhất là ghi tất cả mọi thông tin của sản phẩm, loại sản phẩm, ngày sản xuất, nơi nhận, nơi sản xuất,…

Cuối cùng, hệ thống SCADA sẽ lưu trữ toàn bộ dữ liệu của sản phẩm cũng như việc phân phối Không dừng ở đó hệ thống SCADA này còn cho phép quản lí, điều khiển hệ thống Hạn chế thao tác của người quản lí với dây chuyền

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

trung gian Chuyển động tịnh tiến của xi lanh để phân loại sản phẩm có mã vạch khác nhau Chuyển động của xi lanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén

- Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xi lanh đẩy vào băng chuyền Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân loại với mã vạch khác nhau Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH 1.1 Tính cấp thiết

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống hiện nay trên toàn thế giới Dùng sức lao động của con người, công việc này còn đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên nhân công sẽ khó mà đảm bảo được sự chính xác trong công việc Điều này còn chưa kể đến kinh tế hàng hóa trong nước và thế giới ngày càng phát triển, hang hóa ngày càng đa dạng thuộc nhiều chủng loại và của nhiều doanh nghiệp, các sản phẩm có chi tiết nhỏ mang tính kỹ thuật cao mà mắt thường khó nhận ra Điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm vì vậy hệ thống nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời như một sự phát triển tất yếu của xã hội nhằm đáp ứng nhu cầu này

Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu mà các hệ thống phân loại phẩm có quy mô khác nhau Tuy nhiên chi phí cho các quy mô này là rất lớn, đặc biệt là đối với nước đang phát triển như Việt Nam Chính vì thể hiện nay ở Việt Nam đa số các hệ thống phân loại sản phẩm chỉ được áp dụng vào các hệ thống phân loại sản phẩm phức tạp, còn một lượng lớn doanh nghiệp vẫn dùng sức lao động của con người Bên canh những dây chuyền vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cũng được đặt ra đó là dây chuyền phân loại sản phẩm Có rất nhiều loại phân loại sản phẩm như phân loại theo kích thước, màu sắc, khối lượng, hình ảnh, mã vạch…

Ngày nay khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển , không những kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa cũng đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống Đi đôi với sự phát triển nhanh chóng ấy là sự đa dạng về hàng hóa Nhằm mục tiêu tăng năng suất lao động, độ chính xác, giảm sức người và giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm, yêu cầu các sản phẩm công nghệ càng ngày càng hoàn thiện và tối ưu Vì thế chúng ta cần tìm ra giải pháp phân loại sản phẩm tối ưu đáp ứng được các nhu cầu về sự đa dạng trong hàng hóa như hiện nay

1.2 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch

1.2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch là một dây chuyền tự động hóa quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại ngày nay Hệ thống này giúp tiết kiệm được nhân lực, tăng tốc quá trình sản xuất, tối ưu hóa dây chuyền sản phẩm, phân loại đơn giản và chính xác

Hình 1 1 Hệ thống phân loại theo mã vạch

1.2.2 Ưu điểm chính của hệ thống

Giải pháp tiên phong trong quản lý công nghiệp ˗ Tiết kiệm: Sử dụng ít nhân lực và tăng tốc quá trình sản xuất, tối ưu hóa

dây chuyền sản phẩm, phân loại đơn giản, thay thế nhiều hầu hết các loại cảm biến khác trong dây chuyền

˗ Chính xác: Nhờ mã vạch, người quản lí dễ dàng kiểm tra số lượng sản phẩm, phân loại sản phẩm, phân loại theo nơi nhận, phân loại theo người sử dụng Chính xác đến từng đích đến

˗ Việc sử dụng mã vạch còn góp phần nâng cao hình ảnh của Công ty trong nhận thức của khách hàng

Tối ưu hóa băng truyền sản xuất ˗ Mã vạch thực hiện chức năng quan trọng nhất là ghi nhận tất cả mọi thông

tin của sản phẩm, loại sản phẩm, số lượng, ngày sản xuất, nơi nhận, nơi sản xuất, … Với một số lượng thông tin khổng lồ như vậy được tích hợp vào sản phẩm, thì không gì là không thể với những sản phẩm đó

˗ Mã vạch được in trên mỗi sản phẩm ngay trên băng chuyền dây chuyền, do việc quản lí sản phẩm, hàng hóa, phân loại,… củng được thực ngay trên băng chuyền, không sử dụng nhân công, rút ngắn tối đa thời gian,…

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi ấn nút khởi động hệ thống, hệ thống bắt đầu làm việc Băng tải hoạt động vận chuyển sản phẩm Sản phẩm đi qua thiết bị đọc mã vạch sẽ được phần mềm hệ thống quét kiểm tra trong hệ CSDL

Trường hợp 1: Thiết bị đọc mã nhận diện sản phẩm mang mã vạch loại 1 sẽ gửi tín hiệu cho phép xi lanh 1 vào trạng thái chuẩn bị Khi sản phẩm đi qua cảm biến hồng ngoại thì cho phép xi lanh 1 đẩy

Trường hợp 2: Thiết bị đọc mã nhận diện sản phẩm mang mã vạch loại 2 sẽ gửi tín hiệu cho phép xi lanh 2 vào trạng thái chuẩn bị Khi sản phẩm đi qua cảm biến hồng ngoại thì cho phép xi lanh 2 đẩy

Trường hợp 3: Thiết bị đọc mã nhận diện sản phẩm mang mã vạch không phải loại 1 hoặc 2 sẽ không gửi tín hiệu cho phép xi lanh 1 hoặc 2 vào trạng thái chuẩn bị Sản phẩm loại này sẽ đi thẳng mà không bị xi lanh nào đẩy, đồng thời lưu thông tin vào CSDL

1.4 Các công nghệ trên hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch

Camera vision (Camera công nghiệp) là một công nghệ và phương pháp được sử dụng để tự động kiểm tra và phân tích dựa trên hình ảnh cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn như kiểm tra tự động, kiểm soát quy trình và hướng dẫn robot, thường được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp Cụ thể hơn, nó là một hệ thống kết hợp cảm biến (máy ảnh) và thuật toán xử lý phần cứng và phần mềm để tự động hóa các nhiệm vụ phức tạp liên quan đến hình ảnh, cũng như hướng dẫn chính xác thiết bị trong quá trình lắp ráp sản phẩm

Hệ thống camera vision hoạt động liên tục và không mệt mỏi, sẽ đảm bảo kiểm tra sản phẩm một cách tự động với hiệu suất cao Điều này cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất Sự xuất hiện nhất quán và chất lượng sản phẩm tạo sự hài lòng cho khách hàng, cũng như giúp tăng thị phần trong tương lai Hệ thống camera vision bao gồm các thành phần quan trọng sau: cảm biến (máy ảnh) để chụp ảnh, động cơ xử lý (thiết bị quan sát) để hiển thị và truyền kết quả, cùng với hệ thống dây cáp kết nối Để hệ thống thị giác máy hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy, điều quan trọng là phải hiểu cách các thành phần này tương tác với nhau Công

nghệ này dựa vào cảm biến kỹ thuật số được tích hợp trong máy ảnh công nghiệp có quang học chuyên dụng để thu thập hình ảnh Sau đó, thông qua phần cứng và phần mềm, các hình ảnh được xử lý, phân tích và đo lường các đặc điểm khác nhau, từ đó đưa ra các quyết định liên quan đến sản phẩm

1.5 Phương án thiết kế

1.5.1 Các phương án hay dùng để xử lí ảnh

1.5.1.1 Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm PyCharm

Pycharm là một nền tảng kết kết hợp được JetBrains phát triển như một IDE (Môi

trường phát triển tích hợp) để phát triển các ứng dụng cho lập trình trong Python Một

số ứng dụng lớn như Tweeter, Facebook, Amazon và Pinterest sử dụng Pycharm để làm IDE Python của họ Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu chi tiết cho bạn về Pycharm cũng như hướng dẫn cách cài đặt và sử dụng Pycharm

- Ưu điểm:

+ Cài đặt PyCharm rất dễ dàng + PyCharm là một IDE dễ sử dụng + Có rất nhiều plugin hữu ích và phím tắt hữu ích trong PyCharm + PyCharm tích hợp các tính năng của thư viện và IDE như tự động

hoàn thành và tô màu + Nó cho phép xem mã nguồn trong một cú nhấp chuột + Tiết kiệm thời gian phát triển phần mềm

+ Tính năng đánh dấu lỗi trong code giúp nâng cao hơn nữa quá trình phát triển

+ Cộng đồng các nhà phát triển Python vô cùng lớn và chúng ta có thể giải quyết các thắc mắc/ nghi ngờ của mình một cách dễ dàng

- Nhược điểm:

+ PyCharm không miễn phí và phiên bản Professional của nó khá đắt + Tính năng tự điền (auto-complete) sẽ không tốt cho các lập trình viên

newbie + Nó có thể gây ra sự cố trong khi sửa chữa các công cụ như venv

1.5.1.2 Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm LabViEW

- LabVIEW (viết tắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments, Hoa Kỳ LabVIEW còn được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ C, Pascal Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường soạn thảo, LabVIEW đã

được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical, nghĩa là đồ họa) - Ưu điểm:

+ Đơn giản, dễ thực hiện + Chuyển giao công nghệ đơn giản

˗ Nhược điểm:

+ Bỏ lọt qua lỗi in tem bị sai, tem bị hỏng in mờ, mất nét + Hiệu suất công đoạn chưa cao và không thống kê những lỗi in tem bị

sai so với tem in tiêu chuẩn

1.5.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Các phương án thiết kế nói trên là những phương án được sử dụng rất nhiều hiện nay Tuy nhiên, trong một hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao, nhưng mã vạch lại có thể găọ nhiều vấn đề về in ấn, như vây so sánh ưu nhược điểm giữa 2 phần mềm thì nhóm em quyết định lựa chọn phương án thiết kế sau :

˗ Sử dụng Pycharm để xử lý ảnh ˗ Sử dụng PLC S7 – 1200 để phân loại sản phẩm ˗ Sử dụng WinCC để giám sát quá trình hoạt động và hiện thị số lượng lên

màn hình Sau khi đã chọn được phương án thiết kế phù hợp để xây dựng mô hình thì nhóm em cũng đã xem xét về vấn đề ảnh hưởng của đề tài với con người và môi trường:

˗ Thay thế những công việc phân loại bằng sức người như trước đây ˗ Đề tài là tự động hóa, ít cần sự can thiệp của con người nên giảm thiểu

mức độ nguy hiểm, rủi ro trong quá trình vận hành ˗ Đề tài chỉ sử dụng những linh kiện và thiết bị ít bị hư hỏng hoặc có thể tái

chế nên khả năng ảnh hưởng tới môi trường là thấp

˗ Trong quá trình vận hành đề tài không thải ra các yếu tố gây ô nhiễm môi trường

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về PLC

2.1.1 Định nghĩa PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển có khả năng lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình nào đó Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự, sự kiện PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái I/O, 1 vòng quét PLC gọi là scan PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế vốn dĩ rất cồng kềnh và phức tạp

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của PLC

- CPU: thực hiện chương trình và chứa dữ liệu cho điều khiển các quá trình tự - động

- Nguồn cấp điện (Power supply) - Các đầu vào/ra hệ thống (Inputs/Outputs) - Các cổng truyền thông (Communications Port) - Các đèn trạng thái (Status light)

2.1.3 Module vào/ra của PLC được phân loại

- Số (Logical/Discrete Signals) - Tương tự (Continuous/Analog Signals) - PLC Input: - Tín hiệu ra từ các loại cảm biến: số và tương tự - Khóa chuyển mạch (Switch): đóng mở cơ khí Tín hiệu logic - Potentiometer: đo vị trí góc dùng điện trở Tín hiệu liên tục - PLC

Output: - Relay: DC và AC Thời gian đáp ứng ≥ 10ms Ứng dụng khi yêu cầu

dùng lớn hoặc điện trở tải rất nhỏ - Solid state:

- Transistor: DC - Triac: AC Thời gian đáp ứng < 1ms

Hình 2.1 Sơ đồ các loại mạch điện đầu ra PLC

2.1.4 Bộ nhớ PLC

Vùng chứa chương trình ứng dụng: chia thành 3 miền + OB1 (Organisation Block): chứa chương trình tổ chức, chương trình chính + Subroutine: chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có biến hình

thức để trao đổi dữ liệu Chương trình được thực hiện khi có lệnh gọi trong OB1

+ Interrupt: được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kì 1 khối dữ liệu nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi sự kiện ngắt xảy ra

Vùng chứa tham số của hệ điều hành: I, Q, M, T, C Vùng chứa các khối dữ liệu

DB (Data Block): miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối L (Local Data Block): miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình ứng dụng tổ chức và sử dụng cho các biến tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó

+ Thực hiện các yêu cầu truyền thông (Processing any communications requests)

+ Thực hiện tự chuẩn đoán (Executing the CPU self-test diagnostics) + Truyền dữ liệu ra (Writing to the outputs)

- Bộ đệm I/O (I, Q) không liên quan đến các cổng I/O analog Các lệnh truy nhập đến cổng tương tự phải truy nhập trực tiếp từ cổng I/O vật lí:

+ Các thanh ghi vào/ra ảo + Lấy mẫu tất cả các đầu vào và cố định các giá trị đó + Cho phép xử lí nhanh hơn

- Bộ đệm ảo có tính linh hoạt (truy nhập theo các bit, byte, word, double word)

+ Thời gian vòng quét không cố định (Scan time) + Scan time quyết định tính thời gian thực của chương trình + Các chương trình ngắt không phụ thuộc vào Scan time Chương trình ngắt phải gọn nhẹ để nâng cao tính thời gian thực cho hệ thống

2.1.6 Ngôn ngữ lập trình PLC

Ladder Logic (LAD): là phương pháp lập trình hình thang, thích hợp trong ngành điện công nghiệp

Hình 2.4 Ngôn ngữ lập trình Ladder Logic (LAD)

Statement List (STL): là phương pháp lập trình theo dạng dòng lệnh giống như ngôn ngữ Assembly, thích hợp cho ngành máy tính

Hình 2.5 Ngôn ngữ lập trình Statement List (STL)

Hình 2.7 Tổ chức chương trình PLC

2.1.8 Ưu điểm và nhược điểm của PLC

- Ưu điểm: + Khả năng mở rộng + Khả năng lập trình mở + Gọn nhẹ, dễ dành tích hợp vào các hệ thống + Chi phí lắp đặt thấp, giá thành phù hợp + Người sử dụng không cần có kiến thức sâu về mạch điện tử như vi điều

khiển vẫn có thể dể dàng khai thác + Được thiết kế để làm việc trong môi trường công nghiệp nên có khả

năng chống nhiễu, chịu ẩm, hóa học,… điện áp làm việc ghép nối tương thích với chuẩn công nghiệp

+ Được thiết kế có thể kết nối với nhau tạo thành mạng công nghiệp hoặc kết nối internet dễ dàng

+ Phần mềm lập trình có giao diện và ngôn ngữ đồ họa dể nhớ, để đọc

+ Có các phần mềm giao diện giám sát trên máy tính được thiết kế chuyên nghiệp giao tiếp truyền thông hoàn toàn ẩn với người sử dụng - Nhược điểm:

+ Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

+ Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn nhất định + Độ tin cậy cao

2.2 Giới thiệu về PLC S7 1200

- PLC S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200 So

với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn - PLC S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và

TCP/IP - Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:

+ 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau

giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng

+ 2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển module trực tiếp trên CPU

Hình 2.9 Hình dạng bên ngoài của S7-1200 và các modun mở rộng

S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với:

Các thiết bị lập trình Thiết bị HMI

Các bộ điều khiển SIMATIC khác

Hình 2.10 Thiết bị giao tiếp

Hỗ trợ các giao thức kết nối: TCP/IP

SIO-on-TCP Giao tiếp

PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - Các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

2.2.1 Cấu trúc bên trong

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập

Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động

Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ khởi động động cơ…

Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy tính

Bảng 2.1 Một số CPU S7-1200

1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

130x100x75

Bộ nhớ người

Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes

Retentiv 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes dùng

I/O tích hợp trên

CPU

Kiểu số

6 Inputs / 4 Out

8 Inputs / 6 Out

14 Inputs / 10 Out

14 Inputs / 10 Out Kiểu

tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs

2 inputs / 2 outputs Kích

thước bộ đệm

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

Board tín hiệu (SB) Board pin (BB) Board

Bộ đếm tốc độ

cao

Total

3 built – in I/O, 5 with

SB

4 built – in I/O, 6 with

3 at 100kHz

SB: 2 at

3 at 100kHz 1 at 30kHz

3 at 100kHz 3 at 30kHz

3 at 100kHz 3 at 30kHz

1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

CPU 1215C

Quadrature

phase

3 at 80kHz SB: 2 at

20kHz

3 at 80kHz 1 at 20kHz SB: 2 at

3 at 80kHz 3 at 20kHz

3 at 100kHz

3 at 20kHz

Lưu trữ thời gian đồng hồ thời gian thực Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 40

0C (duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)

PROFINET

1 cổng truyền thông Ethernet

2 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi phép

Tốc độ thực thi logic

Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

Bảng 2.4 Tập lệnh Timer.

Timer trễ không nhớ – TON Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Toán hạng n: Q, M, L, D

Bảng 2.5 Tập lệnh Timer

Counter đếm lên – CTU Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV >= PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0

Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1<= IN2, IN1< IN2, IN1> IN2, IN1<> IN2

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại

Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, Constant

Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2 Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant

Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh này:

Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN

ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN

Bảng 2.6 Tập lệnh di chuyển

Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN

Tham số: EN: cho phép ngõ vào ENO: cho phép ngõ ra IN: nguồn giá trị đến OUT1: nơi chuyển đến

2.2.4 Sơ đồ đấu dây

Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC

Hình 2.11 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC

2.3 Phần mềm TIA Portal

2.3.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal

Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal): là phần mềm cung cấp một môi trường thân thiện với người dùng, từ lập trình hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụng điều khiển