Báo cáo thực tập Điều khiển hệ thống Điện công nghiệp tuần 10 thiết kế mô hình và lập trình Điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng plc s7 1200, sử dụng factory io Để mô phỏng

Nhiệm vụ 1: Thiết kế mô hình và lập trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200, sử dụng Factory IO để mô phỏng.. Đồng thời, thiết kế các mô hình tương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HCM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

***********

BÁO CÁO THỰC TẬP ĐIỀU KHIỂN HỆ

THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TUẦN 10

Nhóm 1: Ngô Việt Dũng - 21142507

Lớp: 21142CL6B

Giảng viên hướng dẫn: Trương Việt Anh

TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2024

MỤC LỤC

I Nhiệm vụ 1: Thiết kế mô hình và lập trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC

S7-1200, sử dụng Factory IO để mô phỏng 3

1 Phương pháp 3

2 Sơ đồ 3

3 Nguyên lý hoạt động 5

4 Giải thích chương trình 5

II Nhiệm vụ 2: Trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và tự luận 12

1 Câu hỏi tự luận 12

2 Câu hỏi trắc nghiệm 15

I Nhiệm vụ 1: Thiết kế mô hình và lập trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC

S7-1200, sử dụng Factory IO để mô phỏng.

1 Phương pháp

Xây dựng mô hình phân loại sản phẩm mô phỏng bằng phần mềm TIA Portal và Factory IO Sử dụng các nút nhấn mô phỏng với tiếp điểm thường đóng (NC) và thường hở (NO), các khối cảm biến, cùng các khối chức năng lập trình trong TIA Portal Đồng thời, thiết kế các

mô hình tương ứng trong Factory IO và gán các khối lệnh phù hợp để điều khiển hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm Việc kết hợp này giúp tạo ra một hệ thống mô phỏng hoàn chỉnh, từ khâu lập trình đến vận hành tự động

2 Sơ đồ

- Lưu đồ giải thuật:

3 Nguyên lý hoạt động

- Khi nút điều khiển Ato/Manual được gạt qua chế độ Auto thì hệ thống cho phép hoạt động nếu có nhấn nút Start, khi hệ thống bị sự cố nút Stop được bật để dừng tạm thời hệ thống, sau khi hệ thống được khôi phục nhấn nút Start thì hệ thống hoạt động trở lại bình thường, giả định trong trường hợp hệ thống bị sự cố đột ngột thì nhấn nút Emergency Stop để dừng hệ thống khẩn cấp cho đến khi hệ thống được sửa chửa xong sẽ nhấn nhả nút Emergency Stop sau đó nhấn Start thì hệ thống vận hành trở lại

- Khi cấp phôi là các sản phẩm có máu sắc khác nhau, mỗi sản phẩm màu sắc ấy sẽ được quy định một mã số Sử dụng cảm biến màu sắc sản phẩm để đọc những mã số này qua đó biết đc loại sản phẩm Thông qua lập trình PLC ta xử lý tín hệu từ cảm biến này để điều khiển các cần gạt và băng tải cần gạt tương ứng để đẩu loại sản phẩm về đúng chỗ thu gom của từng loại Mỗi loại sản phẩm được phân loại sẽ được đếm thông qua tín hiệu cảm biến phát hiện sản phẩm là tín hiệu

để kích các bộ đếm trong chương trình PLC

- Vào mỗi giai đoạn phân loại sản phẩm thì chỉ có băng tải 2 hoạt động để hoàn thành quá trình phân loại Chỉ khi hoàn thành phân loại thì băng tải 1 mới tiếp tục cấp phôi để truyền tới băng tải 2 tếp quá trình phân loại tiếp theo

4 Giải thích chương trình

- Network 1: Là khối hàm chức năng liên kết với phần mềm IO Factory

- Network 2: Chọn chế độ là chạy tự động hoặc chạy tay cho hệ thống

- Network 3: Là các nút nhấn Start, Stop, Emergency là các ngõ vào nên sử dụng biến I để điểu khiến cho một biến trung gian M là Run_mode Khi nhấn Start thì biến Run_mode sẽ có điện đồng thời sử dụng biến Run_mode để tự dữ do nút nhấn Start là thường hở Nhấn Stop để dừng cấp điện cho biên Run_mode, và nút Emergency để dừng khẩn cấp Run_mode để điều khiển cho các ngõ ra hệ thống là băng tải

Run_mode tác động cho đen báo hoạt động Start_light sáng

Dùng khối Timer TP để tác dữ đền báo ngừng hệ thông sáng 5s rồi mới tắt khi nhắn Stop

- Network 4: Sử dụng nút nhấn Reset để Reset lại các cảm biến sản phẩm khi hệ thống gặp lỗi hoặc muốn đặt lại từ đầu

- Network 5: Biến Run_mode được tác động từ nút nhấn Start Run_mode sẽ điều khiển kích hoạt cho các băng tải hoạt động

Băng tải 1 sẽ ngừng hoạt động khi biến Stop bt1 được tác động Do băng tải 1 phải sừng để sản phẩm vừa đi qua trước đó hoàn thành quá trình phân loại Network 7 sẽ tác động cho biến Stop bt1

- Network 6: Sử dung khối hàm so sánh trong khoảng để giới hạn loại sản phẩm được phân loại Mỗi màu sắc loại sản phẩm sẽ được mã hóa bằng số

Khi cảm biến phân loại sản phẩm gửi tín hiệu về và so sánh nếu mã sản phẩm đọc được lằm trong khoảng so sánh thì sẽ tác động tới biên trung gian tg1 Đồng thời biến tg1 sẽ nối tiếp cùng biến Cb1 và Cb2

để tự giữ và ngắt cho biến tg1 Biến tg1 sẽ tác động điều khiển các ngõ ra cà biến khác

- Network 7: Dùng khối timer TON để tạo thời gian trễ phù hợp khi

có sản phẩm ở băng tải 2 Thời gian trễ tùy trỉnh sao cho phù hợp với tốc độ băng tải phần thiết kế ở Factory IO

- Network 8: Phân loại sản phẩm loại 1, Mã màu sản phẩm loại 1 là

1 Ta dùng lệnh so sánh bằng để so sánh mã màu đọc từ cảm biến sản phẩm Nếu mã màu đọc về là 1 thì sẽ tác động biến tg cg1 để điều khiển cần gạt sản phầm loại 1

- Network 9: Phân loại sản phẩm loại 2, mã màu sản phẩm loại 2 là

2 Ta dùng lệnh so sánh bằng để so sánh mã màu đọc từ cảm biến sản phẩm Nếu mã màu đọc về là 1 thì sẽ tác động biến tg cg2 để điều khiển cần gạt sản phầm loại 2

- Network 10: Phân loại sản phẩm loại 3, mã màu sản phẩm loại 3 là

3 Ta dùng lệnh so sánh bằng để so sánh mã màu đọc từ cảm biến sản phẩm Nếu mã màu đọc về là3 thì sẽ tác động biến tg cg3 để điều khiển cần gạt sản phầm loại 3

- Network 11: Phân loại sản phẩm loại 4 và 5, mã màu sản phẩm loại

4 và 5 lần lượt là 4 và 5 Ta dùng lệnh so sánh bằng để so sánh mã màu đọc từ cảm biến sản phẩm Nếu mã màu đọc về là 4 hoặc thì các cần gạt sản phầm loại 1, 2, 3 không tác động và sản phẩm được đưa về cuối băng tải 2

- Network 12: Khi đã xác định được loại sản phẩm 1, biến trung gian

sẽ tác động tới cần gạt 1 và đồng thời lấu ngõ ra cần gạt và vảm biến Cb1 để tự dữ và cũng là để tự nhả cần gạt 1 về vị trí ban đầu khi sản phẩm đã được phân loại xong

Do còn hạn chế về phần mềm không thể điều chỉnh tốc độ băng tải theo chương trình nên dùng khối Timer TON để tạo thời gian trễ cho cần gạt và băng tải cần gạt hoạt động khi sản phầm tới gần để tạo cảm giác chơn chu

Sử dụng tín hiệu tác động biến tg1 khi tác động cần gạt 1 để tác động khối Couter đếm sản phẩm loại 1

- Network 13, 14: Tương tự như Network 12 để điều khiển cho các cần gạt sản phẩm loại 2 và 3

II Nhiệm vụ 2: Trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và tự luận.

1 Câu hỏi tự luận

Câu 1: Phân tích và so sánh các phương pháp nhận dạng màu sắc

thường được sử dụng trong hệ thống phân loại sản phẩm tự động Hãy thảo luận về ưu nhược điểm của từng phương pháp (ví dụ: dựa trên độ sáng, độ bão hòa, hoặc sử dụng thuật toán nhận dạng màu sắc nâng cao như HSV, HSL) Đưa ra ví dụ cụ thể về việc áp dụng các phương pháp này trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

- Dựa trên độ sáng:

+ Nguyên lý: Dựa vào cường độ sáng của màu sắc, đo đạc độ sáng của từng pixel để phân loại

+ Ưu điểm: Đơn giản, tính toán nhanh chóng và ít đòi hỏi về mặt tài nguyên

+ Nhược điểm: Dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh, không phù hợp cho các sản phẩm có màu sắc tương tự nhưng độ bão hòa khác nhau

+ Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm đen-trắng hoặc phân loại sản phẩm trong môi trường ánh sáng ổn định, ví dụ như phân loại các tấm thép dựa trên độ sáng của bề mặt để xác định độ hoàn thiện của sản phẩm

- Dựa trên độ bão hòa:

+ Nguyên lý: Sử dụng giá trị độ bão hòa để phân loại Độ bão hòa cao thể hiện màu sắc đậm, trong khi độ bão hòa thấp thể hiện màu nhạt

+ Ưu điểm: Hiệu quả trong việc phân biệt các sắc thái màu khác nhau, đặc biệt cho các sản phẩm cần phân biệt màu đậm nhạt

+ Nhược điểm: Dễ bị ảnh hưởng khi ánh sáng môi trường thay đổi,

và có thể gặp khó khăn với các sản phẩm có độ bão hòa trung bình + Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo cấp độ màu sắc, ví

dụ như phân loại các loại nước hoa hoặc đồ trang điểm theo màu sắc đậm nhạt

- Sử dụng mô hình màu HSV: Hue, Saturation, Value

+ Nguyên lý: HSV là một mô hình màu dựa trên màu sắc (Hue), độ bão hòa (Saturation), và độ sáng (Value) Thông qua các giá trị này, hệ thống có thể phân loại màu một cách hiệu quả

+ Ưu điểm: Độ nhạy cao với sự thay đổi màu sắc và cho phép phân biệt các màu gần nhau; dễ dàng kiểm soát được ảnh hưởng của ánh sáng môi trường HSV cũng dễ dàng phân biệt các màu sắc ngay cả khi có sự khác biệt nhỏ

+ Nhược điểm: Phức tạp hơn về mặt tính toán so với các phương pháp dựa trên độ sáng hay độ bão hòa đơn lẻ, đòi hỏi tài nguyên xử lý cao hơn

+ Ứng dụng: Phân loại sản phẩm công nghiệp như phân loại chai nước ngọt theo màu nắp (xanh, đỏ, vàng) hoặc phân loại hộp sơn theo màu sắc của nắp hộp trong nhà máy

- Sử dụng mô hình màu HSL: Hue, Saturation, Lightness

+ Nguyên lý: HSL tương tự HSV, nhưng thay vì độ sáng (Value) thì

sử dụng độ sáng (Lightness), chia màu sắc ra thành ba thông số: Hue, Saturation, và Lightness

+ Ưu điểm: Hiệu quả trong các môi trường có độ chênh lệch sáng tối lớn, dễ dàng điều chỉnh các ngưỡng phân loại

+ Nhược điểm: Đòi hỏi nhiều tài nguyên và tính toán phức tạp hơn,

dễ gặp khó khăn trong môi trường ánh sáng không ổn định

+ Ứng dụng: Phân loại sản phẩm thời trang theo màu sắc vải, trong

đó ánh sáng có thể thay đổi và cần phân biệt các màu tương đồng

Câu 2: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ

thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hãy đề xuất các giải pháp để cải thiện độ chính xác của hệ thống

Độ chính xác của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm điều kiện ánh sáng, đặc điểm bề mặt sản phẩm, Vị chí đặt cảm biến, chất lượng độ phân giải của cảm biến, môi trường xung quanh, và thuật toán phân loại được sử dụng

- Điều kiện ánh sáng: Ánh sáng không đồng đều hoặc thay đổi liên tục có thể làm thay đổi sắc độ và độ bão hòa của màu sắc sản phẩm, gây ra sự sai lệch trong quá trình phân loại

Giải pháp:

+ Sử dụng nguồn sáng ổn định (ví dụ: đèn LED hoặc đèn huỳnh quang) để giảm thiểu sự biến đổi về ánh sáng

+ Thiết kế vỏ bọc cho hệ thống camera và sản phẩm để tránh ánh sáng môi trường tác động lên sản phẩm

+ Cân bằng trắng tự động trong camera hoặc phần mềm xử lý để bù trừ sự thay đổi ánh sáng

- Đặc điểm bề mặt sản phẩm: Các sản phẩm có bề mặt phản chiếu hoặc gồ ghề có thể phản chiếu ánh sáng không đồng đều, khiến cảm biến thu nhận sai lệch màu sắc

Giải pháp:

+ Áp dụng các bộ lọc phân cực cho cảm biến hoặc camera để giảm phản chiếu ánh sáng

+ Thiết kế hệ thống chiếu sáng phân tán để giảm bóng và phản chiếu mạnh từ bề mặt sản phẩm

+ Làm sạch hoặc làm mịn bề mặt để giúp nhận diện màu sắc ổn định hơn

- Chất lượng và độ phân giải của cảm biến: Cảm biến hoặc camera

có độ phân giải thấp hoặc không nhạy với màu sắc sẽ khó phân biệt các sắc thái màu gần nhau

Giải pháp:

+ Sử dụng cảm biến hoặc camera có độ phân giải cao, đặc biệt với các sản phẩm yêu cầu phân biệt màu sắc chi tiết

+ Chọn cảm biến có khả năng phát hiện màu sắc chính xác và phù hợp với dải màu mà hệ thống cần phân loại

+ Cài đặt chế độ làm mịn hình ảnh để giảm nhiễu, đặc biệt cho những môi trường có điều kiện ánh sáng không lý tưởng

- Môi trường xung quanh: Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, hoặc nhiễu từ các thiết bị xung quanh cũng có thể tác động đến độ chính xác của hệ thống nhận diện màu

Giải pháp:

+ Đặt hệ thống trong môi trường có kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm ổn định để giảm sự biến đổi màu sắc

+ Cách ly hệ thống phân loại màu sắc khỏi các thiết bị phát nhiệt hoặc nhiễu khác để tránh tác động lên cảm biến

- Thuật toán phân loại màu sắc: Thuật toán phân loại đơn giản (dựa trên RGB hoặc độ sáng) dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, dẫn đến độ chính xác thấp Các thuật toán tiên tiến như HSV hoặc mạng nơ-ron thường cho kết quả tốt hơn

Giải pháp:

+ Sử dụng mô hình màu HSV hoặc HSL để phân loại màu sắc, bởi vì các mô hình này ít bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hơn so với RGB

+Áp dụng thuật toán lọc và tiền xử lý ảnh, như loại bỏ nhiễu hoặc tăng cường màu sắc, để đảm bảo dữ liệu đầu vào cho thuật toán được tối ưu

Câu 3: Nếu hệ thống phân loại phải xử lý các sản phẩm có màu sắc

rất giống nhau hoặc có các hoa văn phức tạp, bạn sẽ sử dụng những

kỹ thuật nào để nâng cao độ chính xác của hệ thống?

Để phân loại chính xác các sản phẩm có màu sắc tương tự hoặc hoa văn phức tạp, cần áp dụng các kỹ thuật nâng cao như HSV, HSL CNN, Gabor Filters, LBP, phân đoạn ảnh, và mạng nơ-ron Siamese Bên cạnh đó, việc sử dụng dữ liệu huấn luyện đa dạng và các phương pháp tiền xử lý cũng là yếu tố quan trọng để nâng cao độ chính xác Kết hợp các phương pháp này sẽ tạo ra hệ thống phân loại mạnh mẽ và có khả năng thích ứng cao trong môi trường công nghiệp phức tạp

Câu 4: Làm thế nào để giảm thiểu thời gian chu kỳ của hệ thống

phân loại, tức là thời gian từ khi sản phẩm vào hệ thống đến khi được phân loại và đưa ra khỏi hệ thống?

Ngoài ra, việc tối ưu hóa phần cứng còn bao gồm sử dụng các vi

xử lý hoặc GPU chuyên dụng để tăng tốc độ xử lý hình ảnh và phân loại màu sắc Các thiết bị này có khả năng thực hiện nhiều phép tính phức tạp trong thời gian ngắn, giúp giảm thiểu độ trễ khi nhận dạng và phân loại sản phẩm Đồng thời, việc cài đặt hệ thống làm mát và bảo trì định kỳ các thiết bị cũng rất quan trọng để đảm bảo chúng hoạt động ổn định và bền bỉ trong thời gian dài Tối ưu hóa phần cứng kết hợp cùng phần mềm điều khiển linh hoạt sẽ tạo nên một hệ thống phân loại sản phẩm hiệu quả, giúp tăng năng suất và

độ chính xác trong quá trình vận hành

2 Câu hỏi trắc nghiệm

Câu 1 Trong việc chọn thuật toán xử lý ảnh cho hệ thống phân

loại sản phẩm, yếu tố nào quan trọng nhất khi sản phẩm có nhiều chi tiết nhỏ và màu sắc tương đồng?

A Tốc độ xử lý

B Độ chính xác trong phân vùng đối tượng

C Khả năng chịu nhiễu

D Khả năng thích ứng với các điều kiện ánh sáng khác nhau.

Câu 2 Khi sử dụng camera công nghiệp, yếu tố nào ảnh hưởng

trực tiếp đến độ phân giải của hình ảnh thu được?

A Độ nhạy sáng của cảm biến

B Số lượng pixel của cảm biến

C Tốc độ truyền dữ liệu

D Kích thước vật kính

Câu 3 Để giảm thiểu ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh đến

kết quả phân loại, giải pháp nào sau đây là hiệu quả nhất?

A Sử dụng đèn chiếu sáng có cường độ ổn định

B Điều chỉnh độ tương phản của hình ảnh

C Sử dụng bộ lọc màu

D Cả A và C

Câu 4 Khi thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động, yếu tố

nào sau đây cần được ưu tiên để đảm bảo độ tin cậy cao?

A Chất lượng các linh kiện điện tử

B Độ chính xác của thuật toán xử lý ảnh

C Khả năng chịu tải của các cơ cấu cơ khí

D Tất cả các đáp án trên

Câu 5 Trong quá trình lập trình PLC, việc sử dụng các biến toàn

cục có ưu và nhược điểm gì?

A Ưu điểm: Dễ truy cập từ nhiều khối chức năng Nhược điểm: Dễ gây ra xung đột khi nhiều khối chức năng cùng truy cập

B Ưu điểm: Tăng tốc độ xử lý Nhược điểm: Khó quản lý khi

chương trình phức tạp

C Ưu điểm: Giảm sử dụng bộ nhớ Nhược điểm: Giới hạn khả năng mở rộng của chương trình

D Ưu điểm: Tăng tính bảo mật Nhược điểm: Khó gỡ lỗi

Câu 6 Khi sử dụng Factory IO để mô phỏng hệ thống, yếu tố nào

sau đây giúp tăng tính chân thực của mô hình?

A Sử dụng các thư viện 3D chi tiết

B Mô phỏng chính xác các thông số kỹ thuật của thiết bị

C Tạo các kịch bản mô phỏng các tình huống thực tế

D Tất cả các đáp án trên

Câu 7 Trong việc lựa chọn PLC S7-1200, yếu tố nào ảnh hưởng

đến khả năng mở rộng của hệ thống?

A Số lượng module I/O

B Đầu vào Analog

C Đầu ra Digital

D Đầu ra Relay

Câu 8 Để cải thiện độ chính xác của hệ thống phân loại, giải

pháp nào sau đây có thể được áp dụng?

A Sử dụng nhiều camera để quan sát sản phẩm từ nhiều góc độ khác nhau

A Áp dụng các thuật toán học máy để tự động điều chỉnh thông

số của hệ thống

C Sử dụng các cảm biến khác như cảm biến laser để xác định kích thước và hình dạng của sản phẩm

D Tất cả các đáp án trên

Câu 9 Khi sử dụng van khí nén để phân loại sản phẩm, thời gian

phản hồi của van ảnh hưởng đến yếu tố nào của hệ thống?

A Độ chính xác của việc phân loại

B Độ chính xác của cảm biến phân loại

C Tuổi thọ của van khí nén

D Cả A và B

Câu 10 Ưu điểm chính của việc sử dụng PLC S7-1200 trong hệ

thống phân loại sản phẩm là gì?