Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC s7 200

Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC s7 200

Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 1 LỜI MỞ ĐẦU Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một dây chuyền tự động. So với các phƣơng tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có nhiều ƣu điểm hơn nhƣ dễ dàng thay đổi chƣơng trình làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự động hoá toàn phần. Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhƣng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó. Tự động hóa là một nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất ngày nay. Việc ứng dụng tay máy scara và xử lí ảnh vào tự động hóa dây chuyền sản xuất mà cụ thể hơn ở đây là dây chuyền phân loại sản phẩm trên băng chuyền giúp cho việc sản xuất trở nên linh hoạt hơn, hiệu quả hơn. Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xuất và với kiến thức của sinh viên năm thứ 3 tại trƣờng đại học chúng em chọn đề tài “PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP VẬT DÙNG PLC S7 200” để nghiên cứu và tìm hiểu. Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối với thiết kế phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, rất mong muốn đƣợc sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đóng góp của bạn bè để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em gặp nhiều khó khăn về thiết kế phần cứng cũng nhƣ phần mềm lập trình. Tuy nhiên nhờ sự giúp đỡ của thầy cô khoa công nghệ điện tử nên nhóm đã hoàn thành đề tài tìm hiểu về xử lí ảnh phân loại vật trên băng chuyền Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa điện tử, đặc biệt giảng viên hƣớng dẫn (thầy TRẦN VĂN HÙNG), đã nhiệt tình chỉ dẫn chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài. Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Điện Tử Sinh viên Nguyễn Anh Dũng Trần Phƣơng Hoàng Nguyễn Đình Nam Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 3 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI Sinh viên thực hiện : MSSV Nguyễn Anh Dũng : 08096471 Trần Phƣơng Hoàng : 08090611 Nguyễn Đình Nam : 08106721 Lớp : DHDT4A Ngành : Điện Tử Tự Động Hóa Giảng viên hƣớng dẫn : Th.S Trần Văn Hùng Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 4 NHẬN XÉT ĐỀ TÀI CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện : MSSV Nguyễn Anh Dũng : 08096471 Trần Phƣơng Hoàng : 08090611 Nguyễn Đình Nam : 08106721 Lớp : DHDT4A Ngành : Điện Tử Tự Động Hóa Giảng viên hƣớng dẫn : Th.S Trần Văn Hùng Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 5 Mục Lục PHẦN A: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 8 I. Lý do chọn đề tài 8 II. Mục đích nghiên cứu 8 III. Giới hạn đề tài 8 IV. Tiêu chuẩn đề tài 9 PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 CHƢƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN CỨNG 10 1. Động cơ DC 10 1.1 Cấu tạo 10 1.2 Nguyên tắc hoạt động 11 1.3 Các phƣơng pháp điều khiển 11 2.Động Cơ Bƣớc 12 3. Khí nén 19 3.1 Van khí nén 19 3.2 Xi lanh khí nén 20 CHƢƠNG II : LÝ THUYẾT PLC S7-200 21 1. Tổng quan về PLC 21 1.1 Khái niệm chung 21 1.2 Thế hệ PLC S7 200 21 2. Cấu hình phần cứng PLC 22 2.1 Bộ xử lý 23 2.2 Bộ nguồn 23 2.3 Thiết bị lập trình 23 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 6 2.4 Bộ nhớ 23 2.5 Giao diện vào/ra 23 3. Bộ nhớ PLC S7 200 24 3.1 Vùng nhớ chứa chƣơng trình ứng dụng 24 3.2 Địa chỉ một vài vùng nhớ khác 24 4. Vòng quét chƣơng trình 24 5. Cấu trúc chƣơng trình 25 6. Các loại PLC S7_200 (Siemens) 26 7. Bộ điều rộng xung (PWM, PTO) 27 7.1 Điều rộng xung 50% (PTO): 27 7.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM): 29 Chƣơng III : Matlab và công cụ xử lý ảnh 30 1.Sơ lƣợc về Matlab 30 2.Xử lý ảnh trong matlab 31 2.1 Các bƣớc cơ bản trong trong xử lý ảnh 31 2.2 Các khái niệm cơ bản: 32 2.3 Giới thiệu ảnh số 33 2.4 Ảnh màu 34 3. Thu nhận ảnh 36 4.Phƣơng pháp xử lí ảnh trong đề tài 41 5. Phƣơng pháp nhận dạng trong đề tài 45 6. Opc toolbox của Matlab 48 6.1 Các khái niệm cơ bản 48 6.2 Nhóm lệnh kết nối trong opc toolbox 49 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 7 PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 50 CHƢƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 53 1. Mạch công suất động cơ DC: 53 2. Mạch công suất động cơ bƣớc: 55 3. Relay đóng mở van khí 57 CHƢƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 58 1. Lập trình PLC với phần mềm Step 7 Microwin 58 1.1 Lƣu đồ giải thuật trƣớc khi có vật 59 1.2 Lƣu đồ thuật giải khi có vật 61 1.3 Lƣu đồ thuật giải sau khi đã xác định đƣợc vật 62 PHẦN D: KẾT LUẬN 71 I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 71 II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƢA ĐẠT ĐƢỢC 71 III. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 73 I.GIỚI THIỆU PHẦN MỀM VÀ CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH 73 1. PHẦN MỀM LÂP TRÌNH STEP 7 MICROWIN 73 2. S7200- PC ACCESS 76 3. Các bƣớc thực hiện với OPC Toolbox. 78 4. Tạo GUI trong Matlab. 81 II.CODE MATLAB 82 III.CODE PLC 82 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 8 PHẦN A: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I. Lý do chọn đề tài Ngày nay việc sử dụng thuật toán xử lý ảnh đƣợc sử dụng ngày càng rộng rãi, với nhiều mục đích khác nhau. Dùng cho các hệ thống bảo mật nhƣ khóa bằng vân tay, giọng nói, giác mạc mắt đến các thiết bị an ninh, truy tìm tội phạm trong đó có phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh trên băng chuyền trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên chúng em tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu đề tài : “PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP VẬT DÙNG PLC S7-200”. II. Mục đích nghiên cứu Đề tài này giúp sinh viên ngành tự động chúng em sử dụng những kiến thức đã học ứng dụng vào thực tế, cụ thể là: -Tìm hiểu xử lý ảnh nhận dạng vật. -Nâng cao kỹ năng thiết kế và lập trình bằng ngôn ngữ matlab. -Tìm hiểu và lập trình PLC cho hệ thống -Hiểu và sử dụng đƣợc các thiết bị trong công nghiệp nhƣ Rờ le, cảm biến, khí nén, động cơ… -Rèn luyện kỹ năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu. III. Giới hạn đề tài Nhằm xác định cụ thể hơn cho miền hình ảnh nhận dạng của đồ án và việc phân tích bài toán đƣợc sâu hơn, giới hạn bài toán nhận dạng hình khối trong đồ án này nhƣ sau:. Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 9 -Nhận dạng các hình khối riêng lẻ không lồng nhau. -Hình ảnh không quá đặc biệt, ví dụ nhƣ hình tam giác không quá tù. -Ảnh có định dạng BMP. -Mức độ xoay của ảnh không quá cao IV. Tiêu chuẩn đề tài Đề tài chủ yếu đƣợc thiết kế với mục đích chính là mô hình thí nghiệm thu nhỏ về hệ thống phân loại sản phẩm trên băng chuyền và dùng tay máy scara gắp vật trong công nghiệp. Với kết cấu phần cứng đơn giản và thuật toán xử lí không quá phức tạp, còn hạn chế nhiều mặt nên mô hình không thể đƣợc ứng dụng thực tế để sản xuất mà chi mang tính chất mô hình để nghiên cứu. Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 10 PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN CỨNG 1. Động cơ DC 1.1 Cấu tạo Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện DC ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng nhƣ công nghiệp bởi lý do dễ điều khiển, hiệu suất cao, “momen” lớn. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều đƣợc sử dụng ở những nơi yêu cầu “momen” mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Hình 1: Động cơ DC Một động cơ DC có 6 phần cơ bản: 1. Phần ứng hay Rotor (Armature). 2. Cổ góp (Commutat). 3. Nam châm tạo từ trƣờng hay Stator (field magnet). 4. Chổi than (Brushes). 5. Trục motor (Axle). 6. Bộ phận cung cấp dòng điện DC. [...]... nào Độ bảo hòa màu : thể hiện độ thuần khiết của màu Khi độ bão hòa cao, màu sẽ sạch và rực rỡ Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 34 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 35 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Ảnh nhị phân Ảnh nhị phân cũng đƣợc biểu diễn bằng ma trận hai chiều nhƣng thuộc kiểu logical, có nghĩa là... 2: Điều khiển halfstep động cơ đơn cực: Giản đồ xung: Hình 10: Giản đồ xung halfstep động cơ bƣớc đơn cực Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 17 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Step 1a 1b 2a 2b 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 3 0 1 1 0 4 0 0 1 1 Bảng 3: Điều khiển fullstep động cơ lƣỡng cực: Hình 11: Giản đồ xung fullstep động cơ bƣớc lƣỡng cực Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy. .. khi có sự kiện ngắt xảy ra Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 25 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng 6 Các loại PLC S7_ 200 (Siemens) Các loại PLC thông thƣờng: CPU222, CPU224, CPU224XP ( có 2 cổng giao tiếp), CPU226 ( có 2 cổng giao tiếp), CPU226XM Thông thƣờng S7_ 200 đƣợc phân ra 2 loại chính: a/ Loại CPU 224 AC / DC / RLY cấp điện áp 220VAC : Ngõ vào : tích cực mức 1 ở cấp... 1: pitton bị đẩy vào Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 20 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Hình 15 : Xi lanh 2 chiều trong thực tế CHƢƠNG II : LÝ THUYẾT PLC S7- 200 1 Tổng quan về PLC 1.1 Khái niệm chung Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đƣợc để lƣu trữ các lệnh và thực hiện các chức... PLC điều khiển tập trung 1.2 Thế hệ PLC S7 200 S7- 200 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S72 00 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ PLC S7- 200 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu Phân loại sản phẩm. .. dụng có 5 bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình Bộ nhớ chương trình Timer Khối Vi Xử Lý trung tâm + Hệ Điều Hành Bộ đệm vào ra Bộ đếm Bit cờ Cổng vào ra Quản lý ghép nối Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Hình 16 : Sơ đồ khối một PLC Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 22 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng 2.1 Bộ xử lý Bộ xử lý còn... tiếp sau (Y) cho thẳng với cực 2 Cứ nhƣ vậy điều khiển quay rotor Động cơ bƣớc lai: Hình 8: Sơ đồ nguyên lý động cơ bƣớc lai Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 15 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng STEP lai là loại kết hộp giữa STEP từ thông thay đổi và loại nam châm vĩnh cửu rotor cho động cơ STEP lai có nhiều răng , giống nhƣ loại từ thông thay đổi, chứa lõi từ hóa tròn... giúp định hƣớng cho từ thông ƣu tiên vào trong lỗ không khí STEP lai đƣợc lái giống nhƣ STEP đơn cực và lƣỡng cực 2.3 Phƣơng pháp điều khiển: Step 1a 1b 2a 2b 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 Bảng 1: Điều khiển fullstep động cơ đơn cực Giản đồ xung: Hình 9: Giản đồ xung fullstep động cơ bƣớc đơn cực Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 16 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn... mômen thậm chí cả vị trí nhừ vào tác dụng hãm lại của từ trƣờng rotor Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bƣớc là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí nhƣ các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo) Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 12 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần... đồ nguyên lý động cơ bƣớc đơn cực STEP loại đơn cực bao gồm 2 cuộn dây, mỗi cuộn đƣợc nối ra ngoài ở giữa cuộn, vì vậy thông thƣờng trên thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP loại này đƣợc điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu dây còn lại lần lƣợt đƣợc nối mass Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 13 Đồ án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng . Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 19 3. Khí nén 3.1 Van khí nén Van khí nén dùng trong tay máy có nhiệm vụ thay đổi dòng khí vào xi lanh của tay kẹp chúng em chọn đề tài “PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP VẬT DÙNG PLC S7 200 để nghiên cứu và tìm hiểu. Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối. án 2 GVHD: Th.S Trần Văn Hùng Phân loại sản phẩm và điều khiển tay máy gắp vật dùng PLC S7 200 20 3.2 Xi lanh khí nén Xi lanh dùng trong tay kẹp là loại xi lanh 2 chiều. Cấu tạo của