Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐOÀN NGUYÊN MỸ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60 52 02 02 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐOÀN NGUYÊN MỸ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60 52 02 02 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Võ Hoàng Duy TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS. VÕ HOÀNG DUY (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 10 tháng 05 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 1.TS. Ngô Cao Cường Chủ tịch hội đồng 2.TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1 3.TS Nguyễn Hùng Phản biện 2 4. PGS.TS. Trần Thu Hà Ủy viên 5.TS Đinh Hoàng Bách Ủy viên – thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS. Ngô Cao Cường TRƯ ỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐOÀN NGUYÊN MỸ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/05/1978 Nơi sinh: TP.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1181031038 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu về hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất - Nghiên cứu về lập trình LabVIEW xử lý ảnh cho dây chuyền sản xuất - Xây dựng mô hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer bằng xử lý ảnh lập trình LabVIEW III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/03/2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VÕ HOÀNG DUY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) Võ Hoàng Duy i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Đoàn Nguyên Mỹ ii LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng dẫn tận tình của TS. Võ Hoàng Duy, tôi đã hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin bày tỏa lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Võ Hoàng Duy, thầy là người tận tâm hết lòng vì học viên, hướng dẫn nhiệt tình và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong thời gian thực hiện luận văn. Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi, giúp tôi học tập và nghiện cứu trong quá trình học cao học tại trường. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại học trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trường. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Kỹ thuật điện” đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2013 Người Thực hiện Đoàn Nguyên Mỹ iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Môi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng với các trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị). Trong phạm vi của luận văn, tôi chủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm LabVIEW cơ bản như: cách tạo giao diện, xử lý ảnh, ứng dụng của LabVIEW trong điều khiển tự động . Nghiên cứu xử lý ảnh từ đó kết hợp với phần mềm LabVIEW để tạo ra một ứng dụng cụ thể trong điều khiển tự động ‘Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer’ Đối tượng nghiên cứu chung của luận văn là: phần mềm LabVIEW , card giao tiếp PC HDL USB 9090 và kết hợp phần xử lý ảnh. Tôi tập trung nghiên cứu được một ứng dụng quen thuộc của LabVIEW và card giao tiếp PC HDL USB 9090 . Đó là thu thập tín hiệu từ thiết bị bên ngoài (camera), xử lý ảnh, giao tiếp với PC thông qua card giao tiếp HDL USB 9090 từ đó mô phỏng và xử lý tín hiệu trong một quá trình sản xuất. Trong đó, giao diện màn hình điều khiển thiết bị từ máy tính được thiết kế với hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế. Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát và điều khiển thiết bị. Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô hình hệ thống hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer điều khiển bằng phần mềm LabVIEW được thu gọn lại với đầu đủ các chi tiết như là một hệ thống trong thực tế . Thông qua luận văn này, tôi cũng hy vọng sẽ cung cấp một mô hình và kiến thức hữu ích cho các kỹ sư, sinh viên .v.v… đang học tập và nghiên cứu về xử lý ảnh điều khiển thiết bị bằng phần mềm LabVIEW. iv ABSTRACT Open LabVIEW environment is compatible with all hardwares with interactive assistance, making source code and the ability to connect to thousands of devices that make data collection easy. Because LabVIEW provides connections to most devices. In the scope of this thesis, my research mainly is on how to use the basic LabVIEW software such as: how to create the interface and process image, some applications of LabVIEW in automatic control. Research the image processing then combine with LabVIEW software to create a specific application in automatic control “Research and design the recognition system of faulty bottle in the beer production chain” Study objects of the thesis are LabVIEW software, PC HDL USB 9090 contact card and a combination of image processing. I focus on a familiar application of LabVIEW and PC HDL USB 9090 contact card. That is collecting signals from external device (camera), image processing, communicating with the PC HDL USB 9090 contact card, then simulating and processing signals in a manufacturing process. In the design, the device control display interface from computer is designed with 3D images to comply with the actual device. Therefore, it is easier for the operator to monitor and control the equipment. The thesis mainly focused on developing a model of the recognition system of faulty bottle in the beer production line controlled by LabVIEW software, which its whole elements are fully miniaturized like a system in practice. Through this thesis, I hope to provide a useful model and knowledge for engineers and students etc. who are studying and doing research on image processing, controlling device using LabVIEW software. v MỤC LỤC Tên đề mục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Abstract iv Mục lục v Danh mục các từ viết tắt viii Danh mục các bảng biểu ix Danh mục các sơ đồ, hình ảnh x Chương 1: Mở đầu 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.3. Mục tiêu đề tài 2 1.4. Nội dung nghiên cứu 2 1.5. Phương pháp luận 2 1.6. Phương pháp nghiên cứu 3 1.7. Nội dung luận văn 3 Chương 2: Tổng quan LabVIEW 4 2.1. LabVIEW là gì? 4 2.2. Các ứng dụng của LabVIEW 5 2.3. Các phép toán trong LabVIEW 8 2.3.1. Phép cộng hai số x,y 8 2.3.2. Cấu trúc một bài LabVIEW 13 2.3.3. Các phép toán thông thường 14 2.4. Các loại Control và Indicator 15 2.4.1. Các Control thường dùng 15 2.4.2. Các dạng Indicator thường dùng 16 vi 2.4.3. Kiểu dữ liệu trong LabVIEW 18 2.5. Vòng lặp while, vòng lặp for 19 2.5.1. Vòng lặp while 19 2.5.2. Vòng lặp for 21 2.5.3. Ứng dụng vòng lặp vẽ đồ thị 22 2.6. Cấu trúc Case 24 2.6.1. Cấu trúc trường hợp 24 2.6.2. Ứng dụng của cấu trúc Case 25 Chương 3: Các ứng dụng card HDL USB 9090 28 3.1. Giới thiệu HDL USB 9090 28 3.2. Cách kết nối thiết bị HDL USB 9090 vào máy tính 30 3.3. Các ứng dụng card HDL USB 9090 35 3.3.1. Đọc tín hiệu từ encoder 36 3.3.2. Phát xung PWM điều khiển động cơ 38 3.4. Lý thuyết điều khiển PID 41 3.4.1. Bản chất toán học thuật toán PID 43 3.4.2. Điều khiển PID cho động cơ DC 47 Chương 4: Xử lý ảnh trong LabVIEW 50 4.1. Điều khiển hình ảnh trong LabVIEW 50 4.1.1 Tổng quan về mô phỏng 50 4.1.2 Giới thiệu 3D trong LabVIEW 50 4.1.2.1 Công cụ cần thiết gồm 50 4.1.2.2 3D trong LabVIEW 50 4.1.2.3 Một số demo mẫu 51 4.1.3 Thao tác mô phỏng 3D trong LabVIEW 52 4.1.3.1 Tạo các khối hình học cơ bản 52 4.1.3.2 Tạo nhiều vật thể và gán buộc cho vật thể 60 4.1.3.3 Tạo chuyển động cho các vật 62 4.1.3.4 Tạo chuyển động cho vật 66 [...]... vào nghiên c u x lý nh trong LabVIEW và xây d ng mô hình h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n xu t beer th ng b ng ph n m m LabVIEW K t qu nghiên c u s quát lý nh trong LabVIEW, v i u khi n h ưa ra m t cách nhìn t ng ng d ng LabVIEW trong vi c i u khi n và giám sát h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n xu t beer, có th là công c h u ích cho nh ng sinh viên ang h c t p và nghiên. .. t ng d ng c th trong i u khi n t ng Nghiên c u thi t k h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n xu t beer 1.4 N i dung nghiên c u - Nghiên c u mô hình ph n c ng h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n xu t beer - Nghiên c u mô hình ph n m m labVIEW - Card giao ti p PC HDL USB 9090 và k t h p ph n x lý nh, nghiên c u ư c m t ng d ng quen thu c c a LabVIEW và card giao ti p PC HDL... b l i trong dây chuy n s n xu t beer b ng ph n x lý nh trong LabVIEW áp ng yêu c u i u khi n th c t nêu trên 1.3 M c tiêu c a tài Trong ph m vi c a lu n văn, tôi ch y u nghiên c u v cách th c s d ng ph n m m LabVIEW cơ b n như: cách t o giao di n, x lý nh, ng d ng c a LabVIEW trong m m LabVIEW i u khi n t ng Nghiên c u x lý nh t ó k t h p v i ph n t o ra m t ng d ng c th trong i u khi n t ng Nghiên. .. này cung c p m t mô hình i u khi n h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n xu t beer b ng ph n m m x lý nh trong LabVIEW có th ng d ng trong th c ti n 1.6 Phương pháp nghiên c u - Thu th p và c hi u các tài li u liên quan t cán b hư ng d n, sách, các bài báo và internet.v.v… - Nghiên c u nguyên lý ho t ng h th ng dây chuy n s n xu t - Nghiên c u ph n m m LabVIEW - Xây d ng mô hình i u khi... card giao ti p HDL USB 9090 t ó mô ph ng và x lý tín hi u trong m t quá trình s n xu t ánh giá hi u qu mô hình h th ng nh n d ng chai b l i trong dây chuy n s n - xu t beer 1.5 i u khi n b ng LabVIEW Phương pháp lu n - Lu n văn là tài li u tham kh o có giá tr cho nh ng ai quan tâm, nghiên c u th ng i u khi n ph n m m LabVIEW - Tìm hi u x lý nh trong LabVIEW nh 3 - Tìm hi u s d ng ph n m m LabVIEW - Lu... nh trong công nghi p v n còn là m t lĩnh v c khá m i m và ang b t u phát tri n Vì v y, vi c nghiên c u, khai thác các ng d ng c a x lý nh s m ra nhi u cơ h i cho sinh viên V n t ng hóa trong i u khi n và giám sát các thi t b nói chung là m t trong nh ng gi i pháp hàng u trong s nghi p công nghi p hóa và hi n i Vi t Nam hi n nay Do ó, lu n văn này ưa ra m t mô hình i u khi n h hóa th ng nh n d ng chai. .. cơ DC trong quá trình v n hành áp 8 o lư ng, giám sát và i u khi n h th ng công nghi p (SCADA), trình bày ng d ng c a LabVIEW trong h th ng i u khi n và giám sát d ng trong công nghi p 2.3 Các phép toán trong LabVIEW 2.3.1 Phép c ng hai s x, y ơn gi n hãy xem LabVIEW như ph n m m so n th o văn b n Microsoft Pffice Word Và vi c so n th o văn b n trong Word cũng tương t vi c t o ra Source Code trong. .. ng d ng v i card HDL USB 9090 Chương 4 : X lý nh trong LabVIEW Chương 5 : Xây d ng mô hình nh n d ng chai b l i Chương 6 : K t lu n và hư ng nghiên c u phát tri n 1.8 Tài li u tham kh o 4 Chương 2 T NG QUAN V LabVIEW 2.1 LabVIEW là gì ? LabVIEW (vi t t t c a Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là môi trư ng ngôn ng h a hi u qu trong vi c giao ti p a kênh gi con ngư i, thu t toán... t v ng (t khóa) c và các dây n i nh, LabVIEW s d ng các kh i hình nh sinh ng t o ra các l nh và các hàm như trong hình 2.1 Cũng chính vì s khác bi t này, LabVIEW ã giúp cho vi c l p trình tr nên ơn gi n hơn bao gi h t c bi t, LabVIEW r t phù h p i v i k sư, nhà khoa h c, hay gi ng ơn gi n, d h c, d nh ã giúp cho LabVIEW tr thành m t viên Chính s trong nh ng công c ph bi n trong các ng d ng thu th p... n d ng chai b l i 67 Hình 4.23: Sơ 68 Hình 4.24 : Sơ quá trình x lý nh x lý nh trong công nghi p 68 Hình 4.25 : Giao di n công c x lý nh NI Assitant trên LabVIEW 70 Hình 4.26 : Sơ x lý nh trên LabVIEW 71 Hình 4.27 : Sơ n i dây trên LabVIEW 72 Hình 4 28 Cách l y hàm Vision Acquisition trong LabVIEW 72 Hình4.29 : M u n p chai 77 Hinh 4.30 : Card giao ti p HD 9090 và hàm giao ti p IO hocdelam 9090 87 . TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu về hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất - Nghiên cứu về. thể trong điều khiển tự động Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer . 1.4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu mô hình phần cứng hệ thống nhận dạng chai. đi vào nghiên cứu xử lý ảnh trong LabVIEW và xây dựng mô hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer điều khiển hệ thống bằng phần mềm LabVIEW. Kết quả nghiên cứu sẽ