Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi

Hướng đi chính của đề tài là thiết kế và thi công một bộ Reject cơ cấu phát hiện lỗi sử dụng một PLC thực tế, cụ thể ở đây là PLC S7-1200 của hãng Siemens để phân loại vỉ thuốc lỗi thì c

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o

15141DT1B

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN

LOẠI VỈ THUỐC LỖI

2 Nội dung thực hiện:

 Nội dung 1: Cài đặt phần mềm TIA Portal để lập trình PLC và giao diện màn hình HMI, AutoCAD để thiết kế tủ điện, SolidWorks để thiết kế mô hình cơ khí, CV-X Series Simulation-Software để cấu hình cho bộ camera

 Nội dung 2: Tính toán đo đạc thông số kỹ thuật dùng cho thiết kế mô hình phần cứng bao gồm tủ điện, băng tải và xi-lanh khí nén

 Nội dung 3: Thiết kế, tính toán và đo đạc thông số dòng áp, đi dây trong thiết

kế tủ điện

 Nội dung 4: Lắp đặt bộ camera công nghiệp CV-X320A

 Nội dung 5: Lắp đặt màn hình HMI KTP400

để điều khiển xi-lanh khí nén và băng tải hoạt động

 Nội dung 8: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát giao diện màn hình HMI

 Nội dung 9: Cho chạy toàn bộ hệ thống hoàn chỉnh để kiểm tra hoạt động

 Nội dung 10: Ghi nhận kết quả thực hiện và báo cáo

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/03/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Tấn Đời

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y

6 (25/03/2019 – 31/03/2019) Gia công cơ khí

7 (01/04/2019 – 07/04/2019) Thiết kế, thi công hệ thống điện

11 (29/04/2019 –

05/05/2019)

Lắp đặt hệ thống và chạy thử nghiệm

Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào kiến thức, kinh nghiệm đã thu được qua quá trình học tập, tìm hiểu và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào

đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương

Đầu tiên cho nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Đời vì

đã đồng ý dìu dắt, hướng dẫn và tạo tiền đề cho chúng tôi thực hiện một Đồ án tốt nghiệp mang tính chất quan trọng trong suốt quá trình một học kỳ Bên cạnh chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng tạo đã hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi trong thời gian vừa qua

Đồng thời nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn nói riêng và Khoa Điện – Điện tử nói chung đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức quan trọng, hỗ trợ những trang thiết bị thực tế trong dạy học áp dụng nhiều đến việc phát triển đề tài tốt nghiệp cũng như ảnh hưởng đến công việc sau này

Sau cùng, chúng tôi xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, người thân đã hỗ trợ trong quá trình học tập tại trường và quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vii

LIỆT KÊ HÌNH ix

LIỆT KÊ BẢNG xii

TÓM TẮT xiii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 GIỚI HẠN 2

1.3 MỤC TIÊU 2

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.5 BỐ CỤC 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG XỬ LÝ ẢNH 5

2.2 LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH 5

2.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh công nghiệp 5

2.2.2 Một số khái niệm về xử lý ảnh 6

2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI VỈ THUỐC 10

2.3.1 Phân loại theo vỉ thiếu viên 10

2.3.2 Phân loại theo vỉ gãy viên 10

2.3.3 Phân loại theo vỉ chồng viên 10

2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 10

2.4.1 Giới thiệu camera công nghiệp 10

2.4.2 Tổng quan về PLC 14

2.4.3 Tổng quan về HMI 17

2.4.4 Động cơ AC 18

2.4.5 Hệ thống điều khiển khí nén 20

2.4.7 Cảm biến tiệm cận 23

2.4.8 Nguồn cung cấp 25

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 26

3.1 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY ÉP VỈ 26

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 27

3.2.1 Giới thiệu 27

3.2.2 Tính toán và thiết kế cơ khí 27

3.2.3 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28

3.2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống 29

3.2.5 Thiết kế nguyên lý PLC điều khiển hệ thống 42

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 49

4.1 GIỚI THIỆU 49

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 49

4.2.1 Thi công hệ thống khí nén 50

4.2.2 Thi công cần gạt vỉ thuốc và băng tải 51

4.2.3 Tủ điện hoàn chỉnh 52

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 53

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 53

4.3.2 Cấu hình và chọn thuật toán cho xử lý ảnh 57

4.3.3 Thiết kế HMI 65

4.3.4 Lập trình PLC 69

4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 70

4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 70

4.4.2 Quy trình thao tác 71

Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 72

5.1 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT 72

5.1.1 Kết quả nghiên cứu 72

5.1.2 Kết quả thực hiện 72

5.2 ĐÁNH GIÁ 76

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

6.1 KẾT LUẬN 78

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 81

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang

Hình 2.1 Quy trình xử lý ảnh 5

Hình 2.2 Nguyên lý chuyển đổi nhị phân 7

Hình 2.3 Nguyên lý chuyển đổi thang màu xám 8

Hình 2.4 Nguyên lý xử lý màu 8

Hình 2.5 Giản đồ của một bộ lọc điểm ảnh 3-3 9

Hình 2.6 So sánh hai bộ lọc mở rộng và thu nhỏ 9

Hình 2.7 Hệ thống xử lý ảnh công nghiệp 11

Hình 2.8 Một số camera sử dụng trong công nghiệp 12

Hình 2.9 Ống kính cho camera 13

Hình 2.10 Đèn chiếu sáng 13

Hình 2.11 Ứng dụng về kiểm tra có hay không có sản phẩm 14

Hình 2.12 Ứng dụng về kiểm tra lỗi 14

Hình 2.13 Ứng dụng về kiểm tra kích thước 14

Hình 2.14 Ứng dụng về định vị 14

Hình 2.15 Động cơ xoay chiều 18

Hình 2.16 Cấu trúc một hệ thống khí nén 20

Hình 2.17 Van điện từ 21

Hình 2.18 Các loại van phổ biến 21

Hình 2.19 Cấu tạo xi-lanh 22

Hình 2.20 Phân loại cảm biến tiệm cận 24

Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận 24

Hình 2.22 Nguồn 24VDC - 3A 25

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang Hình 3.1 Máy ép vỉ của nhà máy 26

Hình 3.2 Cơ cấu gạt 28

Hình 3.3 Cơ cấu hoàn chỉnh 28

Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống 29

Hình 3.5 Bộ điều khiển camera CV-X320A 30

Hình 3.6 Sơ đồ chân của camera CV-X320A 31

Hình 3.7 PLC S7 – 1200 CPU 1214C 34

Hình 3.8 Sơ đồ chân của PLC CPU 1214 DC/DC/DC 35

Hình 3.9 Màn hình Simatic HMI KTP400 36

Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M 37

Hình 3.11 Sơ đồ chân của cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M 37

Hình 3.12 Động cơ băng tải 38

Hình 3.13 Xi-lanh kép 39

Hình 3.14 Sơ đồ chân của van điện từ 5/2 39

Hình 3.15 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A 40

Hình 3.16 Nguyên lý đấu ngõ vào cho PLC 42

Hình 3.17 Nguyên lý đấu ngõ ra PLC 42

Hình 3.18 Tín hiệu Trigger 43

Hình 3.22 Sơ đồ tổng quan 46

Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 47

Hình 3.24 Mạch động lực cho động cơ băng tải 48

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG Trang Hình 4.1 Nguyên lý thi công khí nén 50

Hình 4.2 Lắp đặt 4 xi-lanh cho hệ thống 51

Hình 4.3 Lắp đặt van điện từ 51

Hình 4.4 Lắp đặt băng tải và cần gạt vỉ thuốc 52

Hình 4.5 Tủ điện hoàn chỉnh của hệ thống 52

Hình 4.6 Chương trình chính của hệ thống 53

Hình 4.7 Chương trình con 1 - chọn chương trình xử lý ảnh 54

Hình 4.8 Chương trình con 2 - xử lý lỗi từng hàng 55

Hình 4.9 Chương trình con 3 - xử lý ngõ ra 56

Hình 4.10 Màn hình quản lý cửa sổ làm việc của CV-X Series 57

Hình 4.11 Màn hình giả lập của CV-X Series 58

Hình 4.12 Tạo cửa sổ làm việc mới 58

Hình 4.13 Đặt tên cho cửa sổ làm việc 59

Hình 4.14 Chọn loại điều khiển cho CV-X Series 59

Hình 4.15 Chọn kiểu đóng gói cho CV-X Series 59

Hình 4.16 Lưu ảnh mẫu 60

Hình 4.17 Chọn công cụ kiểm tra cho xử lý ảnh 60

Hình 4.18 Chọn vùng muốn kiểm tra từ ảnh mẫu 61

Hình 4.19 Trích xuất màu nhị phân 61

Hình 4.20 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc rút ngắn 62

Hình 4.21 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc mở rộng 62

Hình 4.22 Sao chép cho vỉ kiểm tra thứ 2 ở bên phải 63

Hình 4.23 Cấu hình ngõ ra cho CPU 63

Hình 4.24 Gán công cụ cho ngõ ra tương ứng 64

Hình 4.25 Giám sát ngõ ra của từng I/O 64

Hình 4.26 Đặt tên cho dự án 65

Hình 4.27 Chọn loại màn hình cần thiết kế giao diện 65

Hình 4.28 Kết nối giữa PLC và HMI 66

Hình 4.29 Giao diện màn hình sau khi khởi động 66

Hình 4.30 Giao diện màn hình chính giám sát hệ thống 67

Hình 4.31 Giao diện kiểm tra chọn vỉ gạt và chụp ảnh 67

Hình 4.32 Giao diện kiểm tra chọn số nhịp 68

Hình 4.33 Giao diện cài đặt chọn thời gian gạt vỉ thuốc 68

Hình 4.34 Đặt tên cho dự án 69

Hình 4.35 Chọn loại bộ điều khiển để lập trình 70

Hình 4.36 Giao diện viết chương trình PLC 70

Hình 4.37 Quy trình thao tác của hệ thống 71

Chương 5 KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ – NHẬN XÉT Trang Hình 5.1 Mô hình cơ khí của toàn hệ thống 73

Hình 5.4 Bộ điều khiển và nguồn của bộ camera 75 Hình 5.5 Cơ cấu gạt vỉ thuốc 76

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của camera công nghiệp CV-X320A 30

Bảng 3.2 Thiết bị đi kèm bộ camera 32

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 34

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của màn hình HMI KTP400 36

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của cảm biến E2A-M12KS08-WP-B1 2M 37

Bảng 3.6 Bảng thông số động cơ 38

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của xi-lanh 39

Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2 40

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 41

Bảng 3.10 Một số thiết bị khác của hệ thống 41

Bảng 3.11 Ngõ vào ra của PLC 45

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG Trang Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện 49

Bảng 4.2 Dữ liệu chọn chương trình xử lý ảnh 54

Đề tài cụ thể nhóm nghiên cứu và thực hiện là: “Thiết kế và thi công cơ cấu

nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi” Đề tài này được phát triển dựa trên một dây

chuyền sản xuất của nhà máy Dược Imexpharm chi nhánh KCN Vĩnh Lộc ở Bình Tân

Hướng đi chính của đề tài là thiết kế và thi công một bộ Reject (cơ cấu phát hiện lỗi) sử dụng một PLC thực tế, cụ thể ở đây là PLC S7-1200 của hãng Siemens

để phân loại vỉ thuốc lỗi thì camera sẽ chụp vỉ thuốc chạy trên băng tải chính sau đó

xử lý ảnh gửi tín hiệu về PLC, sau đó sẽ điều khiển xi-lanh khí nén thực hiện phân loại vỉ thuốc lỗi sẽ được cần gạt vỉ gạt xuống hộp đựng thuốc Đồng thời sử dụng màn hình giao diện HMI để điều khiển và giám sát hệ thống

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghiệp ngày càng phát triển trong đó tự động hóa đóng vai trò không thể

thiếu Nhờ có tự động hóa các nhà máy đã và đang trở nên hiệu quả hơn trong việc

sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực Tự động hóa trong công

nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính, robot và công nghệ thông

tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khác nhau trong công nghiệp

Bên cạnh đó PLC (Programmable Logic Controller) là một phần không thể thiếu, đặc

biệt trong các hệ thống điều khiển với những tính năng thích ứng với môi trường công

nghiệp thì PLC là sự lựa chọn tối ưu nhất Do đó, nhóm thực hiện đề tài tốt nghiệp

quyết định chọn hướng nghiên cứu, ứng dụng PLC vào các hệ thống và dây chuyền

sản xuất trong y tế

Ứng dụng tự động hóa vào sản xuất Dược là một lĩnh vực còn khá mới mẻ,

một trong những yêu cầu nghiêm ngặt trong một mô hình sản xuất Dược là môi trường

vô trùng nên việc giảm sự có mặt của con người tham gia vào dây chuyền sản xuất là

một trong những bài toán đang được giải quyết Nhận thấy điều đó một nhà máy sản

xuất Dược Imexpharm ở KCN Vĩnh Lộc - Bình Tân của Công ty cổ phần Dược phẩm

Imexpharm muốn dây chuyền sản xuất của nhà máy tự động loại bỏ những vỉ thuốc

lỗi sau khi ép vỉ để giảm bớt nhân công phải phân loại sau khi thành phẩm Những vỉ

thuốc lỗi như thiếu viên trong vỉ, chồng viên, gãy viên, lẫn với loại thuốc khác, Để

giải quyết vấn đề đó một trong những giải pháp tối ưu nhất là dùng công nghệ xử lý

ảnh, với công nghệ xử lý ảnh hiện nay và tốc độ xử lý của những bộ xử lý ảnh công

nghiệp có thể đáp ứng được

Sử dụng bộ xử lý ảnh công nghiệp tốc độ cao tích hợp của là một phần đặc

biệt của đề tài, để đáp ứng nhanh và đầy đủ chức năng là thuận tiện dễ vận hành trong

công nghiệp thì sử dụng bộ camera công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi

Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có một số ưu điểm và khuyết điểm, những ưu điểm so

với sử dụng những công nghệ nhận dạng khác đó là toàn bộ những phương pháp nhận

diện được tích hợp trên bộ điều khiển không cần phải xử lý qua máy tính những thuật

toán xử lý ảnh được trình bày một cách trực quan khi sử dụng dễ vận hành Để thực

hiện tất cả các tác vụ tích hợp được như vậy thì giá thành là không thấp, nên chỉ có

những dây chuyền cần độ chính xác cao, chi phí đầu tư phải lớn mới có thể áp dụng

và đó là một khuyết điểm của chúng

Để đáp ứng nhu cầu thực tế trên giúp cho hệ thống của nhà máy ngày càng

được tối ưu và muốn ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn Được sự giới

thiệu của bộ môn và cùng với sự hỗ trợ của Công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng

tạo Nhận thấy sự mới mẻ và cần thiết của mô hình nên nhóm chúng tôi quyết định

chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN LOẠI

VỈ THUỐC LỖI” để nghiên cứu và thực hiện đề tài tốt nghiệp

1.2 GIỚI HẠN

 Không đi xây dựng thuật toán xử lý ảnh mà ứng dụng bộ xử ảnh tích hợp

 Chỉ đưa ra giải pháp thiết kế cơ khí và đặt gia công

 Điều khiển và giám sát thông qua màn hình HMI, không có chế độ điều khiển

bằng tay

 Hệ thống có thể nhận dạng được các lỗi của vỉ thuốc như: thiếu thuốc trong vỉ,

gãy viên, chồng viên

 Số vỉ chạy 2 vỉ, 3 vỉ và 4 vỉ

 Phân loại vỉ thuốc loại nhỏ: 1 vỉ có 7 viên

 Tốc độ phân loại vỉ thuốc phụ thuộc vào tốc độ của dây chuyền ép vỉ phía

trước

1.3 MỤC TIÊU

 Thiết kế và thi công một cơ cấu phân loại vỉ thuốc để phân loại vỉ thuốc lỗi

trên dây chuyền ép vỉ

 Điều khiển cơ cấu phân loại bằng PLC kết hợp với bộ xử lý ảnh tích hợp

 Thiết kế giải thuật lập trình điều khiển cho cơ cấu phân loại

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Keyence và cách cấu hình trên phần mềm

 Nội dung 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống

 Nội dung 4: Thiết kế hệ thống điều khiển

 Nội dung 5: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trình PLC, thiết kế giao diện

HMI

ưu, thực hiện thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm để đánh giá tính ổn định của

 Chương 3: Tính toán và thiết kế

 Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung

nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Giới thiệu tổng quan về hệ thống xử lý ảnh, các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết

kế hệ thống

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Khảo sát dây chuyền máy ép vỉ, tính toán thiết kế từng khối, đưa ra sơ đồ

nguyên lí của hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật, thiết kế giao diện màn hình HMI

và viết chương trình PLC Sau đó viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác

Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá

Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ

thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng

thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG XỬ LÝ ẢNH

Hệ thống phân loại dùng xử lý ảnh hiện nay đang được dùng rất nhiều trong

công nghiệp với độ tin cậy cao Các hệ thống phân loại trước kia như đọc mã vạch,

mã QR,…thay vì dùng một công cụ riêng biệt thì công nghệ phân loại dùng xử lý ảnh

đều đáp ứng hầu hết các yêu cầu về nhận dạng

Dây chuyền ép vỉ thuốc là dây công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất

thuốc, thuốc sau khi được sản xuất thành dạng viên thì qua công đoạn ép vỉ thành

phẩm Mặc dù độ chính xác rất cao khi thành phẩm, bên cạnh đó cũng có những lỗi

trên sản phẩm xảy ra vì công đoạn cho thuốc vào vỉ thuốc được con người thực hiện

Hệ thống phân loại vỉ thuốc lỗi trên dây chuyền ép vỉ thuốc dùng công nghệ

xử lý hình ảnh trên dây chuyền, nhận dạng vỉ lỗi và thực thi loại bỏ vỉ lỗi ở cuối dây

chuyền Hệ thống bao gồm một bộ camea công nghiệp có chức năng thu thập hình

ảnh và xử lý để phát hiện lỗi, ngõ ra của bộ xử lý ảnh trả về tín hiệu vị trí lỗi để PLC

xử lý

2.2 LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH

2.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh công nghiệp

Xử lý ảnh mục đích là chuyển đổi mục tiêu được chụp bởi camera thành tín

hiệu số và sau đó thực hiện các phép toán số học khác nhau trên tín hiệu để rút ra đặc

tính của mục tiêu, chẳng hạn như vùng, chiều dài, số lượng và vị trí Cuối cùng, xuất

kết quả phân biệt dựa trên giới hạn dung sai thiết lập trước

Hình 2.1 Quy trình xử lý ảnh

Quy trình xử lý ảnh trên được chia thành 4 bước:

 Chụp ảnh

Chụp ảnh là bước đầu tiên để xác định hình ảnh để xử lý và là bước quan trọng

nhất để xử lý ảnh chính xác và ổn định Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng ảnh

như: Vị trí đặt camera hay vật thể mẫu cần chụp, ánh sáng môi trường xung quanh

Hầu hết các bộ xử lý ảnh công nghiệp hiện nay đều có bộ chiếu sáng riêng biệt

 Truyền dữ liệu ảnh

Truyền dữ liệu ảnh là bước sau khi ảnh được chụp từ camera được truyền trực

tiếp về bộ điều khiển hay máy tính

 Xử lý dữ liệu ảnh

Bao gồm 3 bước:

Tiền xử lý: Ảnh sẽ được xử lý cơ bản như điều chỉnh độ sáng tối (độ tương

phản), chuyển đổi nhị phân, trích xuất màu,… trước khi áp dụng những thuật toán lọc

ảnh để truy xuất đầu ra

Trích xuất đặc tính: Là quá trình trích xuất mẫu để xử lý chung cho cả quá

trình (lấy mẫu), tùy vào ứng dụng mà việc trích xuất mẫu được thực hiện khác nhau

Trong phạm vi đề tài chỉ trích xuất đặc tính như kích thước viên thuốc, đếm số viên

thuốc trong vỉ

Phân biệt: Đó là công nghệ mà mỗi nhà sản xuất muốn áp dụng để đưa sản

phẩm của mình có chất lượng tốt nhất, đối với mỗi ứng dụng cụ thể thì việc phân biệt

sẽ áp dụng những thuật toán số học để xử lý như áp dụng các bộ lọc đặc trưng trong

xử lý ảnh

 Xuất kết quả

Sau khi đã phân biệt quá trình xuất kết quả là sẽ xuất ra các tín hiệu qua các

bộ đệm ngõ ra của bộ điều khiển, các tín hiệu sẽ được điều khiển tùy vào mục đích

muốn xử lý (thông qua các bộ vi điều khiển hay PLC,…)

2.2.2 Một số khái niệm về xử lý ảnh

a Cảm biến hình ảnh CCD

Một camera kỹ thuật số hầu như có cùng cấu trúc với một camera thông thường

(Analog) nhưng điểm khác biệt là camera kỹ thuật số được trang bị một cảm biến

hình ảnh gọi là CCD Cảm biến hình ảnh tương tự như tấm màng trong camera thông

thường và chụp ảnh dưới dạng thông tin kỹ thuật số

CCD là từ viết tắt của Charge Coupled Device (Thiết bị tích điện kép) Đây là

bộ phận bán dẫn có chức năng chuyển đổi hình ảnh sang tín hiệu kỹ thuật số Thiết

bị này có chiều cao và chiều rộng khoảng 1 cm và bao gồm các pixel nhỏ được sắp

xếp như một tấm lưới

Khi chụp ảnh bằng camera, ánh sáng phản chiếu từ mục tiêu được truyền qua

ống kính, từ đó hình thành ảnh trên CCD Khi một pixel trên CCD nhận ánh sáng,

một điện tích tùy vào cường độ ánh sáng được tạo ra Điện tích được chuyển đổi

thành tín hiệu điện để nhận cường độ ánh sáng (giá trị tập trung) nhận được bởi mỗi

pixel

b Chuyển đổi nhị phân

Tín hiệu video được gửi từ camera là tín hiệu analog Để sử dụng tín hiệu

video cho các phép phân biệt và các phép đo khác nhau, tín hiệu analog phải được

chuyển đổi thành tín hiệu số Để chuyển từ tương tự sang số, mức ngưỡng cần được

cài đặt cho tín hiệu video Các vùng sáng hơn mức ngưỡng là "màu trắng" và các

vùng tối hơn cấp nhị phân là "màu đen" Tín hiệu số tương ứng với một điểm ảnh

màu trắng là "1" (=HI), và tín hiệu số tương ứng với một điểm ảnh màu đen là "0"

(=LO)

Hình 2.2 Nguyên lý chuyển đổi nhị phân

c Chuyển đổi thang màu xám

Ngoài phương pháp chuyển đổi nhị phân, phương pháp xử lý thang màu xám

cũng được sử dụng trong các thiết bị xử lý ảnh Phương pháp chuyển đổi nhị phân

chỉ nhận dạng dữ liệu màu trắng hoặc dữ liệu màu đen (1 hoặc 0) Phương pháp xử

lý thang màu xám chia thang độ sáng thành 8 bit (256 mức) và thu được kết quả phân

biệt dựa trên tất cả các dữ liệu Do đó phương pháp này cung cấp phát hiện cải tiến

hơn và chính xác hơn

Hình 2.3 Nguyên lý chuyển đổi thang màu xám

d Xử lý màu

Tín hiệu video màu từ camera được chuyển thành dữ liệu kỹ thuật số RGB

bằng chuyển đổi A/D của hình ảnh Dữ liệu này được sử dụng cho thao tác so lệch để

có được dữ liệu R-(trừ) G, B-G và R-B từ dữ liệu RGB nhận được Sử dụng sáu thông

số thông tin màu sắc để kiểm tra mức độ khớp với màu chỉ định Thực hiện điều này

bằng cách cài đặt phạm vi trên màn hình và sau đó tách màu khớp với màu đã chỉ

định Sau đó, mỗi điểm ảnh được chuyển đổi nhị phân thành điểm ảnh đã tách hoặc

điểm ảnh chưa tách Quá trình thao tác so lệch này đảm bảo tách ổn định ngay cả đối

với xử lý màu tối với tốc độ cao

Hình 2.4 Nguyên lý xử lý màu

e Khái niệm về xử lý lọc

Thuật ngữ "xử lý lọc" dùng để chỉ việc sửa đổi được áp dụng cho ảnh chụp thô

để nâng cao đặc tính cụ thể trên ảnh Thông thường, bộ lọc sẽ thay đổi đặc tính của

một điểm ảnh đơn dựa trên thông tin thu thập được từ các điểm ảnh xung quanh (bằng

cách sử dụng khu vực 3x3 xung quanh điểm ảnh biến đổi) Xử lý lọc ba ảnh (0 đến

255 sắc độ), theo các hướng dọc và ngang

Bộ lọc mở rộng sẽ thay thế điểm ảnh trung tâm bằng lưới điểm 3 x 3 xung

quanh sáng nhất Quá trình xử lý này giúp loại bỏ các thành phần nhiễu màu tối

Bộ lọc thu nhỏ

Ngược lại, bộ lọc thu nhỏ thay thế điểm ảnh trung tâm bằng chín điểm ảnh

xung quanh tối nhất Quá trình xử lý này giúp loại bỏ các thành phần nhiễu màu nhạt

Các lỗi nhỏ như bụi hoặc vết bẩn có thể được bỏ qua bằng cách sử dụng bộ

lọc mở rộng, hoặc làm tăng bằng cách sử dụng bộ lọc thu nhỏ

Hình 2.5 Giản đồ của một bộ lọc điểm ảnh 3-3

Ví dụ về sự khác biệt của hai bộ lọc:

Hình 2.6 So sánh hai bộ lọc mở rộng và thu nhỏ

Các lỗi nhỏ như bụi hoặc vết bẩn có thể được bỏ qua bằng cách sử dụng bộ lọc

mở rộng hoặc làm tăng bằng cách sử dụng bộ lọc thu nhỏ

Ngoài ra còn có các bộ lọc tiền xử lý khác như bộ lọc Expansion, bộ lọc Shrink,

bộ lọc Average, bộ lọc Median, bộ lọc Edge Extraction và Edge Enhancement,…Vì

lý do hạn chế của đề tài không đi sau vào xây dựng thuật toán xử lý ảnh chỉ ứng dụng

nhưng thuật toán đã được xây dựng sẵn nên không đi giải thích chi tiết về các bộ lọc

trên

2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI VỈ THUỐC

Để phân loại sản phẩm lỗi trước hết phải xác định lỗi thường xảy ra trên sản

phẩm Một số yêu cầu kiểm tra trong quá trình sản xuất:

 Kiểm tra thiếu viên

 Kiểm tra chồng viên

 Kiểm tra gãy viên

 Kiểm tra viên thuốc con nhộng bị xì

 Kiểm tra nắp viên con nhộng bị mất

 Kiểm tra viên con nhộng bị chồng nắp

 Kiểm tra lẫn viên thuốc khác loại

 Kiểm tra màng nhôm lẫn vào trong lỗ vỉ thuốc

 Kiểm tra lỗ thủng trên vỉ nhôm

 Kiểm tra dị vật lẫn vào vỉ thuốc

Trong phạm vi nghiên cứu và khảo sát thực tế dây chuyền ép vỉ, nhóm nhận

thấy có 3 lỗi sau đây là xảy ra phổ biến

2.3.1 Phân loại theo vỉ thiếu viên

Thuốc được cho vào vỉ nhưng trong quá trình băng tải chạy thì không tránh

khỏi thuốc sẽ không kịp cho vào vỉ Camera sẽ chụp lại vỉ thuốc và đếm số lượng

thuốc trong vỉ và so sánh với ảnh mẫu nếu vỉ nào không đủ thì vỉ đó lỗi

2.3.2 Phân loại theo vỉ gãy viên

Camera sẽ chụp lại vỉ thuốc và so sánh với ảnh mẫu và trích xuất kích thước

của tất cả viên thuốc trong vỉ nếu một viên bất kì trong vỉ không đủ kích thước với

ảnh mẫu thì vỉ đó bị lỗi

2.3.3 Phân loại theo vỉ chồng viên

Trong quá trình cho thuốc vào vỉ không tránh khỏi một ô trong vỉ có hai hay

nhiều viên chồng lên nhau Tương tự như trường hợp gãy viên camera sẽ xử lý kích

thước của từng viên trong vỉ, vị trí nào trong vỉ có kích thước lớn hơn thì vỉ đó bị lỗi

2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.4.1 Giới thiệu camera công nghiệp

a Tổng quan

Công nghiệp phải ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng được xu

thế hiện đại hóa Các ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm cũng như trong lĩnh

vực điện, điện tử là những ngành đòi hỏi sự chính xác trong kiểm tra đầu ra, và để

thay thế con người trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác

cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện

khác nhau Một số ví dụ cho thấy xử lý ảnh được ứng dụng trong công nghiệp:

 Trong công nghiệp đóng gói, người ta sử dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra

xem các sản phẩm đã được dán nhãn chưa hoặc kiểm tra nhãn hiệu bao bì có

đúng với thành phần chuẩn bị được đóng gói không

 Trong công nghiệp dược phẩm, áp dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra số

lượng viên thuốc có trong vỉ thuốc

 Trong lĩnh vực điện, điện tử xử lý ảnh dùng để phát hiện sự thiếu sót các mối

hàn sau khi hàn các chân linh kiện vào board mạch

Hiện nay, camera sử dụng trong công nghiệp có nhiều loại như: Area Scan

Camera, Line Scan Camera và Network Camera

Hình 2.8 Một số camera sử dụng trong công nghiệp

 Area scan camera cung cấp chất lượng hình ảnh hàng đầu với tỷ lệ giá/hiệu

suất nổi bật Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa nhà máy và

giám sát giao thông (ITS) đến hệ thống bán lẻ, dược phẩm

 Line scan camera thích hợp cho các ứng dụng cần cả tốc độ cao và chất lượng

hình ảnh cao Loại camera này không theo dõi toàn bộ ảnh mà đánh giá ảnh

chính xác theo từng dòng Thường được sử dụng trong quá trình kiểm tra chất

lượng hàng hóa và quy trình phân loại

 Network camera thường được sử dụng để giám sát với chất lượng hình ảnh

vượt trội và hiệu suất mạnh mẽ trong môi trường ánh sáng thấp

Một hệ thống xử lý ảnh tốt không chỉ cần camera tốt mà còn cần đến một ống

kính chính xác cho ứng dụng Các tiêu chí căn cứ để lựa chọn được một ống kính

chính xác là:

 Kích thước cảm biến và vòng tròn ảnh

 Độ phân giải và kích thước pixel

 Tác động của tiêu cự và kích thước cảm biến

 Khẩu độ và các điều kiện ánh sáng

Hình 2.9 Ống kính cho camera

Ngoài ra, hệ thống xử lý ảnh cũng cần đến chất lượng ánh sáng tốt để thu được

chất lượng ảnh tốt, hình ảnh không bị nhòe, ánh sáng phân bố đều trên ảnh,… Hệ

thống chiếu sáng bao gồm nhiều loại như: Đèn vòng, đèn dạng thanh, đèn đa góc, đèn

vòm, đèn vuông, đèn nền,…

Hình 2.10 Đèn chiếu sáng

Mỗi loại được ứng dụng cho từng trường hợp khác nhau, ví dụ như:

 Đèn vòm được sử dụng cho các mục tiêu có hình dạng phức tạp do đặc tính

khuếch tán vào các góc

 Đèn đồng trục thường được sử dụng để kiểm tra các mép gờ của mục tiêu

 Đèn đa góc tùy theo cách bố trí mà có thể sử dụng như đèn vòm hoặc đèn góc

hẹp

b Một số ứng dụng của camera công nghiệp

Tận dụng thiết bị thị giác tích hợp, có thể cung cấp hiệu suất tốt hơn so với

kiểm tra trực quan con người về kích thước, hình dạng, vị trí, màu sắc và hoa văn của

mục tiêu

Ứng dụng đối với có/không có, vị trí và góc, màu sắc, vết nứt,… có thể được

giải quyết bằng cách sử dụng kiểm tra thị giác

Hình 2.11 Ứng dụng về kiểm tra có hay không có sản phẩm

Hình 2.12 Ứng dụng về kiểm tra lỗi

Hình 2.13 Ứng dụng về kiểm tra kích thước

Hình 2.14 Ứng dụng về định vị

2.4.2 Tổng quan về PLC

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic có

thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán

điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do

người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện

linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như

Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)…

Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function

Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder

logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển

bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp"

trong chương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu

ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều

khiển bằng rơ-le) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

 Gọn nhẹ, dễ 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

module mở rộng

 Giá cả có thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng, rơ-le, dây nối và các

rơ-le thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và

tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều

này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập

lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh

ghi dịch… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn Sự phát triển các máy

tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình

điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được

xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,

PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay

đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình

bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện

một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ

dây nối hay rơ-le

b Cấu trúc

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM

bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM), một bộ vi xử lý có

cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC và các module vào /ra

Bên cạnh đó, một bộ điều khiển PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị

lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có

đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị

lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào

chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ

PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết,

đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232,

RS422, RS485

c Nguyên lý hoạt động

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra

chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong

chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các

thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào

chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

d Ứng dụng PLC

 Hệ thống nâng vận chuyển

 Dây chuyền đóng gói

 Các robot lắp giáp sản phẩm

 Điều khiển bơm

 Dây chuyền xử lý hoá học

 Công nghệ sản xuất giấy

 Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

 Sản xuất xi măng

 Công nghệ chế biến thực phẩm…

2.4.3 Tổng quan về HMI

a Khái niệm

HMI là viết tắt của Human Machine Interface có nghĩa là thiết bị dùng để giao

tiếp giữa người vận hành (thiết kế) với thiết bị máy Nói đơn giản hơn, bất kỳ thiết bị

nào có khả năng hỗ trợ để máy móc giao tiếp “hiển thị” với con người thì gọi đó là

một HMI

Từ HMI được sử dụng một cách rất chung chung cho cả các màn hình cảm

ứng hoặc nút nhấn, các hệ thống SCADA hay DCS Bởi vậy, để tránh gây ra sự nhầm

lẫn chúng ta sẽ sử dụng từ HMI cho những màn hình giao diện hiển thị HMI có chức

năng cảm ứng (Touch panel) hay có các phím chức năng (Key panel) Ví dụ, màn

hình giao diện HMI của Siemens như TP700 Comfort, KTP700 Basic PN… thì những

dòng sản phẩm có chức năng tương ứng đều gọi là HMI

b Ứng dụng

Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người, đặc biệt trong công

nghiệp, nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy

Vậy ứng dụng của HMI ra sao?

Cảm ứng trên lò viba là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng

hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI, có thể nói điện

thoại cảm ứng hiện nay cũng là thiết bị HMI theo nghĩa rộng Ta có thể viết ứng dụng

trực tiếp trên điện thoại, hoặc ipad, máy tính bảng để điều khiển thiết bị công nghiệp

HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các

phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng Vỏ bọc được

phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy,

nhưng rất rộng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn

nhà máy

c Phần cứng màn hình Simatic HMI

Màn hình HMI có tính đồng nhất trong tên gọi của tất cả màn hình Siemens

hiện nay trên thị trường để người sử dung có thể biết và đọc được thông tin cơ bản

khi nhìn thấy bất kỳ một màn hình nào đó của HMI

Người dùng phải chú ý các từ khóa (key word) khi đọc thông tin của một màn

hình Simatic HMI của Siemens như:

 F = Failsafe – Màn hình có chức năng Safety nhằm đáp ứng cho những yêu

cầu hệ thống đòi hỏi phức tạp và cao cấp về mức độ an toàn của hệ thống

 Chức năng màn hình là kiểu Comfort hoặc Basic

 Màn hình đa sắc – Color hay màn hình đơn sắc – Mono

 Giao thức kết nối DP = Distributed Port hay PN = ProfiNet

Ví dụ: màn hình TP1200 Comfort là màn hình Comfort cảm ứng 12 inches,

hay màn hình KP8 là màn hình nút nhấn không có màn hình hiển thị với số lượng nút

nhấn là 8

2.4.4 Động cơ AC

a Khái niệm

Động cơ điện xoay chiều hay động cơ AC là động cơ điện được dẫn động

bằng dòng điện xoay chiều (AC) Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản,

một stator bên ngoài có các cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường

quay và một rotor bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai

Từ trường rotor có thể được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự lồi từ trở, hoặc

cuộn dây điện DC hoặc AC

b Cấu tạo cơ bản

Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor

 Stator gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một

vành tròn để tạo ra từ trường quay

 Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

c Nguyên lý hoạt động

Hai loại động cơ AC chính là động cơ cảm ứng điện từ và động cơ đồng

bộ Động cơ cảm ứng điện từ (hoặc động cơ không đồng bộ) luôn phụ thuộc vào sự

khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor được gọi là sự

trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor Kết quả là, động cơ cảm ứng

điện từ không thể tạo ra mô-men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện tượng cảm

ứng (hoặc trượt) không liên quan hoặc ngừng tồn tại Ngược lại, động cơ đồng

bộ không phụ thuộc vào cảm ứng điện từ - trượt trong hoạt động và sử dụng nam

châm vĩnh cửu, các cực từ lồi hoặc cuộn dây rotor độc lập Động cơ đồng bộ tạo ra

mô-men xoắn danh định bằng chính xác với tốc độ đồng bộ Hệ thống động cơ đồng

bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than có một cuộn dây rotor độc lập được

kích thích không phụ thuộc vào nguyên tắc cảm ứng - trượt của dòng điện Động cơ

đồng bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than là động cơ đồng bộ có thể hoạt

động bằng chính xác tần số nguồn cấp hay bằng bội số của tần số cung cấp

d Phân loại

Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 loại: động cơ điện xoay chiều 3 pha và

động cơ điện xoay chiều 1 pha

Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho

dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn Cách

bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ

điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3

Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm

cho rotor quay trên trục Chuyển động quay của rotor được trục máy truyền ra ngoài

và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không

đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha Stato

của loại động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với

mạng điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện Cách mắc như vậy làm cho

hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay Động cơ

không đồng bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các

dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…

2.4.5 Hệ thống điều khiển khí nén

Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được sử dụng rộng rãi trong công

nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống

cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực

phẩm, các khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động,

trong công nghiệp gia công cơ khí

Hình 2.16 Cấu trúc một hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:

 Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí

nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)

 Khối điều khiển: Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển

đảo chiều cơ cấu chấp hành

 Khối các thiết bị chấp hành: Xi-lanh, động cơ khí nén, giác hút

a Van điện từ

i Khái niệm

Van điện từ hay còn gọi là solenoid valve là loại van chặn đóng mở nhờ lực

của cuộn dây điện từ Van điện từ là một thiết bị thừa hành Tùy theo cấu tạo, van

điện từ có thể là van chặn (loại 1 ngả) hoặc van chuyển dòng (nhiều ngả) Van điện

từ được sử dụng trong hệ thống nước, khí nén, gas lạnh nên tên gọi của van điện từ

tương ứng với hệ thống đó như van điện từ nước, van điện từ khí nén, van điện từ hệ

thống khí nén, van điện từ hệ thống điều hòa, van điện từ tự động

Hình 2.17 Van điện từ

ii Cấu tạo cơ bản

Van điện từ là thiết bị hoạt động điện cơ, được vận hành và điều chỉnh bởi

dòng điện thông qua tác dụng lực của điện từ Van khí nén có khá nhiều loại, chính

vì vậy tùy theo tùy theo yêu cầu kỹ thuật của mỗi van như tính chất, nhiệt độ của chất

lỏng hoặc khí mà cấu tạo van điện từ cũng khác nhau

Hình 2.18 Các loại van phổ biến

iii Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của van điện từ hoạt động theo 1 nguyên

lý chung như sau: Có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi sắt và 1 lò xo nén vào lõi sắt,

trong khi đó, lõi sắt lại tỳ lên đầu 1 giăng bằng cao su Bình thường nếu không có

điện thì lò xo ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái đóng Nếu chúng ta tiếp điện, tức là

cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra, từ

trường này có lực đủ mạnh để thắng được lò xo, lúc này van mở ra Hầu hết các loại

van điện từ thường đóng (van điện từ phổ biến nhất) được hoạt động dựa vào nguyên

lý này Nguyên lý hoạt động của các van điện từ thường mở cũng hoạt động trên

nguyên lý tương tự như thế

b Xi-lanh khí nén

i Khái niệm

Xi-lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, đây là thiết bị cơ được vận hành

bằng khí nén Cụ thể, xi-lanh hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí

nén thành động năng, làm cho piston của xi-lanh chuyển động theo hướng mong

muốn, thông qua đó truyền động đến thiết bị

ii Cấu tạo cơ bản

Cấu tạo của xi-lanh khí nén gồm các thành phần như sau:

 Thân trụ (Barrel) và pít-tông (Piston)

 Trục pít-tông (Piston rod)

 Các lỗ cấp, thoát khí Cap-end port và Rod-end port

Hình 2.19 Cấu tạo xi-lanh

iii Nguyên lý chung

Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của piston và

do đó sẽ chiếm không gian trong xi-lanh Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di

chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động

iv Phân loại

Xi-lanh có rất nhiều loại khác nhau về kiểu dáng, kích cỡ Các loại được ứng

dụng nhiều là xi-lanh tác động đơn, xi-lanh tác động kép

Xi-lanh tác động đơn SAC: Sử dụng lực khí nén đưa không khí vào trong làm

cho piston xi-lanh sinh công chuyển động theo hướng ra ngoài, sau đó lùi lại bằng

lực kéo của lò xo Xi-lanh có 1 lỗ đưa khí vào và 1 lỗ thoát khí Thường xi-lanh loại

này dùng van điện từ 3 cửa 2 vị trí để điều khiển

Xi-lanh tác động kép DAC: Sử dụng khí nén đưa vào hai đầu xi-lanh đẩy piston

ra ngoài và lùi lại nên xi-lanh có 2 hành trình ra và hành trình vào dựa vào van điều

khiển xi-lanh

Mặc dù xi-lanh tác động đơn và xi-lanh tác động kép là loại bình phổ biến nhất

của xi-lanh khí nén, các loại sau đây không phải là đặc biệt hiếm:

Xi-lanh xoay: Bộ truyền động sử dụng không khí để truyền động qua

Xi-lanh trượt: Bộ truyền động sử dụng khớp nối cơ học hoặc từ để truyền đạt

lực, điển hình cho một chiếc bàn hoặc một thân khác di chuyển dọc theo chiều dài

của thân xi-lanh, nhưng không vượt quá nó

2.4.7 Cảm biến tiệm cận

a Khái niệm

Cảm biến tiệm cận viết tắt là Proximity Sensor sẽ phản ứng khi có vật ở gần

cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm

Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường

ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ) Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối

của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của

máy

b Phân loại

Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ

Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại

Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện

dung tĩnh điện Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật

Hình 2.20 Phân loại cảm biến tiệm cận

Mặc dù cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biến

hơn nhiều trong công nghiệp, ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài và giá thành

rẻ hơn cảm biến điện dung

c Nguyên lý hoạt động

Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở

đầu cảm ứng Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động

quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát

Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện

xoáy) trong vật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng

lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống, độ mạnh của từ trường

giảm đi

Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra

vật đã được phát hiện Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm

biến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi

trường Ví dụ như dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của

cảm biến

d Ứng dụng

Ngày nay, cảm biến tiệm cận có mặt trong nhiều loại hình công nghiệp và ứng

dụng Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận:

 Công nghiệp chế tạo ô tô

 Công nghiệp máy công cụ

 Công nghiệp chế biến thực phẩm

 Xe đa dụng (ví dụ: xe tải, máy nông nghiệp)

 Máy rửa xe

2.4.8 Nguồn cung cấp

a Nguồn xoay chiều

Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC – Alternating Current Nghĩa là chiều của

dòng điện trong mạch luôn luôn thay đổi theo thời gian Khác với dòng điện DC

(Direct Current), dòng chảy trong mạch chỉ theo một chiều nhất định Dòng điện đang

được sử dụng trong nhà chúng ta là AC, có điện áp hiệu dụng là 220V

Thông thường, dây điện khi kéo từ nhà máy điện đến nhà thường có 2 dây dẫn,

ở Việt Nam, ta thường gọi là dây nóng (hay dây pha) và dây nguội (hay còn gọi là

dây trung tính)

Để PLC hoạt động ta cấp nguồn 1 pha 220V trực tiếp từ nguồn điện sẵn có và

cấp cho bộ nguồn DC để nuôi toàn bộ hệ thống

b Nguồn một chiều

Dòng điện một chiều viết tắt là DC – Direct Current Hệ thống chủ yếu dùng

van điện từ và rơ-le trung gian 24V nên ta cần một bộ chuyển áp từ nguồn 1 pha 220V

xuống DC 24V

Hình 2.22 Nguồn 24VDC - 3A

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY ÉP VỈ

3.1.1 Giới thiệu về dây chuyền ép vỉ

Sau khi thuốc được sản xuất ở dạng viên, thì công đoạn đóng gói và bảo quản

là công đoạn quyết định nên sản phẩm Do đó, máy ép vỉ đóng vai trò quan trọng

trong việc tạo nên một sản phầm hoàn thiện Từ việc tạo khuôn cho vỉ thuốc, ép màn

vỉ, cắt vỉ hoàn toàn được thực hiện tự động Giám sát và điều khiển máy trên một

màn hình HMI đi kèm với máy, hệ thống được điều khiển bằng PLC

 Trạm tạo hình: Có thể thiết lập lỗ tạo hình ở phía trước/sau ở nhiệt độ 100 - 1450C

sao cho phù hợp với kích thước của viên thuốc

 Đường băng chính: Đây là nơi mà nhân viên bỏ thuốc vào vỉ

 Cảm biến định vị: Phát hiện vỉ thuốc đến

 Trạm hàn: Có chức năng chỉnh nhãn vỉ ở phía trước/sau ở nhiệt độ 160 - 2000C

 Tấm giải nhiệt: Có chức năng làm mát vỉ

 Kẹp kéo: Có chức năng chọn kích thước vỉ

 Dao cắt: Có chức năng chỉnh xác đầu số lô hoặc chỉnh dư đầu số lô

 Cuộn phế liệu: Có chức năng cuộn các phần dư mà dao cắt đã cắt bỏ

 Băng tải: Có chức năng đưa các vỉ thuốc đạt thành phẩm đến các khu vực xử lý

 Bộ phân loại vỉ lỗi sau khi vỉ được ép vỉ xong Khâu này đóng vai trò chính trong

đề tài, từ tín hiệu lỗi của bộ xử lý ảnh đưa về PLC của bộ phân loại xử lý

3.2.2 Tính toán và thiết kế cơ khí

Sau khi khảo sát dây chuyền ép vỉ ở nhà máy, đưa ra giải pháp thiết kế cơ khí

cho cơ cấu bao gồm một số yêu cầu sau:

Về vị trí bố trí

 Bộ thu thập hình ảnh đặt ở vị trí trước khâu ép màn nhôm cho vỉ

 Cơ cấu phân loại đặt ở cuối dây chuyền

Về kích thước

 Chiều cao: 835mm

 Chiều rộng: 360mm

 Băng tải rộng: 300mm

Về cơ cấu phân loại

 Gồm 4 cần gạt, mỗi cần gạt điều khiển bằng khí nén

 Hộp đựng thuốc nằm ở dưới cơ cấu gạt

Những chi tiết cơ khí của cơ cấu gổm: khung máy, chân tủ điện, thân tủ điện,

nắp tủ điện, hộp đựng thuốc, băng tải, xi-lanh, cần gạt vỉ thuốc