HÌNH 4 .9 Van điện từ 5/2
HÌNH 4. 12 Relay trung gian 24V/14 chân
4.2.2.7 Động cơ DC kéo băng tải
Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu tải trọng lớn nên khơng cần động cơ có cơng suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng tải như là :
- Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Khơng địi hỏi độ chính xác, tải trọng băng tải nhẹ. - Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ 1 chiều có cơng suất nhỏ, khoảng 20 – 40W, điện áp vào là 12 - 24 V.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp sử dụng: 24VDC - Kích thước: 77 x 32 x 21.5mm - Dịng khơng tải: 100mA
- Dòng chịu đựng tối đa khi có tải: 1.2A - Tốc độ quay khơng tải: 57RPM (vịng/phút) - Lực kéo Moment định mức: 2 KG.CM - Lực léo Moment tối đa: 3 KG.CM
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
59 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 4. 13: Động cơ kéo băng tải 24VDC
4.2.2.8 Khối nguồn
Nguồn Tổ Ong 24V 5A hay còn gọi là bộ nguồn một chiều được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 220VAC thành nguồn một chiều 12VDC để cung cấp cho các thiết bị hoạt động.
Nguồn tổ ong được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và dân dụng. Trong công nghiệp chúng thường được sử dụng để cấp nguồn cho một số thiết bị của tủ điện,…
Hình 4. 14: Nguồn tổ ong
Thơng số kỹ thuật:
• Điện áp đầu vào: 100VAC ~ 250VAC • Tần số hoạt động: 47 ~ 63HZ
• Cơng suất: 60W
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
60 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân • Điện áp đầu ra: 24V
• Dịng điện tối đa: 5A • Điện áp điều chỉnh: ± 10% • Hiệu suất ≥ 85%
• Điều chỉnh điện áp ( Đầy tải ) ≤ 0.3%
• Bảo vệ quá tải 105% —- 150% công suất định mức , phục hồi tự động • Chức năng bảo vệ ngắn mạch tự động
• Bảo vệ quá áp 105% —- 150% điện áp định mức • Nhiệt độ làm việc: -20 ℃ ~ 60 ℃
• Nhiệt độ bảo quản -40 ℃ ~ 85 ℃ • Kích thước: 110 * 78 * H36 (mm)
4.2.2.9 Camera
Camera là loại thiết bị ghi hình kỹ thuật số được kết nối với máy tính để truyền trực tiếp hình ảnh mà nó ghi được đến một máy tính khác hoặc truyền lên một website nào đó thơng qua internet.
Trong đề tài này, Camera được kết nối với Raspberry để chụp ảnh rồi gửi tín hiệu về Raspberry xử lý ảnh.
Hình 4. 15: Camera full HD 1080p
Thông số kỹ thuật:
Loại cảm biến CMOS
Tỷ lệ khung hình 30FPS
Kiểm soát âm thanh 50Hz
Phạm vi lấy nét 80cm
Độ phân giải 1920x1080P
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
61 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Loại giao diện USB2.0
Microphone Micro tích hợp sẵn
Kích thước 7 x5 x 4.4cm
Khối lượng 300g
4.2.3 Sơ đồ đấu nối
4.2.3.1 Sơ đồ đấu nối
Hình 4. 16: Sơ đồ đấu nối
Mơ hình sử dụng đầu vào của PLC từ chân I0.0 đến I1.3, đầu ra Output sử dụng Q0.0 đến Q0.6.
PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC sử dụng nguồn nuôi 220VAC, sử dụng một nguồn tổ ong 24VDC để cung cấp nguồn cho các cơ cấu chấp hành, các cảm biến
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
62 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 4. 17: Sơ đồ đấu nối van điện từ đến xilanh
4.2.3.2 Sơ đồ đấu nối tủ điện
a) Sơ đồ đấu nối mặt tủ điện
Hình 4. 18: Mặt ngồi tủ điện Mặt ngoài tủ điện gồm:
- 3 Đèn báo :Auto, Manual, E-Stop - Nút Start, Stop, E-Stop
- Switch để chọn chế độ
- Nút nhấn để điều khiển bằng tay: Băng tải, Xilanh 1 (Trịn), Xilanh 2 (Vng), Xilanh 3 (Tam giác), Xilanh 4 (Chữ nhật)
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
63 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân b) Sơ đồ đấu nối bên trong tủ điện
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
64 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 4. 19: Bên trong tủ điện
Bên trong tủ điện gồm có:
1 MCB 1 pha
1 PLC S7 – 1200
1 Nguồn tổ ong
4 Relay trung gian
1 Domino
1 Raspberry
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
65 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 4. 20: Hình ảnh sau khi đấu xong tủ điện
Dây nguồn 220V/AC đưa vào MCB, từ MCB cấp nguồn 220V vào nguồn tổ ong. Nguồn tổ ong đưa ra điện áp 24VDC cấp nguồn cho các tiếp điểm relay và các cơ cấu chấp hành bao gồm băng tải, các van điện từ, cảm biến, nút nhấn và các đèn báo trên mặt tủ điện.
4.3 Thi cơng mơ hình hệ thống
Hình 4. 21: Mơ hình phân loại sản phẩm theo hình dạng
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
66 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG
5.1 Bảng phân công đầu vào, đầu ra
Bảng 5. 1: Bảng phân công địa chỉ đầu vào ra của hệ thống Địa chỉ Địa chỉ
Input Chức năng trong mơ hình Địa chỉ
Output Chức năng trong mơ hình I0.0 Nút Switch chuyển 2 chế độ Q0.0 Đèn Auto.
I0.1 Nút Start Q0.1 Đèn Manual.
I0.2 Nút Stop. Q0.2 Đèn E - Stop.
I0.3 Nút E-stop. Q0.3 Băng tải.
I0.4 Cảm biến vật loại 1. Q0.4 Xy lanh 1. I0.5 Cảm biến vật loại 2. Q0.5 Xy lanh 2. I0.6 Cảm biến vật loại 3. Q0.6 Xy lanh 3. I1.0 Nút nhất băng tải.
I1.1 Nút nhấn xy lanh 1. I1.2 Nút nhấn xy lanh 2. I1.3 Nút nhấn xy lanh 3.
5.2 Giản đồ thời gian
Hình 5. 1: Giản đồ thời gian chương trình chính
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
67 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Ở chương trình chính này, khi cấp nguồn mặc định đèn Manual sẽ sáng nên nó sẽ ở mức 1, chạy chương trình ở chế độ Manual. Khi ta bật nút Switch (Mode) thì đèn Auto sáng, đèn Manual sẽ tắt, chạy chương trình ở chế độ Auto tương ứng hiện thị mức 1 và mức 0 trên giãn đồ.Trường hợp gặp sự cố, nhấn nút E – Stop, thì đèn E – Stop sáng nhấp nháy chu kì 1s. Dừng tồn bộ hệ thống
Hình 5. 2: Giản đồ thời gian chế độ Manual
Ở chế độ Manual, đèn Manual sáng. Nhóm chọn nút nhấn là loại nút nhấn nhả nên sẽ lập trình khác so với nút nhấn giữ. Khi nhấn nút băng tải (mức 1) băng tải hoạt động (mức 1) ta nhấn thêm 1 lần nữa thì băng tải sẽ dừng (mức 0). Tương tự như 3 xilanh còn lại
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
68 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 5. 3: Giản đồ thời gian chế độ Auto
Ở chế độ Auto, đèn Auto sáng (mức 1). Nhấn nút Start thì bằng tải hoạt động (mức 1). Nhấn nút Stop thì băng tải dừng (mức 0). Khi PLC nhận được tín hiệu loại 1, cảm biến 1 phát hiện vật, đồng thời xilanh sẽ tác động (mức 1). Sau 2s thì xilanh 1 thu về (mức 0). Tương tự như loại 2, loại 4. Đối với sản phẩm loại 4 thì sau khi xử lý ảnh, nó sẽ chạy thẳng xuống thùng chứa sản phẩm.
5.3 Lưu đồ thuật toán
Chương trình chính của hệ thống :
Hình 5. 4: Chương trình chính của hệ thống
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
69 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Mơ tả thuật tốn chương trình chính: Bắt đầu. Kiểm tra nút E – Stop, nếu E – Stop = 1 là Đúng thì đèn E – Stop sáng, dừng toàn bộ hệ thống. Nếu nút E – Stop là Sai (có nghĩa là khơng tác động) thì tiến hành kiểm tra nút chọn chế độ Auto. Nếu Auto = 1 là Đúng thì chạy chương trình auto, cịn nếu Sai thì mặc định đó là chương trình Manual. Mơ hình sẽ hoạt động một cách tuần hồn.
Chế độ bằng tay (Manual) :
Hình 5. 5: Chế độ Manual
Mơ tả thuật tốn chương trình ở chế độ Manual: Kiểm tra nút nhấn chạy thiết bị bằng tay, nếu Đúng thì chạy thiết bị, nếu sai thì tiến hành kiểm tra nút dừng thiết bị. Nếu nút nhấn dừng thiết bị là Đúng thì dừng thiết bị, nếu Sai thì quay về vị trí ban đầu.
Chế độ tự động (Auto) :
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
70 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hồng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Hình 5. 6: Chế độ Auto
Mơ tả thuật tốn chương trình ở chế độ Auto: Kiểm tra nút nhấn Start, nếu Đúng thì kiểm tra nút Stop, nếu sai thì quay trở về vị trí ban đầu. Nếu nút nhấn Stop là Đúng thì dừng băng tải, nếu Sai thì băng tải hoạt động, chạy chương trình xử lý ảnh. Sau đó kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Trịn, nếu Đúng thì xilanh 1 tác động, nếu sai kiểm tra
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
71 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
tín hiệu sản phẩm hình Vng. Xilanh 1 tác động sau 2s, nếu Đúng thì xilanh 1 thu lại, tăng bộ đếm sản phẩm lên 1 đơn vị, hiện thị lên màn hình, nếu Sai thì ngược lại. Nếu sản phẩm hình Vng là Đúng thì xilanh 2 tác động, nếu sai kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Tam giác. Xilanh 2 tác động sau 2s, nếu Đúng thì xilanh 2 thu lại, tăng bộ đếm sản phẩm lên 1 đơn vị, hiện thị lên màn hình, nếu Sai thì ngược lại. Nếu sản phẩm hình Tam giác là Đúng thì xilanh 3 tác động, nếu sai kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Chữ nhật. Xilanh 3 tác động sau 2s, nếu Đúng thì xilanh 3 thu lại, tăng bộ đếm sản phẩm lên 1 đơn vị, hiện thị lên màn hình, nếu Sai thì ngược lại. Nếu sản phẩm hình Chữ nhật là Đúng thì tăng bộ đếm sản phẩm lên 1 đơn vị, hiện thị lên màn hình, nếu Sai thì quay trở về kiểm tra tín hiệu sản phẩm.
Lưu đồ xử lý ảnh :
Hình 5. 7: Xử lý ảnh
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
72 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Mơ tả thuật tốn chương trình xử lý ảnh: Raspberry sẽ đọc ảnh từ camera sau đó cắt khung ảnh để loại bớt những ảnh không cần thiết để xử lý. Tiếp đến sẽ chuyển khung ảnh về màu xám cùng một màu pixel, để việc biến đổi ảnh màu xám về ảnh nhị phân (ảnh trắng đen) không bị nhiễu và xác định được ảnh màu trắng là ảnh cần xử lý. Sau khi biến đổi ảnh xong sẽ tìm điểm ảnh, là việc lưu trữ điểm ảnh trên ảnh màu trắng để xử lý ảnh, đồng thời vẽ viền lên ảnh để nhận diện được cạnh của ảnh. Những phần chính là tiền xử lý ảnh, là cơng đoạn xử lý ảnh cần thiết để lọc nhiễu và xác định được ảnh cần xử lý. Tiếp đến, kiểm tra sản phẩm có đi vòng trong vùng điều kiện xử lý, nếu đã vào trong vùng điều kiện xử lý ảnh thì sẽ bắt đầu xác định cạnh của ảnh, nếu không trong vùng điều kiện xử lý ảnh thì sẽ chưa xử lý ảnh . Từ đó, xác định số cạnh nếu số cạnh là 4 hoặc 5 hoặc 6 thì sẽ tính tốn vùng ảnh. Sau khi tính tốn xong đầu tiên sẽ kiểm tra điều kiện tam giác trước, nếu kết quả thoả điều khiện vùng ảnh bé hơn 0.7 sẽ xuất tín hiệu là tam giác, nếu khơng thì sẽ tiếp tục xét đến hình vng, nếu thoả điều khiện lớn hơn 0,7 và hiệu 2 cạnh bé hơn 65 và lớn hơn -35 thì xuất tín hiệu hình vng và nếu khơng thoả các điều kiện trên thì xuất tín hiệu hình chữ nhật. Tiếp đến, kiểm tra cạnh của ảnh là 3 thì sẽ xuất ra hình tam giác. Và cuối cùng, nếu số cạnh của ảnh lớn hơn 8 và bé hơn 16 xuất tín hiệu chữ nhật, nếu khơng thoả bất cứ đều kiện nào thì sẽ không xử lý và quay trở lại kiểm tra cạnh của ảnh.
5.4 Giới thiệu về giao diện hệ thống điều khiển và giám sát
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition) là một hệ thống đang dần trở nên phổ biến trong các khu xí nghiệp, các nhà máy với dây chuyền sản xuất liên tục… với nhiệm vụ chính là giám sát và thu thập dữ liệu.
Hệ thống gồm phần cứng và phần mềm với những ứng dụng:
Thu thập, xử lý số liệu, dữ liệu và giám sát quá trình hoạt động ở thời gian thực.
Thông qua giao diện Người và Máy (HMI – Human Machine Interface), người giám sát có thể tác động trực tiếp ở đầu vào và đầu ra như các cảm biến, băng tải,…
Ghi lại sự kiện vào file nhật ký hoặc CSDL.
Giám sát hoạt động từ xa.
Ưu điểm của SCADA với một dây chuyền sản xuất:
Nâng cao chất lượng thành phẩm: giảm thiểu sai sót trong q trình vận hành sản xuất, khơng để sản phầm bị lỗi.
Nâng cao năng suất: có thể hoạt động liên tục, nhờ thu thập dữ liệu, từ đó có thể cải thiện năng suất hiện tại và nâng cao kỹ thuật
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC
73 SVTH: Bùi Anh Dũng
Phạm Lê Bảo Hoàng
Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân
Giảm bớt chi phí nhân sự và bảo trì: có thể giảm bớt nhân cơng và nhân sự ở khu vực giám sát và vận hành vì có thể giám sát và vận hành từ xa.
5.5 Thành phần chính của hệ thống SCADA
Gồm có 4 thành phần chính trong một hệ thống điều khiển và giám sát cơ bản: Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server).
Giao diện người – máy HMI (Human Machine Interface): là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành