Thơng số kỹ thuật
Kích thước đường kính 18 mm Điện áp làm việc 6-36VDC
Loại NPN
Khoảng cách phát hiện 60-300 mm Điều chỉnh khoảng cách Biến trở
3.4.8 Van khí nén 5/2
Hệ thống dùng 2 xilanh khí nén nhẹ tối đa 0.15 MPa, nên nhóm sử dụng cụm van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08 với ngõ vào 24V.
Hình 3.16 Van điện từ khí nén AIRTAC 4V 210-08
Bảng 3.6 Thơng số kỹ thuật van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08
Thông số kỹ thuật
Loại Van 5/2
Áp suất 0.15-0.8 MPa
Xuất xứ Đài Loan
3.4.9 Camera Webcam 1080P và Camera OPPO A73
Hệ thống sử dụng hai camera, một camera để thu nhận màu sắc sản phẩm, một camera để thu nhận barcode. Do đó để nhận diện màu sắc sản phẩm nhóm sử dụng camera Webcam 1080P, để nhận diện mã barcode nhóm sử dụng camera của điện thoại Oppo A73.
Hình 3.17 Camera Webcam 1080P
Bảng 3.7 Camera Webcam 1080P
Thông số kỹ thuật
Độ phân giải HD (1920 x 1080 pixels) Camera 3Mpx (30 FPS) Điều khiển chớp mắt 50Hz
Kết nối USB
Camera nhận diện barcode cần độ làm nét cao để việc thu nhận ảnh dễ dàng, do đó nhóm tận dụng camera có sẵn trên diện thoại Oppo A73 cũng như để tiết kiệm chi phí, sau đó sử dụng phần mềm Droid Cam Client để biến camera trên điện thoại thành camera rời phục vụ cho nhu cầu quét mã barcode của hệ thống.
Hình 3.18 Camera điện thoại Oppo A73
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của camera Oppo A73
Thông số kỹ thuật
Độ phân giải 640 x 480 pixels Camera 13Mpx (30FPS)
Góc quay 78 độ
Kết nối Wifi
3.4.10 Thiết kế băng tải
Băng tải là một cơ chế hoặc một máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi,…) hoặc trong mơ hình là các hộp sản phẩm có màu sắc khác nhau từ một điểm A đến điểm B.
Hình 3.19 Cấu tạo băng tải
Khung băng tải có nhiệm vụ nâng đỡ, gia cố, cố định băng tải và là nơi để gắn các bộ phận khác như động cơ chuyền động, dây băng tải, con lăn kéo.
Kích thước: 60×10×6
Chất liệu: Nhựa Mika
Số con lăn: 2
Số đế băng tải: 2
3.4.11 Các thiết bị hỗ trợ khác
Relay trung gian:
Để đảm bảo tính an tồn cho các thiết bị, bảo vệ bộ điều khiển, dễ dàng điều khiển và phân chia nguồn kết nối cho thiết bị, thiết bị khi gặp sự cố có thể cách ly giữa bộ điều khiển và thiết bị, nhóm sử dụng relay làm thiết bị trung gian giữa bộ điều khiển và phần thiết bị hệ thống. Các relay trung gian làm nhiệm vụ nhận tín hiệu đóng/ngắt từ bộ điều khiển. Sau đó tiến hành đóng/ngắt tiếp điểm để cấp điện hoặc ngắt điện cho thiết bị chấp hành. Relay phải đáp ứng nhanh, tiếp điểm chịu được điện áp, dòng lớn
Nhóm chọn loại Relay MY2N Omron 24VDC 2 cặp tiếp điểm (1 thường đóng và 1 thường hở, 8 chân), đảm bảo đủ số lượng tiếp điểm cần sử dụng, điện áp hoạt động phù hợp với điện áp ngõ ra bộ điều khiển.
Hình 3.21 Relay MY2NJ Omron 24VDC
Bảng 3.9 Thông số cơ bản của Relay
Thông số kỹ thuật
Điện áp cuộn dây 24 VDC Số tiếp điểm thường đóng 2 Số tiếp điểm thường hở 2
Số chân 8
MCB
Để có thể tự động cắt điện khi gặp sự cố quá tải, ngắn mạch, cũng như bảo vệ an tồn cho người và thiết bị điện. Nhóm sử dụng MCB làm thiết bị đóng cắt. Với hệ thống này, nhóm sử dụng MCB Vanlock PS45N-C20.
Hình 3.22 MCB Vanlock PS45N-C20.
Nút Start, Stop, Emergency
Để bật và tắt hệ thống sử dụng hai nút nhấn Start và Stop, khi hệ thống gặp sự cố khẩn cấp, nhóm sử dụng thiết bị LA38/203-209B làm nút bật và tắt hệ thống, PBCY090-LAY37 làm nút nhấn dừng khẩn cấp.
Hình 3.23 Nút bật tắt hệ thống
Bảng 3. 10 Thông số cơ bản của nút bật tắt hệ thống
Thông số kỹ thuật
Điện áp định mức 440V Dòng điện 10A
Chất liệu Nhựa, kim loại Nắp kính đường 22mm 22mm
Nhiệt độ làm việc -5 độ - 50 độ C Số lượng NC 1
Hình 3.24 Nút dừng khẩn cấp
Bảng 3. 11 Thông số cơ bản của nút dừng khẩn cấp
Thông số kỹ thuật
Điện áp định mức 660V Dòng điện 10A
Chất liệu Nhựa, kim loại Nắp kính đường 22mm 22mm Kích thước 37x30x72 mm 37 x 30 x 72 mm
Số lượng NC 1 Số lượng NO 1
Đèn Start, Stop:
Để báo hiệu cho người dùng trạng thái của hệ thống, nhom sử dụng đèn Start, Stop nguồn 24V AD16-22DS
Hình 3.25 Đèn báo Stop (bên trái) và Start (bên phải)
Bảng 3.12 Thông số cơ bản đèn Stop, Start
Thông số kỹ thuật Điện áp 24V Dòng tải <20mA Màu Đỏ và Xanh Đường kính lỗ phi 22 mm Chiều cao 51 mm
3.5 Sơ đồ nối dây của hệ thống
Sơ đồ nối dây hệ thống được vẽ trên phần mềm Autocad 2020, hiển thị bản vẽ chi tiết kết nối của thiết bị với hệ thống, nguồn, cũng như bộ xử lý PLC
Hình 3.27 Sơ đồ ngõ vào Input PLC
Hình 3.29 Sơ đồ nối từ tiếp điểm Relay đến thiết bị
3.6 Giản đồ thời gian
3.7 Lưu đồ giải thuật
Hình 3.31 Lưu đồ giải thuật
Hình 3.33 Lưu đồ thuật tốn chương trình con E_STOP
Quy trình hệ thống:
Khi nhấn Start đèn tín hiệu báo đèn xanh, băng tải chạy, hệ thống sẵn sàng phân loại.
Khi có sản phẩm băng tải, cảm biến quang nhận diện sản phẩm và băng tải dừng để camera quét màu sắc sản phẩm và kiểm tra mã barcode:
- + Nếu sản phẩm đúng màu sắc và đúng mã barcode, sản phẩm đạt chuẩn được di chuyển tới cuối băng tải.
- + Nếu sản phẩm đúng màu sắc và sai mã barcode, sản phẩm sai barcode sẽ được di chuyển tới khi cảm biến quang 1 phát hiện sản phẩm đến thì xilanh 1 đẩy sản phẩm vào máng trượt 1.
- + Nếu sản phẩm màu sắc và đúng mã barcode, sản phẩm sai màu sắc sẽ được di chuyển tới khi cảm biến quang 2 phát hiện sản phẩm đến thì xilanh 2 đẩy sản phẩm vào máng trượt 2.
Mỗi khi có một loại sản phẩm được phân loại thì counter loại đó sẽ được đếm lên.
Khi nhấn Stop, đèn tín hiệu báo đèn đỏ, băng tải dừng, hệ thống tắt.
Trong quá trình hoạt động, việc phân loại chỉ được thực hiện tiếp khi sản phẩm trước đó đã được phân loại, khi gặp sự cố khẩn cấp nhấn Emergency (nút nhấn khẩn cấp) thì hệ thống dừng, băng tải dừng, đèn đỏ nhấp nháy, khi tắt Emergency thì hệ thống trạng thái sẵn sàng chờ tín hiệu Start.
3.7 Kết luận chương
Qua chương này chúng ta tìm hiểu và nắm rõ được những thiết bị liên quan đến đề tài. Việc phân loại và lựa chọn thiết bị, thiết kế mạch kết nối ngõ vào PLC với các ngõ vào tác động, ngõ ra PLC với relay kết nối với các ngõ ra tác động, sơ đồ nối dây, lưu đồ giải thuật và quy trình hệ thống. Từ các giản đồ này hệ thống đã được lập trình và hồn thiện.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
4.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal của Siemens 4.1.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal V15.1 [10] 4.1.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal V15.1 [10]
Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal): là phần mềm cung cấp một môi trường thân thiện với người dùng, từ lập trình hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụng điều khiển.
Hình 4.1 : Phần mềm TIA PORTAL V15.1
Phần mềm lập trình TIA Portal V15.1 giúp người dùng dễ dàng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách thuận tiện, giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng biệt, gây khó khăn và dễ gặp lỗi.
TIA Portal là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, cùng một cơ sở dữ liệu chung. Từ đó tạo nên tính thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho các ứng dụng. Tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA Portal. Việc này giúp giảm thời gian trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này.
4.1.2 Giao diện phần mềm TIA Portal V15.1
Hình 4.2: Giao diện chương trình chính TIA Portal.
4.2 Tổng quan về phần mềm WinCC và thiết kế giao diện hệ thống 4.2.1 Tổng quan về phần mềm WinCC 4.2.1 Tổng quan về phần mềm WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để
giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình hoạt động của hệ thống, quy trình sản xuất, là một phần mềm chuyên dụng dùng để thiết kế các giao diện giao tiếp giữa người và máy HMI (Human Machine Interface) lưu trữ và xử lý dữ liệu trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition).
Chức năng chính của WinCC là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Người sử dụng WinCC có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Mitsubishi, Omron, Siemens …thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
WinCC được sử dụng để mô phỏng lại các sự kiện diễn ra trong quá trình điều khiển một hệ thống dưới dạng chuổi sự kiện, cho phép người dùng vận hành và điều khiển giám sát tình trạng của hệ thống, thu thập số liệu, thực hiện các thao tác điều khiển thông qua giao diện HMI.
WinCC có 4 phiên bản chính là: Menu chính Thanh cơng cụ Nhóm lệnh CTC chương trình con Soạn thảo CT
Wincc Basic để thiết lập cho màn hình HMI cơ bản, đính kèm với trong mỗi phần mềm STEP 7 Basic and STEP 7 Professional.
Wincc Comfort để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI (Bao gồm Comfort HMI và điện thoại di động).
Wincc Advanced để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính với phần mềm hiển thị Wincc Runtime Advanced.
Wincc Professional để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính trong có có cả hệ thống SCADA. Wincc Runtime Proffesional là hệ thống SCADA được sử dụng để thiết lập cả hệ thống 1 trạm điều khiển và nhiều trạm điều khiển
4.2.2 Thiết kế giao diện hệ thống
Kết nối PLC với WinCC
- Bước 1: Chọn Devices & networks
- Bước 2: Tại Device view, chọn PROFINET/Ethernet và click đúp chuột vào IE general
- Bước 3: Chọn Network view, kéo từ PLC sang WinCC. Sau đó chọn Connections
- Kết quả :
Tạo giao diện cho hệ thống
- Bước 1: Chọn PC-System, chọn HMI_RT. Tại Screens, chọn Add new screen để tạo 1 giao diện HMI
Gắn HMI Tag cho hệ thống
- Bước 1: Chọn đối tượng cần gắn Tags. Click chuột phải chọn Properties
- Bước 2 : Chọn General. Tại mục Process, ở Tag, chọn Specifies the tag. Rồi tiến hành gắn địa chỉ cho đối tượng đó
4.3 Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA PORTAL V15.1
Hình 4.3 Chương trình điều khiển trên TIA Portal V15.1
Hình 4.4 Các biến tag trong TIA Portal V15.1
4.4 Chương trình nhận diện sản phẩm và mã barcode
Đối với việc nhận diện màu sắc sản phẩm hoặc mã barcode, nhóm đều sử dụng hai khối chức năng Vision Acquisition và Vision Assistant
+ Vision Acquisition: Khối này sẽ thu nhận hình ảnh từ camera, tiền xử lý và đưa ảnh ra Image Out để xuất ra ngoài xử lý.
+ Vision Assistant: Khối này sẽ xử lý hình ảnh được thu vào, khối này là khối chức năng.
Chương trình nhận diện màu sắc sản phẩm
Đối với việc nhận diện màu sắc sản phẩm, ảnh sau khi được thu nhận từ khối Vision Acquisition, ảnh sẽ được xử lý bão hoà để làm tăng chất lượng ảnh, từ đó ảnh đã xử lý được đưa vào khối Vision Assistant để xử lý.
Hình 4.5 Giao diện cài đặt xử lý màu sắc
Ảnh được lấy mẫu, sau đó khối Vision Assistant sẽ xử lý dùng phương pháp Color Matching để kiểm tra mẫu ảnh với ảnh thu được tại thời điểm đó một cách liên tục, và gửi tín hiệu ra Match Score (số hình mẫu trùng) và gửi về PLC xử lý thơng qua OPC.
Hình 4.6 Cấu hình phương pháp nhận diện ảnh Color Matching
Như đã trình bày ở chương 2, phương pháp này được hiểu đơn giản là so sánh hai mẫu, để xác định số hình mẫu trùng khớp với ảnh mẫu. Color Matching đối chiếu được với mẫu dù trong điều kiện thiếu sáng, mờ, nhiễu, mẫu di chuyển hoặc bị xoay.
Chương trình nhận diện mã Barcode
Mã vạch EAN / UPC được sử dụng nhiều hơn bất kỳ mã vạch khác. Đây là mã vạch “ban đầu”, được tạo ra từ năm 1973. Kể từ khi kẹo cao su đầu tiên của Wrigley được quét, mã vạch GS1 mang tính biểu tượng đã được sử dụng để xác định hàng triệu mặt hàng thương mại (sản phẩm và dịch vụ) kể từ đó [11].
Chúng có thể đọc được các máy quét bằng tay phải hoặc ngược lại - làm cho chúng một mã vạch nhanh và hiệu quả cho các tình huống quét bằng khối lượng lớn như các siêu thị.
Hình 4.7 Mã vạch EAN 13
Ảnh thu nhận được có chứa mã barcode sẽ được đưa vào khối Vision Assistant để xử lý, kiểm tra mã barcode và đưa tín hiệu mã ra ngồi và gửi về PLC thơng qua OPC.
Hình 4.8 Cấu hình phương pháp nhận diện mã barcode
Vì mã barcode được sử dụng trong mơ hình là loại mã EAN 13 nên cấu hình cụ thể một loại mã EAN 13 trong Barcode Reader Setup.
Hình 4.9 Chương trình nhận diện màu sắc sản phẩm và mã vạch
Từ việc thiết kế chương trình, ta có được giao diện điều khiển trên Labview
4.4 Cấu hình truyền thơng OPC KEPServerFX 6
Để nhận dữ liệu từ chương trình Labview cũng như truyền tín hiệu từ PLC xuống Labview ta dùng phương pháp truyền thơng OPC. Ta cần cấu hình OPC trên Labview và thiết lập data trên OPC KEPServerEX. Từ đó việc truyền thơng giữa PLC và Labview được kết nối.
Hình 4.12 Data Block trên PLC
Việc cấu hình trên OPC KEPServerEX cũng khá đơn giản, các địa chỉ được lấy từ Data Block trên PLC.
+ Data 1: dữ liệu mã barcode thu nhận từ Labview được gửi về PLC
+ Data 2: dữ liệu nhận diện màu sắc sản phẩm (giá trị Match Score) thu nhận từ Labview gửi về PLC
+ DEN DO, DEN XANH: dữ liệu được đọc từ trạng thái của đèn báo hiệu trên PLC để truyền tới Labview hiển thị.
+ Các trạng thái lỗi sản phẩm gồm sản phẩm sai barcode, sản phẩm sai màu sắc, được đọc tín hiệu, sau đó gửi về Laview sau khi PLC xử lý phân loại lỗi sản phẩm.
4.5 Kết luận chương
Chương này trình bày về việc lập trình chương trình trên phần mềm, thiết kế giao diện giám sát trên WinCC và HMI của labview được xây dựng dựa trên kết quả của phần thiết kế hệ thống cũng như các yêu cầu về thực tế đối với mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh.
CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ MÔ HÌNH , CHẠY THỰC NGHIỆM
Chương này trình bày về kết quả, chạy thực nghiệm mơ hình thi cơng dựa trên kết quả của phần thiết kế hệ thống cũng như các yêu cầu về thực tế đối với mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh.
5.1 Kết quả thi công phần cứng.
Dựa vào hoạt động của quy trình hệ thống, nhóm đã thiết kế, thi công phần cứng đạt được kết quả như hình bên dưới:
Hình 5.1 Mơ hình hệ thống
Phần cứng thi cơng chính xác, băng tải ổn định, xi lanh, camera và cảm biến được