Nguồn cấp 110 - 220VAC Tần số 50-60 (Hz) Nguồn ra 24V Dòng ra 5A Công suất 120W
Bảng 3. 2 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 24V 5A
Hình 3. 21 Nguồn tổ ong 12V 5AThông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật Nguồn cấp 110 - 220VAC Tần số 50-60 (Hz) Nguồn ra 12V Dịng ra 5A Cơng suất 60W
Bảng 3. 3 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 12V 5A
3.3.3. Động cơ băng tải
Do sản phẩm khơng q nặng, nhóm sử dụng động cơ giảm tốc có moment xoắn 7Kg ( ước tính ) để tải sản phẩm. Hình 3. 22 Động cơ giảm tốc JGB37-3530 24V Thơng số kỹ thuật Nguồn cấp 24VDC Tốc độ quay 48 Rpm Trục đầu ra 6 mm Moment 6Kg ( ước tính ) Cân nặng 174g Đường kính trục động cơ 32.8mm Đường kính hộp số 37.1mm
Đường kính trục đầu ra 17.5mm
Bảng 3. 4 Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc
3.3.4. Xilanh khí nén
Do sản phẩm nhẹ, khơng nặng và dạng hình hộp nên nhóm sử dụng xilanh khí nén TBDA 10X70 dạng kép để đẩy sản phẩm dễ dàng hơn.
Hình 3. 23 Xilanh khí nén TBDA 10X70Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật Phương pháp tác động Tác động kép Hành trình 70 mm Độ dày 10 mm Vận tốc tối đa 200 mm/s
Áp suất tối đa 0.7 MPa
Bảng 3. 5 Thơng số kỹ thuật của xilanh khí nén TBDA 10X70
3.3.5. Cảm biến quang và cảm biến áp suất
Để nhận diện vị trí sản phẩm cũng như giúp các xilanh đẩy chính xác sản phẩm thì nhóm sử dụng cảm biến quang để nhận biết sản phẩm. Do PLC sử dụng ngõ vào sourcing (cấp dòng) và khoảng cách cần phát hiện từ cảm biến đến sản phẩm ngắn, nến nhóm lựa chọn cảm biến quang dạng NPN E3F-DS30C4.
Hình 3. 24 Cảm biến quang NPN E3F-DS30C4
Thơng số kỹ thuật
Kích thước đường kính 18 mm
Loại NPN
Khoảng cách phát hiện 60-300 mm
Điều chỉnh khoảng cách Biến trở
Bảng 3. 6 Thông số kỹ thuật của cảm biến quang NPN E3F-DS30C4
Hệ thống sử dụng máy bơm khí nén mini 12V, để đóng ngắt bơm tự động khi bình chứa đủ áp suất, do bình chứa khí nhỏ, chỉ khoảng 0.2MPa vì vậy nhóm sử dụng cảm biến áp suất PS1000-R07L
Hình 3. 25 Cảm biến áp suất PS1000-R07L
Thông số kỹ thuật
Điện áp làm việc 12-24VDC
Loại ngõ ra NPN và PNP
Áp suất hoạt động -0.1 - 0.45MPa
Điều chỉnh áp suất Biến trở
Hình 3. 26 Sơ đồ đấu chân dạng NPN và PNP [13]
3.3.6. Van solenoid 5/2
Hệ thống dùng 3 xilanh khí nén nhẹ tối đa 0.7MPa, nên nhóm sử dụng cụm van solenoid SMC SY3140-5H với ngõ vào 24V.
Hình 3. 27 Cụm van solenoid SMC SY3140-5H
Thơng số kỹ thuật
Loại Van 5/2
Xuất xứ Japan
Bảng 3. 8 Thông số kỹ thuật của cụm van solenoid
3.3.7. Camera logitech C270 và Camera Sky A870
Hệ thống sử dụng hai camera, một camera để thu nhận số sản phẩm, một camera để thu nhận barcode. Do đó để nhận diện số sản phẩm nhóm sử dụng camera logitech C270, để nhận diện mã barcode nhóm sử dụng camera của điện thoại Sky A870L.
Hình 3. 28 Camera logitech C270
Thông số kỹ thuật
Camera 3Mpx (30 FPS)
Góc quay 78 độ
Kết nối USB
Bảng 3. 9 Thơng số kỹ thuật của camera logitech C270
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 Sky A870L 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. 29 Camera điện thoại Sky A870L
Thông số kỹ thuật
Độ phân giải 640 x 480 pixels
Góc quay 78 độ
Kết nối USB
Bảng 3. 10 Thông số kỹ thuật của camera Sky A870L
3.3.8. 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, dịng lớn
Nhóm chọn loại Relay MY2N và Relay LY2N 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. 30 Relay MY2N (bên trái) và LY2N (bên phải) Omron 24VDC
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-C16.
Bảng 3. 11 Thông số cơ bản của Relay
Thông số kỹ thuật
Điện áp cuộn dây 24 VDC
Số tiếp điểm thường đóng 1
Số tiếp điểm thường hở 1
Số chân 8
Hình 3. 31 Cầu dao 2 pha MCB PS45N-C16Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật Số pha 2 Điện áp định mức 400 V Dòng cắt ngắn mạch 6KA Dòng định mức 16A
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. 32 Nút bật tắt hệ thống Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 440V Dịng 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
Bảng 3. 13 Thông số cơ bản của nút bật tắt hệ thống
Hình 3. 33 Nút dừng khẩn cấp
Thơng số kỹ thuật
Điện áp định mức 660V
Dịng 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
Bảng 3. 14 Thông số cơ bản của nút dừng khẩn cấp
Để bơm khí vào bình nén khí, do lượng khí sử dụng khơng nhiều, nên nhóm lựa chọn máy bơm khí mini 12V.
Hình 3. 34 Động cơ bơm khí
Thơng số kỹ thuật
Điện áp định mức 12V
Dịng điện hoạt động 3.8-8A
Cơng suất 80W
Bảng 3. 15 Thơng số cơ bản của động cơ bơm khí
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. 35 Đèn báo Stop (bên trái) và Start (bên phải) Thơng số kỹ thuật Điện áp 24V Dịng tải <20mA Màu Đỏ và Xanh Đường kính lỗ phi 22 mm Chiều cao 51 mm
3.4. Sơ đồ nối dây hệ thống
Sơ đồ nối dây hệ thống được vẽ trên phần mềm Autocad Electrical 2021, hiển thị bản vẽ chi tiết kết nối của thiết bị với hệ thống, nguồn, cũng như bộ xử lý PLC
Hình 3. 37 Sơ đồ ngõ vào input PLC
3.5. Lưu đồ giải thuật
Quy trình hệ thống:
- Khi nhấn Start đèn tín hiệu báo, băng tải chạy, hệ thống sẵn sàng phân loại.
- Khi có sản phẩm đặt lên băng tải, cảm biến quang nhận diện sản phẩm và băng tải dừng để camera quét số lượng sản phẩm và kiểm tra mã barcode:
+ Nếu sản phẩm đủ số lượng và đúng mã barcode, sản phẩm được di chuyển tới cuối băng tải.
+ Nếu sản phẩm đủ số lượng và sai mã barcode, sản phẩm 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 sai số lượng và đúng mã barcode, sản phẩm được di chuyển tới khi cảm biến quang 2 phát hiện sản phẩm đến thì xilanh 2 đẩy sản phẩm vào máng trượt 2.
+ Nếu sản phẩm sai số lượng và sai mã barcode, sản phẩm được di chuyển tới khi cảm biến quang 3 phát hiện sản phẩm đến thì xilanh 3 đẩy sản phẩm vào máng trượt 3.
- 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, 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
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
Chương này trình bày về mơ hình được thi cơng dựa trên kết quả của phần thiết kế hệ thống cũng như các u cầu về thực tế đối với mơ hình phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh.
4.1. Kết quả thi công phần cứng
Sau khi thi công hệ thống theo bản thiết kế, nhóm đã đạt được kết quả như hình bên dưới:
Hình 4. 1 Mơ hình hệ thống
Phần cứng thi cơng chính xác, băng tải ổn định, xilanh và cảm biến được gá chắc chắn, động cơ và việc tăng đai khá ổn định và chắc chắn.
Hình 4. 4 Mơ hình tủ điện Hình 4. 3 Mơ hình tủ điện
4.2. Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA PORTAL V15
Hình 4. 7 Chương trình trên TIA Portal V15
4.3. Chương trình nhận diện sản phẩm và mã barcode
Đối với việc nhận diện số lượng 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 số lượng sản phẩm
Đối với việc nhận diện số lượng sản phẩm, ảnh sau khi được thu nhận từ khối Vision Acquisition, ảnh sẽ được xử lý bão hồ để làm tăng chất lượng ảnh, từ đó ảnh đã xử lý được đưa vào khối Vision Assistant để xử lý.
Hình 4. 9 Mẫu template được Labview lấy để xử lý
Ảnh được lấy mẫu, sau đó khối Vision Assistant sẽ xử lý dùng phương pháp Pattern Matching để kiểm tra mẫu ảnh với ảnh thu được tại thời điểm đó một cách liên tục, và gửi tín hiệu ra Number of Matches (số hình mẫu trùng) và gửi về PLC xử lý thơng qua OPC.
Hình 4. 10 Cấu hình phương pháp nhận diện ảnh Pattern Matching
Như đã trình bày ở chương 2, phương pháp này được hiểu đơn giản là so sánh hai mẫu, để xác định vùng của ảnh xám khớp với ảnh mẫu. Pattern matching đối chiếu được với mẫu dù trong điều kiện thiếu sáng, mờ, nhiễu, mẫu di chuyển hoặc bị xoay.
Chương trình nhận diện 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 [14].
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. 11 Mã vạch EAN 13[14]
Ản 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. 12 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.
Từ việc thiết kế chương trình, ta có được giao diện điều khiển trên Labview.
Hình 4. 14 Giao diện giám sát trên Labview
4.4. Giao diện giám sát trên Webserver
Giao diện giám sát trên web được chia làm 3 page, một trang giới thiệu đề tài, một trang tổng quan về đề tài và một trang giám sát.
Hình 4. 15 Giao diện giới thiệu về đề tài
Phần giới thiệu về đề tài nói về tên đề tài, giáo viên hướng dẫn và sinh viên thực hiện đề tài, về phần tổng quan về đề tài sẽ nói sơ qua về ngun lý của mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview.
Hình 4. 17 Giao diện giám sát hệ thống
Phần giám sát hệ thống, người vận hành có thể quan sát được trạng thái hoạt động của hệ thống, cũng như hiện trạng đang phân loại của hệ thống, ngoài ra người vận hành còn xem được số lượng sản phẩm đã phân loại, và có nút reset để xố bộ đếm sản phẩm.
4.5. Cấu hình truyền thơng OPC KEPServerEX 6
Để nhận dữ liệu từ chương trình Labview cũng như truyền tín hiệu từ PLC xuống Labview ta dùng phương pháp truyền thông 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. 18 Cấu hình OPC trên Labview
Hình 4. 20 Cấu hình trên OPC KEPServerEX 6
Việc cấu hình trên OPC KEPServerEX cũng khá đơn giản, các địa chỉ được lấy từ Data Transfer trên PLC.
+ Data 1: dữ liệu mã barcode thu nhận từ Labview được gửi về PLC + Data 2: dữ liệu số lượng sản phẩm thu nhận từ Labview gửi về PLC
+ DEN DO, DEN XANH, EMERGENCY: 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 số lượng, sản phẩm sai cả 2 được đọc tín hiệu, sau đó gửi về Laview sau khi PLC xử lý phân loại lỗi sản phẩm.
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM
Chương này trình bày kết quả của việc chạy thực nghiệm, cũng như kết quả giao diện điều khiển và giám sát, từ đó đưa ra đánh giá tổng thể về hệ thống.
5.1. Kết quả giao diện điều khiển
Giao diện điều khiển hiển thị đủ chức năng điều khiển của hệ thống bao gồm: nút nhấn, trạng thái phân loại, đèn tín hiệu. Các trạng thái cũng như phân loại sản phẩm lỗi đáp ứng đúng với hệ thống thực tế.
Khi hệ thống hoạt động thì đèn báo hiệu trạng thái hoạt động ổn định.
Hình 5. 3 Giao diện điều khiển trên Labview nhận diện barcode
Hình 5. 5 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm sai số lượng
Hình 5. 7 Giao diện điều khiển phân loại sản phẩm đạt chuẩn
Giao diện giám sát dễ nhìn, màu sắc khá dịu giúp người vận hành sử dụng dễ dàng hơn. Việc hiển thị loại lỗi giúp người vận hành có thể dễ dàng nhận diện loại lỗi