HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
5.1 . Bảng phân công đầu vào, đầu ra
Bảng 5.1 Bảng phân công vào ra
Địa chỉ Input Chức năng trong mô hình Địa chỉ
Output Chức năng trong mô hình
I0.0 Switch chuyển 2 chế độ Q0.0 Đèn Auto
I0.1 Nút Start Q0.1 Đèn Manual
I0.2 Nút Stop Q0.2 Đèn Start
I0.3 Cảm biến vật tròn Q0.3 Đèn Stop
I0.4 Cảm biến vật vuông Q0.4 Băng tải
I0.5 Cảm biến vật tam giác Q0.5 Xy lanh 1
I0.6 Switch băng tải Q0.6 Xy lanh 2
I0.7 Switch xy lanh 1 Q0.7 Xy lanh 3
I1.0 Switch xy lanh 2 I1.1 Switch xy lanh 3
5.2 . Giản đồ thời gian
Hình 5.1 Giản đồ thời gian chương trình chính
Hình 5.2 Giản đồ thời gian chế độ Manual
Hình 5.3 Giản đồ thời gian chế độ Auto
5.3 . Lưu đồ thuật toán
5.3.1 . Chương trình chính
Hình 5.4 Chương trình chính
Mô tả thuật toán chương trình chính: Khi bắt đầu kiểm tra nút Sw_Auto = 1 nếu đúng thì đèn auto sáng và tiến hành chạy chương trình Auto, ngược lại nếu sai thì đèn manual sáng và chạy chương trình Manual.
5.3.2 . Chương trình Manual
Hình 5.5 Chương trình Manual
Mô tả thuật toán chương trình Manual: Kiểm tra nút switch các thiết bị =1, nếu Đúng thì chạy thiết bị, nếu sai thì dừng thiết bị, cụ thể:
- Switch XL1 : điều khiển đóng mở xi lanh 1.
- Switch XL2 : điều khiển đóng mở xi lanh 2.
- Switch XL3 : điều khiển đóng mở xi lanh 3.
- Switch băng tải : điều khiển chạy, dừng băng tải.
5.3.3 . Chương trình Auto
Hình 5.6 Chương trình Auto
Mô tả thuật toán chương trình Auto: Kiểm tra nút nhấn Start=1, nếu sai thì quay trở về vị trí ban đầu, nếu đúng thì kiểm tra nút nhấn Stop=1, nếu đúng thì bật đèn stop, dừng hệ thống và trở lại chương trình chính, nếu sai thì bật đèn xanh, chạy băng tải và tiến hành thực hiện chương trình con để xử lý ảnh. Sau đó dự vào đặc điểm của sản phẩm thì xuất tín hiệu kiểm tra các sản phẩm để phân loại. Lúc này kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Tròn, nếu Đúng thì xilanh 1 tác động sau 1s xilanh 1 thu lại đếm sản phẩm tròn lên 1 đv, nếu sai kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Vuông. Nếu sản phẩm hình Vuông là Đúng thì xilanh 2 tác động sau 1s xilanh 2 thu lại đếm sản phẩm vuông lên 1 đv, nếu
sai kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Tam giác. Nếu sản phẩm hình Tam giác là Đúng thì xilanh 3 tác động sau 1s xilanh 3 thu lại đếm sản phẩm tam giác lên 1 đv, nếu sai kiểm tra tín hiệu sản phẩm hình Chữ nhật. Nếu Sai thì quay trở về kiểm tra tín hiệu sản phẩm, nếu sản phẩm hình Chữ nhật là Đúng thì sẽ chạy đến cuối băng tải và tăng bộ đếm sản phẩm chữ nhật lên 1 đơn vị và tất cả các sản phẩm đều được hiển hình lên màn hình giám sát WinCC.
5.3.4 . Chương trình con xử lý ảnh
Hình 5.7 Chương trình xử lý ảnh
Mô tả thuật toán chương trình con (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, sau đó biến đổi ảnh màu xám về ảnh nhị phân (ảnh trắng đen) để khửa nhiễu và xác định được ảnh màu trắng là
nhận diện được cạnh của ảnh. Những phần này chính là tiền xử lý ảnh, là công 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 vào trong vùng điều kiện xử lý hay không, 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 toán vùng ảnh. Sau khi tính toán xong đầu tiên sẽ kiểm tra điều kiện tam giác trước, nếu kết quả thoả điều khiện vùng ảnh bé hơn 0,62 sẽ xuất tín hiệu là tam giác, nếu không thì sẽ tiếp tục xét đến hình vuông, nếu thoả điều khiện lớn hơn 0,6 và hiệu 2 cạnh nằm trong khoảng từ -25 đến 0 thì xuất tín hiệu hình vuông và nếu thoả điều kiện vùng ảnh area lớn hơn 23000 và hiệu 2 cạnh nằm trong khoảng từ trừ -100 đến 0 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 10 và bé hơn 13 xuất tín hiệu hình tròn, nếu không 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 quá trình vận hành sản xuất, không 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
- Giảm bớt chi phí nhân sự, bảo trì và giám sát: có thể giảm bớt nhân công ở khu vực giám sát và vận hành vì có thể giám sát và vận hành từ xa qua.
5.5 . Thiết kế giao diện
5.5.1 . Tạo giao diện cho hệ thống
Đầu tiên vào phần Device configuration để kết nối PLC với WinCC RT Advanced.
Hình 5.8 Kết nối PLC với WinCC RT Advanced Sau khi tạo kết nối mình tiếp tục vào thiết kết HMI. Chọn phần Screens:
Hình 5.9 Chọn Screen để tạo HMI Sau đó nhấn Add new screen mình tạo chương trình mới:
Hình 5.10 Add new screen để tạo giao diện Sau khi hoàn thành mình sẽ có được giao diện như hình:
Hình 5.11 Giao diện thiết lập WinCC
Ở Toolbox ở góc phải màn hình, ta sử dụng của Options để tạo ra giao diện mong muốn
• Basic Objects : Gồm các hình khối là đối tượng cơ bản, dùng để cấu thành hình dạng đồ vật.
Hình 5.12 Khối Basic objects
• Elements : gồm các đối tượng cảm biến, cơ cấu chấp hành dùng để mô phỏng như động cơ, băng tải, …
Hình 5.13 Khối Elements
• Controls : gồm các biểu đồ hiện thị thông thống.
Hình 5.14 Khối Controls
5.5.2 . Gắn HMI tags cho hệ thống
Sau khi hoàn thành phần thiết kế tiếp tục với phần gắn Tag cho từng cơ cấu chấp hành, cảm biến trong mô phỏng. Các Tag có nhiệm vụ đồng bộ hóa các dữ liệu giữa thiết bị PLC và các thành phần điều khiển trong WinCC.
Trong tab PC station [SIMATIC PC station] -> chọn HMI_RT_1 [Wincc RT Professional] -> chọn HMI tags. Trong HMI tags, gồm có:
- Name: tên cho các thiết bị phần cứng.
- Tag table: chọn bảng lưu cho từng tag.
- Data type: chọn kiểu dữ liệu cho từng tag (bool, int, dword, read,…).
- Connection: chọn đường liên kết giữa từng tag hmi với plc.
- PLC name: chọn PLC để tag HMI liên kết.
- PLC Tags: chọn từng tag PLC liên kết với từng tag HMI - Address: chọn địa chỉ cho từng tag.
- Access mode: chọn chế độ truy cập.
- Logged/ Synchronization: chọn ghi nhật ký/ chọn đồng bộ hóa.
- Source comment: nguồn bình luận.
- Comment: mô tả cho từng tag.
Hình 5.15 Gắn Tags HMI cho hệ thống
5.5.3 . Hiệu chỉnh giao diện
Để hiệu chỉnh cơ cấu mô phỏng, thông số cho cơ cấu phù hợp với từng chức năng của mô phỏng, kích vào cơ cấu cần hình chỉnh, gồm 3 tab mà ta có thể hiệu chỉnh:
• Properties : hiệu chỉnh các thông số của cơ cấu.
Hình 5.16 Thanh hiệu chỉnh Properties
• Animations : hiệu chỉnh sự chuyển động của vật (movements), cơ cấu trong mô phỏng (display), thay đổi tag connections giữa HMI và PLC.
Hình 5.17 Thanh hiệu chỉnh Animations
• Events : dùng để điều khiển cơ cấu chấp hành thông qua các sự kiện như bật tắt, chuyển đổi chế độ,…
Hình 5.18 Thanh hiệu chỉnh Events Sau khi hiệu chỉnh, ta được giao diện HMI như sau:
Hình 5.19 Giao diện giám sát WinCC của hệ thống
5.6 . Đọc và ghi dữ liệu
Đây là bước quan trọng trong việc đọc và ghi dữ liệu từ Raspberry đến PLC S7 1200. Sử dụng các lệnh có sẵn trong thư viện Snap7 và thư viện đã mã hoá giúp chúng ta thì ta đã có thể dễ dàng đọc vùng nhớ và ghi dữ liệu lên vùng nhớ đó. Cụ thể, vùng nhớ mà nhóm đã chọn là MD với kiểu dữ liệu là Dword (4byte).
Thực hiện trên Raspberry Pi 4B bằng Python qua thư viện Snap7, để đọc và ghi dữ liệu thì ta cần mã hoá kiểu dữ liệu, với thư viện Snap7 cũng đã giúp ta việc đó. Với dữ liệu được gửi vào PLC ở vùng nhớ MD104, MD108, MD112, MD118. Với dữ liệu được ghi vào vùng nhớ MD 104 là 10 để phân loại sản hình tròn, dữ liệu được ghi vào vùng nhớ MD 112 là 20 để phân loại sản hình vuông, dữ liệu được ghi vào vùng nhớ MD 108 là 30 để phân loại sản hình tam giác và dữ liệu được ghi vào vùng nhớ MD 118 là 40 để phân loại sản hình chữ nhật đồng thời đếm sản phẩm.