Đồ án nghiên cứu hệ thống phân loại sản phẩm lỗi mã barcode

40 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh Giáo viên hướng dẫn T S Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện Đỗ Thăng Long – 2018606289 Hoàng Văn Lợi – 2018606336 Lê Hữu Huy – 2018606545 Khoa Cơ khí – K13 Hà Nội 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂNNHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp Đồ án cơ điện tử Khóa K13 2 Tên nhóm Nhóm 4 Họ và tên thành viên 1 Đỗ Thăng Long MSV 2018606289 Lớp CĐT 4 – K13 2 Hoàng Văn Lợi MSV 2018606.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: Đồ án cơ điện tử Khóa: K13

2 Tên nhóm : Nhóm 4

Họ và tên thành viên:

1 Đỗ Thăng Long MSV: 2018606289 Lớp: CĐT 4 – K13

2 Hoàng Văn Lợi MSV: 2018606336 Lớp: CĐT 4 – K13

3 Lê Hữu Huy MSV: 2018606545 Lớp: CĐT 4 – K13

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lýảnh

2 Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống (L4.2)

- Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống (L4.2)

- Nội dung 3: Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống (L4.1, L4.3)

- Nội dung 4: Viết báo cáo

3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch và mô hình sản phẩm (nếu có)

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 13/9/2021 đến ngày2/12/2021)

2 Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập:

[1] Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Cơ Điện tử, Bộ môn Cơ điện tử

[2] Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, Cơ điện tử, NXB KH&KT

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có):Máy tính, linh kiện và dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng

MÔ TẢ HỆ THỐNG

1 Mô tả nhiệm vụ công nghệ

Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi hoạt động theo sơ đồ hình 1:

Nhấn nút START, sản phẩm được đưa vào băng tải, băng tải vận chuyển các sảnphẩm qua điểm kiểm tra (1) Hai camera IP sẽ thu nhận hình ảnh và gửi tín hiệu về bộ xửlý.Nếu:

- Các sản phẩm bị lỗi mã barcode (mã vạch): xylanh 1 tiến ra, đẩy sản phẩm ra khỏibăng tải xuống thùng 1

- Các sản phẩm bị lỗi số lượng: xylanh 2 tiến ra, đẩy sản phẩm ra khỏi băng tảixuống thùng 2

- Các sản phẩm đúng sẽ được đưa tới cuối băng tải và rơi xuống thùng 3

Hình 1 Sơ đồ quỹ đạo làm việc của robot trong nhà máy

Tốc độ phân loại sảnphẩm trung bình 10 sản phẩm/phút

4 Nội dung báo cáo

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm lỗi sử dụng xử lý ảnh

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống

1.2 Các vấn đề đặt ra

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu, thiết kế

Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống phân loại sản phẩm lỗi sử dụng xử lý ảnh

2.1 Kết cấu hệ thống cơ khí

2.2 Kết cấu hệ thống điện công suất

2.3 Kết cấu hệ thống đo và xử lý tín hiệu

2.4 Kết cấu hệ thống điều khiển và truyền thông

Chương 3: Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống

3.1 Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ cơ khí

3.2 Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện, điện công suất.3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ điều khiển

3.4 Thiết kế chương trình điều khiển

Kết luận

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 Tổng quan về hệ thống 8

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống 8

1.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm 8

1.1.2 Xử lý ảnh 9

1.2 Các vấn đề đặt ra 11

1.3 Phương pháp nghiên cứu 11

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 12

Chương 2 Cơ sở lý thuyết 14

2.1 Kết cấu hệ thống cơ khí 14

2.1.1 Băng tải 14

2.1.2 Xylanh 15

2.2 Kết cấu hệ thống điện công suất 19

2.2.1 Nguồn cấp điện 19

2.2.2 Động cơ DC 21

2.3 Kết cấu hệ thống đo và xử lý tín hiệu 22

2.3.1 Tổng quan về xử lý ảnh 22

2.3.2 Labview và xử lý ảnh dùng labview 26

2.3.3 Giới thiệu về OPC 29

2.3.4 Cảm biến tiệm cận quang 31

2.3.5 Thiết bị thu nhận ảnh (Camera IP) 31

2.4 Kết cấu hệ thống điều khiển và truyền thông 32

2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm 32

Chương 3 Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống 36

3.1 Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ cơ khí 36

3.1.1 Hệ thống giá đỡ 36

3.1.2 Tính toán, lựa chọn xylanh 38

3.1.3 Tính toán các thông số băng tải 40

3.2 Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện 43

3.2.1 Tính toán, lựa chọn động cơ cho băng tải 43

3.2.2 Tính toán, lựa chọn bộ truyền đai răng 47

3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ điều khiển 50

3.3.1 Lựa chọn Role điều khiển 50

3.3.2 Lựa chọn cảm biến 51

3.3.3 Lựa chọn camera 52

3.3.4 Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm 52

3.4 Thiết kế chương trình điều khiển 55

3.4.1 Thiết kế chương trình xử lý ảnh 55

3.4.2 Thiết kế chương trình điều khiển PLC 59

3.4.3 Mô phỏng 63

Kết luận 65

Tài liệu tham khảo 67

Phụ lục 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1:Công nhân nhà máy phân loại sản phẩm 10

Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm 11

Hình 1.3: Xử lý ảnh trong dây chuyền kiểm tra sản phẩm 12

Hình 1.4: Xử lý ảnh trong việc nhận diện biển số xe trong bãi đỗ xe thông minh 13

Hình 2.1: Cấu tạo chung của băng tải 17

Hình 2.2: Cấu tạo của xylanh 18

Hình 2.3: Cấu tạo van 5/2 19

Hình 2.4: Role trung gian 19

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý 20

Hình 2.6: Cấu tạo của nguồn xung 21

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý nguồn tổ ong 22

Hình 2.8: : Động cơ DC 23

Hình 2.9: Cấu tạo chi tiết động cơ DC 24

Hình 2.10: Cấu trúc xử lý ảnh 25

Hình 2.11: Quá trình xử lý hình ảnh 25

Hình 2.12: Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh và lưu đồ thông tin giữa các khối 27

Hình 2.13: Sơ đồ chức năng của VI để thu thập hình ảnh từ camera 31

Hình 2.14: Hình ảnh mô tả OPC server 32

Hình 2.15: Hình ảnh mô tả OPC servo UA 32

Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang 33

Hình 2.17: Thành phần hệ thống PLC 35

Hình 2.18: Sơ đồ cấu trúc hoạt động của bộ điều khiển PLC 36

Hình 3.1: Phần cơ khí hệ thống phân loại sản phẩm lỗi 38

Hình 3.2: Giá đỡ xylanh 38

Hình 3.3: Gía đỡ cảm biến 39

Hình 3.4: Giá đỡ camera 39

Hình 3.5: Xylanh khí nén tròn MAL loại 20mm*100mm 41

Hình 3.6: Trạng thái hoạt động của van và xylanh 41

Hình 3.7: Van điện từ khí nén 5/2 Airtac 42

Hình 3.8: Mô hình băng tải trên phần mềm solidworks 43

Hình 3.9: Lực tác dụng lên băng tải 45

Hình 3.10: Động cơ NF5475E 48

Hình 3.11: Puli GT2 loại 16 răng 51

Hình 3.12: Puli GT2 loại 60 răng 51

Hình 3.13: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 52

Hình 3.14: Relay Omron MY2N-GS 52

Hình 3.15: Cảm biến tiệm cận quang điện E18 – D50NK 53

Hình 3.16: Webcam Dahua Z2+ 54

Hình 3.17: PLC S7-300 CPU 313C-2DP 56

Hình 3.18: Chương trình xử lý ảnh đếm số lượng sản phẩm 57

Hình 3.19: Các bước xử lý ảnh 57

Hình 3.20: Xác định ảnh mẫu có sẵn 58

Hình 3.21: So sánh với ảnh mẫu 58

Hình 3.22: Kết quả đạt được khi phân loại số lượng 59

Hình 3.23: Báo lỗi số lương sản phẩm 59

Hình 3.24: Chương trình đọc mã barcode 59

Hình 3.25: Các bước xử lý mã barcode 60

Hình 3.26: Xử lí ảnh đọc barcode 60

Hình 3.27: Báo lỗi barcode 61

Hình 3.28: Sơ đồ nối dây các chân PLC 62

Hình 3.29: Sơ đồ nối các chân cảm biến 62

Hình 3.30: Sơ đồ van điều khiển xylanh 63

Hình 3.31: Sơ đồ động cơ băng tải 63

Hình 3.32 Lưu đồ giải thuật hệ thống 64

Hình 3.33: Mô phỏng trên phần mềm Factoty IO 65

Hình 3.34: Bảng điều khiển và bộ đếm số lượng sản phẩm 65

Hình 3.35: Sơ đồ kết nối giữa phần mềm TIA portal và factory IO 66

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của xylanh CDJ2D10 – 5B 41

Bảng 3.2: Thông số kĩ thuật van điện từ khí nén 5/2 hãng airtrac 42

Bảng 3.3: Hiệu suất các bộ truyền đai chủ yếu [1] 47

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật động cơ servo NF5475E 48

Bảng 3.5: Bảng tra thông số các modun m của bộ truyền đai răng 50

Bảng 3.6: Bảng thông số kỹ thuật của Relay Omron MY2N-GS 53

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận quang điện E18 – D50NK 53

Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật Wedcam Dahua Z2+ 54

Bảng 3.9: Bảng thông số kỹ thuật PLC S7-300 CPU 313C- 2DP 56

Bảng 3.10: Bảng địa chỉ I/O 61

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoahọc, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắmbắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nềnkhoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự độngnói riêng.Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, xử lý ảnh được ứng dụng vàolĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp

điện-ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chươngtrình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc hạn chế tối đasức lao động của công nhân là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngàycàng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa vào sản xuất để thuận tiện choviệc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý, tiết kiệmđược nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng và đạt hiệu quả cao trong sảnxuất nhằm đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội

Trên cơ sở đó nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu và thiết kế mô hình

“Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng phương pháp xử lý ảnh” Hệ thống có ứng

dụng trong thực tiễn là phân loại sản phẩm bị các lỗi như: lỗi barcode (mã vạch), sai sốlượng, sai kích thước sản phẩm…Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi hoạt động trên ứngdụng xử lý ảnh để phát hiện sản phẩm lỗi Sau đó dùng xylanh để phân loại các sản phẩm

bị lỗi

Trong quá trình thực hiện đề tài này, do thời gian có hạn và chắc chắn không tránhkhỏi thiếu sót, rất mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo đểnhóm thực hiện bổ sung vào vốn kiến thức của mình

Để hoàn thành đề tài này nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Phan Đình Hiếu giáo viên hướng dẫn đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình để chúng tôi có thể hoàn

thành tốt đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng phương pháp xử lý ảnh”.”.

Xin chân thành cảm ơn!

Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu được thực hiện bời con người, bằng sựquan sát và dựa vào kinh nghiệm, rồi sau đó chọn ra sản phẩm đạt yêu cầu và loại bỏ sảnphẩm bị lỗi Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao mà lặp đi lặp lại nhiều lần nên khóđảm bảo được độ chính xác cao và ổn định trong công việc Nhưng giờ đây với sự pháttriển của thời đại công nghệ 4.0 việc đó đã được thực hiện tự động hóa bởi hệ thống cácthiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp phân loại sản phẩm bị lỗi một cách nhanh và chính xáchơn.

Hình 1.1:Công nhân nhà máy phân loại sản phẩm

“Phân loại sản phẩm lỗi” là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều tròngthực tế hiện nay Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi sự tập trung cao

và có tính lặp lại, thì các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.Chưa kể đến nhưng khâu phân loại sản phẩm lỗi dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ màmắt thường khó có thể nhận ra được ví dụ như mã barcode, QR… Điều đó sẽ làm ảnh

hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thốngnhận dạng và “ phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh” ra đời là một sự phát triển tất yếunhằm đáp ứng nhu cầu này.

Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm

“Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh” ra đời giúp quá trình giám sát

và kiểm tra sản phẩm trở nên chính xác hơn, nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó giatăng sự cạnh tranh trên thị trường hàng hóa Sự khác biệt giữa hệ thống phân loại sảnphẩm lỗi bằng hình ảnh đối với các hệ thống phân loại sản phẩm khác là thay vì sử dụngcác cảm biến để nhận biết lỗi, hệ thống sử dụng các camera máy ảnh để chụp ảnh sảnphẩm cần phân loại, sau đó đưa hình ảnh so sánh với ảnh gốc chuẩn để xác định sự saikhác, và phân biệt chủng loại sản phẩm Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xáccao hơn so với các hệ thống phân loại sản phẩm khác

1.1.2 Xử lý ảnh

Xử lý ảnh là kỹ thuật áp dụng trong việc tăng cường và xử lý các ảnh thu nhận được

từ các thiết bị như camera, webcam Nó là một lĩnh vực mang tính khoa học công nghệ,

là một trong những cách tiếp cận phân tích, tổng hợp hình ảnh theo ý tưởng và mục đíchcủa người sử dụng Do đó xử lý ảnh đã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực quantrọng như: quân sự, lĩnh vực y tế, lĩnh vực giải trí…

Quá trình xử lý ảnh là quá trình biến đổi ảnh đầu vào nhằm nhận dạng những

gì mong muốn Kết quả có thể là một ảnh được cắt từ ảnh chính hoặc kết luận từ bức ảnh.

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng

và phân tích ảnh Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo đượctruyền từ Luân đôn đến New York từ những năm 1920 Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh

có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh Việc nâng cao chất lượng ảnhđược phát triển vào khoảng những năm 1955 Điều này có thể giải thích được vì sau thếchiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số đượcthuận lợi hơn Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từmặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh Từ năm

1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát triểnkhông ngừng Các phương pháp tri thức nhân tạo như mạng nơ-ron nhân tạo, các thuậttoán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi vàthu được nhiều kết quả khả quan hơn

Ngày nay, với thời đại công nghệ phát triển thì ứng dụng xử lý ảnh được sử dụngphổ biến rộng rãi trong đời sống như photoshop, face ID, touch ID (nhận dạng vân tay), ảnh y tế, nhận diện biển số xe và cả trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp…

Hình 1.3: Xử lý ảnh trong dây chuyền kiểm tra sản phẩm

1.2 Các vấn đề đặt ra

Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử

lý ảnh có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa

Để thiết kế được hệ thống nhóm tác giả cần thiết kế cơ khí, ứng dụng xử lý ảnhtrong việc phân tích hình ảnh, xử lý số liệu và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt

động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC Ngoài ra còn có các vấn đề khácnhư là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của cácchi tiết sao cho thỏa mãn mục tiêu đề ra: nhỏ, gọn, chắc chắn, bền, có tính thẩm mỹ cao,

dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

- Vấn đề nhận biết sản phẩm lỗi: Ứng dụng xử lý ảnh để phân tích hình ảnh từcamera để xử lý số liệu phân loại sản phẩm lỗi

- Vấn đề về điều khiển: điều khiển bằng PLC và hệ thống điều khiển khí nén

- Vấn đề an toàn: đảm bảo cho sản phẩm không bị hỏng trong quá trình phân loại, 1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài “Phân loại sản phẩm lỗi bằng ứng dụng xử lý ảnh” được nghiên cứu bằng haiphương pháp: phương pháp lý thuyết, phương pháp mô phỏng

- Phương pháp lý thuyết:

+) Tham khảo các tài liệu có liên quan đến các ứng dụng xử lý ảnh để nghiên cứucác thuật toán, phương pháp xử lý ảnh, và từ đó đưa ra phương pháp tối ưu nhất để xâydựng hệ thống

+) Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng, cách viết chương trình điều khiển “phânloại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh” cho bộ điều khiển PLC

+) Nghiên cứu giáo trình, tài liệu về các môn học có liên quan như: kĩ thuật tự độnghóa, cảm biến và hệ thống do lường… Tham khảo và tổng hợp kiến thức từ các nguồn tàiliệu khác nhau như sách báo, internet…

+) Nghiên cứu các mô hình phân loại sản phẩm trên thực tế và các đề tài nghiên cứu

về phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý ảnh để thấy được cấu tạo, cách thức hoạt động của

hệ thống từ đó rút ra kinh nghiệm áp dụng vào đề tài nghiên cứu của mình

- Phương pháp mô phỏng:

+) Tính toán các phần động học, động lực học của hệ thống

+) Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ khí

+) Mô hình hóa quá trình hoạt động của hệ thống trên phần mềm TIA Portal(SIMATIC STEP 7& WinCC) và Factory IO từ đó tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạohoàn thiện.

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu

Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bằng phương pháp xử lí ảnh là một đề tài đã đượcnhiều sinh viên các trường nghiên cứu và phát triển Hiện nay trong các nhà máy xínghiệp có rất nhiều hệ thống tương tự hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ

Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức,thời gian và kinh phí, đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:

- Kích thước hệ thống (dài x rộng x cao): 1200x400x500 (mm)

- Hệ thống tiếp nhận tín hiệu: camera và các cảm biến hồng ngoại

- Hệ thống điều khiển: bộ điều khiển bằng PLC điều khiển cả hệ thống và hệ thống khí nén điều khiển cơ cấu xylanh đẩy sản phẩm lỗi

- Cơ cấu đẩy sản phẩm lỗi: xylanh khí nén

- Động cơ truyền chuyển động cho băng tải: Động cơ DC

- Hệ thống dẫn động: Băng tải (dài x rộng): 800x100mm

- Điện áp cung cấp: điện áp xoay chiều 220V

Phạm vi nghiên cứu:

- Về nội dung nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu về phương pháp xử lí ảnh ápdụng vào hệ thống phân loại sản phẩm lỗi Ở đây, chúng em phân loại sản phẩm sai sốlượng sản phẩm, lỗi barcode (mã vạch)

- Về hình thức nghiên cứu:

 Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển

 Nghiên cứu về quy trình hoạt động của hệ thống từ đó đưa ra các phương án xây dựng hệ thống hợp lí

 Đề ra các bài toán cần thiết để tính toán thiết kế hệ thống như lựa chọn và tínhtoán động cơ băng chuyền, tính toán vận tốc băng chuyền, năng suất phân loại…

 Nghiên cứu các phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh, phần mềm mô phỏng: Labview,SolidWorks…

 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC cho hệ thống

 Lập trình trên PLC điều khiển mô hình phân loại sản phẩm lỗi bằng xử lý

ảnh

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Kết cấu hệ thống cơ khí

2.1.1 Băng tải

2.1.1.1 Giới thiệu chung về băng tải.

Băng tải (băng chuyền) hiểu đơn giản là một thiết bị vận chuyển dùng để vậnchuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B Nó giúp tiết kiệmsức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất lao động Vì vậybăng chuyền, băng tải là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất,lắp ráp của các nhà máy, xí nghiệp Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năngđộng, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao

Trong các hệ thống phân loại sản phẩm băng tải là một bộ phận không thể thiếu, cónhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn.Nguồn động lực chính của băng tải chính là động cơ điện: động cơ điện 1 chiều, động cơ

3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống

2.1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng tải

- Cấu tạo của băng tải:

Một băng tải thông thường gồm có:

tĩnh điện, hoặc inox…

 Bộ điều khiển băng tải: PLC, biến tần, role, contactor…

 Con lăn đỡ/ con lăn bị động

 Con lăn kéo/ con lăn chủ động.

Hình 2.4: Cấu tạo chung của băng tải

- Nguyên lý hoạt động của băng tải:

Khi động cơ được bật, rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờlực ma sát giữa rulô và dây băng băng tải Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tảikhi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng ra tạo lực

ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động, lực ma sát giữa dây băng tải và rulô sẽ làmcho băng tải chuyển động tịnh tiến Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải,

nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải

Để tạo ra momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc Haiđầu băng tải có pully, băng tải là vòng kín quấn quanh pully này Băng tải làm từ vật liệunhiều lớp, thường là cao su Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải,lớp trên là lớp phủ

2.1.2 Xylanh

2.1.2.1 Xylanh

Xylanh có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chấtthành năng lượng cơ học – chuyển động thằng hoặc chuyển động quay Thông thườngxylanh được lắp cố định, pittong chuyển động Trong một số trường hợp có thể pittong cốđịnh, xylanh chuyển động

Trong hệ thống phân loại sản phẩm bằng phương pháp xử lí ảnh, xylanh có nhiệm

vụ đẩy sản phẩm lỗi, không đạt yêu cầu ra khỏi băng chuyền sản phẩm

Cấu tạo của xylanh khí nén bao gồm:

2.1.2.2 Van điện từ khí nén 5/2

Van 5/2 là một loại van đảo chiều điều khiển xi lanh tác dụng kép, động cơ

Van khí nén 5/2 điện từ là các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp quavan phụ trợ được sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh lép, động cơ

- Cấu tạo của van 5/2:

Sở dĩ van được lấy tên 5/2 là có 5 cổng làm việc (vào (1), ra (2,4) và hai cửa

xả riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái.

Hình 2.6: Cấu tạo van 5/2

- Cửa số 1 là cửa có vai trò cấp khí (vào)

- Cửa số 2 và 4 đóng vai trò làm việc bình thường (ra)

- Cửa số 3 và 5 là cửa đóng vai trò xả khí

- Nguyên lý hoạt động của van 5/2:

Hoạt động của van như sau: Khi chưa có dòng điện, dưới tác dụng của lực lò xo vanhoạt động ở vị trí bên trái, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa số 5 thông với cửa 4,cửa 3 bị chặn Khi có tác động điện, van 5/2 đảo trạng thái làm cửa số 1 thông với cửa số

4, cửa số 3 thông với cửa 2 và cửa số 5 bị chặn

2.1.2.3 Role trung gian

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp với hệ thống tiếp điểm Rơ

le trung gian là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện, nó là bao gồm hai trạngthái ON và OFF Ở trạng thái ON hay OFF của nó phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua

nó hay không

Hình 2.7: Role trung gian

Cấu tạo gồm: lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây bên trong gồm làcuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ Lõi thép động được

găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểmthuận và tiếp điểm nghịch.

Nguyên lý hoạt động:

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong vàtạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đónghoặc mở các tiếp điểm điện và làm thay đổi trạng thái của rơ le Số tiếp điểm điện bị thayđổi có thể là một hay nhiều tùy thuộc vào thiết kế

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý

Trong đó:

- Chân 13 - 14 là chân cuộn hút

- Chân 9 - 1, 12 - 4 là các tiếp điểm thường đóng

- Chân 9 - 5, 12 - 4 là tiếp điểm thường mở

2.2 Kết cấu hệ thống điện công suất

2.2.1 Nguồn cấp điện

Nguồn switching hay thường gọi là nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từnguồn điện xoay chiều sang nguồn một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạchđiện tử kết hợp với biến áp xung Bộ nguồn DC Switching thường có nhiều mức đầu rakhác nhau như 6V, 12V, 24V, 36V… để cấp nguồn nuôi cho những thiết bị khác nhau

Cấu tạo:

Hình 2.9: Cấu tạo của nguồn xung

- Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm các cuộn dây quán trên một lõi từ giống nhưbiến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến ápthường sử dụng lỗi thép kỹ thuật điện Với cùng một kích thước thì biến ápxung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần Ngoài ra biến áp xunghoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp

- Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch

- Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, diode chỉnh lưu: Có nhiệm vụ biến đổi điện ápxoay chiều 220V thành điện áp một chiều tích trữ trên tụ lọc sơ cấp để cung cấpnăng lượng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung

- Sò công suất: Đây là một linh kiện bán dẫn dùng như một công tắc chuyểnmạch , đó có thể là transistor, mosfet, IC tích hợp, IGBT có nhiệm vụ đóng cắtđiện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung rồi choxuống mass

- Tụ lọc nguồn thứ cấp: Dùng để tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp củabiến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ Chúng ta biết rằng khi cuộn sơ cấp củabiến áp được đóng cắt điện liên tục bằng sò công suất thì xuất hiện từ trườngbiến thiên dẫn đến cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra.Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc (tụ điện) thứ cấp

để san phẳng điện áp

- Ic quang và Ic 431: Có nhiệm vụ tạo ra một điện áp cố định để khống chế điện

áp ra bên thứ cấp ổn định theo mong muốn Chúng sẽ làm nhiệm vụ khống chế

dao dộng đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp rabên thứ cấp đạt yêu cầu

Nguyên lý hoạt động:

- Khi công tắc điện mở, nguồn điện sẽ được đi qua nguồn tổ ong Khi đó, cuộn

sơ cấp của biến áp được đóng/cắt điện liên tục bằng sò công suất và sẽ xuấthiện từ trường biến thiên

- Cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra Điện áp này đượcchỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc nguồn thứ cấp để san phẳng điệnáp

- Tiếp theo, các tụ IC quang và IC TL431 sẽ không chế dao động đóng/cắtđiện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp ra bên thứ cấp đạtyêu cầu

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý nguồn tổ ong

đất-Khi được cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năngthành cơ năng Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòngquay/ phút) Tốc độ không tải của động cơ DC nếu không giảm tốc có thể đạt từ1000RPM tới 40.000RPM

Hình 2.11: : Động cơ DC

- Cấu tạo:

+ Stator: là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện

+ Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện

+ Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

+ Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây trên rotor

Hình 2.12: Cấu tạo chi tiết động cơ DC

- Nguyên lý hoạt động:

Stato của motor điện 1 chiều thường là 1 hoặc gồm nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,(có thể dùng bằng nam châm điện), còn rotor có các cuộn dây quấn và được nối vớinguồn điện 1 chiều Đồng thời, bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là làm đổi chiều dòng

điện trong khi chuyển động quay của rotor là chuyển động liên tục Bộ phận này sẽ gồm

có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được mắc tiếp xúc với cổ góp của động cơ

Khi trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực tác động từ bênngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để nhằm tạo ramột sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force (EMF) Trong hoạt động, phầnrotor quay sẽ phát ra 1 điện áp (hay còn gọi là sức phản điện động) có tên là counter EMF(CEMF) hoặc còn được gọi là sức điện động đối kháng

Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơđược sử dụng với chức năng giống như 1 chiếc máy phát điện Lúc này, điện áp đặt trênđộng cơ sẽ gồm 2 thành phần chính là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạo ra

do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng

2.3 Kết cấu hệ thống đo và xử lý tín hiệu

2.3.1 Tổng quan về xử lý ảnh

2.3.1.1 Giới thiệu về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu là ảnh Một phân ngành khoa học rất được quan tâm trong những năm gần đây Xử lý ảnh có 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Sự phát triển của xử lý ảnh đem lại rất nhiều lợi ích cho con người.

Cấu trúc xử lý ảnh:

Hình 2.13: Cấu trúc xử lý ảnh

Quá trình xử lý ảnh chi tiết bao gồm cấc bước sau:

Phân vùng ảnh

Cơ sở tri thức Ảnh thu nhận Qúa trình xử lý ảnh Các giá trị mong

muốn

Hình 2.14: Quá trình xử lý hình ảnh

a) Thu nhận ảnh:

Ảnh được nhận qua camera màu hoặc trắng đen Thông thường ảnh được nhận qua

camera, video, máy scan…

b) Tiền xử lý:

Sau bộ thu nhận ảnh, hình ảnh có thể có độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền

xử lý để nâng cao chất lượng hình ảnh Bộ tiền xử lý có chức năng lọc nhiễu, nâng tươngphản để làm cho ảnh rõ hơn và sắc nét hơn

c) Phân vùng ảnh:

Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần nhỏ hơn để biểu

diễn phân tích và nhận dạng ảnh

d) Tìm các yếu tố đặc trưng:

Ảnh đã được phân loại chứa nhiều điểm ảnh của vùng ảnh Việc biến đổi các số liệu

này thành dạng thích hợp cho việc xử lý tiếp theo của máy tính Chúng ta phải tìm cácvùng đặc trưng của ảnh, tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượnghoặc để làm cơ sở cho sự phân biệt giữa lớp đối tượng này với lớp đối tượng khác trongphạm vi của ảnh mà chúng ta nhận được

e) Nhận dạng và nội suy ảnh:

Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh Bằng cách so sánh mẫu với mẫu chuẩn đã

được lưu trữ từ trước Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng Các môhình toán học về ảnh được phân loại với hai dạng cơ bản:

nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận

và xử lý ảnh theo cách của con người Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy.

Hình 2.15: Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh và lưu đồ thông tin giữa các khối

2.3.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

a) Điểm ảnh

Gốc của ảnh (ảnh tự nhiên) là ảnh liên tục về không gian và độ sáng Để xử lý bằngmáy tính (số), ảnh cần phải được số hoá Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liêntục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám).Khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được thiết lập sao cho mắt người không phân biệtđược ranh giới giữa chúng Mỗi một điểm như vậy gọi là điểm ảnh (PEL: PictureElement) hay gọi tắt là Pixel Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa

độ (x, y)

Định nghĩa:

Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màunhất định Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được chọn thích hợp sao chomắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gầnnhư ảnh thật Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh

b) Độ phân giải của ảnh

Định nghĩa: Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn địnhtrên một ảnh số được hiển thị

Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải được chọn sao cho mắt ngườivẫn thấy được sự liên tục của ảnh Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật

độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và được phân bố theo trục x và y trong không gianhai chiều

- Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức

phổ dụng Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức xám: Mứcxám dùng 1 byte biểu diễn: 28 =256 mức, tức là từ 0 đến 255)

- Ảnh đen trắng: là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với mức xám

ở các điểm ảnh có thể khác nhau

- Ảnh nhị phân: ảnh chỉ có 2 mức đen trắng phân biệt tức dùng 1 bit mô tả 21 mức

khác nhau Nói cách khác: mỗi điểm ảnh của ảnh nhị phân chỉ có thể là 0 hoặc 1

- Ảnh màu: trong khuôn khổ lý thuyết ba màu (Red, Blue, Green) để tạo nên thế giới

màu, người ta thường dùng 3 byte để mô tả mức màu, khi đó các giá trị màu: 28*3=224≈16,7 triệu màu

2.3.2 Labview và xử lý ảnh dùng labview

2.3.2.1 Giới thiệu về Labview

LABVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là mộtphần mềm trên nền tảng Windows được thiết kế và phát triển bởi công ty NationalInstruments Nó sử dụng các biểu tượng thay cho các dòng lệnh để tạo ra một đoạnchương trình Trái ngược với các chương trình viết bằng các lệnh chữ, LABVIEW sửdụng kiểu lập trình theo luồng dữ liệu (dataflow programming), nơi mà các luồng của dữliệu quyết định việc thực thi

LABVIEW là một công cụ mạnh mẽ, tích hợp đầy đủ các hàm phục vụ chuẩngiao tiếp với các hệ thống thông dụng như: VXI, RS-232, USB, GPIB… Gọi LABVIEW

là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả vì về cách thức lập trình, LABVIEW khác với các ngôn ngữ

C (hay Python, Basic, vv.) ở điểm thay vì sử dụng các từ vựng (từ khóa) cố định thìLABVIEW sử dụng các khối hình ảnh sinh động và các dây nối để tạo ra các lệnh và cáchàm Cũng chính vì sự khác biệt này mà LABVIEW đã giúp cho việc lập trình trở nênñơn giản hơn bao giờ hết, đặc biệt, LABVIEW rất phù hợp đối với kỹ sư, nhà khoa học,hay giảng viên

Các chương trình LABVIEW được gọi là các thiết bị ảo (Virtual Instruments VIs).Các thiết bị ảo bao gồm bốn phần chính: sơ đồ khối, khung trước, biểu tượng, và các ôkết nối

Cách thức sử dụng phần mềm LABVIEW:

Người lập trình xây dựng khung trước bằng các khối điều khiển và hiển thị Cáckhối điều khiển có thể là các nút nhấn, thanh trượt, núm xoay… Các hiển thị có thể là cácbiểu đồ, dòng text, LEDs, đồng hồ, nhiệt kế Các khối điều khiển của LABVIEW đượcxây dựng với các điều khiển gần giống với thực tế nhất có thể, chúng có nhiệm vụ cungcấp dữ liệu cho việc xử lý, hỗ trợ người dùng dễ dàng thay đổi dữ liệu Các hiển thị cónhiệm vụ hiển thị dữ liệu sau khi xử lý tùy theo mục đích của người dùng

Sau khi xây dựng khung trước, người lập trình cần xây dựng các thuật toán,thao tác xử lý trên các sơ đồ khối Sơ đồ khối của một chương trình bao gồm các biểutượng của các đoạn mã, các đầu cuối điều khiển, đầu cuối hiển thị, các cấu trúc điềukhiển, vòng lặp, hằng số, và các dây nối Dây nối là thành phần quan trọng trong sơ đồkhối để nối các thành phần lại với nhau Các thành phần này phải có cùng kiểu dữ liệu ra-vào

2.3.2.2 Xử lý ảnh trong LABVIEW

 Bộ công cụ sử lý ảnh của labview

LabVIEW đã tập trung phát triển bộ công cụ Vision/ Vision and Motion bao gồmcác công cụ liên quan đến thu thập và xử lý ảnh Bước đầu tiên trong các ứng dụng liênquan đến hình ảnh đó là việc thu thập chúng Trong Vision Toolkit có bốn phương pháp

để thu thập bao gồm: Snap, Grab, Sequence and StillColor Dùng IMAQ Snap để thuthập hình ảnh là phương pháp đơn giản nhất tuy nhiên nó chỉ áp dụng cho các ứng dụngđòi hỏi tốc độ thu thập chậm hay FPS (Frames Per Second) nhỏ Phương pháp thu thậpdùng IMAQ Grab được áp dụng trong việc hiển thị các hình ảnh trực tiếp Trong trườnghợp biết số lượng ảnh trong một giây cần thu thập thì sử dụng phương pháp IMAQSequence Việc sử dụng phương StillColor khi cần thu thập các hình ảnh từ các camerathong thường (NTSC or PAL video) thay vì các camera chuyên dụng và đắt đỏ (RGBcamera) Sau khi các hình ảnh được thu thập chúng sẽ được xử lý để phù hợp với các ứngdụng cụ thể Các xử lý ảnh thường gặp thường là: Nhận dạng vật mẫu, màu sắc, các kí tự

và tính toán khoảng cách… Bộ công cụ này có thể xử lý với các kiểu hình ảnh gồm ảnhđen trắng, ảnh xám dạng 8 bít và ảnh màu

 Thu thập hình ảnh với lapview

Với LabVIEW hình ảnh có thể thu thập từ các tập tin được lưu trữ trên một ổ đĩacứng hoặc từ camera Phần mềm LabVIEW sẽ tự động nhận dạng và làm việc với cáccamera chuyên dụng của hãng NI, camera giao tiếp thông qua cổng USB, camera tíchhợp sẵn trong máy và camera có IP (Internet Protocol) Hình 1a chỉ ra ví dụ VI được viếttrên LAbVIEW để thu thập ảnh từ ổ đĩa cứng D trên máy tính sử dụng IMAQ toolbox

Có hai khối quan trọng: Khối đầu tiên IMAQ Create block nằm trong Vision and Motion/Vision Utilities/Image Management có chức năng tạo ra một ảnh mới với các loại hìnhảnh Graysclae, HSL, RGB…Thông qua thao tác lựa chọn đầu vào cho khối này Khốitiếp theo là IMAQ Read Image nằm trong Vision and Motion/Vision Utilities/Files Khốinày có nhiệm vụ mở ảnh được lưu giữ trên máy tính theo đường dẫn Thông qua đó cóthể chọn các camera có sẵn đang giao tiếp với máy tính cũng như kiểu hình ảnh thôngqua các đầu vào của các khối

Hình 2.16: Sơ đồ chức năng của VI để thu thập hình ảnh từ camera

Ngoài ra chúng ta có thể dùng khối NI Vision Acquisition Express nằm trong thưviệnVision/Vision Express toolbox Đây là cách đơn giản nhất để thiết lập các tham số,đặc tính cho hình ảnh khi thu thập Thuộc tính của khối này gồm: “Select AcquisitionSource” cho phép lựa chọn camera để thu thập hình ảnh, tiếp theo “Select AcquisitionType” cho phép lựa chọn chế độ để hiển thị hình ảnh (gồm: hiển thị một ảnh tại thời điểmban đầu, hiển thị liên tục theo thời gian hay hiển thị số ảnh nhất định cho trước) Thuộctính “Configure Acquisition Settings” dung để thiết lập các thông số như kích thước, độsáng, độ tương phản, cân bằng trắng, độ nghiêng Thuộc tính cuối cùng là “SelectControls/Indicators” cho phép lựa chọn cách thức điều khiển cũng như hiển thị trong quátrình xử lý ảnh.

2.3.3 Giới thiệu về OPC

2.3.3.1 Sơ lược về OPC

OPC là viết tắt của OLE for Process Control, với OLE là Object Linking andEmbedding OLE dựa trên tiêu chuẩn Windows COM (Component Object Model) củaMicrosoft OPC là một chuẩn giao diện phần mềm cho phép giao tiếp dữ liệu có tính tincậy cao giữa các chương trình Windows và các thiết bị công nghiệp.OPC được thực thitrong các cặp client/server Máy chủ OPC (server) là một chương trình chuyển đổi giaothức truyền thông phần cứng được PLC sử dụng vào giao thức OPC

Phần mềm máy khách OPC là một chương trình kết nối với phần cứng, chẳng hạnnhư màn hình HMI Máy khách OPC giao tiếp với máy chủ OPC để nhận dữ liệu hoặcgửi lệnh đến phần cứng

OPC hiện có hai kiểu chủ đạo đó là: OPC classic và OPC UA ( UnifiedArchitecture) Trong đề tài này, chỉ sử dụng OPC UA, do đó sẽ không đề cập đên OPCclassic

Hình 2.17: Hình ảnh mô tả OPC server

2.3.3.2 Giao thức OPC UA

OPC UA (Unified Architecture) là một chuẩn công nghệ truyền thông được pháthành bởi OPC Foundation từ năm 2006, được nâng cấp và cải tiến từ chuẩn OPC Classic

đã được phát triển trước đó Nó bao gồm tất cả các tính năng của OPC Classic.OPC UA

là một cơ chế mở, đáng tin cậy và rất an toàn để truyền thông tin giữa server ( máy chủ)

và client (máy khách)

Ở nghiên cứu này, nhóm tác giả dùng giao thức OPC UA để kết nối chương trìnhLabview với bộ điều khiển PLC

Hình 2.18: Hình ảnh mô tả OPC servo UA

2.3.4 Cảm biến tiệm cận quang

- Cấu tạo

Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận là bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng

và bo mạch xử lý tín hiệu điện

 Bộ phát ánh sáng: Bộ phận này đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt, phát raánh sáng dạng xung Tùy vào từng hãng sản xuất sẽ có tần số ánh sáng riêngbiệt được thiết kế Bộ phận này bổ trợ cho bộ phận thu ánh sáng phận biệtnguồn sáng từ cảm biến và nhiều nguồn khác.

 Bộ phận thu sáng: Bộ phận này là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyềntín hiệu đến bộ phận xử lý

 Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận này tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng vàchuyển tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF, tín hiệu này có độkhuếch đại rộng hơn

- Nguyên lý hoạt động

Bộ phận phát sáng sẽ phát ánh sáng dưới dạng tần số, từ đó bộ phận thu sáng sẽ tiếpnhận ánh sáng đó và phân loại chuyển đến bộ phận xử lý tín hiệu điện Ở đây tín hiệu sẽđược chuyển đổi theo tỉ lệ tranzito thành hai chế độ ON/OFF Và tín hiệu được dùng nhất

là NPN, PNP

Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

2.3.5 Thiết bị thu nhận ảnh (Camera IP)

Đối với một hệ thống xử ảnh thì camera được xem như là con mắt của hệ thống.Camera IP là loại camera quan sát hiện đại phổ biến hiện nay Thiết bị sử dụng giao thứcInternet để truyền hình ảnh Tại sao gọi là camera IP? IP là viết tắt của “InternetProtocol”, nghĩa là địa chỉ IP trong hệ thống mạng Internet Cho nên camera IP có thểtruyền hình ảnh quan sát qua máy tính, điện thoại, máy tính bảng…mà không cần cácthiết bị gián tiếp như đầu ghi hình

Cấu tao:

- Vỏ bảo vệ: ở bên ngoài camera được làm bằng nhựa hoặc hợp kim, sắt Vớichức năng chính là bảo vệ thiết bị bên trong của mắt camera giám sát.

- Mắt camera giám sát gồm những thiết bị điện tử cùng với những chức năngchuyên dụng được liên kết với nhau: ống kính, mạch điện tử, chip xử lý,cổng giao tiếp ngoại vi

2.4 Kết cấu hệ thống điều khiển và truyền thông

2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm

 Phân tích

Hệ thống phân loại sản phẩm yêu cầu hoạt động một cách tự động, tuần tự, liên tục,

độ chính xác cao, đặc biệt phải phù hợp và có tính ứng dụng cao trong công nghiệp vìvậy cần phải lựa chọn bộ điều khiển thích hợp Qua tìm hiểu, và nghiên cứu nhóm đã lựachọn bộ điều khiển PLC làm bộ điều khiển trung tâm cho hệ thống, vì bộ điều khiển PLCđạt đủ yêu cầu hoạt động của hệ thống

 Bộ điều khiển PLC

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiểnLogic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuậttoán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến dongười sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện linhhoạt tất cả các bài toán điều khiển

Thực chất PLC là một hệ vi xử lý có những ưu điểm mà hệ vi xử lý kháckhông có được và được cài đặt sẵn hệ điều hành với chức năng có thể điềukhiển lập trình được

Cấu tạo của hệ thống PLC : gồm có hệ điều hành, bộ nhớ chương trình, bộ đếm đầu vào

và ra, bộ định thời(Timer), bộ đếm(Counter), vùng nhớ dữ liệu, bộ xử lý CPU, và busvào/ra

Hình 2.20: Thành phần hệ thống PLC

Hệ điều hành: Chứa chương trình hệ thống để xác định các cách thức thực

hiện chương trình của người sử dụng, quản lý các đầu vào/ra phân chia bộnhớ RAM trong quản lý dữ liệu

Bộ nhớ chương trình: Lưu giữ chương trình điều khiển, khi PLC hoạt động

nó sẽ đọc và thực hiện chương trình được ghi trong bộ nhớ này

Bộ đếm đầu vào ra (buffer): LÀ vùng nhớ đệm cho các đầu vào ra, các vùng

này chiếm một phần của RAM

Bộ định thời(Timer), Bộ đếm(Counter):

Trong CPU có các bộ định thời, các bộ đếm có chức năng khác nhau từ vài chụcđến vài trăm

Timer: TON, TOFF, TOR

Counter: CT, CU, CD, CUD

Vùng nhớ dữ liệu: Không giống như bộ nhớ chương trình, vùng nhớ này

được sử dụng để lưu kết quả của người sử dụng

Bộ xử lý CPU: Bộ xử lý gọi các lệnh trong bộ nhớ chương trình để thực hiện

một cách tuần tự theo chương trình

Bus vào/ra: Trong PLC dữ liệu trao đổi giữa bộ vi xử lý và các Module vào

ra thông qua bus vào/ra Hệ thống bus chia làm 3 loại: bus địa chỉ, bus điềukhiển, bus dữ liệu

Hình 2.21: Sơ đồ cấu trúc hoạt động của bộ điều khiển PLC

Một chu kỳ quét bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyềnthông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1vòng quét (Scan Cycle)

Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độdài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi

1ms-Chương 3 Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống.

Hình 3.22: Phần cơ khí hệ thống phân loại sản phẩm lỗi

3.1 Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ cơ khí.