ĐỒ án TỔNG hợp kỹ THUẬT điều KHIỂN và tự ĐỘNG hóa PHÂN LOẠI sản PHẨM DÙNG xử lý ẢNH

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀIa.1Lý do chọn đề tài Trái cây là loại lương thực thực phẩm không thể thiếu trong cuộc sống của conngười khi cung cấp cho cơ thể nhiều chất dinh dưỡng, chất xơ và các l

LÊ HUY HUÂN

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG XỬ LÝ ẢNH

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

LÊ HUY HUÂN

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG XỬ LÝ ẢNH

học Tôn Đức Thắng nói chung và các thầy, cô giáo trong khoa Kỹ thuật điều khiển

và tự động hóa nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến ThS Lê Hữu Tài, đã tận tình giúp đỡ, định

hướng, hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án, nhiệt tình giúp đỡ trong những lúc cần thiết để đồ án có thể được hoàn thiện trong thời gian cho phép với độ hoàn thiện tốt nhất có thể

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 08 năm 2022

Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

……… ………

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự

hướng dẫn khoa học của ThS Lê Hữu Tài Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong

đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giáđược chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệutham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như sốliệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồngốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không

liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trìnhthực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 08 năm

2022 Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

Họ tên sinh viên: Lê Huy Huân

Lớp: 18040303 MSSV: 41801126

Tên đề tài: Phân Loại Sản Phẩm Dùng Xử Lý Ảnh

Đã thực hiện Tiếp tục thực hiện

kỳ

Đánh giá khối lượng hoàn thành…… %

được tiếp tục/không tiếp tục thực hiệnĐATN

Khắc phục các lỗicủa mô hình

Khắc phục các lỗi của

mô hình13

27/06/2022

Khắc phục các lỗicủa mô hình

Viết báo cáo

Đề tài nghiên cứu về xử lý ảnh để phân loại nhiều dạng sản phẩm khác nhau, cóhai chế độ phân loại riêng biệt là phân loại theo màu sắc và phân loại theo kích thước.

Mô hình được lập trình xử lý ảnh, thu thập dữ liệu và thiết kế giao diện trên RED, lập trình điều khiển cơ cấu chấp hành và giao diện HMI trên TIA Portal Sửdụng Google Sheets và MongoDB cho cơ sở dữ liệu

The research topic on image processing to classify many different types ofproducts, has two separate classification modes: Color classification and sizeclassification The model is programmed for image processing, data collection andinterface design on Node-RED, and programming for actuator control and HMIinterface on TIA Portal Use Google Sheets and MongoDB for the database.

The system includes the following main components:

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XVI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ HẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4

2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 5

2.2.1 Khối camera: [3] 5

2.2.2 Khối PLC 7

2.2.3 Khối đẩy sản phẩm 10

2.2.4 Băng tải 11

2.2.5 Cảm biến 12

2.2.6 SCADA 13

2.2.7 Node-RED 15

2.2.8 Google Sheets: 17

2.2.9 MongoDB Charts: 20

2.2.10 Nguyên lí hoạt động của mô hình 24

2.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 25

2.4 THI CÔNG PHẦN CỨNG: 32

CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 36

3.1 HỆ MÀU RGB: 36

3.1.1 Khái niệm: 36

3.1.2 Đặc điểm của hệ màu RGB: 37

3.1.3 Cách chuyển hệ màu RGB 37

3.2.1 Pixel là gì? 38

3.2.2 Nguồn gốc 39

3.3 ẢNH NHỊ PHÂN: 40

3.3.1 Định nghĩa: 40

3.3.2 Công dụng ảnh nhị phân: 41

3.4 PHÂN NGƯỠNG ẢNH:[8] 41

3.4.1 Định nghĩa: 41

3.4.2 Phân ngưỡng ảnh đơn giản 42

3.4.3 Adaptive Thresholding (phân ngưỡng thích nghi) 42

3.4.4 Otsu’s Binarization 43

3.5 LẬP TRÌNH TRÊN NODE-RED: 45

3.5.1 Nhị phân hoá ảnh: 45

3.5.2 Lấy pixel của vật và lọc bóng: 45

3.5.3 Lấy mã màu RGB của vật: 47

3.5.4 Phân loại 47

3.5.5 Đưa dữ liệu vào Google Sheets: 48

3.5.6 Nhập dữ liệu vào MongoDB 49

3.5.7 Điều khiển PLC: 49

3.5.8 Giao diện: 50

3.6 XỬ LÝ DỮ LIỆU TRÊN GOOGLE SHEETS 51

3.6.1 Tính tổng: 51

3.6.2 Lọc dữ liệu theo ngày: 52

3.7 THIẾT LẬP BIỂU ĐỒ TRÊN MONGODB: 53

3.7.1 Thiết lập ban đầu: 53

3.7.2 Tạo Chart: 55

3.7.3 Chia sẻ Chart 56

3.8 ĐIỀU KHIỂN TRÊN THIẾT BỊ KHÁC CÓ CÙNG ĐIỂM KẾT NỐI: 57

3.8.1 Mở Port của Node-RED: 57

3.8.2 Truy cập vào Node-RED trên thiết bị thứ 3: 61

3.8.3 Điều khiển hệ thống: 62

4.1.2 Phân loại theo màu sắc: 63

4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 64

4.2.1 Phân loại theo kích thước 64

4.2.2 Phân loại theo màu sắc 65

4.2.3 Điều khiển trên điện thoại 67

4.2.4 SCADA 68

4.2.5 Google Sheets 69

4.2.6 MongoDB 70

4.3 KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM: 71

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 72

5.1 ƯU ĐIỂM: 72

5.2 NHƯỢC ĐIỂM: 72

5.3 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC A-1

Hình 2-2 Webcam [3] 5

Hình 2-3 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200 [6] 7

Hình 2-4 Cấu trúc PLC [6] 8

Hình 2-5 Phần mềm TIA Portal [6] 9

Hình 2-6 Xi lanh khí nén hai chức năng [10] 10

Hình 2-7 Băng tải [10] 11

Hình 2-8 Cảm biến hồng ngoại NPN 12

Hình 2-9 Giao diện HMI 14

Hình 2-10 Một Node-RED đơn giản 15

Hình 2-11 Giao diện Node-Red 16

Hình 2-12 MongoDB Charts [3] 21

Hình 2-13 Các loại biểu đồ [3] 23

Hình 2-14 Nguyên lí hoạt động của mô hình 24

Hình 2-15 Lưu đồ giải thuật hoạt tổng quát 25

Hình 2-16 Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh lấy kích thước của vật 26

Hình 2-17 Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh lấy màu của vật 27

Hình 2-18 Lưu đồ giải thuật phân loại theo kích thước 28

Hình 2-19 Lưu đồ giải thuật phân loại theo màu 29

Hình 2-20 Sơ đồ đấu dây PLC 30

Hình 2-21 Sơ đồ nguồn 31

Hình 2-22 Sơ đồ ngõ ra relay 31

Hình 2-23 Phần cứng sau khi hoàn thành 32

Hình 2-24 Tủ điện 33

Hình 2-25 Lưu đồ giải thuật hoạt động của mô hình 34

Hình 3-1 Hệ màu RGB [3] 36

Hình 3-2 Các pixel riêng lẻ [3] 38

Hình 3-3 Ảnh chụp các yếu tố hiển thị pixel phụ trên màn hình LCD [3] 39

Hình 3-4 Ảnh nhị phân [7] 40

Hình 3-8 Otsu’s Binarization [8] 44

Hình 3-9 Nhị phân hoá ảnh bằng Node-RED 45

Hình 3-10 Lọc bóng 46

Hình 3-11 Lấy số pixel của vật 46

Hình 3-12 Khối image average 47

Hình 3-13 Phân loại kích thước 47

Hình 3-14 Phân loại màu 48

Hình 3-15 Cách Node-RED đưa dữ liệu lên Google Sheets: 48

Hình 3-16 Nhập dữ liệu vào MongoDB Charts 49

Hình 3-17 Ghi dữ liệu vào PLC 49

Hình 3-18 Đọc dữ liệu từ PLC 49

Hình 3-19 Giao diện cài đặt hệ thống 50

Hình 3-20 Giao diện phân loại theo kích thước 50

Hình 3-21 Giao diện phân loại theo màu 50

Hình 3-22 Tính tổng hợp số lượng 51

Hình 3-23 Lọc dữ liệu trong Google Sheets 52

Hình 3-24 Chọn nút Connect 53

Hình 3-25 Chọn Connect your application 53

Hình 3-26 Copy đoạn mã liên kết 54

Hình 3-27 Dán đoạn mã vừa copy vào URI của khối mongodb3 in 54

Hình 3-28 Chọn Add Chart 55

Hình 3-29 Chọn vùng lấy dữ liệu và kiểu biểu đồ 55

Hình 3-30 Bấm Save để lưu biểu đồ 56

Hình 3-31 Chọn Share 56

Hình 3-32 Chọn Public link và copy đường link gửi cho người cần chia sẻ 56

Hình 3-33 Chọn tùy chọn "Inbound Rules” ở bên trái 57

Hình 3-34 Chọn tùy chọn Port và nhấp vào Next 58

Hình 3-38 nhập lệnh ipconfig vào Command Prompt 61

Hình 3-39 Địa chỉ Ipv4 của máy chủ 61

Hình 3-40 Địa chỉ truy cập vào Node-RED 61

Hình 3-41 Giao diện điều khiển hệ thống 62

Hình 4-1 Chọn chế độ phân loại theo kích thước 64

Hình 4-2 Lấy mẫu quả 64

Hình 4-3 Kết quả phân loại theo kích thước 65

Hình 4-4 Chọn chế độ phân loại theo màu 65

Hình 4-5 Kết quả phân loại theo màu sắc 66

Hình 4-6 Điều khiển trên điện thoại 67

Hình 4-7 Thực nghiệm trên SCADA 68

Hình 4-8 Kết quả phân loại kích thước ghi trên Google Sheets 69

Hình 4-9 Kết quả phân loại màu ghi trên Google Sheets 69

Hình 4-10 Lọc dữ liệu theo ngày trên Google Sheets 69

Hình 4-11 Biểu đồ hiển thị tỉ lệ phần trăm các loại quả đã phân loại 70

Hình 4-12 Xem biểu đồ theo ngày 71

VCC Voltage Common Collector

CMOS Complementary metal-oxide semiconductor

PLC Programmable logic controller

HMI Human-Machine-Interface

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

ROI Region of Interest

OCR Optical Character Recognition

IoT Internet of Things

TIA Totally Integrated Automation

RGB Red Green Blue

a TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

a.1Lý do chọn đề tài

Trái cây là loại lương thực thực phẩm không thể thiếu trong cuộc sống của conngười khi cung cấp cho cơ thể nhiều chất dinh dưỡng, chất xơ và các loại vitamingiúp con người khỏe mạnh về cả thể chất lẫn tinh thần, giảm nguy cơ mắc bệnh tật.Ngành công nghiệp chế biến trái cây Việt Nam đa số đều là các doanh nghiệpvừa và nhỏ, chưa có yếu tố tập trung sản xuất từng giai đoạn như nước ngoài, vì vậycác sản phẩm máy móc tự động hóa còn rất hạn chế trong các cơ sở trưng thu tráicây, các công đoạn chủ yếu được làm một cách thủ công, có thể gây thiệt hại lớncho doanh nghiệp khi tiêu tốn nhiều nhân lực cũng như gây ra các sai số trong quátrình phân loại chất lượng trái cây gây ra các thiệt hại không đáng có cho doanhnghiệp

Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc nâng cấp máy mócthực hiện công việc tự động được đặt ra để có thể giải quyết vấn đề hiện nay là giảm

số lượng nhân công cũng như tiết kiệm diện tích của cơ sở, giảm sai số đo đạc khithực hiện thủ công và chuyển sang thực hiện bằng máy móc, giúp cho chủ doanhnghiệp có thể quản lý nhà máy một cách tốt hơn Các dây chuyền phân loại trái cây

sẽ được nâng cấp với một chi phí hết sức hợp lý, giảm các lỗi do thao tác thủ cônggây ra Do đó em chọn đề tài này để thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo kíchthước hoặc màu sắc ứng dụng xử lý ảnh

a.2Mục tiêu thực hiện đề tài

Nghiên cứu áp dụng của đề tài thiết kế hệ thống với các thiết bị đơn giản dễ lắpđặt và giá thành thiết bị hợp lý

Nghiên cứu các ứng dụng của webcam cùng với xử lý ảnh bằng NodeRed dùngtrong đồ án nhằm tạo ra sản phẩm theo yêu cầu đồ án đề ra Việc nghiên cứu cũnggiúp sinh viên có thể thấy được thực tế khi ứng dụng vào đời sống và hiểu rõ hơn

tính chuyên môn của ngành Điện Tử Từ những kiến thức và kinh nghiệm đã đượchọc, thực hành tại trường sẽ giúp ích cho sinh viên trong công sống và công việcsau khi đi làm

a.3Đối tượng và hạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

a.4Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tuần tự và đồng thời: Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồngthời: tức là nghiên cứu mô hình cụ thể trước, sau đó xây dựng mô hình chứa tất cảcác thiết bị dự định sẽ có trong thiết kế để có cái nhìn tổng thể về hệ thống chung

và xác định các thông số cơ bản Từ đó, áp dụng cho việc thiết kế trong phạm vigiới hạn của đề tài

Phương pháp thực nghiệm: Mô hình hoá phần cơ và phần điện, tối ưu hoá cácthiết kế trước khi hoàn thành chế tạo Chế tạo mẫu các chi tiết để xem các chi tiết

đã hoạt động được như mong muốn hay chưa Tiếp theo là chế tạo mô hình thực

tế Cho vận hành thử hết công suất và chạy hết tất cả các chức năng của hệ thống

để có thể xác định giới hạn của hệ thống, từ đó đề xuất các phương án nâng cấphoặc thay thế và đưa ra các đánh giá về hệ thống (năng suất cửa hệ thống, mức độchịu tải, vận tốc của băng tải, công suất làm việc của hệ thống, giới hạn các chỉ số

cơ khí và điện năng, …)

Đặt yêu cầu hoàn thiện sản phẩm đáp ứng được:

 Thời gian xử lý không quá 15s/quả

 Cơ sở dữ liệu nhất quán với nhau

 Mô hình hoạt động ổn định

a.5Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Hệ thống phân loại sản phẩm mang lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích như: Giảmbớt công việc, tránh nhàm chán trong công việc, cái thiện điều kiện làm việc củacon người, tạo cho con người tiếp cận gần hơn với sự tiền bộ của khoa học côngnghệ, được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh

Nâng cao năng suất, tạo tiền đề để giảm giá thành sản phẩm, cũng như điềuchỉnh mẫu mã nhanh chóng, giúp cho việc quản lý, giám sát rất đơn giản Nókhông chỉ thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm tối đa sốlượng công nhân

b THIẾT KẾ VÀ THI CÔNGb.1Thiết kế hệ thống

Diễn giải sơ đồ:

Hai khối xử lý chính là PLC và Node RED có nhiệm vụ xử lý và đưa ra tín hiệuđiều khiển Khối chấp hành bao gồm 2 khối: Khối đẩy sản phẩm và khối băng tải.SCADA hiển thị hệ thống dưới dạng đồ hoạ Cảm biến được sử dụng ở đây là cảmbiến hồng ngoại NPN

Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống

b.2Thiết kế chi tiết

b.2.1 Khối camera: [3]

c Giới thiệu về webcam:

Webcam là từ viết tắt của Website Camera, đây là loại thiết bị ghi hình kỹthuật số được kết nối với máy tính để truyền trực tiếp hình ảnh mà nó ghi đượcđến một máy tính khác hoặc truyền lên một website nào đó thông qua mạngInternet

Hình 2-2 Webcam [3]

Về cơ bản, webcam gần giống như máy ảnh kỹ thuật số nhưng khác ở chỗ cácchức năng chính của nó sẽ do phần mềm cài đặt trên máy tính điều khiển và xửlý.

Các dữ liệu mà webcam thu được sẽ được lưu vào máy tính, dùng như thiết bịliên lạc hình ảnh giữa con người với nhau (nói chuyện qua webcam truyền hìnhảnh bằng internet)

Ngoài ra nó còn sử dụng cho các công tác an ninh, ví dụ như truyền hình ảnh

nó ghi được đến trung tâm kiểm soát từ xa

d Nguyên lý hoạt động của webcam:

Bản chất của webcam là một máy ảnh kỹ thuật số nhỏ gọn Để ghi được hìnhảnh và chuyển đổi sang dữ liệu số, webcam sử dụng một thiết bị cảm nhận hìnhảnh, thường là CCD (charge-coupled device) hoặc CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) Thiết bị cảm nhận hình ảnh này là một con chip bằngsilicon gồm 75.000 đến 300.000 điểm ảnh Ánh sáng truyền tới những điểm ảnhnày tạo ra những dòng điện Để lưu hình ảnh, những dòng điện này sau đó đượcchuyển thành dữ liệu số hoá, được nén lại và truyền tới máy tính thông qua dâydẫn được cắm vào cổng USB của máy tính Phần mềm điều khiển Webcam trênmáy tính sẽ giải nén dữ liệu chuyển dữ liệu này tới những phần mềm có nhu cầu

sử dụng như Facebook Messenger, Zalo, Media Movie Maker, Viber…

Thông thường, Webcam tạo ra hình ảnh với độ phân giải 640 x 480 pixel (trongkhi máy ảnh số hoặc camera số chuyên nghiệp tạo được hình ảnh có độ phân giảilên tới 2.048 x 2.048 pixel), và phát đi hình ảnh tới phần mềm điều khiển với tốc

độ 30 khuôn hình trong một giây (30fps)

Hình 2-4 Cấu trúc PLC [6]

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn ở hình bên trên Ngoài các môđun chính này, các PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun kết nối mạng, môđun truyền thông, mô đun ghép nối các mô đun chức năng để xử lý tín hiệu như môđun kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ bước, mô đun kết nối vớiencoder, mô đun đếm xung vào…

c Hoạt động của một PLC

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ,thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện cáctính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC Các PLC thế hệ cuối chophép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ

xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ, v.v

Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này được gọi làchu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh củachương trình điều khiển

d Phần mềm TIA Portal

TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần

mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử

dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống

Hình 2-5 Phần mềm TIA Portal [6]

TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó chophép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanhchóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứngdụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống

TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phầnmềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặcđiểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tínhthống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

1 Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng

2 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát

3 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xácđịnh bệnh, lỗi hệ thống.

4 Tích hợp mô phỏng hệ thống

5 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens

Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14, TIAPortal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17 Tùy theo nhu cầu sửdụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng

d.1.1 Khối đẩy sản phẩm

a Xi lanh khí nén hai chức năng

 Xi lanh khí nén (còn gọi là xi lanh khí/ben hơi) là một thiết bị cơ học đượcvận hành bằng khí nén Xi lanh khí nén là một dạng của van khí nén Để thựchiện hoạt động của nó, xi lanh khí nén có khả năng chuyển hóa năng lượngkhí nén thành động năng Nhờ vậy đã khiến các piston của thiết bị chuyểnđộng theo hướng mong muốn, qua đó làm cho thiết bị hoạt động

 Nguyên lí hoạt động: Khi không khí được nén vào trong xi lanh thông quamột đầu piston và theo đó chiếm không gian bên trong xi lanh và làm chopiston di chuyển, kéo theo xi lanh trượt đi theo hướng trục của xi lanh Khihết hành trình, xi lanh lại đẩy khí nén ra ngoài tiếp tục vòng tuần hoàn Nhờvậy đã sinh ra công, điều khiển thiết bị bên ngoài

Hình 2-6 Xi lanh khí nén hai chức năng [10]

Chức năng: Chuyển sản phẩm đã phân biệt đến khu vực của xi lanh để phân loại

và được điều khiển bằng khối PLC

b.1.2 Cảm biến

Chức năng: cảm nhận được vật thể để truyền tín hiệu về cho PLC xử lý, mạchkhuếch đại có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện trở mV/v sang tín hiệu analog 4 ~10mA hoặc 0 ~ 10V

Linh kiện sử dụng: cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4

Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4

Model: E3F-DS30C4

Số dây tín hiệu: 3 dây

Chân tín hiệu ngõ ra: dạng Transistor NPN đã được kéo nội trở lên 10k lên VCC.Nguồn cung cấp: 6 ~ 36VDC

b.1.3 SCADA

a Hệ thống SCADA là gì?

SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểutheo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa Theo địnhnghĩa trên thì SCADA là một hệ thống các yếu tố phần mềm và phần cứng cho phépcác tổ chức công nghiệp:

 Kiểm soát các quy trình công nghiệp tại local hoặc tại các địa điểm từ xa

 Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực

 Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động cơ vànhiều thứ khác thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI)

 Ghi sự kiện vào một file nhật ký hoặc CSDL

Các hệ thống SCADA rất quan trọng đối với các tổ chức công nghiệp vì chúnggiúp duy trì hiệu quả, xử lý dữ liệu cho các quyết định thông minh hơn và truyền đạtcác vấn đề của hệ thống để giúp giảm thiểu downtime

Kiến trúc SCADA cơ bản bắt đầu bằng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặcthiết bị đầu cuối từ xa (RTU) PLC và RTU là các máy vi tính giao tiếp với một loạtcác đối tượng như máy nhà máy, HMI, cảm biến và thiết bị đầu cuối, sau đó địnhtuyến thông tin từ các đối tượng đó đến máy tính bằng phần mềm SCADA Phầnmềm SCADA xử lý, phân phối và hiển thị dữ liệu, giúp người vận hành và các nhânviên khác phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định quan trọng

Ví dụ, hệ thống SCADA nhanh chóng thông báo cho nhà điều hành rằng một lôsản phẩm đang có tỷ lệ lỗi cao Nhà điều hành tạm dừng hoạt động và xem dữ liệu

hệ thống SCADA thông qua HMI để xác định nguyên nhân của sự cố Nhà điềuhành xem xét dữ liệu và phát hiện ra rằng Máy 4 bị trục trặc Khả năng của hệ thốngSCADA để thông báo cho người vận hành về một vấn đề giúp anh ta giải quyết vấn

đề đó và ngăn ngừa việc mất thêm sản phẩm

b Thiết kế giao diện SCADA cho đề tài

Hình 2-9 Giao diện HMI

Diễn giải giao diện:

 Ở trung tâm giao diện hiển thị khối đẩy sản phẩm, băng tải, các cảm biến vàcamera Chúng sẽ mô phỏng ra hoạt động thực tế của mô hình theo thời gianthực

 Cạnh bên phải bao gồm bảng trạng thái và bảng giá trị, hiển thị trạng tháihoạt động của các đơn vị chấp hành của hệ thống và giá trị số lượng các sảnphẩm đã được phân loại thêm vào đó có nút RESET để xoá hết bộ nhớ

 Bên dưới, ta có bảng điều khiển với các lựa chọn điều khiển của chế dộ tựdộng và chế độ bằng tay Bên cạnh đó có đèn báo chế độ AUTO/MANU

Nếu như ngày xưa phải biết ngôn ngữ C, C++ hay các ngôn ngữ máy bậc thấp.Thì giờ đây ta có thể code nó bằng javascript do Node-RED được xây dựng trênNodeJS [2]

Hình 2-10 Một Node-RED đơn giản

b Tính năng:

 Được xây dựng trên Node.js, hỗ trợ các chương trình nhẹ

 Phát triển các ứng dụng IoT một cách nhanh chóng

 Lấy dữ liệu từ cảm biến và thiết bị

 Phù hợp với hầu hết các thiết bị hiện có trên thị trường, ứng dụngnhiều trên Raspberry, Arduino và các thiết bị Android

Hình 2-11 Giao diện Node-Red

Giao diện lập trình gồm có 3 thành phần:

 Cạnh trái: Chứa các nút lệnh có sẵn để xây dựng ứng dụng

 Trung tâm: Nơi thiết kế ứng dụng, kết nối các nút

 Cạnh phải: Thuộc tính và cài đặt cấu hình cho các nút

b.1.1 Google Sheets:

a Giới thiệu: [9]

Google Sheets là một chương trình bảng tính được bao gồm như một phần của

bộ phần mềm văn phòng dựa trên web miễn phí được cung cấp bởi Google trongdịch vụ Google Drive của mình Dịch vụ này cũng bao gồm Google Docs vàGoogle Slides, một trình xử lý văn bản và chương trình trình bày tương ứng.Google Sheets có sẵn dưới dạng một ứng dụng web, ứng dụng di động cho Android,iOS, Windows, BlackBerry và dưới dạng ứng dụng trên máy tính để bàn trênChromeOS của Google Ứng dụng này tương thích với các định dạng file MicrosoftExcel Ứng dụng cho phép người dùng tạo và chỉnh sửa các file trực tuyến trong khicộng tác với những người dùng khác trong thời gian thực Chỉnh sửa được theo dõibởi người dùng với lịch sử sửa đổi trình bày các thay đổi Vị trí của biên tập viênđược tô sáng bằng màu sắc và con trỏ dành riêng cho biên tập viên và hệ thốngquyền điều chỉnh những gì người dùng có thể làm Các bản cập nhật đã giới thiệucác tính năng sử dụng máy học, bao gồm "Khám phá", đưa ra câu trả lời dựa trêncác câu hỏi ngôn ngữ tự nhiên trong bảng tính

 Lịch sử:

Bộ Drive nổi lên từ việc mua lại các sản phẩm khác của Google và '''GoogleSheets''' có sự khởi đầu là ứng dụng XL2Web XL2Web là một ứng dụng bảng tínhdựa trên web được phát triển bởi 2Web Technologies, được Google mua lại vàonăm 2006 và biến thành Bảng tính Google Labs Nó đã được đưa ra dưới dạng thửnghiệm cho một số lượng người dùng hạn chế, trên cơ sở ai đến trước được phục vụtrước vào ngày 6 tháng 6 năm 2006 Thử nghiệm giới hạn sau đó đã được thay thếbằng phiên bản beta dành cho tất cả chủ sở hữu Tài khoản Google, cùng lúc vớithông cáo báo chí chính thức được phát hành Vào tháng 3 năm 2010, Google đãmua lại công ty cộng tác tài liệu trực tuyến DocVerse DocVerse cho phép cộng táctrực tuyến nhiều người dùng trên tài liệu tương thích với Excel cũng như các địnhdạng Microsoft Office khác như Word và PowerPoint Các cải tiến dựa trên

DocVerse đã được công bố và triển khai vào tháng 4 năm 2010 Vào tháng 6 năm

2012, Google đã mua Quickoffice, một "nhà lãnh đạo trong các giải pháp năng suấtvăn phòng", đặc biệt nhấn mạnh vào "khả năng tương tác liền mạch với các địnhdạng tệp phổ biến" của Quickoffice Vào tháng 10 năm 2012, Bảng tính Google đãđược đổi tên thành Google Sheets và một ứng dụng Chrome đã được phát hànhcung cấp lối tắt cho Trang tính trên trang tab mới của Chrome

 Nền tảng:

Google Sheets có sẵn dưới dạng một ứng dụng web được hỗ trợ trên các trìnhduyệt web Google Chrome, Mozilla Firefox, Internet Explorer, Microsoft Edge vàApple Safari Người dùng có thể truy cập tất cả các bảng tính, trong số các filekhác, thông qua trang web Google Drive Vào tháng 6 năm 2014, Google đã giớithiệu một trang chủ trang web dành riêng cho Trang tính chỉ chứa các file được tạobằng Sheets Vào năm 2014, Google đã ra mắt một ứng dụng di động dành riêngcho Sheets trên hệ điều hành di động Android và iOS Vào năm 2015, trang web diđộng cho Sheets đã được cập nhật với giao diện "đơn giản hơn, đồng bộ hơn" vàtrong khi người dùng có thể đọc bảng tính thông qua các trang web di động, ngườidùng cố gắng chỉnh sửa sẽ được chuyển hướng tới ứng dụng di động để loại bỏchỉnh sửa trên web di động

b Tính năng, đặc điểm: [9]

Lịch sử hợp tác và sửa đổi

Google Sheets phục vụ như một công cụ cộng tác để chỉnh sửa bảng tính hợptác trong thời gian thực Các tài liệu có thể được chia sẻ, mở và chỉnh sửa cùng lúcbởi nhiều người dùng và người dùng có thể thấy các thay đổi theo từng ký tự khicác cộng tác viên khác thực hiện các chỉnh sửa Các thay đổi được lưu tự động vàomáy chủ của Google và lịch sử sửa đổi sẽ được lưu tự động để các chỉnh sửa trongquá khứ có thể được xem và hoàn nguyên Vị trí hiện tại của trình soạn thảo đượcthể hiện bằng màu/con trỏ dành riêng cho trình soạn thảo, vì vậy nếu một trình soạnthảo khác tình cờ xem phần tài liệu đó, họ có thể thấy các chỉnh sửa khi chúng xảy

ra Chức năng trò chuyện bên cho phép cộng tác viên thảo luận về chỉnh sửa Lịch

sử sửa đổi cho phép người dùng xem các bổ sung được thực hiện cho một tài liệu,với mỗi tác giả được phân biệt bằng màu sắc Chỉ có thể so sánh các bản sửa đổiliền kề và người dùng không thể kiểm soát tần suất lưu bản sửa đổi Các file có thểđược xuất sang máy tính cục bộ của người dùng ở nhiều định dạng như PDF ODF

và Office Open XML Sheets hỗ trợ gắn thẻ cho mục đích lưu trữ và tổ chức

Khám phá

Ra mắt cho toàn bộ bộ Drive vào tháng 9 năm 2016, "Khám phá" cho phépchức năng bổ sung thông qua học máy Trong Google Sheets, Explore cho phépngười dùng đặt câu hỏi, chẳng hạn như "Có bao nhiêu đơn vị được bán vào Thứ SáuĐen?" Và Explore sẽ trả lời câu trả lời mà không yêu cầu kiến thức về công thức từngười dùng Tháng 6 năm 2017, Google đã mở rộng tính năng Explore trongGoogle Sheets để tự động xây dựng biểu đồ và trực quan hóa dữ liệu, và một lầnnữa mở rộng nó vào tháng 12 để có tính năng học máy có khả năng tự động tạobảng xoay Tháng 10 năm 2016, Google đã công bố bổ sung "Vật phẩm hành động"vào Sheets Nếu người dùng chỉ định một tác vụ trong Sheets, dịch vụ sẽ gán hànhđộng đó một cách thông minh cho người dùng được chỉ định Google tuyên bố điềunày sẽ giúp các cộng tác viên khác dễ dàng hình dung ra ai chịu trách nhiệm chomột nhiệm vụ Khi người dùng truy cập Google Drive hoặc Sheets, bất kỳ file nàochứa các tác vụ được gán cho chúng sẽ được tô sáng bằng huy hiệu Tháng 3 năm

2014, Google đã giới thiệu các tiện ích bổ sung; các công cụ mới từ các nhà pháttriển bên thứ ba bổ sung thêm nhiều tính năng cho Google Sheets

Chỉnh sửa ngoại tuyến

Để xem và chỉnh sửa bảng tính ngoại tuyến trên máy tính, người dùng cần sửdụng trình duyệt web Google Chrome Tiện ích mở rộng Chrome, Google DocsOffline, cho phép người dùng kích hoạt hỗ trợ ngoại tuyến cho Sheets và các fileDrive khác trên trang web Google Drive Các ứng dụng Android và iOS vốn hỗ trợchỉnh sửa ngoại tuyến

Các file

Các file ở các định dạng sau có thể xem và chuyển đổi sang định dạngSheets:.xls (nếu mới hơn Microsoft Office95),.xlsx,.xlsm,.xlt,.xltx,.xltm.ods,.csv,.tsv,.txt,.tab Kích thước tài liệu tổng thểđược giới hạn ở mức 2 triệu ô

G Suite

Ứng dụng Sheets và phần còn lại của bộ Drive được sử dụng miễn phí cho cánhân, nhưng Sheets cũng có sẵn như một phần của dịch vụ G Suite tập trung vàodoanh nghiệp của Google, là thuê bao hàng tháng cho phép thêm chức năng tậptrung vào doanh nghiệp

Chức năng khác

Một công cụ tìm và thay thế đơn giản có sẵn Dịch vụ này bao gồm một công cụclipboard web cho phép người dùng sao chép và dán nội dung giữa Google Sheets

và Docs, Slides và Drawings Bảng tạm web cũng có thể được sử dụng để sao chép

và dán nội dung giữa các máy tính khác nhau Các mục đã sao chép được lưu trữtrên máy chủ của Google trong tối đa 30 ngày Google cung cấp tiện ích mở rộngcho trình duyệt web Google Chrome có tên Office chỉnh sửa cho Docs, Sheets vàSlides cho phép người dùng xem và chỉnh sửa tài liệu Microsoft Excel trên GoogleChrome, thông qua ứng dụng Sheets Tiện ích mở rộng có thể được sử dụng để mởcác tệp Excel được lưu trữ trên máy tính bằng Chrome, cũng như để mở các tệp gặpphải trên web (dưới dạng tệp đính kèm email, kết quả tìm kiếm trên web, v.v.) màkhông cần phải tải xuống Tiện ích mở rộng được cài đặt trên Chrome OS theo mặcđịnh

b.1.1 MongoDB Charts:

a Giới thiệu:[3]

MongoDB Charts là một công cụ để tạo các minh họa trực quan cho dữ liệuMongoDB của bạn Trực quan hóa dữ liệu là một thành phần quan trọng để cungcấp sự hiểu biết rõ ràng về dữ liệu của bạn, làm nổi bật mối tương quan giữa cácbiến và giúp bạn dễ dàng phân biệt các mẫu và xu hướng trong bộ dữ liệu của mình.Biểu đồ MongoDB giúp cho việc truyền tải dữ liệu của bạn trở nên đơn giản hơnbằng cách cung cấp các công cụ có sẵn để dễ dàng chia sẻ và cộng tác trên các hìnhảnh trực quan

Hình 2-12 MongoDB Charts [3]

b Tính năng:[3]

Tính năng Tổng hợp

MongoDB Charts sẽ cung cấp cho bạn những tính năng tổng hợp có sẵn Nhữngtính năng tổng hợp này cho phép bạn xử lý dữ liệu thu thập của mình bằng nhiều sốliệu khác nhau; thực hiện các phép tính như tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn vàcung cấp cho bạn các thông tin chi tiết hơn về dữ liệu.

Liên kết liền mạch với MongoDB Atlas

Biểu đồ cung cấp sự liên kết liền mạch với MongoDB Atlas Bạn có thể liên kếtMongoDB Charts với các dự án Atlas và nhanh chóng bắt đầu trực quan hóa dữ liệucụm Atlas của bạn

Nguồn dữ liệu

Tham chiệu đện bồ sữu tập MongoDB chữa dữliệu bận muồn hình dung Lữu ý rậng việc xóanguồn dữ liệu không ậnh hữởng đện việc thuthập dữ lệu cở bận của MongoDB

Đồ thị

Hình ậnh trữc quan ánh xậ tởi mồt nguồn dữ

liệu duy nhất

Bậng điệu khiện Mồt nhóm gồm mồt hoậc nhiệu biệu đồ

Xử lý dữ liệu và tài liệu

Các biểu đồ xử lý dữ liệu dựa trên tài liệu, bao gồm các Object nhúng và mảngnhúng Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu lồng nhau mang lại sự linh hoạt trong cấu trúc

dữ liệu của bạn đồng thời khiến nó trở nên phù hợp nhất với ứng dụng của bạntrong khi vẫn giữ được khả năng trực quan hóa mạnh mẽ

Các khái niệm:[3]

Ghi chú: Vì biểu đồ chỉ có thể hiển thị dữ liệu từ một tập hợp duy nhất, nên cáctrang tổng quan kết hợp nhiều biểu đồ không chỉ hữu ích mà còn cần thiết để hình

dung dữ liệu từ nhiều tập hợp trong một chế độ xem duy nhất Điều này có thể dẫnđến một số thông tin chi tiết mới về dữ liệu của bạn nhưng có thể không rõ ràngngay lập tức.

Các loại biểu đồ:

Biệu đồ MongoDB cung cập nhiệu loậi biệu đồ đệ trữc quan hóa dữ liệu của bận bao gồm biệu đồ cồt, biệu đồ phân tán, biệu đồ miện, …

Hình 2-13 Các loại biểu đồ [3]