HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Tên
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, việc áp dụng tự động hóa và trí tuệ nhân tạo vào sản xuất và kinh doanh trở thành xu hướng tất yếu để nâng cao năng suất lao động Nhiều nhà máy trên thế giới đã triển khai hệ thống dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động, sử dụng robot để thay thế sức lao động của con người, từ đó giảm thiểu số lượng nhân công mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm với độ chính xác cao.
Với sự phát triển của công nghệ tiên tiến, việc kiểm tra lỗi bề mặt, đọc và giải mã mã vạch, QR code trong quá trình kiểm tra sản phẩm đã trở nên dễ dàng và nhanh chóng Công nghệ xử lý ảnh giúp xác định hướng, vị trí, hình dạng của hàng hóa và linh kiện, từ đó phân loại và sắp xếp chúng một cách hiệu quả Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí so với các hoạt động thủ công trước đây.
Nhiều quốc gia như Mỹ, Nhật Bản và Pháp đã nhanh chóng áp dụng xu hướng sử dụng robot kết hợp với camera trong sản xuất Các hãng nổi tiếng như Mitsubishi và ABB cung cấp nhiều dòng sản phẩm, trong đó cánh tay robot MELFA FR Series được ưa chuộng.
Nhóm đã nhận thấy xu hướng toàn cầu hiện tại và quyết định chọn đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot”.
SCARA được thiết kế để phát triển một hệ thống ứng dụng cao, phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu, đồng thời cải tiến các hệ thống hiện tại.
Mục tiêu
Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng PLC cùng với các thiết bị như cánh tay Robot, HMI, cảm biến và camera để phát triển một mô hình phân loại sản phẩm hiệu quả và chính xác Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng hệ thống hoạt động tốt trong việc phân loại sản phẩm.
Hệ thống phân loại được sản phẩm theo hình dạng (tròn, vuông, lục giác) với độ chính xác hơn 80%
Tốc độ phân loại trên 5 sản phẩm/phút
Nhận diện được sản phẩm với mọi góc lệch khác nhau
Robot gắp sản phẩm và đặt đúng vị trí quy định trong hộp
Phát hiện và loại bỏ các sản phẩm bị lỗi
Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống trên HMI và PC
Truy vấn dữ liệu hệ thống trên Webserver.
Nội dung nghiên cứu
Đề tài “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT SCARA” gồm các nội dung như sau:
Chương 1: TỔNG QUAN Ở chương này nhóm đặt ra vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, ý nghĩa thực tiễn cũng như phạm vi của đề tài
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nguyên lý hoạt động của hệ thống, tổng quan về các khái niệm xử lý ảnh, PLC
Sơ lược về SQL server, Webserver cũng như robot trong công nghiệp sẽ được trình bày trong chương này
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ở chương này nhóm nêu lên những yêu cầu của hệ thống sau đó tính toán và thiết kế
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Ở chương này nhóm sẽ tiến hành thi công lắp đặt hệ thống dựa trên những tính toán và thiết kế ở trước
Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Kết quả đạt được của hệ thống sẽ được trình bày ở chương này
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Dựa trên những kết quả đạt được nhóm sẽ nêu lên những kết luận và hướng phát triển ở chương cuối cùng
Giới hạn
Đề tài nhóm nghiên cứu có một số giới hạn như sau:
Hệ thống chỉ có thể phân loại được những sản phẩm có hình dạng đã được quy định từ trước như tròn, vuông, lục giác
Hệ thống không đạt được độ chính xác tuyệt đối trong những điều kiện ánh sáng khác nhau
Số lượng sản phẩm di chuyển trên băng tải không được liên tục mà phải có thời gian trì hoãn tối thiểu là 10s
Tốc độ của băng tải trong quá trình hoạt động phải giữ ở mức cố định
Chỉ hút được những sản phẩm nhẹ với khối lượng < 1 kg và phải có bề mặt nhẵn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về hệ thống
Băng tải cấp sản phẩm và băng tải cấp hộp đựng được bố trí vuông góc, với robot đặt ở giữa Khi hoạt động, băng tải chứa sản phẩm cần phân loại sẽ đi qua khu vực xử lý ảnh, nơi có một camera trong hộp đen Hình ảnh thu nhận từ camera sẽ được xử lý bằng phần mềm LabVIEW, và dữ liệu sau đó sẽ được truyền xuống PLC.
PLC điều khiển động cơ Servo để robot thực hiện việc gắp sản phẩm từ băng tải 1 và đặt vào hộp trên băng tải 2 Tất cả các quá trình này được đồng bộ hóa, và các thông số cùng trạng thái của hệ thống sẽ được hiển thị trên màn hình HMI, giao diện LabVIEW trên máy tính.
Số liệu liên quan đến hệ thống sẽ được lưu trên SQL server và gửi lên Webserver để giám sát.
Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay
Hệ thống phân loại là giải pháp công nghiệp tự động hóa, thay thế con người trong việc phân loại sản phẩm Giải pháp này chuyển đổi từ phương pháp thủ công sang hệ thống tự động, giúp phân chia sản phẩm dựa trên các đặc tính mà người sử dụng quy định.
Một số ứng dụng của hệ thống phân loại trong thực tế hiện nay như:
Ngành công nghiệp may mặc
Ngành công nghiệp dược phẩm
Các loại hệ thống phân loại đang hiện hành ngoài thị trường hiện nay có thể kể tên như:
Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter (Hình 2-1)
Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt (Hình 2-2)
Hệ thống phân loại Pop – Up (Hình 2-3)
Hệ thống phân loại Wave – Sorter (Hình 2-4)
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2-1 Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter [1]
Hình 2-2 Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt [1]
Hình 2-3 Hệ thống phân loại Pop – Up [1]
Hình 2-4 Hệ thống phân loại Wave – Sorter [1]
Tổng quan về robot trong công nghiệp
Robot công nghiệp, hay còn gọi là Industrial Robotics, được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường sản xuất Chúng có khả năng di chuyển và thực hiện các nhiệm vụ thông qua hai hoặc nhiều trục liên kết với nhau.
Hiện nay, các hãng sản xuất đang tích cực phát triển Robot công nghiệp nhằm nâng cao khả năng làm việc của chúng, từ đó thay thế sức lao động của con người.
Hình 2-5 Cánh tay robot trong ngành công nghiệp ô tô [2]
Hiện nay, thị trường có nhiều loại robot công nghiệp khác nhau Để thuận tiện trong việc kiểm soát và lựa chọn, người ta phân loại robot thành các nhóm cụ thể.
Theo không gian làm việc
Theo các ngành nghề công nghiệp
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3.3 Bài toán động học robot a Động học thuận cánh tay robot Động học thuận là quá trình tính toán vị trí và hướng của cơ cấu chấp hành cuối khi biết trước tất cả các giá trị biến khớp, mối quan hệ đó biểu diễn như (Hình 2-6) Để giải được bài toán này thì tuân thủ quy tắc Denavit-Hartenberg
Hình 2-6 Cấu trúc động học thuận
Giả sử trong chuỗi động học của cánh tay robot có n khâu, khâu thứ n nối khớp thứ n với khớp thứ n+1 sẽ có mô hình hóa như (Hình 2-7)
Để mô hình hóa robot bằng cách sử dụng biểu diễn D-H, bước đầu tiên là gắn hệ trục tham chiếu lên mỗi khớp xoay Tất cả các khớp được biểu diễn theo trục Z Đối với khớp quay, trục Z sẽ được định hướng theo hướng dịch chuyển tạo ra sự quay theo quy tắc bàn tay phải, trong khi đối với khớp tịnh tiến, trục Z của khớp sẽ dọc theo hướng di chuyển.
Khoảng cách vuông góc giữa trục \( z_{n-1} \) và \( z_n \) được biểu diễn bằng \( a \), trong khi hướng của trục \( x_n \) sẽ theo hướng của đoạn \( a \) Hướng của trục \( y \) được xác định dựa trên tam diện thuận của hệ trục tham chiếu Thông tin này được trình bày trong bảng thông số D-H (Bảng 2-1).
Bảng 2-1 Bảng thông số DH i a d
a là khoảng cách giữa zn-1 và zn so với xn-1
là góc giữa zn-1 và zn so với xn-1
d là khoảng cách giữa xn-1 và xn so với zn
là góc giữa xn-1 và xn so với zn
Ma trận chuyển vị từ hệ i đến hệ i+1 được thể hiện ở công thức (2.1), với các thông số được xác định trong bảng D-H:
1 1 1 1 cos sin 0 sin cos cos cos sin sin sin sin cos sin cos cos
Ma trận chuyển vị của hệ từ hệ 0 đến hệ i được xác định bằng cách nhân các ma trận chuyển vị ở từng khâu theo công thức sau:
Kết quả của quá trình này thu được ma trận có dạng như công thức như sau:
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
R3x3 là ma trận thể hiện hướng, trong khi P3x1 là ma trận thể hiện vị trí của điểm đầu cuối so với tọa độ gốc Động học nghịch của cánh tay robot là một khía cạnh quan trọng trong việc xác định vị trí và hướng của các khớp.
Bài toán động học nghịch là ngược lại với bài toán động học thuận, và độ phức tạp của nó phụ thuộc vào cấu trúc của robot (Hình 2-8).
Việc tìm lời giải cho động học nghịch của robot 3 bậc tự do đơn giản hơn nhiều so với robot 6 bậc tự do Điều này cho thấy rằng, với số bậc tự do cao hơn, quá trình tính toán sẽ trở nên phức tạp hơn.
Hình 2-8 Cấu trúc động học nghịch Để tìm được đáp số người thiết kế robot sử dụng một số phương pháp:
Ưu điểm: Tìm đầy đủ các nghiệm nên không bị sót nghiệm
Nhược điểm: Nếu robot quá phức tạp việc tính toán hệ phương trình nhiều ẩn sẽ rất khó khăn
Ưu điểm: Trực quan, dễ hình dung, dễ hiểu
Nhược điểm: Dễ bị sót nghiệm
Phương pháp kết hợp đại số và hình học:
Ưu điểm: Trực quan, dễ hình dung, dễ hiểu
Nhược điểm: Đòi hỏi cần có kiến thức chắc giữa đại số và hình học.[3]
Giới thiệu về động cơ AC – Servo
2.4.1 Định nghĩa Động cơ Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu và thực hiện nhanh chóng, chính xác theo lệnh từ PLC Những thiết bị đi kèm khi sở hữu bộ động cơ AC – Servo sẽ bao gồm 1 bộ điều khiển Servo (Servo Driver), 1 động cơ Servo và 1 Encoder để phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển (Hình 2-9)
Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh moment phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau và có khả năng thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh, với thời gian phản hồi chỉ trong mili giây.
Hình 2-9 Driver và động cơ AC – Servo [4]
2.4.2 Cấu tạo Động cơ Servo là một thành phần trong hệ thống Servo Động cơ Servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao Động cơ Servo được chia thành 2 loại gồm động cơ AC Servo và động cơ DC Servo AC Servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc công nghiệp DC Servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp cho các ứng dụng nhỏ hơn
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cấu tạo của động cơ AC Servo bao gồm 3 phần là stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder (Hình 2-10)
Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor
Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh
Encoder được gắn sau đuôi động cơ có chức năng phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển.[4]
Hình 2-10 Cấu tạo của động cơ AC – Servo [4]
Giới thiệu về động cơ bước
Động cơ bước, hay còn gọi là Step Motor, là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt so với các động cơ điện thông thường Đây là động cơ đồng bộ, có khả năng chuyển đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện rời rạc thành các chuyển động góc quay, giúp cố định rotor vào các vị trí cần thiết.
Động cơ bước, được điều khiển bởi bộ điều khiển bên ngoài gọi là Driver, có khả năng giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào và quay đến một vị trí khác.
Trên Driver, người dùng có thể điều chỉnh nhiều thông số để đáp ứng yêu cầu điều khiển, bao gồm dòng điện tối đa cung cấp cho động cơ và số xung tương ứng với một vòng quay của động cơ.
Hình 2-12 Driver động cơ bước [6]
Giới thiệu về xử lý ảnh
2.6.1 Khái niệm về xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một lĩnh vực con của xử lý tín hiệu số, trong đó tín hiệu được xử lý là hình ảnh Đây là một ngành khoa học mới đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây.
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 cuộc sống của con người
Xử lý ảnh số là một lĩnh vực quan trọng trong tin học ứng dụng, tương tự như xử lý dữ liệu bằng đồ họa Trong đó, xử lý dữ liệu bằng đồ họa liên quan đến các hình ảnh nhân tạo, được coi là cấu trúc dữ liệu và được tạo ra thông qua các chương trình.
Xử lý ảnh số là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật biến đổi nhằm truyền tải hoặc mã hóa các ảnh tự nhiên Mục đích chính của xử lý ảnh là cải thiện chất lượng hình ảnh và tối ưu hóa thông tin hình ảnh.
Biến đổi ảnh làm tăng chất lượng ảnh
Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh.[7]
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để dễ tưởng tượng, ta xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh như ở (Hình 2-13):
Ảnh có thể được thu nhận qua camera màu hoặc trắng đen, thường là ảnh tương tự từ camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh gồm 25 dòng Ngoài ra, còn có loại camera số hóa như CCD (Change Coupled Device), sử dụng photodiot để tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh.
Camera thường sử dụng là loại quét dòng, tạo ra hình ảnh hai chiều Chất lượng hình ảnh thu được phụ thuộc vào thiết bị thu và các yếu tố môi trường như ánh sáng và phong cảnh Tiền xử lý ảnh là bước quan trọng trong quá trình này.
Sau khi thu nhận, ảnh có thể bị nhiễu và có độ tương phản thấp, do đó cần sử dụng bộ tiền xử lý để cải thiện chất lượng Bộ tiền xử lý có chức năng chính là lọc nhiễu và nâng cao độ tương phản, giúp ảnh trở nên rõ nét hơn Phân đoạn ảnh hay phân vùng ảnh cũng là một bước quan trọng trong quá trình xử lý hình ảnh.
Phân vùng ảnh là quá trình tách một bức ảnh thành các vùng thành phần, giúp biểu diễn và phân tích cũng như nhận dạng ảnh Đây là một trong những bước phức tạp và khó khăn nhất trong xử lý ảnh, dễ dẫn đến lỗi và làm giảm độ chính xác của kết quả Do đó, chất lượng của công đoạn này có ảnh hưởng lớn đến kết quả nhận dạng ảnh.
Để nhận dạng chữ hoặc mã vạch trên phong bì thư nhằm phân loại bưu phẩm, cần tách các thành phần như địa chỉ, tên người thành các từ, chữ cái và số riêng biệt Phần biểu diễn ảnh bao gồm các điểm ảnh của vùng ảnh đã phân đoạn cùng với mã liên kết ở các vùng lân cận Việc chuyển đổi các số liệu này thành định dạng phù hợp là cần thiết cho quá trình xử lý tiếp theo bằng máy tính.
Trích chọn đặc trưng (Feature Extraction) là quá trình lựa chọn các tính chất của ảnh, nhằm tách biệt các đặc điểm dưới dạng thông tin định lượng Điều này giúp phân biệt các lớp đối tượng khác nhau trong ảnh đã nhận được.
Trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, việc mô tả các đặc trưng của từng ký tự là rất quan trọng để phân biệt chúng với nhau Nhận dạng và nội suy ảnh cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Nhận dạng ảnh là quá trình xác định và phân loại hình ảnh bằng cách so sánh với các mẫu chuẩn đã được học trước đó Quá trình này bao gồm việc nội suy, tức là đưa ra phán đoán dựa trên các thông tin đã nhận diện.
Một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được chuyển đổi thành mã điện thoại Có nhiều phương pháp phân loại khác nhau cho hình ảnh Theo lý thuyết nhận dạng, các mô hình toán học về hình ảnh được chia thành hai loại nhận dạng cơ bản.
Nhận dạng theo tham số
Nhận dạng theo cấu trúc
Hiện nay, trong khoa học và công nghệ, có nhiều phương pháp nhận dạng phổ biến như nhận dạng ký tự (bao gồm chữ in, chữ viết tay và chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản, nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch và nhận dạng khuôn mặt.
Ảnh là một đối tượng phức tạp với nhiều yếu tố như đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh và môi trường thu ảnh, dẫn đến sự xuất hiện của nhiễu Trong quá trình xử lý và phân tích ảnh, việc đơn giản hóa các phương pháp toán học là cần thiết để thuận tiện cho việc xử lý Đồng thời, người ta cũng mong muốn mô phỏng quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh giống như con người Hiện nay, nhiều bước trong quy trình xử lý đã áp dụng các phương pháp trí tuệ nhân tạo, từ đó phát huy các cơ sở tri thức.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT g Mô tả ảnh Ảnh sau khi số hóa sẽ lưu vào bộ nhớ, hoặc truyền sang các khâu tiếp theo để phân tích Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ.[7]
Xử lý ảnh với phần mềm LabVIEW
LabVIEW là môi trường lập trình đồ họa giúp tạo ứng dụng với giao diện người dùng chuyên nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu quả Hàng triệu kỹ sư và nhà khoa học sử dụng LabVIEW để phát triển ứng dụng đo lường, kiểm thử và điều khiển tinh vi thông qua các biểu tượng trực quan và dây nối tín hiệu.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về PLC Mitsubishi
PLC Mitsubishi là sản phẩm của tập đoàn Mitsubishi Nhật Bản PLC Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển các hệ thống trong công nghiệp
MELSEC iQ-R Series là bộ điều khiển lập trình đa năng, đáp ứng nhu cầu điều khiển tự động đa dạng với bus hệ thống tốc độ cao, mang lại hiệu suất cao và khả năng xử lý thông minh Bộ điều khiển này bao gồm các tùy chọn như cấu hình mạng CC-Link IE nhúng, cho phép thay đổi dung lượng bộ nhớ và bộ điều khiển chuyển động vị trí với độ chính xác cao.
Hình 2-17 PLC Mitsubishi dòng iQ-R [9]
Giới thiệu về SQL server và Webserver
2.9.1 Tổng quan về SQL server
SQL Server, hay còn gọi là Microsoft SQL Server, là phần mềm do Microsoft phát triển, được sử dụng để lưu trữ dữ liệu theo tiêu chuẩn RDBMS một cách dễ dàng.
SQL Server cung cấp đầy đủ công cụ quản lý, từ giao diện GUI đến ngôn ngữ truy vấn SQL Điểm mạnh của SQL nằm ở khả năng tích hợp với nhiều nền tảng như ASP.NET và C# để xây dựng ứng dụng Winform, đồng thời nó cũng có thể hoạt động độc lập.
Web server là máy chủ chạy các ứng dụng web, có khả năng nhận yêu cầu từ trình duyệt và gửi phản hồi đến client qua giao thức HTTP hoặc các giao thức khác Một số web server phổ biến bao gồm Apache, Nginx và IIS.
Khi bạn truy cập một trang web trên internet, bạn đang gửi yêu cầu đến một máy chủ web Việc nhập URL vào trình duyệt (chẳng hạn như https://google.vn) sẽ kích hoạt một quy trình để nhận lại phản hồi từ máy chủ.
Hình 2-18 Mô hình hoạt động cơ bản của 1 Webserver [11]
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Yêu cầu hệ thống
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot và xử lý ảnh gồm những yêu cầu theo từng quy trình được mô tả ở (Bảng 3-1)
Bảng 3-1 Quy trình và yêu cầu của hệ thống
Quy trình hoạt động Yêu cầu đặt ra
- Hộp di chuyển trên băng tải 2 đến khi chạm cảm biến thì băng tải 2 dừng
- Hộp được giữ nguyên vị trí suốt quá trình phân loại sản phẩm
- Kích thước hộp 222x76x30 (mm) với mỗi ô 70x70x27 (mm)
- Sản phẩm được vận chuyển khi trong dây chuyền có hộp
- Kích thước sản phẩm (max) (60x60x15 mm)
- Sản phẩm được phân loại theo đúng hình dáng (vuông, tròn, lục giác)
- Có thể phân loại sản phẩm ở mọi vị trí trên băng tải và góc xoay khác nhau
Phân loại sản phẩm liên tục là phương pháp tối ưu, không cho phép băng tải dừng lại trong quá trình phân loại Điều này giúp tăng tuổi thọ của băng tải và giảm chi phí điện năng.
- Thiết kế giao diện vận hành và giám sát hệ thống đơn giản, dễ sử dụng trên phần mềm LabVIEW và trên HMI GS2110-WTBD
- Thiết kế giao diện Webserver trực quan, dễ truy cập dữ liệu liên quan đến hệ thống.
Sơ đồ khối của hệ thống
“HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT
SCARA” có sơ đồ khối được thể hiển ở (Hình 3-1)
Khối vận hành và giám sát (HMI, PC)
Khối vận chuyển (Băng tải, Robot)
Khối xử lý trung tâm
Hình 3-1 Sơ đồ khối của hệ thống
Với chức năng của từng khối như sau:
Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện áp 220VAC và 24VDC cho toàn hệ thống
Khối xử lý trung tâm: Nhận tín hiệu từ ngõ vào, xử lý và đưa ra phương pháp điều khiển cho các thiết bị trong hệ thống làm việc
Khối nhận dạng: Camera chụp ảnh, xử lý và phân loại sản phẩm theo hình dạng; Cảm biến nhận khi có sản phẩm
Khối vận chuyển: Băng tải vận chuyển hộp và sản phẩm; Robot thực hiện hút và thả vật theo đúng vị trí phân loại
Khối vận hành và giám sát: Điều khiển và giám sát trạng thái vận hành của hệ thống trên HMI và PC
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Thiết kế và chọn thiết bị phần cứng
3.3.1.Lựa chọn thiết bị a Khối nguồn
Hệ thống yêu cầu hai nguồn cấp chính: 24 VDC và 220 VAC Nguồn 24 VDC cung cấp năng lượng cho cảm biến, nút nhấn, đèn báo, mạch điều khiển driver MR-J4-20B và động cơ bước Trong khi đó, nguồn 220 VAC được sử dụng cho mạch động lực driver MR-J4-20B để cấp cho động cơ servo và cung cấp năng lượng cho module R62P trên base.
Nguồn 220 VAC được cung cấp từ lưới điện dân dụng, trong khi nguồn 24 VDC sử dụng nguồn Omron S8VS-12024 với các thông số kỹ thuật được nêu trong bảng 3-2.
Hình 3-2 Nguồn Omron S8VS – 12024 Bảng 3-2 Thông số kỹ thuật nguồn Omron S8VS – 12024 Điện áp đầu vào 100 – 240 VAC
Công suất 120 W Điện áp đầu ra 24 VDC
Dòng điện định mức 5A Điện trở cách điện 100 MΩ b Khối điều khiển hệ thống
Nhóm lựa chọn điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển lập trình PLC, cho phép mở rộng dễ dàng với nhiều ngõ vào/ra trong tương lai Bộ điều khiển này không bị ảnh hưởng bởi nhiễu trong môi trường công nghiệp, đồng thời tích hợp các cổng kết nối thuận tiện cho việc kết nối với các thiết bị ngoại vi khác và có tốc độ xử lý cao.
Nhóm CPU R04CPU (MELSEC iQ-R Series) tích hợp module R71EN71, cho phép giao tiếp Ethernet với các thiết bị ngoại vi mà không cần mua thêm module Thông số kỹ thuật chi tiết được trình bày trong Bảng 3-3.
Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật module R04ENCPU [13]
Dòng STANDARD CPU (CC-LINK IE)
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Nhóm sử dụng Base R312B (Hình 3-4) có khả năng gắn tới 12 module cho hệ thống để thuận tiện cho việc kết nối và phát triển hệ thống trong tương lai
3 Module nguồn Để cấp nguồn cho các module được gắn trên Base nhóm sử dụng module nguồn R62P (Hình 3-5) với thông số như ở (Bảng 3-4)
Bảng 3-4 Thông số kỹ thuật module R62P
Dòng ra 24V 0.6 A c Khối tín hiệu I/O
1 Module ngõ vào Để nhận tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, nút nhấn,… Nhóm sử dụng module Input RX42C4 (Hình 3-6) với thông số như ở (Bảng 3-5)
Hình 3-7 Sơ đồ kết nối của Module RX42C4 [14]
Bảng 3-5 Thông số kỹ thuật module RX42C4 [14]
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Để phát tín hiệu từ PLC đến các thiết bị như đèn báo tín hiệu và van điện từ, nhóm đã sử dụng module Output RY42NT2P với các thông số được trình bày trong Bảng 3-6.
Hình 3-8 Module output RY42NT2P [14]
Hình 3-9 Sơ đồ kết nối của Module RY42NT2P [14]
Bảng 3-6 Thông số kỹ thuật module RY42NT2P [14]
Dòng tiêu thụ 0.2 A d Khối điều khiển động cơ
1 Servo Amplifier MR-J4-20B Để điều khiển động cơ HG-KR23 ta sử dụng bộ điều khiển servo MR-J4-20B (Hình 3-10) với thông số kỹ thuật như ở (Bảng 3-7)
Hình 3-11 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-20B [15]
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Bảng 3-7 Thông số kỹ thuật của Servo Amplifier MR-J4-20B [15]
Ngõ ra Điện áp định mức 3 pha 170VAC
Ngõ vào nguồn cấp điện mạch động lực Điện áp/Tần số 3 pha hoặc 1 pha 200 đến 240VAC, 50/60Hz
Dòng điện định mức (khi dùng nguồn 3 pha) 1.5A
Dao động điện áp cho phép 3 pha hoặc 1 pha 170 đến 264VAC
Dao động tần số cho phép Trong khoảng ±5%
Công suất nguồn cấp điện 0.5kVA
Dòng điện khởi động 30A (giảm xuống xấp xỉ 3A trong 20ms)
Ngõ vào nguồn cấp điện mạch điều khiển Điện áp/Tần số 1 pha 200 đến 240VAC, 50/60Hz
Dao động điện áp cho phép 1 pha 170 đến 264VAC
Dao động tần số cho phép Trong khoảng ±5%
Dòng điện khởi động 20 đến 30A (giảm xuống xấp xỉ 1A trong
Nguồn cấp điện chân giao tiếp Điện áp 24VDC ± 10%
Dòng điện 0.3A (gồm các tín hiệu đầu cắm CN8)
Phương pháp điều khiển PWM sóng sin, dòng điện
Phanh động Được lắp trong
Chu kỳ giao tiếp SSCNET III/H 0.222ms, 0.444ms, 0.888ms Điều khiển vòng kín hoàn toàn Tương thích
Chức năng đo định tỉ lệ Tương thích
Giao tiếp encoder phía tải Giao thức nối tiếp tốc độ cao của Mitsubishi
Chức năng truyền thông USB
Xung ngõ ra encoder Tương thích (xung pha A/B/Z)
R16MTCPU là một CPU có khả năng thực thi lệnh điều khiển vị trí và tốc độ đến bộ khuếch đại servo, cũng như bật/tắt bộ khuếch đại servo Nó hỗ trợ phối hợp điều khiển đồng bộ giữa các trục thông qua kết nối với bộ khuếch đại servo qua cáp SSCNET III/H Thông số kỹ thuật chi tiết được trình bày trong Bảng 3-8.
Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật Modulet R16MTCPU [15]
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Số trục điều khiển tối đa 16 trục
Dòng tiêu thụ nội (5VDC) 1.2A
0.222ms/ 1 đến 2 trục 0.444 ms/ 3 đến 8 trục 0.888 ms/ 9 đến 16 trục
Nội suy tuyến tính 2, 3 hoặc 4 trục Nội suy cung tròn 2 trục
Nội suy xoắn ốc 3 trục
Phương pháp điều khiển trong tự động hóa bao gồm nhiều kỹ thuật như điều khiển PTP (Điểm tới Điểm), điều khiển tốc độ, và điều khiển chuyển đổi tốc độ-vị trí Các phương pháp này sử dụng nguồn cấp dữ liệu cố định và cho phép điều khiển quỹ đạo liên tục, theo dõi vị trí, cũng như kiểm soát tốc độ với vị trí dừng cố định Ngoài ra, điều khiển dao động tốc độ cao, điều khiển moment-tốc độ, và điều khiển áp lực cũng rất quan trọng Các kỹ thuật điều khiển đồng bộ nâng cao và điều khiển máy, cùng với việc sử dụng mã G, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển Cuối cùng, việc điều khiển tăng tốc/giảm tốc với các hình thức như tăng/giảm tốc hình thang, S-curve, và S-curve nâng cao là cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu Ngôn ngữ lập trình Motion SFC và các lệnh riêng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các phương pháp này.
Số điểm vị trí 6400 điểm (dữ liệu vị trí có thể được chỉ định gián tiếp)
3 Module đếm xung tốc độ cao RD62P2E Để điều khiển tốc độ cho 2 động cơ Step kéo băng tải nhóm sử dụng Module RD62P2E (Hình 3-13) với thông số kỹ thuật được mô tả ở (Bảng 3-9)
Hình 3-14 Sơ đồ nối dây ngõ ra kiểu source giữa Module RD62P2E với tải [17]
Bảng 3-9 Thông số kỹ thuật Module RD62P2E [17]
Chuyển đổi tốc độ đếm 200kpps, 100kpps, 10kpps
Số kênh 2 kênh (CH1 – CH2)
Cấp tín hiệu 5/12/24VDC; 2 – 5mA
Kiểu bộ đếm Đếm đặt trước Lên/Xuống; Đếm vòng
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Dải đếm 32-bit có dấu
Loại ngõ ra Transistor (Kiểu source)
Dòng nội tiêu thụ (5VDC) 0.2A
Kích thước của thiết bị là 106x27.8x110mm (HxWxD) Để vận hành và giám sát hệ thống PLC từ xa, nhóm sử dụng màn hình HMI GS2110 – WTBD, với các thông số kỹ thuật được trình bày trong Bảng 3-10.
Hình 3-15 Màn hình HMI GS2110 – WTBD Bảng 3-10 Thông số kỹ thuật màn hình HMI GS2110 – WTBD
Truyền thông RS232, RS422, RS485, Ethernet, USB
Hỗ trợ PLC Mitsubishi, Siemens,
Phần mềm lập trình GT Designer 3 f Các cơ cấu chấp hành còn lại
Hệ thống nguồn cần được trang bị MCB để thực hiện việc đóng cắt và bảo vệ khỏi quá dòng, quá áp khi xảy ra sự cố bên trong hoặc bên ngoài, nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị và ngăn ngừa hư hỏng.
Nhóm sử dụng MCB BHW-T10 C32 (Hình 3-16) để đóng cắt cho khối điều khiển và các thiết bị ngoại vi khác với thông số kỹ thuật như ở (Bảng 3-11)
Hình 3-16 MCB BHW-T10 C32 Bảng 3-11 Thông số kỹ thuật của MCB BHW-T10 C32
Dòng điện 32A Điện áp 220 VAC / 440 VAC
Cho từng module điều khiển động cơ servo MR-J4-20B nhóm sử dụng MCB BH-D6 C20 (Hình 3-16) với thông số kỹ thuật được mô tả ở (Bảng 3-12)
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Hình 3-17 MCB BH-D6 C20 Bảng 3-12 Thông số kỹ thuật của MCB BH-D6 C20
Dòng điện 20A Điện áp 230 VAC / 400 VAC
2 Cảm biến quang Được sử dụng để phát hiện hộp và sản phẩm được cấp vào làm tín hiệu đồng bộ chuyển động cho robot và hệ thống cấp sản phẩm và cấp hộp hoạt động Nhóm sử dụng cảm biến quang E3F-DS30C4 (Hình 3-18) với thông số như ở (Bảng 3-13)
Hình 3-18 Cảm biến quang E3F-DS30C4
Hình 3-19 Sơ đồ kết nối của cảm biến quang E3F-DS30C4 Bảng 3-13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang E3F-DS30C4
Khoảng cách phát hiện 7 – 30 cm
Dòng tiêu thụ 8mA/12V, 15mA/24V
Vì ngõ ra PLC là sinking 24VDC nên nhóm sử dụng van khí nén Airtac 3V210-
08 (Hình 3-20) với thông số kỹ thuật như ở (Bảng 3-14)
Hình 3-20 Van khí nén Airtac 3V210-08 Bảng 3-14 Thông số kỹ thuật van khí nén Airtac 3V210-08
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Áp suất hoạt động 0.15 – 0.8 Mpa
Loại Van hơi 3 cửa 2 vị trí (1 đầu Coil điện)
Nhóm sử dụng các nút nhấn và công tắc để điều khiển hệ thống, đồng thời lắp đặt đèn báo trạng thái ở mặt trước tủ điện nhằm theo dõi hoạt động và phát hiện sự cố.
Hình 3-21 Các nút nhấn, công tắc vận hành hệ thống
Hình 3-22 Các đèn báo trạng thái của hệ thống
3.3.2 Thiết kế băng tải a Băng tải
Theo yêu cầu thiết kế, hộp đựng sản phẩm là những hộp mica kích thước 222x76x30 (mm) với sản phẩm được làm bằng mica có kích thước tối đa 60x60x15 (mm)
Nhóm đã quyết định chọn băng tải với các thông số cụ thể: chiều dài 600 mm, chiều rộng 100 mm, chất liệu dây băng tải là PVC, và khung được làm từ nhôm định hình 30x30 mm, như thể hiện trong Hình 3-23 và Hình 3-24.
Hình 3-23 Mô hình 2D của băng tải
Hình 3-24 Mô hình 3D của băng tải b Động cơ kéo băng tải
Dựa theo những thông số từ bản thiết kế băng tải gồm:
Tổng khối lượng hàng trên băng chuyền: 0.2 kg
Khối lượng của dây và trục băng tải: W = 1.2 kg
Chiều dài băng tải: 60 cm
Bán kính trục pully: 𝑟 = 2 cm
Thời gian làm việc: 8 giờ/ngày
Tốc độ tối đa của băng tải: V@000 mm/min
Tỉ số truyền bằng tỉ số vòng quay pully2/ pully1 là: 3/2
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Moment đầu trục băng tải:
Moment đầu trục động cơ:
(3.2) với 3/2 là tỷ số truyền
Tốc độ quay động cơ:
Theo yêu cầu thiết kế, băng tải vận chuyển sản phẩm phải hoạt động liên tục và đồng bộ với cơ cấu phân loại Nhóm đã chọn động cơ bước 42BYGP40-PG5.18 (Hình 3-25) với các thông số kỹ thuật được nêu trong (Bảng 3-15).
Hình 3-25 Động cơ bước 42BYGP40-PG5.18
Bảng 3-15 Thông số kỹ thuật của động cơ bước 42BYGP40-PG5.18
Số pha 2 Độ phân giải 1.8°
3.3.3 Thiết kế khâu phân loại sản phẩm
Thiết kế phần mềm
Hệ thống có thể được vận hành ở 2 chế độ: Auto và Manual
- Khi nhấn ON hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động
- Băng tải 2 chạy đến khi cảm biến 2 gặp hộp chứa sản phẩm sẽ dừng và băng tải
- Khi có vật xuất hiện trong vùng quét của camera, quá trình phân loại sản phẩm và chuyển đổi tọa độ sẽ được diễn ra
Khi vật rời khỏi vùng quét của camera và tiếp xúc với cảm biến 1, Robot sẽ khởi động quá trình gắp và thả vật dựa trên tọa độ và vận tốc đã được tính toán trước đó.
Quá trình phân loại sản phẩm sẽ tiếp tục cho đến khi hộp chứa đủ ba sản phẩm Khi đó, băng tải 2 sẽ di chuyển để đưa hộp rỗng mới vào Trong thời gian băng tải 2 di chuyển, băng tải 1 sẽ tạm dừng hoạt động.
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
- Khi camera phát hiện vật lỗi, Robot sẽ đưa vật lỗi đến nơi chứa vật lỗi và số sản phẩm được tính ở trong hộp sẽ không bị ảnh hưởng
Dữ liệu về số lượng sản phẩm phân loại và số hộp đã đủ ba vật sẽ được lưu trữ trên SQL Server, cho phép truy vấn qua Webserver và giám sát trên màn hình HMI.
- Quá trình hoạt động sẽ diễn ra liên tục cho đến khi người vận hành ấn nút OFF, EMERGENCY hoặc chuyển sang chế độ Manual
- Ở chế độ Manual người dùng có thể điểu khiển từng thiết bị có trong hệ thống chẳng hạn như:
+ Chạy hoặc dừng băng tải 1 và 2
+ Bật tắt đầu hút khí nén
+ Quay thuận hoặc quay nghịch từng khớp của Robot với góc giới hạn cho khâu (1:3) lần lượt là (-80:80) deg, (-80:80) deg, (0:70) mm
- Khi hệ thống đang hoạt động ở chế độ Manual các biến đếm dữ liệu liên quan đến hệ thống sẽ không được cập nhật tự động
Nhóm thiết kế đã trình bày quy trình vận hành của hệ thống với hai chế độ chính: Auto và Manual, như thể hiện trong các hình 3-49, 3-50 và 3-51.
Hình 3-49 Lưu đồ hoạt động của hệ thống
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Hình 3-50 Lưu đồ của chế độ Auto
Hình 3-51 Lưu đồ của chế độ Manual
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.4.3 Lưu đồ xử lý ảnh
Hình 3-52 Lưu đồ xử lý ảnh nhận dạng vật thường
Hình 3-53 Lưu đồ xử lý ảnh nhận dạng vật lỗi
THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công phần cứng
Sau khi có bản vẽ thiết kế Robot từ Solidworks nhóm tiến hành thi công Robot và đạt được kết quả như ở (Hình 4-1)
Hình 4-1 Cánh tay Robot SCARA
Sau khi hoàn thành Robot nhóm tiến hành thi công mô hình hệ thống gồm:
Băng tải 1 và 2 được bố trí vuông góc, mỗi băng tải được trang bị một cảm biến quang để phát hiện sản phẩm hoặc hộp rỗng Robot được đặt ở vị trí trung tâm giữa hai băng tải (Hình 4-2).
Hình 4-2 Mô hình của hệ thống
Hộp đen chứa Camera được đặt trên băng tải 1 (Hình 4-3)
Hình 4-3 Băng tải 1 có hộp đen chứa Camera
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Quá trình thi công tủ điện của nhóm diễn ra gồm 2 giai đoạn:
Bố trí, cố định và đi dây cho các thiết bị trên Panel tủ điện (Hình 4-4)
Gắn Panel lên tủ điện và nối dây cho các cơ cấu còn lại (nút nhấn, đèn, động cơ,…) (Hình 4-5)
Hình 4-4 Bố trí, cố định và đi dây cho các thiết bị trên Panel tủ điện
Hình 4-5 Gắn Panel lên tủ điện và nối dây cho các cơ cấu còn lại
Thi công phần mềm
4.2.1 Lập trình điều khiển hệ thống trên GX Works3 Đầu tiên ta khai báo các module sử dụng trong hệ thống (Hình 4-6)
Hình 4-6 Khai báo các module có trong hệ thống
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Tiếp đến ta khai báo các biến nhận và truyền dữ liệu giữa R04ENCPU với R16MTCPU (Hình 4-7) và (Hình 4-8)
Hình 4-7 Khai báo các biến truyền dữ liệu giữa R04ENCPU với R16MTCPU
Hình 4-8 Khai báo các biến nhận dữ liệu giữa R04ENCPU với R16MTCPU
Viết chương trình điều khiển (phụ lục 1)
4.2.2 Lập trình điều khiển Robot trên MT Developer2
Khai báo các thông số của hệ thống thông qua file GX Works3 đã tạo từ trước (Hình 4-9)
Hình 4-9 Khai báo hệ thống bên MT Developer 2
Tương tự như ở GX Works3 ta cũng tiến hành khai báo các biến truyền và nhận dữ liệu giữa R04EN CPU và R16MTCPU (Hình 4-10) và (Hình 4-11)
Hình 4-10 Khai báo các biến nhận dữ liệu giữa R16MTCPU với CPU R04EN
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4-11 Khai báo các biến truyền dữ liệu giữa R16MTCPU với CPU R04EN
Chọn cách truyền động và khai báo các thông số cho động cơ Servo (Hình 4-12)
Hình 4-12 Cài đặt các thông số liên quan cho động cơ
Viết các chương trình SFC để điểu khiển Robot (Hình 4-13)
Hình 4-13 Viết chương trình SFC để điều khiển Robot
4.2.3 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên GT Designer3
Nhóm sử dụng phần mềm GT Designer 3 để thiết kế giao diện cho HMI GS2110 – WTBD, nhằm phục vụ cho việc vận hành và giám sát, dựa trên các tiêu chí đã được xác định.
Dễ vận hành giữa 2 chế độ Auto và Manual
Có màn hình cảnh báo mỗi khi hệ thống gặp lỗi
Có phân quyền giữa những người dùng khác nhau
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Từ những tiêu chí đã đề ra ở trên nhóm đã thiết kế được giao diện HMI với tổng cộng 5 màn hình chính và 1 màn hình cửa sổ gồm:
Màn hình điều khiển ở chế độ Manual (Hình 4-19)
Hình 4-14 Màn hình tổng quan
Hình 4-15 Màn hình giám sát
Hình 4-16 Màn hình điều khiển
Hình 4-17 Màn hình cảnh báo
Hình 4-18 Màn hình cài đặt
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4-19 Màn hình điều khiển ở chế độ Manual
4.2.4 Liên kết PLC với PC thông qua OPC
Phần mềm Labview có thể kết nối với thiết bị PLC iQ-R thông qua giao thức OPC Trong hệ sinh thái Mitsubishi, phần mềm MX OPC Configurator hỗ trợ kết nối với máy chủ I/O và hiển thị các biến trạng thái của ngõ vào ra.
Labview MX OPC Configurator PLC iQ-R a Liên kết OPC với PLC
Trước tiên để liên kết OPC với PLC iQ-R ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Chọn loại kết nối, ở đây nhóm sử dụng kết nối bằng USB
Hình 4-20 Chọn kết nối giữa OPC với PLC
Bước 2: Chọn loại CPU, ở đây nhóm chọn CPU dòng R với mã là R04EN
Hình 4-21 Chọn loại CPU được kết nối với OPC
Bước 3: Kiểm tra kết nối
Hình 4-22 Kiểm tra kết nối giữa OPC với PLC b Tạo và cấu hình các biến I/O, dữ liệu hệ thống cho OPC và LabVIEW
Sau khi đã kết nối được OPC với PLC ta tiến hành tạo các biến I/O cũng như các biến dữ liệu giao tiếp giữa LabVIEW và PLC như ở (Hình 4-23)
Hình 4-23 Tạo các biến liên quan đến hệ thống cho OPC
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Bước 2: Thiết lập trong LabVIEW
Chọn Client kết nối ở đây ta chọn Client Mitsubishi.MXOPC.6 (Hình 4-25)
Hình 4-25 Chọn Client kết nối
Thêm các biến đã tạo trong OPC vào LabVIEW (Hình 4-26)
Hình 4-26 Thêm các biến đã tạo bên OPC vào LabVIEW
Sau khi thêm các biến vào trong project LabVIEW, ta có thể đưa chúng vào VI để sử dụng, truyền, nhận dữ liệu giữa LabVIEW và PLC
4.2.5 Thiết kế chương trình xử lý ảnh trong LabVIEW Đầu tiên ta viết chương trình nhận ảnh từ camera cho LABVIEW như (Hình 4-27)
Hình 4-27 Chương trình nhận ảnh từ camera
Sử dụng khối Vision Assistant, chúng ta có thể lập trình xử lý ảnh để nhận dạng sản phẩm dựa trên hình dạng và trả về tọa độ của vật thể được nhận diện.
Hình 4-28 Sử dụng khối Vision Assistant cho quá trình nhận diện vật
Chúng tôi chuyển đổi ảnh sang không gian màu HSV, vì nó có những đặc điểm tối ưu hơn so với không gian màu RGB, giúp cải thiện hiệu quả cho chương trình nhận dạng vật.
Hình 4-29 Chuyển đổi ảnh sang không gian màu HSV
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Sau đó ta sử dụng khối Geometric Matching (Hình 4-30) và (Hình 4-31) để nhận dạng vật theo hình dạng với các bước:
Tách biên và nhận diện hình dạng chính xác dựa vào các yếu tố như cạnh, góc, đường cong, cũng như kích thước của các vật thể khác nhau Điều này bao gồm khả năng xử lý các vật chồng lên nhau và điều kiện ánh sáng không đồng nhất, cũng như sự thay đổi độ tương phản có thể làm mờ các cạnh.
Tuỳ chỉnh độ nhạy và một vài phương pháp xử lý nhận dạng
Xác định và trả về toạ độ lẫn góc lệch, kích thước của sản phẩm
Hình 4-30 Tạo template cho vật mẫu hình vuông
Hình 4-31 Điều chỉnh các thông số như độ nhạy, ngưỡng lấy biên
Ta tiếp tục sử dụng Vision Assistant với khối Color Location để xác định và trả về tọa độ của sản phẩm lỗi
Hình 4-32 Tạo template màu và chọn ngưỡng lấy màu
Hình 4-33 Điều chỉnh các thông số về độ nhạy
Sau khi xác định tọa độ sản phẩm, chúng ta sử dụng chức năng MATLAB script trong LabVIEW để tính toán các số liệu cần thiết trước khi chuyển sang GX Works3 và điều khiển Robot.
Hình 4-34 Khối MATLAB script trong LabVIEW
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.6 Thiết kế Webserver bằng Visual Studio a Kết nối KEPServer với OPC Đầu tiên, tạo DSN trên ODBC để kết nối với SQL Server
Hình 4-35 Tạo DSN trên ODBC
Chọn Database đã tạo ở SQL Server
Hình 4-36 Chọn database từ SQL Server
Hình 4-37 Tạo channel cho KEPServer
Tiếp theo, chúng ta sẽ tạo các biến đầu vào/đầu ra và dữ liệu cho KEPServer (Hình 4-39) dựa trên các biến có sẵn trong OPC, nhằm mục đích truyền và nhận dữ liệu giữa OPC và KEPServer.
Để kết nối KEPServer với SQL Server Management Studio, trước tiên cần tạo một Log Group mới trong Data Logger, sử dụng Data Source là DSN đã được tạo từ phần mềm ODBC Tên người dùng và mật khẩu phải giống với thông tin đăng nhập trên SQL Server.
Hình 4-40 Tạo Log Group trong Data Logger
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Trong phần Data Map, chọn "Add" để thêm tất cả các biến từ Device đã được thêm trước đó, và gán cho mỗi biến một Numeric ID khác nhau nhằm thuận tiện cho việc truy xuất.
Hình 4-41 Thêm các biến dữ liệu vào Data Logger
Cuối cùng chọn thời gian để cập nhật dữ liệu (Hình 4-42)
Hình 4-42 Chỉnh thời gian cập nhật dữ liệu lên SQL c Tạo Webserver
Nhóm lựa chọn phần mềm Visual Studio để tạo Webserver (Hình 4-43) vì dễ dàng kết nối với SQL sever để lấy dữ liệu
Webserver được tạo với các tiêu chí như: trực quan, dễ quan sát và có tổng cộng
Trang Home: gồm các thông tin về nhóm thực hiện đề tài và các mô tả ngắn gọn về hệ thống
Trang Query: dùng để truy vấn dữ liệu bằng mã từ bảng mã đã quy định sẵn, có thể truy vấn trong một khoảng thời gian nhất định
Trang Monitor: giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, chế độ vận hành, trạng thái hiện tại của băng tải cũng như dữ liệu thời gian thực
Hình 4-43 Lập trình Webserver bằng Visual Studio