điều khiển và giám sát tay máy gắp sản phâm

Trong môi trường công nghiệp ở những nơi độc hại và nguy hiểm cao đòi hỏi phát sử dụng các robot tự động để đảm bảo an toàn cho con người nhưng đòi hỏi hệ thống phải hoạt động một cách c

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TAY MÁY GẮP SẢN PHÂM

MÃ SỐ: SV11-2009

S 0 9

S KC 0 0 2 5 1 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TAY MÁY

GẮP SẢN PHẨM

MÃ SỐ: SV11-2009

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI CHỦ TRÌ : TRẦN ĐĂNG KHOA

NGƯỜI THAM GIA : NGUYỄN THÀNH LUÂN

FHFDSGHFDGHFGHFDGHDFGHFGH LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ điện tự động và máy tính đã mang lại những thay đổi trong khoa học công nghệ cũng như trong đời sống con người Sự kết hợp chặt chẽ của hai ngành này đã hỗ trợ bổ sung cho nhau và mở rộng các ứng dụng của nó trong tất cả các lĩnh vực

Làm nghiên cứu khoa học là cơ hội để sinh viên có thể vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn ,nghiên cứu những kiến thức mới liên quan, bước đầu tham gia vào vòng xoáy phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN, sự ủng

hộ của các bạn cùng khóa và sự yêu thích của bản thân ,chúng tôi đã chọn đề tài :

“ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM”

Trong quá trình thực hiện đề tài,chúng tôi mặc dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh được những thiếu sót Rất mong sự góp ý ,chỉ dẫn của quý thầy cô

và bạn đọc

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật

Thành phố Hồ Chí Minh – Khoa Điện –Điện tử, quý thầy cô đã tạo điều kiện

cho chúng em thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn thầy TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN – người đã trực

tiếp hướng dẫn và cung cấp những tài liệu quí báu giúp em trong đề tài này

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Tự động điều khiển

đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em sử dụng các thiết bị trong đồ án tại phòng D203

Ngoài ra, để đề tài hoàn thành đúng tiến độ chúng em đã nhận sự đóng

góp những kinh nghiệm quí báu của các bạn sinh viên khoa Điện - Điện tử Xin

chân thành cảm ơn các bạn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2010

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Đối tượng nghiên cứu 3

6 Phạm vi nghiên cứu 3

7 Tính thực tiễn của đề tài 4

8 Giới hạn của đề tài 4

2.1 Khái niệm về Machine Vision 13 2.2.Khái niệm về Vision Sensor 14 2.2.1 Newest hardware platform: The VS 720 Series 14

2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của Series VS 720 14 2.3 Hoạt động của Camera 16 2.3.1 Các chức năng ngõ vào 18

2.3.2 Các chức năng ngõ ra 19

2.4 Phần mềm Spectation 21 2.5 Giới thiệu về các softsensor 24 2.6 Truyền dữ liệu từ một Vision Sensor 25

2.6.2 Modbus Transfers 27 2.6.3 Ethernet Terminal Controller (ETC) 30 2.6.4 Các giao thức công nghiệp 30

CHƯƠNG 3: MÀN HÌNH OP77A

3.1 Giới thiệu chung 31 3.2 Các phần tử của OP77A 33 3.2.1 Các phím nhấn trên OP77A 33

3.3 Các chức năng cơ bản của OP77A 37

4.2 Wincc Flexible Runtime 40

PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1.1 Sơ đồ kết nối 43

1.2 Sơ đồ giải thuật 44

1.3 Một số điều kiện để tay máy hoạt động 45

1.4 Chương trình tay máy 47

PHẦN A

GIỚI THIỆU

DẪN NHẬP

1 Giới thiệu về đề tài

Nhóm đã chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TAY MÁY GẮP SẢN

PHẨM”

Đề tài dùng màn hình HMI (OP77A) trong đó sử dụng chương trình WinCC Flexible

2008 để lập trình và thiết kế giao diện cho màn hình OP77A để giám sát và điều khiển tay máy gắp sản phẩm Đây là một đề tài mới mẻ và mang tính thiết thực cao

Đây là một đề tài rất hay và rất cần thiết cho sinh viên nghiên cứu khoa học Hệ thống này cho phép người vận hành có thể điều khiển và giám sát hệ thống một cách dễ dàng, thuận tiện với độ chính xác cao

2 Lý do chọn đề tài

Ngày nay sự bùng nổ thông tin ngày càng nhiều và càng lan rộng trên thế giới Cùng với đó là nền khoa học kỹ thuật cũng không ngừng phát triển như vũ bão, làm cho mỗi người chúng ta cần phải không ngừng nâng cao kiến thức chuyên môn cũng như khả năng nắm bắt các thông tin mới trong nước và trên thế giới áp dụng vào thực tiễn Ngành

tự động là lĩnh vực mới luôn đòi hỏi phải được được đầu tư nghiên cứu để có thể đáp ứng được xu thế mới

Trong môi trường công nghiệp ở những nơi độc hại và nguy hiểm cao đòi hỏi phát sử dụng các robot tự động để đảm bảo an toàn cho con người nhưng đòi hỏi hệ thống phải hoạt động một cách chính xác và vẫn cần sự giám sát, điều khiển của con người, Khi nghiên cứu về lĩnh vực này là cơ hội cho chúng ta học hỏi các kiến thức mới để áp dụng vào thực tiễn, cùng với kiến thức đã học tại trường, nhóm đã quyết định chọn đề tài về màn hình HMI,tay máy gắp sản phẩm, đây cũng là một phần của hệ thống SCADA trong công nghiệp

Trong hệ thống này thì màn hình OP77A và phần mềm WinCC Flexible là các công

cụ quan trọng trong việc điều khiển cũng như giám sát Đây là phần quan trọng trong đề tài của nhóm Nó sẽ giúp em hiểu sâu về sự vận hành của các dây chuyền trong xí nghiệp, nhà máy, điều đó thì vô cùng cần thiết cho một sinh viên như chúng em, mà nó còn là hướng phát triển cho nhiều dây chuyền sản suất của các xí nghiệp trong tương lai Nó

mà ngành kỹ thuật cần phải nắm bắt, nhằm giúp sinh viên sau khi ra trường có thể giải quyết tốt nhu cầu của các công ty, xí nghiệp

Với hệ thống điều khiển này, đã đem đến sự dễ dàng, tiện lợi cho những người làm

việc trực tiếp trong môi trường sản xuất Và hệ thống “ Giám sát và điều khiển tay máy

gắp sản phẩm” cũng là một hệ thống điều khiển được ứng dụng nhiều trong thực tế

trong các dây chuyền sản xuất

Chính vì những lí do đó mà nhóm đã thực hiện đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM

SÁT TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM”

3 Mục đích nghiên cứu

Nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu khoa học là thực hiện các yêu cầu sau:

 Điều khiển và giám sát tay máy gắp sản phẩm

 Dùng camera trong công nghiệp để phân loại sản phẩm

 Dùng phần mềm WinCC Flexible 2008 để thiết kế giao diện màn hình OP77A

 Lập trình cho PLC S7 200

4 Phương pháp nghiên cứu

 Sử dụng công nghệ hiện đại với phần mềm của hãng Simens

 Sử dụng các thiết bị điều khiển công nghệ của hãng Siemens, cụ thể là PLC

S7-200, camera công nghiệp

 Sử dụng robot công nghiệp 6 bậc tự do

 Quan sát các mô hình sản xuất trong nhà máy

 Lập trình và lắp ráp trên mô hình thực ở phòng thí nghiệm

5 Đối tượng nghiên cứu

 Màn hình OP77A

 PLC S7-200,camera công nghiệp VS 722

 Phần mềm lập trình và thiết kế giao diện WinCC Flexible 2008

 Mô hình tay máy

6 Phạm vi nghiên cứu

Thiết kế được mô hình điều khiển và giám sát sử dụng màn hình OP77A điều khiển và giám sát tay máy gắp sản phẩm

7 Tính thực tiễn của đề tài

Hiện nay các công ty, nhà máy ở Việt Nam đang dần dần chuyển sang sử dụng các hệ thống sản xuất có trang bị hệ thống điều khiển và giám sát tay máy linh hoạt Do vậy nếu

đề tài thành công thì rất nhiều công ty sẽ ứng dụng vào cho dây chuyền của mình

Khi lắp đặt hệ thống điều khiển sử dụng màn hình này thì việc vận hành cũng như theo dõi hệ thống sẽ trở nên đơn giản hơn, dễ dàng hơn cho những người làm việc trực tiếp trong môi trường sản xuất

8 Giới hạn đề tài

Nhóm đã hết sức cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng với thời gian tìm hiểu thực hiện cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên chưa đi sâu về tay máy, Bên cạnh đó chưa khai thác nhiều tính năng điều khiển của màn hình

PHẦN B

CƠ SỞ LÝ LUẬN

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ s7-200

1.1 Cấu hình phần cứng

PLC( Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển logic lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của Siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của khối S7-200 là khối vi xử lí CPU224(214) Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này là số đầu vào ra và nguồn cung

cấp

*Mô tả đèn báo trên S7-200

 SF(màu đỏ) : Sáng báo hiệu lỗi hệ thống.Bình thường SF tắt

 RUN(màu xanh) : Đèn Run sáng báo hiệu CPU ở trạng thái hoạt động

 STOP(màu vàng): Đèn Stop sáng báo hiệu CPU ở trạng thái ngưng hoạt động Chương trình ngừng thực hiện

 Ix.x : Đèn hiển thị trạng thái logic ngỏ vào

 Qy.y : Đèn hiển thị trạng thái logic ngỏ ra

Hình 1: Cáp ghép nối PLC với máy tính

* Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên , bên cạnh các cổng ra của S7-

200 có ba vị trí chọn chế độ làm việc khác nhau cho PLC

 Run cho phép thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC sẽ rời chế độ Run và chuyển sang chế độ Stop khi máy gặp sự cố hoặc chương trình gặp lệnh Stop

 Stop cưỡng bức PLC ngưng thực hiện chương trình và chuyển sang chế độ Stop Ở chế độ này cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp chương trình mới

 Term cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC hoặc ở Run hoặc ở Stop

1.2 Cấu trúc bộ nhớ

1.2.1 Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-200 được chia thành bốn vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao , đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặt biệt được kí hiệu bởi

SM(Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

 Vùng dữ liệu : được sử dụng để cất dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông Một phần của vùng nhớ này ( 200byte đầu tiên đối với CPU 212 và 1K byte đầu tiên đối với CPU 214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ ghi được

Vùng đối tượng: Timer, Counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc ghi được

1.2.2 Vùng dữ liệu

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động Nó có thể đươc truy nhập theo từng bit , từng byte, từng từ đơn hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông , lập bảng, các hàm dịch chuyển , xoay vòng thanh ghi,con trỏ địa chỉ…

Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định

Vùng dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với những công dụng khác nhau Chúng đuợc sử dụng bằng những chữ cái đầu tiên của tên tiếng Anh đặt trưng cho công dụng của chúng như sau:

 V: Variable Memory

 I : Input image register

 O: Output image register

 M : Internal Memory bits

 SM: Special Memory bits

Tất cả các miền này đều có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ

kép

1.2.3 Vùng đối tƣợng

Hình 3: Bảng mô tả vùng đối tượng của CPU

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời , giá trị đặt trước của bộ đếm, timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của timer , bộ đếm , các bộ đếm tốc độ cao, bộ đếm vào ra tương tự và các thanh ghi AC

Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng của đối tượng đó

1.3 Thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét , chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (mend) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

2-3.Thực hiện chương trình

3-4.Truyền thông

và kiểm tra lỗi

4-1.Chuyển dữ liệu từ

bộ đệm ảo ra ngoại vi

Hình 4: Chu trình vòng quét của PLC

Như vậy , tại thời điển thực hiện lệnh vào/ ra , thông thường lệnh không thực hiện trực tiếp với cổng vào /ra mà thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1-2 và 4-1 do CPU quản lí Khi gặp lệnh vào/ ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác ( ngay cả chương trình sử lí ngắt) để thi hành lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra Nếu sử dụng các chế độ ngắt , chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chưong trình xử lí ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét

1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200

Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (Main Program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình sử lí ngắt được trình bày sau đây:

 Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh Mend

 Chương trình con là một bộ phận của chương trình Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (mend)

 Các chương trình sử lí ngắt là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử dụng ngắt thì chương trình này cũng được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (mend)

 Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính Sau đó đến các chương trình ngắt Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc kiểm soát chương trình sau này Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và các chương trình xử lí ngắt ngay sau chương trình chính

 Chương trình con được thực hiện khi chương trình chính gọi, chương trình con này cũng có thể gọi chương trình con khác nhưng không lồng nhau quá 7 vòng

 Chương trình ngắt sẽ có vị trí ưu tiên cao nhất và được thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt

Main Program

MEND SBR0 RET SBRn RET INT0 RETI

INTn RETI

Chương trình con thứ nhất

Chương trình con thứ n+1

Chương trình ngắt thứ nhất

Chương trình ngắt thứ n+1

Hình 5 : Cấu trúc chương trình của PLC

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CAMERA

2.1 Khái niệm về Machine Vision

Khả năng quan sát của máy (Machine Vision), theo thuật ngữ thông thường, thì chính xác là thế Nó có thể được định nghĩa như máy móc với tập hợp mắt của chúng Sử dụng khả năng quan sát của chúng, máy móc kiểm tra khuyết tật sản phẩm bằng cách phát hiện sự hiện diện hay vắng mặt (presence/absence) của các bộ phận, thực hiện đo đạc, đọc mã v,v…Nó làm việc như thế nào, có vẻ dường như khá phức tạp ở cái nhìn đầu tiên Tuy nhiên, với một chút hiểu biết về quang học cơ bản thì nó lại không quá phức tạp

Mắt của máy chủ yếu tìm kiếm những thay đổi trong sự tương phản và sử dụng một mặt phẳng hai chiều (2-dimensional plane) để làm việc đó Những SoftSensor nói về Camera (mắt của máy) làm thế nào để đánh giá những thay đổi về sự tương phản và đánh giá chúng theo hướng nào Camera thu thập thông tin từ ảnh và đánh giá nó theo những qui ước mà người dùng định nghĩa Bởi vì các hoạt động của Camera phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi độ tương phản, nó bắt buộc bạn phải điều chỉnh ánh sáng để Camera (hoặc máy) có thể quan sát nhất quán và chặt chẽ sản phẩm

Ảnh hoá và Pixel - Imaging and Pixels

Mỗi ảnh từ Vision Sensors có thể được xem như là một ma trận Pixel Với các hệ thống độ phân giải tiêu chuẩn, ảnh bao gồm 640 cột và 480 dòng Pixel (tổng cộng có trên 300,000 Pixels) Đối với hệ thống độ phân giải cao, ảnh chứa 1280 cột và 1024 dòng Pixels (tổng cộng có khoảng 1,3 triệu Pixels!) Mỗi Pixel trong ảnh có thể được xem như một nguồn thông tin; do đó, từ một ảnh có độ phân giải chuẩn, hệ thống nhận trên 300,000 điểm dữ liệu

Đối với hệ thống grayscale (grayscale systems), mỗi Pixel cung cấp một giá trị số

từ 0 tới 255 được chuẩn hoá thành các giá trị từ 0 đến 100 Giá trị này là mức cường độ của Pixel đó Một giá trị cường độ của 0 tương ứng với màu hoàn toàn đen, một giá trị cường độ của 100 tương ứng với màu trắng hoàn toàn và các giá trị trong khoảng giữa thì tương ứng với 99 mức xám khác nhau (different shades of gray)

Đối với hệ thống màu, mỗi Pixel cung cấp 3 giá trị cường độ khác nhau: một cho

màu đỏ, một cho màu lam (blue) và một cho màu lục (green) Ba màu này tạo thành nội

dung RGB của Pixel đó Gần như bất cứ màu nào đều có thể được thể hiện bởi sử dụng

hệ thống thích hợp cho các màu cơ sở (Red, Green và Blue) Sử dụng thông tin này

Vision Sensors kiểm tra ảnh để cung cấp cho người dùng một số tín hiệu phản hổi sự có

mặt/vắng của một thành phần, phát hiện khuyết tật, đọc/xác định mã v,v…)

2.2.Khái niệm về Vision Sensor

Vision Sensor là công cụ phần cứng đảm bảo chất lượng trong sản xuất, thu nhập

dữ liệu, và cung cấp thông tin cho tất cả các cấp doanh nghiệp Thông tin này có thể lấy

dạng dữ liệu mức thiết bị (Device-level data) chẳng hạn giá trị kiểm tra đang được gửi tới

PLC hoặc dữ liệu điều khiển quá trình thống kê mức quá trình (Process-level Statistical

Process Control (SPC) data)

2.2.1 Newest hardare flatform : The VS 720 Series

Một số họ sản phẩm VS 720 bao gồm những Vision Sensors sau:

2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của Series VS 720

Kích cỡ (size): 112mm x 60 mm x 30mm (chưa bao gồm thấu kính) + một dây cáp

50mm thêm vào khe hở lên đến 112mm (an additional 50 mm cable clearance added to

112mm)

Khung (mounting): 4 lỗ threaded M4- (Four M4 threaded holes) (đối với từng sản

phẩm), dày 7.9mm

 Trọng lƣợng (weight): 170g/6 oz (chưa bao gồm thấu kính)

 Yêu cầu nguồn cấp (Power requirements): 24 V DC quy định và tách biệt,

(210mA ở mức 24 Volts) (tương đương nguồn cung tối thiểu 5W – equivalent to

minium 5W supply), Cung cấp nguồn là cần thiết (bán riêng biệt-sold separately)

 Nhiệt độ khi hoạt động: 0-450C (32-1130 F), môi trường không ngưng tụ tối đa

500 C/1220 F

 Electronic shuttering: thời gian chụp ảnh 10s – 1s (VS 721A hỗ trợ rolling hoặc

global shuttering, rolling shuttering chỉ được dùng cho các ứng dụng chỉ mục)

 Quang học (optics): tiêu chuẩn CS mount, thấu kính C mount-capable với một

adapter (bán riêng biệt-sold separately)

 Cổng ngoài (External Ports): Nối chân 10 pin RJ-45 connector (nguồn và Digital

I/O), RJ-45 (truyền thông 10/100 megabit Ethernet, bộ nối TCP/IP protocol)

VS 72x-S: Truyền thông Industrial M12 x 8 10/100 Mbps Ethernet, bộ nối Industrial M12 x 8 đối với nguồn và Digital I/O

 Digital I/O: Quy định DC 24 Volts, 8 cổng inputs và outputs được cấu hình, NPN

(current sinking) đầu vào-inputs, PNP (current sourcing) đầu ra- outputs, tín hiệu

vùng trên động, inputs có thể xuống thấp 1.5mA và outputs có thể đến tối đa 50mA

VS 70x-S: 6 inputs và outputs được cấu hình

Cảnh báo: Người sử dụng nên dùng SIMATICVS 720 Digital I/O và cáp power (bán

riêng biệt-sold separately)

Bảng tóm lƣợc của Image Sensor

Hệ

thống Mô tả

Độ phân giải

CDD Size (Format) Ram Flash

VS

721A Grayscale CMOS 640x480

CMOS 5x3.7mm (1/3”) 32 MB

2.3 Hoạt động của Camera

Như được đề cập trước thì Vision Sensor có thể bắt lấy hình ảnh và phân tích chúng nhằm xác định có hay không một hình ảnh tốt hay xấu nào đó theo các thông số

mà người sử dụng chỉ ra Đây là đầu ra của một Vision Sensor, từ đó người sử dụng có thể tạo ra các hoạt động cần thiết (như là loại vật thể ra, lắp ráp sản phẩm, v.v…) Mục đích của phần này chưa đề cập đến các chức năng của Vision Sensor Hình 2-1 sau cho thấy các phần hợp thành trong Vision Sensor

Hình 6: Sơ đồ tổ chức của Vision Sensor

Ở cấp trên cùng (system level), chúng ta thấy các thông số hệ thống được phổ biến

tới mọi quá trình kiểm tra mà Vision Sensor đảm nhận, chúng tác động đến toàn bộ phương thức hoạt động của Vision Sensor hơn là chỉ một quá trình kiểm tra nào đó Tại

Product level, người sử dụng có thể thay đổi các thông số nhằm tác động đến một quá

trình kiểm tra nào đó như là một minh hoạ Về bản chất, một Product liên quan đến một quá trình kiểm tra, do đó, các thông số về Product chỉ tác động đến quá trình đó Cuối

cùng, tại Sensor level, người sử dụng có thể thiết lập vài thông số cảm biến Mỗi cảm

biến thực thi một phần việc của quá trình kiểm tra; đây là nơi mà các mảng của quá trình kiểm tra được xác định, công việc này liên quan đến nhiệm vụ của SoftSensor

Để minh họa cho chức năng này chúng ta nên xem xét một ví dụ Vật thể trong hình 2 bên dưới cần được kiểm tra Đầu tiên, chúng ta cần xác nhận các lỗ khoan ở đầu cuối bên trái nằm ở giữa theo phương đứng, cách nhau một khoảng xác định và một bán kính xác định Sau đó, chúng ta cần xác nhận nhãn ở đầu bên phải có ở giữa, được canh đều và có mã số đúng Cuối cùng, dữ liệu cụ thể từ mỗi quá trình kiểm tra phải được gửi

ra Vision Sensor bằng truyền thông Modbus (Modbus communication) Hiện tượng có thực của các Product bên trong làm đơn giản hoá việc kiểm tra Quá trình kiểm tra có thể

được tách ra thành hai nhóm, một cho vị trí ở đầu cuối bên trái và một ở đầu cuối bên

phải vật thể Điều này cho phép người sử dụng kích hoạt (Trigger) Vision Sensor hai lần

bên trái ở trước Vision Sensor và cái thứ hai xảy ra khi đầu bên phải ở trước Vision Sensor

Hình 7: Vật mẫu đƣợc tách thành hai quá trình kiểm tra

Đây không chỉ là phần thêm vào quá trình xử lý mà còn cho phép sự kiểm tra chính xác hơn bởi vì chúng ta có thể phóng lớn một phần vật thể lên, không cần thiết phải

là toàn bộ vật thể Quá trình kiểm tra sau đó được tách ra thành các Product, một để kiểm

tra đầu bên trái và cái còn lại cho đầu bên phải Để xác định có vấn đề nào xảy ra trên vật

thể hay không, các Product này cần dùng một số các SoftSensor Đối với Product đầu

tiên, cả hai Math và Measurement SoftSensor là cần thiết để thực hiện quá trình này Còn đối với Product thứ hai, ngoài hai SoftSensor trên còn có thêm một SoftSensor đọc nhãn (loại OCR SoftSensor) cần được sử dụng Cuối cùng là gửi dữ liệu ra ngoài truyền thông, thông số của system level cũng cần được định cấu hình Không kể đến việc kiểm tra được thực hiện nơi nào, truyền tải dữ liệu sẽ được thực hiện

2.3.1 Các chức năng ngõ vào

Ngõ vào của Vision Sensor phục vụ một trong 5 chức năng, sau đây là bảng tóm tắt các chức năng:

Chức năng Mục đích

Bật tắt khi Product ID Bits hoạt động để lựa chọn một sản phẩm

Tính hiệu này cho Camera biết rằng mã nhị phân của Product ID sẵn sàng để đọc

InSpectation

Trigger

Bật “ON” để bắt đầu thu nhận hình ảnh cho quá trình kiểm tra khi

hệ thống ở chế độ External Trigger Mode

Digital

Relearn

Được dùng cho Template, ObjectFind, OCR, Code readers, SpectroGraph, and Color SoftSensor để tự “học” lại một cách tự động hoặc để Reset các thông số SoftSensor Relearn sẽ xảy ra nếu ngõ vào Digital Relearn được giữ ở trạng thái hoạt động suốt quá trình kiểm tra và SoftSensor có thông số Digital Relearn đang được sử dụng

Input 18-31 Các ngõ vào18-31 được sử dụng kết hợp với SoftSensor Scripts và

Background Script nhằm giám sát ngõ vào

2.3.2 Các chức năng ngõ ra

Cũng giống như ngõ vào, có một số chức năng được gán cho đường I/O Bảng sau tóm tắt các chức năng ngõ ra và mục đích của chúng Mỗi chức năng cụ thể được chỉ định với mỗi đường I/O

Chức năng Mục đích

Pass

Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Pass được thiết lập

để chỉ ra cho tất cả các SoftSensor đưa ra đáp ứng

“Pass” quá trình kiểm tra đối với Product

Warn

Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Warn được thiết lập

để chỉ ra cho bất kỳ SoftSensor nào trong quá trình kiểm tra đáp ứng vớI điều kiện cảnh báo (warn) của nó và Softsensor không Fail

Fail Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Fail được thiết lập

để chỉ ra cho bất kỳ SoftSensor nào trong quá trình kiểm tra đưa ra đáp ứng là “Fail”

Busy Busy thiết lập sau khi InSpectation Trigger được đọc

cho tới khi có tín hiệu Pass, Warn hoặc Fail

Strobe Khi hoạt động, nguồn ánh sáng nhấp nháy (Strobe Light

Source) sẽ bật trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

Strobe 2 Khi hoạt động, nguồn sáng nhấp nháy (Strobe Light

Source) sẽ bật trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

Strobe 3 Khi hoạt động, nguồn ánh sáng nhấp nháy (Strobe Light

Source) sẽ bật trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

ReSource Conflict

Những tín hiệu xung đột giữa các quá trình kiểm tra được đưa lên giống như nguồn của hệ thống Điển hình

như là, các tín hiệu mà một InSpectation Trigger nhận

được trong khi hệ thống lại đang thu nhận một hình ảnh khác

Product ID xuất hiện

Acquirng Được báo hiệu sau Inspecton Trigger được đọc trong

suốt thời gian quan sát và số hoá ảnh Một InSpectation

nhận ảnh đang hoạt động

Inspecting

Được báo sau tín hiệu của Acquiring khi một hình ảnh

đang được kiểm tra xử lý Lưu ý, Acquiring +

Wrong code

Cho biết có Reader SoftSensor “Fail” vì đọc một chuỗi

không tương thích hay vì nó không đọc được bất cứ gì hay không

Output24- Output 31

Output48- Output 64

Các ngõ này có thể được thiết lập thông qua các tập lệnh

(Scripts) Xem Siemens Script Reference Manual để biết

thêm chi tiết

2.4 Phần mềm Spectation

Spectation bao gồm hai phần chính Một trong chúng là Chương trình cơ sở Spectation (Spectation firmware) cư trú trong Vision Sensor Spectation firmware đảm nhận tất cả việc tính toán diễn ra trong Vision Sensor Người dùng không có khả năng

điều khiển trên nó Người dùng chỉ lập trình trên User Interface và phần này chuyển mọi

thứ cho firmware thực thi Phần thứ hai của Spectation là một phần mềm, phần mềm này

bao gồm Spectation User Interface và Vision Sensor hardware Emulator Hình 2.18 thể

hiện mối liên hệ giữa những thành phần khác nhau của Spectation Người dùng chỉ có thể truy cập các thành phần cư trú trong PC: Spectation User Interface và Hardware Emulator

Sử dụng Spectation User Interface, người dùng kết nối với một Vision Sensor và làm thay đổi các File sản phẩm hoặc hệ thống được nạp vào Vision Sensor Để làm được như vậy, Spectation User Interface truy vấn Vision Sensor về ảnh và tạo lại trong PC

Hình 8: Các thành phần của Spectation và mối quan hệ giữa chúng

Giao diện người dùng Spectation ( Spectation User Interface)

Spectation User Interface là một ứng dụng Microsoft Windows dùng để định cấu hình các Vision Sensors Các vùng chủ yếu của giao diện là menu chính, toolbar mở rộng (the expanded toolbar), SoftSensor toolbar, SID, bảng kết quả (the result panel) và thanh Status Hình 2-19 cho thấy một màn hình của Spectation User Interface làm nổi bật các vùng này

Hình 9: Màn hình của User Interface tô sáng các vùng chính

Menu chính bao gồm những lệnh để điều khiển hầu hết các thông số đã được đề cập trước đó Ở đây, chúng ta sẽ nói về chức năng của mỗi trình đơn phụ (submenu):

 Hardware Emulator

 Phải cùng phiên bản phần mềm để đảm bảo tính năng tương thích

 Menu Comm chứa lệnh điều khiển kết nối với Vision Sensor Như vậy người

dùng có thể thấy hộp thoại “PC Communications” nối với Vision Sensors hoặc VS Emulator, cũng như quản lý quá trình truy cập (manage access control) (log in, log out, create users, v.v…)

 Menu Edit truy cập các thuộc tính của Spectation như sau:

 Hộp thoại Background Scripts: Từ hộp thoại này, người sừ dụng có

thể thêm, xoá, hiệu chỉnh và tạo background Scripts.Hãy tham khảo Script documentation để biết thêm thông tin về Background Scripts

 Terminal Window: Mở một kết nối Ethernet đến hệ thống thiết bị

cuối của Vision Sensor (cổng 3246) Camera có thể nhận một số lệnh

ở cổng này và cho phép người sử dụng tăng độ kiểm soát mà không cần sử dụng Spectation Bằng việc dùng Terminal Window, người sử dụng có thể thực hiện trao đổi dữ liệu với Vision Sensor mà không cần thoát khỏi Spectation Tham khảo các file trợ giúp Spectation (Spectation help files) để có một bảng đầy đủ các lệnh mà Vision Sensor có thể nhận được từ hệ thống thiết bị cuối (system terminal)

 Script Debug Window: Đây là cửa sổ đặc biệt dùng cho việc nhận

lệnh gỡ rối từ các Script trợ giúp cho quá trình xử lý sự cố về mã (code) Hãy tham khảo Script Documentation để biết thêm thông tin

 Options: Cho phép truy cập tới các thuộc tính cao cấp Từ Menu này

người sử dụng có thể kích hoạt các thuộc tính cao cấp cho nhiều SoftSensor, thiết lập các tham số cho Vision Sensor và Activate/Deactivate các nút từ thanh công cụ SoftSensor

 Menu Products cho phép người sử dụng quản lý các sản phẩm trong Vision

Sensor cũng như tạo các bản sao Backup của các sản phẩm hay toàn bộ hệ thống

Từ Menu này có thể chọn Power-on-Product, gán các ID số cho sản phẩm được chọn, lưu trữ các sản phẩm vào bộ nhớ Flash, phục hồi bộ nhớ Flash, Backup sản phẩm hay hệ thống vào ổ cứng máy tính cũng như phục hồi chúng trở lại Vision Sensor

 Menu Images cho phép người sử dụng điều khiển trên nhiều tham số ảnh Hầu hết

các tùy chọn trong Menu này rất phổ biến như quay ảnh, hiển thị SoftSensor trong ảnh, Copy ảnh từ PC và phục hồi chúng tới màn hình hiển thị, duy trì số ảnh (go back a number of images) (duy trì tuỳ chọn ảnh) và định cấu hình các chuỗi ảnh (chỉ có khả năng ứng dụng với phần cứng VSEmulator) Hai tùy chọn quan trọng nhất là:

 Display Parameters (các tham số hiển thị): tùy chọn này làm xuất hiện hộp

thoại nơi người dùng có thể cài đặt việc ghi các ảnh, thay đổi sự hiển thị của ảnh (tất cả ảnh, chỉ những ảnh lỗi, v.v…), Enable/Disable việc nén ảnh cho quá trình

chuyển đổi (để tăng tốc độ hay tập trung vào chất lượng ảnh), và chọn loại ảnh SoftSensor hiển thị

 Image Parameters: Tùy chọn này mở một hộp thoại cung cấp nhiều điều khiển

hệ thống Từ hộp thoại này người dùng có thể thiết lập loại Trigger (trong hay ngoài và khoảng thời gian trong trường hợp Trigger nội), thời gian hiển thị, độ chiếu sáng sử dụng (trong trường hợp ứng dụng sử dụng ánh sáng nhấp nháy), độ tăng cảm biến, độ tăng sản phẩm, độ cân bằng FOV, và kích thước ảnh đang nhận được

 SubMenu SoftSensor:Cho phép truy cập các tham số của SoftSensor từ đây

người sử dụng có thể hiệu chỉnh các thiết lập của SoftSensor và tạo ra SoftSensor

 SubMenu I/O: Cho phép người sử dụng thiết lập các truyền thông và gán những

đường Digital I/O để (to the desired I/O pins) DataLink, một công cụ sẵn có tạo nên Spectation nó có thể được thiết lập để xuất ra là một chuỗi cấu hình và là dữ liệu sau mỗi lần kiểm tra Xem Vision Sensor Integration để biết thêm thông tin về các truyền thông

 Submenu Graphs Cho phép truy cập Product graphs và Sensor graphs (như đã

nêu ở trên)

 Hai tuỳ chọn Window và Help có các chuẩn chức năng Windows Tuỳ chọn

“Windows” dùng để điều chỉnh giao diện của người dùng Menu “Help” dẫn vào các tập tin hỗ trợ Spectation với rất nhiều nội dung và ví dụ minh hoạ

2.5 Giới thiệu về các softsensor

Như đã đề cập ở các phần trước SotfSensor là “giai cấp công nhân” (Working class) trong Vision Sensor Mỗi loại SoftSensor được gán một nhiệm vụ cụ thể Sự kết hợp của tất cả các nhiệm vụ được thực hiện bởi SoftSensor tạo nên toàn quá trình kiểm tra Hai nhóm chính của SoftSensor là: Các SoftSensor nhận biết (Presence/Absence SoftSensor) Các SoftSensor định vị (Positioning SoftSensor) Một số SoftSensor dùng trong các kiểm tra riêng biệt (Speccific Inspection SoftSensor)

Các SoftSensor định vị giúp định vị các bộ phận của vật thể để kiểm tra Trong đó các SoftSensor định vị được xem là khá quan trọng cho việc cài đặt thành công bởi vì nó định vị các bộ phận của vật thể để kiểm tra và tham chiếu tới các SoftSensor còn lại để chúng cũng có thể xác định được vật thể

Các SoftSensor nhận biết thể hiện quá trình kiểm tra cơ bản để xác định các đặc tính của vật thể

Các SoftSensor phục vụ quá trình kiểm tra riêng biệt bao gồm đọc mã 1D, 2D và OCR, cảm biến đo lường (measurement sensor), công cụ toán học (math tools), cảm biến màu (color sensors), cảm biến tương thích mẫu (pattern matching sensors), cảm biến tìm kiếm dạng hình học (geometry finding sensors) và các cảm biến khả trình (programmable sensors)

Các SoftSensor trong Vision Sensor:

 SoftSensor đếm cạnh - EdgeCount SoftSensor

 SoftSensor đếm đặc trưng - Feature Count SoftSensor

 SoftSensor cường độ - intensity SoftSensor

 SoftSensor chức năng tịnh tiến - Translation SoftSensor

 SoftSensor chức năng xoay - Rotation SoftSensor

 Các SoftSensor có nhiệm vụ kiểm tra đặc biệt - Specific Inspection SoftSensor

 SoftSensor đo kiểm-Measurement SoftSensor

 SoftSensor chức năng công cụ toán học - Math Tool SoftSensor

 Reader SoftSensor là SoftSensor chuyên dụng để đọc các mã số và nhãn mác v.v…

2.6 Truyền dữ liệu từ một Vision Sensor

Phần này đề cập tới những phương pháp khác nhau mà người dùng có thể gửi hoặc nhận dữ liệu từ Vision Sensor Phương pháp phổ biến nhất là các đường xuất/nhập số (digital I/O line), được giải thích dưới các tham số hệ thống

Yếu tố quan trọng nhất cần lưu ý trước khi thiết lập một quá trình truyền dữ liệu là định thời gian (timing) Thông tin về một quá trình kiểm tra cần đạt đến theo một cách nào đó cho hệ thống nhận hiểu nó một cách chính xác Có hai cách truyền dữ liệu, đồng

bộ và bất đồng bộ

Truyền dữ liệu đồng bộ xảy ra sau mỗi quá trình kiểm tra Người dùng thiết lập dữ liệu cần truyền và dữ liệu cần gửi sau mỗi lần kiểm tra Việc này đảm bảo với hệ thống nhận rằng dữ liệu được truyền ngay khi nó sẵn sàng Các phương pháp truyền thông hỗ

trợ truyền đồng bộ là digital I/O (đã được trình bày trong phần hệ thống các thông số) và Datalink

Truyền dữ liệu bất đồng bộ diễn ra tại một số tốc độ Trong hầu hết các trường

liệu mới hay dữ liệu giống với dữ liệu đã được truyền Một ví dị của phương pháp truyền

dữ liệu này là Modbus Master transfer có trong FrameWork

2.6.1 Datalink

Datalink là công cụ được cài đặt sẵn sử dụng để gửi dữ liệu ra khỏi hệ thống và nhận một số lệnh giới hạn từ các thiết bị khác Công cụ này là sản phẩm cụ thể (Product specific), có nghĩa là mọi sản phẩm đều có Datalink của riêng nó mà có thể được định cấu hình tùy thuộc vào quá trình kiểm tra và SoftSensor đang được sử dụng Datalink bao gồm một số chuỗi mã ASCII được tạo ra dựa trên thông tin từ SoftSensor Người dùng chọn một tập hợp những qui ước mà các chuỗi đó được gửi đi Những qui ước đó được tạo ra sử dụng các toán tử logic (and, or) thực hiện trên các kết quả của SoftSensor

Tùy thuộc vào tín hiệu ra trên mỗi SoftSensor, một trong những thông báo được chọn (Strings) sẽ được gửi ra hoặc trong một số trường hợp không chuỗi nào được gửi ra (ví dụ: nếu tất cả SoftSensor đều pass) Việc này cung cấp cho người dùng những công cụ

để xác định chỗ hỏng trong quá trình và cho phép họ lập tức hành động Sự thật rằng một chuỗi đều có khả năng định cấu hình đầy đủ cung cấp cho người dùng tính linh hoạt cần thiết để thực hiện một quá trình kiểm tra hiệu quả Để đọc dữ liệu được gửi ra từ Datalink, người dùng cần thiết lập một kết nối Ethernet sử dụng giao thức TCP tới Port

3247

2.6.2 Modbus Transfers

Một phương pháp rất hiệu quả để chia sẻ dữ liệu giữa những Vision Sensor hoặc giữa một Vision Sensor và một thiết bị ngoại vi là thực hiện một quá trình truyền Modbus Transfers Modbus Transfers, được thực thi trong Spectation User Interface, lấy một số thanh ghi từ một hệ thống và copy những thanh ghi này vào hệ thống khác Sử dụng thủ tục đơn giản này, một Vision Sensor có thể ra quyết định dựa trên kết quả từ những Vision Sensor hoặc thu thập dữ liệu từ những Vision Sensor và gửi ra thiết bị ngoại vị Trong một mạng Modbus network chúng ta có các thiết bị chủ (Master device) và thiết bị

tớ (Slave device)