BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM ỨNG DỤNG MACHINE VISION (Có code cuối bài)

Thiết kế mô in sản phẩm sử dụng PLC Siemens s71200 (sử dụng Driver step motor) điều khiển động cơ bước.Tìm hiểu cách xác định vị trí vật, góc lệch của vật và vật lỗi thông qua xử lý ảnh LabViewTìm hiểu các thiết bị và lựa chọn thiết bị phù hợp cho mô hình ứng dụng. Thiết kế sơ bộ kết cấu phần cơ khí.Tiến hành lập trình chương trình điều khiển động cơ bước trên PLC sử dụng ngõ ra xung của PLC S7 1212 DCDCDCThiết kế giao diện giám sát SCADA trên WinCC RT StartThiết kế Web server để giám sát các thông số.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM

ỨNG DỤNG MACHINE VISION

GVHD: TS Vũ Văn Phong SVTH: Điểu Văn Hậu 15151139

Nguyễn Đăng Nghĩa 15151185

Tp Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2019

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM

ỨNG DỤNG MACHINE VISION

GVHD: TS Vũ Văn Phong SVTH: Điểu Văn Hậu 15151139

Nguyễn Đăng Nghĩa 15151185

Tp Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2019

TRƯỜNG ĐH SPKT TP 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

Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Điểu Văn Hậu MSSV: 15151139

Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Đăng Nghĩa MSSV: 15151185

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

I TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH IN SẢN PHẨM ỨNG DỤNG MACHINE VISION

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Nghiên cứu về thiết kế khung CNC được điều khiển bởi step motor

- Nghiên cứu về xử lý ảnh Labview

- Tìm hiểu cách giao tiếp giữa Labview và TIA

- Tìm hiểu về Driver stepmotor

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của khung CNC

- Lập trình cho xử lý ảnh

- Thiết kế và thi công mô hình

- Viết chương trình điều khiển cho PLC

- Kiểm tra và điều chỉnh các thông số để phù hợp với khung CNC

- Thiết kế, lập trình màn hình Scada với bộ điều khiển

- Nhận xét và kết luận

3 Sản phẩm: Mô hình in sản phẩm ứng dụng Machine Vision

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/3/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/7/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Vũ Văn Phong

TRƯỜNG ĐH SPKT TP 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

Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Điểu Văn Hậu MSSV: 15151139

Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Đăng Nghĩa MSSV: 15151185

Tên đề tài: Mô hình in sản phẩm ứng dụng Machine Vision

Tuần/ngày Nội dung Xác nhận

GVHD

1/3/2019 –

8/3/2019

Định hình đề tài, bước đầu tham khảo các nguồn

có liên quan đến đề tài sẽ làm, đặt mục tiêu cho

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó vàkhông sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

LỜI CẢM ƠN



Đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ VănPhong, Khoa Điện-Điện Tử Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Trong suốt thờigian thực hiện đồ án thầy đã giành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫnchúng em Thầy đã cung cấp cho chúng em rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực tế khichúng em thực hiện đồ án Trong quá trình thực hiện đồ án thầy luôn định hướng, góp ý

và sửa chữa những chỗ sai giúp chúng em

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Điện-Điện Tử, cũng nhưcác thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ chúng em trong những năm học qua.Chính các thầy cô đã xây dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiếnthức chuyên môn để chúng em có thể hoàn thành đồ án này cũng như công việc của mìnhsau này

Cuối cùng chúng em gởi lời cảm ơn đến các anh chị đi trước, bạn bè, người thân đãtrao đổi, truyền đạt kinh nghiệm và luôn ủng hộ, động viên chúng em trong suốt quá trìnhthực hiện đồ án

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

MỤC L

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

LIỆT KÊ HÌNH viii

LIỆT KÊ BẢNG xii

TÓM TẮT xiii

Y Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 1

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 2

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-1200 3

2.1.1 Các thành phần phần cứng của PLC S7-1200: 4

2.1.2 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200 7

2.1.3 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng 7

2.1.4 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động 8

2.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL 10

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH LABVIEW 2014 13

2.4 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM WINCC 15

2.5 GIỚI THIỆU VỀ SQL SERVER 16

2.6 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL STUDIO 17

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

3.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN 18

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

3.2.1 Thiết kế phần cơ khí 18

3.2.1.1 Thiết kế băng tải 18

3.2.1.2 Thiết kế cơ cấu in 18

3.2.1.3 Thiết kế buồng xử lý ảnh 19

3.2.2 Thiết kế phần điện 20

3.2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống 20

3.2.2.2 Chọn thiết bị 21

3.2.2.3 Thiết kế sơ đồ kết nối 35

3.2.3.4 Lưu đồ giải thuật 37

Chương 4 THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 40

4.1 GIỚI THIỆU 40

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 40

4.2.1 Thi công phần cơ khí 40

4.2.2 Thi công phần điện: 42

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 43

4.3.1 Phần mềm Labview 43

4.2.2 Phần mềm TIA Portal 45

4.2.3 Xuất dữ liệu xử lý ảnh sang PLC 49

4.2.4 Xuất dữ liệu ra Arduino và PLC 50

4.2.5 Thiết kế giao diện SCADA 50

4.2.6 Truyền dữ liệu sang SQL 54

4.2.7 Gửi dữ liệu từ SQL Server lên Webserver 56

Chương 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 59

5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 59

5.1.1 Chạy thực nghiệm lần 1: 59

5.1.2 Chay thực nghiệm lần 2 60

5.1.3 Chạy thực nghiệm lần 3 61

5.1.4 Chạy thực nghiệm lần 4 62

5.1.5 Chạy thực nghiệm lần 5 63

5.1.6 Chạy thực nghiệm lần 6 64

5.1.7 Chạy thực nghiệm lần 7 65

5.1.8 Chạy thực nghiệm lần 8 66

5.2 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 67

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69

6.1 KẾT LUẬN 69

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 2.1 Cấu tạo CPU S7 1200 3

Hình 2.2: Các thành phần của PLC S7-1200 4

Hình 2.3 Giao diện TIA Portal V13 11

Hình 2.4 Các chức năng của phần mềm TIA Portal V13 11

Hình 2.5 Các dòng CPU mà TIA Portal hỗ trợ 12

Hình 2.6 Cấu hình phần cứng Motion Control 12

Hình 2.7 Tốc độ được xác định bởi số xung trên đơn vị thời gian 13

Hình 2.8: Logo LabVIEW 2014 14

Hình 2.9 Giao diện điều khiển LabVIEW 2014 15

Hình 3.1 Thiết kế mô hình băng tải cho hệ thống 18

Hình 3.2 Mô hình khung in được thiết kế cho hệ thống 19

Hình 3.3 Mô hình buồng xử lý ảnh được thiết kế cho hệ thống 19

Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống 20

Hình 3.5 PLC S7-1200 CPU 1212C 22

Hình 3.6 Sơ đồ nối dây CPU 1212C DC/DC/DC 23

Hình 3.7 Digital Output SM1222 - 16DO 23

Hình 3.8 Board mạch Arduino Uno R3 24

Hình 3.9 Cảm biến vật quang thu phát qua gương phản xạ R2N1 26

Hình 3.10 Cảm biến quang thu phát chung – khuếch tán DS30C4 26

Hình 3.11 Công tắc hành trình Omron SS-5GL2 26

Hình 3.12 Camera Logitech C270 27

Hình 3.13 Driver Microstep TB6600 28

Hình 3.14 Relay 29

Hình 3.15 Cấu tạo Relay 29

Hình 3.16 Van điện từ 30

Hình 3.17 Nguyên lí hoạt động Van điện từ 30

Hình 3.18 Xylanh ống tròn 31

Hình 3.19 Xylanh 2ty 31

Hình 3.20 Động cơ bước đơn cực size 42x50 33

Hình 3.21 Động cơ servo Futaba S3003 33

Hình 3.22 Nguồn DC 24V-10A 34

Hình 3.23 Sơ đồ kết nối Driver với động cơ bước và PLC 35

Hình 3.24 Sơ đồ kết nối ngõ vào của PLC 36

Hình 3.25 Sơ đồ kết nối ngõ ra của PLC 36

Hình 3.26 Lưu đồ giải thuật khâu lấy ảnh 37

Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật khâu xử lý vị trí 38

Hình 3.28 Lưu đồ giải thuật khâu xử lý góc 38

Hình 3.29 Lưu đồ giải thuật khâu xuất xung cho Arduino 39

Hình 3.30 Lưu đồ giải thuật khâu gửi dữ liệu về PLC 39

Hình 4.1 Hoàn thành băng tải của hệ thống 40

Hình 4.2 Hoàn thành cơ cấu in của hệ thống 41

Hình 4.3 Cố định Camera 41

Hình 4.4 Hoàn thành buồng xử lý ảnh 41

Hình 4.5 Mô hình phần cơ 42

Hình 4.6 Mô hình phần điện đã hoàn thành 42

Hình 4.7: Cửa sổ lập trình Vision Assistant 43

Hình 4.8: Đoạn Script xác định vị trí vật 44

Hình 4.9 Kết quả thu được từ xử lý ảnh 44

Hình 4.10 Đoạn Script xác định góc lệch vật 45

Hình 4.11 Kết quả thu được từ xử lý ảnh 45

Hình 4.12 Cấu hình trong Device Configuration 46

Hình 4.13 Cấu hình Technological Objects 46

Hình 4.14 Cấu hình trong Basic parameter 47

Hình 4.15 Cấu hình Mechanics trong Extended parameter 47

Hình 4.16 Cấu hình Dynamics trong Extended parameter 48

Hình 4.17 Lệnh MC_Power 48

Hình 4.18 Lệnh MC_MoveVelocity 48

Hình 4.19 Phần mềm OPC Servers 49

Hình 4.20 Kết nối dữ liệu từ LABView sang OPC 49

Hình 4.21 Kết nối dữ liệu từ OPC sang PLC 50

Hình 4.22 Chương trình xuất dữ liệu ra Arduino 50

Hình 4.23 Cấu hình phần cứng cho HMI 51

Hình 4.24 Chọn driver IE General để kết nối với PLC 51

Hình 4.25 Tạo kết nối vật lý giữa PLC và HMI Runtime 51

Hình 4.26 Tạo kết nối truyền thông giữa PLC và HMI Runtime 52

Hình 4.27 Giao diện thiết kế trên WinCC 52

Hình 4.28 Tạo HMI tags 52

Hình 4.29 Tạo kết nối với PLC tags 53

Hình 4.30 Giao diện giám sát điều khiển của hệ thống 53

Hình 4.31 Tạo cơ sở dữ liệu mới 54

Hình 4.32 Tạo bảng chứa dữ liệu được gửi về 54

Hình 4.33 Tạo OBDC mới 54

Hình 4.34 Chọn Database nhận dữ liệu 55

Hình 4.35 Tạo VB Function 55

Hình 4.38 Tạo liên kết giữa Visual Studio với SQL Server 56

Hình 4.39 Tạo class lấy dữ liệu 57

Hình 4.40 Giao diện trang Home của Webserver 57

Hình 4.41 Giao diện trang DataTable của Webserver 57

Hình 4.42 Giao diện trang Search của Webserver 58

Hình 5.1 Mẫu được đo thực tế (a) và sản phẩm được in (b) lần 1 59

Hình 5.2 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 1 59

Hình 5.3 Mẫu được đo thực tế (a) và sản phẩm được in (b ) lần 2 60

Hình 5.4 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 2 60

Hình 5.5 Mẫu được không đúng kích thước (a) và đầu in về vị trí ban đầu (b) lần 3 61

Hình 5.6 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 3 61

Hình 5.7 Mẫu bị khuyết lỗ tròn (a) và đầu in về vị trí ban đầu (b) lần 4 62

Hình 5.8 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 4 62

Hình 5.9 Mẫu được đo thực tế (a) và sản phẩm được in (b) lần 5 63

Hình 5.10 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 5 63

Hình 5.11 Mẫu được đo thực tế (a) và sản phẩm được in (b) lần 6 64

Hình 5.12 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 6 64

Hình 5.13 Mẫu được đo thực tế trong điều kiện nhiễu bởi ánh sáng bên ngoài lần 7 65

Hình 5.14 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 7 65

Hình 5.15 Mẫu được không đúng kích thước lần 8 66

Hình 5.16 Kết quả xử lý trên giao diện điều khiển lần 8 66

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 2.1 Một số dòng S7-1200 thông dụng 8

Bảng 3.1 Thông số PLC S7-1200 CPU 1212C [10] 22

Bảng 3.2 Thông số Digital Output SM1222 - 16DO 23

Bảng 3.3 Thông số Arduino Uno R3 [11] 24

Bảng 3.4 Thông tin về Camera Logitech C270 [13] 27

Bảng 3.5 Đặc điểm kỹ thuật TB6600 28

Bảng 3.6 Thông số Van khí nén 30

Bảng 3.7 Thông số Step motor [15] 33

Bảng 3.8 Thông số Servo Motor [16] 34

Bảng 3.9 Thông số nguồn DC 24V-10A 35

TÓM TẮT

Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, sựtiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó kỹ thuật điều khiển tự động cũng góp phần rất lớntạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất Vì thế tự động hóa quá trìnhcông nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mãnh mẽ trong công nghiệp, cũng là sự lựachọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí sảnxuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường Trong các ngành công nghiệp mớiviệc điều khiển động cơ bước rất phổ biến Nhằm đáp ứng độ chính xác để phục vụ quátình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn, đảm bảo quá trình sản xuất không bị gián đoạn, tăngtuổi thọ thiết bị Động cơ bước với tốc độ quay nhanh, mô men sản sinh lớn, độ chính xáctương đối, thực sự là một thiết bị mang lại hiệu quả cực kỳ cao trong máy móc

Song song với đó thiết bị không thể thiếu và cũng đang là xu hướng hiện nay chính

là thị giác máy tính, xử lý ảnh công nghiệp từ lâu đã trở thành một trong những thànhphần dần thay thế những cảm biến đắt tiền trong công nghiệp, độ chính xác tương đối cao,

xử lý cùng lúc những tính hiệu khác nhau để giao tiếp với bộ điều khiển Xử lý ảnh làmột lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một ngành khoa học mới mẻ so vớinhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trungtâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó

Theo các chuyên gia, thách thức lớn nhất hiện nay đối với ngành công nghiệp nàykhông phải là tìm khách hàng mà là đầu tư đổi mới công nghệ để cạnh tranh và bắt kịpnền sản xuất đang ngày càng phát triển.

Hiện nay, trong dây truyền in gia nhiệt sản phẩm hoặc đóng dấu sản phẩm ở một vịtrí cố định trên một băng tải lớn, để sản phẩm được in đúng vị trí cần in, người côngnhân phải đặt sản phẩm tại một vị trí cố định trên băng tải, và đặt vật không được lệch

so với đầu gia nhiệt của hệ thống, kèm theo đó phải phân loại những sản phẩm khôngđạt tiêu chuẩn, việc này gây nên mất rất nhiều thời gian và phải thật cẩn thận để có mộtsản phẩm hoàn chỉnh, càng không thể truyền từ băng truyền này sang băng truyền khác

để xử lý, thêm vào đó con người phải làm việc thay ca 24/24 để đảm bảo hệ thốngđược vận hành liên tục Những cảm biến hiện nay chưa đáp ứng được những vấn đềnhư vậy

Một trong những giải pháp hiệu quả trong những năm trở lại đây là ứng dụng xử lýảnh vào trong công nghiệp giúp giải quyết những vấn đề hóc búa về bài toán tự độnghóa nhà máy Và cũng từ những cơ sở trên nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Môhình in sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh” nhằm nghiên cứu cách hoạt động của xử lý ảnhtrong công nghiệp cũng như là giải quyết vấn đề trong thực tế mà nhóm em đã đề ra

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu cụ thể của đề tài là thiết kế và thi công được mô hình có khả năng xử lýảnh để xác đinh vị trí tọa độ, góc lệch của vật so với băng tải và xác định được lỗi vềkích thước của sản phẩm so với mẫu chuẩn Hệ thống này cho phép thực hiện thao tácgiám sát và điều khiển trên giao diện SCADA và một trang web hiển thị được dữ liệucủa hệ thống.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Thiết kế mô in sản phẩm sử dụng PLC Siemens s7-1200 (sử dụng Driver step motor)điều khiển động cơ bước

 Tìm hiểu cách xác định vị trí vật, góc lệch của vật và vật lỗi thông qua xử lý ảnhLabView

 Tìm hiểu các thiết bị và lựa chọn thiết bị phù hợp cho mô hình ứng dụng

 Thiết kế sơ bộ kết cấu phần cơ khí

 Tiến hành lập trình chương trình điều khiển động cơ bước trên PLC sử dụng ngõ raxung của PLC S7- 1212 DC/DC/DC

 Thiết kế giao diện giám sát SCADA trên WinCC RT Start

 Thiết kế Web server để giám sát các thông số

1.4 GIỚI HẠN

Đề tài “Mô hình in sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh” đã đạt được các yêu cầu đề ra đó

là xử lý hình ảnh để phát hiện ra vị trí, góc lệch, sản phẩm không đạt yêu cầu từ đó trảtín hiệu về cho PLC và Arduino điều khiển khung in sản phẩm theo đúng vị trí, gócxoay của vật và phân loại sản phẩm lỗi Tuy nhiên đề tài chỉ giới hạn ở các công việc:

 Phân loại và in từng sản phẩm một thay vì liên tục

 Sử dụng Driver step motor thay vì dùng module điều khiển động cơ chuẩn côngnghiệp

 Xử lý ảnh phân loại được kích thước, bề mặt của sản phẩm vuông, chưa tích hợpnhiều điều kiện hơn như phân loại màu sắc, vật có hình dạng phức tạp hơn

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-1200

Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mởrộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dungcần

Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm choPLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phùhợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau

CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp,các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng PROFINET, các bộ đếm/phát xung tốc

độ cao tích hợp trên than, điều khiển vị trí ( motion control ), và ngõ vào analog đãlàm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ Sau khidownload chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi

và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình CPU giámsát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình ngườidung, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộđịnh thì, các phép toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông với những thiết

bị thông minh khác

PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng PROFINET để truyền thông mạngPROFINET Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông PROFIBUS, GPRS, RS485hoặc RS232 thông qua các module mở rộng [2]

Hình 2.1 Cấu tạo CPU S7 1200

1 Nguồn cấp PS

2 Thẻ nhớ MMC

3 Kết nối với các module mở rộng

4 Đèn Led hiển thị I/O trên board

 Module xử lý trung tâm CPU

Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ địnhthì, bộ đếm, cổng truyền thông PROFINET,… module lưu trữ chương trình ngườidùng trong bộ nhớ của nó Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổngvào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hàng (order number)

CPU S7-120 hỗ trợ các protocol như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication.Đồng thời, CPU tích hợp những tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông như: USS,Modbus RTU, S7 communication „T-Send/T-Receive‟ hay Freeport …

Cổng PROFINET tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lậptrình, hay những PLC S7 thông qua PROFINET.

 Module tín hiệu SM

Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4 †

20 mA (theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0 † 10 VDC, đọc tínhiệu RTD, TC …

 Module AI/AO: module đọc/xuất analog

 Module AO: module xuất tín hiệu analog

 Module DI: module đọc tín hiệu digital

 Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital

 Module xử lý truyền thông

Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP124x Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông

- Module xử lý truyền thông CM 1241: module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các

protocol theo các tiêu chuẩn như: [2]

 Truyền thông ASCII: được xử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bênthứ 3 (third – party systems) để truyền những giao thức protocol đơn giản nhưkiểm tra các ký tự đầu và cuối hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ liệu

 Truyền thông Modbus: được sử dụng truyền thông theo tiêu chuẩn ModbusRTU

• Modbus Master: có thể giao thức với PLC S7 là master

• Modbus Slave: có thể giao thức với PLC S7 là slave, không cho phéptrao đổi dữ liệu giữa slave với slave trong truyền thông

 Truyền thông USS Driver: lệnh cho phép kết nối USS với Driver CácDriver Các Driver có thể trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS485, trong truyềnthông cho phép điều khiển Driver cũng như đọc và ghi các thông số cần thiết

 Truyền thông Point – to – point: kết nối nối đa điểm được sử dụng theotruyền thông trao đổi dữ liệu nối tiếp Truyền thông đa điểm được ứng dụngtrong hệ thống tự động hóa Simatic S7 và những hệ thống tự động hóa khác đểliên kết với máy in, điều khiển robot, máy scan, đọc mã vạch …

 Truyền thông Profibus: được sử dụng với tiêu chuẩn profibus DP hỗ trợDPV1, có thể sử dụng làm master hoặc slave tùy thuộc vào ứng dụng màmodule sử dụng.

 Module hỗ trợ AS – I Master

- Module xử lý truyền thông CP 124x: Module xử lý truyền thông CP 123x hỗ trợ

những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP,Teleservice …

 Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM

 Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/ Email,DNP3, SNMP, Redundancy …

 Module nguồn cung cấp Power module

Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phầncứng kết nối với CPU Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207.Module nguồn PM 1207 yêu cầu áp cung cấp đầu vào là 120/230 VAC và ngõ ra là

24 VDC / 2,5 A được thiết lập riêng dành cho S7 – 1200 và không cần cấu hìnhtrong phần cứng [2]

 Các module đặc biệt và Board tín hiệu

- Module I/O link

Module được sử dụng có thể kết nối lên tới 4 thiết bị I/O – kink phù hợp vớiđặc tính kỹ thuật I/O – link V1.1 Các thông số của I/O – link có thể cấu hình phầnmềm Port Configuration Tool (PCT) V3.2 hoặc phiên bản cao hơn [2]

- Module cân SIWAREX

 Module cân Siwres WP231 là module cân đa năng cho tất cả các ứng dụng cânđơn giản, phức tạp hay ứng dụng trong đo lực … Module nhỏ gọn dễ dàng lắpđặt với PLC S7 – 1200 và có thể hoạt động độc lập mà không cần PLC S7 –1200

 Module cân Siwares WP1 có thể kết nối trực tiếp với PLC S7 thông quaEthernet (Modbus TCP/IP ) và RS485 ( Modbus RTU ) Đồng thời, module cóthể hoạt động với những PLC hoặc thiết bị của các hãng tự động hóa khác

- Module CANopen

Để mở rộng tính năng kết nối, giao tiếp truyền thông với các thiết bị của nhiềuhãng, Siemens phát triển module CM CANopen cho PLC S7 – 1200, cho phép cấuhình với cả hai chế độ Master và slave

- Signal Board

Signal Board được cắm phía trên than CPU để có thể mở rộng them DI/DO,AI/AO, Pin backup ( Battery board ) dữ liệu về thời gian thực, mở rộng truyền thôngvới RS485 ( Communications boards )

2.1.2 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200

Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemensphát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính, đó là: LAD, FBD vàSCL [2]

 LAD – Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch Nó đơngiản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi

 FBD – Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại sốBool

 SCL – Structure Language Control: Đây là ngôn ngữ lập trình theo dạng text

và là ngôn ngữ trình cấp cao sử dụng dựa trên nền Pascal phát triển Ngôn ngữlập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng tới đối tượng cho PLC, vì nó gầngũi với tư duy người dùng

Khi viết code cho một khối hàm nào đó ( OB, FB, FC ) thì người dùng có thể sửdụng 1 trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình

2.1.3 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng

Bảng 2.1 Một số dòng S7-1200 thông dụng

2.1.4 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động

 Cấu trúc:

Tất cả PLC đều có thành phần chính là một bộ nhớ chương trình RAM bên trong,một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các module I/O.Bên cạnh đó, một số PLC hoàn chỉnh còn đi kèm theo một đơn vị lập trình bằng tayhay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứađựng chương trinh dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vịsách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đãđược kiểm tra và sẵn sang sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các

PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho viết, đọc và kiểm tra chươngtrình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458… [3]

 Nguyên lý hoạt động của PLC:

Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thựchiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra

ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoat động thực thi đóđều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ Hệ thống bus làtuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: [3]

 Address bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau

 Data bus: bus dùng để truyền dữ liệu

 Control bus: bus điều khiển dung để truyền các tín hiệu định thì và điều khiểnđồng bộ các hoạt động trong PLC Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thôngtin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock

có tần số từ 1, 8 Mhz Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cungcấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

 Đèn tín hiệu PLC

Có 3 loại đèn báo hoạt động:

 Run/stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động

 Error: đèn báo lỗi

 Maint: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1 Có 2 loại đèn chỉ thị:

 Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào

 Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra

 Bộ nhớ PLC

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời cho các kênhtrạng thái I/O Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, gọicác Relay Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả các vị trítrong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ Địa chỉcủa từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ nằm bên trong bộ vi xử lý Bộ

vi xử lý sẽ có giá trị trong bộ đếm này thêm một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một

địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này gọi làquá trình đọc Bộ nhớ bên trong của PLC được tạo bởi vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạchnày có khả năng chứa 2000-16000 dòng lệnh tuỳ theo loại vi mạch trong PLC các bộnhớ như RAM và EPROM đều được sử dụng [3]

 RAM có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ nội dung bất kì lúc nào, nộidung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng nàycác PLC đều được trang bị pin khô có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ choRAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dung khởi tạo vàkiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM do khả năngtiêu thụ thấp và tuổi thọ cao

 EPROM là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường có thể đọc chứ không ghi nộidung vào được, nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắnsẵn trong máy, đã dược nhà sản xuất nạp và chứa sẵn hệ điều hành Nếu người

sử dụng không muốn sử dụng bộ nhớ thì chỉ dùng EPROM gắn bên trong PLC.Trên PG có sẵn chổ ghi và xoá EPROM

 EEEPROM liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định.Nội dung của nó có thể xoá và lập trình bằng điện tuy nhiên số lần là có giới hạn

2.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL

TIA Portal chính là tên một phần mềm dùng để lập trình cho thiết bị có tên là bộđiều khiển logic ( Programmable Logic Controller) trong công nghiệp Không giốngnhư các phần mềm lập trình trước, TIA Portal tích hợp hết các chức năng từ lập trình,giả lập cpu hay thiết kế cả Wincc giao diện người- máy Đây là phiên bản hoàn thiện

nhất cho việc thiết kế trọn bộ hệ thống điều khiển bằng PLC [4]

Trong các phiên bản trước thì hãng Siemens chỉ hỗ trợ chúng ta các phần mềmriêng biệt cho từng tiện ích mà ta sử dụng Tức là để có thể thiết kế hoàn thiện, chúng

ta cần phải cài đặt nhiều phần mềm rời rạc Điều này rất bất tiện cho các kĩ sư điện,nhất là với những người vừa mới bắt đầu tiếp cận bộ lập trình logic này.Một điều đáng lưu ý nữa là với phần mềm tia portal, chúng ta có thể dùng để lập trìnhcho hầu hết các dòng PLC như S7 300, 400, 1200, 1500 Điều này vô cùng tiện lợi cho

thiết kế vì chúng ta chỉ cần học sử dụng một lần là có thể lập trình cho tất cả các đờiPLC.

Hình 2.3 Giao diện TIA Portal V13

Hình 2.4 Các chức năng của phần mềm TIA Portal V13

Tuy vậy, các bạn cũng cần phải lưu ý vấn đề cấu hình bên cạnh sự tiện dụng nómang lại Vì là phần mềm tích hợp nên rất nặng mà phức tạp Đây chính là nhược điểmlớn nhất của sự tích hợp Phần mềm Tia portal yêu cầu cấu hình phù hợp nhất là Ram8GB đổ lên Về dung lượng thì gói cài đặt phần mềm này nặng, tính ra xấp xỉ 30 tới 40

GB sau khi tải và cài đặt Phần mềm này tiêu tốn khá nhiều tài nguyên nên có thể nói,đây thuộc loại ứng dụng khủng

Hình 2.5 Các dòng CPU mà TIA Portal hỗ trợ

 Motion Control trong TIA Portal:

 Khái niệm:

Trong TIA Portal, với chức năng "Motion Control" của CPU S7-1200 sẽ hỗ trợ bạntrong việc điều khiển động cơ bước và động cơ servo với giao diện xung Bạn định cấuhình các "Axis" và "Command table" trong Technology objects CPU S7-1200 điềukhiển ngõ ra xung và hướng để điều khiển các driver bằng cách sử dụng Technologyobjects [5]

 Các thành phần phần cứng:

Hình 2.6 Cấu hình phần cứng Motion Control

 Tùy thuộc vào cài đặt của động cơ bước, mỗi xung ảnh hưởng đến chuyển độngcủa động cơ bước bởi một góc cụ thể Nếu động cơ bước được đặt thành 200 xungtrên mỗi vòng quay thì nó di chuyển 1.8 ° mỗi xung Tốc độ của động cơ bướcđược xác định bởi số lượng xung trên đơn vị thời gian

Hình 2.7 Tốc độ được xác định bởi số xung trên đơn vị thời gian

 Trong chương trình người dùng, bạn điều khiển "Axis" bằng các lệnh về MotionControl:

- MC_Power: Cho phép hoặc vô hiệu trục chuyển động

- MC_Reset: Đặt lại tất cả các lỗi điều khiển chuyển động

- MC_Home: Chọn vị trí thực với trục tọa độ làm điểm gốc ban đầu

- MC_Halt: Dừng tất cả chuyển động

- MC_MoveAbsolute: Di chuyển đến một vị trí tuyệt đối

- MC_MoveRelative: Di chuyển đến một vị trí tương đối

- MC_MoveVelocity: Di chuyển trục liên tục với tốc độ quy định

- MC_MoveJog: Di chuyển trục theo chế độ từng bước

- MC_CommandTable: kết hợp nhiều trục riêng lẻ để điều khiển mộtchuỗi chuyển động

- MC_ChangeDynamic: Thay đổi các cài đặt của trục

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH LABVIEW 2014

 Khái niệm:

LabVIEW là một môi trường lập trình đồ họa mà bạn có thể sử dụng để tạo cácứng 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 các ứng dụng đolường, kiểm thử, và điều khiển tinh vi bằng cách sử dụng các biểu tượng trực quan vàdây nối tín hiệu Ngoài ra, LabVIEW có thể được mở rộng cho nhiều nền tảng phẩncứng và hệ điều hành khác nhau Trong thực tế, nền tảng LabVIEW có khả năng tíchhợp với hàng nghìn thiết bị phần cứng và cung cấp hàng trăm thư viện được xây dựng

sẵn để phân tích nâng cao và hiển thị dữ liệu giúp bạn tạo ra các thiết bị ảo có thể tùychỉnh theo nhu cầu của mình [6]

Khác với các ngôn ngữ lập trình dạng văn bản, như C++ và Visual Basic,LabVIEW sử dụng các biểu tượng thay vì các dòng văn bản để tạo ra các ứng dụng.Trong lập trình dạng văn bản, thứ tự các dòng lệnh xác định trình tự thực hiện chương

trình LabVIEW sử dụng lập trình đồ họa dạng dòng chảy dữ liệu Trong lập trình đồ

họa dạng dòng chảy dữ liệu, dòng chảy của dữ liệu qua các nút trên Block Diagram xácđịnh trình tự thực hiện chương trình Lập trình đồ họa và thực thi dạng dòng chảy dữliệu là hai đặc tính chính làm LabVIEW khác với hầu hết ngôn ngữ lập trình đa dụngkhác

Hình 2.8: Logo LabVIEW 2014

Hình 2.9 Giao diện điều khiển LabVIEW 2014

2.4 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM WINCC

 Khái niệm:

WinCC viết tắt của Windows Control Center, là một phần mềm của hang Siemensdùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Ngoài raWinCC còn cung cấp các module chức năng thường dung trong nghiệp như: hiển thịhình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cậphình ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm bảo tính hữudụng cao [7]

Với WinCC, người dung có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của cáchang khác nhau như Mitsubishi, Siemens… thông qua cổng COM với chuẩn RS-232của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC

 Các ứng dụng của WinCC:

Tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất Khi một hệ thốngdung chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể môphỏng bằng hình các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi sựkiện WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồhọa, xử lí thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo v.v…đápứng yêu cầu công nghệ và là một trong những chương trình ứng dụng trong thiết kếgiao diện người máy (HMI)

Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện HMI và mạng SCADA, WinCC sử dụngcác chức năng sau:

 Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động

của các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC OLE, I/O,… với thuộc tínhđộng (Dynamic)

 Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong

khi hệ thống vận hành Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ.Nóchứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiểnthị, hồi đáp và lưu trữ chúng Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm nguyênnhân lỗi của hệ thống

 Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác

nhau Tag Longging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị đểhiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn vềcông nghệ và kỹ thuật quan trọng lien quan đến trạng thái hoạt động của toàn

hệ thống

 Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này

được lưu dưới dạng các trang nhật kí sự kiện

 User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng

dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác Điều này cónghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thẻ được soạnthảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống

2.5 GIỚI THIỆU VỀ SQL SERVER

 Khái niệm:

Structure Query Language server được viết tắt thành SQL server là một công cụquản lý dữ liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau SQL là ngônngữ phi thủ tục, không yêu cầu cách thức truy cập cơ sở dữ liệu như thế nào Tất cả cácthông báo của SQL rất dễ dàng sử dụng và ít mắc lỗi [8]

SQL cung cấp các tập lệnh phong phú cho các công việc hỏi đáp dữ liệu như:

- Chèn, xóa và cập nhật các hàng trong 1 quan hệ

- Tạp, thêm, xóa và sửa đổi các đối tượng trong của cơ sở dữ liệu

- Điều khiển việc truy cấp tới cơ sở dữ liệu và các đối tượng của cơ sở dữ liệu

để đảm bảo tính bảo mật, tính nhất quán và sự ràng buộc của cơ sở dữ liệu.Đối tượng của SQL server là các bảng dữ liệu với các cột và các hàng Cột đượcgọi là trường dữ liệu và hàng là bản ghi của bảng Cột dữ liệu và kiểu dữ liệu xác địnhtạo nên cấu trúc của bảng Khi bảng được tổ chức thành một hệ thống cho một mụcđích sử dụng cụ thể vào công việc nào đó sẽ trở thành một cơ sở dữ liệu

2.6 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL STUDIO

Visual Studio là một trong những công cụ hỗ trợ lập trình và thiết kế website rấtnổi tiếng nhất hiện nay của Microsoft và chưa có một phần mềm nào có thể thay thếđược nó Visual Studio được viết bằng 2 ngôn ngữ đó chính là C# và VB+ Đây là 2ngôn ngữ lập trình giúp người dùng có thể lập trình được hệ thống một các dễ dàng vànhanh chóng nhất thông qua Visual Studio [9]

Visual Studio là một phần mềm lập trình hệ thống được sản xuất trực tiếp từMicrosoft Từ khi ra đời đến nay, Visual Studio đã có rất nhiều các phiên bản sử dụngkhác nhau Điều đó, giúp cho người dùng có thể lựa chọn được phiên bản tương thíchvới dòng máy của mình cũng như cấu hình sử dụng phù hợp nhất

Bên cạnh đó, Visual Studio còn cho phép người dùng có thể tự chọn lựa giao diệnchính cho máy của mình tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng

Các ứng dụng của Visual Studio:

3.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN

Mô hình mà nhóm thực hiện cũng chính là mô hình thực nghiệm, vậy nên mô hìnhthiết kế và thi công phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

 Mô hình hoạt động ổn định và chính xác với các yêu cầu đề ra như loại sản phẩmlỗi, xác định đúng góc lệch và vị trí tâm của vật

 Điều khiển và giám sát được trên màn hình giao diện SCADA

 Hiển thị được các thông số sản phẩm đạt yêu cầu, không đạt yêu cầu, tổng số sảnphẩm in được và tổng số sản phẩm lỗi trên webserver

 Hoạt động linh hoạt với nhiều sản phẩm khác nhau

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế phần cơ khí

3.2.1.1 Thiết kế băng tải

Đề tài “Mô hình in sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh” có kích thước băng tải là6x100cm

Hình 3.1 Thiết kế mô hình băng tải cho hệ thống

3.2.1.2 Thiết kế cơ cấu in

Để mô hình cơ cấu in có thể chạy theo băng tải và in được đúng góc và vị trí tọa độtâm của vật thì cơ cấu in cần 3 trục Khung in sử dụng 3 trục XYZ có kích thước là30x30x25cm

Hình 3.2 Mô hình khung in được thiết kế cho hệ thống

3.2.1.3 Thiết kế buồng xử lý ảnh

Để khâu xử lý ảnh nhận biết được vị trí, góc lệch, và phân loại sản phẩm lỗi mộtcách chính xác và ổn định ta cần tránh các ánh hưởng gây nhiễu từ bên ngoài như ánhsáng, bóng của ngoại vật, tác động bên ngoài làm lệch camera ta cần một buồng riêng

cố định camera và ổn định ánh sáng chiếu để khâu xử lý ảnh được tốt nhất để đạt đượckết quả với độ chính xác cao và ổn định Buồng xử lý ảnh có kích thước là27x21.5x35cm

Hình 3.3 Mô hình buồng xử lý ảnh được thiết kế cho hệ thống

3.2.2 Thiết kế phần điện

3.2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống

Bộ điều khiển PLC: khối này sử dụng PLC S7-1212C DC/DC/DC có hiệu năng

cao, dùng để thực hiện các công việc:

 Nhận dữ liệu từ các khối cảm biến và khối xử lý ảnh

 Xử lý dữ liệu, thực hiện các chương trình điều khiển, xuất tín hiệu ra khốichấp hành để thực hiện công việc

 Đưa dữ liệu vào Database và cho hiển thị trên Webserver

Bộ điều khiển Arduino UNO: Bộ điều khiển có chức năng nhận thông tin, cụ thể

là nhận giá trị từ hệ thống máy tính để điều khiển động cơ servo

Khối cảm biến: bao gồm các cảm biến hồng ngoại, dùng để nhận biết có sản phẩm

đi ngang Ngoài ra còn có công tắc hành trình được sử dụng để nhận biết giới hạn củahành trình và sự cố ngoài ý muốn …

Khối tín hiệu xử lý ảnh: Là những số liệu về vị trí, góc lệch của sản phẩm, và sản

phẩm có lỗi hay không từ đó đưa về hệ thống máy tính để xử lý điều khiển

Khối giao diện: Có nhiệm vụ hiển thị và chấp hành lệnh từ người dùng, giúp dễ

dàng trong việc điều khiển và giám sát hệ thống

Khối hiển thị Webserver: Hiển thị những thông tin quan trọng để dễ dàng giám

sát hệ thống ở bất kì đâu

Khối thiết bị ngoại vi: Khối thiết bị ngoại vi chính là Output của bộ điều khiển

PLC Khối này bao gồm xy-lanh khí nén, van khí nén, Relay để kiểm soát các thông sốtheo yêu cầu Khối này sẽ nhận lệnh trực tiếp từ bộ điều khiển PLC

Khối công suất: Khối này sử dụng điều khiển tốc độ và hướng cho động cơ.

Khối nguồn: Khối nguồn là khối quan trọng giúp cung cấp điện cho toàn bộ hệ

thống Vì vậy cần tính toán hợp lý để khối nguồn có thể cung cấp đủ dòng và áp đểmạch có thể hoạt động tốt và ổn định

Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, dòng sản phẩm SIMATIC

S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình.Đặc điểm nổi bật là PLC S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm TIA Portal cho việc lập trình PLC và các mànhình HMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển đượcnhanh chóng, đơn giản

Board tín hiệu/truyền thông 1

Bộ đếm tốc độ cao:

 1 Pha

 2 Pha

3x100kHz / 1x30kHz3x80kHz / 1x20kHzNgõ ra xuất xung tốc độ cao 2

Thời gian thực khi mất nguồn nuôi 10 ngày

Thực thi lệnh nhị phân 0.1 micro giây/lệnh

 Sơ đồ đấu dây PLC CPU 1212C DC/DC/DC

Hình 3.6 Sơ đồ nối dây CPU 1212C DC/DC/DC

 Digital Output SM1222 - 16DO

Hình 3.7 Digital Output SM1222 - 16DO

b Bộ điều khiển Arduino UNO

Arduino Uno R3 là loại phổ biến và dễ sử dụng nhất trong các dòng Arduino hiệnnay cũng như tương thích với nhiều loại Arduino Shield nhất

Hình 3.8 Board mạch Arduino Uno R3

Thông số kỹ thuật:

Bảng 3.3 Thông số Arduino Uno R3 [11]

Chip nạp và giao tiếp UART ATmega16U2

Nguồn nuôi mạch 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài từ

jack cắm tròn DC

Số chân Digital I/O 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất

xung PWM)

Số chân PWM Digital I/O 6

Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O 20 mA

Dòng điện DC Current chân 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328P ), 0.5 KB dùng cho

c Khối cảm biến

 Cảm biến hồng ngoại

 Khái niệm cảm biến hồng ngoại:

Cảm biến quang là cảm biến do các linh kiện quang điện tạo thành Khi

có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổitính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát

xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào [12]

Cảm biến quang có 3 loại:

- Loại 1: Cảm biến quang thu phát chung – khuếch tán được cấu tạo gồm một

led hồng ngọai thu và một led hồng ngoại phát Khi có vật thể tác động vàovùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu Lúc này led thu

sẽ tác động vào Transistor để out tín hiệu

- Loại 2: Cảm biến quang thu phát độc lập Lọai này led hồng ngọai phát và led hồng ngọai thu được đặt riêng biệt ở hai phía đối xứng, khi có vật thể đi qua giữa hai led làm gián đọan ánh sáng, led phát không nhận được ánh sáng sẽ tác

động out tín hiệu

- Loại 3: Cảm biến quang thu phát qua gương, led phát sẽ phát tia hồng

ngọai vào gương phản xạ, ở trạng thái không có vật thể đi vào vùng tia thì ánhsáng sẽ được gương phản xạ về led thu, khi có vật thể đi vào vùng phát tia sẽ

làm gián đọan tia sáng về led thu, lúc này led thu không còn nhận được ánh sáng nữa sẽ kích họat transistor out tín hiệu.

Loại cảm biến dùng trong đề tài

Hình 3.9 Cảm biến vật quang thu phát qua gương phản xạ R2N1