Design the system checking products apply image processing in labview

Trình bày sơ lược lý thuyết PLC S7-1200, hệ thống điều khiển điện khí nén, các thiết bị như cảm biến, động cơ,…  Chương 3: Thiết kế hệ thống Thiết kế lên bản vẽ cho mô hình, lựa chọn k

Trang 1

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

DESIGN THE SYSTEM CHECKING PRODUCTS – APPLY IMAGE

PROCESSING IN LABVIEW

GRADUATION PROJECT MECHATRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY

GVHD : VŨ QUANG HUY SVTH : ĐẶNG CHÍ CƯỜNG MSSV : 15146015

SVTH : NGUYỄN VĂN NGỌC MSSV : 15146078

SVTH : NGUYỄN HOÀNG HIỆP MSSV : 15146036

SKL 0 0 6 7 8 5

Trang 2

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION

FACULTY FOR HIGH QUALITY



DESIGN THE SYSTEM CHECKING PRODUCTS –

APPLY IMAGE PROCESSING IN LABVIEW

Supervisor: VŨ QUANG HUY, PhD

Major: MECHATRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY

GRADUATION PROJECT

Students : ĐẶNG CHÍ CƯỜNG 15146015

NGUYỄN VĂN NGỌC 15146078

NGUYỄN HOÀNG HIỆP 15146036

Ho Chi Minh City,

January 2020

Trang 3

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION

FACULTY FOR HIGH QUALITY

GRADUATION PROJECT

DESIGN THE SYSTEM CHECKING PRODUCTS –

APPLY IMAGE PROCESSING IN LABVIEW

Supervisor: VŨ QUANG HUY, PhD

Students : ĐẶNG CHÍ CƯỜNG 15146015

NGUYỄN VĂN NGỌC 15146078

NGUYỄN HOÀNG HIỆP 15146036

Major: MECHATRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY

Ho Chi Minh City, January 2020

Trang 4

THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM

Independence – Freedom– Happiness

-

Ho Chi Minh City, January 20, 2020

GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT

Student name: Đặng Chí Cường Student ID: 15146015

Student name: Nguyễn Hoàng Hiệp Student ID: 15146036

Student name: Nguyễn Văn Ngọc Student ID: 15146078

Major: Mechatronics Engineering Technology Class: 15146CL2B

Supervisor: Vũ Quang Huy, PhD Phone number: 0918748924

Date of assignment: 25/08/2019 Date of submission: 05/01/2020

1 Project title: Design the system checking products – Apply image processing in labview

2 The purpose of the project: Building a model identifying and testing fail products with high accuracy

3 Content of the project:

- Learn about PLC and TIA Portal V14 software

- Communication method between PLC and LabVIEW software

- Collecting and processing images on LabVIEW (by quantity, by barcode)

- Importing and exporting operating data of the system

- Design and construction a model identifying and classifying products with small capacity

- Control and monitor the system by PLC and LabVIEW interface

- Writing graduation thesis report

4 Final product:

- Executing complete hardware and software model testing products

- Control and monitor the system by PLC and LabVIEW interface

- Softing capacity of the system is about 450-500 products/hour

CHAIR OF THE PROGRAM

(Sign with full name)

SUPERVISOR

(Sign with full name)

Trang 5

-

SUPERVISOR’S EVALUATION SHEET

Major: Mechatronics Engineering Technology

Project title: Design the system checking products – Apply image processing in labview Supervisor: Vũ Quang Huy, PhD

EVALUATION

2 Strengths:

3 Weaknesses:

4 Approval for oral defense? (Approved or denied)

Trang 6

-

PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET

Project title: Design the system checking products – Apply image processing in labview Name of Examiner: Bùi Hà Đức

EVALUATION

2 Strengths:

3 Weaknesses:

Trang 7

-

EVALUATION SHEET OF

DEFENSE COMMITTEE MEMBER

Project title: Design the system checking products – Apply image processing in labview Name of Defense Committee Member:

EVALUATION

2 Strengths:

3 Weaknesses:

Trang 8

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao … đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Vũ Quang Huy đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong quá trình thực hiện đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao

đã tận tình giảng dạy , trang bị cho em những kiến thức quý báu trong năm vừa qua Chúng con xin chân thành cảm ơn ông bà, cha mẹ đã luôn động viên ủng hộ vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua

Chúng em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và ủng hộ của các anh chị bạn bè trong quá trình thực hiện đồ án Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và chỉ bảo của quý thầy cô

Trang 9

MỤC LỤC

GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

1.4 GIỚI HẠN 4

1.5 BỐ CỤC 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 6

2.1.1 Giới thiệu 6

2.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 7

2.1.3 Thuật toán xử lý số lượng sản phẩm 7

2.1.4 Thuật toán xử lý mã vạch 8

2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN 9

2.2.1 Những đặc điểm cơ bản 9

2.2.2 Cấu trúc hệ thống khí nén 10

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI 12

2.3.1 Giới thiệu 12

2.3.2 Thông số kĩ thuật 13

Trang 10

2.4 MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC 14

2.4.1 Động cơ DC 14

2.4.2 Nút nhấn 14

2.4.3 Nút dừng khẩn cấp 15

2.4.4 Cầu dao 15

2.4.5 Rơ le trung gian 16

2.4.6 Đèn báo ……….16

2.5 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC 17

2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LABVIEW 20

2.6.1 LabVIEW là gì? 20

2.6.2 Các ứng dụng của LabVIEW 21

2.6.3 Cách tạo một Project 22

2.6.4 Cấu trúc của một chương trình LabVIEW 23

2.7 GIAO TIẾP LABVIEW VỚI PLC 24

2.7.1 Truyền thông MODBUS TCP/ IP 24

2.7.2 Hàm chức năng Modbus TCP MB_SERVER trong PLC S7-1200 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

3.1 GIỚI THIỆU 31

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 31

3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 32

3.3 QUY TRÌNH VẬN HÀNH 40

3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 40

3.4.1 Xác định địa chỉ Input/ Output 40

Trang 11

3.4.2 Sơ đồ kết nối 41

3.4.3 Lưu đồ giải thuật 42

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.1 GIỚI THIỆU 44

4.2 THI CÔNG PHẦN CỨNG 44

4.2.1 Thi công buồng thu nhận hình ảnh 44

4.2.2 Thi công bộ phận truyền động cơ khí 45

4.2.3 Thi công tủ điện 48

4.2.4 Thi công khung sắt 500

4.3 THI CÔNG PHẦN MỀM 51

4.3.1 Truyền thông Modbus từ LabVIEW qua PLC 51

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 55

5.1 KẾT QUẢ 55

5.1.1 Kết quả nghiên cứu 55

5.1.2 Kết quả thi công phần cứng 56

5.1.3 Kết quả thi công phần mềm 58

5.1.4 Kết quả thực nghiệm 67

5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 67

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68

6.1 KẾT LUẬN 68

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Trang 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Phân loại sản phẩm là một trong những khâu quan trọng của quá trình sản xuất

Có rất nhiều hình thức phân loại sản phẩm:

1) Phân loại theo mục đích sử dụng

• Hàng hóa tiêu dùng là hàng hóa phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của cá nhân, gia

đình trong cuộc sống hàng ngày

• Hàng hóa tư liệu sản xuất là các hàng hóa do các tổ chức mua và sử dụng phục

vụ cho hoạt động sản xuất kinh doanh của họ

2) Phân loại sản phẩm theo hình thức tồn tại

• Dịch vụ là loại sản phẩm vô hình mang lại cho người dùng một ích lợi vật chất, lợi

ích tinh thần nào đó Con người không thể cảm nhận dịch vụ thông qua các giác quan như nghe, nhìn, nếm, ngửi, tiếp xúc Điều này làm cho việc bán dịch vụ khó khăn hơn

• Hàng hóa là loại sản phẩm hữu hình mà con người có thể tiếp xúc thông qua các

giác quan để cảm nhận những yếu tố vật chất của nó

3) Phân loại hàng hóa tiêu dùng theo thời gian sử dụng

• Hàng hoá lâu bền: là những loại hàng hoá được dùng nhiều lần như Ti vi, Tủ lạnh,

xe máy, điện thoại

• Hàng hoá sử dụng ngắn hạn: là những thứ được dùng chỉ một hoặc vài lần như

xà phòng, bia, báo chí, tem thư

Các loại hàng hoá khác nhau thì quá trình mua của khách hàng khác nhau Người bán cần nắm được quá trình mua của khách hàng để biết cách thuyết phục khách hàng Với nhu cầu ngày càng lớn của người tiêu dùng thì việc sản xuất số lượng lớn hàng hóa

mà muốn giảm bớt nhân công trong khâu kiểm tra nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác

và tối ưu thì máy móc phân loại sản phẩm đã được đưa vào Đó là lý do chọn đề tài của nhóm

Đề tài nhóm em là Phân loại sản phẩm (ống trụ) theo số lượng (dựa vào màu sắc) và

nhận diện mã code trên khay chứa sản phẩm

Trang 15

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Thiết kế chương trình xử lý ảnh bằng LabVIEW

- Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC

- Mô hình phân loại quy mô nhỏ

- Phân loại theo 2 lỗi: Sản phẩm thiếu, Barcode sai

- Sử dụng 2 camera Webcam để đọc sản phẩm

Trang 16

1.5 BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng quan

Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu đề tài, giới hạn và

bố cục đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Giới thiệu sơ lược về xử lý ảnh Trình bày sơ lược lý thuyết PLC S7-1200, hệ thống điều khiển điện khí nén, các thiết bị như cảm biến, động cơ,…

 Chương 3: Thiết kế hệ thống

Thiết kế lên bản vẽ cho mô hình, lựa chọn kích thước tủ điện phù hợp với linh kiện

bố trí trong tủ, sơ đồ khối tính toán các thông số công suất của thiết bị điều khiển hệ thống điện và lựa chọn các thiết bị phù hợp với ông suất cho mô hình

 Chương 4: Thi công hệ thống

Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các phần điều khiển và mạch động lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài Từ đó xây dựng nên lưu đồ giải thuật

để viết chương trình điều khiển cho hệ thống Khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện các bước để mô hình được hoạt động tốt Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác cho việc hoạt mô hình hoàn thiện hơn Tính toán lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp, chuẩn bị thiết bị điện và dụng cụ điện hỗ trợ cho qua trình làm việc Trình tự thi công mô hình, chạy mô hình

 Chương 5: Kết quả - nhận xét – đánh giá

Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Trình bày kết quả thiết bị, những yêu cầu đạt được và chưa đạt được từ phần cứng và phần mềm Từ đó đưa ra nhận xét về nguyên nhân chưa đạt được và cách khắc phục Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực

tế so với kết quả trong lý thuyết

Trang 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH

2.1.1 Giới thiệu

Xử lý ảnh là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng nó lại có tốc độ phát triển rất nhanh Công nghệ xử lý ảnh được ứng dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp và đời sống, đóng một vai trò quan trọng các lĩnh vực khoa học và công nghệ [7]

Quy trình xử lý ảnh bao gồm các bước cơ bản sau:

Hình 2 1: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh

- Phần thu nhận ảnh: Có thể thu nhận ảnh màu hoặc đen trắng qua Camera Chất lượng hình ảnh phụ thuộc vào thiết bị thu, ánh sáng

- Tiền xử lý: Có chức năng lọc nhiễu, nâng độ tương phản nhằm làm cho anh rõ hơn, nét hơn, sáng hơn

- Phân đoạn ảnh: Có chức năng phân tách ảnh đầu vào thành các vùng thành phần

để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh

- Xử lý ảnh: Có chức năng loại bỏ nhiễu xung quanh đối tượng cần xử lý, giúp biểu diễn các đặc tính của ảnh chi tiết hơn

- Nhận dạng và nội suy: Nhận dạng ảnh bằng cách so sánh với mẫu chuẩn được lưu từ trước Nội suy là dựa trên cơ sở nhận dạng để phán đoán

- Cơ sở trí thức: Xây dựng và mở rộng các phương pháp tiếp nhận và xử lý ảnh theo trí tuệ con người

Trang 18

2.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

- Điểm ảnh: là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định

- Ảnh (Picture): Được cấu thành từ các điểm ảnh

- Độ phân giải của ảnh: là số điểm ảnh nằm trên diện tích 1-inch được tính bằng ppi (pixels per inch)

- Mức xám của điểm ảnh: Là cường độ sáng của điểm ảnh được gán trị số tại điểm

đó Các thang giá trị mức xám: 16, 32, 64, 128, 256

- Khử nhiễu: Với nhiễu hệ thống là nhiễu có quy luật → khử bằng các phép biến đổi.Với nhiễu ngẫu nhiên không rõ nguyên nhân → dùng các phép lọc

2.1.3 Thuật toán xử lý số lượng sản phẩm

Hình 2 2: Mô tả thuật toán xử lý số lượng sản phẩm

- Thu ảnh bằng Camera

- Chuyển ảnh màu sang ảnh xám

+ Phương trình chuyển đổi một ảnh màu RGB thành ảnh xám, áp dụng với mọi điểm ảnh:

+ Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

+ Ứng với mỗi giá trị RGB sẽ cho ra giá trị ảnh xám Y khác nhau

+ Chuyển ảnh màu sang ảnh xám từng điểm ảnh một cho đến khi hết khung ảnh

- Tìm kiếm ảnh: Quá trình này bao gồm 2 giai đoạn: Learning và Matching

+ Learning: Thuật toán trích xuất giá trị ảnh xám từ ảnh mẫu Thuật toán thiết lập và lưu trữ thông tin ảnh kiểm tra Thông tin trong giai đoạn này được lưu trữ như ảnh mẫu

+ Matching: Thuật toán sẽ trích xuất giá trị ảnh xám từ ảnh kiểm tra, sau đó tìm kiếm sự tương đồng từ ảnh mẫu và định vị các vùng trong ảnh kiểm tra

và nơi nào có sự tương quan cao nhất thì đó là đối tượng [14]

- Xuất ra số lượng: Quá trình tìm kiếm ảnh nếu như có nhiều đối tượng giống nhau trong khung ảnh thì nó cũng xuất ra số lượng tùy theo điểm số phù hợp

Trang 19

- Xử lý và đưa ra kết quả: Xuất ra số lượng hỉnh ảnh tương đồng với ảnh mẫu xong, chúng ta có thể so sánh với giá trị đặt của đề tài

2.1.4 Thuật toán xử lý mã vạch

Hình 2 3: Mô tả thuật toán xử lý mã vạch

- Quá trình từ thu ảnh đến tìm kiếm ảnh trong xử lý mã vạch giống với quá trình

xử lý số lượng sản phẩm

- Đọc Barcode: Mỗi mã vạch là 1 ký hiệu tổ hợp các khoảng trắng và vạch thẳng

để biểu diễn các mẫu tự, ký hiệu và các con số Sự thay đổi trong độ rộng của vạch và khoảng trắng biểu diễn thông tin số hay chữ số dưới dạng mà máy có thể đọc được

- Xử lý và đưa ra kết quả: Xuất thông tin mã vạch được mã hóa và so sánh với bộ

mã hóa chuẩn

Trang 20

2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN

2.2.1 Những đặc điểm cơ bản

Hệ thống khí nén gồm nhiều thiết bị nhưng quan trọng nhất là máy nén khí và bình tích áp, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến đặc biệt ở những lĩnh vực cần đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại Ví dụ như lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, các khâu phân loại, đóng gói sản phâm thuộc dây chuyền sản xuất tự động, trong công nghiệp gia công cơ khí, trong công nghiệp khai khoáng, [16]

Các dạng truyền động sử dụng khí nén

- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm

- Truyền động quay: trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lượng khác Ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện

Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén

- Có khả năng truyền tảu đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ

- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường

- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt

- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác

Trang 21

- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả

Nhược điểm

- Công suất chuyển động không lớn

- Do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn nên khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động có xu hướng thay đổi Vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều thường là khó thực hiện

- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn

2.2.2 Cấu trúc hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:

- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)

- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành

- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút

Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí nén:

- Hệ thống điều khiển bằng khí nén trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén và

do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén

Trang 22

Hình 2 4: Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén

- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén

Hình 2 5: Hệ thống điện- khí nén

Trang 23

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI

2.3.1 Giới thiệu

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng

Hình 2 6: Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại

Hình 2 7: Sơ đồ kết nối cảm biến vật cản hồng ngoại

Trang 25

- Chiều dài motor: 121 mm

- Chiều dài trục motor: 16 mm

Trang 27

2.4.5 Rơ le trung gian

Trang 28

2.5 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC

Trong đồ án này nhóm đã quyết định sử dụng phần mềm TIA Portal Version 14 của hãng Siemens Phần mềm được thiết kế với giao diện thân thiện với người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích họp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens

Là phần mềm thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

Lợi ích đối với người dùng:

- Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để lập trình xử lý

- Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật

- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai

Cách tạo một Project:

Bước 1: Từ màn hình Desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14

Hình 2 15: Biểu tượng TIA Portal V14

Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án mới

Trang 29

Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create

Hình 2 17: Nhập tên chương trình và đường dẫn lưu file

Bước 4 : Chọn Configure a device

Hình 2 18: Chọn thiết bị cấu hình trên phần mềm

Trang 30

Bước 5: Chọn Add new device

Hình 2 19: Tạo thiết bị mới trên phần mềm

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add

Hình 2 20: Chọn CPU PLC trên phần mềm

Trang 31

Bước 7 : Project mới được hiện ra và tiến hành viết chương trình

Hình 2 21: Giao diện viết chương trình 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LABVIEW

2.6.1 LabVIEW là gì?

LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)

là môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh giữa con người, thuật toán và các thiết bị xử lý

Gọi LabVIEW là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả vì về cách thức lập trình, LabVIEW khác với các ngôn ngữ C ở điểm thay vì sử dụng các từ vựng (từ khóa) cố định thì LabVIEW

sử dụng các khối hình ảnh sinh động và các dây nối để tạo ra các lệnh và các hàm Cũng chính sự khác biệt này mà LabVIEW trở nên đơn giản và dễ sử dụng hơn bao giờ hết Đặc biệt, LabVIEW rất phù hợp đối với kỹ sư, các nhà khoa học hay giảng viên Chính

sự đơn giãn, dễ học, dễ nhớ đã giúp cho LabVIEW trở thành một trong những công cụ phổ biến trong các ứng dụng thu thập dữ liệu từ các cảm biến, phát triển các thuật toán,

và điều khiển thiết bị tại các phòng thí nghiệm trên thế giới

Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW cũng được dùng để lập trình ra các chương trình (source code : mã nguồn) trên máy tính tương tự các ngôn ngữ lập trình dựa trên chữ như C, Python, Java, Basic, v.v…

Đồng thời LabVIEW cũng hỗ trợ kỹ sư, các nhà khoa học, sinh viên, v.v… xây dựng (thực thi) các thuật toán một cách nhanh, gọn, sáng tạo và dễ hiểu nhờ các khối hình ảnh

Trang 32

có tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng dữ liệu (data flow) lần lượt từ trái qua phải Các thuật toán này sau đó được áp dụng lên các mạch điện và các cơ cấu chấp hành thực nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng COM), chuẩn USB, chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GPIB, v.v… Vì vậy LabVIEW là một ngôn ngữ giao tiếp đa kênh

LabVIEW được tiến sĩ James Truchard, Đại học Taxas, Hoa Kỳ sáng tạo ra năm 1986,

và đã trở thành công cụ không thể thiếu trong các ngành kỹ thuật, sản phẫm đầu tiên bắt đầu trong nhà xe của chủ tịch, CEO và đồng sáng lập NI – James Truchard ở Austin, Taxas Hoa Kỳ

Trang 33

Hình 2 22: Thu thâp dữ liệu tại cơ quan hàng không vũ trụ NASA 2.6.3 Cách tạo một Project

Bước 1: Từ màn hình Desktop nhấp đúp chọn biểu tượng LabVIEW

Hình 2 23: Biểu tượng LabVIEW

Cửa sổ giao diện LabVIEW xuất hiện

Hình 2 24: Cửa sổ giao diện LabVIEW

Trang 34

Bước 2 : Click chuột vào File – New VI để tạo dự án mới

Hình 2 25: Cửa sổ làm việc chính của LabVIEW 2.6.4 Cấu trúc của một chương trình LabVIEW

Trong LabVIEW, các nút nhấn được gọi là Control, LCD được gọi là Indicator Các phép tính gọi là hàm (Funtion) Các Control và Indicator sẽ nằm ở cửa sổ chính (Front panel), và hàm nằm ở cửa sổ sau (Block diagram), còn gọi là cửa sổ chứa các sơ đồ khối Một chương trình LabVIEW dù đơn giản nhất hay phức tạp nhất cũng được tạo nên một cách rất đơn giản từ bốn thành phần cơ bản sau : các khối Control đóng vai trò input (giá trị nhập vào), các Indicator đóng vài trò Output (giá trị hiển thị, kết quả), các hàm

và các đường nối (wire) các khối và hàm lại

Hình 2 26: Phép cộng trong LabVIEW

Các Control thì luôn nối vào các nút bên trái của hàm Các Indicator thì luôn nối vào các nút bên phải của hàm như Hình 2.30

Trang 35

Ta cũng dễ dàng nhận thấy, các Control thì có các nút mũi tên lên – xuống để tăng giảm giá trị (hoặc nhập trực tiếp vào ô Control) Các Indicator thì không thể nhập giá trị vào Control thì có màu trắng, còn Indicator thì có màu xám

Một Control có thể đổi thành Indicator (hoặc Costant) bằng cách nhấp Right Click lên Control cần đổi, chọn Change to Indicator hoặc ngược lại Constant ở đây là một Control có giá trị không đổi suốt thời gian chạy chương trình

Các Control và Indicator đều có ảnh của chính mình bên Block Diagram, ảnh này tạo

ra khi ta lấy các Control và Indicator bên Front Panel

Hình 2 27: Control và Indicator bên Front Panel 2.7 GIAO TIẾP LABVIEW VỚI PLC

2.7.1 Truyền thông MODBUS TCP/ IP

Trong nền công nghiệp hiện nay, việc ứng dụng các mạng truyền thông trong việc quản lý, điều khiển và giám sát ngày càng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp và các dây chuyền sản xuất Để đáp ứng nhu cầu đó thì ngày càng có nhiều thiết bị điều khiển

và cơ cấu chấp hành như PLC, biến tần, được tích hợp sẵn các giao thức truyền thông như: Profibus, Profinet, Can, Modbus, Zigbe, Simatic net, [11]

 Giới thiệu về Modbus:

MODBUS là một protocol phổ biến bậc nhất được sử dụng hiện nay cho nhiều mục đích MODBUS đơn giản, rẻ, phổ biến và dễ sử dụng Được phát minh từ thế kỉ trước

Trang 36

(gần 30 năm trước), các nhà cung cấp thiết bị đo và thiết bị tự động hóa trong công nghiệp tiếp tục hỗ trợ MODBUS trong các sản phẩm thế hệ mới Mặc dù các bộ phân tích, lưu lượng kế, hay PLC đời mới có giao diện kết nối không dây, Ethernet hay fieldbus, MODBUS vẫn là protocol mà các nhà cung cấp lựa chọn cho các thiết bị thế

hệ cũ và mới

MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop) MODBUS đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa, và Modicon đã cho ra mắt công chúng như một protocol miễn phí

Ngày nay, MODBUS-IDA (www.MODBUS.org) , tổ chức sử dụng và cung cấp MODBUS lớn nhất tiếp tục hỗ trợ protocol MODBUS trên toàn cầu

Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:

Đối với MODBUS RTU, dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến 115 baud Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud

MODBUS/TCP đơn giản là MODBUS qua Ethernet Thay vì sử dụng thiết bị này cho việc kết nối với các thiết bị tớ, do đó các địa chỉ IP được sử dụng Với

Trang 37

MODBUS/TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP Do

đó, bất cứ mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP sẽ ngay lập tức hỗ trợ MODBUS/TCP

Các đầu vào và cuộn cảm rời rạc có giá trị 1 bit, mỗi một thiết bị lại có một địa chỉ

cụ thể Các đầu vào analog (bộ ghi đầu vào) được lưu trong bộ ghi 16 bit Bằng cách sử dụng 2 bộ ghi này, MODBUS có thể hỗ trợ format điểm floating (nổi) IEEE 32 bit Bộ ghi Holding cũng sử dụng các bộ ghi bên trong 16 bit hỗ trợ điểm floating

Bảng 2 1: Địa chỉ Modbus

Địa chỉ Loại Tên

1 - 9999 Đọc hoặc viết Cuộn cảm

10001 - 19999 Chỉ đọc Đầu vào rời rạc

30001 – 39999 Chỉ đọc Bộ ghi đầu vào

40001 – 49999 Đọc hoặc viết Bộ ghi Holding

Dữ liệu trong bộ nhớ được xác định trong thông số kỹ thuật MODBUS Giả sử rằng nhà cung cấp tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật MODBUS (không phải tất cả), mọi dữ liệu

có thể được truy cập dễ dàng bởi chủ, thiết bị tuân theo các thông số kỹ thuật trong nhiều trường hợp, nhà cung cấp thiết bị công bố vị trí của bộ nhớ, tao điều kiện cho nhân viên lập trình dễ dàng để kết nối với thiết bị tớ

Trong đồ án này nhóm đã quyết đinh chọn giao thức Modbus TCP là giao thức giao tiếp giữa PLC và LabVIEW

TCP/IP là một hệ thống giao thức – một tập hợp các giao thức hỗ trợ việc lưu truyền trên mạng Hai giao thức được dùng chủ yếu ở đây TCP (Transmission control protocol)

Trang 38

và IP ( Internet protocal) tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu

Còn giao thức IP là một kiểu giao thức không kết nối (connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trước khi trao đổi

dữ liệu

TCP có khả năng truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc — song công (full-duplex)

Cơ chế báo nhận (Acknowledgement): tức là khi A gửi gói tin cho B, nếu B nhận được thì sẽ gửi thông báo cho A, trường hợp A không nhận được thông báo thì sẽ gửi lại gói tin tới khi nào B báo nhận thì thôi

Tính năng phục hồi dữ liệu bị mất trên đường truyền

2.7.2 Hàm chức năng Modbus TCP MB_SERVER trong PLC S7-1200

PLC S7-1200 cung cấp cho người dùng các lệnh dùng cho chế độ truyền thông theo giao thức Modbus TCP Các lệnh này nằm trong thư mục con theo đường dẫn: Options

→ Communication → Others → Modbus TCP → MB_SEVER [3]

Hình 2 28: Khối chức năng MB_SERVER trong TIA Portal Bảng 2 2: Ý nghĩa các thông số trong khối MB_SERVER

Tham số và kiểu Kiểu dữ

liệu Mô tả DISCONNECT

(input)

Bool Lệnh "MB_SERVER" nhập vào kết nối thụ động

với mô-đun đối tác, có nghĩa là máy chủ đáp ứng yêu cầu kết nối TCP từ mỗi địa chỉ IP yêu cầu Bạn

Trang 39

có thể sử dụng tham số này để kiểm soát khi yêu cầu kết nối được chấp nhận:

0: Kết nối thụ động được thiết lập khi không có kết nối liên lạc

1: Ngắt kết nối Bất cứ khi nào đầu vào được được kích hoạt, không có thao tác nào khác được thực thi Giá trị 7003 là đầu ra ở tham số STATUS sau khi chấm dứt kết nối thành công

CONNECT_ID UINT Thông số CONNECT_ID phải xác định duy nhất

mỗi kết nối trong PLC Mỗi ví dụ duy nhất của MB_CLIENT hoặc MB_SERVER chỉ dẫn phải chứa một tham số CONNECT_ID duy nhất

IP_PORT UINT Giá trị bắt đầu = 502 Số lượng cổng IP xác định

cổng IP nào được giám sát cho các yêu cầu kết nối của máy khách Modbus

Không được sử dụng các số cổng TCP sau cho kết nối thụ động của lệnh "MB_SERVER": 20, 21, 25,

80, 102, 123, 5001, 34962, 34963 và 34964

MB_HOLD_REG VARIANT Con trỏ tới thanh ghi giữ Modbus của lệnh

"MB_SERVER": Sử dụng khối dữ liệu global data với quyền truy cập chuẩn làm thanh ghi giữ Thanh ghi giữ chứa các giá trị có thể được truy cập bởi máy khách Modbus bằng cách sử dụng các chức năng Modbus 3 (đọc), 6 (ghi) và 16 (đọc)

NDR BOOL "Dữ liệu mới đã sẵn sàng":

0: Không có dữ liệu mới 1: Dữ liệu mới được viết bởi máy chủ Modbus

DR BOOL "Đọc dữ liệu":

0: Không đọc dữ liệu 1: Dữ liệu được đọc bởi máy chủ Modbus ERROR BOOL Nếu xảy ra lỗi trong khi gọi lệnh "MB_SERVER",

đầu ra của tham số ERROR được đặt thành TRUE Thông tin chi tiết về nguyên nhân của sự cố được chỉ định bởi tham số STATUS

STATUS WORD Mã lỗi

Trang 40

Các thông số được điền vào khối MB_SERVER

Hình 2 29: Các thông số được khai báo trong MB_SERVER

Vùng địa chỉ Modbus:

- Đọc và ghi dữ liệu 1-bit từ địa chỉ máy chủ Modbus (00001 đến 09999)

- Đọc dữ liệu 1-bit từ địa chỉ máy chủ Modbus (10001 đến 19999)

- Đọc dữ liệu từ 16 bit từ địa chỉ máy chủ Modbus (30001 đến 39999)

- Đọc và ghi dữ liệu từ 16 bit đến địa chỉ máy chủ Modbus (40001 đến 49999)

Bảng 2 3: Bảng địa chỉ vùng nhớ Global

Địa chỉ Word PLC Địa chỉ Modbus Địa chỉ byte PLC MW100 40001 MB100 – MB101 MW102 40002 MB102 – MB103 MW104 40003 MB104 – MB105 MW106 40004 MB106 – MB107 MW108 40005 MB108 – MB109 MW110 40006 MB110 – MB111

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	27,86 MB