Báo cáo đồ án nuôi mực Lặp trình PLCScada

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐTVT

ĐỒ ÁN 2

NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE DÙNG OPEN CV

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

Chun ngành: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Ngọc Quyên

Sinh viên thực hiện:

Lê Thành Dự 2051050083 TD20A
Nguyễn Chí Trung Nguyên 2051050031 TD20A

TP. HCM, ngày 13 tháng 11 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐTVT

ĐỒ ÁN 2
NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE DÙNG OPEN CV

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

Chun ngành: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Ngọc Quyên

Sinh viên thực hiện: Nhóm 03

Lê Thành Dự 2051050083 TD20A
Nguyễn Chí Trung Nguyên 2051050031 TD20A

TP.HCM, ngày 13 tháng 11 năm 2023

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 7
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN.................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.......................................................................9
1.1 Lý do chọn đề tài.................................................................................................9
1.2 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................9
1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu...........................................................................................9
1.4 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................9
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM...............................................................10
2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Tia Protal.........................................................10
2.1.1. Giới thiệu chung.............................................................................................10
2.1.2. Những tính năng của Tia Protal......................................................................11
2.1.3. Ưu nhược điểm của Tia Protal........................................................................11
2.2. Giới thiệu chung về Wincc................................................................................14
2.2.1. Giới thiệu chung.............................................................................................14
2.2.2. Những tính năng ca WinCC...........................................................................16
2.2.3. Các thành phần của dự án...............................................................................16
2.2.4. Các kiểu dữ liệu..............................................................................................17

2.2.5. Tạo một dự án.................................................................................................17
CHƯƠNG 3. Các thiết bị sử dụng trong mơ hình...................................................19
3.1. Bộ điều khiển PLC S7-1200 1212C...................................................................19
3.2. Module AI mở rộng SM 1231............................................................................21
3.3. Board truyền thông (CB 1241 RS485)...............................................................21
3.4. Chọn bơm..........................................................................................................23
3.5. Biến tần.............................................................................................................. 23
3.6. Cảm biến sử dụng trong đồ án:..........................................................................26
3.6.1. Cảm Biến Áp Suất Chất Lỏng Safegauge T-0/16AH2P:................................26
3.6.2. Cảm biến lưu lượng PF2W540T-06-2............................................................28
3.7. Van điện từ........................................................................................................31
3.8. Ống nhựa...........................................................................................................32
3.9. Nút nhấn, đèn báo..............................................................................................32

1

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

3.9.1. Nút nhấn nhả Nút nhấn XA2EA31 Schneider................................................32
3.9.2. Nút nhấn nhả Schneider XA2EA42 đỏ...........................................................33
3.9.3. Công tắc chuyển mạch Schneider XA2ED53- phi 22 – 3 vị trí- 2NO............34
3.9.4. Đèn báo xanh Schneider XA2EVM3LC, 22mm 220V AC............................35
3.9.5. Nút nhấn dừng khẩn cấp Schneider XA2ES542.............................................36
3.9.6. Đèn báo Schneider XA2EVM8LC, 22mm 220V AC.....................................37
CHƯƠNG 4. TRUYỀN THƠNG...........................................................................38
4.1. Giao thức truyền thơng Modbus RTU................................................................38
4.1.1. Khái niệm Modbus RTU là gì?.......................................................................38
4.1.2. Chức năng và vai trị gói tin Modbus RTU như sau:......................................38
4.1.3. Cách Module RTU thực hiện truyền thông.....................................................38

4.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của Module RTU.....................................................39
4.2. Nền tảng THINGSBOARD...............................................................................39
4.2.1. Giới thiệu nền tảng Iot THINGSBOARD.......................................................39
4.2.2. Biểu đồ kết nối PLC với Iot THINGSBOARD..............................................40
4.2.3. Thingsboard Gateway.....................................................................................41
4.3. Giao thức truyền thông MQTT..........................................................................42
4.3.1. Định nghĩa:.....................................................................................................42
4.4. Cơ chế hoạt động của MQTT theo mơ hình Pub/Sub........................................43
4.4.1. Tính chất và những đặc điểm riêng................................................................43
4.4.2. Các khái niệm cơ bản trong giao thức MQTT................................................43
4.4.3. Lợi ích của MQTT trong Iot...........................................................................45
CHƯƠNG 5. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID VÀ CHƯƠNG TRÌNH LẬP
TRÌNH TRÊN S7-1200, WINCC................................................................................47
5.1. Thuật tốn điều khiển pid..................................................................................47
5.1.1. Ứng dụng........................................................................................................47
5.1.2. Cấu trúc bộ điều khiển PID............................................................................47
5.1.3. Cách xác định thông số bộ điều khiển............................................................50
5.1.4. Hiệu chỉnh các thông số PID..........................................................................50
5.2. Chương trình lập trình plc..................................................................................51
5.2.1. Bảng Input, Output.........................................................................................51
5.2.2. Chương trình chính.........................................................................................52
5.2.3. Van................................................................................................................. 54

2

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

5.2.4. Modbus........................................................................................................... 55
5.2.5. Ghi tần số.......................................................................................................56

CHƯƠNG 6. Giao dien giam sát và dieu khien qua web........................................64
6.1. Khởi tạo nền tảng Thingsboard Platform...........................................................64
CHƯƠNG 7. KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ và giao diện trên Wincc..........................67
7.1. Bảng vẽ đấu dây các thiết bị..............................................................................67
7.2. Giao diện SCADA trong đề tài..........................................................................68
7.3. Link quay mô phỏng:.........................................................................................71
KẾT LUẬN.................................................................................................................72

3

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1 Màn hình khỏi động của Tia Protal..................................................................10
Hình 2 Tia Portal Cloud...............................................................................................12
Hình 3 Mạng lưới làm việc trong Tia Portal................................................................12
Hình 4 TIA Portal Integrator kết nối và tích hợp các robot của Siemens với các hệ
thống cấp cao hơn như PLC, HMI và SCADA............................................................13
Tia Protal Continous Integration cung cấp khả năng tiếp tục dự án ở nhiều nơi khác
nhau mà không bị gián đoạn........................................................................................13
Hình 5 Tia Protal Standardization giúp tăng tính tương thichs và tính nhất qn giữa
các hệ thống tự động hóa.............................................................................................14
Hình 6 Phần mềm WinCC...........................................................................................15
Hình 7 Màn hình WinCC nhóm đang thiết kế..............................................................15
Hình 8 Bộ điều khiển PLC S7-1200 1212C DC/DC/DC ............................................20
Hình 9 Module AI mở rộng SM 1231..........................................................................21
Hình 10 Board truyền thơng CB 1241 RE485.............................................................22
Hình 11 Bơm 3 pha......................................................................................................23

Hình 12 Biến tần INOVANCE MD200S0.75B...........................................................25
Hình 13 Cấu tạo cảm biến áp suất chất lỏng Safegauge T-0/16AH2P.........................26
Hình 14 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất....................................................27
Hình 15 Đấu dây giữa cảm biến áp suất và PLC..........................................................28
Hình 16 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất....................................................29
Hình 17 Cảm biến lưu lượng PF2W540T-06-2............................................................29
Hình 18 Đấu dây giữa cảm biến áp suất và PLC..........................................................30
Hình 19 Van điện t.......................................................................................................31
Hình 20 Ống nhựa Bình Minh NLAL-032C3 PVC.....................................................32
Hình 21 Nút nhấn XA2EA31 Schneider......................................................................32
Hình 22 Nút nhấn XA2EA42 Schneider......................................................................33
Hình 23 Chuyển mạch XA2ED53 Schneider...............................................................34
Hình 24 Đèn báo panel trịn xa2evm3lc schneider.......................................................35
Hình 25 Nút nhấn XA2ES542 Schneider.....................................................................36
Hình 26 Đèn báo panel trịn xa2evm8lc schneider.......................................................37
Hình 27 Cấu trúc bảng tin Module RTU......................................................................38
Hình 28 Truyền thơng Master- Slave...........................................................................39

4

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

Hình 29 ThingsBoard hỗ trợ các giao thức IoT............................................................40
Hình 30 Biểu đồ kết nối PLC với Iot THINGSBOARD..............................................40
Hình 31 Thingsboard Gateway....................................................................................41
Hình 32 Giao thức MQTT...........................................................................................42
Hình 33 Hoạt động của giao thức MQTT....................................................................43
Hình 34 Publish/Subscribe...........................................................................................44
Hình 35 Topics............................................................................................................44

Hình 36 Broker............................................................................................................45
Hình 37 Lợi ích của MQTT trong Iot..........................................................................46
Hình 38 Cấu trúc bộ điều khiển PID............................................................................47
Hình 39 Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số P............................................................48
Hình 40 Ví dụ về sự ảnh hưởng của tham số I.............................................................49
Hình 41 Sự ảnh hưởng của tham số D.........................................................................49
Hình 42 Bảng input và output......................................................................................52
Hình 43 Trang quản trị viên dự án...............................................................................64
Hình 44 Giao diện giám sát và điều khiển...................................................................64
Hình 45 Chạy thử và kiểm chứng trên Web.................................................................65
Hình 46 Bảng vẽ tủ điện..............................................................................................67
Hình 47 Mạch động lực...............................................................................................67
Hình 48 Mạch điều khiển.............................................................................................68
Hình 49 Giao diện trang chủ........................................................................................69
Hình 50 Giao diện màn hình chính..............................................................................69
Hình 51 Giao diện biểu đồ trạng thái...........................................................................70
Hình 52 Giao diện Alarm and Warning.......................................................................71

5

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

LỜI CẢM ƠN

Ngày nay, nước ta đang đẩy mạnh quá trình cơng nghiệp hóa – hiệnđại hóa, hội
nhập kinh tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2023 cơ bản trở thành
một nước công nghiệp. Song song với việc chú trọng phát triển các ngành kinh tế thì
việc nắm bắt được cơng nghệ hiện đại đang ngày càng phát triển của toàn thể nhân loại
là cực kỳ quan trọng. Sinh viên là những chủ nhân tương lai của Đất nước, của xã hội.

Khi tham gia nghiên cứu khoa học, sinh viên có dịp để phát huy kết quả tích luỹ của
q trình học tập, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, giúp cho sinh viên thể
hiện khả năng sáng tạo của bản thân với sản phẩm mình làm ra.Và hơn thế nữa, trong
quá trình hoàn thành đề tài: “hệ thống ổn định mức nước trong bồn chứa sử dụng
thuật toán PID”,chúng em đã học hỏi được nhiều kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự
giúpđỡ nhiệt tình của cơ. Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài
nhưng chúng em sẽ khơng tránh khỏi những sai sót, mong cơ bỏ qua và giúp đỡ để
chúng em có thể hồn thành tốt đề tài và củng cố kiến thức cần khi ra trường đi làm.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn, đặc biệt là cô Lê Thị Ngọc
Quyên đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này đúng thời hạn được giao.

6

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa
LỜI NÓI ĐẦU

Tự động hóa q trình cơng nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ
trong nhiều lĩnh vực trong đời sống, là sự lựa chọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo
ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí, góp phần nâng cao đời sống và sản xuất.

Ngày nay, khi dân số trong các thành phố lớn tăng liên tục nên việc xây các khu
chung cư để đáp ứng nhu cầu nhà ở là rất phổ biến. Do đó, vấn đề điều khiển nguồn
nước cần đáp ứng với độ chính xác cao để phục vụ q trình sinh hoạt của người dân
đạt hiệu quả tốt hơn, đảm bảo q trình sinh hoạt khơng bị gián đoạn. Ngồi nhiệm vụ
cung cấp nước sạch cho các hộ dân trong khu chung cư, hệ thống cịn có nhiệm vụ
ln phải giám sát và bảo đảm mực nước trong bồn dự trữ đề phòng các trường hợp sự
cố bất ngờ xảy ra. Nhận thấy tính chất quan trọng và cần thiết của hệ thống trong cuộc
sống hàng ngày, nhóm quyết định chọn đề tài: “ “Hệ thống giám sát, điều khiển mực
chất lỏn”. Là đề tài nhóm sẽ nghiên cứu lần này.

7

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

8

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN BÀI TỐN NHẬN DIỆN BIỂN SỐ XE

2.1 Khái niệm biển số xe

Biển số xe hay cịn gọi là biển kiểm sốt xe cơ giới là biển được gắn với mỗi xe
cơ giới nhằm mục đích kiểm sốt các phương tiện giao thơng trong một tỉnh, thành
phố. Biển số xe được cơ quan nhà nước có thẩm quyền cấp khi mỗi cá nhân, tổ chức
thực hiện việc mua xe hoặc sang tên, chuyển nhượng xe. Đây là biện pháp nhằm quản
lý số lượng xe, chủ sở hữu xe, loại xe, rà soát xe nhập lậu, xe bị trộm cắp,... Biển số xe
được làm bằng hợp kim nhơm sắt, có dạng hình chữ nhật hoặc hơi vng, trên đó có in
số và chữ (biển xe dân sự không dùng các chữ cái I, J, O, Q, W. Chữ R chỉ dùng cho
xe rơ-moóc, sơ-mi rơ-moóc) cho biết: Vùng và địa phương quản lý, các con số cụ thể
khi tra trên máy tính cịn cho biết danh tính người chủ hay đơn vị đã mua nó, thời gian
mua nó phục vụ cho cơng tác an ninh, đặc biệt trên đó cịn có hình Quốc huy Việt
Nam dập nổi.

Tiêu chuẩn về kích thước: Ở mỗi nước thường có tiêu chuẩn về kích thước nhất

định, cịn riêng Việt Nam tỉ lệ kích thước giữa các biển số là gần như giống nhau. Biển
số xe có 2 loại, kích thước như sau: Loại biển số dài có chiều cao 110 mm, chiều dài
470 mm; loại biển số ngắn có chiều cao 200 mm, chiều dài 280 mm nên ta sẽ giới hạn
tỉ lệ cao/rộng là 3.5 ≤ cao/rộng ≤ 6.5 (biển một hàng) và 0.8 ≤ cao/rộng ≤ 1.5 (biển hai
hàng).

Số lượng kí tự trong biển số xe nằm trong khoảng [7,9]. Chiều cao của chữ và số:
80mm, chiều rộng của chữ và số: 40mm.

Từ những dữ liệu trên ta có thể thiết lập được những thông số của đối tượng mà chúng
ta cần nhận dạng.

2.2 Xử lý ảnh và Open CV

2.2.1 Xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh.
Đây là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây. Xử lý
ảnh gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và
truy vấn ảnh.

Sự phát triển của xử lý ảnh đem lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của con
người. Ngày nay xử lý ảnh đã được áp dụng rất rộng rãi trong đời sống như:
photoshop, nén ảnh, nén video, nhận dạng biển số xe, nhận dạng khuôn mặt, nhận
dạng chữ viết, xử lý ảnh thiên văn, ảnh y tế,....

2.2.2 Open CV

9

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

OpenCV (Open Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho
xử lý về thị giác máy tính, machine learning, xử lý ảnh. Ban đầu được phát triển bởi
Intel, sau đó được hỗ trợ bởi Willow Garage, sau đó là Itseez.

OpenCV đươc viết bằng C/C++, vì vậy có tốc độ tính tốn rất nhanh, có thể sử
dụng với các ứng dụng liên quan đến thời gian thực. OpenCV có các interface cho
C/C++, Python Java vì vậy hỗ trợ được cho Window, Linux, MacOs lẫn Android, iOS
OpenCV có cộng đồng hơn 47 nghìn người dùng và số lượng download vượt quá 6
triệu lần. Opencv có rất nhiều ứng dụng như:

 Nhận dạng ảnh
 Xử lý hình ảnh
 Phục hồi hình ảnh/video
 Thực tế ảo
 Các ứng dụng khác

So sánh ????????

2.3 Các bước thực hiện
Hiện tại trên thế giới có rất nhiều cách để tiếp cận bài tốn nhận dạng biển số xe, họ sử
dụng khá nhiều thư viện khác nhau. Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này chúng em sẽ

10

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

sử dụng thư viện Open CV để nhận dạng biển số xe vì đây là một thư viện khá phổ
biến và hiệu quả trong bài toán nhận diện hình ảnh.

Để tiếp cận với bài tốn này chúng em sẽ tiến hành theo 3 bước chính:
1. Phát hiện vị trí và tách biển số xe từ một hình ảnh có sẵn từ đầu vào là camera
2. Phân đoạn các kí tự có trong biển số xe
3. Nhận diện các kí tự đó rồi đưa về mã ASCII

CHƯƠNG 3. PHÁT HIỆN VỊ TRÍ VÀ TÁCH BIỂN SỐ XE
3.1 Hướng giải quyết

11

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

Dựa vào các dữ liệu về chiều cao, chiều dài, loại biển số, số lượng kí tự, chữ số có ở
trong biển và kích thước của các kí tự mà chúng ta đã thu thập được từ trước. Chúng ta
sẽ xác định được vị trí chính xác của đối tượng cần nhận dạng và cụ thể ở đây là các
chữ số và kí tự có trong biển số.

Dưới đây là sơ đồ các bước thực hiện để xác định và tách biển số clip:

Chụp ảnh từ Camera

Chuyển ảnh sang ảnh xám
Tăng độ tương phản

Giảm nhiễu bằng bộ lọc Gauss
Nhị phân hóa ảnh với ngưỡng động

Phát hiện cạnh Canny

Tìm vị trí và lọc biển số bằng Contour

12

GVHD: Th.S Lê Thị Ngọc Quyên Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động
Hóa

Tài liệu tham khảo dán link ở đây đi cho dễ tổng hợp
/>
13