Phân loại sản phẩm bằng mã qrcode sử dụng plc s7 1200

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<small>ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ</small>

<b><small>THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃ QRCODE SỬ DỤNG PLC</small></b>

<i><b><small>S7-1200 ỨNG DỤNG TRONG NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP </small></b></i>

<b><small>Giảng viên hướng dẫn : ThS. XXXHọ và tên sinh viên : XXXMã SV : XXXLớp, khóa, ngành : XXX</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---</b>

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃQRCODE SỬ DỤNG PLC S7-1200 ỨNG DỤNG TRONG NHÀ</b>

<b>MÁY, XÍ NGHIỆP</b>

<b>Giảng viên hướng dẫn : ThS. XXXHọ và tên sinh viên : XXXMã SV : XXXLớp, khóa, ngành : XXX</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn các quý Thầy/Cô của trườngĐại học Cơng nghiệp Hà Nội nói chung và các Thầy/Cơ trong khoa Điện nóiriêng đã truyền đạt những kiến thức quý báu về các môn đại cương cũng nhưcác môn chuyên ngành và những buổi học thực hành. Sự nhiệt tình của cácThầy/Cơ giúp em có được những kiến thức vững vàng để có tiền đề hồnthành đề tài tốt nghiệp cũng như trong sự nghiệp sau này.

Lời tiếp theo, em xin được phép gửi đến Thầy XXX lòng biết ơn và lờicảm ơn chân thành sâu sắc nhất, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạođiều kiện tốt nhất trong suốt thời gian hoàn thành Đồ án Tốt nghiệp của em.Những kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt sẽ là hành trang vững chắcgiúp em tự tin hơn trong nghề nghiệp sau này.

Cuối cùng, em cũng xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những ngườiđã ln hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ và động viên trong suốt q trình học tập vàhồn thành bản đồ án này.

<i>Hà Nội, ngày……tháng……năm 2024Sinh viên thực hiện</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

LỜI CẢM ƠN...iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH...vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU...viii

LỜI NÓI ĐẦU...1

CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢNPHẨM THEO MÃ QR CODE...3

1.1. Đặt vấn đề...4

1.2. Mục tiêu nghiên cứu...5

1.2.1. Đối tượng nghiên cứu...5

2.1.5. Cấu hình và điều hành Simatic S7-1200...11

2.1.6. Cấu trúc bên trong của PLC S2-1200...14

2.1.7. Giao tiếp giữa máy tính và PLC...16

2.2. Tia portal...17

2.2.1. Giới thiệu chung...17

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống...37

3.3. Lưu đồ thuật toán và sơ đồ khối...39

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

4.2. Thiết kế mô phỏng trên PLC...52

Hình 2.7. Cấu hình giao tiếp của PLC S7-1200...26

Hình 2.8. Giao diện TIA Portal...26

Hình 2.9. Hình minh hoạ giao diện phần mềm WinCC...28

Hình 2.10. Cấu trúc xử lý ảnh...30

Hình 2.12. Tiến trình xử lý ảnh...31

Hình 2.12. Ảnh nhiễu và ảnh gốc...32

Hình 2.13. Hình ảnh các pixel được phóng lớn...35

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 2.16. Tìm các ví dụ trong LabVIEW...41

Hình 2.17. Cách thiết lập thứ nhất cho vịng lặp Whilte...42

Hình 2.18. Vịng lặp For...43

Hình 2.19. Cấu trúc Case...44

Hình 2.20. Hai cách thể hiện của cấu trúc chuỗi...45

Hình 2.21. Ứng dụng NetToPLCsim...46

Hình 2.22. Giao diện của NetToPLCsim...47

Hình 2.23. Giao diện kết nối KepServerEX...49

Hình 3.1. Lưu đồ thuật tốn...52

Hình 3.2. Sơ đồ khối...53

Hình 3.3. Thiết lập các bảng tag trong plc...54

Hình 3.4. Thiết lập code xuất dữ liệu ra Excel...54

Hình 3.5. Tạo new project trong labview...55

Hình 3.11. Gán địa chỉ cho OPC Server...60

Hình 3.1. Sơ đồ đấu dây của PLC 1214C DC/DC/DC...61

Hình 3.12. Nguồn ni tổ ong...62

Hình 3.13. MCB bảo vệ...63

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 3.16. Van điện từ 5/2...64

Bảng 3.3. Thơng số kỹ thuật Relay trung gian...64

Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật Camera...65

Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật van 5/2...65

Bảng 3.7. Thông số kĩ thuật của xi lanh khí nén...66

Bảng 3.8. Thông số kỹ thuật cảm biến quang...67

Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật bộ lọc khí nén...67

Bảng 3.9. Thông số của động cơ...68

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>LỜI NÓI ĐẦU</b>

Sự mở rộng của nền kinh tế hàng hóa đang phát triển mạnh trên quy mơtồn cầu, bao gồm nhiều loại sản phẩm từ nhiều ngành công nghiệp và quốcgia khác nhau. Sự đa dạng ngày càng tăng này gây ra trở ngại đáng kể khi nóiđến việc phân loại hàng hóa thủ cơng.

Bối cảnh kinh tế hiện đang có sự tăng trưởng mạnh mẽ ở cả thị trườngtrong nước và quốc tế. Có sự gia tăng đáng chú ý về sự sẵn có của hàng hóađa dạng, bao gồm các sản phẩm từ nhiều doanh nghiệp và quốc gia. Điều nàygây ra trở ngại đáng kể khi phân loại các hàng hóa này theo cách thủ cơng.Nhờ sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin và điện tử, nhiều giảipháp thông minh đã xuất hiện, chẳng hạn như các thiết bị điều khiển PLC.Những thiết bị này đã đơn giản hóa đáng kể việc thực hiện các hệ thống điềukhiển và tự động hóa trong lĩnh vực cơng nghiệp.

Để đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô lớn và tốc độ cao, các công tythường xuyên sử dụng kết hợp cơng nghệ lập trình PLC, cảm biến và phầnmềm tự động. Điều này cho phép họ tạo ra dây chuyền sản xuất tự động, hợplý hóa lao động và nâng cao hiệu quả sản xuất, cuối cùng mang lại lợi íchkinh tế cho cả doanh nghiệp và xã hội.

Sau khi nhận ra tầm quan trọng của việc phân loại sản phẩm tự động vàthừa nhận lợi ích của PLC, em đã đưa ra quyết định có chủ ý là tập trung vào

<b>đề tài "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã QRcode sử dụng</b>

<b>PLC S7-1200 ứng dụng trong nhà máy, xí nghiệp." Chủ đề cụ thể này</b>

khơng chỉ nâng cao hiểu biết của chúng ta về điều khiển và tự động hóa trongsản xuất cơng nghiệp mà cịn mở đường cho việc dự tính xây dựng các hệthống tự động mở rộng hơn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Mặc dù đã cố gắng hết sức hoàn thành mục tiêu đề ra nhưng do kiếnthức còn hạn chế nên chắc chắn khơng tránh khỏi những sai sót, mong qThầy/Cơ thơng cảm. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp củaThầy/Cơ để đồ án của em được hồn thiện hơn.

<i>Em xin chân thành cảm ơn!</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠISẢN PHẨM THEO MÃ QR CODE </b>

<b>Bố cục của đồ án: Nội dung chính của đồ án gồm 4 chương:</b>

<b>Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo mã QrCode.</b>

Ở chương này sẽ đưa ra vấn đề về phân loại sản phẩm từ đó đặt ra mụctiêu cần nghiên cứu trong đề tài là gì? Đối tượng cần nghiên cứu là những gì?Phạm vi nghiên cứu tới đâu? Và ý nghĩa khoa học cũng như sự thực tiễn củađề tài trong đời sống thực tế.

<b>Chương 2: Cơ sở lý thuyết và tìm hiểu các phần mềm mơ phỏngdùng trong đề tài</b>

Chương này giới thiệu về các thiết bị, phần mềm phục vụ quá trìnhnghiên cứu, giải quyết vấn đề đặt ra trong đề tài.

<b>Chương 3: Lập trình hệ thống và lựa chọn thiết bị</b>

Chương này sẽ vận dụng các kiến thức có được để tính tốn thiết kếcơng nghệ của đồ án với mục đích giải quyết vấn đề đặt ra một cách logic,khoa học cũng như thiết thực

<b>Chương 4: Thiết kế và mô phỏng hệ thống</b>

Chương này sẽ thiết kế giao diện SCADA để từ đó ta có thể giám sáthoạt động của hệ thống được thuận tiện nhất

<b>Chương 5: Kết luận</b>

Chương này sẽ đưa ra các kết luận sau quá trình thực hiện đề tài và nêura các ưu nhược điểm cịn tồn tại từ đó đưa phương hướng phát triển cho đềtài.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>1.1. Đặt vấn đề</b>

Trong thời đại hiện nay, xã hội đang phát triển mạnh mẽ, và nhu cầu vềcuộc sống của con người cũng ngày càng tăng cao. Điều này làm cho việc ápdụng khoa học kỹ thuật và công nghệ hiện đại trở nên phổ biến và lan rộnghơn. Nhờ vào điều này, sức lao động trong quá trình sản xuất có thể đượcgiảm thiểu. Mức độ tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho và các khu vựcquản lý cũng ngày càng được nâng cao.

Các thiết bị tiên tiến yêu cầu khả năng xử lý và độ chính xác của các hệthống sản xuất ngày càng cao hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất về sốlượng, chất lượng và thẩm mỹ ngày càng tăng của xã hội.

Để đáp ứng nhu cầu thực tế về tự động hóa trong các phân xưởng, nhàkho và các khu vực quản lý, việc phân loại sản phẩm trở nên rất quan trọng.Với kiến thức đã học được trong trường, em đã nghiên cứu và thực hiện đề tàivề phân loại sản phẩm bằng mã QRcode. Mặc dù chỉ là một phần nhỏ trongquy trình sản xuất, nhưng em hy vọng rằng với đề tài này, chúng ta có thểcủng cố kiến thức đã học và áp dụng nó trong thực tế sản xuất.

<i>Hình 1.1. Dây chuyền phân loại sản phẩm</i>

Để đạt được sản lượng cao mà lại tiết kiệm về mặt kinh tế, các công tyvà xí nghiệp sản xuất thường áp dụng cơng nghệ lập trình PLC, xử lý ảnh vàsử dụng các loại phần mềm tự động. Việc phân loại và đếm sản phẩm bằngcách này giảm bớt sức lao động của công nhân và giảm chi phí doanh nghiệp,

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

đồng thời mang lại hiệu quả cao, phản ánh trong việc đáp ứng kịp thời nhucầu của xã hội.

Thông qua bài tập của đồ án, em sẽ giới thiệu về lập trình PLC, xử lýảnh và cách áp dụng chúng vào quá trình sản xuất để phân loại sản phẩm theomã Qrcode.

<b>1.2. Mục tiêu nghiên cứu</b>

Đề Đề tài "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã QRcode sửdụng PLC S7-1200 ứng dụng trong nhà máy, xí nghiệp" yêu cầu hiểu biếtchắc chắn về xử lý ảnh và phương pháp điều khiển từ PLC. Mục tiêu của dựán là xây dựng một hệ thống tự động phân loại sản phẩm dựa trên mãQRcode, sử dụng PLC S7-1200, và triển khai trong môi trường nhà máy hoặcxí nghiệp.

Trong hệ thống này, ba loại sản phẩm khác nhau được gắn với các mãQRcode riêng và đặt lên băng chuyền để di chuyển qua camera. Camera sẽnhận và đọc các tín hiệu từ mã QRcode này, sau đó gửi dữ liệu đến PLC. PLCsẽ tiếp nhận và xử lý dữ liệu này, sau đó điều khiển các thiết bị như xilanh đểđẩy sản phẩm vào vị trí phân loại tương ứng.

Để thực hiện điều này, cần có kiến thức sâu rộng về xử lý ảnh, bao gồmnhận dạng và đọc mã QRcode. Ngoài ra, hiểu biết chuyên sâu về lập trình vàđiều khiển từ PLC cũng là yếu tố cần thiết. Bằng cách kết hợp hai lĩnh vựcnày, hệ thống sẽ hoạt động một cách chính xác và hiệu quả, giúp tối ưu hóaquy trình sản xuất và tăng cường tự động hóa trong mơi trường sản xuất côngnghiệp.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

<b>1.2.1. Đối tượng nghiên cứu</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

- Xây dựng giao diện điều khiển WinCC

<b>1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài</b>

Trong khi xu hướng công nghệ hóa hiện đại hóa phát triển và dần phổbiến tồn cầu, những ngành nghề tưởng chừng như không liên quan đến côngnghệ cũng đang chuyển đổi phương thức từ sản xuất đến kinh doanh dựa trênnền tảng công nghệ. Chế biến phân loại nông sản thủy sản bằng máy tự động,đóng gói tự động, băng chuyển phân loại sản phẩm tự động.

<i>Hình 1.2. Hình minh họa</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

thống băng tải kết hợp vào đó là khí nén và xử lý ảnh qua camera. Đối vớikhối ngành công nghiệp nếu áp dụng công nghệ xử lý ảnh vào các hệ thốngnhận

<i>Hình 1.3. Hình minh họa</i>

diện, phân loại sản phẩm, kiểm tra lỗi sản phẩm giúp giảm chi phí nhân công,tăng độ chính xác, tăng năng suất giảm được chi phí sản xuất và hạ giá thànhsản phẩm.

Không những vậy,khi áp dụng cơng nghệ mã vạch vào sản xuất thì nhàsản xuất sẽ kiểm soát chặt chẽ được số lượng cũng như quy trình sản xuất củasản phẩm thơng qua hệ thống máy tính 1 cách tổng quan nhất.

<b>1.4. Kết luận</b>

Chương 1 đã phân tích và đưa ra vấn đề cần giải quyết,từ đó nhận thấysự cần thiết của đề tài. Để có thể giải quyết vấn đề được tốt ta cần phải hiểu rõcác ứng dụng, thiết bị cần thiết trong đề tài. Vậy ta cùng sang chương 2 để tìmhiểu rõ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 2 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌM HIỂU CÁC PHẦN MỀMMƠ PHỎNG DÙNG TRONG ĐỀ TÀI</b>

<i><b>Để đáp ứng yêu cầu đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm</b></i>

<i><b>bằng mã QRcode sử dụng PLC S7-1200 ứng dụng trong nhà máy, xínghiệp” cần tìm hiểu cơ bản về: bộ điều khiểm logic khả trình PLC, phần</b></i>

mềm TIA Portal để lập trình cho PLC, xử lý ảnh cũng như cách kết nối cácthiết bị – ứng dụng này với nhau.

<b>2.1. Tởng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC và các thông số cơbản của PLC S7-1200</b>

<b>2.1.1. Khái niệm về PLC</b>

PLC viết tắt từ "Programmable Logic Controller", là một thiết bị điềukhiển có khả năng thực hiện các chức năng logic, tạo ra xung, đếm thời gian,đếm xung và tính tốn, nhằm điều khiển nhiều loại máy móc và thiết bị xử lýkhác nhau. Theo Hiệp hội Quốc gia về Sản xuất Điện Hoa Kỳ (NEMA), PLClà một máy tính cơng nghiệp được lập trình để thực hiện một chuỗi quy trìnhcụ thể. PLC tổ chức các chức năng này trong bộ nhớ theo chương trình đượclập trình sẵn. Đơn giản mà nói, PLC là một cơng cụ quan trọng trong tự độnghóa cơng nghiệp.[CITATION Đại18 \l 1033 ]

<b>2.1.2. Giới thiệu về PLC</b>

Từ Kể từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, việc điềukhiển các dây chuyền và thiết bị máy móc cơng nghiệp đã trở nên phức tạp.Trước đây, người ta thường kết nối các linh kiện điều khiển như rơle, timer,contactor... với nhau theo nhu cầu cụ thể để tạo thành một hệ thống điện điềukhiển. Tuy nhiên, công việc này rất phức tạp và tốn nhiều thời gian trong qtrình thi cơng do phải thực hiện các kết nối phức tạp, lắp đặt. Ngồi ra, hiệuquả của việc này khơng cao vì một thiết bị có thể cần phải lấy tín hiệu nhiều

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

lần mà số lượng tín hiệu lại hạn chế, dẫn đến sự lãng phí về vật tư. Trong quátrình sửa chữa hoặc thay đổi quy trình sản xuất cũng gặp nhiều khó khăn, làmgiảm năng suất lao động.

Để giải quyết những vấn đề này và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao củangành công nghiệp hiện đại, người ta đã nỗ lực tìm ra giải pháp tối ưu nhất làtự động hóa quy trình sản xuất. Tự động hóa này giúp giảm sức lao động,tránh cho người lao động phải làm việc ở những môi trường nguy hiểm hoặcđộc hại, đồng thời tăng cao năng suất lao động.

Hệ thống điều khiển tốt nhất cho ngành công nghiệp hiện đại cần phảicó các yếu tố sau: tự động cao, kích thước nhỏ gọn, giá thành hợp lý, dễ thicơng, sửa chữa và có chất lượng làm việc ổn định và linh hoạt.

Để đáp ứng các yêu cầu trên, PLC (Programmable Logic Controller) đãđược phát triển từ năm 1968 bởi Công ty General Motors tại Mỹ. Mặc dù banđầu PLC còn đơn giản và cồng kềnh, nhưng sau nhiều năm cải tiến và pháttriển, PLC ngày nay đã giải quyết được nhiều vấn đề và mang lại nhiều ưuđiểm, bao gồm:

máy tính, PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển.

Hiện nay, trên thị trường có nhiều hãng PLC khác nhau như Omron,Mitsubishi, Hitachi, ABB, Siemens... mỗi hãng có những ưu điểm riêng vàđược sử dụng tùy theo nhu cầu và ứng dụng cụ thể của người sử dụng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>2.1.3. Nguyên lý hoạt động của PLC</b>

<i>Hình 2.2. Chương trình thực hiện theo vịng qt (scan) trong PLC</i>

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp được gọi là vòng quét(Scan). Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào tớivùng bộ đệm ngõ vào ảo, sau đó tiến hành thực hiện chương trình. Trong mỗivịng qt, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh kếtthúc. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ vàkiểm tra lỗi. Cuối cùng, các nội dung của bộ đệm ngõ ra ảo được chuyển tớicác cổng ra..

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

- Phân loại theo số lượng các đầu vào ra:Ta có thể phân loại PLC thành 4 loại sau:

+ Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra.+ PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra.

+ PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra.+ PLC có trên 1024 kênh vào/ra.

Nhìn chung PLC có rất nhiều loại với các chức năng phù hợp với các dựán khác nhau. Qua tìm hiểu thì ở đề tài lần này chúng em quyết định sử dụngPLC Siemens S7-1200. Vậy sau đây là một số điểm của S7-1200.

<b>2.1.5. Cấu hình và điều hành Simatic S7-1200</b>

<i><b>2.1.5.1. Bảng tín hiệu</b></i>

<i>Hình 2.3. PLC S7-1200</i>

<i><b>2.1.5.2. Module mở rộng</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i>Hình 2.4. PLC S7-1200 và Module mở rộng</i>

<i><b>2.1.5.3. Module truyền thông</b></i>

<i>Hình 2.5. PLC S7-1200 và Module truyền thông</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- Tích hợp sẵn các đầu vào/ra, cùng với các board tín hiệu, khi cần mở rộngứng dụng với số lượng đầu vào/ra ít sẽ tiết kiệm được chi phí, khơng gianvà phần cứng.

→ Việc có thể linh hoạt các tích hợp cho PLC nên cực kì dễ dàng chongười sử dụng sản phầm trong việc mua gói thiết bị.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>2.1.6. Cấu trúc bên trong của PLC S2-1200</b>

Tất cả các bộ điều khiển lập trình được (PLC) cơ bản phải gồm có haiphần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giaotiếp vào ra I/O.

<i>Hình 2.7. Cấu trúc của PLC</i>

<b>Bộ xử lý trung tâm:</b>

Bộ xử lý trung tâm là thành phần quan trọng nhất của một PLC, gồm cóba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp. Bộ xử lýthực hiện chương trình điều khiển được lưu trữ trong hệ thống bộ nhớ có dạngsơ đồ ladder, trong khi hệ thống nguồn cung cấp cung cấp tất cả cấp điện ápcần thiết để đảm bảo hoạt động của bộ nhớ và bộ xử lý.

<b>Ngõ vào và ngõ ra:</b>

Ngõ vào và ngõ ra cần thiết để PLC có thể giám sát và điều khiển mộtq trình. Dựa vào tín hiệu để PLC giám sát và điều khiển ta phân loại nhưsau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

- Ngõ vào số:

Ngõ vào số của PLC được sử dụng để nhận những trạng thái thiết bịngõ vào ON/OFF. Việc này chủ yếu để lấy thông tin trạng thái thiết bị ngoạivi... Đối với mỗi thiết bị đầu vào sẽ sử dụng năng lượng tiêu thụ khác nhau,điện áp khác nhau khi nút nhấn của bảng điều khiển và các loại cảm biếnđược kết nối vào module input. Người dùng nên lựa chọn module phù hợp vớithiết bị đầu vào.

Module đầu vào số của PLC có thể được chia thành ngõ vào DC, ngõvào AC theo kiểu điện áp ngõ vào loại cách ly hay không cách ly. Loại cáchly dùng để cô lập nhiễu đối với môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

- Ngõ ra số:

Module ngõ ra số của PLC xuất trạng thái tín hiệu ON/OFF để điềukhiển quá trình. Thiết bị ngõ ra có được kết nối tới các thiết bị như đèn,contactor, relay...

Module ngõ ra số của PLC có thể được chia thành ngõ ra relay, ngõ ratransistor, SSR.

- Ngõ vào Analog (Bộ chuyển đổi A/D):

Bộ chuyển đổi A/D dùng để chuyển đổi tín hiệu analog sang số (số hóahay cịn gọi là A/D) để xử lý tín hiệu Analog trong CPU. Nhiệm vụ chính củaquá trình chuyển đổi từ giá trị Analog sang tín hiệu số là biểu diễn giá trị sốtương ứng với giá trị tín hiệu Analog. Độ phân giải của bộ chuyển đổi A/Dđược xác đinh bởi số bit đầu ra.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Độ phân giải được tính theo công thức sau đây: Độ phân giải = 2<small>N</small> (N là số bit ngõ ra)- Ngõ ra Analog (Bộ chuyển đổi D/A):

Bộ chuyển đổi D/A dùng để chuyển đổi giá trị số sang Analog (bìnhthường hóa giá trị số hay cịn gọi là D/A) để xuất tín hiệu Analog từ CPU rabên ngoài. Nhiệm vụ chính của quá trình chuyển đổi từ giá trị số sang tín hiệuAnalog là biểu diễn giá trị số tương ứng với giá trị tín hiệu Analog.

<b>2.1.7. Giao tiếp giữa máy tính và PLC</b>

Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn trên PLC:- Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thơng PLC-

- Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.- Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.

- Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.

- TCP/IP, ISO on TCP và S7 protocol.

<i>Hình 2.8. Cấu hình giao tiếp của PLC S7-1200</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<b>2.2. Tia portal</b>

<i>Hình 2.9. Giao diện TIA Portal</i>

<b>2.2.1. Giới thiệu chung</b>

Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) đượcphát triển lần đầu vào năm 1996 bởi các kỹ sư của hãng Siemens[CITATIONPLC20 \l 1033 ]. Từ thiết kế, thử nghiệm, vận hành và duy trì nâng cấp hệthống tự động hóa, phần mềm TIA sẽ giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và côngsức cho các kỹ sư. Giao diện của TIA Portal được thiết kế thân thiện người sửdụng, thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệmtrong lập trình tự động hóa. Với phần mềm này, người dùng có thể cấu hình,lập trình, thử nghiệm và chẩn đoán tất cả các bộ điều khiển PLC cũng như cácmodule, HMI sẵn có của Siemens một cách dễ dàng. Điều này cho phép cáckỹ sư tạo ra các giải pháp tự động hóa, liền mạch cho hệ thống. Ngồi ra, vớicác cơng cụ mơ phỏng tiên tiến, TIA Portal cũng cho phép chúng ta phát triểnvà cung các các giải pháp tự động hóa nhanh hơn nữa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>2.2.2. Điểm nổi bật của TIA Portal V16</b>

Phần mềm TIA Portal V15.1 là phần mềm lập trình được biết đến và sửdụng rộng rãi với các điểm nổi bật sau đây:

- Các ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL, GRAPH được hỗtrợ đầy đủ giúp kỹ sư lập trình có thể linh hoạt lựa chọn ngơn ngữlập trình cho bộ điều khiển của hệ thống.

- Bao quát cả 4 cấp trong quá trình tự động hóa gồm cấp quản lý, cấpvận hành, cấp điều khiển và cấp trường.

- Tổng hợp đầy đủ các công cụ cần thiết.- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng.

- Tương thích với các hệ điều hành mới nhất.

<b>2.2.3. WinCC</b>

<i>Hình 2.10. Hình minh hoạ giao diện phần mềm WinCC</i>

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xâydựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phụcvụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (SupervisoryControl And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khácnhau của WinCC như là một trong các lựa chọn của sản phẩm. Các gói cơ bảncủa WinCC chia làm hai loại như sau:

WinCC Runtime Package (Viết tắt là RT): chứa các chức năng ứngdụng dùng để chạy các ứng dụng của WinCC như hiển thị, điều khiển, thôngbáo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo.

WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xâydựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứngdụng (Runtime).

Ngồi ra, WinCC cịn có các mơ đun nâng cao dành cho những ứngdụng cấp cao hơn (WinCC Options) và các mô đun mở rộng đặc biệt (WinCCAdd-on). Các WinCC Option là sản phẩm của Siemens Automation and Drive(A&D). Các WinCC Add-on là các sản phẩm của các bộ phận khác củaSiemens hay các đối tác của Siemens xây dựng lên nhằm mở rộng chức nănghay để phù hợp với từng loại ứng dụng.

<b>2.2.4. Xử lý ảnh và các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh</b>

<i><b>2.2.4.1. Xử lý ảnh và quá trình phát triển</b></i>

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và cơng nghệ. Nó là mộtngành khoa học mới mẽ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ pháttriển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặcbiệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó ngày càng đa dạng và mở rộng.

Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóngvai trò quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phầncứng máy tính, xử lý ảnh và đồ họa phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Q trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vàonhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một q trình xử lý ảnhcó thể là một ảnh “tốt hơn” hay một kết luận.

<i>Hình 2.11. Cấu trúc xử lý ảnh</i>

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính như nângcao chất lượng ảnh và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nângcao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân đôn đến New York từnhững năm 1920. Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bốmức sáng và độ phân giải của ảnh. Việc nâng cao chất lượng ảnh được pháttriển vào khoảng những năm 1955. Điều này có thể giải thích được vì sau thếchiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho q trình xử lý ảnhsơ thuận lợi. Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chấtlượng ảnh từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đườngbiên, lưu ảnh. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chấtlượng, nhận dạng ảnh phát triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhântạo như mạng nơ ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, cáccông cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu nhiều kết quả khảquan.[CITATION Ngu \l 1033 ]

Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên,ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (nhưCamera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự(loại Camera ống kiểu CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnhmàu hoặc đen trắng được lấy ra từ Camera, sau đó nó được chuyển trực tiếpthành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo. (Máy ảnh số hiện nay là một thí

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

dụ gần gũi). Mặt khác, ảnh cũng có thể tiếp nhận từ vệ tinh, có thể quét từ ảnhchụp bằng máy quét ảnh.

Có thể xem một ví dụ minh họa cho q trình trên.

Có thể hiểu tiến trình xử lý ảnh trên như sau:a) Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition)

Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận quacamera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh25 dòng), cũng có loại camera đã số hố (như loại CCD – Change CoupledDevice) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh.

Camera thường dùng là loại quét dòng: ảnh tạo ra có dạng hai chiều.Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường(ánh sáng, phong cảnh).

b) Tiền xử lý ảnh (Image Processing)

Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào

<i><small>Hình 2.12. Tiến trình xử lý ảnh</small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<i>Hình 2.13. Ảnh nhiễu và ảnh gốc</i>

c) Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh

Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần đểbiểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch)trên phong bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu, chữ vềđịa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệtđể nhận dạng. Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễgây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rấtnhiều vào công đoạn này.

d) Biểu diễn ảnh (Image Representation)

Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đãphân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các sốliệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính.Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (FeatureSelection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin địnhlượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với kýtự khác.

e) Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition andInterpretation)

Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thuđược bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nộisuy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số vànét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại. Cónhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, cácmơ hình tốn học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:

- Nhận dạng theo tham số.- Nhận dạng theo cấu trúc.

Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụngtrong khoa học và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ kýđiện tử), nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch,nhận dạng mặt người…

f) Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độsáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theonhiễu. Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa cácphương pháp tốn học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắtchước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong cácbước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ conngười. Vì vậy, đây các cơ sở tri thức được phát huy.

<i><b>2.2.4.2. Những vấn đề cơ bản trong hệ thống xử lý ảnh</b></i>

a) Điểm ảnh (Picture Element)

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vịtrí (không gian) và độ sáng (mức xám). Khoảng cách giữa các điểm ảnh đóđược thiết lập sao cho mắt người không phân biệt được ranh giới giữa chúng.Mỗi một điểm như vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt làPixel. Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x, y).

<b>Định nghĩa:</b>

Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xámhoặc màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó đượcchọn thích hợp sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mứcxám (hoặc màu) của ảnh số gần như ảnh thật. Mỗi phần tử trong ma trận đượcgọi là một phần tử ảnh.[CITATION Pix \l 1033 ]

<i>Hình 2.14. Hình ảnh các pixel được phóng lớn</i>

b) Độ phân giải của ảnh

<b>Định nghĩa: Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh</b>

được ấn định trên một ảnh số được hiển thị.

Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải được chọn saocho mắt người vẫn thấy được sự liên tục của ảnh. Việc lựa chọn khoảng cáchthích hợp tạo nên một mật độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và được phânbố theo trục x và y trong không gian hai chiều.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Ví dụ: Độ phân giải của ảnh trên màn hình CGA (Color GraphicAdaptor) là một lưới điểm theo chiều ngang màn hình: 320 điểm chiều dọc *200 điểm ảnh (320*200). Rõ ràng, cùng màn hình CGA 12” ta nhận thấy mịnhơn màn hình CGA 17” độ phân giải 320*200. Lý do: cùng một mật độ (độphân giải) nhưng diện tích màn hình rộng hơn thì độ mịn (liên tục của cácđiểm) kém hơn.

<i>Hình 2.15. Độ phân giải ảnh trên cùng một diện tích màn hình</i>

c) Mức xám của ảnh

Một điểm ảnh (pixel) có hai đặc trưng cơ bản là vị trí (x, y) của điểmảnh và độ xám của nó. Dưới đây chúng ta xem xét một số khái niệm và thuậtngữ thường dùng trong xử lý ảnh.

<b>- Định nghĩa: Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được</b>

gán bằng giá trị số tại điểm đó.

<b>- Các thang giá trị mức xám thơng thường: 16, 32, 64, 128, 256</b>

(Mức 256 là mức phổ dụng. Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte

256 mức, tức là từ 0 đến 255).

<b>- Ảnh đen trắng: là ảnh có hai màu đen, trắng (khơng chứa màu khác)</b>

với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau.

</div>