Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều khiển mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là

: Lê Thị Thu Tuyết

Mã số sinh viên: 0841020112
Sinh viên lớp

: ĐK – ĐĐT 3B

Nghành

: Kỹ Thuật Điện - Điện tử

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định
Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều
khiển mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc” là công trình
nghiên cứu của riêng em. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất
xứ rõ ràng.
Nếu sai em hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ đồ án và
pháp luật.
Nam Định, ngày 02 tháng 06 năm 2012
Người thực hiện

Lê Thị Thu Tuyết


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................1
Lê Thị Thu Tuyết.............................................................................................................1
MỤC LỤC.........................................................................................................................2

Danh môc h×nh vÏ............................................................................................................5
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................8
1. Lý do chọn đề tài..................................................................................................8
2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................8
3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................8
4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................9
5. Cấu trúc đồ án......................................................................................................9
NỘI DUNG.....................................................................................................................10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC.................................................................................................................................10
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................10
1.2. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm.................................................................10
1.2.1. Hệ thống phân loại sản phẩm trong xí nghiệp gạch....................................10
1.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc................................................11
1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển......................................................................13
1.3.1 Khái quát chung............................................................................................13
1.3.2. Phân loại.......................................................................................................14
1.4. Hệ thống điều khiển dùng PLC...........................................................................14
1.4.1 Ưu nhược điểm của hệ thống sử dụng PLC.................................................14
1.4.2 Giới thiệu về PLC.........................................................................................15
1.4.3 Phân loại PLC...............................................................................................17
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ CAMERA PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC.....................................................................................18
2.1. Băng tải................................................................................................................18


2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống băng tải.........................................................18
2.1.2. Một số hệ thống điều khiển mô hình băng tải phân loại và đếm sản phẩm.
................................................................................................................................18
2.1.3.Vai trò của hệ thống băng tải........................................................................19

2.1.4 Các loại băng tải thường gặp........................................................................19
2.1.5 Cấu tạo băng tải.............................................................................................20
2.1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống băng tải..........................................................21
2.2. Camera.................................................................................................................21
2.2.1. Giới thiệu chung về camera.........................................................................21
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera.............................................................22
2.2.3. Thông số cần quan tâm................................................................................25
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN
MỀM GIAO DIỆN WINCC...........................................................................................28
3.1.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC...........................................................................32
3.2. Khái quát về SCADA và phần mềm WINCC.....................................................33
3.2.1 Tổng quan về SCADA..................................................................................33
3.2.2. Giới thiệu về phần mềm tạo giao diện và điều khiển Win CC...................34
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SỬ DỤNG CAMERA.................................42
4.2. Xây dựng lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm
theo màu sắc sử dụng camera.....................................................................................42
4.2. Lập trình điều khiển trên PLC S7-300................................................................46
4.2.1. Quy định các thông số biến vào ra..............................................................46
Quy định biến..................................................................................................................46
* Chú thích: Các thiết bị được chọn cho phần cứng là:........................................47
4.2.2 Chương trình lập trình...................................................................................48
.........................................................................................................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................59



Danh môc h×nh vÏ
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................1

Lê Thị Thu Tuyết.............................................................................................................1
MỤC LỤC.........................................................................................................................2
Danh môc h×nh vÏ............................................................................................................5
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................8
1. Lý do chọn đề tài..................................................................................................8
2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................8
3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................8
4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................9
5. Cấu trúc đồ án......................................................................................................9
NỘI DUNG.....................................................................................................................10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC.................................................................................................................................10
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................10
1.2. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm.................................................................10
1.2.1. Hệ thống phân loại sản phẩm trong xí nghiệp gạch....................................10

...............................................................................................................................10
Hình 1.1 Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite..............10
1.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc................................................11

Hình 1.3 Phân loại sản phẩm theo kích cỡ trong nhà máy chế biến tôm..............12
1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển......................................................................13
1.3.1 Khái quát chung............................................................................................13
1.3.2. Phân loại.......................................................................................................14
1.4. Hệ thống điều khiển dùng PLC...........................................................................14
1.4.1 Ưu nhược điểm của hệ thống sử dụng PLC.................................................14
1.4.2 Giới thiệu về PLC.........................................................................................15


Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc của một PLC...................................................................15

1.4.3 Phân loại PLC...............................................................................................17
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ CAMERA PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC.....................................................................................18
2.1. Băng tải................................................................................................................18
2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống băng tải.........................................................18
2.1.2. Một số hệ thống điều khiển mô hình băng tải phân loại và đếm sản phẩm.
................................................................................................................................18

Hình 2.1 Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn...................................18
2.1.3.Vai trò của hệ thống băng tải........................................................................19
2.1.4 Các loại băng tải thường gặp........................................................................19

Hình 2.2. Băng tải nghiêng ( tải két bia)...............................................................20
2.1.5 Cấu tạo băng tải.............................................................................................20

Hình 2.3 Cấu tạo băng tải......................................................................................20
2.1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống băng tải..........................................................21
2.2. Camera.................................................................................................................21
2.2.1. Giới thiệu chung về camera.........................................................................21
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera.............................................................22
2.2.3. Thông số cần quan tâm................................................................................25

Hình 2.4. Wireless A/V Camera............................................................................27
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN
MỀM GIAO DIỆN WINCC...........................................................................................28
3.1.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC...........................................................................32
3.2. Khái quát về SCADA và phần mềm WINCC.....................................................33
3.2.1 Tổng quan về SCADA..................................................................................33
3.2.2. Giới thiệu về phần mềm tạo giao diện và điều khiển Win CC...................34

Hình 3.4 Cửa sổ tạo ra Project mới trong Win CC...............................................35
Hình 3.5 Cửa sổ kiểu dự án trong Win CC...........................................................35
Hình 3.6 Cửa sổ chọn kích cỡ màn hình và giao thức truyền trong Win CC........36


Hình 3.7 Cửa sổ chọn thư viện trong Win CC......................................................36
Hình 3.8 Cửa sổ chọn kiểu màn hình trong Win CC............................................37
Hình 3.9 Cửa sổ chọn thiết lập kết nối trong Win CC..........................................38
Hình 3.24 Cửa sổ chọn thiết Tag trong Win CC...................................................39
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SỬ DỤNG CAMERA.................................42
4.2. Xây dựng lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm
theo màu sắc sử dụng camera.....................................................................................42

Hình 4.2. Lưu đồ giải thuật chương trình di chuyển vật màu xanh lục.................43
Hình 4.3. Lưu đồ giải thuật chương trình di chuyển vật màu vàng.......................44
Hình 4.4. Lưu đồ giải thuật chương trình di chuyển vật màu đỏ..........................45
4.2. Lập trình điều khiển trên PLC S7-300................................................................46
4.2.1. Quy định các thông số biến vào ra..............................................................46
Quy định biến..................................................................................................................46

Hình 4.5: Sơ đồ đồ kết nối phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sử
dụng camera..........................................................................................................47
* Chú thích: Các thiết bị được chọn cho phần cứng là:........................................47
4.2.2 Chương trình lập trình...................................................................................48
.........................................................................................................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................59

8

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lịch sử phát triển của loài người gắn liền với lịch sử phát triển của khoa học kỹ
thuật. Nhu cầu giải phóng sức lao động cho con người luôn luôn gắn liền với sự phát
triển của xã hội loài người, từ việc mọi vật dụng, máy móc được điều khiển trực tiếp
bằng bàn tay con người đến việc điều khiển tự động… Ngày nay vấn đề điều khiển
và tự động hóa được đặc biệt quan tâm, nó được ứng dụng hầu hết trong tất cả các
lĩnh vực: kinh tế, khoa học kỹ thuật, quân sự, đời sống....
Nhằm góp phần nhỏ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật, em thực hiện đề
tài này đã tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã được học để đi đến thiết kế một
sản phẩm thực. Trên cơ sở đó, em đã nghiên cứu tài liệu, tham khảo ý kiến cùng
với sự gợi ý của giáo viên hướng dẫn. Cuối cùng em đã quyết định chọn đề tài:
“Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều khiển mô hình băng
tải phân loại sản phẩm theo màu sắc”
2. Mục đích nghiên cứu
Khi thực hiện đề tài này em hy vọng mình sẽ có thêm hiểu biết về yêu cầu
thực tế để hoàn thiện đề tài, ứng dụng lập trình điều khiển, giám sát hệ thống điều
khiển băng tải đếm và phân loại sản phẩm theo màu sử dụng Camera.
Hoàn thiện nội dung chương trình đào tạo của nhà trường.
Hệ thống hóa lại toàn bộ những kiến thức đã học được trên ghế nhà trường.
Vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình công nghệ, hệ thống điều khiển băng tải đếm và phân
loại sản phẩm theo màu.
Thiết kế hệ thống điều khiển trong mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo
màu sắc.
- Nghiên cứu phần mềm lập trình cho PLC.
- Lập trình điều khiển hệ thống sử dụng PLC S7-300.

- Lập trình giao diện, điều khiển hệ thống sử dụng phần mềm Win CC.


9
- Tính toán thiết kế hệ thống.
4. Phương pháp nghiên cứu
Với yêu cầu trên để thực hiện đề tài em đã áp dụng các phương pháp sau:
- Phương pháp nghiên cứu. Tìm hiểu và đọc sách báo, tài liệu tham khảo,
tra cứu mạng internet.
- Phương pháp tính toán: Lựa chọn các tham số tối ưu cho bộ điều khiển.
- Phương pháp tham khảo: Tư vấn…
5. Cấu trúc đồ án
Sau khi phân tích đánh giá và tham khảo các phương pháp em đã xây dựng
cấu trúc đồ án để nghiên cứu, thực hiện.
Cấu trúc đồ án gồm ba phần:
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về hệ thống băng tải phân loại sản phẩm.
Chương 2: Hệ thống băng tải và camera phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Chương 3: Tổng quan về thiết bị điều khiển lập trình PLC và giao diện
WinCC
Chương 4: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản
phẩm theo màu
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


10

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM THEO MÀU SẮC.
1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây xu hướng phát triển nền kinh tế đất nước theo
hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa. Bên cạnh những máy móc đã cũ không đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng hiệu quả của sản phẩm làm ra.
Để cạnh tranh được trên thị trường đòi hỏi mỗi xí nghiệp cần có 1 hệ thống dây
chuyền lựa chọn sản phẩm hiện đại.
Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời đã giúp giảm được nhân công lao
động, sức lao động của con người. Mặt khác góp phần nâng cao chất lượng sản
phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm được cấu tạo và hoạt động dựa trên sự kết
hợp giữa bộ PLC, băng tải, cảm biến, … và hơn nữa có thể sử dụng Camera.
Chính vì vai trò của hệ thống phân loại sản phẩm theo mầu sắc mà nó được
ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp sản xuất công nghiệp.
1.2. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm
Trong thực tế có nhiều hệ thống phân loại khác nhau: Phân loại theo màu sắc,
phân loại theo kích thước, phân loại xem sản phẩm là chính phẩm hay phế phẩm…
Một số hình ảnh về phân loại sản phẩm:
1.2.1. Hệ thống phân loại sản phẩm trong xí nghiệp gạch

Hình 1.1 Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite


11
Hệ thống này gồm ba phần chính: Phần thứ nhất là khối thu thập thông tin
ảnh, xử lý nhận dạng và ra quyết định bao gồm một hệ thống camera và hệ thống
đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt trong một buồng chắn sáng gá trên băng
chuyền. Buồng chắn sáng có tác dụng che ánh sáng tự nhiên và chỉ giữ lại ánh sáng
của đèn chiếu sáng (đảm bảo độc lập với môi trường ánh sáng bên ngoài).
Khi một sản phẩm đi qua buồng chắn sáng, hệ thống camera thu nhận ảnh
bề mặt của sản phẩm đó và chuyển cho phần mềm nhận dạng và phân loại. Phần

mềm này sẽ thực hiện nhận dạng sản phẩm và ra quyết định xem nó thuộc loại
chất lượng nào. Phần tiếp theo là khối xử lý tín hiệu hỏi đáp, điều khiển và giao
triếp giữa người và máy, gồm bàn phím, màn hình các nút điều khiển. Phần cuối
cùng là khối cơ cấu cơ khí chấp hành là một băng chuyền dọc, có khe được đặt
nối tiếp theo băng chuyền gạch của nhà sản xuất. Trên băng chuyền có 5 vị trí
phân loại ứng với 5 mẫu gạch. Khi bộ xử lý nhận dạng và ra quyết định gạch
thuộc loại chất lượng nào, viên gạch được tiếp tục chuyển qua băng chuyền có
khe, qua tay máy sẽ hút giữ để chuyển xuống băng tải loại đó.
1.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
a. Phân loại sản phẩn theo màu sắc sử dụng Camera

Hình 1.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng camera


12
Mô hình thực hành về phân loại sản phẩm theo mầu với 3 mầu sắc khác nhau khi
sử dụng CAMERA và 4 mầu khác nhau khi sử dụng cảm biến mầu. Cả 2 mô hình
đều có kết cấu cơ khí là điều khiển bằng động cơ bước và các linh kiện khí nén.
Về thuật toán thì cả 2 đều sử dụng thuật toán Neuron Network, Hue và các thuật
toán thông minh khác.
b. Phân loại sản phẩm theo trọng lượng

Hình 1.3 Phân loại sản phẩm theo kích cỡ trong nhà máy chế biến tôm

Đây là thiết bị phân cỡ điện tử, tôm được công nhân đưa từng con vào
máy, cân từng con và phân cỡ riêng theo trọng lượng cài đặt trước
Tốc độ trung bình 360 con tôm/ 1 phút
Tối đa phân được 15 cỡ, thông thường là 7 cỡ tùy chọn
Sai số +/- 0,3g trở xuống ở mức trên 95%, +/- 0,5g trở xuống ở mức trên 99%
Bền vững trong nhà máy chế biến thủy sản chịu được nước phun rửa dưới mọi

góc độ.


13
1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển.
1.3.1 Khái quát chung.
Các hệ thống điều khiển được đưa vào sản xuất trong các xí nghiệp, nhà máy
với độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, ít hư hỏng và giảm nhân công lao động.
Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển có khả năng xử lý, kiểm soát được các sự
cố và có thể tự khắc phục được sự cố, các sai sót khi vận hành. Một hệ thống như
trên gọi là hệ thống điều khiển.
Trong một hệ thống điều khiển bao giờ cũng được tạo thành từ các khối cơ
bản sau:

Tín hiệu
từ camera
vào

Khối
nguồn

Modul xử
lý hình
ảnh

PLC S7300

Kết
quả xử
lý

Phần tử chấp
hành

Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm theo màu
- Khối vào: Chuyển đổi các tín hiệu vật lý thành các tín hiệu điện, các tín hiệu
qua bộ chuyển đổi thường là nút ấn, contac, sensor, ... tuỳ theo bộ chuyển
đổi mà ta có tín hiệu đưa vào khối xử lý có dạng số hay dạng tương tự.
- Khối xử lý: Nhận tín hiệu thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động của
hệ thống. Từ thông tin của khối vào hệ thống điều khiển phải tạo được những tín
hiệu cần thiết để điều khiển các thiết bị, hệ thống đáp ứng yêu cầu sản xuất.
- Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả cuối cùng của quá trình xử lý hệ thống điều
khiển. Các tín hiệu này được sử dụng điều khiển các thiết bị, các cơ cấu chấp
hành, hoạt động theo yêu cầu của hệ thống, tín hiệu ra có thể được hồi tiếp về ngõ
vào để điều khiển và ổn định hệ thống.


14
1.3.2. Phân loại.
Phương pháp để hình thành các tác động điều khiển được gọi là phương thức
điều khiển. Có 3 phương thức điều khiển:
- Điều khiển theo chương trình: Được sử dụng khi các tác động điều khiển đã
được hình thành từ trước theo một chương trình.
- Điều khiển bù nhiễu: Tác động điều khiển được hình thành khi có nhiễu tác
động lên hệ thống.
- Điều khiển theo sai lệch: Trong công nghiệp phương thức điều khiển theo sai
lệch được sử dụng rộng rãi nhất.
1.4. Hệ thống điều khiển dùng PLC.
1.4.1 Ưu nhược điểm của hệ thống sử dụng PLC.
Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy

móc công nghiệp người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (Rơle,
Timer, Contactor, …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống
điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì do
đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho
một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: Giá thành hạ, dễ thi công, dễ
sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt. Từ đó hệ thống điều khiển có thể
lập trình được PLC ra đời đã giải quyết được vấn đề trên. Trong hệ thống điều
khiển dùng PLC thì sẽ có những ưu điểm sau:
- PLC dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu cầu mới
mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây, …
- PLC có thể điều khiển từ những thao tác đơn giản, lặp lại, liên tục đến những
thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp.
- PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanh chóng
các lệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời gian, …
- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ trợ
khác như màn hình hiển thị. Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp.


15
Tuy nhiên với mức độ quản lý và điều khiển rộng thì PLC lại không phù hợp
với những hệ thống nhỏ, đơn giản vì khi đó sẽ không tận dụng được khả năng
làm việc của thiết bị này.
1.4.2 Giới thiệu về PLC.
a. Khái niệm PLC.
PLC (Progammable Logic Controller) - Bộ điều khiển logic khả trình. Là 1
thiết bị điều khiển logic lập trình được. Thiết bị này có các đầu vào logic, sau quá
trình xử lý theo chương trình bên trong nó cho đầu ra là các mức logic có quan hệ
với các đầu vào thông qua chương trình bên trong của thiết bị. PLC được ứng
dụng rộng rãi và trở nên không thể thiếu được trong các dây chuyền sản xuất hiện

đại.
b. Cấu trúc chung của một bộ PLC.
Một bộ PLC có cấu trúc như sau:
Đầu vào

Đầu ra

Module
nguồn

Module
Vào/ra

CPU

Thiết bị
lập trình

Module
nhớ

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc của một PLC.

Đối với 1 PLC thì số lượng các đầu vào/ ra (I/ O) có thể là 6 hoặc 8 hay nhiều
hơn nữa. Số lượng đầu vào/ ra cho biết mức độ quản lý được nhiều hay ít thiết bị.
Vấn đề này đặc biệt quan trọng khi ứng dụng PLC vào một dây truyền sản xuất
phức tạp cần gia công nhiều biến đầu vào.
Các biến đầu vào được đóng cắt bằng các công tắc bật tắt thông thường. Công
tắc vị trí hay các sensor logic để đặt các giá trị đầu vào, các đầu vào này thường
có mức điện áp cao để tăng độ chính xác khi truyền đi xa. Trong PLC có 1 bộ

16
chuyển mức điện áp về mức chuẩn với mức logic 1 là +5V và mức logic 0 là
+0V. Khi đó PLC sẽ quét các đầu vào để lấy dữ liệu sau quá trình xử lý bên trong
bằng chương trình phần mềm, dữ liệu đầu ra dạng số với mức logic tương ứng,
qua mạch chuyển đổi để có mức điện áp ra phù hợp với yêu cầu điều khiển.
Các đầu ra được nối với các cuộn hút của rơle đóng cắt cho động cơ máy sản xuất,...
Với PLC thì bộ vi điều khiển là hạt nhân của cả hệ. Bộ vi điều khiển đảm nhiệm
tất cả các công việc từ thu nhập dữ liệu đầu vào, xử lý các dữ liệu đó và đưa ra
đầu ra, PLC có thể làm việc như 1 máy tính, quá trình hoạt động là hoàn toàn tự
động.
Ngoài các đầu vào/ ra logic thì PLC còn có các đầu vào cấp nguồn, thông
thường nguồn nuôi PLC là một điện áp xoay chiều qua bộ xử lý tạo ra điện áp 1
chiều phù hợp để nuôi bộ vi điều khiển và các mạch điện tử khác.
c. Cấu trúc phần cứng của PLC.
* Bộ xử lý trung tâm( CPU).
CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông
tin giữa PLC, bộ nhớ và khối vào/ ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới
sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung Clock tần
số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 MHz tuỳ thuộc vào bộ xử lý sử dụng. Tần
số xung Clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và dùng để thực hiện sự đồng
bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống.
* Bộ nhớ .
Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau: ROM, RAM, EEPROM.
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu như các PLC đều dùng
bộ nhớ EEPROM (Elictrically Erasable Programmable Read-Only Memory ).
Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa giữa bộ nhớ RAM có
nguồn Pin nuôi và bộ nhớ EEPROM. Ngoài ra, PLC cần bộ nhớ RAM cho các
chức năng khác như

- Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào/ ra.
- Bộ nhớ tạm cho tác vụ định thì, tác vụ đếm, truy xuất cờ.


17
Dung lượng bộ nhớ: Đối với PLC loại nhỏ thường bộ nhớ có dung lượng cố
định, thường là 2Kbyte. Dung lượng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% điều
khiển hoạt động trong công nghiệp. Do giá thành bộ nhớ giảm liên tục, các nhà
sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ.
* Khối vào/ ra.
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp +5V DC và +15V
DC (điện áp cho TTL và CMOS), trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể
lớn hơn nhiều, thường +24 V DC đến +240 V DC với dòng lớn.
Khối vào/ ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với các
mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện chuyển đổi
các mức điện tín hiệu và cách ly, tuy nhiên, khối vào/ ra cho phép PLC kết nối
trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, cỡ 2A trở xuống không cần
các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian.
* Panel lập trình.
Hiện nay máy vi tính được sử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU
xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lượng cao, bộ nhớ lớn và giá thành ngày càng
hạ, máy vi tính rất lý tưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ Ladder, ngoài ra bộ
lập trình cầm tay thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa
và bảo trì.
1.4.3 Phân loại PLC.
Có hai cách phân loại PLC:
- Theo hãng sản xuất: Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay, ...
- Theo phiên bản: Gồm có.
+ PLC của Siemen có các họ: PLC S7-200, PLC S7-300, PLC S7-400, Logo.
+ PLC của Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon.

Trong quá trình sản xuất thực phẩm, rượu bia, thuốc lá, … thì rất phù hợp với
việc sử dụng PLC để đếm số lượng sản phẩm, kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Chính vì vậy theo đề tài được giao em thấy chọn PLC S7-300 là hợp lý, như vậy
sẽ tận dụng được khả năng làm việc của thiết bị mà không bị lãng phí.


18

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ
CAMERA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC
2.1. Băng tải
2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống băng tải
Hiện nay, như chúng ta đã biết hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp, các công
ty vừa và nhỏ cho đến những công ty lớn, thì dây chuyền sản xuất đang được sử dụng
phổ biến nhất đó là hệ thống băng tải, hệ thống băng tải ra đời không những làm giảm
được chi phí vận chuyển mà còn tiết kiệm được thời gian và nhân lực.
Do tính đa dạng của các loại sản phẩm và yêu cầu về sự phân loại các sản
phẩm ngày càng đòi hỏi phải đáp ứng được tính chính xác và tính chi tiết cao,
nên việc phân loại các sản phẩm theo hình dáng, độ to nhỏ… đặc biệt là phân loại
về màu sắc của sản phẩm là một trong những yêu cầu khá phổ biến trong các dây
chuyền sản xuất.
Các dây chuyền này có thể ứng dụng những kĩ thuật khác nhau để đáp ứng
yêu cầu thực tiễn, nhưng với một dây chuyền sản xuất lớn thì người ta thường dùng
thiết bị điều khiển logic khả trình PLC để đáp ứng yêu cầu này.
2.1.2. Một số hệ thống điều khiển mô hình băng tải phân loại và đếm sản phẩm.
1. Đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn ứng dụng PLC và hệ thống khí nén

Hình 2.1 Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn

19

* Cấu tạo
- Gồm 1 băng chuyền để chuyển tải sản phẩm
- Sử dụng 2 cảm biến thu phát ánh sáng để phát hiện độ lớn của vật
- Mỗi cảm biến được gắn trên một đầu của pittong được điều khiển bằng khí nén.
- Sử dụng bộ vi điều khiển AT89C51
* Nguyên lý làm việc
Khi cấp nguồn cho hệ thống thì động cơ điều khiển băng tải được cấp nguồn
và quay. Mỗi khi có vật có độ lớn trung bình đi qua cảm biến thứ nhất thì cảm
biến báo về vi điều khiển, vi điều khiển sẽ xuất ra tín hiệu tích cực tương ứng để
pittong đẩy vật tương ứng vào nơi để vật có kích thước trung bình.
Khi có vật có kích thước lớn đi qua cảm biến thứ nhất thì cảm biến không bị
tác động, vật tiếp tục đi qua đến cảm biến thứ hai, lúc này cảm biến thứ hai sẽ bị
tác động, báo về vi điều khiển, và quá trình đẩy vật tương ứng như trên.
Khi vật có kích thước nhỏ đi qua thì cả hai cảm biến đều không bị tác động,
vật sẽ tiếp tục chạy đến nơi để cho sản phẩm có kích thước loại nhỏ đi qua.
2.1.3.Vai trò của hệ thống băng tải
Ngày nay, băng tải đã được sử dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp,
nông nghiệp. Băng tải dùng để vận chuyển các vật liệu dạng hạt, viên, các vật
mỏng nhẹ để đưa tới khâu đóng gói, chế biến hoặc để sấy khô hoặc là phẳng. Nó
được sử dụng rất hữu ích trong địa hình rất phức tạp như: Tải cát từ dưới lòng
sông lên xe, chuyển than từ thuyền lên xe tải hay các địa hình nhỏ trật hẹp. Nhờ
có băng tải mà khối lượng công việc lớn được giải quyết trong thời gian ngắn
đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn.
2.1.4 Các loại băng tải thường gặp
-

Băng tải PVC.
Băng tải xích.

Băng tải chịu nhiệt.
Băng tải chuyền lắp ráp.
Băng tải cao su.
Băng tải con lăn.


20
- Băng tải thực phẩm.
- Băng tải di động nâng hạ.
- Băng tải nghiêng.

Hình 2.2. Băng tải nghiêng ( tải két bia)

2.1.5 Cấu tạo băng tải
Băng tải là thiết bị vận tải liên tục, chuyên trở hàng dạng hạt, cục theo phương
ngang, theo mặt phẳng nghiêng, theo đường gấp khúc kết cấu của một băng tải
được biểu diễn trên hình vẽ.
6

7
8

5
10

9
Hình 2.3 Cấu tạo băng tải.

Băng tải gồm (7) dùng để chở hàng, khung làm giá đỡ (10), truyền động kéo
băng tải nhờ hai trục (5) (trục thụ động ) và trục (8) ( trục chủ động). Trục chủ

động (8) gá chặt trên hai giá đỡ và nối với trục động cơ truyền động qua hộp
giảm tốc. Tạo gia sức căng ban đầu của băng tải nhờ cơ cấu kéo căng bởi động cơ
căng, trùng băng tải hoặc cơ cấu cơ khí gồm: đối trọng cơ cấu định vị và dẫn
hướng. Băng tải dẫn vật liệu từ phễu 6 đến đổ ở máng (9).


21
Vật liệu làm băng tải có thể làm bằng những vật liệu sau:
- Lưới: Chịu được nhiệt, ít bị ăn mòn, ít chịu ảnh hưởng của môi trường, nhẹ
nhàng, bền.
- Dạng thảm: Bên trong phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy
băng tải là vật liệu làm bằng lớp nỉ được kết với nhau bên ngoài có phủ lớp silicol
dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao phải nhập ngoại được sử dụng trong máy
móc đòi hỏi độ chính xác cao và yêu cầu công nghệ cao.
- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải,...
- Kích thước băng tải: Bề dầy từ (2 ÷ 15)mm, chiều rộng từ (1200 ÷
2100)mm, thông thường khi tháo lắp hoặc thay thế thì các máy móc, thiết bị
thường đi kèm các thiết bị gá lắp riêng.
2.1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống băng tải
- Ưu điểm:
+ Được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công ty, nhà máy, xí nghiệp...
+ Tiết kiệm được chi phí vận chuyển và nhân công lao động.
+ Làm việc ở nhiều môi trường khác nhau.
+ Hệ thống làm việc linh hoạt và tính ổn định cao.
- Nhược điểm: Giá thành cao, chi phí lắp đặt khá tốn kém.
2.2. Camera
2.2.1. Giới thiệu chung về camera
Camera được xem là một trong những phương pháp giám sát thuận lợi nhất cho
nhà cửa hoặc nơi làm việc, nơi sản xuất của bạn.
Camera đáp ứng nhu cầu đa dạng về một hệ thống quan sát có kỹ thuật cao cho

một thế giới có tốc độ phát triển nhanh chóng như ngày nay.
Thế hệ camera tân tiến nhất hiện nay là loại camera IP, liên lạc qua mạng
internet. Với camera này, từ bất cứ nơi nào trên thế giới, bạn cũng có thể liên lạc
được với các đối tác của mình cả bằng hình ảnh và âm thanh. Nó không chỉ giữ
vai trò giám sát bình thường của camera nữa, mà nó còn là phương tiện để đối
thoại trong nhiều sinh hoạt như trao đổi thương mại, giáo dục, giao tiếp, ...


22
Camera gồm các thành phần chính như sau :
Camera: Phần thu hình
Ống kính: Để tăng độ quan sát (chỉ bắt buộc đối với Camera màu thân lớn)
Adapter: Cung cấp nguồn cho Camera
Chân đế: Để bắt vào tường
Jack cắm: Để nối camera với dây Cable
Dây Cable: Để truyền tín hiệu
Card Recorder: Để kết và thu hình vào máy vi tính
Đầu ghi kỹ thuật số- CAM Recorder: Để thu hình và phát hình thông qua màn
hình chuyên dụng của Camera hoặc Tivi .
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera
1. Đặc điểm:
Mỗi Camera thường có 3 dây:
•
•
•

Tín hiệu hình.
RS 485.
Dây cấp nguồn.

2. Cách phân loại camera
Có 3 cách phân loại Camera:
a. Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh.
* Camera Analog:
Ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín
hiệu màu vector màu, loại Camera này hiện nay ít
dùng.
* Camera CCD (Charge Couple Device) (100% số):
Camera CCD sử dụng kĩ thuật CCD để nhận biết
hình ảnh. CCD là tập hợp những ô tích điện có thể cảm
nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang tín
hiệu số để đưa vào các bộ xử lý. Nguyên tắc hoạt động của CCD có thể mô tả dưới
đây:


23
CCD thu nhận những hình ảnh thông qua các hệ thống thấu kính của Camera.
CCD có hàng ngàn những điểm ảnh sẽ chuyển đổi ánh sáng thành những hạt điện
tích và được số hoá. Đây là một quá trình chuyển đổi tương tự số.
* Camera CMOS (complementary metal oxide semiconductor).
CMOS có nghĩa là chất bán dẫn có bổ sung oxit kim loại. Các loại Camera số
sử dụng công nghệ CMOS. Các Camera số thương mại sử dụng công nghệ
CMOS thì chưa đủ khả năng cung cấp trong thời điểm này khi so sánh chất lượng
hình ảnh với Camera CCD. Các Camera thương mại dùng công nghệ CMOS có
giá thành khoảng 500 USD đến 50000 USD.
Các Camera số sử dụng công nghệ CMOS và CCD có ưu điểm rất rõ rệt so
với Camera analog về độ rõ nét và chất lượng hình ảnh.
b. Phân loại theo kỹ thuật đường truyền
Có 3 loại: Camera có dây, Camera không dây, IP Camera ( Camera mạng)
* Camera có dây.

Camera có dây có ưu điểm đó là khả năng an toàn cao, tính bảo mật tốt được
sử dụng, truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục khoảng 75ohm -1Vpp, dây C5. Đây
là giải pháp được đánh giá là an toàn, ngoại trừ những trường hợp đặc biệt khác.Chú
ý rằng khi truyền với khoảng cách xa 300m thì cần có bộ khuếch đại để tránh việc
tín hiệu đường truyền suy hao, dẫn đến chất lượng hình ảnh không tốt.
* Camera không dây.
Là camera truyền tín hiệu không qua dây dẫn, bộ
camera này gồm có 1 camera không dây và bộ thu tín hiệu
không dây gắn vào đầu thu hoặc tivi. Camera này thuận tiện
cho những nơi lắp đặt không thể đi dây dẫn và cần lắp đặt
nhanh. Tuy nhiên, tín hiệu không ổn định bằng loại có dây do
có thể bị nhiễu sóng với các thiết bị khác.
* IP Camera (Camera mạng)
Như đã đề cập ở trên, IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu
hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng.Với Camera IP người dùng có thể
điều khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet.
c.

Phân loại theo tính năng sử dụng


24
* Camera áp trần ( Dome Camera).
Camera có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Đây là loại Camera thường được đặt trong nhà, kiểu dáng
rất trang nhã. Camera này có tính năng bảo mật cao do
được bọc trong hộp kín.
* Camera ẩn.
Giống như tên gọi, Camera này không thể nhận biết được. Nó có nhiều
hình dạng và kích thước khác nhau, có thể ngụy trang và tránh bị phát hiện.

* Box Camera.
Đây là loại Camera truyền thống thường được dùng trong các văn phòng
siêu thị. Đây là loại Camera có giá thành rẻ . Camera được bảo vệ trong hộp để
bảo vệ trước tác động phá hoại hay điều kiện môi trường. Hiện nay loại Camera
này ít được sử dụng.
* Camera PIZ (Pan: quét ngang; Tilt: quét dọc; Zoom: phóng to).
Pan/Tilt/Zoom hay những họ tương tự được biết đến với cái tên thương
mại là PTZ Camera. Camera hỗ trợ khả năng
quét dọc, quét ngang, phóng to thu nhỏ Camera
này còn cho phép bạn kết nối với hệ thống
sensor và cảnh báo để phát hiện đối tượng di
chuyển trong vùng hoạt động của nó. Hơn nữa
Camera có thể được lập trình để hoạt động, nên
nó có thể làm tất cả các công việc cho bạn.
* Camera Ngày/Đêm (Day/Night Camera) .
Camera này có một chip cảm ứng hình ảnh cực nhạy cho phép camera hoạt
động bình thường trong điều kiện ánh sáng yếu mà không cần đèn hồng ngoại
như đèn đường hoặc ánh trăng. Nếu nơi bạn quan sát tuyệt đối không có ánh sáng,
thì phải cần loại có đèn hồng ngoại thay vì loại Ngày/Đêm này.
 Ngoài ra còn nhiều loại Camera khác nữa như: Camera ngoài trời, Camera hồng
ngoại, Camera quay quét….


25
2.2.3. Thông số cần quan tâm
1. Chất lượng hình ảnh.
Chất lượng hình ảnh của một Camera phụ thuộc vào nhiều thông số.
Image Sensor: Cảm biến hình
Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt.
Resolution: Độ phân giải.

Độ phân giải càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng nét. Thưòng thì trong
các ứng dụng không cần thiết phải quan sát thật rõ nét thì độ phân giải 480 TV
Lines là hoàn toàn có thể chấp nhận được CCD Total Pixels: Số điểm ảnh.
Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất
lượng hình ảnh càng tốt. Tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng
nghĩa với dung lượng ảnh càng lớn, và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưởng
đến tốc độ đường truyền. Thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với
PAL: 795 (H)x596 (V).
2. Điều kiện hoạt động.
- Minimum Illumination: Cường độ ánh sáng nhỏ nhất.
Thường được tính bằng Lux. Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt
động ở cường độ ánh sáng lớn hơn cường độ ánh sáng nhỏ nhất. Trong điều kiện
quá tối, nếu không phải là Camera có chức năng hồng ngoại thì sẽ không hoạt
động được.
Ánh nắng mặt trời:4000 lux
•

Mây:1000lux

•

Ánh sáng đèn tuýp 500 lux,

•

Bầu trời có mây: 300lux

•

Ánh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1lux

•

Đêm không trăng 0.0001 Lux

- Power Supply: Nguồn cung cấp