điều khiển và giám sát tay máy gắp sản phâm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
TAY MÁY GẮP SẢN PHÂM
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV11-2009

S KC 0 0 2 5 1 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM


ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TAY MÁY
GẮP SẢN PHẨM

MÃ SỐ: SV11-2009

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
:
TRẦN ĐĂNG KHOA
NGƯỜI THAM GIA
:
NGUYỄN THÀNH LUÂN
ĐƠN VỊ
:
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

TP. HỒ CHÍ MINH – 3/2010


FHFDSGHFDGHFGHFDGHDFGHFGH LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển nhƣ vũ bão của ngành công nghệ điện tự động và
máy tính đã mang lại những thay đổi trong khoa học công nghệ cũng nhƣ
trong đời sống con ngƣời. Sự kết hợp chặt chẽ của hai ngành này đã hỗ trợ bổ
sung cho nhau và mở rộng các ứng dụng của nó trong tất cả các lĩnh vực .
Làm nghiên cứu khoa học là cơ hội để sinh viên có thể vận dụng kiến
thức đã học vào thực tiễn ,nghiên cứu những kiến thức mới liên quan, bƣớc
đầu tham gia vào vòng xoáy phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ.
Với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy TRƢƠNG ĐÌNH NHƠN, sự ủng
hộ của các bạn cùng khóa và sự yêu thích của bản thân ,chúng tôi đã chọn đề
tài :
“ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM”

Trong quá trình thực hiện đề tài,chúng tôi mặc dù đã rất cố gắng nhƣng không
thể tránh đƣợc những thiếu sót. Rất mong sự góp ý ,chỉ dẫn của quý thầy cô
và bạn đọc.


LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kĩ thuật
Thành phố Hồ Chí Minh – Khoa Điện –Điện tử, quý thầy cô đã tạo điều kiện
cho chúng em thực hiện đề tài này
Xin chân thành cảm ơn thầy TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN – ngƣời đã trực
tiếp hƣớng dẫn và cung cấp những tài liệu quí báu giúp em trong đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Tự động điều khiển
đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em sử dụng các thiết bị trong đồ án tại
phòng D203
Ngoài ra, để đề tài hoàn thành đúng tiến độ chúng em đã nhận sự đóng
góp những kinh nghiệm quí báu của các bạn sinh viên khoa Điện - Điện tử. Xin
chân thành cảm ơn các bạn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2010
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài


MỤC LỤC
PHẦN A: GIỚI THIỆU
DẪN NHẬP

2

1. Giới thiệu đề tài

2

2. Lý do chọn đề tài

2

3. Mục đích nghiên cứu

3

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

3

5. Đối tƣợng nghiên cứu

3

6. Phạm vi nghiên cứu

3

7. Tính thực tiễn của đề tài

4

8. Giới hạn của đề tài

4

PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ S7-200

6

1.1 Cấu hình phần cứng

6

1.2 Cấu trúc bộ nhớ

7

1.2.1 Phân chia bộ nhớ

7

1.2.2 Vùng dữ liệu

8

1.2.3 Vùng đối tƣợng

9

1.3 Thực hiện chƣơng trình

10


1.4 Cấu trúc chƣơng trình của s7-200

11

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CAMERA

13

2.1. Khái niệm về Machine Vision

13

2.2.Khái niệm về Vision Sensor

14

2.2.1. Newest hardware platform: The VS 720 Series

14

2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật của Series VS 720

14

2.3. Hoạt động của Camera

16

2.3.1. Các chức năng ngõ vào

18

2.3.2. Các chức năng ngõ ra

19

2.4. Phần mềm Spectation

21

2.5. Giới thiệu về các softsensor

24

2.6. Truyền dữ liệu từ một Vision Sensor

25

2.6.1 Datalink

26

2.6.2. Modbus Transfers

27

2.6.3 Ethernet Terminal Controller (ETC)

30

2.6.4 Các giao thức công nghiệp

30

CHƯƠNG 3: MÀN HÌNH OP77A
3.1 Giới thiệu chung

31

3.2 Các phần tử của OP77A

33

3.2.1 Các phím nhấn trên OP77A

33

3.2.2 Màn hình.

35

3.3 Các chức năng cơ bản của OP77A.

37

3.3.1 Screens:

37

3.3.2 Pasword:

38


CHƯƠNG 4 : PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE 2008
4.1 Wincc Flexible Engineering System

39

4.2 Wincc Flexible Runtime

40

PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
1.1 Sơ đồ kết nối

43

1.2 Sơ đồ giải thuật

44

1.3 Một số điều kiện để tay máy hoạt động

45

1.4 Chƣơng trình tay máy

47

1.5 Nhận diện sản phẩm

48

1.6 Thiết kế giao diện OP77A

50

1.7 Chƣơng trình PLC S7-200

53

PHẦN D: KẾT LUẬN
1. Tóm tắt đề tài

57

1.1 Phần lý thuyết

57

1.2 Phần thực hành

57

2. Hƣớng phát triển đề tài

57

3. Một vài đề nghị

58

TÀI LIỆU THAM KHẢO

59


PHẦN A

GIỚI THIỆU


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

DẪN NHẬP
1. Giới thiệu về đề tài
Nhóm đã chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TAY MÁY GẮP SẢN

PHẨM”.
Đề tài dùng màn hình HMI (OP77A) trong đó sử dụng chương trình WinCC Flexible
2008 để lập trình và thiết kế giao diện cho màn hình OP77A để giám sát và điều khiển
tay máy gắp sản phẩm. Đây là một đề tài mới mẻ và mang tính thiết thực cao
Đây là một đề tài rất hay và rất cần thiết cho sinh viên nghiên cứu khoa học. Hệ thống
này cho phép người vận hành có thể điều khiển và giám sát hệ thống một cách dễ dàng,
thuận tiện với độ chính xác cao.
2. Lý do chọn đề tài
Ngày nay sự bùng nổ thông tin ngày càng nhiều và càng lan rộng trên thế giới. Cùng
với đó là nền khoa học kỹ thuật cũng không ngừng phát triển như vũ bão, làm cho mỗi
người chúng ta cần phải không ngừng nâng cao kiến thức chuyên môn cũng như khả
năng nắm bắt các thông tin mới trong nước và trên thế giới áp dụng vào thực tiễn. Ngành
tự động là lĩnh vực mới luôn đòi hỏi phải được được đầu tư nghiên cứu để có thể đáp
ứng được xu thế mới.
Trong môi trường công nghiệp ở những nơi độc hại và nguy hiểm cao đòi hỏi phát sử
dụng các robot tự động để đảm bảo an toàn cho con người nhưng đòi hỏi hệ thống phải
hoạt động một cách chính xác và vẫn cần sự giám sát, điều khiển của con người, Khi
nghiên cứu về lĩnh vực này là cơ hội cho chúng ta học hỏi các kiến thức mới để áp dụng
vào thực tiễn, cùng với kiến thức đã học tại trường, nhóm đã quyết định chọn đề tài về
màn hình HMI,tay máy gắp sản phẩm, đây cũng là một phần của hệ thống SCADA trong
công nghiệp.
Trong hệ thống này thì màn hình OP77A và phần mềm WinCC Flexible là các công
cụ quan trọng trong việc điều khiển cũng như giám sát. Đây là phần quan trọng trong đề
tài của nhóm. Nó sẽ giúp em hiểu sâu về sự vận hành của các dây chuyền trong xí nghiệp,
nhà máy, điều đó thì vô cùng cần thiết cho một sinh viên như chúng em, mà nó còn là
hướng phát triển cho nhiều dây chuyền sản suất của các xí nghiệp trong tương lai. Nó
không những phù hợp với thực tiễn mà nó còn là một hướng nghiên cứu còn rất mới mẻ

Trang 2

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

mà ngành kỹ thuật cần phải nắm bắt, nhằm giúp sinh viên sau khi ra trường có thể giải
quyết tốt nhu cầu của các công ty, xí nghiệp.
Với hệ thống điều khiển này, đã đem đến sự dễ dàng, tiện lợi cho những người làm
việc trực tiếp trong môi trường sản xuất. Và hệ thống “ Giám sát và điều khiển tay máy
gắp sản phẩm” cũng là một hệ thống điều khiển được ứng dụng nhiều trong thực tế
trong các dây chuyền sản xuất.
Chính vì những lí do đó mà nhóm đã thực hiện đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM”
3. Mục đích nghiên cứu.
Nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu khoa học là thực hiện các yêu cầu sau:





Điều khiển và giám sát tay máy gắp sản phẩm .
Dùng camera trong công nghiệp để phân loại sản phẩm.
Dùng phần mềm WinCC Flexible 2008 để thiết kế giao diện màn hình OP77A
Lập trình cho PLC S7 200.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
 Sử dụng công nghệ hiện đại với phần mềm của hãng Simens.
 Sử dụng các thiết bị điều khiển công nghệ của hãng Siemens, cụ thể là PLC S7200, camera công nghiệp.
 Sử dụng robot công nghiệp 6 bậc tự do.
 Quan sát các mô hình sản xuất trong nhà máy.
 Lập trình và lắp ráp trên mô hình thực ở phòng thí nghiệm.
5. Đối tƣợng nghiên cứu.






Màn hình OP77A.
PLC S7-200,camera công nghiệp VS 722.
Phần mềm lập trình và thiết kế giao diện WinCC Flexible 2008.
Mô hình tay máy.

6. Phạm vi nghiên cứu.
Thiết kế được mô hình điều khiển và giám sát sử dụng màn hình OP77A điều khiển và
giám sát tay máy gắp sản phẩm.

Trang 3


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

7. Tính thực tiễn của đề tài.
Hiện nay các công ty, nhà máy ở Việt Nam đang dần dần chuyển sang sử dụng các hệ
thống sản xuất có trang bị hệ thống điều khiển và giám sát tay máy linh hoạt. Do vậy nếu
đề tài thành công thì rất nhiều công ty sẽ ứng dụng vào cho dây chuyền của mình.
Khi lắp đặt hệ thống điều khiển sử dụng màn hình này thì việc vận hành cũng như
theo dõi hệ thống sẽ trở nên đơn giản hơn, dễ dàng hơn cho những người làm việc trực
tiếp trong môi trường sản xuất.

8. Giới hạn đề tài.
Nhóm đã hết sức cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng với thời gian tìm hiểu thực hiện
cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên chưa đi sâu về tay máy,. Bên cạnh đó chưa

khai thác nhiều tính năng điều khiển của màn hình.

Trang 4


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PHẦN B

CƠ SỞ LÝ LUẬN

Trang 5


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ s7-200

1.1 Cấu hình phần cứng.
PLC( Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển logic lập trình được cho
phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập
trình. S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của Siemens có cấu trúc theo kiểu
modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập
trình khác nhau. Thành phần cơ bản của khối S7-200 là khối vi xử lí CPU224(214). Về
hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này là số đầu vào ra và nguồn cung
cấp.
*Mô tả đèn báo trên S7-200.
 SF(màu đỏ) : Sáng báo hiệu lỗi hệ thống.Bình thường SF tắt.
 RUN(màu xanh) : Đèn Run sáng báo hiệu CPU ở trạng thái hoạt động.
 STOP(màu vàng): Đèn Stop sáng báo hiệu CPU ở trạng thái ngưng hoạt động.

Chương trình ngừng thực hiện.
 Ix.x : Đèn hiển thị trạng thái logic ngỏ vào .
 Qy.y : Đèn hiển thị trạng thái logic ngỏ ra.

Trang 6


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Hình 1: Cáp ghép nối PLC với máy tính

* Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC.
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên , bên cạnh các cổng ra của S7200 có ba vị trí chọn chế độ làm việc khác nhau cho PLC.
 Run cho phép thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ rời chế độ Run và
chuyển sang chế độ Stop khi máy gặp sự cố hoặc chương trình gặp lệnh Stop.
 Stop cưỡng bức PLC ngưng thực hiện chương trình và chuyển sang chế độ
Stop. Ở chế độ này cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp chương trình
mới.
 Term cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC
hoặc ở Run hoặc ở Stop.
1.2 Cấu trúc bộ nhớ.
1.2.1 Phân chia bộ nhớ.
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành bốn vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng
động cao , đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặt biệt được kí hiệu bởi
SM(Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.

Trang 7

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

 Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương
trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc hoặc ghi được.
 Vùng tham số : là miền lưu giữ các tham số như : từ khoá, địa chỉ trạm …Cũng
giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc hoặc
ghi được.
 Vùng dữ liệu : được sử dụng để cất dữ liệu của chương trình bao gồm các kết
quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền
thông... Một phần của vùng nhớ này ( 200byte đầu tiên đối với CPU 212 và 1K
byte đầu tiên đối với CPU 214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ ghi được.
Vùng đối tượng: Timer, Counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào ra tương tự được
đặt trong vùng nhớ cuối cùng . Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc ghi
được.

1.2.2 Vùng dữ liệu

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể đươc truy nhập theo từng bit , từng
byte, từng từ đơn hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho
các thuật toán, các hàm truyền thông , lập bảng, các hàm dịch chuyển , xoay vòng thanh
ghi,con trỏ địa chỉ…
Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ
được sử dụng theo những mục đích nhất định.

Trang 8


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Vùng dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với những công dụng khác

nhau. Chúng đuợc sử dụng bằng những chữ cái đầu tiên của tên tiếng Anh đặt trưng cho
công dụng của chúng như sau:
 V: Variable Memory.
 I : Input image register
 O: Output image register.
 M : Internal Memory bits
 SM: Special Memory bits
Tất cả các miền này đều có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ
kép.

1.2.3 Vùng đối tƣợng

Hình 3: Bảng mô tả vùng đối tượng của CPU

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các
giá trị tức thời , giá trị đặt trước của bộ đếm, timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các
thanh ghi của timer , bộ đếm , các bộ đếm tốc độ cao, bộ đếm vào ra tương tự và các
thanh ghi AC.
Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu đối tượng chỉ được ghi theo
mục đích cần sử dụng của đối tượng đó.

Trang 9


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1.3 Thực hiện chƣơng trình.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét . Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ
đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét , chương

trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (mend). Sau giai đoạn
thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được
kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra.
1-2.Nhập dữ liệu từ
ngoại vi vào bộ đệm ảo
1
4-1.Chuyển dữ liệu từ
bộ đệm ảo ra ngoại vi

4

2

2-3.Thực hiện
chương trình

3
3-4.Truyền thông
và kiểm tra lỗi

Hình 4: Chu trình vòng quét của PLC.

Như vậy , tại thời điển thực hiện lệnh vào/ ra , thông thường lệnh không thực hiện
trực tiếp với cổng vào /ra mà thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số .
Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1-2 và 4-1 do CPU
quản lí. Khi gặp lệnh vào/ ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác (
ngay cả chương trình sử lí ngắt) để thi hành lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra.
Nếu sử dụng các chế độ ngắt , chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt
được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chưong trình xử lí ngắt chỉ
được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ

điểm nào trong vòng quét.

Trang 10


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1.4 Cấu trúc chƣơng trình của S7-200.
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (Main
Program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình sử lí ngắt được trình
bày sau đây:
 Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh Mend.
 Chương trình con là một bộ phận của chương trình . Các chương trình con phải
được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (mend).
 Các chương trình sử lí ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng
ngắt thì chương trình này cũng được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính
(mend).
 Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính . Sau đó đến các chương trình ngắt . Bằng cách viết như vậy, cấu trúc
chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc kiểm soát chương trình
sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và các chương trình xử lí
ngắt ngay sau chương trình chính.
 Chương trình con được thực hiện khi chương trình chính gọi, chương trình con
này cũng có thể gọi chương trình con khác nhưng không lồng nhau quá 7 vòng.
 Chương trình ngắt sẽ có vị trí ưu tiên cao nhất và được thực hiện khi có tín
hiệu báo ngắt.

Trang 11

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Main Program

MEND
SBR0
RET

Chương trình con
thứ n+1

Chương trình con thứ
nhất

SBRn
RET
INT0

Chương trình ngắt
thứ nhất

RETI

Chương trình ngắt
thứ n+1

INTn
RETI

Hình 5 : Cấu trúc chương trình của PLC

Trang 12


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CAMERA

2.1. Khái niệm về Machine Vision
Khả năng quan sát của máy (Machine Vision), theo thuật ngữ thông thường, thì
chính xác là thế. Nó có thể được định nghĩa như máy móc với tập hợp mắt của chúng. Sử
dụng khả năng quan sát của chúng, máy móc kiểm tra khuyết tật sản phẩm bằng cách
phát hiện sự hiện diện hay vắng mặt (presence/absence) của các bộ phận, thực hiện đo
đạc, đọc mã v,v…Nó làm việc như thế nào, có vẻ dường như khá phức tạp ở cái nhìn đầu
tiên. Tuy nhiên, với một chút hiểu biết về quang học cơ bản thì nó lại không quá phức
tạp.
Mắt của máy chủ yếu tìm kiếm những thay đổi trong sự tương phản và sử dụng
một mặt phẳng hai chiều (2-dimensional plane) để làm việc đó. Những SoftSensor nói về
Camera (mắt của máy) làm thế nào để đánh giá những thay đổi về sự tương phản và đánh
giá chúng theo hướng nào. Camera thu thập thông tin từ ảnh và đánh giá nó theo những
qui ước mà người dùng định nghĩa. Bởi vì các hoạt động của Camera phụ thuộc nhiều
vào sự thay đổi độ tương phản, nó bắt buộc bạn phải điều chỉnh ánh sáng để Camera
(hoặc máy) có thể quan sát nhất quán và chặt chẽ sản phẩm.

Ảnh hoá và Pixel - Imaging and Pixels
Mỗi ảnh từ Vision Sensors có thể được xem như là một ma trận Pixel. Với các hệ
thống độ phân giải tiêu chuẩn, ảnh bao gồm 640 cột và 480 dòng Pixel (tổng cộng có trên
300,000 Pixels). Đối với hệ thống độ phân giải cao, ảnh chứa 1280 cột và 1024 dòng
Pixels (tổng cộng có khoảng 1,3 triệu Pixels!). Mỗi Pixel trong ảnh có thể được xem như
một nguồn thông tin; do đó, từ một ảnh có độ phân giải chuẩn, hệ thống nhận trên

300,000 điểm dữ liệu.
Đối với hệ thống grayscale (grayscale systems), mỗi Pixel cung cấp một giá trị số
từ 0 tới 255 được chuẩn hoá thành các giá trị từ 0 đến 100. Giá trị này là mức cường độ
của Pixel đó. Một giá trị cường độ của 0 tương ứng với màu hoàn toàn đen, một giá trị
cường độ của 100 tương ứng với màu trắng hoàn toàn và các giá trị trong khoảng giữa thì
tương ứng với 99 mức xám khác nhau (different shades of gray).

Trang 13


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đối với hệ thống màu, mỗi Pixel cung cấp 3 giá trị cường độ khác nhau: một cho
màu đỏ, một cho màu lam (blue) và một cho màu lục (green). Ba màu này tạo thành nội
dung RGB của Pixel đó. Gần như bất cứ màu nào đều có thể được thể hiện bởi sử dụng
hệ thống thích hợp cho các màu cơ sở (Red, Green và Blue). Sử dụng thông tin này
Vision Sensors kiểm tra ảnh để cung cấp cho người dùng một số tín hiệu phản hổi sự có
mặt/vắng của một thành phần, phát hiện khuyết tật, đọc/xác định mã v,v…)

2.2.Khái niệm về Vision Sensor
Vision Sensor là công cụ phần cứng đảm bảo chất lượng trong sản xuất, thu nhập
dữ liệu, và cung cấp thông tin cho tất cả các cấp doanh nghiệp. Thông tin này có thể lấy
dạng dữ liệu mức thiết bị (Device-level data) chẳng hạn giá trị kiểm tra đang được gửi tới
PLC hoặc dữ liệu điều khiển quá trình thống kê mức quá trình (Process-level Statistical
Process Control (SPC) data).

2.2.1. Newest hardare flatform : The VS 720 Series
Một số họ sản phẩm VS 720 bao gồm những Vision Sensors sau:










SIMATIC VS 721A
SIMATIC VS 722A
SIMATIC VS 723A
SIMATIC VS 723-2
SIMATIC VS 724
SIMATIC VS 721
SIMATIC VS 725
SIMATIC VS 72x-S

2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật của Series VS 720
Kích cỡ (size): 112mm x 60 mm x 30mm (chưa bao gồm thấu kính) + một dây cáp
50mm thêm vào khe hở lên đến 112mm (an additional 50 mm cable clearance added to
112mm)
Khung (mounting): 4 lỗ threaded M4- (Four M4 threaded holes) (đối với từng sản
phẩm), dày 7.9mm

Trang 14


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

 Trọng lƣợng (weight): 170g/6 oz (chưa bao gồm thấu kính).
 Yêu cầu nguồn cấp (Power requirements): 24 V DC quy định và tách biệt,

(210mA ở mức 24 Volts) (tương đương nguồn cung tối thiểu 5W – equivalent to
minium 5W supply), Cung cấp nguồn là cần thiết (bán riêng biệt-sold separately).
 Nhiệt độ khi hoạt động: 0-450C (32-1130 F), môi trường không ngưng tụ tối đa
500 C/1220 F
 Electronic shuttering: thời gian chụp ảnh 10s – 1s (VS 721A hỗ trợ rolling hoặc
global shuttering, rolling shuttering chỉ được dùng cho các ứng dụng chỉ mục).
 Quang học (optics): tiêu chuẩn CS mount, thấu kính C mount-capable với một
adapter (bán riêng biệt-sold separately).
 Cổng ngoài (External Ports): Nối chân 10 pin RJ-45 connector (nguồn và Digital
I/O), RJ-45 (truyền thông 10/100 megabit Ethernet, bộ nối TCP/IP protocol)
VS 72x-S: Truyền thông Industrial M12 x 8 10/100 Mbps Ethernet, bộ nối Industrial
M12 x 8 đối với nguồn và Digital I/O.
 Digital I/O: Quy định DC 24 Volts, 8 cổng inputs và outputs được cấu hình, NPN
(current sinking) đầu vào-inputs, PNP (current sourcing) đầu ra- outputs, tín hiệu
vùng trên động, inputs có thể xuống thấp 1.5mA và outputs có thể đến tối đa
50mA.
VS 70x-S: 6 inputs và outputs được cấu hình.

Cảnh báo: Người sử dụng nên dùng SIMATICVS 720 Digital I/O và cáp power (bán
riêng biệt-sold separately).
Bảng tóm lƣợc của Image Sensor.
Hệ
thống

Mô tả

Độ phân
giải

CDD Size

(Format)

Ram

Flash

VS
721A

Grayscale CMOS

640x480

CMOS 5x3.7mm
(1/3”)

32 MB

16
MB

VS
722A

Grayscale CCD

640x480

4.8x3.6 mm (1/3”)

32 MB

16
MB

VS
723A

High Speed Grayscale
CCD

640x480

4.8x3.6 mm (1/3”)

64 MB

16
MB

Trang 15


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

VS 7232

Medium Grayscale
Resolution CCD

1024x768

5.80 (H)x4.92 (V)
mm (1/3”)

64 MB

16
MB

VS 724

High Relotion
Grayscale CCD

1280x102 7.60 (H)x6.20 (V)
4
mm (1/2”)

64 MB

16
MB

VS 725

High Speed Color CCD 640x480

4.60 (H)x3.97 (V)
mm (1/4”)

64 MB

16
MB

VS 723S

Stainless Steel
Enclosed Grayscale
CCD with Fastest
Processor

640x480

4.8x3.6 mm (1/3”)

128 MB

16
MB

VS 724S

Stainless Steel
Enclosed High
Resolution Grayscale
CCD with Fastest
Processor

1280x102 7.60 (H)x6.20 (V)
4
mm (1/2”)

128 MB

16
MB

VS 725S

Stailess Steel Enlosed
Color CCD with
Fastest Processor

640x480

4.60 (H)x3.97 (V)
mm (1/4”)

128 MB

16
MB

2.3. Hoạt động của Camera
Như được đề cập trước thì Vision Sensor có thể bắt lấy hình ảnh và phân tích
chúng nhằm xác định có hay không một hình ảnh tốt hay xấu nào đó theo các thông số
mà người sử dụng chỉ ra. Đây là đầu ra của một Vision Sensor, từ đó người sử dụng có
thể tạo ra các hoạt động cần thiết (như là loại vật thể ra, lắp ráp sản phẩm, v.v…). Mục

đích của phần này chưa đề cập đến các chức năng của Vision Sensor. Hình 2-1 sau cho
thấy các phần hợp thành trong Vision Sensor.

Trang 16


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Hình 6: Sơ đồ tổ chức của Vision Sensor.
Ở cấp trên cùng (system level), chúng ta thấy các thông số hệ thống được phổ biến
tới mọi quá trình kiểm tra mà Vision Sensor đảm nhận, chúng tác động đến toàn bộ
phương thức hoạt động của Vision Sensor hơn là chỉ một quá trình kiểm tra nào đó. Tại
Product level, người sử dụng có thể thay đổi các thông số nhằm tác động đến một quá
trình kiểm tra nào đó như là một minh hoạ. Về bản chất, một Product liên quan đến một
quá trình kiểm tra, do đó, các thông số về Product chỉ tác động đến quá trình đó. Cuối
cùng, tại Sensor level, người sử dụng có thể thiết lập vài thông số cảm biến. Mỗi cảm
biến thực thi một phần việc của quá trình kiểm tra; đây là nơi mà các mảng của quá trình
kiểm tra được xác định, công việc này liên quan đến nhiệm vụ của SoftSensor.
Để minh họa cho chức năng này chúng ta nên xem xét một ví dụ. Vật thể trong
hình 2 bên dưới cần được kiểm tra. Đầu tiên, chúng ta cần xác nhận các lỗ khoan ở đầu
cuối bên trái nằm ở giữa theo phương đứng, cách nhau một khoảng xác định và một bán
kính xác định. Sau đó, chúng ta cần xác nhận nhãn ở đầu bên phải có ở giữa, được canh
đều và có mã số đúng. Cuối cùng, dữ liệu cụ thể từ mỗi quá trình kiểm tra phải được gửi
ra Vision Sensor bằng truyền thông Modbus (Modbus communication). Hiện tượng có
thực của các Product bên trong làm đơn giản hoá việc kiểm tra. Quá trình kiểm tra có thể
được tách ra thành hai nhóm, một cho vị trí ở đầu cuối bên trái và một ở đầu cuối bên
phải vật thể. Điều này cho phép người sử dụng kích hoạt (Trigger) Vision Sensor hai lần
khi vật thể chuyển động trên băng tải từ trái sang phải. Trigger đầu tiên xảy ra khi đầu

Trang 17

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

bên trái ở trước Vision Sensor và cái thứ hai xảy ra khi đầu bên phải ở trước Vision
Sensor.

Hình 7: Vật mẫu đƣợc tách thành hai quá trình kiểm tra.
Đây không chỉ là phần thêm vào quá trình xử lý mà còn cho phép sự kiểm tra
chính xác hơn bởi vì chúng ta có thể phóng lớn một phần vật thể lên, không cần thiết phải
là toàn bộ vật thể. Quá trình kiểm tra sau đó được tách ra thành các Product, một để kiểm
tra đầu bên trái và cái còn lại cho đầu bên phải. Để xác định có vấn đề nào xảy ra trên vật
thể hay không, các Product này cần dùng một số các SoftSensor. Đối với Product đầu
tiên, cả hai Math và Measurement SoftSensor là cần thiết để thực hiện quá trình này. Còn
đối với Product thứ hai, ngoài hai SoftSensor trên còn có thêm một SoftSensor đọc nhãn
(loại OCR SoftSensor) cần được sử dụng. Cuối cùng là gửi dữ liệu ra ngoài. truyền thông,
thông số của system level cũng cần được định cấu hình. Không kể đến việc kiểm tra được
thực hiện nơi nào, truyền tải dữ liệu sẽ được thực hiện.

2.3.1. Các chức năng ngõ vào
Ngõ vào của Vision Sensor phục vụ một trong 5 chức năng, sau đây là bảng tóm
tắt các chức năng:

Chức năng

Mục đích

Trang 18