Hệ Thống Phân Loại sản Phẩm Theo Màu Sắc Dùng Xử Lý Ảnh Với Laview Kết Hợp PLC

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

--------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC DÙNG XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP PLC

GVHD : Trần Thị Như Ha
SVTH : Phan Quốc Bảo
Lớp

: 07DHDT4

MSSV : 2002160165

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020



TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC DÙNG XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP PLC

GVHD: Trần Thị Như Ha
SVTH : Phan Quốc Bảo
Lớp

: 07DHDT4

MSSV: 2002160165

TP. HỜ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2020


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
TP.Hồ Chí Minh, ngày .… tháng ..… năm 2020
Giảng viên hướng dẫn

Trần Thị Như Ha

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

TP.Hồ Chí Minh, ngày .… tháng ..… năm 2020
Giảng viên phản biện

Trần Hoan

2


LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian học tập vừa qua, dưới sự tận tình chỉ dẫn, dìu dắt của thầy cơ
trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ
ích, kinh nghiệm trong những buổi học ở mỗi ngày em đến trường. Đó cũng là món
q lớn mà thầy cơ đã dành tặng cho em và em rất cảm ơn thầy cô và Nhà trường đã
tạo điều kiện để em có nhiều trải nghiệm thú vị có rất nhiều điều học hỏi để phục vụ
cho công việc sau này của em.
Em xin chân thành cám ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử,
đặc biệt là em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô Trần Thị Thu Hà, cảm ơn cô đã không
ngại bỏ ra thời gian để hướng dẫn em hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, chỉ dẫn
trực tiếp bài bản để em có thể thực hiện tốt bài báo cáo cũng như hiểu biết thêm các
kiến thức chuyên sâu giúp em có thể tự tin hơn trong cơng việc sau này.
Cuối cùng em xin kính chúc Quý Thầy Cô trong khoa Công nghệ Kỹ thuật Điện
– Điện tử nói riêng và Q Thầy Cơ trong tồn trường lời chúc sức khỏe và thành
cơng.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020
Tác giả

Phan Quốc Bảo

3


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Xử lý ảnh là lĩnh vực mà ngày nay được phát triển và ứng dụng rất rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thống
máy tính, các thuật tốn và trí ṭ nhân tạo được phát triển bởi các nhà khoa học trên
thế giới. Ở Việt Nam, các ứng dụng về xử ảnh đã bước đầu được triển khai trên một số
lĩnh vực như lắp đặt hệ thống nhận dạng biển biển số xe ở các bãi đổ xe, hệ thống
giám sát nhận dạng vi phạm giao thông, hệ thống kiểm tra sản phẩm trong một số nhà
máy … môn học xử lý ảnh ở các trường đại học được xem là môn học bắt buộc ở một
số ngành như công nghệ thông tin, điện tử viễn thơng …Tuy nhiên nhìn một cách
khách quan thì số lượng các ứng dụng được triển khai trên thực tế là q ít ỏi, lĩnh vực
này sẽ cịn phát triển mạnh mẽ trong tương lai nếu như được quan tâm một cách
nghiêm túc.
Phân loại sản phẩm cũng là một vấn đề cần giải quyết sao cho việc phân loại
ngày càng nhanh chóng và chuẩn xác. Để đạt được điều đó, thì việc phân loại sản
phẩm dùng xử lý ảnh là một phương pháp ngày càng phổ biến..
Hệ thống bao gồm các thiết bị chuyên dụng trong phân loại sản phẩm, PLC S71200 1214 AC/DC/Rly ,camera chuyên dụng và labview chạy trên máy vi tính. Trong
đó camera thu nhận hình ảnh xử lý phân màu trên labview của máy vi tính, gửi tín hiệu
cho PLC dựa trên cơ sở đó để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm.
Đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng xử lý ảnh kết hợp PLC”.
Đề tài trình bày về các khái niệm chung về xử lý ảnh và khai thác thư viện hỗ trợ của
labview, xây dựng và giải quyết bài tốn phát hiện màu, phân loại sản phẩm.
Khóa luận bao gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Các phương pháp điều khiển
Chương 4 : Kết quả và biện luận
Chương 5: Kết luận và đề nghị
4


MỤC LỤ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..........................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN............................................................ii
LỜI CÁM ƠN.............................................................................................................iii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI.....................................................................................................iv
MỤC LỤC.................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................viii
Chương 1: GIỚI THIỆU.............................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của khóa luận tốt nghiệp........................................................................1
1.3. Phạm vi của khóa luận tốt nghiệp.........................................................................2

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................3
2.1. Thu thập và xử lý ảnh dùng phần mềm Labview.................................................3
2.1.1. Tóm tắt...............................................................................................................3
2.1.2. Giới thiệu...........................................................................................................3
2.1.3. Thu thập hình ảnh..............................................................................................3
2.1.4. Xử lý ảnh...........................................................................................................5
2.1.4.1. Thư viện cơng cụ hình ảnh của Labview.........................................................5
2.1.4.2. Phân tích màu sắc............................................................................................6
2.1.4.3. Nhận dạng vật mẫu (pattern matching)...........................................................6
2.2. Sơ lược về OPC....................................................................................................8
2.3. Giao thức OPC UA...............................................................................................9

2.4. Linh kiện sử dụng.................................................................................................9
2.4.1. Bộ điều khiển khả trình PLC S7-1200 1214 AC/DC/RLY................................9
2.4.1.1. Thông tin cơ bản.............................................................................................9
2.4.1.2. Chuẩn truyền dẫn..........................................................................................10
2.4.1.3. Các cơng cụ điều khiển tích hợp...................................................................10
2.4.1.4. Phần mềm TIA portal lập trình cho PLC S7-1200........................................11
2.5.1. Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON DS30C4.........................................11

5


2.5.4. Camera.............................................................................................................14
2.5.5. Đèn Báo 24V...................................................................................................14
2.5.6. Nguồn tổ ong 24VDC-5A................................................................................15
2.5.7. Bình chứa khí nén...........................................................................................15
2.6. Giới thiệu về phần mềm Labview.......................................................................16
2.6.1. Đơi nét về Labview..........................................................................................16
2.6.2. Các điểm mạnh của Laview.............................................................................17
2.6.3. Thiết kế giao diện giám sát mơ hình xử lý ảnh và phân loại sản phẩm bằng
Labview.......................................................................................................................17

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN..................................................19
3.1. Giải thuật và điều khiển......................................................................................19
3.1.1. Hoạt động của hệ thống...................................................................................19
3.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống..................................................................................19
3.1.3. Quy ước ngõ vào ra của PLC............................................................................19
3.2. Sơ đồ kết nối........................................................................................................22

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN...................................................................23
4.1. Giới thiệu mơ hình..............................................................................................23

4.2. Kết quả đạt được.................................................................................................24
4.2.1. Thơng số của mơ hình......................................................................................24
4.2.2. Kết quả sau khi chạy........................................................................................25

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.....................................................................26
5.1. Kết quả đạt được.................................................................................................26
5.2. Đề nghị................................................................................................................27
Hướng phát triển đề tài trong tương lai:.....................................................................27

PHỤ LỤC...................................................................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................35

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. VI dùng để thu thập ảnh..............................................................................................4
Hình 2.2. Sử dụng chức năng thu thập hình ảnh từ camera khi sử dụng khối Vision Acquisiton
.....................................................................................................................................................5
Hình 2.3. Thuộc tính của khối Vision Acquisitio........................................................................5
Hình 2.4. Khối chức năng của hệ thống tự động nhận dạng màu sắc và kết quả khi nhận diện
màu đỏ.........................................................................................................................................6
Hình 2.5. VI dùng để theo dõi vật mẫu.......................................................................................7
Hình 2.6. Hình ảnh mơ tả OPC server........................................................................................8
Hình 2.7. Hình ảnh mơ tả OPC server UA..................................................................................9
Hình 2.8. Hình ảnh thực tế của PLC S7-1200 AC/DC/RLY.....................................................10
Hình 2.9. Giao diện khởi động của phần mềm TIA Portal v14.................................................11
Hình 2.10. Hình ảnh thực tế cảm biến vật cản OMDHON DS30C4........................................12
Hình 2.11. Hình ảnh thực tế động cơ ZYTD520.......................................................................12
Hình 2.12. Băng chuyền 50cm..................................................................................................13

Hình 2.13. Hình ảnh thực tế van và pittong khí nén.................................................................13
Hình 2.14. Hình ảnh thực tế camera.........................................................................................14
Hình 2.15. Hình ảnh thực tế đèn báo 24V.................................................................................14
Hình 2.16. Hình ảnh thực tế nguồn 24VDC-5A.......................................................................15
Hình 2.17. Hình ảnh thực tế bình chứa khí nén........................................................................16
Hình 2.18. Hình ảnh về phần mêm Labview...........................................................................16
Hình 2.19 Hình ảnh thực tế giao diện giám sát của mơ hình mơ hình xử lý ảnh và phân loại
sản phẩm được thiết kế bằng Labview......................................................................................18
Hình 3.1. Sơ đồ kết nối của hệ thống........................................................................................22
Hình 4.1. Hình ảnh thực tế về hệ thống khi hồn thiện............................................................23
Hình 4.2. Giao diện Labview theo dõi hệ thống.......................................................................23
Hình 4.3. Hình ảnh thực tế khi hệ thống hoạt động..................................................................24



7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Danh sách quy ước các ngõ vào, ra trên PLC……...........................19

8


Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Xử lý ảnh là lĩnh vực mà ngày nay được phát triển và ứng dụng rất rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thống
máy tính, các thuật tốn và trí ṭ nhân tạo được phát triển bởi các nhà khoa học trên
thế giới. Ở Việt Nam, các ứng dụng về xử ảnh đã bước đầu được triển khai trên một số

lĩnh vực như lắp đặt hệ thống nhận dạng biển biển số xe ở các bãi đổ xe, hệ thống
giám sát nhận dạng vi phạm giao thông, hệ thống kiểm tra sản phẩm trong một số nhà
máy … môn học xử lý ảnh ở các trường đại học được xem là môn học bắt buộc ở một
số ngành như công nghệ thông tin, điện tử viễn thơng …Tuy nhiên nhìn một cách
khách quan thì số lượng các ứng dụng được triển khai trên thực tế là quá ít ỏi, lĩnh vực
này sẽ còn phát triển mạnh mẽ trong tương lai nếu như được quan tâm một cách
nghiêm túc.
Phân loại sản phẩm cũng là một vấn đề cần giải quyết sao cho việc phân loại
ngày càng nhanh chóng và chuẩn xác. Để đạt được điều đó, thì việc phân loại sản
phẩm dùng xử lý ảnh là một phương pháp ngày càng phổ biến..
Hệ thống bao gồm các thiết bị chuyên dụng trong phân loại sản phẩm, PLC S71200 1214 AC/DC/Rly ,camera chuyên dụng và labview chạy trên máy vi tính. Trong
đó camera thu nhận hình ảnh xử lý phân màu trên labview của máy vi tính, gửi tín hiệu
cho PLC dựa trên cơ sở đó để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm.
Đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng xử lý ảnh kết hợp
PLC”. Đề tài trình bày về các khái niệm chung về xử lý ảnh và khai thác thư viện hỗ
trợ của labview, xây dựng và giải quyết bài toán phát hiện màu, phân loại sản phẩm.
1.2. Mục tiêu của khóa luận tốt nghiệp
-

Tìm hiểu, sử dụng và lập trình được PLC S7-1200 1214 AC/DC/Rly để điều khiển

-

hệ thống phân loại sản phẩm
Tìm hiểu, lập trình được phần mềm Labview và sử dụng các cơng cụ cũng như thư

-

viện thêm của Labview để lập trình được hệ thống phân màu sắc sản phẩm.
Sử dụng được các cảm biến, hệ thống khí nén và hệ thống cơ cấu cơ khí để thực

-

hiện mơ hình.
Thiết kế và thi cơng được phần cơ khí của một hệ thống phân loại sản phẩm

1


1.3. Phạm vi của khóa luận tốt nghiệp
Trong phạm vi khóa luận và điều kiện thực hiện ta sẽ thực hiện phân loại ba
loại sản phẩm theo các màu là đỏ, vàng và xanh dương. Camera sử dụng loại web cam
thông thường, cảm biến hồng ngoại, động cơ băng tải sử dụng động cơ DC 24, van
điện từ và pittong khí nén.
Đề tài này phục vụ cho việc điều khiển phân loại sản phẩm theo màu sắc cho
quy mơ phịng thí nghiệm

2


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Thu thập va xử lý ảnh dùng phần mềm Labview
2.1.1. Tóm tắt
Các ứng dụng liên quan đến thu thập và xử lý hình ảnh theo thời gian thực được
sử dụng rộng rãi trong robot phục vụ (vệ sinh, trong nom nhà cửa, công nghiệp thực
phẩm, tìm kiếm cứu nạn,...) robot cơng nghiệp. Việc sử dụng các ứng dụng này giúp
cho các hệ thống quan sát và nhận biết rõ về môi trường làm việc qua đó sẽ có sự
tương tác hiệu quả hơn. Ngồi ra các ứng dụng này còn là các điều kiện cần thiết cho
sự phát triển các ứng dụng đa ngành khác.Việc lập trình cho các ứng dụng này là vơ
cùng phức tạp khi sử dụng các phần mềm như: “Matlab, OpenCV, Mathcad, OpenCV,

Mathcad, DirectShow. Tuy nhiên dùng công cụ IMAQ Vision toolbox trong phần mềm
Labview tạo ra cái VI (Vỉrtual Instrument) sẽ giúp cho việc tạo các ứng dụng này một
cách dễ dàng.
2.1.2. Giới thiệu
Labview đã tập trung phát triển bộ công cụ Vision/ Vision and Motion bao gồm
các công cụ liên quan đến thu thập và xử lý ảnh. Bước đầu tiên trong các ứng dụng
liên quan đến hình ành đó là việc thu thập chúng. Trong Vision Toolkit có bốn phương
pháp để thu thập bao gồm: Snap, Grab, Sequence and StillColor. Dùng IMAQ Snap để
thu thập hình ảnh là phương pháp đơn giàn nhất tuy nhiên nó chỉ áp dụng cho các ứng
dụng đòi hỏi tốc độ thu thập chậm hay FPS (Frames Per Second) nhỏ. Phương pháp
thu thập dùng IMAQ Grab được áp dụng trong việc hiển thị các hình ảnh trực tiếp.
Trong trường hợp biết số lượng ảnh trong một giây cần thu thập thi sử dụng phương
pháp IMAQ Sequence. Việc sử dụng phương StillColor khi cần thu thập các hinh ảnh
tử các camera thong thường (NTSC or PAL video) thay vì các camera chuyên dụng và
đắt đỏ (RGB camera). Sau khi các hình ảnh được thu thập chúng sẽ được xử lý để phù
hợp với các ứng dụng cụ thể. Các xử lý ảnh thường gặp thường là: Nhận dạng vật mẫu,
màu sắc, các kí tự và tinh tốn khoảng cách,... Bộ cơng cụ này có thể xử lý với các
kiểu hình ảnh gồm ảnh đen trắng, ảnh xám dạng 8 bit và ảnh màu.
2.1.3. Thu thập hình ảnh
Với Labview hình ảnh có thể thu thâp từ các tập tin được lưu trữ trên ổ đĩa cứng

3


hoặc từ camera. Phần mềm LabVIEW sẽ tự động nhận dạng và làm việc với các
camera chuyên dụng của hãng NI, camera giao tiếp thơng qua cổng USB, camera tích

a

c

b

Hình 2.1. VI dùng để thu thập ảnh

hợp sẵn trong máy và camera có IP (Internet Protocol). Hình 2.1 a chỉ ra ví dụ VI
được viết trên Labview để thu thập ảnh tử 6 đĩa cứng D trên mày tính sử dụng IMAQ
toolbox. Có hai khối quan trong: khối đầu tiên IMAQ Create block nåm trong Vision
and Motion/Vision Utilies/Image Management có chức năng tạo ra một ảnh mới với
các loại hình ảnh Graysclae, HSL, RGB,... Thông qua thao tác lựa chọn đầu vào cho
khôi này. Khối tiếp theo là IMAQ Read Image nằm trong Vision and Motion/Vision
Utiities/FNes. Khối này có nhiệm vụ mở ảnh được lưu giữ trên máy tính theo đường
dẫn.
Hình 2.1 c là sơ đồ chức năng của VI để thu thập hình ảnh từ camera. Thơng
qua đó có thể chọn các camera có sẵn đang giao tiếp với máy tính cũng như kiểu hình
ảnh thơng qua các đâu vào của các khối.
Ngồi ra chúng ta có thể dùng khối NI Vision Acquisition Express nằm trong
thư viện Vision/Vision/Express toolbox. Đây là cách đơn giản nhất để thiết lập các
tham số , đặc tính cho hình ảnh khi thu thập. Thuộc tính của khối này gồm: “Select
Acquisition Source” cho phép lựa chọn Camera để thu thập hình ảnh , tiếp theo "
Select Acquisition Type " cho phép lựa chọn chế độ đề hiền thị hình ảnh (gồm: hiển thị
một ảnh tại thời điểm ban đầu, hiển thị liên tục theo thời gian hay hiển thị số ảnh nhất
định cho trước.
4


Thuộc tính của khối này gồm: “Select Acquisition Source” cho phép lựa chọn
Camera để thu thập hình ảnh , tiếp theo “Select Acquisition Type” cho phép lựa chọn
chế độ đề hiền thị hình ảnh (gồm: hiển thị một ảnh tại thời điểm ban đầu, hiển thị liên

Hình 2.2. Sử dụng chức năng thu thập hình ảnh từ camera khi sử dụng khối
Vision Acquisiton

Hình 2.3. Thuộc tính của khối Vision Acquisition

tục theo thời gian hay hiển thị số ảnh nhất định cho trước). Thuộc tính “Configure
Acquisition Settings” dùng để thiết lập các thơng số như kích thước, độ sáng, độ tương
phản, cân bằng trắng, độ nghiêng. Thuộc tính cuối cùng là “Select Controls/Indicators”
cho phép lựa chọn cách thức điều khiển cũng như hiển thị trong quá trình xủ lý ảnh
(Hình 2.2 và Hình 2.3).
2.1.4. Xử lý ảnh
2.1.4.1. Thư viện cơng cụ hình ảnh của Labview
Trong thư viện này cung cấp rất nhiều khối chức năng thực hiện cho xử lý ảnh.
Thư viện Image Processing cung cấp công cụ cho việc phân tích hình học các vật, biểu
5


đồ màu sắc, các bộ lọc, xử lý màu sắc, các bộ phân tích ảnh, các hàm tốn học giúp
việc nhân chia cộng trừ các tham số trong ảnh, làm mịn ảnh cũng như lựa chọn vùng
ảnh cần phân tích. Ngồi ra cịn có rất nhiều các cơng cụ khác khi tải trên thư viện của
người sử dụng trên khắp thế giới như là dynamic microscopy in brain research, image
averaging with LabVIEW, and quicktime for LabVIEW.
2.1.4.2. Phân tích màu sắc

Hình 2.4. Khối chức năng của hệ thống tự động nhận dạng mau sắc va kết quả
khi nhận diện mau đỏ

Chương trình nhận dạng màu sắc được lập trình trên Labview được trình bày tại
hình 2.4. Có thể nhận thấy rằng với việc dùng phần mềm Labview việc nhận dạng màu
là hết sức đơn giản với việc chỉ cần sử dụng 2 khối Vision Express và Vision Assistant

và một chương trình cho đặt tham số màu sắc (Hue). Hình 2.4 hiển thị kết quả khi
muốn nhận diện màu đỏ trong bức ảnh. Để thay đổi các giá trị Min và Max trong hình
2.4 cho phép xác định chính xác hơn tất cả các màu sắc cụ thể.
Ngồi ra khối này cịn có thể chỉ cho phép hiển thị các vật thể có kích thước cụ
thể hay tìm và xác định vị trí tâm của vật thể đó thơng qua việc chọn và cài đặt cho
khối Vision Assistant. Đây là một trong những ứng dụng vơ cùng quan trọng. Nó được
sử dụng rất nhiều trong các bài tốn phân tích và điều khiển.
2.1.4.3. Nhận dạng vật mẫu (pattern matching)
Có rất nhiều các ứng dụng khi sử dụng chương trình trong đời sống hàng ngày,
như việc giám sát cho các tài xế lái xe ngăn chặn tai nạn khi họ buồn ngủ, trong các

6


môn thể thao cũng như ứng dụng trong quân sự...
Trên hình 2.5 trình bày chương trình nhận dạng vật mẫu khi dùng 2 khối chính
là Vision Express và Vision Assistant. Khổi chức năng của chương trình này được thể
hiện tại hình 2.5a. Trong khối chức năng này có đoạn code với ngôn ngữ khá gần với
Matlab để lưu lại quỹ đạo khi vật mẫu chuyển động. Để chọn vật mẫu cho hệ thống
theo dõi là vào thuộc tính của khối Vision Asistant và lựa chọn (Hình 2.5b).
Tiến hành chạy chương trình khi cho vài mẫu di chuyển trước màn hình của
camera. Kết quả được thể hiện trên hình 2.5c và 2.5d. Với ứng dụng này nó cho phép
theo dõi và vẽ ra quỹ đạo các vật mẫu được lựa chọn trước đang chuyển động từ đó
làm cơ sở cho việc tính tốn vận tốc, xác định vị trí. Ngồi ra dữ liệu này cịn có thể
lưu vào dưới dạng file Excel gửi thông tin về tọa độ theo thời gian hay các thơng tin
khác phụ thuộc vào các bài tốn thực tế.

b

a

d

c

Hình 2.5. VI dùng để theo dõi vật mẫu
7


2.2. Sơ lược về OPC
OPC là viết tắt của OLE for Process Control, với OLE là Object Linking and
Embedding. OLE dựa trên tiêu chuẩn Windows COM (Component Object Model) của
Microsoft. OPC là một chuẩn giao diện phần mềm cho phép giao tiếp dữ liệu có tính
tin cậy cao giữa các chương trình Windows và các thiết bị cơng nghiệp.
OPC được thực thi trong các cặp client/server. Máy chủ OPC (server) là một
chương trình chuyển đổi giao thức truyền thơng phần cứng được PLC sử dụng vào
giao thức OPC.
Phần mềm máy khách OPC là một chương trình kết nối với phần cứng, chẳng
hạn như màn hình HMI. Máy khách OPC giao tiếp với máy chủ OPC để nhận dữ liệu
hoặc gửi lệnh đến phần cứng.
OPC hiện có hai kiểu chủ đạo đó là: OPC classic và OPC UA ( Unified
Architecture). Trong đề tài này, chỉ sử dụng OPC UA, do đó sẽ khơng đề cập đên OPC
classic.

Hình 2.6. Hình ảnh mơ tả OPC server

8


2.3. Giao thức OPC UA

OPC UA (Unified Architecture) là một chuẩn công nghệ truyền thông được phát
hành bởi OPC Foundation từ năm 2006, được nâng cấp và cải tiến từ chuẩn OPC
Classic đã được phát triển trước đó. Nó bao gồm tất cả các tính năng của OPC Classic.
OPC UA là một cơ chế mở, đáng tin cậy và rất an tồn để truyền thơng tin giữa
server (máy chủ) và client (máy khách).

Hình 2.7. Hình ảnh mơ tả OPC server UA

2.4. Linh kiện sử dụng
2.4.1. Bộ điều khiển khả trình PLC S7-1200 1214 AC/DC/RLY
2.4.1.1. Thông tin cơ bản
-

14 ngõ vào số 24 VDC

-

10 ngõ ra số 24 VDC

-

2 ngõ vào tương tự 0-10 VDC

-

Ngơn ngữ lập trình: FBD, LADDER, SCL

-

6 bộ đếm tốc độ cao HSC (high speed counter) dùng ddeeer đọc xung tốc độ cao

cao từ encoder trong việc điều khiển động cơ.

-

Có cổng kết nối encoder (loại 2 dây)

9


Hình 2.8. Hình ảnh thực tế của PLC S7-1200 AC/DC/RLY

-

Có 3 đèn báo: đèn báo Run/stop, đèn báo lỗi, đèn báo duy trì( bảo dưỡng).

-

Bộ nhớ trong: 100 KB
2.4.1.2. Chuẩn truyền dẫn
Hỗ trợ các mạng truyền thông, kết nối protocols: PROFINET, PROFIBUS,

MODBUS, AS- interface, OPC server UA v5.1
Ngồi ra cịn có: TCP/IP, SNMP, DCP, LLDP.
Nguồn cấp: Xoay chiều 85 – 264V AC
2.4.1.3. Các cơng cụ điều khiển tích hợp
Để đơn giản hóa việc lập trình, điều khiển các chương trình theo yêu cầu thực
tế, nhà sản xuất đã tích hợp các cơng cụ điều khiển. các cơng cụ đó bao gồm:
-

Bộ điều khiển PID (PID controller):

Là bộ điều khiển vòng kín, điều khiển ba thơng số P,I,D để đưa ra tín hiệu điều khiển
chuẩn sát nhất có thể. Bộ điều khiển này được tích hợp dưới dạng module trong bộ
CPU S7-1200 1214 AC/DC/RLY.
-

Bộ điều khiển vị trí (controlled positoning):

Là bộ module điều khiển tích hợp trong PLC S7-1200, ứng dụng trong điều khiển một
cách chính xác vị trí của động cơ xoay chiều
-

Web server:

10


Là một tính năng đã khá phổ biến trong nền công nghiệp hiện nay, cho phép
người dùng giám sát và điều khiển hoạt động của PLC thông qua một trong web.
Người dùng có thể truy cập đến trang web này thơng qua bất kỳ thiết bị nào có
thể kết nối internet và có một trình dụt nào đó, ví dụ như: máy tính, điện thoại thơng
minh, máy tính bảng v.v…..
2.4.1.4. Phần mềm TIA portal lập trình cho PLC S7-1200
TIA portal là một phần mềm được phát triển bởi Siemens, dùng để viết chương
trình điều khiển cho các dịng PLC S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400….
Ngồi ra nó cịn được dùng để viết giao diện cho màn hình HMI và WinCC của hãng
Siemens.

Hình 2.9. Giao diện khởi động của phần mềm TIA Portal v14

2.5.1. Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON DS30C4
Đặc điểm kỹ thuật:
-

Khoảng cách phát hiện: 5 – 30 cm

-

Loại ngõ ra: dịng kích 300 mA

-

Điện áp hoạt động: 20… 30 VDC
11


-

Nhiệt độ hoạt động: -25 to 70 ℃

-

Ngõ ra: cực thu hở, kết nối 3 dây.

-

Chuẩn bảo vệ: IP65

-

Bằng nhựa

-

Chiều dài: 7cm

-

Đường kính: 2cm

Hình 2.10. Hình ảnh thực tế cảm biến vật cản OMDHON DS30C4

2.5.2. Băng chuyền sử dụng động cơ ZYTD520

Hình 2.11. Hình ảnh thực tế động cơ ZYTD520

12


Thơng số kỹ thuật
- Điện áp 12VDC
- 200 vịng/phút

Hình 2.12. Băng chuyền 50cm

2.5.3. Van va pittong khí nén

Hình 2.13. Hình ảnh thực tế van va pittong khí nén

Thơng số kỹ thuật

13


-

Điện áp 24VDC
Chiều dài pittong: 15cm
Đường kính ống đẫn khí 4mm.
2.5.4. Camera

Hình 2.14. Hình ảnh thực tế camera

Độ phân giải của camera là 480p
2.5.5. Đèn Báo 24V

Hình 2.15. Hình ảnh thực tế đèn báo 24V

Thông số kỹ thuật:
-

Loại: AD16-16C
Điện áp: 24VAC/DC
Ánh sáng: LED
14