TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhận dạng và phân loại sản phẩm thông qua xử lý ảnh ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam, với nhiều ứng dụng trong công nghiệp như xác định chất lượng gạch men, đếm linh kiện điện tử và phát hiện lỗi trên bo mạch Ngoài ra, công nghệ này còn được sử dụng trong đời sống hàng ngày, chẳng hạn như đếm số lượng cá giống và nhận diện biển số xe.
Trên toàn cầu, tự động hóa đã được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực từ nông nghiệp đến công nghiệp, bao gồm cả những công việc đơn giản lẫn phức tạp Trong lĩnh vực nhận dạng và phân loại, nhiều thiết bị chuyên dụng như đầu đọc mã vạch và hệ thống camera độ phân giải cao đã được phát triển Những ứng dụng tiêu biểu bao gồm hệ thống phân loại thư từ, phân loại hành lý theo mã vạch tại sân bay, và quản lý chất lượng sản phẩm trong sản xuất công nghiệp.
MỤC TIÊU
Mục tiêu của nhóm là thiết kế và thi công mô hình nhận dạng và phân loại sản phẩm, nhằm đạt được tốc độ xử lý nhanh chóng và độ chính xác cao.
Nhận dạng và đếm được các loại sản phẩm lỗi: Lỗi thiếu số lượng sản phẩm, lỗi logo, lỗi barcode
Sử dụng camera để chụp ảnh sản phẩm và xử lý hình ảnh thông qua phần mềm LabVIEW, dữ liệu sau khi xử lý được kết nối với PLC nhằm điều khiển các cơ cấu chấp hành.
Tìm hiểu sâu về PLC S7-1200 và ứng dụng của nó trong thực tế, bao gồm việc điều khiển và giám sát hệ thống thông qua giao diện LabVIEW và Webserver.
Xuất dữ liệu hoạt động của hệ thống qua các file đọc như Notepad, Excel,
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14, LabVIEW và cảm biến vật cản hồng ngoại
- Phương thức truyền dữ liệu từ LabVIEW vào PLC bằng Modbus
- Tìm hiểu về Webserver PLC S7-1200
- Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm bao gồm băng tải, cảm biến, xi lanh,
- Thiết kế buồng đặt camera nhận sản phẩm
- Thiết kế sơ đồ đi dây cho PLC và các thiết bị ngoại vi
- Thiết kế chương trình xử lý ảnh bằng LabVIEW
- Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC
- Thiết kế giao diện điều khiển trên Webserver
- Chạy thử nghiệm mô hình
- Đánh giá kết quả thực hiện và hướng mở rộng
GIỚI HẠN
- Mô hình phân loại quy mô nhỏ
- Phân loại theo 3 lỗi: Sản phẩm, Barcode, Logo
- Sử dụng 2 camera Webcam để đọc sản phẩm.
BỐ CỤC
Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu đề tài, giới hạn và bố cục đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Xử lý ảnh là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh và phân tích dữ liệu hình ảnh PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình mạnh mẽ, hỗ trợ việc tự động hóa trong các hệ thống điều khiển điện khí nén Hệ thống này bao gồm các thiết bị thiết yếu như cảm biến và động cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển quy trình Việc hiểu rõ về các thành phần này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Thiết kế bản vẽ cho mô hình tủ điện bao gồm việc lựa chọn kích thước phù hợp với linh kiện bên trong Cần lập sơ đồ khối để tính toán các thông số công suất của thiết bị điều khiển hệ thống điện và lựa chọn các thiết bị tương ứng với công suất cho mô hình.
Chương 4: Thi công hệ thống
Trong chương này, chúng ta sẽ thi công các phần điều khiển và mạch động lực của hệ thống, đồng thời xây dựng lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển Khi mô hình và chương trình điều khiển hoàn thiện, chúng ta sẽ thực hiện các bước cần thiết để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả Tiếp theo, hướng dẫn các thao tác nhằm hoàn thiện mô hình sẽ được cung cấp Cuối cùng, việc tính toán và lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp, cũng như chuẩn bị thiết bị điện và dụng cụ hỗ trợ cho quá trình thi công mô hình sẽ được thực hiện.
Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá trình bày những kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu, kèm theo một số hình ảnh minh họa cho hệ thống Bên cạnh đó, chương này cũng đưa ra những nhận xét và đánh giá tổng thể về hiệu quả và tính khả thi của toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Bài viết trình bày kết quả của thiết bị, bao gồm những yêu cầu đã đạt được và chưa đạt được từ cả phần cứng lẫn phần mềm Từ đó, bài viết đưa ra nhận xét về nguyên nhân của những vấn đề chưa đạt và đề xuất các biện pháp khắc phục Đồng thời, tiến hành so sánh kết quả thực tế trong quá trình thực hiện đồ án với những lý thuyết đã được đề ra.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học mới nhưng phát triển nhanh chóng, với ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ.
Quy trình xử lý ảnh bao gồm các bước cơ bản sau:
Hình 2 1: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh
- Phần thu nhận ảnh: Có thể thu nhận ảnh màu hoặc đen trắng qua Camera Chất lượng hình ảnh phụ thuộc vào thiết bị thu, ánh sáng
- Tiền xử lý: Có chức năng lọc nhiễu, nâng độ tương phản nhằm làm cho anh rõ hơn, nét hơn, sáng hơn
- Phân đoạn ảnh: Có chức năng phân tách ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh
- Xử lý ảnh: Có chức năng loại bỏ nhiễu xung quanh đối tượng cần xử lý, giúp biểu diễn các đặc tính của ảnh chi tiết hơn
Nhận dạng ảnh là quá trình so sánh hình ảnh hiện tại với các mẫu chuẩn đã được lưu trữ trước đó Nội suy dựa trên kết quả nhận dạng để đưa ra những phán đoán chính xác hơn về hình ảnh.
- Cơ sở trí thức: Xây dựng và mở rộng các phương pháp tiếp nhận và xử lý ảnh theo trí tuệ con người
2.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
- Điểm ảnh: là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định
- Ảnh (Picture): Được cấu thành từ các điểm ảnh
- Độ phân giải của ảnh: là số điểm ảnh nằm trên diện tích 1-inch được tính bằng ppi (pixels per inch)
- Mức xám của điểm ảnh: Là cường độ sáng của điểm ảnh được gán trị số tại điểm đó Các thang giá trị mức xám: 16, 32, 64, 128, 256
- Khử nhiễu: Với nhiễu hệ thống là nhiễu có quy luật → khử bằng các phép biến đổi.Với nhiễu ngẫu nhiên không rõ nguyên nhân → dùng các phép lọc
2.1.3 Thuật toán xử lý số lượng sản phẩm
Hình 2 2: Mô tả thuật toán xử lý số lượng sản phẩm
- Chuyển ảnh màu sang ảnh xám
+ Phương trình chuyển đổi một ảnh màu RGB thành ảnh xám, áp dụng với mọi điểm ảnh:
+ Ứng với mỗi giá trị RGB sẽ cho ra giá trị ảnh xám Y khác nhau
+ Chuyển ảnh màu sang ảnh xám từng điểm ảnh một cho đến khi hết khung ảnh
- Tìm kiếm ảnh: Quá trình này bao gồm 2 giai đoạn: Learning và Matching
Thuật toán trích xuất giá trị ảnh xám từ ảnh mẫu giúp thiết lập và lưu trữ thông tin ảnh kiểm tra, với thông tin này được lưu trữ dưới dạng ảnh mẫu trong giai đoạn này.
Thuật toán Matching sẽ trích xuất giá trị ảnh xám từ ảnh kiểm tra, sau đó tìm kiếm sự tương đồng với ảnh mẫu Nó định vị các vùng trong ảnh kiểm tra, và xác định đối tượng tại nơi có sự tương quan cao nhất.
Quá trình tìm kiếm ảnh sẽ xuất ra số lượng ảnh tương ứng với các đối tượng giống nhau trong khung hình, dựa trên điểm số phù hợp của từng đối tượng.
Xử lý và đưa ra kết quả bằng cách xuất ra số lượng hình ảnh tương đồng với ảnh mẫu, từ đó chúng ta có thể so sánh với giá trị đã đặt ra cho đề tài.
2.1.4 Thuật toán xử lý mã vạch
Hình 2 3: Mô tả thuật toán xử lý mã vạch
- Quá trình từ thu ảnh đến tìm kiếm ảnh trong xử lý mã vạch giống với quá trình xử lý số lượng sản phẩm
Mã vạch là một ký hiệu bao gồm các khoảng trắng và vạch thẳng, dùng để biểu diễn chữ cái, ký hiệu và con số Sự thay đổi độ rộng của các vạch và khoảng trắng giúp truyền đạt thông tin mà máy có thể đọc được.
- Xử lý và đưa ra kết quả: Xuất thông tin mã vạch được mã hóa và so sánh với bộ mã hóa chuẩn
2.1.5 Thuật toán xử lý Logo
Hình 2 4: Mô tả thuật toán xử lý Logo
- Quá trình từ thu ảnh đến tìm kiếm ảnh trong xử lý nhãn hiệu giống với quá trình xử lý số lượng sản phẩm
- So sánh với ảnh gốc: Quá trình tìm kiếm ảnh sẽ xuất ra đối tượng trong khung ảnh giống với ảnh gốc theo số điểm
- Xử lý và đưa ra kết quả: Nếu như hình ảnh nhãn hiệu đạt số điểm cao hơn hoặc bằng giá trị đặt thì Logo đạt yêu cầu
TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200
2.2.1 Tổng quan về PLC a Giới thiệu
Kỹ thuật điện tử đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ và hứa hẹn nhiều tiến bộ trong tương lai, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong giai đoạn hội nhập Các doanh nghiệp hiện nay đang nỗ lực hạ giá thành sản phẩm để nâng cao sức cạnh tranh Một giải pháp hiện đại cho vấn đề này là PLC, thiết bị có khả năng vận hành tự động theo quy trình đã định mà không cần sự can thiệp của con người Tất cả các yếu tố cần thiết để sản xuất một loạt sản phẩm đều được tích hợp trong thiết bị nhỏ gọn này, giúp tối ưu hóa quy trình khi kết hợp với máy vi tính để điều khiển và kiểm soát hoàn toàn quá trình sản xuất.
Hệ thống điều khiển tự động, đã xuất hiện từ năm 1970, trở thành lựa chọn phổ biến trong sản xuất, nhưng nhiều công ty tại Việt Nam vẫn chưa quen thuộc với PLC Nguyên nhân không chỉ nằm ở giá thành cao, mà còn do sự ngại thay đổi và thiếu hiểu biết về PLC, dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo trì và thay đổi chương trình Việc chủ động tiếp cận và nắm bắt công nghệ này sẽ giúp giảm bớt lo lắng về chuyển giao công nghệ, đồng thời phát huy tính ưu việt của PLC nhờ vào sự hiểu biết của người sử dụng Hy vọng nội dung trong bài viết này sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về PLC.
PLC, hay Bộ điều khiển logic khả trình, đã mang lại nhiều lợi ích trong việc tối ưu hóa các thao tác máy Sự phát triển của PLC giúp cho các quy trình trở nên nhanh chóng, nhạy bén, dễ dàng và đáng tin cậy hơn Thiết bị này có thể thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển truyền thống sử dụng rơle, vốn phức tạp và cồng kềnh Với khả năng lập trình linh hoạt, PLC cho phép điều khiển dễ dàng hơn thông qua các lệnh được lập trình sẵn.
Các kỹ năng cơ bản bao gồm khả năng định thời và đếm, giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ Ngoài ra, cần có khả năng tạo lập, gửi đi và tiếp nhận các tín hiệu để kiểm soát việc kích hoạt hoặc đình chỉ các chức năng của máy móc hoặc dây chuyền công nghiệp.
Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích hợp trong môi trường công nghiệp:
- Khả năng kháng nhiễu tốt
- Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…
- Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng Internet
Khả năng lập trình linh hoạt và dễ dàng là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hệ thống điều khiển tự động Hệ thống này cho phép thay đổi chương trình hoặc điều chỉnh các thông số mà không cần phải lập trình lại, nhờ vào tính linh hoạt của sản xuất Cấu trúc phần cứng của PLC cũng đóng vai trò then chốt trong khả năng này.
Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:
- Module đơn vị xử lý trung tâm
- Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu
- Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)
- Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng) d Cấu trúc bộ nhớ PLC
Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính
Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia làm miền:
- Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét
Chương trình con (subroutine) là một phần của chương trình được tổ chức thành các hàm, sử dụng biến hình thức để trao đổi dữ liệu Chương trình con này sẽ được thực hiện khi được gọi từ chương trình chính.
Chương trình ngắt (Interrup) là một miền được tổ chức thành hàm, cho phép trao đổi dữ liệu với các khối chương trình khác Chương trình này sẽ được thực thi khi xảy ra sự kiện ngắt, bao gồm nhiều loại như ngắt thời gian và ngắt xung tốc độ cao.
Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:
Trước khi thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic từ tất cả các cổng vào số và lưu trữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường, chương trình ứng dụng không truy cập trực tiếp trạng thái logic của các cổng vào mà chỉ lấy dữ liệu từ bộ đệm.
Q (Bộ đệm đầu ra): Bộ đệm chứa dữ liệu đầu ra số Khi chương trình hoàn tất, PLC sẽ chuyển giá trị logic từ bộ đệm Q đến các cổng ra số Thông thường, chương trình không gán giá trị trực tiếp đến cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
M (Miền các biến cờ) là chương trình ứng dụng sử dụng các biến để lưu giữ các tham số cần thiết, cho phép truy cập theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hoặc từ kép (MW).
Bộ thời gian (Timer) trong miền nhớ đảm nhiệm việc lưu trữ giá trị thời gian đã được đặt trước (PV - Preset Value), giá trị đếm thời gian hiện tại (CV - Current Value) và giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian.
Miền nhớ của bộ đếm đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV - Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV - Current Value) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
Vùng dữ liệu là một khu vực nhớ động có khả năng truy cập theo từng bit, byte, từ đơn (word) hoặc từ kép (double word) Nó được sử dụng làm miền lưu trữ cho các thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, cũng như các hàm dịch chuyển và xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý chương trình.
PLC hoạt động theo chu kỳ lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan) Vòng quét bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào và bộ đệm ảo, sau đó thực hiện chương trình từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc Sau khi hoàn thành giai đoạn thực hiện, PLC tiến hành truyền thông và kiểm tra lỗi, kết thúc vòng quét bằng cách chuyển nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra.
Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:
Lập trình có cấu trúc chia chương trình thành những phần nhỏ thực hiện nhiệm vụ riêng biệt, giúp xử lý các bài toán phức tạp và đa nhiệm hiệu quả PLC S7-1200 bao gồm ba loại khối cơ bản, mỗi loại đảm nhận vai trò riêng trong việc tối ưu hóa quy trình điều khiển.
Loại khối Organization Block: khối tổ chức và quản lí chương tình điều khiển khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN
2.3.1 Những đặc điểm cơ bản
Hệ thống khí nén, với máy nén khí và bình tích áp là hai thiết bị quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến Chúng đặc biệt cần thiết trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc làm việc trong môi trường độc hại, như lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, và các quy trình tự động như phân loại và đóng gói sản phẩm, cũng như trong ngành gia công cơ khí và khai khoáng.
Các dạng truyền động sử dụng khí nén
Truyền động thẳng là một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén, nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt của cơ cấu chấp hành Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công, cũng như trong các quy trình đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.
Truyền động quay là giải pháp lý tưởng cho những trường hợp yêu cầu tốc độ truyền động cao nhưng công suất không lớn, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi hơn so với các dạng truyền động khác.
Trong các hệ truyền động quay công suất lớn, việc sử dụng năng lượng khác như khí nén có thể dẫn đến chi phí cao hơn so với truyền động điện Hệ thống khí nén có những ưu điểm nổi bật, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, cũng cần xem xét những nhược điểm của nó để đưa ra quyết định phù hợp cho ứng dụng cụ thể.
Không khí có khả năng chịu nén, cho phép nén và lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, hoạt động như một kho chứa năng lượng hiệu quả Trong thực tế, các trạm khí nén thường được xây dựng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm công việc làm sạch và truyền động cho các máy móc.
- Có khả năng truyền tảu đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả
- Công suất chuyển động không lớn
Khí nén có tính đàn hồi cao, dẫn đến việc vận tốc truyền động thay đổi khi tải trọng biến động Do đó, việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều trở nên khó khăn.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn
2.3.2 Cấu trúc hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)
- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút
Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí nén:
Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng tín hiệu điều khiển từ khí nén, qua đó các phần tử xử lý và điều khiển được tác động bởi khí nén.
Hình 2 9: Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén
- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén
GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh và ít nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, và ngõ ra của cảm biến ở dạng cực thu hở, do đó cần thêm một trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.
Hình 2 11: Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 2 12: Sơ đồ kết nối cảm biến vật cản hồng ngoại 2.4.2 Thông số kĩ thuật
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm
Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở
Dòng kích ngõ ra: 300mA
Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép tùy biến điện áp ngõ ra, giúp điều chỉnh trở treo để tạo ra điện áp mong muốn.
Chất liệu sản phẩm: nhựa
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
Hình 2 14: Động cơ DC giảm tốc 24V
- Tốc độ vòng tua: 2500- 3000 vòng/ phút
- Chiều dài trục motor: 16 mm
- Đường kính trục motor: 5 mm
Hình 2 16: Nút dừng khẩn cấp
- Mã sản phẩm: Idec AVW401R
- Mã sản phẩm: MY2N AC220/240
Hình 2 18: Rơ le trung gian
PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC
Trong đồ án này, nhóm đã chọn phần mềm TIA Portal Version 14 của Siemens, nổi bật với giao diện thân thiện, phù hợp cho cả người mới và chuyên gia trong lập trình tự động hóa TIA Portal là nền tảng cơ bản cho việc lập trình, cấu hình và tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens.
Là phần mềm thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa
Lợi ích đối với người dùng:
- Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để lập trình xử lý
- Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật
- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai
Bước 1: Từ màn hình Desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14
Hình 2 19: Biểu tượng TIA Portal V14
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án mới
Hình 2 20: Tạo dự án mới trong TIA Portal V14
Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create
Hình 2 21: Nhập tên chương trình và đường dẫn lưu file
Hình 2 22: Chọn thiết bị cấu hình trên phần mềm
Bước 5: Chọn Add new device
Hình 2 23: Tạo thiết bị mới trên phần mềm
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add
Hình 2 24: Chọn CPU PLC trên phần mềm
Bước 7 : Project mới được hiện ra và tiến hành viết chương trình
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LABVIEW
LabVIEW, viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, là một môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả, giúp tối ưu hóa giao tiếp đa kênh giữa con người, thuật toán và các thiết bị xử lý.
LabVIEW được coi là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả nhờ vào cách lập trình độc đáo, sử dụng các khối hình ảnh và dây nối thay vì từ khóa cố định như các ngôn ngữ C Sự khác biệt này giúp LabVIEW trở nên đơn giản và dễ sử dụng, đặc biệt phù hợp cho kỹ sư, nhà khoa học và giảng viên Với tính năng dễ học và dễ nhớ, LabVIEW đã trở thành công cụ phổ biến trong các ứng dụng thu thập dữ liệu từ cảm biến, phát triển thuật toán và điều khiển thiết bị trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới.
LabVIEW là một công cụ lập trình mạnh mẽ, cho phép người dùng phát triển mã nguồn trên máy tính tương tự như các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, Python, Java, và Basic Với giao diện trực quan và các khối hình ảnh dễ nhớ, LabVIEW hỗ trợ kỹ sư, nhà khoa học và sinh viên trong việc xây dựng và thực thi các thuật toán một cách nhanh chóng, sáng tạo và dễ hiểu, thông qua phương pháp hoạt động dựa trên dòng dữ liệu.
LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ cho phép kết nối và giao tiếp đa kênh với các hệ thống thực, thông qua nhiều chuẩn giao tiếp như RS232, USB, TCP/IP, UDP và GPIB Các thuật toán được áp dụng lên mạch điện và cơ cấu chấp hành thực tế, giúp tối ưu hóa quy trình kiểm tra và điều khiển.
LabVIEW, được sáng tạo bởi tiến sĩ James Truchard từ Đại học Texas vào năm 1986, đã trở thành một công cụ thiết yếu trong các ngành kỹ thuật Sản phẩm đầu tiên được phát triển trong nhà xe của James Truchard, CEO và đồng sáng lập National Instruments (NI), tại Austin, Texas, Hoa Kỳ.
2.7.2 Các ứng dụng của LabVIEW
LabVIEW được sử dụng trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơ điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, ô tô,… [6]
LabVIEW giúp kỹ sư kết nối với bất kỳ các cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành nào với máy tính
LabVIEW có thể được sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu số (digital), hình ảnh (vision), âm thanh (audio),…
LabVIEW hỗ trợ các giao thức giao tiếp khác nhau như RS232, RS485, TCP/IP, PCI, PXI
Bạn có thể tạo thực thi độc lập và thư viện chia sẻ như thư viện liên kết động DLL, nhờ vào việc LabVIEW hoạt động như một trình biên dịch 32-bit.
LabVIEW đã trở thành công cụ phổ biến trong các phòng thí nghiệm tại Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Đức và Anh Ứng dụng đo lường của LabVIEW, như minh họa trong Hình 4.20, cho thấy giao diện thu thập dữ liệu thông tin thiết yếu từ tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại NASA, Hoa Kỳ.
Hình 2 26: Thu thâp dữ liệu tại cơ quan hàng không vũ trụ NASA 2.7.3 Cách tạo một Project
Bước 1: Từ màn hình Desktop nhấp đúp chọn biểu tượng LabVIEW
Cửa sổ giao diện LabVIEW xuất hiện
Hình 2 28: Cửa sổ giao diện LabVIEW
Bước 2 : Click chuột vào File – New VI để tạo dự án mới
Hình 2 29: Cửa sổ làm việc chính của LabVIEW 2.7.4 Cấu trúc của một chương trình LabVIEW
In LabVIEW, buttons are referred to as Controls, while LCDs are known as Indicators Mathematical operations are called Functions Controls and Indicators are located in the Front Panel, whereas Functions are found in the Block Diagram, which is also known as the window containing the block diagrams.
Một chương trình LabVIEW, dù đơn giản hay phức tạp, được xây dựng từ bốn thành phần cơ bản: các khối Control dùng để nhập giá trị (input), các Indicator hiển thị kết quả (output), các hàm, và các đường nối (wire) kết nối các khối và hàm lại với nhau.
Hình 2 30: Phép cộng trong LabVIEW
Các Control thì luôn nối vào các nút bên trái của hàm Các Indicator thì luôn nối vào các nút bên trái của hàm như Hình 4.25
Các Control có nút mũi tên lên – xuống để điều chỉnh giá trị hoặc cho phép nhập trực tiếp vào ô, trong khi các Indicator không cho phép nhập giá trị Ngoài ra, Control thường có màu trắng, trong khi Indicator có màu xám.
Để chuyển đổi một Control thành Indicator (hoặc Constant), bạn chỉ cần nhấp chuột phải vào Control cần thay đổi và chọn "Change to Indicator" hoặc ngược lại Trong ngữ cảnh này, Constant được hiểu là một Control có giá trị không thay đổi trong suốt quá trình chạy chương trình.
Các Control và Indicator đều có ảnh của chính mình bên Block Diagram, ảnh này tạo ra khi ta lấy các Control và Indicator bên Front Panel.
GIAO TIẾP LABVIEW VỚI PLC
2.8.1 Truyền thông MODBUS TCP/ IP
Trong ngành công nghiệp hiện đại, việc sử dụng mạng truyền thông để quản lý, điều khiển và giám sát trong các nhà máy và dây chuyền sản xuất ngày càng trở nên phổ biến Để đáp ứng nhu cầu này, nhiều thiết bị điều khiển và cơ cấu chấp hành như PLC và biến tần đã được tích hợp với các giao thức truyền thông như Profibus, Profinet, Can, Modbus, Zigbee và Simatic net.
MODBUS là một trong những giao thức phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Với tính năng đơn giản, chi phí thấp và dễ sử dụng, MODBUS đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành công nghiệp Giao thức này được phát minh từ thế kỷ trước và vẫn giữ được vị thế quan trọng cho đến ngày nay.
Gần 30 năm qua, các nhà cung cấp thiết bị đo và tự động hóa công nghiệp vẫn duy trì hỗ trợ MODBUS trong các sản phẩm mới Dù các thiết bị hiện đại như bộ phân tích, lưu lượng kế và PLC đã có kết nối không dây, Ethernet hay fieldbus, MODBUS vẫn là giao thức ưu tiên cho cả thiết bị cũ và mới.
MODBUS, được phát triển bởi Modicon (nay thuộc về Schneider Electric) vào năm 1979, là một giao thức truyền thông cho phép kết nối nhiều thiết bị qua một cặp dây xoắn đơn Ban đầu hoạt động trên RS232, MODBUS sau đó đã chuyển sang sử dụng RS485 để cải thiện tốc độ, khoảng cách truyền dẫn và hỗ trợ mạng đa điểm Giao thức này nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn phổ biến trong ngành tự động hóa và được Modicon công bố như một giao thức miễn phí.
Ngày nay, MODBUS-IDA (www.MODBUS.org) , tổ chức sử dụng và cung cấp MODBUS lớn nhất tiếp tục hỗ trợ protocol MODBUS trên toàn cầu
Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:
Tất cả thông điệp được gửi dưới cùng một format Sự khác nhau duy nhất giữa 3 loại MODBUS là cách thức thông điệp được mã hóa
MODBUS ASCII mã hóa thông điệp bằng hệ hexadeci-mal với đặc tính ASCII 4 bit, yêu cầu 2 byte truyền thông cho mỗi byte thông tin, gấp đôi so với MODBUS RTU hoặc MODBUS/TCP Trong khi đó, MODBUS RTU sử dụng mã hóa nhị phân và chỉ cần 1 byte truyền thông cho mỗi byte dữ liệu Thiết bị này lý tưởng cho RS 232 hoặc mạng RS485 đa điểm, với tốc độ từ 1200 đến 115 baud, trong đó tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud.
MODBUS/TCP là phiên bản MODBUS hoạt động qua giao thức Ethernet, sử dụng địa chỉ IP để kết nối các thiết bị với nhau, thay vì các phương thức truyền thống.
MODBUS/TCP là giao thức truyền dữ liệu MODBUS được đóng gói đơn giản trong một gói TCP/IP Điều này có nghĩa là bất kỳ mạng Ethernet nào hỗ trợ MODBUS/IP đều có khả năng tương thích ngay lập tức với MODBUS/TCP.
Bản đồ bộ nhớ MODBUS
Mỗi thiết bị MODBUS đều có bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu quá trình, với các thông số kỹ thuật xác định cách thức và loại dữ liệu có thể truy xuất Tuy nhiên, không có quy định cụ thể về cách thức và vị trí mà nhà cung cấp lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ Dưới đây là ví dụ minh họa về cách nhà cung cấp tổ chức các loại dữ liệu biến thiên quá trình một cách hợp lý.
Các đầu vào và cuộn cảm rời rạc có giá trị 1 bit với mỗi thiết bị được gán một địa chỉ cụ thể Đầu vào analog được lưu trữ trong bộ ghi 16 bit, cho phép MODBUS hỗ trợ định dạng điểm floating IEEE 32 bit thông qua việc sử dụng hai bộ ghi Bộ ghi Holding cũng sử dụng các bộ ghi bên trong 16 bit để hỗ trợ điểm floating.
Bảng 2 3: Địa chỉ Modbus Địa chỉ Loại Tên
1 - 9999 Đọc hoặc viết Cuộn cảm
10001 - 19999 Chỉ đọc Đầu vào rời rạc
30001 – 39999 Chỉ đọc Bộ ghi đầu vào
40001 – 49999 Đọc hoặc viết Bộ ghi Holding
Dữ liệu trong bộ nhớ được xác định theo tiêu chuẩn kỹ thuật MODBUS, cho phép chủ sở hữu dễ dàng truy cập dữ liệu nếu nhà cung cấp tuân thủ tiêu chuẩn này Nhiều nhà cung cấp thiết bị thường công bố vị trí bộ nhớ, giúp nhân viên lập trình thuận lợi hơn trong việc kết nối với thiết bị.
Trong đồ án này nhóm đã quyết đinh chọn giao thức Modbus TCP là giao thức giao tiếp giữa PLC và LabVIEW
TCP/IP là hệ thống giao thức quan trọng, bao gồm nhiều giao thức hỗ trợ việc truyền dữ liệu trên mạng Trong đó, giao thức chính được sử dụng là TCP (Transmission Control Protocol).
Giao thức TCP/IP yêu cầu một giai đoạn thiết lập kết nối giữa hai thực thể TCP trước khi bắt đầu quá trình trao đổi dữ liệu.
Giao thức IP là một loại giao thức không kết nối, có nghĩa là không cần thiết lập liên kết giữa các thực thể trước khi tiến hành trao đổi dữ liệu.
TCP có khả năng truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc — song công (full-duplex)
Cơ chế báo nhận (Acknowledgement) là quy trình trong đó A gửi gói tin cho B; nếu B nhận gói tin thành công, B sẽ gửi thông báo xác nhận cho A Nếu A không nhận được thông báo, A sẽ tiếp tục gửi lại gói tin cho đến khi B xác nhận đã nhận.
Tính năng phục hồi dữ liệu bị mất trên đường truyền
2.8.2 Hàm chức năng Modbus TCP MB_SERVER trong PLC S7-1200
PLC S7-1200 hỗ trợ người dùng các lệnh truyền thông theo giao thức Modbus TCP, được lưu trữ trong thư mục con theo đường dẫn: Options.
→ Communication → Others → Modbus TCP → MB_SEVER [3]
Hình 2 32: Khối chức năng MB_SERVER trong TIA Portal Bảng 2 4: Ý nghĩa các thông số trong khối MB_SERVER
Tham số và kiểu Kiểu dữ liệu Mô tả
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU
Mô hình thiết kế bao gồm một băng tải vận chuyển sản phẩm, được trang bị hai camera để xử lý ảnh ở đầu vào Ngoài ra, cảm biến quang được gắn trên băng tải giúp phân loại sản phẩm và gửi dữ liệu về máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm lỗi bao gồm việc sử dụng hai camera để phát hiện lỗi trên sản phẩm Sau khi nhận diện, tín hiệu sẽ được gửi đến khối xử lý để thực hiện phân loại Trong suốt quá trình này, sự hoạt động của xi lanh và số lượng sản phẩm đã được phân loại sẽ được hiển thị trên giao diện điều khiển.
Với đề tài thiết kế này sẽ bao gồm các phần chính
Thiết kế sơ đồ khối
Thiết kế mô hình phần cứng
Tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống được xây dựng dựa trên sơ đồ khối sau:
Hình 3 1: Sơ đồ khối hệ thống
- Khối nguồn: Có chức năng cấp nguồn hệ thống
- Khối xử lý trung tâm: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác
- Khối cảm biến: Có chức năng nhận biết sản phẩm lỗi khi chạy qua trên băng tải
- Khối băng tải: Có chức năng tải sản phẩm đến các khu vực xử lý khác trong hệ thống
- Khối điều khiển khí nén: Có chức năng chặn sản phẩm để đưa sản phẩm lỗi ra khỏi băng tải
Khối thu nhận hình ảnh sử dụng Camera để ghi lại hình ảnh sản phẩm khi nó đi qua, sau đó truyền dữ liệu về máy tính Chương trình LabVIEW sẽ xử lý tín hiệu hình ảnh từ Camera và gửi tín hiệu điều khiển đến PLC qua giao thức Modbus.
3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống a Thiết kế khối nguồn
Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống hoạt động Trong mô hình này, hai khối nguồn được sử dụng là 24 VDC và 220 VAC.
- Khối nguồn 220 VAC: Cung cấp nguồn cho PLC S7- 1200
- Khối nguồn 24 VDC: Cung cấp nguồn cho động cơ, đèn báo, van điện từ
Bảng 3 1: Bảng tiêu thụ dòng điện của các thiết bị
Khối nguồn Các thiết bị và linh kiện Dòng tiêu thụ
- 0.25A Nguồn 220 VAC - PLC S7-1200 AC/DC/Rl
Từ bảng tiêu thụ dòng điện của các thiết bị trên, ta có công thức tính tổng dòng điện tiêu thụ:
- Nguồn 24 VDC: sử dụng bộ nguồn 24 V/ 4.5A
- Nguồn 220 VAC: sử dụng nguồn điện xoay chiều dân dụng 220V/ 50Hz
Hình 3 2: Khối nguồn thực tế b Khối xử lý trung tâm
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại PLC từ các hãng nổi tiếng như Siemens, Mitsubishi, Panasonic, Omron, ABB và Rockwell Sau khi tìm hiểu về các hãng và chi phí, cùng với sự tư vấn từ giáo viên, nhóm đã quyết định chọn PLC S7-1200 của Siemens để lập trình Với cấu hình xử lý nhanh, giá cả hợp lý và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhóm đã lựa chọn PLC S7-1200 (CPU 1214C AC/DC/RLY) nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
- Đã được trang bị kiến thức cơ bản về PLC S7-1200 ở trường lớp
- Số Input trong mô hình sử dụng 4 ngõ, Output 4 ngõ phù hợp với số ngõ Input/ Output trên PLC
- PLC đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao
- Phần mềm lập trình trực quan, giúp dễ dàng trong việc viết chương trình điều khiển
Hình 3 3: PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY
- Điện áp hoạt động: 220 VAC
- Số lượng ngõ vào số:
- Số lượng ngõ ra số:
- Số lượng ngõ vào Analog:
- Bộ nhớ chương trình: 75 kB
Hình 3 4: Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C c Khối cảm biến
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại để nhận biết vật cản trong môi trường Khi tia hồng ngoại phát ra bị vật cản phản xạ lại, LED thu sẽ sáng lên, thông báo có vật cản, ngược lại, LED sẽ tắt khi không có vật cản Trên thị trường hiện có nhiều loại cảm biến hồng ngoại như E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123, E18 – D80NK Đối với đề tài này, nhóm đã chọn cảm biến E3F – DS30C4 để thực hiện.
Hình 3 5: Cảm biến quang E3F- DS30C4
Khi có sản phẩm đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ đưa ra mạch công suất và đưa vào PLC để xử lý hoạt động của các xi lanh
Hình 3 6: Sơ đồ kết nối từ mạch công suất với ngõ vào PLC d Khối băng tải
Khối băng tải có nhiệm vụ chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí của Camera và khu vực thực hiện phân loại trong hệ thống Vì hệ thống chỉ là mô hình nhỏ, nhóm đã chọn sử dụng động cơ DC với điện áp 24V để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Hình 3 7: Sơ đồ kết nối động cơ với PLC e Khối điều khiển khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc đưa sản phẩm ra khỏi băng tải để hoàn tất quá trình phân loại Hệ thống này bao gồm hai thành phần chính: xi lanh và van điện từ.
Xi lanh khí nén, hay còn gọi là pen khí nén, là thiết bị cơ khí chuyển đổi năng lượng từ khí nén thành động năng để thực hiện các chuyển động Những xi lanh này tạo ra lực và thường được sử dụng kết hợp với các hệ thống khí nén từ máy nén khí thông thường.
Xi lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng, nhờ vào khả năng nở rộng của khí nén khi áp suất bên trong cao hơn áp suất khí quyển Khi được kích hoạt, khí nén đi vào ống ở một đầu của piston, tạo ra lực đẩy khiến piston di chuyển theo hướng mong muốn Hiện nay, có nhiều loại xi lanh khí nén với kích thước và chức năng khác nhau như xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh xoay và xi lanh trượt Để phù hợp với yêu cầu của đề tài, nhóm đã quyết định chọn xi lanh tròn để sử dụng.
Hình 3 9: Xi lanh khí nén tròn
- Chiều dài hành trình: 100mm
- Áp suất hoạt động: 1 Mpa
Vận tốc hoạt động của xi lanh dao động từ 50 đến 1000 mm/s Để xi lanh hoạt động hiệu quả, cần sử dụng van điện từ, hay còn gọi là solenoid valve, để điều khiển hành trình của pittong Van điện từ là thiết bị cơ điện, có chức năng kiểm soát dòng chảy của chất khí hoặc lỏng thông qua nguyên lý chặn đóng mở nhờ lực tác động từ cuộn dây điện từ.
Van điện từ khí nén được chọn dựa trên loại xi lanh, với các loại van phổ biến như 4/2, 5/2 và 5/3 Nhóm đã quyết định sử dụng van 5/2 với một đầu cuộn dây để thực hiện điều khiển hiệu quả.
- Nguồn cấp cho cuộn dây: 24VDC
- Áp suất hoạt động: 0.1 ~ 0.7 Mpa (ống dẫn bên trong)
0.25 ~ 0.7 Mpa (ống dẫn bên ngoài)
- Thời gian đáp ứng: 15ms
Nhiệt độ hoạt động của hệ thống là 50 oC Để điều khiển hành trình của pittong xi lanh, chúng ta sẽ quản lý các cuộn dây của van điện từ thông qua PLC Dưới đây là sơ đồ kết nối giữa các cuộn dây của van và ngõ ra của PLC.
Hình 3 12: Sơ đồ kết nối van điện từ với PLC f Khối thu nhận hình ảnh
Bao gồm: Camera Logictech C270 (HD)
Khi sản phẩm vào phạm vi thu nhận của Camera, hình ảnh sản phẩm được Camera thu nhận và truyền tín hiệu hình ảnh về máy tính xử lý
Hình 3 13: Camera thu hình ảnh
- Độ phân giải tối đa: 720p/30fps
- Loại tiêu cự: Lấy nét cố định
- Công nghệ thấu kính: tiêu chuẩn
- Micrô tích hợp: đơn âm
QUY TRÌNH VẬN HÀNH
Hệ thống được vận hành theo quy trình sau:
- Nhấn nút START động cơ kéo tải hoạt động
Sản phẩm được chuyển đến Camera qua băng tải, nơi Camera đầu tiên xác định số lượng sản phẩm trong hộp, trong khi Camera thứ hai quét mã Barcode và ghi lại hình ảnh Logo Tín hiệu hình ảnh sau đó được truyền về máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.
Hệ thống phân loại sử dụng LabVIEW để xử lý tín hiệu và truyền về PLC Khi sản phẩm đi qua cảm biến, tín hiệu được gửi đến PLC, từ đó PLC điều khiển xylanh đẩy sản phẩm vào rãnh trượt.
- Nhấn nút STOP, hệ thống sẽ dừng lại
- Nhấn nút E-Stop dùng để dừng hoạt động của hệ thống khi có sự cố xảy ra
- Hệ thống hoạt động liên tục và được điều khiển và giám sát qua giao diện trên LabVIEW.
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
3.4.1 Xác định địa chỉ Input/ Output
Bảng 3 2: Địa chỉ kết nối Input/ Output
Input Mô tả Output Mô tả
I0.0 Nút nhấn Start Q0.0 Động cơ kéo băng tải
I0.1 Nút nhấn Stop Q0.1 Đèn báo Start
I0.2 Nút nhấn E-Stop Q0.2 Đèn báo Stop
I0.3 Cảm biến 1 Q0.3 Cuộn dây thứ nhất của van khí I0.4 Cảm biến 2 Q0.4 Cuộn dây thứ hai của van khí
I0.5 Cảm biến 3 Q0.5 Cuộn dây thứ ba của van khí
I0.6 Cảm biến 4 Q0.6 Cuộn dây thứ tư của van khí
Hình 3 14: Sơ đồ kết nối PLC
Hình 3 15: Sơ đồ kết nối đèn báo
Hình 3 16: Sơ đồ kết nối động cơ và cuộn dây của van khí 3.4.3 Lưu đồ giải thuật
Hình 3 17: Lưu đồ giải thuật chương trình LabVIEW
Hình 3 18: Lưu đồ giải thuật chương trình PLC
THI CÔNG HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU
Sau khi hoàn tất tính toán và lựa chọn thiết bị cho mô hình, nhóm đã lập kế hoạch xây dựng và thi công Mặc dù chỉ là mô hình, hệ thống này đã tích hợp đầy đủ các yếu tố của một hệ thống tự động, từ đó có thể phát triển thành một hệ thống lớn hơn, quy mô hơn để áp dụng vào thực tiễn.
Hệ thống cần đạt những yêu cầu sau:
- Nhận dạng sản phẩm lỗi và phân loại theo thiết lập đặt vào (số lượng, mã vạch, Logo)
- Xuất dữ liệu hoạt động của hệ thống qua các file dữ liệu bên ngoài
- Dễ lắp đặt, vận hành trong sản xuất
- Nhỏ gọn, an toàn, bền, đẹp, chi phí thấp
- Công suất vừa đủ để có thể phân loại liên tục.
THI CÔNG PHẦN CỨNG
4.2.1 Thi công buồng thu nhận hình ảnh
Khi sản phẩm vào phạm vi thu nhận của Camera, hình ảnh sản phẩm được Camera thu nhận và truyền tín hiệu hình ảnh về máy tính xử lý
Chọn khung sắt phù hợp
Tiến hành đo và cắt khung đúng kích thước hợp
Ghép thanh sắt lại với nhau và gắn vào băng tải
Cân chỉnh và hoàn thiện
Hình 4 1: Sơ đồ lắp ráp khung sắt
Sau khi hoàn thành khung cho buồng, lắp đặt Camera vào khung là bước tiếp theo Camera đầu tiên được gắn vào thanh ngang phía trên để đếm số lượng sản phẩm, trong khi Camera thứ hai được lắp vào thanh dọc để quét mã Barcode và ghi lại hình ảnh Logo.
Bảng 4 1: Danh sách các linh kiện sử dụng tại buồng thu
STT Tên linh kiện Số lượng
Hình 4 2: Buồng thu nhận hình ảnh 4.2.2 Thi công bộ phận truyền động cơ khí
Hệ thống băng tải và băng chuyền là giải pháp hiệu quả cho việc vận chuyển hàng hóa trong sản xuất Việc sử dụng băng tải không chỉ giúp giải phóng sức lao động mà còn nâng cao chất lượng công việc và tăng doanh thu cho doanh nghiệp.
Bảng 4 2: Các loại băng tải hiện có trên thị trường
STT Loại băng tải Phạm vi ứng dụng
1 Băng tải con lăn Sử dụng trong vận chuyển hàng hóa, sản phẩm với bề mặt đáy cứng
2 Băng tải xích Sử dụng trong các ngành công nghiệp, vận chuyển linh kiện điện tử
3 Băng tải PVC Dòng sản phẩm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất
Sử dụng trong ngành công nhiệp thực phẩm, giúp vận chuyển các sản phẩm dạng hạt, nhỏ không bị rơi ra bên ngoài
5 Băng tải sấy Được dùng để sấy kho các loại sản phẩm trong ngành thực phẩm, nông nghiệp
6 Băng tải PU Sản phẩm được dùng vận chuyển sản phẩm trong ngành thực phẩm
Xi lanh khí nén là cơ cấu tự động chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng để thực hiện các chuyển động Còn được gọi là pen khí nén, thiết bị này tạo ra lực và thường được sử dụng kết hợp với chuyển động, với nguồn cung cấp khí nén từ máy nén khí thông thường.
Cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric Sensor, được sử dụng phổ biến trong các nhà máy để phát hiện vật thể từ xa, đo khoảng cách và tốc độ di chuyển Khi ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cảm biến, nó sẽ thay đổi tính chất, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Thông thường, cảm biến quang được chia làm 3 loại:
- Cảm biến quang thu phát (Through-beam sensor)
- Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – reflection sensor)
Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse reflection sensor) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóa Khi động cơ kéo tải hoạt động, sản phẩm sẽ di chuyển trên băng tải và đi qua cảm biến Khi cảm biến phát hiện sản phẩm, nó sẽ truyền tín hiệu về PLC, khiến PLC kích hoạt xylanh để đẩy sản phẩm xuống rãnh phân loại Sau khi sản phẩm được đưa xuống rãnh, xylanh sẽ tự động thu về, đảm bảo quy trình phân loại diễn ra hiệu quả.
Các bước lắp ráp bộ phận cơ khí:
Hình 4 3: Sơ đồ lắp ráp phần cơ khí Bảng 4 3: Danh sách các linh kiện sử dụng trong phần cơ khí
STT Tên linh kiện Số lượng
Chọn loại băng tải phù hợp với sản phẩm cần
Gắn động cơ và đai truyền vào băng tải
Hàn các thiết bị vào khung sắt của băng tải
Tính toán đo đạc khoảng cách giữa các xi lanh
Căn chỉnh và hoàn thiện mô hình
Hình 4 5: Xi lanh và cảm biến 4.2.3 Thi công tủ điện
Tủ điện là thiết bị quan trọng dùng để chứa các linh kiện điện như công tắc, cầu giao, biến thế và biến áp trong các công trình, nhà ở và nhà máy Thiết kế của tủ điện thường có hình chữ nhật hoặc vuông, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt và mục đích sử dụng.
Dựa vào sơ đồ nối dây của mạch điều khiển và động lực, việc đi dây cho tủ điện cần được thực hiện cẩn thận Đầu tiên, tính toán kích thước các thiết bị trong tủ điện và sắp xếp chúng một cách hợp lý để dễ dàng trong việc đi dây Các đường dây nên được bố trí gần nhau và đảm bảo tính thẩm mỹ Ngoài ra, các đầu nối dây cần được bấm đầu cốp để thuận tiện cho quá trình đi dây.
Hình 4 6: Sơ đồ lắp ráp tủ điện
Chọn kích thước tủ điện phù hợp
Sắp xếp bố trí các thiết bị vào tủ điện Đi dây cho thiết bị
Gắn cố định các thiết bị vào tủ
Căn chỉnh và hoàn thiện tủ
Bảng 4 4: Danh sách các linh kiện sử dụng trong tủ điện
STT Tên linh kiện Số lượng
4 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 1
5 Nút nhấn ON (thường mở) 1
6 Nút nhấn OFF (thường đóng) 1
Hình 4 7: Linh kiện bên trong tủ 4.2.4 Thi công khung sắt
Khung sắt là nơi dùng để đặt mô hình cơ khí và tủ điện
Dựa vào kích thước của mô hình và tủ điện, chúng ta cần tính toán kích thước khung và lựa chọn vật liệu phù hợp để đảm bảo thiết bị được đặt chắc chắn.
Các bước lắp ráp khung sắt:
THI CÔNG PHẦN MỀM
4.3.1 Truyền thông Modbus từ LabVIEW qua PLC
Bước 1: Mở LabVIEW → File → New → cửa sổ LabVIEW mở ra → Empty project →
Hình 4 9: Cửa sổ tạo Project LabVIEW mới
Bước 2: Chọn file VI LabVIEW đã viết sẵn và Add vào
Chọn loại sắt phù hợp Đo đạc và cắt theo đúng kích thước bản vẽ
Căn chỉnh và đặt thiết bị vào
Lắp ráp các thanh sắt với nhau
Hình 4 10: Cửa sổ tạo File VI mới
Bước 3: Tạo File I/O Server mới
Hình 4 11: Cửa sổ tạo thêm file I/O Server mới
Bước 4: Chọn loại phương thức truyền thông Modbus → Continue
Hình 4 12: Cửa sổ tạo phương thức truyền thông Modbus
Bước 5: Chọn Model Modbus Ethernet và nhập các thông số như hình → Nhấn OK
Hình 4 13: Cửa sổ cấu hình truyền thông Modbus
Bước 6: Tại cửa sổ Project nhấn chuột phải vào Modbus và chọn Create Bound Variables
Hình 4 14: Cửa sổ tạo giá trị truyền Modbus
Bước 7: Chọn địa chỉ Modbus để truyền giá trị từ LabVIEW qua PLC → Add → OK
Hình 4 15: Cửa sổ thêm giá trị Modbus
Bước 8: Vào lại file VI và kéo giá trị vừa tạo vào chương trình
Hình 4 16: Cửa sổ kéo giá trị Modbus vào file VI
Như vậy khi chạy chương trình LabVIEW giá trị vừa tạo sẽ được truyền vào PLC thông qua phần mềm TIA Portal
4.3.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN WEBSERVER
Dòng S7-1200 nổi bật với tính năng Webserver, cho phép người dùng điều khiển và giám sát hệ thống thông qua các thiết bị di động kết nối mạng Nhờ vào tính năng này, người dùng có thể truy cập vào hệ thống mọi lúc, mọi nơi.
Webserver trên S7-1200 bao gồm 2 thành phần chính đó là HTML và AWP Ngoài ra còn có các thành phần bổ trợ khác như CSS hay Javascript
Webserver của S7-1200 cung cấp các lệnh AWP để liên kết trực tiếp với các Tag của PLC S7-1200 a Đọc biến từ PLC
Bảng 4 5: Các tham số của Varname để đọc biến từ PLC
Các biến trong PLC được phân loại thành Tag, Tag khối dữ liệu, I/O và địa chỉ nhớ Đối với bộ nhớ và I/O, không sử dụng thuật ngữ "tên Tag", trong khi đó, với Tag khối dữ liệu, thuật ngữ "tên Tag" được áp dụng.
Tên thẻ nằm ở bên ngoài dấu ngoặc kép
Chú ý: Sử dụng tên khối dữ liệu chứ không phải khối dữ liệu số
:=”Datablock1”.Sensor: b Ghi biến xuống PLC
Cú pháp: ’ >
Bảng 4 6: Các tham số của Varname để ghi biến xuống PLC
Thường là một tên Tag hoặc Tag khối dữ liệu
Input Target Level:
Hình 4 17: Input Target Level c Thay thế giá trị số bằng văn bản
’ Values=’,,…’ >
Bảng 4 7: Các tham số của Varname để ghi biến xuống PLC
Tên của kiểu liệt kê, đặt trong dấu nháy đơn hoặc dấu nháy kép
Constant : một dãy giá trị liên tục cho việc phân loại enum, dãy này không có giới hạn
Name : giá trị được gán cho các phần tử enum
Bước 1: Mở trình duyệt Notepad++
Bước 2: Vào Language- H- HTML để chọn ngôn ngữ html
Hình 4 19: Chọn ngôn ngữ HTML
Bước 3: Vào Encoding- Encoding in UTF-8 để chọn bộ mã hóa kí tự 8 bit
Hình 4 20: Chọn bộ mã hóa kí tự 8 bit
Bước 4: Dựa vào những kiến thức đã học về HTML, CSS, Javascript, AWP chúng ta tự tạo 1 trang web phù hợp với yêu cầu đề tài của mình
Hình 4 21: Giao diện trang web
Bước 1: Viết chương trình PLC như mục 4.5
Bước 2: Gọi lệnh WWW và thiết lập các thông số
Hình 4 22: Khối chức năng WWW trong TIA Portal Bảng 4 8: Ý nghĩa và các thông số trong khối WWW
Tham số và kiểu Kiểu dữ liệu Mô tả
CTRL_DB DB_WWW Cho biết giá trị bắt đầu của khối DB
RET_VAL INT Giá trị trả về
Bước 3: Vào Device Configuration để thiết lập giao diện chính trong Webserver
Hình 4 23: Giao diện chính Device Configuration
Bước 4: Chuột phải vào PLC- Properties- Webserver- General- Check vào mục Active web server on this module
Hình 4 24: Cho phép Web sever cho thiết bị
Bước 5: Vào phần User- defined pages
Trong HTML directory chọn thư mục chứa trang web đã tạo
Trong Default HTML page chọn file trang web
Sau đó click vào Generate blocks Status hiện chữ DB generated
Hình 4 25: User- defined pages Webserver
Bước 6: Download chương trình xuống PLC
Hình 4 26: Download chương trình xuống PLC
Bước 7: Vào trình duyệt Web gõ địa chỉ của PLC
Hình 4 27: Giao diện của SIMATIC S7-1200
Bước 8: Click vào Enter Sau đó đăng nhập với Name: admin, Passwword: bỏ trống
Hình 4 28: Đã đăng nhập vào được Webserver
Bước 9: Chọn User Pages để vào trang của mình
Hình 4 29: Giao diện User Pages
Bước 10: Nhấp vào Homepage Ta đã vào được trang web của mình
Hình 4 30: Hình ảnh trang web
