Đồ án tốt nghiệp: Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200

Đồ án tốt nghiệp phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh và PLC S7-1200. Tìm hiểu quy trình, ứng dụng thực tế, và kết quả đạt được của đồ án.

• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Điện - Điện tử, Tự động hóa
• Đề tài: Phân Loại Sản Phẩm Dùng Xử Lý Ảnh Kết Hợp PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Mục lục chi tiết

• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
• 2.1. Mục đích nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Dự kiến kết quả
• 3. CHƯƠNG 3
• 3.1. Sơ lược về OPC
• 3.2. Giao thức OPC UA
• 3.3. Sơ lược về hai không gian màu RGB và HSL
• 3.3.1. Không gian màu RGB
• 3.3.2. Không gian màu HSV
• 3.3.3. Công thức chuyển hệ màu RGB sang HSV
• 3.4. Giới thiệu về OpenCV
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
• 4.1. Linh kiện sử dụng
• 4.1.1. Bộ điều khiển khả trình PLC s7-1200 1214 DC/DC/DC
• 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 Ngoài ra còn có: TCP/IP, SNMP, DCP, LLDP
• 4.1.3. Các công cụ điều khiển tích hợp
• 4.1.4. Phần mềm TIAportal lập trình cho PLC S7-1200
• 4.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON DS30C4
• 4.3. Động cơ DC RS775 DC 12-24v
• 4.4. Giới thiệu về phần mềm LabVIEW
• 4.4.1. Đôi nét về LabVIEW
• 4.4.2. Các điểm mạnh của LabVIEW
• 4.4.3. Thiết kế mô hình
• 4.4.4. Thiết kế giao diện
• 4.4.4.1. Giao diện điều khiển của chương trình
• 4.4.4.2. Thiết kế giao diện với WinCC professional v14
• 4.4.4.3. Thiết kế giao diện cho chương trình
• 5. CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN
• 5.1. Hoạt động của hệ thống
• 5.2. Sơ đồ khối của hệ thống
• 5.3. Quy ước ngõ vào ra
• 5.4. Lưu đồ giải thuật
• 6. CHƯƠNG 6
• 6.1. Tiến trình thí nghiệm
• 6.2. Kết quả
• 6.3. Kết luận thực nghiệm
• 7. CHƯƠNG 7
• 7.1. Ưu điểm
• 7.2. Nhược điểm
• 7.3. Hướng phát triển
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Hướng dẫn đồ án phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh PLC

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tự động hóa các quy trình sản xuất là yêu cầu tất yếu. Đồ án phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh và PLC là một chủ đề điển hình, kết hợp hai lĩnh vực quan trọng: thị giác máy tính (computer vision) và điều khiển tự động. Hệ thống này mô phỏng một dây chuyền sản xuất thu nhỏ, nơi các sản phẩm di chuyển trên băng tải phân loại sản phẩm và được nhận dạng tự động dựa trên các đặc tính hình ảnh, phổ biến nhất là màu sắc. Camera đóng vai trò là "mắt", thu nhận hình ảnh sản phẩm trong thời gian thực. Máy tính với các thuật toán chuyên dụng sẽ phân tích hình ảnh này để trích xuất đặc trưng và đưa ra quyết định phân loại. Tín hiệu điều khiển sau đó được gửi đến PLC (Programmable Logic Controller) – bộ não của hệ thống. PLC sẽ điều khiển các cơ cấu chấp hành như piston, xi lanh hoặc cánh tay robot gắp sản phẩm để đẩy sản phẩm vào đúng vị trí quy định. Đề tài này không chỉ là một đồ án tốt nghiệp tự động hóa mang tính ứng dụng cao mà còn mở ra cơ hội nghiên cứu sâu hơn về tự động hóa dây chuyền sản xuất, giúp sinh viên nắm vững kiến thức từ lý thuyết đến thực hành, từ việc lựa chọn thiết bị, thiết kế mô hình đến lập trình và tích hợp hệ thống.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống phân loại tự động hiện nay

Việc ứng dụng hệ thống phân loại tự động vào sản xuất mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp thủ công. Năng suất lao động được cải thiện đáng kể do máy móc có thể hoạt động liên tục 24/7 với tốc độ cao và ổn định. Độ chính xác trong phân loại được nâng cao, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra và giảm tỷ lệ hàng lỗi. Hơn nữa, tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công, tối ưu hóa không gian nhà xưởng và đảm bảo an toàn lao động trong các môi trường độc hại. Sự kết hợp giữa xử lý ảnh thời gian thực và PLC tạo ra một giải pháp linh hoạt, có khả năng tùy biến để phân loại nhiều loại sản phẩm khác nhau dựa trên màu sắc, kích thước, hình dạng hoặc thậm chí là các khuyết tật bề mặt.

1.2. Tổng quan về công nghệ thị giác máy tính và PLC

Thị giác máy tính là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo, cho phép máy tính "nhìn" và diễn giải thế giới hình ảnh tương tự con người. Trong đồ án này, nó được ứng dụng để nhận dạng đối tượng thông qua các thư viện mạnh mẽ như OpenCV hoặc các module tích hợp sẵn trong LabVIEW Vision. PLC, mặt khác, là thiết bị điều khiển logic khả trình, được thiết kế để hoạt động bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Các dòng PLC phổ biến như PLC Siemens S7-1200 hay PLC Mitsubishi là trung tâm điều khiển, nhận tín hiệu từ hệ thống xử lý ảnh và ra lệnh cho các thiết bị ngoại vi. Sự kết hợp này tạo thành một chu trình khép kín: thu thập dữ liệu (camera), xử lý (máy tính) và thực thi (PLC), là nền tảng cho mọi mô hình phân loại sản phẩm hiện đại.

II. Phương pháp xử lý ảnh nhận dạng sản phẩm bằng OpenCV

Trái tim của hệ thống phân loại chính là khả năng nhận dạng đối tượng một cách chính xác. Để làm được điều này, các thuật toán xử lý ảnh đóng vai trò quyết định. Phương pháp phổ biến nhất là dựa trên phân tích màu sắc, và chìa khóa nằm ở việc lựa chọn không gian màu phù hợp. Thay vì sử dụng không gian màu RGB (Red, Green, Blue) mặc định vốn nhạy cảm với sự thay đổi của cường độ ánh sáng, các nhà nghiên cứu thường chuyển đổi sang không gian màu HSV (Hue, Saturation, Value). Trong không gian HSV, kênh màu H (Hue) biểu diễn màu sắc thực tế và ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện chiếu sáng, giúp việc phân loại màu trở nên ổn định và chính xác hơn. Tài liệu nghiên cứu gốc đã chỉ ra công thức chuyển đổi từ RGB sang HSV là bước tiền xử lý quan trọng. Sau khi chuyển đổi, hệ thống sẽ xác định một ngưỡng giá trị (threshold) cho từng kênh H, S, V để phân tách màu sắc của đối tượng khỏi nền. Thư viện OpenCV, một công cụ mã nguồn mở mạnh mẽ, cung cấp đầy đủ các hàm để thực hiện các tác vụ này, từ việc đọc ảnh từ camera, chuyển đổi không gian màu (cvtColor), tạo ngưỡng (inRange) cho đến các phép toán hình thái học (erode, dilate) để loại bỏ nhiễu và làm mịn ảnh.

2.1. Chuyển đổi RGB sang HSV để trích xuất đặc trưng màu sắc

Không gian màu RGB biểu diễn một màu bằng cách pha trộn ba màu cơ bản. Tuy nhiên, một thay đổi nhỏ về độ sáng có thể làm thay đổi đáng kể cả ba giá trị R, G, B, gây khó khăn cho việc nhận dạng màu ổn định. Ngược lại, không gian màu HSV tách biệt rõ ràng yếu tố màu sắc (Hue) khỏi độ bão hòa (Saturation) và độ sáng (Value). Như trong đoạn code C++ được cung cấp trong tài liệu, hàm cvtColor(anh_goc, anh_HSV, COLOR_BGR2HSV) được sử dụng để thực hiện việc chuyển đổi này. Sau đó, việc trích xuất đặc trưng màu trở nên đơn giản hơn bằng cách định nghĩa một dải giá trị H, S, V cho mỗi màu cần nhận dạng. Ví dụ, để phát hiện một màu cụ thể, thuật toán sẽ kiểm tra xem các pixel có giá trị nằm trong dải (aLowH, aLowS, aLowV) đến (aHighH, aHighS, aHighV) hay không. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả và được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thị giác máy tính.

2.2. Áp dụng thuật toán xử lý ảnh thời gian thực trong LabVIEW

LabVIEW của National Instruments là một môi trường lập trình đồ họa mạnh mẽ, đặc biệt trong các ứng dụng đo lường và điều khiển. Đồ án tham khảo đã sử dụng LabVIEW kết hợp với thư viện C++ (dưới dạng file .DLL) để thực hiện xử lý ảnh thời gian thực. Ưu điểm của LabVIEW là giao diện trực quan, cho phép người dùng dễ dàng xây dựng luồng xử lý dữ liệu (dataflow) và giám sát hình ảnh từ camera. Mặc dù tài liệu đề cập đến một số hạn chế về tốc độ khi kết hợp C++ và LabVIEW, phương pháp này vẫn cho thấy khả năng tích hợp linh hoạt giữa các nền tảng khác nhau. Các chức năng như thu nhận hình ảnh, gọi thư viện ngoài và truyền dữ liệu qua các giao thức công nghiệp đều được LabVIEW hỗ trợ tốt, khiến nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các mô hình thí nghiệm.

III. Bí quyết lập trình PLC Siemens S7 1200 cho băng tải

Sau khi hệ thống xử lý ảnh xác định được loại sản phẩm, nhiệm vụ tiếp theo thuộc về bộ điều khiển PLC. Việc lập trình PLC Siemens S7-1200, một dòng PLC nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ, là kỹ năng cốt lõi trong đồ án tốt nghiệp tự động hóa. Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) của Siemens cung cấp một môi trường tích hợp để lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI và cấu hình mạng truyền thông. Lưu đồ giải thuật trong tài liệu gốc mô tả rõ quy trình hoạt động: PLC khởi động động cơ băng tải khi cảm biến tiệm cận đầu tiên phát hiện vật. Khi vật đến cảm biến thứ hai, băng tải dừng lại để camera chụp ảnh. PLC sau đó sẽ chờ tín hiệu phân loại từ máy tính. Dựa trên tín hiệu nhận được (ví dụ: màu 1, màu 2, hoặc màu 3), PLC sẽ kích hoạt đúng piston tại đúng thời điểm để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải. Chương trình PLC thường được viết bằng ngôn ngữ Ladder (LAD), mô phỏng sơ đồ mạch relay, rất trực quan và dễ hiểu đối với kỹ sư tự động hóa. Việc quy ước rõ ràng các ngõ vào (Inputs - I) và ngõ ra (Outputs - Q) là bước đầu tiên và quan trọng nhất để đảm bảo chương trình hoạt động chính xác.

3.1. Cấu hình và quy ước ngõ vào ra cho PLC S7 1200

Trước khi lập trình, việc cấu hình phần cứng và định nghĩa các biến (tags) là bắt buộc. Trong TIA Portal, người dùng cần khai báo đúng model PLC, ví dụ CPU 1214C DC/DC/DC, và thiết lập địa chỉ IP cho cổng PROFINET. Bảng quy ước ngõ vào/ra trong tài liệu là một ví dụ điển hình: ngõ vào I0.5 được gán cho nút nhấn Start, I1.2 cho cảm biến tại vị trí piston 1; ngõ ra Q0.4 điều khiển động cơ băng tải, các ngõ ra khác điều khiển piston. Việc quy ước rõ ràng này giúp chương trình mạch lạc, dễ đọc và thuận tiện cho việc gỡ lỗi sau này. Mỗi cảm biến, nút nhấn, động cơ, đèn báo đều phải tương ứng với một địa chỉ I/O vật lý trên PLC.

3.2. Thiết kế giao diện giám sát HMI bằng phần mềm WinCC

Để vận hành và giám sát hệ thống một cách hiệu quả, giao diện HMI (Human-Machine Interface) là không thể thiếu. Siemens tích hợp công cụ thiết kế HMI là WinCC ngay trong TIA Portal. Người dùng có thể tạo ra một giao diện đồ họa mô phỏng toàn bộ băng tải phân loại sản phẩm. Trên giao diện này, các đối tượng như băng tải, sản phẩm, piston, đèn báo được vẽ và liên kết (tagging) với các biến trong chương trình PLC. Ví dụ, trạng thái của đèn báo trên màn hình HMI sẽ thay đổi dựa trên trạng thái của biến ngõ ra tương ứng trong PLC. Người vận hành có thể nhấn nút Start/Stop ảo trên màn hình để điều khiển hệ thống. HMI không chỉ giúp điều khiển mà còn là một phần của hệ thống SCADA, cho phép hiển thị cảnh báo (Alarm logging), ghi lại dữ liệu (Tag logging) và tạo báo cáo, cung cấp cái nhìn tổng quan về hoạt động của dây chuyền.

IV. Cách kết nối Camera với PLC thông qua giao thức OPC UA

Thách thức lớn nhất trong các hệ thống tích hợp là làm thế nào để các thiết bị từ những nhà sản xuất khác nhau có thể "nói chuyện" với nhau. Việc kết nối camera với PLC không phải là một kết nối vật lý trực tiếp. Thay vào đó, máy tính (nơi xử lý ảnh từ camera) sẽ giao tiếp với PLC thông qua một mạng công nghiệp. Tài liệu nghiên cứu đã nhấn mạnh việc sử dụng OPC UA (Unified Architecture), một chuẩn giao tiếp hiện đại và an toàn. OPC UA là một cơ chế client/server. Trong mô hình này, chương trình xử lý ảnh trên máy tính (viết bằng LabVIEW hoặc Python) đóng vai trò là OPC Client. Nó gửi yêu cầu hoặc dữ liệu (ví dụ: "Sản phẩm màu xanh") đến OPC Server. PLC S7-1200, với firmware phù hợp, có thể hoạt động như một OPC Server, nhận dữ liệu từ Client và sử dụng nó trong logic điều khiển của mình. OPC UA đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu, là một chuẩn truyền thông quan trọng trong bối cảnh Cách mạng Công nghiệp 4.0, cho phép tích hợp liền mạch từ tầng sản xuất (PLC) lên tầng giám sát (SCADA/HMI) và quản lý (MES).

4.1. Giới thiệu về chuẩn giao tiếp công nghiệp OPC Server UA

OPC UA là sự kế thừa và cải tiến từ chuẩn OPC Classic. Nó là một chuẩn mở, độc lập nền tảng, cho phép truyền thông tin an toàn và đáng tin cậy giữa các thiết bị và phần mềm công nghiệp. Khác với OPC Classic chỉ hoạt động trên nền tảng Windows, OPC UA có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau, từ máy tính nhúng đến các hệ thống đám mây. Kiến trúc của nó bao gồm việc định nghĩa các mô hình thông tin phức tạp, không chỉ truyền các giá trị dữ liệu đơn giản. Trong đồ án này, OPC UA đóng vai trò là cầu nối, chuyển đổi kết quả phân loại từ dạng số (ví dụ, số 1 cho màu đỏ, số 3 cho màu xanh) trong chương trình LabVIEW thành một tag dữ liệu mà PLC S7-1200 có thể đọc và hiểu được.

4.2. Mô tả luồng dữ liệu từ máy tính xuống bộ điều khiển PLC

Luồng dữ liệu của hệ thống hoạt động như sau: Đầu tiên, camera ghi lại hình ảnh và gửi về máy tính. Chương trình trên máy tính (sử dụng OpenCV hoặc MATLAB image processing) phân tích và đưa ra kết quả phân loại. Kết quả này, ví dụ một số nguyên, được ghi vào một biến (tag) trên OPC Server. OPC Client (trong LabVIEW) sẽ cập nhật giá trị của tag này. PLC S7-1200, được cấu hình để đọc tag tương ứng từ OPC Server, sẽ nhận được giá trị mới. Chương trình trong PLC sẽ sử dụng giá trị này trong một khối so sánh (Compare) để quyết định hành động tiếp theo, chẳng hạn như kích hoạt piston nào. Quá trình này diễn ra liên tục, đảm bảo việc tự động hóa dây chuyền sản xuất hoạt động một cách đồng bộ và hiệu quả.

V. Kết quả và hướng phát triển cho đồ án phân loại sản phẩm

Kết quả thực nghiệm của mô hình phân loại sản phẩm được mô tả trong tài liệu đã đạt được mục tiêu đề ra. Hệ thống hoạt động ổn định, sản phẩm được nhận dạng màu sắc và phân loại đúng vị trí. Báo cáo đã ghi nhận khả năng phát hiện màu của chương trình LabVIEW là nhanh chóng, và PLC S7-1200 đáp ứng tốt yêu cầu điều khiển các cơ cấu chấp hành. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, đồ án cũng chỉ ra các nhược điểm cần khắc phục. Một trong số đó là độ trễ trong việc xử lý hình ảnh do sự kết hợp giữa C++ .DLL và LabVIEW chưa được tối ưu hoàn toàn. Đây là một bài học kinh nghiệm quý báu cho các nghiên cứu sau này. Việc phân tích thẳng thắn những điểm mạnh và điểm yếu cho thấy quá trình nghiên cứu khoa học nghiêm túc, không chỉ dừng lại ở việc làm cho hệ thống chạy được mà còn tìm cách để nó chạy tốt hơn. Những kết quả này là nền tảng vững chắc để tiếp tục cải tiến và phát triển đề tài.

5.1. Phân tích ưu và nhược điểm của hệ thống thực tế

Ưu điểm nổi bật của hệ thống là hoạt động ổn định và độ chính xác tương đối cao. Việc sử dụng các công cụ mạnh như LabVIEW và PLC Siemens mang lại khả năng mở rộng tốt. Người dùng có thể dễ dàng thêm các tính năng phân loại theo hình dạng, kích thước mà không cần thay đổi quá nhiều về phần cứng. Nhược điểm chính là thời gian xử lý ảnh còn chậm, có thể gây ra hiện tượng "thắt cổ chai" khi tăng tốc độ băng tải. Vấn đề này có thể xuất phát từ việc gọi một thư viện ngoài (.DLL) từ LabVIEW, gây ra độ trễ trong giao tiếp. Việc tối ưu hóa code hoặc sử dụng các module xử lý ảnh tích hợp sẵn của LabVIEW (NI Vision) có thể là một giải pháp để cải thiện hiệu suất.

5.2. Hướng phát triển tích hợp cánh tay robot gắp sản phẩm

Tài liệu đã đề xuất những hướng phát triển rất tiềm năng. Thay vì sử dụng piston để đẩy sản phẩm, việc tích hợp một cánh tay robot gắp sản phẩm sẽ giúp hệ thống linh hoạt hơn rất nhiều. Robot có thể gắp và đặt sản phẩm một cách nhẹ nhàng vào thùng chứa hoặc lên một băng tải khác, phù hợp với các sản phẩm dễ vỡ. Một hướng khác là cải tiến thuật toán để không chỉ phân loại theo màu mà còn theo hình dạng (shape detection). Điều này sẽ mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống sang nhiều lĩnh vực hơn, từ phân loại nông sản, linh kiện điện tử đến kiểm tra lỗi sản phẩm. Việc giảm thời gian nhận dạng để tăng tốc độ phân loại cũng là một mục tiêu quan trọng, đòi hỏi tối ưu cả phần cứng (chọn camera, máy tính cấu hình cao hơn) và phần mềm (thuật toán hiệu quả hơn).

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 1/47 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Mục đích nghiên cứu Trong cuộc sống, cùng với tiến bộ của khoa học kĩ thuật thì yêu cầu trong sản xuất ngày càng cao. Trong đó việc 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.

và đề tài của đồ án này là phân loại dựa trên nhận biết màu sắc sản phầm với camera.2 Đối tượng nghiên cứu bộPLC S7-1200, Labview vision, OpenCV, OPC server UA 2.3 Phạm vi nghiên cứu Đề tài này phục vụ cho việc điều khiển phân loại sản phẩm theo màu sắc cho quy mô phòng thí nghiệm 2.4 Dự kiến kết quả Sau khi khởi động hệ thống, khi nhấn nút start đèn báo hệ thống đã mở. Sau khi đặt vật vào cảm biến đầu tiên, băng tải bằng đầu chạy. khi gặp phải cảm biến thứ hai, băng tải sẽ dừng lại để kiểm tra màu sắc của sản phẩm. trong thời gian dừng, camera xác định mà sắc của sản phẩm, băng tải tiếp tục chạy, tín hiệu màu sắc đã được nhận dạng sẽ từ labview chuyển xuống plc, khi vật đến vị trí yêu cầu sẽ được piston một hoặc hai đẩy ra, hoặc chạy hết băng tải.

Nếu sản phẩm không đúng màu, băng tải sẽ dừng lại và báo đèn. Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 2/47 CHƯƠNG 3.1 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 công nghiệp.

- OPC được thực thi trong các cặp client/server. Máy chủ OPC (server) là một chương trình chuyển đổi giao thức truyền thông 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 không đề cập đên OPC classic Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.1 hình ảnh mô tả OPC server Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.2 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 toàn để truyền thông tin giữa server ( máy chủ) và client (máy khách). Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.2 hình ảnh mô tả OPC server UA Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.3 Sơ lược về hai không gian màu RGB và HSL 3.1 Không gian màu RGB Không gian màu RGB là hệ không gian màu được dùng rất nhiều trong biểu diễn đồ họa trên máy tính hoặc rất nhiều các thiệt bị điện tử và kỹ thuật số khác nhau.

Một không gian màu RGB đặc thù được biểu diễn bởi ba mà sắc cơ bản đó là đỏ (RED), xanh lá cây (Green) và xanh lơ (Blue), từ việc kết hợp ba màu sắc có bản trên có thể tạo ra rất nhiều các màu sắc khác nhau. Giả dụ một bức ảnh được mã hóa bằng 24 bit, thì mỗi kênh R,G,B sẽ là 8 bit. Mỗi kênh này nhận giá trị từ 0 đến 255, với mỗi giá trị từ 0-255 của từng kênh kết hợp với nhau sẽ thu được một màu khác nhau, sẽ có tổng cộng 255×255×255 = 1. Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.3 hình ảnh mô tả không gian màu RGB Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.2 Không gian màu HSV Không gian màu HSV ( Hue, Saturation, Value) là một mô hình để biểu diễn không gian màu tương tự với không gian màu RGB.

Thực chất là sự biến đổi của không gian RGB. Trong đó: - Kênh H (Hue) là kênh để chỉ thuộc tính màu sắc có giá trị từ 0ᵒ đến 360ᵒ. Rất hữu dụng trong nhiều tác vụ xử lý ảnh cần đến việc phân biệt các vật thể dựa trên màu sắc của chúng. Có giá trị từ 0 đến 1.

- Kênh V (Value) là kênh để mô tả độ sáng hay nói cách khác là cường độ của màu sắc và cũng có giá trị từ 0 đến 1. Các màu sắc đạt giá trị bảo hòa khi S = 1 và V = 1. Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.4 không gian màu HSV Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.3 Công thức chuyển hệ màu RGB sang HSV Giả sử, ta chọn một điểm ảnh trong hệ không gian màu RGB có giá trị là (R,G,B). Để chuyển điểm ảnh này sang không gian màu HSV, tiến hành như sau: Đặt: M = Max(R,G,B) m = min(R,G,B) C = M- m - Xác định giá trị H (HUE) Xác định giá trị của V (Value) V = M.

Xác định giá trị của S ( Saturation) 0,nÕuV 0  S  C  V nÕuV kh¸ c 0 Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 7/47 : Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT.5 ví dụ về mối quan hệ giữa hai không gian màu RGB và HSV 3.4 Giới thiệu về OpenCV - OpenCV là thư viện mã nguồn mở về thị giác máy tính, xử lý ảnh, được phát triển đầu triền bởi tập đoàn Intel, có thể viết trên các ngôn ngữ C++, Python, java và hỗ trợ các hệ điều hành Windows, Linux, MacOS, IOS, Android. OpenCV được thiết kế để tính toán hiệu quả và hướng nhiều vào những ứng dụng thời gian thực. - OpenCV được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: kiểm soát giao thông, giám sát, kiểm tra, xe tự hành, y tế, nghệ thuật sắp đặt tương tác…. Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 8/47 CHƯƠNG 4.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Linh kiện sử dụng 4.1 Bộ điều khiển khả trình PLC s7-1200 1214 DC/DC/DC Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.6hình ảnh thực tế của PLC s7-1200 1214 DC/DC/DC Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.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  Ngôn ngữ lập trình: FBD,LADDER,SCL  6 bộ đếm tốc độ cao HSC (high speed counter) dùng để đọc xung tốc độ cao từ encoder trong việc điều khiển động cơ.  Có cổng kết nối encoder (loại 2 dây)  Có 3 đèn báo: đèn báo Run/stop, đèn báo lỗi, đèn báo duy trì( bảo dưỡng).  Bộ nhớ trong: 100 KB 4.2 Chuẩn truyền dẫn: Hỗ trợ các mạng truyền thông, kết nối protocols: PROFINET, PROFIBUS, MODBUS, AS- interface, OPC server UA v5.1 Ngoài ra còn có: TCP/IP, SNMP, DCP, LLDP.3 Các công 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 công cụ điều khiển. các công cụ đó bao gồm: - Bộ điều khiển PID (PID controller): Là bộ điều khiển vòng kín, điều khiển ba thông 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 DC/DC/DC. - 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 Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 10/47 - Web server 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 thông qua bất kỳ thiết bị nào có thể kết nối internet và có một trình duyệt nào đó, ví dụ như: máy tính, điện thoại thông minh, máy tính bảng v.4 Phần mềm TIAportal 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 dòng PLC S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400…. Ngoài ra nó còn được dùng để viết giao diện cho màn hình HMI và WinCC của hãng Siemens.

Hình THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG.7 giao diện khởi động của phần mềm TIA Portal v14 Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON DS30C4 Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.8 hình ảnh thực tế cảm biến vật cản OMDHON DS30C4 - Đặc điểm kỹ thuật: - Khoảng cách phát hiện: 5 – 30 cm - Loại ngõ ra: dòng kích 300 mA - Điện áp hoạt động: 20… 30 VDC - Nhiệt độ hoạt động: -25 to 70 ℃ - Ngõ ra: cực thu hở, kết nối 3 dây. - Chuẩn bảo vệ: IP65 - Vật liệu chế tạo: nhựa 4.3 Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.COM Trang 12/47 Động cơ DC RS775 DC 12-24v Hình GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.9hình ảnh thực tế thông số kỹ thuật: động cơ DC RS775 điện áp: 12 -24 VDC dòng tiêu thụ tối đa: 2.2 A nhiệt độ hoạt động từ -40℃ đến hơn 100℃ Phân loại sản phẩm dùng xử lý ảnh kết hợp PLC S7-1200 EBOOKBKMT.2 Giới thiệu về phần mềm LabVIEW 4.1 Đôi nét về LabVIEW LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm trên nền tảng Windows được thiết kế và phát triển bởi công ty National Instruments. Labview là một phần mềm cực kỳ mạnh mẽ, được sử dụng trong hầu hết các trung tâm thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật, tự động hóa, điện tử y sinh, y tế, cơ điện tử, điện tử, hàng không, hóa sinh đặc biệt là ở các nước Nhật Bản, Hoa Kỳ, Hàn Quốc.2 Các điểm mạnh của LabVIEW LabVIEW là một phần mềm thực chất là môi trường để lập trình cho ngôn ngữ lập trình đồ họa cực kỳ mạnh mẽ. Được sử dụng rất rộng rãi trong việc tạo ra các ứng dụng giao tiếp với máy tính, xử lý ảnh, mô phỏng, đo lường, kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực.