Chương 1 Tổng quan: Tầm quan trọng, mục tiêu, giới hạn thực hiện đề tài và phương pháp, phương tiện nghiên cứu, nội dung thực hiện. Chương 2 Cơ sở lý thuyết: Trình bày và phân tích ưu nhược điểm của các phương án vận hành kho hàng có trên thị trường, từ đó chọn ra phương án phù hợp cho đề tài. Tìm hiểu tổng quan về PLC, xử lý ảnh, ngôn ngữ lập trình Python, WINCC, yêu cầu phạm vi ứng dụng,… Chương 3 Lựa chọn và thiết kế: Thiết kế, lựa chọn linh kiện thiết bị phù hợp với hệ thống và việc thi công hệ thống, sơ đồ khối toàn hệ thống và kết quả thực hiện. Chương 4 Kết quả thực hiện: Đánh giá quá trình hoạt động của hệ thống qua nhiều môi trường khác nhau và đưa ra nhận xét.
Chương 5 Kết luận và hướng phát triển: Đưa ra kết luận sau quá trình thực hiện đồ án, đưa ra các hướng phát triển tiếp theo sau khi thực hiện đồ án. -4- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về PLC S7 – 1200 2.1 Đặc điểm và vai trò của PLC S7 – 1200 [3] S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7- 1200 có những tính năng nổi trội hơn.
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200. S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: • Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC. • Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình. Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau.
S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C và CPU 1217C. Ngoài ra, còn có các dòng CPU S7-1200 SIPLUS đây là các dòng PLC có khả năng làm việc ở các nhà máy có môi trường khắc nghiệt: hóa chất độc hại, nhiệt độ cao… Trong mô hình đồ án, nhóm sinh viên chọn dùng PLC S7 – 1200 dòng CPU 1214C. -5- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm 2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC.
Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: • Address bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau. • Data bus: bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control bus:bus điều khiển dung để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1,8 Mhz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.3 Ứng dụng của PLC S7 – 1200 trong công nghiệp [4] PLC S7 – 1200 được ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như: • Hệ thống băng tải, cân định lượng.
• Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh. • Điều khiển bơm cao áp, bơm ổn định áp suất. • Xử lý hóa học, chế biến thực phẩm. • Máy trộn, máy nghiền, trạm trộn bê tông.2 Giới thiệu về xử lý ảnh Cùng với ngôn ngữ tự nhiên, hình ảnh đã đóng một vai trò hết sức quan trọng trong -6- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
Nguyễn Minh Tâm việc trao đổi thông tin. Tính trực quan của hình ảnh đã giúp cho con người hiểu rõ và sâu sắc hơn các thông tin cần thu thập. Người ta đã chứng minh được rằng, trong tất cả các kênh thu nhận thông tin của con người thì lượng thông tin thu nhận qua kênh thị giác chiếm khoảng 70%. Hình ảnh là kết quả của việc thu nhận và biểu diễn của năng lượng ánh sáng trải dài từ tia gamma (có bước sóng nhỏ) đến sóng radio (có bước sóng lớn).
Tuy nhiên, mắt người chỉ cảm nhận được một vùng giới hạn rất nhỏ trong phổ điện từ. Ngược lại, máy tính có thể đọc được một vùng rất rộng trong phổ điện từ, từ tia gamma đến sóng radio. Nó có thể biểu diễn và xử lý những bức ảnh được sinh ra bởi những nguồn mà con người không thể nhận biết được, như ảnh siêu âm , ảnh hồng ngoại, ảnh trong vùng tia X, Do đó xử lý ảnh có một phạm vi ứng dụng tương đối rộng. Xử lý ảnh là một trong những lĩnh vực về khoa học và công nghệ khá mới nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, được nhiều trung tâm nghiên cứu, ứng dụng.
Những năm gần đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, khoa học kỹ thuật và với nhu cầu hiện đại hóa, thay thế sức lao động của con người bằng máy móc thì việc ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh vào đời sống xã hội càng trở nên mạnh mẽ. Không chỉ dừng lại về việc xử lý chất lượng, phục hồi, tái chế ảnh mà ngày nay công nghệ xử lý ảnh còn kết hợp với lĩnh vực trí tuệ nhân tạo, học máy, học sâu mang lại những ứng dụng thực tế để phục vụ và nâng cao chất lượng cuộc sống. Xử lý ảnh được áp dụng vào thực tế, đem lại nhiều hiệu quả trong các lĩnh vực như: • Lĩnh vực quân sự: xử lý hình ảnh quân sự, giải mã mật thư. • Lĩnh vực y tế: xử lý ảnh y sinh, chụp X quang, MRI.
• Lĩnh vực phim ảnh: nhận dạng ảnh, xử lý âm thanh, đồ họa. • Lĩnh vực an ninh, bảo mật: nhận diện khuôn mặt, nhận diện vân tay, giọng nói. • Lĩnh vực giải trí: trò chơi mô phỏng thực tế ảo. • Trong công nghiệp: Robotics, phân loại sản phẩm, trái cây, xe tự hành.
Với mục tiêu của đề tài là lưu trữ hàng hóa trong kho của các nhà máy một cách tự động thay cho con người thì việc xử lí thông tin mà hình ảnh mang lại đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Mỗi bức ảnh đều mang một lượng thông tin nhất định. Để có thể nhận biết được những thông tin ẩn chứa trong mỗi bức ảnh đó chẳng hạn như mã QR code, chúng -7- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm ta cần có một quá trình xử lý ảnh.
Quá trình xử lí ảnh được xem như là một hoặc nhiều những thao tác với ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn. Hình dưới sẽ mô tả các bước trong quá trình xử lý ảnh. Quá trình xử lý ảnh 2.1 Thu nhận ảnh Thu nhận ảnh là công đoạn đầu tiên và cũng mang tính quyết định cho cả quá trình xử lý và hoạt động của hệ thống. Việc thu nhận ảnh sẽ được thực hiện bởi các thiết bị như camera, điện thoại, máy ảnh,… Kết quả đầu ra của hệ thống sẽ phụ thuộc một phần lớn vào chất lượng ảnh thu nhận được từ đầu vào.
Ngoài ra chất lượng ảnh cũng bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài như ánh sáng, thời tiết, phong cảnh… Do đó việc lựa chọn thiết bị thu ảnh cũng rất quan trọng. Để lựa chọn được thì cần phải xem xét các yêu cầu đã đặt ra của hệ thống như: đặc tính của đối tượng cần nhận dạng, môi trường làm việc của hệ thống, tốc độ xử lý,… Ngoài ra cũng cần dựa vào giá thành để có thể lựa được thiết bị với chất lượng phù hợp. Ngày nay đã có nhiều hãng lớn sản xuất các camera chuyên dụng, đáp ứng được các nhu cầu thực tế như: Siemens, Mitsubishi, Logitech, Keyence, Omron, Cognex,… 2.2 Tiền xử lý ảnh Sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh để nâng cao chất lượng ảnh. Mục đích là để điều chỉnh độ sáng nhằm khắc phục hậu quả của việc chiếu sáng không đều, giảm nhỏ thành phần nhiễu của ảnh tức là các đối tượng xuất hiện ngoài ý muốn, hiệu chỉnh giá trị độ sáng giữa nền và đối tượng, chuẩn hoá độ lớn, màu, dạng của ảnh.
Ảnh thu thập được thường có nhiễu và cần loại bỏ nhiễu hay ảnh thu được không sắc nét, bị mờ cần làm rõ các chi tiết trước khi đưa vào xử lý. Bộ lọc trung bình được sử dụng chính trong bước tiền xử lý ảnh này, nó là bộ lọc mà mỗi điểm ảnh được thay thế bằng trung bình trọng số của -8- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm xử lý ảnh này, nó là bộ lọc mà mỗi điểm ảnh được thay thế bằng trung bình trọng số của các điểm lân cận nhằm loại bỏ những điểm ảnh biến đổi lớn hơn so với điểm lân cận (hay còn gọi là nhiễu). Ảnh số Ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật.
Số điểm ảnh xác định độ phân giải của ảnh. Ảnh có độ phân giải càng cao thì càng thể hiện rõ nét các đặt điểm của tấm hình càng làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn. Ảnh số Các thông số cơ bản của ảnh được trình bày như sau: Điểm ảnh: là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được chọn thích hợp sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần như ảnh thật.
Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh. Điểm ảnh -9- Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Mức xám của ảnh: Là kết quả của sự biến đổi tương ứng 1 giá trị độ sáng của 1 điểm ảnh với 1 giá trị nguyên dương. Thông thường nó xác định trong [0, 255] tuỳ thuộc vào giá trị mà mỗi điểm ảnh được biểu diễn.
Các thang giá trị mức xám thông thường: 16,32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức phổ dụng.