Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các nhà máy và doanh nghiệp sản xuất quy mô lớn, khâu kiểm tra, phát hiện sản phẩm lỗi và phân loại đóng vai trò đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cũng như chất lượng thành phẩm xuất xưởng. Theo khảo sát thực tế được tác giả trình bày, phương thức phân loại truyền thống chủ yếu dựa vào nhân công trực tiếp. Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao độ và có tính chất lặp đi lặp lại liên tục trong thời gian dài, dẫn đến sự mệt mỏi, suy giảm thị lực và làm giảm độ chính xác cũng như hiệu suất làm việc của công nhân.

Trên thế giới, các dây chuyền công nghiệp và nông nghiệp đã ứng dụng rộng rãi tự động hóa cùng công nghệ thị giác máy tính (Computer Vision) để nhận dạng thư từ, phân loại hành lý tại sân bay, kiểm soát linh kiện bo mạch và quản lý chất lượng tự động. Tại Việt Nam, công nghệ xử lý ảnh cũng đang từng bước được đưa vào các ngành công nghiệp như phân loại gạch men, đếm linh kiện điện tử, kiểm tra bo mạch hoặc nhận dạng biển số xe. Việc ứng dụng băng chuyền kết hợp xử lý ảnh tốc độ cao và độ chính xác cao giúp giảm chi phí nhân công, tối ưu hóa thời gian chu kỳ sản xuất và hạn chế tỷ lệ sản phẩm lỗi lọt ra thị trường. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh trong LabVIEW" được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đồ án là thiết kế và thi công hoàn thiện một mô hình nhận dạng, kiểm tra và phân loại sản phẩm lỗi quy mô nhỏ, đảm bảo tốc độ xử lý nhanh và độ chính xác cao. Hệ thống hướng đến các mục tiêu cụ thể:

  1. Nhận dạng, đếm và phân loại chính xác 3 dạng lỗi sản phẩm: Lỗi thiếu số lượng sản phẩm trên khay, lỗi sai nhãn hiệu (Logo), và lỗi sai mã vạch (Barcode).
  2. Thu nhận hình ảnh bằng 2 Camera Webcam độ phân giải HD và xử lý ảnh trên phần mềm LabVIEW.
  3. Thiết lập kết nối truyền thông công nghiệp giữa LabVIEW và bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 để điều khiển cơ cấu chấp hành điện khí nén.
  4. Điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của hệ thống thông qua giao diện máy tính (LabVIEW) và giao diện trang web nhúng (Webserver trên PLC).
  5. Tự động xuất dữ liệu thống kê hoạt động của hệ thống ra các định dạng tệp tin như Notepad (.txt) và Excel (.csv/.xlsx).

Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định gồm 7 hạng mục:

  1. Tìm hiểu về PLC Siemens S7-1200 và phần mềm lập trình TIA Portal V14.
  2. Nghiên cứu phương pháp truyền thông dữ liệu giữa PLC và phần mềm LabVIEW.
  3. Nghiên cứu giải thuật thu thập và xử lý hình ảnh trên LabVIEW (theo số lượng, mã vạch và Logo).
  4. Xây dựng chức năng nhập xuất dữ liệu hoạt động của hệ thống.
  5. Thiết kế và thi công mô hình cơ khí, băng tải, buồng chụp ảnh và tủ điện cho hệ thống công suất nhỏ.
  6. Lập trình điều khiển, giám sát hệ thống bằng PLC kết hợp giao diện LabVIEW và Webserver.
  7. Thử nghiệm, cân chỉnh và hoàn thiện báo cáo đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình hệ thống tự động kiểm tra và phân loại sản phẩm sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh số kết hợp điều khiển PLC và cơ cấu điện khí nén.
  • Phạm vi không gian: Đồ án được thực hiện và thử nghiệm tại Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu và thi công diễn ra từ ngày 25/02/2019 đến ngày 16/06/2019.
  • Giới hạn đề tài: Mô hình phân loại dừng ở quy mô thử nghiệm công suất nhỏ; nhận diện tập trung vào 3 loại lỗi điển hình (số lượng, Logo, Barcode); sử dụng 2 camera dạng Webcam để thu nhận ảnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng tích hợp liên ngành giữa kỹ thuật xử lý ảnh số, điều khiển tự động hóa khả trình (PLC), hệ thống truyền động điện khí nén và truyền thông công nghiệp.

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

  1. Lý thuyết xử lý ảnh số: Hệ thống tuân thủ chu trình xử lý ảnh cơ bản gồm: Thu nhận ảnh (Image Acquisition) $\rightarrow$ Tiền xử lý (lọc nhiễu, cân bằng độ sáng, tăng độ tương phản) $\rightarrow$ Phân đoạn ảnh (Segmentation) $\rightarrow$ Xử lý đặc trưng $\rightarrow$ Nhận dạng và nội suy (Pattern Recognition) dựa trên tập mẫu chuẩn lưu sẵn $\rightarrow$ Cơ sở tri thức. Tác giả áp dụng các khái niệm nền tảng như điểm ảnh (pixel), độ phân giải (ppi), các thang mức xám (16, 32, 64, 128, 256) và các phép lọc khử nhiễu ngẫu nhiên/hệ thống.

  2. Thuật toán xử lý ảnh trên LabVIEW:

    • Xử lý số lượng sản phẩm: Thu nhận ảnh màu từ Camera, chuyển đổi sang ảnh xám thông qua phương trình thành phần điểm ảnh $Y = 0.114B + \dots$. Quá trình tìm kiếm đối tượng gồm 2 bước: Learning (trích xuất và lưu trữ đặc trưng ảnh mẫu) và Matching (tính toán mức độ tương quan giữa ảnh kiểm tra với ảnh mẫu để định vị đối tượng). Hệ thống đếm tổng số lượng vùng trùng khớp và so sánh với giá trị đặt định mức để xác định lỗi thừa/thiếu.
    • Xử lý mã vạch (Barcode): Phân tích quang học sự thay đổi độ rộng của các vạch thẳng và khoảng trắng xen kẽ để giải mã chuỗi ký tự số/chữ, sau đó so khớp chuỗi thu được với bộ mã chuẩn.
    • Xử lý Logo: Thực hiện thuật toán so khớp mẫu (Pattern Matching). Phần mềm tính điểm số tương quan (Score); nếu điểm số đạt hoặc vượt ngưỡng thiết lập thì Logo được đánh giá là đạt chuẩn.

  3. Lý thuyết điều khiển PLC Siemens S7-1200: Bộ điều khiển PLC S7-1200 hoạt động theo chu kỳ quét (Scan cycle) lặp tuần tự: Đọc cổng vào (Process Image Input - I) $\rightarrow$ Thực thi chương trình logic $\rightarrow$ Truyền thông và tự chẩn đoán $\rightarrow$ Cập nhật ngõ ra (Process Image Output - Q). Cấu trúc bộ nhớ gồm các khối chương trình tổ chức (Organization Block - OB), chương trình con (FC/FB), khối ngắt (Interrupt), cùng các vùng nhớ tham số (Timer - T, Counter - C, Bit nhớ nội bộ - M, khối dữ liệu - DB).

  4. Hệ thống điều khiển điện khí nén: Sử dụng nguồn khí nén kết hợp van điện từ đảo chiều (Solenoid Valve 5/2) và xi lanh tác động kép để sinh công cơ học dạng truyền động thẳng, thực hiện thao tác gạt/đẩy khay sản phẩm lỗi ra khỏi tuyến băng tải chính.

Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật: Tính toán phụ tải điện, lựa chọn thông số động cơ kéo băng chuyền, rơ le bảo vệ, van khí nén và thiết kế bản vẽ đấu nối I/O.
  • Phương pháp truyền thông công nghiệp: Ứng dụng giao thức Modbus TCP/IP qua cổng Ethernet (PROFINET) tích hợp sẵn trên S7-1200. Phần mềm LabVIEW đóng vai trò Modbus Master/Client trao đổi dữ liệu với khối hàm MB_SERVER trên PLC.
  • Phương pháp giao tiếp mạng Web: Khai thác tính năng Webserver nhúng của S7-1200 thông qua khối lệnh WWW, biên soạn giao diện người dùng bằng ngôn ngữ HTML để giám sát hệ thống qua mạng LAN.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu hình ảnh trực tiếp từ 2 camera Webcam Logitech C270 đặt trong buồng chụp kín; tín hiệu phát hiện phôi từ cảm biến quang hồng ngoại E3F-DS30C4.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo mô hình tích hợp đồng bộ giữa phần cứng cơ điện và phần mềm điều khiển - giám sát.

Thiết kế phần cứng và cơ cấu chấp hành

Toàn bộ hệ thống cơ khí được lắp ráp trên khung sắt chịu lực định hình. Dây chuyền băng tải vận hành thông qua động cơ DC giảm tốc 24V. Buồng thu nhận hình ảnh được thiết kế dạng hộp kín chuyên dụng, lắp đặt 2 camera Logitech C270 HD nhằm cố định góc chụp và ổn định nguồn sáng chiếu trực tiếp lên khay sản phẩm, giảm thiểu tác động của ánh sáng môi trường.

Cơ cấu phân loại gồm các cụm xi lanh khí nén tác động thẳng gắn dọc theo nhánh băng tải, điều khiển thông qua các van điện từ 5/2 nhận tín hiệu kích từ đầu ra rơ le của PLC. Khi cảm biến quang E3F-DS30C4 phát hiện sản phẩm đi vào vùng kiểm tra, tín hiệu kích hoạt được gửi về PLC và phần mềm LabVIEW để kích hoạt chu trình xử lý ảnh.

Tên thiết bị / Linh kiện Thông số kỹ thuật chính Vai trò trong hệ thống
PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C AC/DC/RLY) Nguồn 220VAC, 14 DI (24VDC), 10 DO Relay, 2 AI, bộ nhớ làm việc 50 kB, cổng PROFINET Bộ điều khiển trung tâm toàn hệ thống
Camera Logitech C270 Độ phân giải HD (720p), kết nối USB 2.0 (sử dụng 2 bộ) Thu nhận ảnh Logo, mã vạch và số lượng
Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 Nguồn 6–36VDC, khoảng cách phát hiện 5–30 cm, ngõ ra NPN cực thu hở Phát hiện vị trí khay sản phẩm trên băng chuyền
Động cơ DC giảm tốc 24V Điện áp 24V, dòng tải 0.27A, tốc độ 2500–3000 vòng/phút, đường kính 42 mm, nặng 350g Truyền động kéo băng tải sản phẩm
Xi lanh khí nén tròn & Van 5/2 Xi lanh tác động kép, van điện từ 5 cửa 2 vị trí cuộn hút 24VDC Cơ cấu chấp hành đẩy sản phẩm lỗi
Rơ le trung gian MY2N Điện áp cuộn dây 220/240VAC, tích hợp LED chỉ thị, trọng lượng 100g Đệm công suất ngõ ra điều khiển van và động cơ
Nút dừng khẩn cấp Idec AVW401R Điện áp 220V, tiếp điểm NC dạng nhấn khóa xoay nhả Dừng khẩn cấp toàn bộ hệ thống khi có sự cố
Nút nhấn công nghiệp LA38 Điện áp 220V, màu sắc Xanh/Đỏ Điều khiển Start/Stop tại tủ điện

Thiết kế phần mềm và cấu hình truyền thông

  1. Phần mềm LabVIEW: Xây dựng lưu đồ giải thuật thu nhận video trực tiếp từ 2 camera, tiền xử lý và áp dụng 3 khối thuật toán Vision riêng biệt. LabVIEW đóng gói trạng thái kiểm tra (Hợp lệ, Lỗi số lượng, Lỗi Barcode, Lỗi Logo) và truyền qua bảng biến Modbus TCP/IP xuống thanh ghi PLC. Đồng thời, giao diện Front Panel hiển thị trực tiếp hình ảnh kiểm tra, thông số đếm và ghi log dữ liệu ra tệp Notepad/Excel.
  2. Phần mềm TIA Portal V14: Thiết lập cấu hình phần cứng CPU 1214C, viết khối chương trình chính quản lý chu trình logic, đọc trạng thái cảm biến, kích hoạt động cơ băng tải và điều khiển xi lanh gạt phân loại theo dữ liệu gửi từ LabVIEW. Trong chương trình PLC, khối hàm MB_SERVER được khai báo để mở cổng dịch vụ Modbus TCP kết nối Ethernet.
  3. Giao diện Webserver: Kích hoạt chức năng Webserver trên TIA Portal, sử dụng khối hàm hệ thống WWW để biên dịch các trang web tùy biến (User-defined pages) lập trình bằng mã nguồn HTML (soạn thảo trên Notepad++, mã hóa ký tự 8-bit). Người vận hành có thể truy cập IP của PLC qua trình duyệt máy tính hoặc điện thoại để giám sát số lượng sản phẩm đạt/lỗi theo thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng thị giác máy tính trong phân loại sản phẩm tự động, so sánh bối cảnh nghiên cứu trong nước và quốc tế. Tác giả xác định rõ 6 mục tiêu, 7 nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm, các giới hạn kỹ thuật của đề tài (mô hình công suất nhỏ, nhận dạng 3 dạng lỗi, 2 webcam) cùng bố cục tổng thể gồm 6 chương của quyển báo cáo.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hệ thống hóa toàn diện các kiến thức nền tảng:

  • Lý thuyết xử lý ảnh số, các bước chuyển đổi ảnh màu RGB sang ảnh xám theo công thức điểm ảnh $Y = 0.114B + \dots$, nguyên lý giải thuật Learning & Matching trong đếm số lượng, thuật toán giải mã Barcode và thuật toán so khớp mẫu Logo.
  • Cấu trúc phần cứng và tập lệnh của họ PLC Siemens S7-1200, so sánh đặc tính kỹ thuật các dòng CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C qua Bảng 2.1; danh mục các module tín hiệu (SM), bảng tín hiệu (SB), module truyền thông RS232/RS485 (CM) qua Bảng 2.2.
Dòng CPU S7-1200 Kích thước (mm) Bộ nhớ làm việc Ngõ vào/ra tích hợp Mở rộng module tín hiệu (SM)
CPU 1211C $90 \times 100 \times 75$ 25 kB 6 DI / 4 DO / 2 AI Không hỗ trợ
CPU 1212C $90 \times 100 \times 75$ 25 kB 8 DI / 6 DO / 2 AI Tối đa 2 module
CPU 1214C $110 \times 100 \times 75$ 50 kB 14 DI / 10 DO / 2 AI Tối đa 8 module
  • Nguyên lý hệ thống điều khiển điện khí nén (máy nén khí, van đảo chiều 5/2, xi lanh); thông số kỹ thuật cảm biến quang hồng ngoại E3F-DS30C4; các linh kiện phụ trợ như động cơ DC 24V, nút nhấn LA38, nút dừng khẩn Idec AVW401R, rơ le MY2N.
  • Giới thiệu phần mềm TIA Portal V14, cấu trúc phần mềm LabVIEW và phương thức thiết lập truyền thông Modbus TCP/IP qua khối MB_SERVER.

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Đi sâu vào tính toán kỹ thuật và thiết kế sơ đồ nguyên lý:

  • Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống gồm Khối nguồn, Khối điều khiển (PLC S7-1200), Khối xử lý ảnh (Camera + LabVIEW), Khối cảm biến, Khối chấp hành (Động cơ DC, Xi lanh khí nén) và Khối giám sát (Webserver/HMI).
  • Tính toán phụ tải dòng điện tiêu thụ của các thiết bị (Bảng 3.1) để lựa chọn bộ nguồn DC và khí tài đóng cắt.
  • Lập bảng phân bổ và ánh xạ địa chỉ vào/ra (I/O Address Mapping) cho PLC (Bảng 3.2), sơ đồ mạch nguyên lý cấp nguồn, đấu nối động cơ, van điện từ và đèn báo.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật chi tiết cho chương trình xử lý ảnh LabVIEW và lưu đồ điều khiển logic cho PLC S7-1200.

Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày chi tiết quá trình chế tạo và lắp ráp thực tế:

  • Thi công phần cứng: Lắp ráp khung sắt định hình; chế tạo buồng thu nhận hình ảnh chuyên dụng gắn 2 camera Logitech C270; lắp ráp phần cơ khí băng chuyền, động cơ và giá đỡ xi lanh khí nén; bố trí và đấu nối dây dẫn trong tủ điện điều khiển (chứa PLC, cầu dao 5A, rơ le, nguồn tổ ong).
  • Thi công phần mềm: Cấu hình truyền thông Modbus I/O Server trên LabVIEW; liên kết các biến tag đọc/ghi dữ liệu với PLC; lập trình giao diện HTML bằng Notepad++ (mã hóa 8-bit) và cấu hình khối chức năng WWW trên TIA Portal V14 để tạo trang Webserver điều khiển nhúng trên S7-1200.

Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Trình bày hình ảnh thực tế của hệ thống hoàn chỉnh sau khi thi công; đánh giá chi tiết kết quả chạy thực nghiệm trên từng dạng lỗi khay sản phẩm:

  • Nhận dạng chính xác trường hợp khay thiếu sản phẩm so với số lượng đặt.
  • Phát hiện và kích hoạt xi lanh phân loại khi sản phẩm bị dán sai mã Barcode.
  • Nhận dạng và loại bỏ khay có nhãn Logo sai hoặc bị biến dạng/lệch chuẩn.
  • Kiểm tra tính năng cập nhật số liệu thời gian thực trên giao diện Webserver và khả năng xuất báo cáo tự động sang tệp Excel/Notepad.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết mức độ hoàn thành nhiệm vụ theo mục tiêu ban đầu; phân tích các điểm đạt được về mặt cứng, mềm và truyền thông; chỉ ra các điểm còn tồn tại do giới hạn thiết bị và đề xuất các phương án mở rộng, cải tiến cho các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm

  1. Hoàn thiện mô hình vật lý: Chế tạo thành công mô hình băng tải cơ khí hoàn chỉnh, tích hợp buồng chụp ảnh kín với 2 camera Logitech C270 HD, tủ điện điều khiển công nghiệp chứa PLC S7-1200 CPU 1214C và cơ cấu gạt phân loại bằng 3 cụm xi lanh điện khí nén.
  2. Xử lý ảnh chính xác trên LabVIEW: Thuật toán thị giác máy tính nhận dạng thành công 3 trường hợp lỗi thực nghiệm:
    • Lỗi thiếu sản phẩm: Phát hiện chính xác số lượng vật thể trên khay không đủ theo định mức cài đặt.
    • Lỗi Barcode: Đọc và so khớp mã vạch, phân loại ngay khi phát hiện chuỗi mã hóa sai lệch.
    • Lỗi Logo: Nhận dạng độ tương quan hình ảnh nhãn hiệu, phân loại chính xác khay dán sai hoặc lỗi Logo.
  3. Truyền thông và giám sát đa nền tảng:
    • Thiết lập ổn định kết nối Modbus TCP/IP giữa LabVIEW và PLC S7-1200 qua khối hàm MB_SERVER.
    • Xuất dữ liệu vận hành (thời gian, trạng thái, số lượng đạt/lỗi) ra file văn bản Notepad và bảng tính Excel.
    • Triển khai thành công Webserver nhúng qua khối WWW, cho phép giám sát thông số hệ thống trực tiếp bằng trình duyệt web.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đề xuất giải pháp kiểm tra ngoại quan và phân loại sản phẩm tự động kết hợp xử lý ảnh trên máy tính (LabVIEW) với PLC công nghiệp nhằm thay thế phương pháp thủ công, tối ưu chi phí đầu tư cho doanh nghiệp vừa và nhỏ.
  • Đề xuất thiết kế buồng thu ảnh khép kín có đèn chiếu sáng tiêu chuẩn nhằm triệt tiêu hiện tượng bóng đổ và ảnh hưởng của cường độ sáng tự nhiên bên ngoài đến thuật toán xử lý.

Đóng góp về mặt kỹ thuật

  • Tích hợp thành công mô hình điều khiển lai giữa phần mềm thị giác máy tính LabVIEW và bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 thông qua mạng truyền thông Modbus TCP/IP.
  • Xây dựng hoàn chỉnh giải pháp giám sát hệ thống nhúng qua Webserver trên PLC S7-1200 bằng giao diện HTML tự thiết kế mà không cần bổ sung phần cứng HMI chuyên dụng đắt tiền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được công bố trong văn bản:

  • Mô hình hệ thống mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm nhỏ (công suất thấp), chưa được kiểm nghiệm trong môi trường rung lắc và bụi bẩn công nghiệp thực tế.
  • Khả năng kiểm tra chỉ giới hạn ở 3 trường hợp lỗi định trước (số lượng, Logo, Barcode), chưa tích hợp nhận diện các khuyết tật bề mặt vi mô phức tạp (như vết trầy xước, nứt vỡ nhỏ).
  • Sử dụng Webcam phổ thông (Logitech C270) nên tốc độ lấy khung hình và độ phân giải còn hạn chế, đòi hỏi tốc độ băng chuyền phải duy trì ở mức vừa phải để tránh mờ nhòe ảnh khi chụp.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Thay thế Webcam thông thường bằng các dòng Camera công nghiệp chuyên dụng (Industrial Vision Sensor) có tốc độ quét màn trập cao, độ phân giải lớn và khả năng chống nhiễu quang học tốt hơn.
  • Nâng cấp thuật toán xử lý ảnh trên LabVIEW để kiểm tra thêm nhiều tiêu chí chất lượng phức tạp như kiểm tra kích thước biên dạng hình học, màu sắc và phát hiện khuyết tật bề mặt sản phẩm.
  • Nâng cao công suất cơ khí băng tải, thiết kế hệ thống theo chuẩn công nghiệp nặng và mở rộng thêm nhiều nhánh phân loại sản phẩm tương ứng với các cấp độ lỗi khác nhau.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu thực nghiệm hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Máy tính. Cụ thể:

  • Cấu hình truyền thông công nghiệp: Cung cấp hướng dẫn từng bước về phương pháp cấu hình khối hàm MB_SERVER trên TIA Portal V14 và thiết lập kết nối Modbus TCP/IP I/O Server trên LabVIEW.
  • Xây dựng ứng dụng xử lý ảnh cơ bản: Minh họa trực quan quy trình thu thập ảnh từ Webcam, chuyển đổi mức xám và áp dụng thuật toán Pattern Matching, đọc Barcode trong môi trường đồ họa LabVIEW.
  • Tích hợp Webserver trên PLC: Là tài liệu tham khảo thực tế về cách thiết kế giao diện HTML bằng Notepad++ và nhúng vào bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 thông qua khối lệnh WWW để tạo ứng dụng giám sát từ xa qua mạng LAN.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống sử dụng những phần cứng chính nào để thu nhận hình ảnh và điều khiển chấp hành? Hệ thống sử dụng 2 Camera Webcam Logitech C270 (HD) đặt trong buồng chụp kín để thu nhận ảnh khay sản phẩm; bộ điều khiển trung tâm là PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY kết hợp với các cơ cấu chấp hành gồm động cơ DC giảm tốc 24V (kéo băng tải) và các cụm xi lanh khí nén điều khiển qua van điện từ 5/2.

  2. Thuật toán xử lý ảnh trên LabVIEW kiểm tra những dạng khuyết tật sản phẩm nào? Phần mềm LabVIEW xử lý và nhận dạng 3 dạng lỗi: lỗi thiếu số lượng sản phẩm trên khay (thông qua thuật toán trích xuất đặc trưng và so khớp mẫu Learning & Matching), lỗi dán sai nhãn hiệu (so khớp điểm tương quan Logo với ảnh gốc) và lỗi mã vạch (giải mã chuỗi ký tự Barcode và so sánh với mã chuẩn).

  3. Phương thức truyền thông nào được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa LabVIEW và PLC S7-1200? Dữ liệu được truyền thông qua giao thức Modbus TCP/IP qua cổng mạng PROFINET (Ethernet). Trong TIA Portal V14, PLC được lập trình khối hàm MB_SERVER, trong khi LabVIEW đóng vai trò là Modbus Client đọc/ghi dữ liệu vào các vùng nhớ thanh ghi của PLC.

  4. Trang Webserver giám sát từ xa trên PLC S7-1200 được thiết kế và vận hành bằng công cụ gì? Giao diện Webserver được thiết kế bằng ngôn ngữ HTML trên phần mềm Notepad++ với bảng mã ký tự 8-bit, sau đó được nhúng và cấu hình trên TIA Portal V14 thông qua khối chức năng hệ thống WWW và mục User-defined Web Pages của CPU 1214C.

  5. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 có thông số kỹ thuật và sơ đồ chân đấu nối như thế nào? Cảm biến hoạt động ở dải nguồn 6–36VDC, khoảng cách phát hiện vật cản điều chỉnh từ 5–30 cm, dòng kích ngõ ra 300mA với ngõ ra dạng NPN cực thu hở. Sơ đồ dây gồm 3 dây: Dây Nâu nối cực dương nguồn (VCC), dây Xanh dương nối đất (GND), và dây Đen là ngõ ra tín hiệu kết nối về đầu vào PLC.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh trong LabVIEW" của nhóm tác giả Thiều Quang Nghĩa và Nguyễn Văn Minh (GVHD: TS. Vũ Văn Phong) đã thiết kế và thi công thành công mô hình nhận dạng, phân loại sản phẩm tự động quy mô nhỏ. Nghiên cứu giải quyết tốt bài toán tích hợp công nghệ xử lý ảnh trên LabVIEW với bộ điều khiển lập trình công nghiệp PLC Siemens S7-1200 qua giao thức Modbus TCP/IP, điều khiển chính xác cơ cấu phân loại điện khí nén cho 3 dạng lỗi phổ biến. Hệ thống cũng hoàn thiện tính năng giám sát qua Webserver nhúng và xuất báo cáo vận hành, cung cấp một giải pháp tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn cao cho các ứng dụng tự động hóa kiểm tra chất lượng sản phẩm.