Tài liệu Đồ án ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua wincc

2022 Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Phạm Lê Bảo Hoàng Họ và tên sinh viên : Bùi Anh Dũng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC Người hướng dẫn Sinh viên thực hiện : ThS. Phan Thị Thanh Vân : Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Mã sinh viên : 1811505520113 1811505520217 : 18TDH1 18TDH2 Lớp Đà Nẵng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC Người hướng dẫn Sinh viên thực hiện : ThS. Phan Thị Thanh Vân : Bùi Anh Dũng Mã sinh viên Phạm Lê Bảo Hoàng : 1811505520113 Lớp 1811505520217 : 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: “ Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Lớp: 18TDH1, 18TDH2 Mã SV: 1811505520113 Mã SV: 1811505520217 Nội dung: Mô hình xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC sử dụng Kit Raspberry Pi 4B và PLC S7 – 1200. Ở đây nhóm đã sử dụng CPU 1214C DC/DC/DC, dòng CPU đời mới, hiện đã và đang được ứng dụng trong các nhà máy lớn với chức năng điều khiển quy trình hoạt động lớn của một hệ thống sản xuất của một nhà máy. Đề tài nghiên cứu tập trung vào sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để xử lý ảnh, tín hiệu được gửi tới PLC S7 – 1200 thông qua cổng Ethernet, quy trình điều khiển tuần tự mà từ đó viết chương trình phân loại sản phẩm dựa theo hình dạng. Báo cáo về đề tài gồm có 5 phần chính: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. - Giới thiệu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. Các công nghệ sử dụng trong hệ thống : sử dụng Kit Raspberry 4B để xử lý ảnh, sử dụng PLC S7 – 1200 để phân loại sản phẩm. Đưa ra nhiều phương án thiết kế, so sánh, đánh giá rồi chọn ra phương án thiết kế phù hợp nhất với đề tài. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. - Trình bày tổng quan về Raspberry, giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python và thư viện OpenCV. Tổng quan về xử lý ảnh và tiến hành xử lý ảnh. Chương 3: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal. - Trình bày tổng quan về PLC và giới thiệu PLC S7 – 1200, làm việc với phần mềm Tia Portal V16. Phương pháp kết nối giữa PLC và WinCC, thiết kế giao diện WinCC. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. - Trình bày yêu cầu công nghệ của hệ thống. Sơ đồ khối. Lựa chọn thiết bị phù hợp với đề tài. Sơ đồ bố trí hệ thống. Sơ đồ đấu nối của hệ thống. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. - Lập bảng phân công đầu vào/ra. Xây dựng lưu đồ thuật toán. Vẽ giãn đồ thời gian. Lập trình, điều khiển hệ thống. Phương pháp giao tiếp và truyền thông giữa PLC và Raspberry thông qua thư viện Snap 7. Kết luận và hướng phát triển Tài liệu tham khảo Phụ lục TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Mã SV: 1811505520113 Phạm Lê Bảo Hoàng Mã SV: 1811505520217 1. Tên đề tài: “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - PLC S7-1200, Raspberry Pi 4B, camera, động cơ, cảm biến, xi lanh… - Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật. 3. Nội dung chính của đồ án: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. Chương 3: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4. Các sản phẩm dự kiến - Mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. - Báo cáo thuyết minh đề tài. - Chương trình xử lý ảnh trên Python. - Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA Portal. 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: Đà Nẵng Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn ThS. Phan Thị Thanh Vân LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước là một trong một trong những mục tiêu mà nước ta hiện và đang chú trọng trong những năm vừa qua. Việc áp dụng những dây chuyền sản xuất tự động ngày càng được áp dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp nhằm tăng năng suất làm việc, tăng lợi nhuận đầu ra, giảm thời gian sản xuất… đáp ứng cầu của thị trường, sự phát triển hàng ngày hàng giờ của kinh tế và công nghệ. Từ đó ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa ra đời và càng phát triển hơn, đáp ứng đủ nhu cầu và nguồn lực cho công nghiệp thời đại mới cũng như sự phát triển của nước nhà. Sau khoảng thời gian học tập và rèn luyện, được nhận những kiến thức chuyên ngành của thầy và cô khoa Điện – Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, nhóm chúng em đã tiến hành thực hiện đồ án “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Đồ án ứng dụng những kiến thức được nhận trên trường lớp cùng với việc tìm hiểu thông qua Internet để giải quyết vấn đề đặt ra cũng như đánh giá cơ sở lý thuyết đến giải quyết thực tiễn. Từ đó là cơ sở nền, vững chắc thêm kiến thức suốt 4 năm đại học. Em xin chân thành cảm ơn ThS.Phan Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn và giúp chúng em thực hiện đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vẫn sẽ không thể tránh thiếu sót, mong sự đóng góp ý của thầy/cô. i LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài : “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC.” Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Lớp: 18TDH1, 18TDH2 Mã SV: 1811505520113 Mã SV: 1811505520217 “Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kì một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.” Sinh viên thực hiện Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng ii MỤC LỤC Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ............................................................................. Nhận xét của người phản biện.................................................................................... Tóm tắt đồ án............................................................................................................. Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ......................................................................................... Lời nói đầu ................................................................................................................ i Lời cam đoan ............................................................................................................. ii Mục lục ..................................................................................................................... iii Danh sách bảng, hình ảnh .......................................................................................... vii Trang MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG............................................................................................................ 2 1.1 .Tổng quan về hệ thống ...................................................................................... 2 1.2 .Nguyên lý hoạt động của hệ thống .................................................................... 2 1.3 .Các công nghệ sử dụng trong hệ thống ............................................................. 2 1.4 .Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng ........................................... 3 1.4.1 Các hình dạng cơ bản của sản phẩm .............................................................. 3 1.4.2 Phương pháp nhận dạng hình dạng................................................................ 4 1.4.3 Phương pháp tìm đặc điểm hình dạng để phân loại sản phẩm ........................ 6 1.4.3.1 Phương pháp tìm đỉnh ................................................................................... 7 1.4.3.2 Phương pháp tìm độ dài cạnh ........................................................................ 8 1.4.3.3 Phương pháp tìm tâm và bán kính ................................................................. 8 1.5 .Phương án thiết kế ............................................................................................. 9 1.5.1 Yêu cầu thiết kế ............................................................................................ 9 1.5.2 Lựa chọn phương án thiết kế ......................................................................... 9 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ RASPPBERRY VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PYTHON .................................................................................................................. 11 2.1 .Tổng quan về Raspberry ................................................................................... 11 2.2 .Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python ............................................................... 12 2.2.1 Giới thiệu ngôn ngữ Python .......................................................................... 12 2.2.2 Đặc điểm nổi bật của Python ......................................................................... 12 2.3 .Giới thiệu thư viện OpenCV ............................................................................. 13 iii 2.3.1 2.3.2 Giới thiệu OpenCV ....................................................................................... 13 Đặc điểm OpenCV ........................................................................................ 13 2.4 .Tổng quan về xử lý ảnh ..................................................................................... 14 2.4.1 Giới thiệu xử lí ảnh ....................................................................................... 14 2.4.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh ....................................................................... 14 2.4.2.1 Điểm ảnh ...................................................................................................... 14 2.4.2.2 Biến đổi ảnh .................................................................................................. 15 2.4.2.3 Lọc màu ảnh ................................................................................................. 15 2.4.2.4 Lọc nhiễu ...................................................................................................... 16 2.4.2.5 Phương pháp phát hiện biên .......................................................................... 17 2.4.2.6 2.4.2.7 2.4.2.8 2.4.2.9 Phân đoạn ảnh ............................................................................................... 17 Các phép giãn nở của ảnh.............................................................................. 18 Những định dạng của ảnh .............................................................................. 19 Các phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh ..................................................................... 19 2.5 .Xử lý ảnh ............................................................................................................ 19 2.5.1 Tiền xử lý ảnh ............................................................................................... 19 2.5.1.1 Đọc ảnh và cắt ảnh ........................................................................................ 19 2.5.1.2 2.5.1.3 2.5.1.4 2.5.1.5 Lọc màu ........................................................................................................ 20 Biến đổi ảnh .................................................................................................. 21 Tìm điểm ...................................................................................................... 22 Vẽ viền quanh ảnh ........................................................................................ 22 2.5.1.6 2.5.2 2.5.2.1 2.5.2.2 Kết luận ........................................................................................................ 22 Xác định cạnh và tính toán ảnh để nhận dạng hình dạng ............................... 22 Xác định cạnh ............................................................................................... 23 Tính toán ảnh ................................................................................................ 23 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL .............. 24 3.1 .Giới thiệu về PLC .............................................................................................. 24 3.2 .Giới thiệu về PLC S7 – 1200 .............................................................................. 27 3.2.1 Cấu trúc phần cứng của PLC S7 – 1200: ....................................................... 28 3.2.2 Cấu trúc phần mềm của PLC S7 – 1200 ........................................................ 30 3.2.3 Module mở rộng của PLC S7 – 1200: ........................................................... 31 3.2.4 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 – 1200:........................................................ 32 3.2.5 Phương pháp lập trình PLC S7 – 1200 .......................................................... 33 3.2.6 Các tập lệnh cơ bản của PLC S7 – 1200 ........................................................ 33 3.2.6.1 Bit Logic ....................................................................................................... 33 iv 3.2.6.2 Bộ đảo logic NOT ......................................................................................... 34 3.2.6.3 Cuộn dây ngõ ra (LAD) ................................................................................ 34 3.2.6.4 Các lệnh Set và Reset .................................................................................... 34 3.2.6.5 Lệnh dò ngưỡng dương và âm. ...................................................................... 34 3.2.6.6 Lệnh Timer ................................................................................................... 35 3.2.6.7 Bộ đếm Counter ............................................................................................ 36 3.2.6.8 Lệnh so sánh ................................................................................................. 37 3.2.6.9 Các lệnh tính toán ......................................................................................... 38 3.2.6.10 Lệnh giá trị nhỏ nhất và lớn nhất .................................................................. 38 3.3 .Phần mềm lập trình cho PLC S7 – 1200 ........................................................... 39 3.3.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal V16 ...................................................... 39 3.3.2 Giao diện phần mềm TIA Portal.................................................................... 39 3.3.3 Sử dụng bảng Tag trong PLC ........................................................................ 41 3.3.4 Tải chương trình xuống CPU ........................................................................ 43 3.4 .Giới thiệu về WinCC. ........................................................................................ 44 3.4.1 Tổng quan về WinCC ................................................................................... 44 3.4.2 Các ứng dụng của WinCC ............................................................................. 45 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH “ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG” ........................................... 46 4.1 .Yêu cầu công nghệ của hệ thống ....................................................................... 46 4.2 .Thiết kế phần cứng ............................................................................................ 47 4.2.1 Sơ đồ khối..................................................................................................... 47 4.2.2 Lựa chọn thiết bị ........................................................................................... 48 4.2.2.1 Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 48 4.2.2.2 Khối nút nhấn và đèn báo .............................................................................. 50 4.2.2.3 Thiết kế băng tải ........................................................................................... 51 4.2.2.4 Khối cảm biến ............................................................................................... 52 4.2.2.5 Khối động lực ............................................................................................... 53 4.2.2.6 4.2.2.7 4.2.2.8 4.2.2.9 Khối cách ly bảo vệ....................................................................................... 54 Động cơ DC kéo băng tải .............................................................................. 55 Khối nguồn ................................................................................................... 56 Camera ......................................................................................................... 57 4.2.3 Sơ đồ đấu nối ................................................................................................ 58 4.2.3.1 Sơ đồ đấu nối ................................................................................................ 58 4.2.3.2 Sơ đồ đấu nối tủ điện .................................................................................... 60 v 4.3 .Thi công mô hình hệ thống ................................................................................ 63 CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG... 64 5.1 .Bảng phân công đầu vào, đầu ra ....................................................................... 64 5.2 .Giản đồ thời gian ............................................................................................... 64 5.3 .Lưu đồ thuật toán .............................................................................................. 66 5.4 .Giới thiệu về giao diện hệ thống điều khiển và giám sát .................................. 70 5.5 .Thành phần chính của hệ thống SCADA ......................................................... 70 5.6 .Thiết kế giao diện ............................................................................................... 71 5.6.1 Tạo giao diện cho hệ thống: .......................................................................... 71 5.6.2 Gắn HMI Tags cho hệ thống: ........................................................................ 73 5.6.3 Hiệu chỉnh giao diện: .................................................................................... 74 5.7 .Giao tiếp và truyền thông Raspberry với PLC S7 1200 ................................... 75 5.7.1 Mở quyền truy cập truyền nhận dữ liệu trên PLC S7 1200 ............................ 76 5.7.2 Cài đặt địa chỉ và truyền thông ...................................................................... 77 5.7.3 Đọc và ghi dữ liệu ......................................................................................... 77 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 80 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... vi DANH SÁCH BẢNG, HÌNH ẢNH BẢNG 1. 1 Đặc điểm hình dạng sản phẩm................................................................... 6 BẢNG 3. 1: Bảng phân loại CPU............................................................................... 29 BẢNG 3. 2: Module mở rộng của PLC S7 – 1200 ..................................................... 31 BẢNG 5. 1: Bảng phân công địa chỉ đầu vào ra của hệ thống .................................... 64 HÌNH 1. 1: Đặc điểm hình chữ nhật............................................................................. 5 HÌNH 1. 2: Đặc điểm hình vuông ................................................................................ 5 HÌNH 1. 3: Đặc điểm hình tròn .................................................................................... 5 HÌNH 1. 4: Đặc điểm hình tam giác ............................................................................. 6 HÌNH 1. 5: Đỉnh của hình ............................................................................................ 7 HÌNH 1. 6: Đoạn Ramer – Douglas – Peucker ............................................................. 7 HÌNH 1. 7: Đường xấp xỉ ............................................................................................ 8 HÌNH 1. 8: Độ dài cạnh ............................................................................................... 8 HÌNH 1. 9: Bán kính bằng nhau ................................................................................... 8 HÌNH 2. 1: Raspberry Pi............................................................................................ 12 HÌNH 2. 2: Dãy màu HSV ......................................................................................... 15 HÌNH 2. 3: Dãy màu RGB ......................................................................................... 16 HÌNH 2. 4: Hình ảnh tách biên .................................................................................. 17 HÌNH 2. 5: Phép giãn ................................................................................................ 18 HÌNH 2. 6: Phép co ................................................................................................... 19 HÌNH 2. 7: Ảnh chưa cắt trên Raspberry ................................................................... 20 HÌNH 2. 8: Ảnh đã cắt trên Raspberry ....................................................................... 20 HÌNH 2. 9: Lọc màu ảnh trên Raspberry .................................................................... 21 HÌNH 2. 10: Ảnh nhị phân trên Raspberry ................................................................. 22 HÌNH 2. 11: Giảm điểm và tạo đoạn thẳng của lệnh ApproxPolyDP trong OpenCV . 23 HÌNH 3. 1: Ứng dụng của PLC .................................................................................. 24 HÌNH 3. 2: Bộ PLC đầu tiên của Mỹ ......................................................................... 25 HÌNH 3. 3: Bộ PLC năm 1969 ................................................................................... 26 HÌNH 3. 4: Bộ Module PLC năm 1970 ...................................................................... 26 HÌNH 3. 5: Các loại PLC phổ biến hiện nay .............................................................. 27 HÌNH 3. 6: PLC S7 – 1200 ........................................................................................ 27 HÌNH 3. 7: Cấu trúc PLC S7 – 1200 .......................................................................... 28 HÌNH 3. 8: Cấu trúc phần mềm cơ bản PLC .............................................................. 31 vii HÌNH 3. 9: Ngôn ngữ lập trình LAD ......................................................................... 32 HÌNH 3. 10: Phương pháp lập trình PLC ................................................................... 33 HÌNH 3. 11: Phần mềm TIA PORTAL V16 .............................................................. 39 HÌNH 3. 12: Sử dụng Tag trong TIA Portal ............................................................... 42 HÌNH 3. 13: Giao diện chương trình chính TIA Portal............................................... 42 HÌNH 3. 14: Đổ chương trình vào PLC...................................................................... 43 HÌNH 3. 15: Thiết lập liên kết giữa máy tính và PLC ................................................ 43 HÌNH 3. 16: : Khởi động Module PLC ...................................................................... 44 HÌNH 4. 1: Sơ đồ bố trí thiết bị.................................................................................. 47 HÌNH 4. 2: Sơ đồ khối của hệ thống .......................................................................... 47 HÌNH 4. 3: PLC S7 – 1200 CPU DC/DC/DC ............................................................ 48 HÌNH 4. 4: Raspberry Pi 4B ...................................................................................... 49 HÌNH 4. 5: Nút nhấn LA38 ....................................................................................... 50 HÌNH 4. 6: Nút nhấn E – Stop ................................................................................... 51 HÌNH 4. 7 Băng tải .................................................................................................... 52 HÌNH 4. 8: Cảm biến hồng ngoại E3F – DS30P1 PNP .............................................. 52 HÌNH 4. 9 Van điện từ 5/2......................................................................................... 53 HÌNH 4. 10: Xilanh khí nén ....................................................................................... 54 HÌNH 4. 11: MCB LS BKN 1P 25A .......................................................................... 54 HÌNH 4. 12: Relay trung gian 24V/14 chân ............................................................... 55 HÌNH 4. 13: Động cơ kéo băng tải 24VDC................................................................ 56 HÌNH 4. 14: Nguồn tổ ong ........................................................................................ 57 HÌNH 4. 15: Sơ đồ đấu nối ........................................................................................ 59 HÌNH 4. 16: Mặt ngoài tủ điện .................................................................................. 60 HÌNH 4. 17: Bên trong tủ điện ................................................................................... 62 HÌNH 4. 18: Hình ảnh sau khi đấu xong tủ điện......................................................... 63 HÌNH 4. 19: Mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng .......................................... 63 Hình 5. 1: Giản đồ thời gian chương trình chính ........................................................ 64 Hình 5. 2: Giản đồ thời gian chế độ Manual............................................................... 65 Hình 5. 3: Giản đồ thời gian chế độ Auto ................................................................... 66 Hình 5. 4: Chương trình chính của hệ thống............................................................... 66 Hình 5. 5: Chế độ Manual .......................................................................................... 67 Hình 5. 6: Xử lý ảnh .................................................................................................. 69 Hình 5. 7: Chế độ Auto .............................................................................................. 68 Hình 5. 8: Kết nối PLC với WinCC RT Advanced ..................................................... 71 viii Hình 5. 9: Chọn Screen để tạo HMI ........................................................................... 71 Hình 5. 10: Add new screen để tạo giao diện ............................................................. 72 Hình 5. 11: Giao diện thiết lập WinCC ...................................................................... 72 Hình 5. 12: Khối Basic objects .................................................................................. 72 Hình 5. 13: Khối Elements......................................................................................... 73 Hình 5. 14: Khối Controls .......................................................................................... 73 Hình 5. 15: Gắn Tags HMI cho hệ thống ................................................................... 74 Hình 5. 16: Thanh hiệu chỉnh Properties .................................................................... 74 Hình 5. 17: Thanh hiệu chỉnh Animations .................................................................. 74 Hình 5. 18: Thanh hiệu chỉnh Events ......................................................................... 75 Hình 5. 19: Giao diện giám sát WinCC của hệ thống ................................................. 75 Hình 5. 20: Các bước mở quyền truy cập trên PLC S7 – 1200 ................................... 76 Hình 5. 21: Cho phép truy cập dữ liệu PUT/GET ....................................................... 76 Hình 5. 22: Địa chỉ Ethernet trên Raspberry............................................................... 77 Hình 5. 23: Địa chỉ cài đặt trên PLC S7 – 1200.......................................................... 77 Hình 5. 24: Địa chỉ kết nối Raspberry bằng thư viện Snap7 ....................................... 77 Hình 5. 25: Hàm đọc dữ liệu trên PLC bằng thư viện Snap 7 ..................................... 78 Hình 5. 26: Hàm ghi dữ liệu trên PLC bằng thư viện Snap 7 ...................................... 78 ix DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Đ S PLC Đúng Sai Programmable Logic Control I/O LAD FBD STL Input/Output Ladder Diagram Function Block Diagram Instruction List HMI Scada AI Human Machine Interface Supervisory Control And Data Acquisition Analog Input DI ĐC WinCC Digital Input Động cơ Windows Control Center CPU Power Supply Input voltage DI Output Voltage DO Central Procecssing Unit Nguồn cấp Điện áp đầu vào Điện áp đầu ra Working Memory Protocols Programming Language Class of Protection Bộ nhớ làm việc Các giao thức Ngôn ngữ lập trình Lớp bảo vệ x Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC MỞ ĐẦU Trong thời đại mà các dây chuyền sản xuất, đóng gói và phân loại sản phẩm của các nhà máy không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới đang dần dần chuyển hoàn toàn thành dây chuyền tự động hóa. Mục đích nhằm tăng năng suất sản phẩm, rút ngắn thời gian thành phẩm, có thể làm việc liên tục, giảm sức người và nhân công nhằm đem lại lợi nhuận lớn hơn cho doanh nghiệp và nhà đầu tư. Đồ án “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC” thông qua việc sử dụng Kit Raspbbery Pi 4B, PLC Siemens S7 – 1200 và WinCC giám sát công đoạn phân loại sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, giúp kiểm soát được những sản phẩm bị lỗi, phân loại sản phẩm theo hình dạng mong muốn. Đồ án gồm 5 chương chính: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. Chương 3: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI SVTH: Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 1 Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG 1.1 Tổng quan về hệ thống Ngày nay, nước ta đang thực chính sách “Công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước”. Nền Công nghiệp đang hướng tới Công nghiệp 4.0, là sự kết hợp các công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật, các bộ điều khiển đang có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong tự động hoá và điều khiển. Từ đó mà việc đưa tự động hóa vào sản xuất như diễn ra một điều tất yếu. Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. 1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC” là mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry Pi 4B và PLC S7 - 1200. Tại đây sử dụng các đặc điểm riêng biệt của từng hình dạng để đi nhận dạng rồi sau đó phân loại từng sản phẩm. Hệ thống gồm camera, Raspberry, PLC. Camera sẽ chụp ảnh sản phẩm cần phân loại rồi sau đó gửi đến Rasppberry để xử lí, sau khi xử lí được ảnh thì Rasppberry sẽ gửi đến PLC để điều khiển và phân loại sản phẩm. Kết quả thực hiện của đề tài là nhận dạng được những sản phẩm có hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật) cùng với việc đếm được sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, hiển thị trên màn hình. 1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống  Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm Matlab Matlab là ngôn ngữ lập trình bậc cao dùng cho kỹ thuật. Đồng thời nó là môi trường tương tác có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ, phát triển giải thiết, phân tích dữ liệu, tính SVTH: Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân 2