Đồ án Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi

i TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 7 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Mai Quốc Cường MSSV: 15141112 Ngô Đình Phương MSSV: 15141250 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT2A 15141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN LOẠI VỈ THUỐC LỖI II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Sử dụng bộ xử lý ảnh tích hợp Keyence.  Điều khiển bằng PLC S7-1200 và màn hình HMI.  Điều khiển gạt bằng khí nén.  Động cơ băng tải của cơ cấu là động cơ AC 1 pha 220V.  Dùng một cảm biến bắt nhịp. 2. Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Cài đặt phần mềm TIA Portal để lập trình PLC và giao diện màn hình HMI, AutoCAD để thiết kế tủ điện, SolidWorks để thiết kế mô hình cơ khí, CV-X Series Simulation-Software để cấu hình cho bộ camera.  Nội dung 2: Tính toán đo đạc thông số kỹ thuật dùng cho thiết kế mô hình phần cứng bao gồm tủ điện, băng tải và xi-lanh khí nén.  Nội dung 3: Thiết kế, tính toán và đo đạc thông số dòng áp, đi dây trong thiết kế tủ điện.  Nội dung 4: Lắp đặt bộ camera công nghiệp CV-X320A.  Nội dung 5: Lắp đặt màn hình HMI KTP400.  Nội dung 6: Vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình cho PLC. ii  Nội dung 7: Kết nối các hệ thống từ bộ camera, cảm biến tiệm cận đến PLC để điều khiển xi-lanh khí nén và băng tải hoạt động.  Nội dung 8: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát giao diện màn hình HMI.  Nội dung 9: Cho chạy toàn bộ hệ thống hoàn chỉnh để kiểm tra hoạt động.  Nội dung 10: Ghi nhận kết quả thực hiện và báo cáo. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/03/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Tấn Đời CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 7 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Mai Quốc Cường Lớp: 15141DT2A MSSV: 15141112 Họ tên sinh viên 2: Ngô Đình Phương Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141250 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN LOẠI VỈ THUỐC LỖI Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1 (18/02/2019 – 24/02/2019) Chờ duyệt đề tài 2 (25/02/2019 – 03/03/2019) Chờ duyệt đề tài 3 (04/03/2019 – 10/03/2019) Viết đề cương 4 (11/03/2019 – 17/03/2019) Thiết kế cơ khí 5 (18/03/2019 – 24/03/2019) Thiết kế cơ khí 6 (25/03/2019 – 31/03/2019) Gia công cơ khí 7 (01/04/2019 – 07/04/2019) Thiết kế, thi công hệ thống điện 8 (08/04/2019 – 14/04/2019) Cài đặt và cấu hình bộ xử lý ảnh 9 (15/04/2019 – 21/04/2019) Lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI 10 (22/04/2019 – 28/04/2019) Lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI 11 (29/04/2019 – 05/05/2019) Lắp đặt hệ thống và chạy thử nghiệm 12 (06/05/2019 – 12/05/2019) Viết báo cáo + cân chỉnh hệ thống 13 (13/05/2019 – 19/05/2019) Viết báo cáo + cân chỉnh hệ thống 14 (20/05/2019 – 26/05/2019) Viết báo cáo + cân chỉnh hệ thống iv 15 (27/05/2019 – 02/06/2019) Viết báo cáo + cân chỉnh hệ thống 16 (03/06/2019 – 09/06/2019) Hoàn thành GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào kiến thức, kinh nghiệm đã thu được qua quá trình học tập, tìm hiểu và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương vi LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Đời vì đã đồng ý dìu dắt, hướng dẫn và tạo tiền đề cho chúng tôi thực hiện một Đồ án tốt nghiệp mang tính chất quan trọng trong suốt quá trình một học kỳ. Bên cạnh chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng tạo đã hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi trong thời gian vừa qua. Đồng thời nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn nói riêng và Khoa Điện – Điện tử nói chung đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức quan trọng, hỗ trợ những trang thiết bị thực tế trong dạy học áp dụng nhiều đến việc phát triển đề tài tốt nghiệp cũng như ảnh hưởng đến công việc sau này. Sau cùng, chúng tôi xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, người thân đã hỗ trợ trong quá trình học tập tại trường và quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... v MỤC LỤC ................................................................................................................ vii LIỆT KÊ HÌNH ......................................................................................................... ix LIỆT KÊ BẢNG ...................................................................................................... xii TÓM TẮT ............................................................................................................... xiii Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 1.2 GIỚI HẠN......................................................................................................... 2 1.3 MỤC TIÊU ....................................................................................................... 2 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................. 2 1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 5 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG XỬ LÝ ẢNH ............. 5 2.2 LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH ....................................................................... 5 2.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh công nghiệp ....................................... 5 2.2.2 Một số khái niệm về xử lý ảnh ............................................................... 6 2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI VỈ THUỐC .................................................... 10 2.3.1 Phân loại theo vỉ thiếu viên .................................................................. 10 2.3.2 Phân loại theo vỉ gãy viên ..................................................................... 10 2.3.3 Phân loại theo vỉ chồng viên ................................................................. 10 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ........................................................................... 10 2.4.1 Giới thiệu camera công nghiệp ............................................................. 10 2.4.2 Tổng quan về PLC ................................................................................ 14 2.4.3 Tổng quan về HMI ................................................................................ 17 2.4.4 Động cơ AC .......................................................................................... 18 2.4.5 Hệ thống điều khiển khí nén ................................................................. 20 2.4.7 Cảm biến tiệm cận ................................................................................ 23 2.4.8 Nguồn cung cấp .................................................................................... 25 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 26 3.1 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY ÉP VỈ .................................................... 26 3.1.1 Giới thiệu về dây chuyền ép vỉ ............................................................. 26 viii 3.1.2 Chức năng từng phần ............................................................................ 26 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................................... 27 3.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 27 3.2.2 Tính toán và thiết kế cơ khí .................................................................. 27 3.2.3 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................ 28 3.2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống .................................................................... 29 3.2.5 Thiết kế nguyên lý PLC điều khiển hệ thống ....................................... 42 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................................................... 49 4.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................... 49 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................ 49 4.2.1 Thi công hệ thống khí nén .................................................................... 50 4.2.2 Thi công cần gạt vỉ thuốc và băng tải ................................................... 51 4.2.3 Tủ điện hoàn chỉnh ............................................................................... 52 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .............................................................................. 53 4.3.1 Lưu đồ giải thuật ................................................................................... 53 4.3.2 Cấu hình và chọn thuật toán cho xử lý ảnh .......................................... 57 4.3.3 Thiết kế HMI ........................................................................................ 65 4.3.4 Lập trình PLC ....................................................................................... 69 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ........................... 70 4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng .................................................................. 70 4.4.2 Quy trình thao tác ................................................................................. 71 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ............................................. 72 5.1 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT ............................................................................... 72 5.1.1 Kết quả nghiên cứu ............................................................................... 72 5.1.2 Kết quả thực hiện .................................................................................. 72 5.2 ĐÁNH GIÁ ..................................................................................................... 76 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 78 6.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 78 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 80 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 81 ix LIỆT KÊ HÌNH Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang Hình 2.1 Quy trình xử lý ảnh...................................................................................... 5 Hình 2.2 Nguyên lý chuyển đổi nhị phân. .................................................................. 7 Hình 2.3 Nguyên lý chuyển đổi thang màu xám. ....................................................... 8 Hình 2.4 Nguyên lý xử lý màu. .................................................................................. 8 Hình 2.5 Giản đồ của một bộ lọc điểm ảnh 3-3. ........................................................ 9 Hình 2.6 So sánh hai bộ lọc mở rộng và thu nhỏ. ...................................................... 9 Hình 2.7 Hệ thống xử lý ảnh công nghiệp. .............................................................. 11 Hình 2.8 Một số camera sử dụng trong công nghiệp. .............................................. 12 Hình 2.9 Ống kính cho camera. ................................................................................ 13 Hình 2.10 Đèn chiếu sáng. ....................................................................................... 13 Hình 2.11 Ứng dụng về kiểm tra có hay không có sản phẩm. ................................. 14 Hình 2.12 Ứng dụng về kiểm tra lỗi. ........................................................................ 14 Hình 2.13 Ứng dụng về kiểm tra kích thước. ........................................................... 14 Hình 2.14 Ứng dụng về định vị. ............................................................................... 14 Hình 2.15 Động cơ xoay chiều. ................................................................................ 18 Hình 2.16 Cấu trúc một hệ thống khí nén. ............................................................... 20 Hình 2.17 Van điện từ. ............................................................................................. 21 Hình 2.18 Các loại van phổ biến. ............................................................................. 21 Hình 2.19 Cấu tạo xi-lanh. ....................................................................................... 22 Hình 2.20 Phân loại cảm biến tiệm cận. ................................................................... 24 Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận. ......................................... 24 Hình 2.22 Nguồn 24VDC - 3A. ............................................................................... 25 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang Hình 3.1 Máy ép vỉ của nhà máy. ............................................................................. 26 Hình 3.2 Cơ cấu gạt. ................................................................................................. 28 Hình 3.3 Cơ cấu hoàn chỉnh. .................................................................................... 28 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống. .................................................................................. 29 Hình 3.5 Bộ điều khiển camera CV-X320A. ........................................................... 30 Hình 3.6 Sơ đồ chân của camera CV-X320A. ......................................................... 31 Hình 3.7 PLC S7 – 1200 CPU 1214C. ..................................................................... 34 Hình 3.8 Sơ đồ chân của PLC CPU 1214 DC/DC/DC. ........................................... 35 Hình 3.9 Màn hình Simatic HMI KTP400. .............................................................. 36 Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M. ................................... 37 Hình 3.11 Sơ đồ chân của cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M. ........... 37 Hình 3.12 Động cơ băng tải. .................................................................................... 38 Hình 3.13 Xi-lanh kép. ............................................................................................. 39 Hình 3.14 Sơ đồ chân của van điện từ 5/2. .............................................................. 39 Hình 3.15 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A. .................................................................... 40 Hình 3.16 Nguyên lý đấu ngõ vào cho PLC............................................................. 42 Hình 3.17 Nguyên lý đấu ngõ ra PLC. ..................................................................... 42 Hình 3.18 Tín hiệu Trigger. ...................................................................................... 43 Hình 3.19 Chọn chương trình từ thẻ nhớ. ................................................................ 44 x Hình 3.20 Ví dụ chọn chương trình. ......................................................................... 44 Hình 3.21 Giản đồ thời gian cho tín hiệu chọn chương trình. .................................. 45 Hình 3.22 Sơ đồ tổng quan. ...................................................................................... 46 Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. .................................................................... 47 Hình 3.24 Mạch động lực cho động cơ băng tải. ..................................................... 48 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Trang Hình 4.1 Nguyên lý thi công khí nén ....................................................................... 50 Hình 4.2 Lắp đặt 4 xi-lanh cho hệ thống. ................................................................. 51 Hình 4.3 Lắp đặt van điện từ. ................................................................................... 51 Hình 4.4 Lắp đặt băng tải và cần gạt vỉ thuốc. ......................................................... 52 Hình 4.5 Tủ điện hoàn chỉnh của hệ thống. .............................................................. 52 Hình 4.6 Chương trình chính của hệ thống. ............................................................. 53 Hình 4.7 Chương trình con 1 - chọn chương trình xử lý ảnh. .................................. 54 Hình 4.8 Chương trình con 2 - xử lý lỗi từng hàng. ................................................. 55 Hình 4.9 Chương trình con 3 - xử lý ngõ ra. ............................................................ 56 Hình 4.10 Màn hình quản lý cửa sổ làm việc của CV-X Series............................... 57 Hình 4.11 Màn hình giả lập của CV-X Series. ......................................................... 58 Hình 4.12 Tạo cửa sổ làm việc mới. ........................................................................ 58 Hình 4.13 Đặt tên cho cửa sổ làm việc. .................................................................... 59 Hình 4.14 Chọn loại điều khiển cho CV-X Series. .................................................. 59 Hình 4.15 Chọn kiểu đóng gói cho CV-X Series. .................................................... 59 Hình 4.16 Lưu ảnh mẫu. ........................................................................................... 60 Hình 4.17 Chọn công cụ kiểm tra cho xử lý ảnh. ..................................................... 60 Hình 4.18 Chọn vùng muốn kiểm tra từ ảnh mẫu. ................................................... 61 Hình 4.19 Trích xuất màu nhị phân. ......................................................................... 61 Hình 4.20 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc rút ngắn. .................................................... 62 Hình 4.21 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc mở rộng. .................................................... 62 Hình 4.22 Sao chép cho vỉ kiểm tra thứ 2 ở bên phải. ............................................. 63 Hình 4.23 Cấu hình ngõ ra cho CPU. ....................................................................... 63 Hình 4.24 Gán công cụ cho ngõ ra tương ứng. ........................................................ 64 Hình 4.25 Giám sát ngõ ra của từng I/O. ................................................................. 64 Hình 4.26 Đặt tên cho dự án. .................................................................................... 65 Hình 4.27 Chọn loại màn hình cần thiết kế giao diện. ............................................. 65 Hình 4.28 Kết nối giữa PLC và HMI. ...................................................................... 66 Hình 4.29 Giao diện màn hình sau khi khởi động. ................................................... 6