BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
BẰNG XỬ LÝ ẢNH

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS. PHẠM QUỐC PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện :

MSSV :

Lớp :

Đoàn Minh Vũ

1711050082

17DTDA1

Phan Thế Nhân

1711050018

17DTDA1

Nguyễn Hữu Cảnh

1711050049

17DTDA1

TP. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
BẰNG XỬ LÝ ẢNH

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS. PHẠM QUỐC PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện :

MSSV :

Lớp :

Đoàn Minh Vũ

1711050082


17DTDA1

Phan Thế Nhân

1711050018

17DTDA1

Nguyễn Hữu Cảnh

1711050049

17DTDA1

TP. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021


LỜI CẢM ƠN
Trong quãng thời gian ngồi học tập tại giảng đường Đại học Công nghệ TP.HCM,
dưới sự dạy bảo của quý thầy, cô và sự giúp đỡ của các bạn trong Viện Kỹ Thuật
Hutech, đặc biệt là các thầy, cô trong chuyên nghành đã chỉ bảo cho chúng em giúp
chúng em tích lũy được nhiều kiến thức quý giá để đến bây giờ chúng em đã hoàn
thành đồ án tốt nghiệp đại học.
Thầy Phạm Quốc Phương, người thầy đã hướng dẫn và chỉ giúp tận tình chúng em
trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án này,thầy đã hỗ trợ rất nhiều trong quá
trình tìm tịi và nghiên cứu đồ án trên mặt lỹ thuyết cũng như trên việc thực nghiệm.
Một lần cuối, xin cám ơn thầy Phạm Quốc Phương vì đã hết lịng chỉ dạy với vai trị
một người thầy hướng dẫn để chúng em có thể hoàn thành nên được một đồ án như
ngày hôm nay. Mặc dù đã được chuẩn bị và cố gắng nhưng do thời gian có hạn và kinh
nghiệm thực tế cịn hạn chế nên đồ án của chúng em không tránh khỏi sai sót, chúng

em kính mong nhận được sự chỉ bảo của thầy, cô !
Cuối cùng chúng em xin chúc thầy, cô cùng toàn thể các bạn trong lớp nhiều sức
khỏe và thành công trong mọi việc.

2


MỤC LỤC
PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. 2
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3
DANH SÁCH CÁC HÌNH............................................................................................. 9
DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................... 14
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 15
CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU .................................................................................... 18

1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................. 18

1.2

Phạm vi giới hạn của đề tài ..................................................................... 19

1.3


Giới thiệu về các phần mềm hỗ trợ thiết kế, mô phỏng........................ 19

1.3.1 Phần mềm GX Works 3 ....................................................................... 19
1.3.2 Phần mềm Labview .............................................................................. 20
1.3.3 Phần mềm MX OPC............................................................................. 21
1.3.4 Phần mềm Factory IO .......................................................................... 22
1.3.5 Phầm mềm Solidworks ........................................................................ 23
CHƯƠNG 2
2.1

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ............................................................ 25

Tìm hiều đề tài, tham khảo các tài liệu, cơng trình, sản phẩm hiện tại
25

2.1.1 Giới thiệu về dây chuyền sản phẩm .................................................... 25
2.1.2 Ưu điểm của dây chuyền phân loại sản phẩm tự động. .................... 26
2.1.3 Một số dây chuyền phân loại sản phẩm hiện nay. ............................. 27
2.1.3.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch: ........................... 27
2.1.3.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng. ....................... 28
3


2.1.3.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc. ............................ 29
2.1.3.4 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước. ........................ 30
2.1.4 Các nhà máy sử dụng dây chuyền phân loại sản phẩm hiện nay .... 31
2.2

Xử lí ảnh và các vấn đề cơ bản trong xử lí ảnh ..................................... 33


2.2.1 Xử lí ảnh và quá trình phát triển ........................................................ 33
2.2.2 Những vấn đề cơ bản trong hệ thống xử lý ảnh ................................ 39
2.2.2.1 Điểm ảnh (Picture Element)........................................................... 39
2.2.2.2 Ảnh số .............................................................................................. 39
2.2.2.3 Độ phân giải của ảnh ..................................................................... 40
2.2.2.4 Mức xám của ảnh ........................................................................... 41
2.2.2.5 Quan hệ giữa các điểm ảnh ........................................................... 41
2.2.2.6 Lọc nhiễu ......................................................................................... 42
2.2.2.7 Phương pháp phát hiện biên .......................................................... 43
2.2.3 Các mơ hình màu .................................................................................. 44
2.2.3.1 Mơ hình màu RGB ......................................................................... 45
2.2.3.2 Mơ hình màu CMY ......................................................................... 45
2.2.3.3 Mơ hình màu HSV .......................................................................... 45
2.2.3.4 Mơ hình ánh sáng. .......................................................................... 46
2.2.3.5 Mơ hình màu YIQ ........................................................................... 46
2.2.3.6 Mơ hình màu YCbCr ...................................................................... 47
CHƯƠNG 3
3.1

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .................................................... 48

Yêu cầu hệ thống ...................................................................................... 48

3.1.1 Thiết kế khung cơ khí .......................................................................... 48
3.1.2 Hệ thống vận hành. .............................................................................. 48
3.1.3 Độ hiệu quả khi sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
48

4



3.1.4 Đề xuất giải pháp thực hiện phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của đối
tượng hưởng thụ đề tài. ................................................................................... 49
3.1.5 Lựa chọn phương án thiết kế. ............................................................. 49
3.1.6 Xác định tính năng, thông số kỹ thuật của sản phẩm ....................... 50
3.1.6.1 Tính năng của sản phẩm ................................................................ 50
3.1.6.2 Thông số kỹ thuật của sản phẩm ................................................... 50
CHƯƠNG 4
4.1

QUY TRÌNH THIẾT KẾ................................................................ 51

Thiết kế cơ khí .......................................................................................... 51

4.1.1 Bản vẽ 2D thiết kế cơ khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu .. 51
4.1.2 Thiết kế các linh kiện cho băng tải dài 1m ......................................... 52
4.1.2.1 Nhôm 30x30 dài 1000mm ............................................................... 52
4.1.2.2 Nhôm 30x30 dài 200mm ................................................................. 52
4.1.2.3 Nhôm 30x30 dài 170mm ................................................................. 52
4.1.2.4 Nhôm 30x30 dài 180mm ................................................................. 52
4.1.2.5 Nhôm 30x30 dài 115mm ................................................................. 53
4.1.2.6 Nhôm 30x30 dài 245mm ................................................................. 53
4.1.2.7 Ổ đạn Φ 10 ...................................................................................... 53
4.1.2.8 Bô băng tải PVC ............................................................................. 54
4.1.2.9 Rulo Φ 10 ........................................................................................ 54
4.1.2.10 Con lăn nối tiếp với băng tải ngắn Φ 10...................................... 55
4.1.2.11 Đơng cơ băng tải ........................................................................... 55
4.1.2.12 Hồn thành băng tải dài ............................................................... 56
4.1.3 Thiết kế linh kiện cho băng tải ngắn 58cm ........................................ 56
4.1.3.1 Nhôm 30x30 dài 580mm ................................................................. 56

4.1.3.2 Nhôm 30x30 dài 200mm ................................................................. 56
4.1.3.3 Nhôm 30x30 dài 170mm ................................................................. 57
4.1.3.4 Rulo Φ 10 ........................................................................................ 57
5


4.1.3.5 Khớp nối trực tiếp ........................................................................... 58
4.1.3.6 Bô băng tải PVC ............................................................................. 58
4.1.3.7 Động cơ băng tải ............................................................................. 59
4.1.3.8 Hoàn thành băng tải ngắn ............................................................. 59
4.1.4 Thiết kế băng tải cong .......................................................................... 60
4.1.4.1 Trục xoay ........................................................................................ 60
4.1.4.2 Tấm chắn ngoài .............................................................................. 60
4.1.4.3 Tắm chắn trong ............................................................................... 61
4.1.4.4 Nhôm 30x30 dài 180mm ................................................................. 61
4.1.4.5 Nhơm 30x30 dài 155mm ................................................................. 61
4.1.4.6 Hồn thành băng tải cong 90 độ .................................................... 62
4.1.5 Hoàn thiện mơ hình .............................................................................. 62
4.2

Thiết kế hệ thống điều khiển ................................................................... 64

4.2.1 Nguyên lý hoat động ............................................................................. 64
4.2.2 Bảng phân công thiết bị vào/ra ........................................................... 65
4.2.3 Viết chương trình điều khiển hệ thống............................................... 66
4.2.3.1 Quy trình tạo IO Server .................................................................. 66
4.2.4 Lập trình xử lý ảnh bằng labview ....................................................... 69
4.2.4.1 Kết nối Labview với PLC thông qua OPC cần thực hiện những
bước sau : ...................................................................................................... 69
4.2.4.2 Viết chương trình xử lý ảnh trên Labview .................................... 74

4.2.5 Chương trình PLC ............................................................................... 87
4.2.5.1 Thao tác trên PLC........................................................................... 87
4.3

Thiết kế giao diện Labview ..................................................................... 91

4.3.1 Thiết trang chính Labview ................................................................. 91
4.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát sát SCADA ..................... 91
4.4

Quy trình thiết kế mơ phỏng ................................................................... 92
6


4.5

Thông số kỹ thuật phần cứng.................................................................. 96

4.5.1 Main base unit: R38B........................................................................... 96
4.5.2 Module nguồn Mitsubishi: R62P ........................................................ 97
4.5.3 CPU Mitsubishi MELSEC iQ-R: R04ENCPU .................................. 98
4.5.4 Mô-đun đầu vào MITSUBISHI: RX42C4 ......................................... 99
4.5.5 Mô-đun Đầu Ra Transitor Mitsubishi PLC: RY42NT2P .............. 100
4.5.6 Mô-đun mạng Mitsubishi MELSEC iQ-R: RJ71EN71 .................. 102
4.5.7 Động cơ giảm tốc: DCM50-555 ......................................................... 103
4.5.8 MCB (Miniature Circuit Breaker) ................................................... 104
4.5.9 Cảm Biến Khoảng Cách Vật Cản: E3F-DS30P2 ............................. 104
4.5.10

Xi lanh điện ...................................................................................... 105


4.5.11

Cảm Biến Từ Cho Xi Lanh CS1-S................................................. 106

4.5.12

Nút nhấn nhả Start, Stop, Reset .................................................... 106

4.5.13

Webcam logitech C270 HD 720P ................................................... 107

4.6

Mạch điện kết nối ngoại vi .................................................................... 108

4.7

Bản vẽ thiết kế bảng điều khiển (Control Panel) ................................ 109

4.8

Xây dựng lưu đồ giải thuật .................................................................... 110

CHƯƠNG 5
5.1

THI CƠNG, MƠ PHỎNG ............................................................ 111


Thi cơng cơ khí ....................................................................................... 111

5.1.1 Tiến trình lắp ráp kết cấu cơ khí ...................................................... 111
5.1.2 Mô phỏng............................................................................................. 114
5.1.2.1 Liên kết PLC với Factory IO để chạy mô phỏng ......................... 114
5.1.2.2 Tiến hành chạy mô phỏng ............................................................ 117
CHƯƠNG 6

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN .......................................... 125

6.1

Kết quả .................................................................................................... 125

6.2

Hướng phát triển đề tài ......................................................................... 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 127
7


PHỤ LỤC .................................................................................................................... 128
Phụ Lục 1 : Chương trình điều khiển PLC ....................................... 128
Phụ Lục 2 : Chương trình xử lý ảnh Labview .................................. 130

8


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các dây chuyền sản phẩm phân loại sản phẩm (Ng̀n Internet) ................. 25
Hình 2.2: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch (Nguồn Internet) ................. 28
Hình 2.3: Dây chuyền sản phẩm theo khối lượng (Ng̀n Internet) ............................. 29
Hình 2.4: Dây chuyền sản phẩm theo màu sắc (Ng̀n Internet) ................................. 29
Hình 2.5: Dây chuyền sản phẩm theo kích thước (Ng̀n Internet) ............................. 30
Hình 2.6: Cơng Ty TNHH Finom (Ng̀n Internet) ..................................................... 31
Hình 2.7: Cơng Ty cổ phần công nghiệp điện lạnh Nam Phú Thái (Nguồn Internet) .. 32
Hình 2.8: Cơng Ty Cổ Phần Tập Đoàn SUNHOUSE (Ng̀n Internet)....................... 32
Hình 2.9: Cấu trúc xử lý ảnh ......................................................................................... 33
Hình 2.10: Tiến trình xử lý ảnh ..................................................................................... 34
Hình 2.11: Sơ đồ phân tích , xử lý ảnh và lưu đờ thơng tin giữa các khối.................... 38
Hình 2.12: Các lân cận ảnh ........................................................................................... 41
Hình 2.13: Các đường biên trong xử lý ảnh .................................................................. 44
Hình 2.14: Phương pháp trộn màu ................................................................................ 44
Hình 2.15: Mơ hình màu RGB ...................................................................................... 45
Hình 2.16: Mơ hình ánh sáng ........................................................................................ 46
Hình 4.1: Bản vẽ 2D thiết kế cơ khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu................ 51
Hình 4.2: Nhơm 30x30 dài 1000mm ............................................................................. 52
Hình 4.3: Nhơm 30x30 dài 200mm ............................................................................... 52
Hình 4.4: Nhơm 30x30 dài 170mm ............................................................................... 52
Hình 4.5: Nhơm 30x30 dài 180mm ............................................................................... 52
Hình 4.6: Nhơm 30x30 dài 115mm ............................................................................... 53
Hình 4.7: Nhơm 30x30 dài 245mm ............................................................................... 53
Hình 4.8: Ổ đạn Φ 10 .................................................................................................... 53
Hình 4.9: Bộ băng tải PVC............................................................................................ 54
Hình 4.10: Rulo Φ 10 .................................................................................................... 54
9


Hình 4.11: Con lăn nối tiếp với băng tải ngắn Φ 10 ..................................................... 55

Hình 4.12: Động cơ băng tải ......................................................................................... 55
Hình 4.13: Băng tải dài ................................................................................................. 56
Hình 4.14: Nhơm 30x30 dài 580mm ............................................................................. 56
Hình 4.15: Nhơm 30x30 dài 200mm ............................................................................. 56
Hình 4.16: Nhơm 30x30 dài 170mm ............................................................................. 57
Hình 4.17: Rulo Φ 10 .................................................................................................... 57
Hình 4.18: Khớp nối trực tiếp ....................................................................................... 58
Hình 4.19: Bộ băng tải PVC.......................................................................................... 58
Hình 4.20: Động cơ băng tải ......................................................................................... 59
Hình 4.21: Băng tải ngắn............................................................................................... 59
Hình 4.22: Trục xoay .................................................................................................... 60
Hình 4.23: Tấm chắn ngoài ........................................................................................... 60
Hình 4.24: Tấm chắn trong ........................................................................................... 61
Hình 4.25: Nhơm 30x30 dài 180mm ............................................................................. 61
Hình 4.26: Nhơm 30x30 dài 155m ................................................................................ 61
Hình 4.27: Băng tải cong 90 độ..................................................................................... 62
Hình 4.28: Góc nhìn ngang của mơ hình ...................................................................... 62
Hình 4.29: Góc nhìn từ trên xuống của mơ hình ........................................................... 63
Hình 4.30: Góc nhìn chéo của mơ hình......................................................................... 63
Hình 4.31: Tạo Dev: nhấp chuột phải chọn Nex MX Device ....................................... 66
Hình 4.32: Chọn Configure – PC side I/F – GX Simulator 3 – Next ........................... 66
Hình 4.33: ở mục CPU type chọn R04EN .................................................................... 67
Hình 4.34: Nháy đúp chuột ở khu vực Right click to add a Data Tag or Group – New
DataTag .......................................................................................................................... 67
Hình 4.35: Trong bảng Tag Properties – Name: Ot_xanh và I/O Address : M31. Tương
tự cho các Tag khác. ....................................................................................................... 68
10


Hình 4.36: Bản hoàn chỉnh đầy đủ các Tag .................................................................. 68

Hình 4.37: Chọn Blank Project rời nhấn Finish ............................................................ 69
Hình 4.43: Nhấn giữ đưa tất các Tag vào VI ................................................................ 74
Hình 4.44: Hàm Vision Acquisition .............................................................................. 75
Hình 4.45: Chọn camera trong hàm Vision Acquisition ............................................... 76
Hình 4.46: Ở mục Select Acquisition Type - Continuous Acquisition with inline
processig - Next.............................................................................................................. 76
Hình 4.47: Chọn độ phân giải của ảnh .......................................................................... 77
Hình 4.48: Lưu ảnh vào máy tính ................................................................................. 78
Hình 4.49: Chọn thơng số cho hàm Vision Acquisition ............................................... 79
Hình 4.50: Kết thúc quy trình thiết lập trong hàm Vision Acquisition ......................... 80
Hình 4.51: Hàm Vision Assistant .................................................................................. 80
Hình 4.52: Thiết lập xử lý màu sắc của sản phẩm ........................................................ 81
Hình 4.53: Quét vùng cần học ảnh ................................................................................ 81
Hình 4.54: Quét vùng màu đỏ để nhận diện màu .......................................................... 82
Hình 4.55: Lưu giữ hình ảnh màu sắc được học ........................................................... 82
Hình 4.56: Xuất đầu ra cho điểm ảnh ........................................................................... 83
Hình 4.57: Tạo Local Variable cho các Tag (Ot_xanh, Ot_vang, Ot_do) .................... 84
Hình 4.58: Chọn khối Index Array................................................................................ 85
Hình 4.59: Chọn khối so sánh Greater? ........................................................................ 86
Hình 4.60: Tạo Project .................................................................................................. 87
Hình 4.61: Chọn các module cần thiết .......................................................................... 87
Hình 4.62: Chọn Main Base – R38B ............................................................................ 88
Hình 4.63: Chọn Power Supply – R62P........................................................................ 88
Hình 4.64: Chọn R04ENCPU ....................................................................................... 89
Hình 4.65: Chọn module RJ71EN71(CCIEF) .............................................................. 89
Hình 4.66: Chọn module RX42C4 ................................................................................ 90
11


Hình 4.67: Chọn module RY42NT2P ........................................................................... 90

Hình 4.68: Giao diện trang chính trên Labview ............................................................ 91
Hình 4.69: Giao diện bảng giám sát và điều khiển hệ thống trên labview ................... 92
Hình 4.70: Băng tải chính ............................................................................................. 92
Hình 4.71: Băng tải cong............................................................................................... 93
Hình 4.72: Băng tải ngắn............................................................................................... 93
Hình 4.73: Xi lanh ......................................................................................................... 94
Hình 4.74: Cảm biến khoảng cách ................................................................................ 94
Hình 4.75: Tủ điện ........................................................................................................ 95
Hình 4.76: Hệ thống mơ phỏng hoàn chỉnh .................................................................. 95
Hình 4.77: Main base unit R38B ................................................................................... 96
Hình 4.78: Module ng̀n R62P ................................................................................... 97
Hình 4.79: CPU Mitsubishi MELSEC iQ-R : R04ENCPU .......................................... 98
Hình 4.80: Module đầu vào RX42C4 ........................................................................... 99
Hình 4.81: Sơ đờ mạch RX42C4 ................................................................................ 100
Hình 4.82: Module đầu ra RY42NT2P ....................................................................... 100
Hình 4.83: Sơ đờ mạch RY42NT2P............................................................................ 101
Hình 4.84: Module mạng Mitsubishi MELSEC iQ-R: RJ71EN71 ............................. 102
Hình 4.85: Động cơ giảm tốc DCM50 – 555 .............................................................. 103
Hình 4.86: MCB LS BKN 6A ..................................................................................... 104
Hình 4.87: Cảm biến khoảng cách E3F – DS30P2 ..................................................... 104
Hình 4.88: Xi lanh điện ............................................................................................... 105
Hình 4.89: cảm biến từ cho xi lanh CS1 – S ............................................................... 106
Hình 4.91: Webcam logitech C270 HD 720P ............................................................. 107
Hình 4.92: Sơ đờ mạch điện kết nối ngoại vi .............................................................. 108
Hình 4.93: Bảng điều khiển (Control Panel) ............................................................... 109
Hình 4.94: Lưu đờ giải thuật ....................................................................................... 110
12


Hình 5.1: Biểu đờ nhân lực và thời gian thi cơng. ...................................................... 114

Hình 5.2: Mở file đã thiết kế mơ phỏng – chọn Driver .............................................. 114
Hình 5.3: Chọn OPC Cilent DA/UA ........................................................................... 115
Hình 5.4: Chọn CONFIGURATION .......................................................................... 115
Hình 5.5: Chọn Mitsubishi.MXOPC.6 – Browse ....................................................... 116
Hình 5.6: Kéo các mục từ SENSORS và ACTUATORS kéo và gắn vào các Tag đã tạo
...................................................................................................................................... 116
Hình 5.7: Chạy chương trình PLC .............................................................................. 117
Hình 5.8: Chạy chương trình xử lý ảnh....................................................................... 118
Hình 5.9: Nhấn nút Start, các băng tải hoạt động lần lượt .......................................... 119
Hình 5.10: Phân loại ớt đỏ........................................................................................... 120
Hình 5.11: Phân loại ớt xanh ....................................................................................... 121
Hình 5.12: Phân loại ớt vàng ....................................................................................... 122
Hình 5.13: Nhấn Stop, hệ thống dừng hoạt động ........................................................ 123
Hình 5.14: Nhấn Reset số lượng đếm ớt trở về 0 ........................................................ 124
Hình phụ lục 1 : Chương trình điều khiển PLC ......................................................... 129
Hình phụ lục 2 : Chương trình xử lý ảnh ................................................................... 130

13


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các liên kết PLC mà Factory IO hỗ trợ ........................................................ 23
Bảng 3.1: Tính năng sản phẩm. ..................................................................................... 50
Bảng 4.1: Bảng phân công thiết bị vào/ra ..................................................................... 65
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật main base unit R38B ....................................................... 96
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật module R62P................................................................... 97
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật R04ENCPU ..................................................................... 98
Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật RX42C4 .......................................................................... 99
Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật RY42NT2P ................................................................... 101
Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật RJ71EN71 ..................................................................... 102

Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc DCM50 – 555 .................................. 103
Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật cảm biến khoảng cách E3F – DS30P2 .......................... 105
Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật xi lanh điện.................................................................. 105
Bảng 4.11: Thông số kỹ thuật cảm biến xi lanh CS1 – S ............................................ 106
Bảng 4.12: Thông số kỹ thuật nút nhấn....................................................................... 107
Bảng 4.13: Thông số kỹ thuật webcam logitech C270 HD 720P .............................. 108
Bảng 5.1: Bảng tiến trình lắp ráp kết cấu cơ khí ......................................................... 113

14


LỜI MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động khơng cịn quá xa lạ với chúng ta.
Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con
người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên
nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người.
Để tăng năng xuất lao động, giảm chi phí sản xuất, chất lượng sản phẩm được phân
loại thì áp dụng việc điều khiển tự động là không thể thiếu được. Thế nhưng vấn đề lựa
chọn thiết bị cũng như phương pháp điều khiển sao cho đáp ứng được nhu cầu đề ra
đồng thời tăng năng suất củng là vấn đề phức tạp cần nắm rõ được kiến thức về điều
khiển tự động.
Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế,
thi công hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh ”, thông qua đề tài này nhóm em
sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ sung vào
hành trang của mình trên con đường đã chọn. Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em
đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân.
Mục đích nghiên cứu
Xuất phát từ những tò mò và ham muốn thúc đẩy của những người làm kỹ thuật,
vận hành và đứng máy sản xuất các công ty, nhà máy sản xuất về những thao tác nguy

hiểm, trở ngại cấp và lấy sản phẩm ảnh hưởng đến hiểu quả sản xuất, ảnh hưởng đến
chất lượng của sản phẩm và thiết bị công tác,… Đặc biệt là các các ngành sản xuất đòi
hỏi tính chính xác cao như các công ty dược sản xuất thuốc và các công ty sản xuất bia
phải kiểm tra đầy đủ số lượng thuốc trong một vỉ hoặc kiểm tra tem nhãn của chai bia.
Vậy vấn đề đặt ra phải làm sao kiểm tra chính xác nhất, hiểu quả nhất mà năng xuất
vẫn đạt được mức cao nhất.

15


Mục tiêu của đề tài
-

Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc bằng xử lý ảnh.

-

Phân loại được các màu sắc của ớt chuông theo yêu cầu (phân loại 3 màu cơ
bản: xanh, đỏ và vàng).

-

Thiết kế xi lanh dùng để đẩy sản phẩm

-

Thiết kế giao diện điều khiển của mơ hình qua phần mềm LabVIEW giao tiếp
với PLC

-


Thiết kế mô phỏng sử dụng phần mềm Factory IO

Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp điều tra: khảo sát thực tế tình hình đào tạo trong lĩnh vực điều
khiển tự động, công đoạn phân loại sản phẩm trong sản xuất, cấu tạo nguyên lý
hoạt của bộ điều khiển PLC phục vụ cho việc hệ thống hóa số liệu ban đầu của
thiết kế.

-

Các phương pháp tính toán, thiết kế mơ hình và các hệ thống tự động : sử dụng
các phần mềm AutoCAD, solidworks để thiết kế cơ khí, sử dụng phần mềm
Labview để xử lý ảnh, phần mềm GX Works 3 để viết chương trình điều khiển,
sử dụng phần mềm MX OPC Server 6.01 Mitsubishi để liên kết các phần mềm
điều khiển, sử dụng phần mềm Factory IO để mô phỏng hệ thống.

Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế mơ hình phân loại ớt chng theo màu sắc. Mơ hình thiết kế bao gờm:
-

Hệ thống 5 băng tải hoạt động riêng biệt

-

Cơ cấu đẩy phân loại bằng xi lanh.

-


Hệ thống cảm biến phát hiện vật.

-

Camera thu nhận hình ảnh.

16


Nhiệm vụ cần thực hiện
Với giới hạn của đề tài : “ Nghiên cứu, thiết kế, thi công hệ thống phân loại sản
phẩm bằng xử lý ảnh ”
Nhóm em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây :
-

Tìm hiểu lý thút về xử lý ảnh và cơng cụ xử lý ảnh trên labview

-

Tìm hiểu về những hệ thống phân loại sản phẩm đã có hiện nay

-

Tìm hiểu về những phần mềm điều khiển liên quan đến đề tài như :Labview
OPC, Gx works 3, Factory IO đề lập trình điều khiển và mơ phỏng đờ án.

-

Tìm hiểu về phần mềm thiết kế cơ khí Autocad, solidworks.


-

Tìm hiểu về vât liệu chế tạo, các linh kiện, các thiết bị liên quan đến đề tài.

-

Khảo sát, đánh giá và khắc phục lỗi.

-

Kết luận, đánh giá.

Kết cấu đồ án gồm 6 chương :
-

Chương 1 : Giới thiệu.

-

Chương 2 : Tổng quan giải pháp.

-

Chương 3 : Phương pháp giải quyết.

-

Chương 4 : Quy trình thiết kế


-

Chương 5 : Thi cơng, mơ phỏng

-

Chương 6 : Đánh giá kết quả, kết luận

17


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, ngành chế biến nông
sản của nước ta cũng đang phát triển mạnh mẽ. Trên cơ sở những tiềm năng và chiến
lược phát triển mà Nhà nước đã đề ra, nông sản Việt ngày càng khẳng định được vị thế
ở cả thị trường trong nước và quốc tế, trở thành một trong những mặt hàng trọng điểm,
chiếm tỉ trọng lớn trong ngành xuất khẩu, đóng góp một phần khơng nhỏ vào nền kinh
tế quốc dân. Nông sản sau khi thu hoạch sẽ được phân loại thành loại 1, loại 2, ...với
những tiêu chuẩn khác nhau về trọng lượng, màu sắc, hình dáng, …Nhưng với phương
pháp phân loại bằng tay truyền thống thì người nơng dân cũng như các cơ sở chế biến
khó có thể đáp ứng chính xác các yêu cầu tiêu chuẩn được.
Với sự ra đời và phổ biến rộng rãi của băng tải cơng nghiệp, chúng ta gần như có
thể tối ưu hóa mọi lĩnh vực, trong đó có việc chế biến và phân loại nông sản. Thông
qua việc tự động hóa ở các khâu, sử dụng những cơng nghệ, sản phẩm của khoa học kỹ
thuật, băng tải cơng nghiệp có thể giảm thiểu sai sót, giảm bớt nhân cơng, cho thời gian
làm việc liên tục cũng như hiệu suất làm việc cao. Với mục đích có thể tạo ra một hệ
thống phân loại sản phẩm theo dây chuyền, thân thiện với người dùng, khả năng tùy

biến cao và giá thành phải chăng. Nhóm em xin giới thiệu đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế,
thi công hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh” do chính nhóm tiến hành nghiên
cứu và thực hiện. Với mơ hình này, chúng ta có thể phát triển thêm thành một hệ thống
hoàn chỉnh, có thể giúp nông dân dễ dàng sử dụng, vận hành cũng như điều chỉnh, thay
thế lao động chân tay giúp giảm nhân công, tiền bạc, tăng năng suất làm việc, đồng
thời giảm bớt chi phí lắp đặt và vận hành khi phải đầu tư một hệ thống lớn. Sau quá
trình tìm hiểu, nhóm qút định chọn ớt chng làm đối tượng phân loại.

18


1.2 Phạm vi giới hạn của đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu.
Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất
lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới
hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:
-

Hệ thống điều khiển: PLC, labview, OPC

-

Hệ thống phân loại theo màu sắc

-

Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xi lanh điện từ

-


Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều

-

Hệ thống dẫn động: Băng chuyền

-

Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V.

1.3 Giới thiệu về các phần mềm hỗ trợ thiết kế, mô phỏng
1.3.1 Phần mềm GX Works 3
GX Works 3 là thế hệ tiếp theo của phần mềm lập trình của MELSOFT dành cho
PLC Mitsubishi. Điều tuyệt vời nhất của GX Works là được kế thừa từ phần mềm GX
Developer quen thuộc. Chức năng của nó đã được giữ lại và cải tiến để giúp lập trình
nhanh hơn và dễ dàng hơn. GX Works hỗ trợ các ngơn ngữ IEC 61131-3. Lập trình
viên có thể chọn bất kỳ ngôn ngữ nào trong số năm ngôn ngữ hoặc sử dụng kết hợp của
chúng: LAD, FB, SFC, ST, IL. Có một trình giả lập phần cứng để gỡ lỗi và các mô-đun
giám sát trực tuyến khác nhau. Phiên bản mới nhất của GX Works 3 bao gồm nhiều
tính năng mới như cấu hình hệ thống đờ họa, tùy chỉnh công cụ định vị tích hợp và
bảng điều khiển kỹ thuật hệ thống để chiếu và lập trình các bộ điều khiển FX5U và
MELSEC iQ-R thế hệ mới.
-

Năm phát hành: 2014

-

Phiên bản: 1.055H Build EU


-

Nhà phát triển : MELSEC - mitsubishielectric.com

-

Yêu cầu hệ thống : Pentium III trở lên. Windows XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10
19


1.3.2 Phần mềm Labview
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một
phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments. LabVIEW dùng
trong hầu hết các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều
khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng khơng, hóa sinh, điện tử y sinh ở các nước đặc biệt là
Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản.
LabVIEW là ngơn ngữ lập trình rất khác với các ngơn ngữ lập trình như C, Java.
Bằng cách diễn đạt cú pháp thơng qua hình ảnh, labVIEW đã được gọi với tên là lập
trình G ( viết tắt của Graphical : đồ họa )
Các tính năng chính của LabVIEW như:
-

Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ
webcam, vận tốc của động cơ,…

-

Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua các
cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, PXI, Ethernet, Bluetooth, TCP/IP,vv


-

Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiên
cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn

-

Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn
nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,..

-

Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++,…

-

Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy
Logic), một cách nhanh chóng thơng qua các chức năng tích hợp sẵn trong
LabVIEW.

20


1.3.3 Phần mềm MX OPC
MX OPC Server là trình điều khiển truy cập dữ liệu I/O của Mitsubishi và Alarm/
Event cung cấp giao diện và giao thức truyền thông giữa phần cứng Mitsubishi và phần
mềm điều khiển quy trình.
Tích hợp tính linh hoạt và dễ sử dụng: OLE để kiểm soát quy trình (OPC) V3.00
-


Máy chủ MX OPC bao gờm các thành phần sau:

• MX OPC Configurator
• MX RunTime
-

MX RunTime cung cấp các chức năng sau:

•

Tính năng OPC

•

Tự động tạo khối dữ liệu

•

Cung cấp cấu hình và điều khiển cục bộ

•

Hỗ trợ giao tiếp qua modem điện thoại

•

Chuyển đổi thiết bị cá nhân, khối dữ liệu và thẻ

•


Cung cấp Logic QuickFail

•

Cung cấp dữ liệu chốt

•

Cung cấp ngày và giờ cho dữ liệu và cảnh báo

•

Cung cấp cách viết ra các khối

•

Hỗ trợ các phần tử mảng và đọc các bit

•

Cung cấp các tính năng chẩn đoán nâng cao

•

Thành phần MX

-

MX OPC Configurator cung cấp các tính năng sau:


•

Kết nối với máy chủ IO

•

Chế độ xem Thống kê hiển thị trạng thái của IO khi nó đang chạy

•

Chế độ xem cấu hình hiển thị can thiệp phần cứng, khối dữ liệu và quy trình thẻ

•

Monitor View: theo dõi trạng thái thời gian thực

21


1.3.4 Phần mềm Factory IO
Factory I/O là một phần mềm thiết kế và mô phỏng trực quan các hệ thống điều
khiển tự động hoá theo cách trực quan nhất. Phần mềm có thể giao tiếp gần như với
mọi PLC. Với bộ thư viện phong phú, phần mềm Factory IO mô phỏng được các hệ
thống, đối tượng thông dụng trong hệ thống tự động hoá dưới dạng 3D.
Factory I/O được thiết kế sẵn 20 mơ hình dựa theo các ứng dụng cơng nghiệp phổ
biến. Ngoài ra, các bạn có thể sử dụng các đối tượng được cung cấp sẵn trong thư viện
Factory IO để thiết kế các dây chuyền, hệ thống theo các riêng của bạn.
Sau khi đã thiết kế xong hệ thống, Factory IO sẽ kết nối với các bộ điều khiển PLC
thông qua các driver kết nối được cung cấp sẵn. Điều khá hay là không những kết nối
với thiết bị thật, factory IO còn cho phép chúng ta kết nối với bộ mô phỏng PLC Sim

của Siemens. Đối với một số PLC chưa được Factory IO cung cấp driver sẵn thì các
bạn có thể kết nối thơng qua các giao thức trung gian như là OPC, Modbus…
Các loại liên kết PLC mà Factory IO hỗ trợ :
Mô tả

Driver

Advantech USB 4750 & Kết nối với PLC thông qua board Advantech USB 4750 &
USB 4704
Allen-Bradley
Logix5000
Allen-Bradley Micro800
Allen-Bradley
MicroLogix
Allen-Bradley SLC 5/05
Automgen Server

4704
Kết nối PLC Allen-Bradley ControlLogix, CompactLogix
hoặc SoftLogix PAC thông qua Ethernet.
Kết nối PLC Allen-Bradley Micro800 PLC thông qua
Ethernet.
Kết nối PLC Allen-Bradley MicroLogix PLC thông qua
Ethernet.
Kết nối PLC Allen-Bradley SLC-5/05 PLC thông qua
Ethernet.
Kết nối PLC Automgen thông qua TCP/IP server.

22



Control I/O

Kết nối bộ SoftPLC.
Kết nối PLC WinPLC-Engine và WinSPS-S7.

MHJ
Modbus TCP/IP Client

Kết nối theo chuẩn Modbus TCP/IP client.

Modbus TCP/IP Server

Kết nối theo chuẩn Modbus TCP/IP server.

OPC Client DA/UA
Siemens LOGO!

Kết nối theo chuẩn OPC DA/UA client.
Kết nối bộ điều khiển Siemens LOGO! thơng qua Ethernet.

Siemens S7-

Kết nối PLC Siemens dịng S7-200/S7-200 SMART/300/400

200/300/400

thơng qua Ethernet.

Siemens S7-1200/1500

Siemens S7-PLCSIM

Kết nối PLC Siemens dịng S7-1200/1500 thông qua
Ethernet.
Kết nối PLC mô phỏng S7-PLCSIM của Siemens.

Bảng 1.1: Các liên kết PLC mà Factory IO hỗ trợ
1.3.5 Phầm mềm Solidworks
Hiện nay Solidworks được sử dụng khá phổ biến trên thế giới. Ở Việt Nam phần
mềm này được sử dụng rất nhiều không chỉ trong lĩnh vực cơ khí mà nó cịn được mở
rộng ra các lĩnh vực khác như: Điện, khoa học ứng dụng, cơ mô phỏng,..
Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng những tính năng tuyệt vời nhất về
thiết kế các chi tiết các khối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhưng bộ
phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của
phần mềm Solidworks, ngoài ra cịn có những tính năng khác nữa như: Phân tích động
học (motion), phân tích động lực học (simulation). Bên cạnh đó phần mềm cịn tích
hợp modul Solidcam để phục vụ cho việc gia công trên CNC nhờ có phay Solidcam và
tiện Solidcam hơn nữa bạn cũng có thể gia cơng nhiều trục trên Solidcam, module
3Dquickmold phục vụ cho việc thiết kế khuôn.

23


Việc tích hợp nhiều tính năng và module cũng như các Add-in trên phần mềm
Solidworks giúp cho người sử dụng chun mơn hóa trên phần mềm hơn. Và khơng
cần phải sử dụng nhiều phần mềm để thực hiện các công việc khác nhau.
Những tính năng trên phần mềm Solidworks :
-

Khả năng thiết kế mơ hình 3D hoàn hảo


-

Tính năng lắp ráp các chi tiết

-

Xuất bản vẽ trên phần mềm solidworks

-

Tính năng gia công trên Solidworks

-

Phân tích động lực học trên Solidworks

24