TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
NĂM 2022
Đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO MÃ QR CODE BẰNG CAMERA COGNEX
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: THẦY NGUYỄN THANH LỊCH
Nhóm sinh viên thực hiện:
NGUYỄN QUANG TÙNG
LƯU ĐỨC THIỆN
LÊ ĐÌNH KIÊN
LÊ THÀNH LONG
Hà Nội 06/2021
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................... 6
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 6
1.2. Mục tiêu nghiên cứu. ............................................................................................... 6
1.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................................ 7
1.4. Đối tượng nghiên cứu. ............................................................................................. 7
1.5. Phương pháp nghiên cứu. ....................................................................................... 7
1.6 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm bằng camera công
nghiệp. ............................................................................................................................................. 8
1.6.1. Ưu nhược điểm của camera công nghiệp. ........................................................ 9
1.6.2 Các ứng dụng của camera công nghiệp. ...........................................................10
1.6.2.a Hệ thống kiểm tra số lượng trong hộp. ..........................................................10
1.6.2.b Giải pháp kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi, phân loại sản phẩm sử dụng
camera công nghiệp .....................................................................................................................10
CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA ....................................... 12
2.1 Thiết bị đóng cắt (Aptomat) ...................................................................................12
2.2 Bộ chuyển đổi nguồn 24VDC ................................................................................14
2.3 CPU PLC S7-1200 ...................................................................................................15
2.3.1. Các module hoặc tính năng đặc biệt (các ứng dụng đặc biệt): ....................16
2.3.2 Yêu cầu về CPU: ...................................................................................................16
2.3.3 Vị trí I/O:.................................................................................................................16
2.3.4 Yêu cầu về truyền thông: .....................................................................................16
2.3.5 Yêu cầu về phần lập trình: ...................................................................................16
2.4 Động cơ Step .............................................................................................................18
2.4.1 Tính momen động cơ theo tải: ............................................................................18
2.4.2 Công suất động cơ tính theo công thức sau: ....................................................19
2.5 Driver Step .................................................................................................................20
2.6 Cảm biến quang E3F-DS30C4 ...............................................................................22
2.7 Cảm biến từ AIRTAC CS1-F .................................................................................24
2.8 Relay trung gian 8 chân (Relay Omron MY2-J 24V) .......................................26
2.9 Van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08 .............................................................27
2.10 Xylanh khí nén CDJ2D16-50B ............................................................................30
2.11 Camera Cognex ......................................................................................................31
2.12 Nút ấn........................................................................................................................33
2.13 Đèn báo.....................................................................................................................33
2.14 Cầu đấu TB-1512 ...................................................................................................34
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử
3
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỒ GÁ ........................................................................ 35
3.1 Đồ gá step ...................................................................................................................36
3.2 Đồ gá xi lanh .............................................................................................................37
3.3 Đồ gá Camera ............................................................................................................38
3.4 Máng đựng sản phẩm ...............................................................................................38
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ............................................ 39
4.1 Trình tự vận hành ................................................................................ 39
4.1.1 Khởi động hệ thống: Bấm Start trên tủ điện hệ thống sẽ khởi động. ..........39
4.1.2 Chọn chế độ: ..........................................................................................................39
4.2 Lưu đồ thuật toán ......................................................................................................40
4.3 Thiết kế sơ đồ điện - điều khiển.............................................................................44
4.4. Danh sách đầu vào ra IN/OUT..............................................................................52
4.5 Giám sát HMI ............................................................................................................52
4.5.1 Thực hiện lập trình trên HMI ..............................................................................53
4.5.2 Thiết kế màn hình: Sử dụng phần mềm GP-Pro EX ......................................55
4.6 Lập trình cho Camera Cognex ...............................................................................56
4.7 Giám sát trên SCARA .............................................................................................59
4.8 Mô hình thực tế .........................................................................................................61
5. PHỤ LỤC: ..................................................................................................... 62
5.1 Chương trình điều khiển Step Motor ...................................................................64
5.2 Chương trình điều khiển van khí nén ...................................................................67
5.3 Chương trình điều khiển Camera ..........................................................................70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử
4
MỤC LỤC ẢNH
Hình 1.1 Hệ thống kiểm tra sản phẩm lỗi bằng camera công nghiệp ........................ 8
Hình 1.2 Hệ thống kiểm tra số lượng trong hộp ..................................................... 10
Hình 1.3 Hệ thống kiểm tra sản phẩm lỗi ............................................................... 11
Hình 2.1 Aptomat Vanlock 2P 16A ....................................................................... 13
Hình 2.2 Aptomat Vanlock 1P 16A ....................................................................... 13
Hình 2.3 Bộ nguồn tổ ong ...................................................................................... 15
Hình 2.4 Cấu trúc bên trong PLC........................................................................... 17
Hình 2.5 PLC S7-1200 1212C DC/DC/DC ............................................................ 18
Hình 2.6 Động cơ Step .......................................................................................... 19
Hình 2. 7 Driver Step TB6600 ............................................................................... 20
Hình 2.8 Sơ đồ đấu nối Driver-Step_PLC .............................................................. 21
Hình 2. 9 Cấu tạo cảm biến quang ......................................................................... 22
Hình 2.10 Cảm biến quang .................................................................................... 23
Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động cảm biến từ .......................................................... 24
Hình 2.12 Cấu tạo cảm biến từ .............................................................................. 24
Hình 2. 13 Cấu tạo cảm biến từ AIRTAC CS1–F .................................................. 24
Hình 2. 14 Cảm biến từ AIRTAC .......................................................................... 25
Hình 2.15 Relay trung gian Omron ........................................................................ 26
Hình 2.16 Sơ đồ chân Relay trung gian Omron ...................................................... 26
Hình 2.17 Van điện từ AIRTAC ............................................................................ 28
Hình 2.18 Cấu tạo van điện từ ............................................................................... 28
Hình 2.19 Xylanh khí nén ...................................................................................... 30
Hình 2.20 Camera Cognex..................................................................................... 31
Hình 2. 22 Sơ đồ đấu nối Camera với máy tính...................................................... 32
Hình 2. 21 Sơ đồ đấu nối camera với máy tính ...................................................... 32
Hình 2. 23 Nút nhân .............................................................................................. 33
Hình 2. 24 Đèn báo ................................................................................................ 33
Hình 2. 25 Cầu đấu ................................................................................................ 34
Hình 3.1 Solid Edge .............................................................................................. 35
Hình 3.2 Máy in 3D ............................................................................................... 35
Hình 3.3 Đồ gá mặt bích Motor Step ..................................................................... 36
Hình 3.4 Đồ gá chân Step ...................................................................................... 36
Hình 3.5 Đồ gá chân cột xylanh ............................................................................. 37
Hình 3.6 Đồ gá kẹp xylanh .................................................................................... 37
Hình 3.7 Đồ gá Camera ......................................................................................... 38
Hình 3.8 Đồ gá máng đựng sản phẩm .................................................................... 38
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán hàm Main ................................................................... 40
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán hàm Control Valve ..................................................... 41
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử
5
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán hàm Control Step ........................................................ 42
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán hàm Control Camera................................................... 43
Hình 4.5 Mạch nguồn tổng .................................................................................... 44
Hình 4.6 Mạch nguồn và tín hiệu Camera .............................................................. 45
Hình 4.7 Mạch điện van điệu từ ............................................................................. 46
Hình 4.8 Mạch nguồn và tín hiệu HMI Proface...................................................... 47
Hình 4.9 Mạch điện cảm biến quang và cảm biến từ .............................................. 48
Hình 4.10 Mạch động lực và tín hiệu Driver-Step Motor ....................................... 49
Hình 4.11 Mạch tín hiệu IN/OUT PLC .................................................................. 50
Hình 4.12 Tủ điện mô phỏng trên eplan ................................................................. 51
Hình 4.13 Danh sách đầu vào ra ............................................................................ 52
Hình 4.14 Nhập địa chỉ PLC .................................................................................. 53
Hình 4.15 Cài đặt kết nối HMI .............................................................................. 53
Hình 4.16 HMI HOME SCREEN .......................................................................... 55
Hình 4.17 STEP PARAMETER ............................................................................ 55
Hình 4.18 VALVE PARAMETER ........................................................................ 56
Hình 4.19 Quét mã QR .......................................................................................... 57
Hình 4.20 Nhận diện mã QR.................................................................................. 57
Hình 4.21 Dữ liệu đầu vào ..................................................................................... 58
Hình 4.22 Dữ liệu đầu ra ....................................................................................... 58
Hình 4.23 Cài đặt đại chỉ PLC và Camera trên TIA ............................................... 59
Hình 4.24 Màn hình khởi động .............................................................................. 59
Hình 4.25 Phân loại sản phẩm đúng ....................................................................... 60
Hình 4.26 Phân loại sản phẩm sai .......................................................................... 60
Hình 4.27 Mô hình thực tế ..................................................................................... 61
Hình 4.28 Mô hình tủ điện thực tế ......................................................................... 61
Hình 5.1 Danh sách khối lệnh ................................................................................ 62
Hình 5.2 Khởi động hệ thống ................................................................................. 62
Hình 5.3 Gọi các chương trình con ........................................................................ 63