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

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

73
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để đáp ứng nhu cầu thực tế trên giúp cho hệ thống của nhà máy ngày càng được tối ưu và muốn ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn. Được sự giới thiệu của bộ môn và cùng với sự hỗ trợ của Công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng tạo. Nhận thấy sự mới mẻ và cần thiết của mô hình nên nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi” để nghiên cứu và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----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. i
 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 ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y ----o0o---- SINH 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 Xác nhận Tuần/ngày Nội dung 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 – Lập trình PLC, thiết kế giao 28/04/2019) diện HMI 11 (29/04/2019 – Lắp đặt hệ thống và chạy thử 05/05/2019) nghiệm 12 (06/05/2019 – Viết báo cáo + cân chỉnh hệ 12/05/2019) thống 13 (13/05/2019 – Viết báo cáo + cân chỉnh hệ 19/05/2019) thống 14 (20/05/2019 – Viết báo cáo + cân chỉnh hệ 26/05/2019) thống iii
15 (27/05/2019 – Viết báo cáo + cân chỉnh hệ 02/06/2019) thống 16 (03/06/2019 – Hoàn thành 09/06/2019) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
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 v
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 vi
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 vii
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 viii
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 ix
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. ...................................................66 Hình 4.30 Giao diện màn hình chính giám sát hệ thống. .........................................67 Hình 4.31 Giao diện kiểm tra chọn vỉ gạt và chụp ảnh. ...........................................67 Hình 4.32 Giao diện kiểm tra chọn số nhịp. .............................................................68 Hình 4.33 Giao diện cài đặt chọn thời gian gạt vỉ thuốc. .........................................68 Hình 4.34 Đặt tên cho dự án. ....................................................................................69 Hình 4.35 Chọn loại bộ điều khiển để lập trình. ......................................................70 Hình 4.36 Giao diện viết chương trình PLC. ...........................................................70 Hình 4.37 Quy trình thao tác của hệ thống...............................................................71 Chương 5. KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ – NHẬN XÉT Trang Hình 5.1 Mô hình cơ khí của toàn hệ thống. ............................................................73 x
Hình 5.2 Tủ điện của toàn hệ thống. ........................................................................74 Hình 5.3 Camera và ống kính để chụp vỉ thuốc. ......................................................75 Hình 5.4 Bộ điều khiển và nguồn của bộ camera. ....................................................75 Hình 5.5 Cơ cấu gạt vỉ thuốc. ...................................................................................76 xi
LIỆT KÊ BẢNG Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của camera công nghiệp CV-X320A. .........................30 Bảng 3.2 Thiết bị đi kèm bộ camera. ........................................................................32 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200. .......................................................34 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của màn hình HMI KTP400. .......................................36 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của cảm biến E2A-M12KS08-WP-B1 2M. ................37 Bảng 3.6 Bảng thông số động cơ. .............................................................................38 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của xi-lanh. ..................................................................39 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2. .....................................................40 Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong. ........................................................41 Bảng 3.10 Một số thiết bị khác của hệ thống. ..........................................................41 Bảng 3.11 Ngõ vào ra của PLC. ...............................................................................45 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Trang Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện. ............................................................................49 Bảng 4.2 Dữ liệu chọn chương trình xử lý ảnh ........................................................54 xii
TÓM TẮT Đề tài cụ thể nhóm nghiên cứu và thực hiện là: “Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi”. Đề tài này được phát triển dựa trên một dây chuyền sản xuất của nhà máy Dược Imexpharm chi nhánh KCN Vĩnh Lộc ở Bình Tân. Hướng đi chính của đề tài là thiết kế và thi công một bộ Reject (cơ cấu phát hiện lỗi) sử dụng một PLC thực tế, cụ thể ở đây là PLC S7-1200 của hãng Siemens để phân loại vỉ thuốc lỗi thì camera sẽ chụp vỉ thuốc chạy trên băng tải chính sau đó xử lý ảnh gửi tín hiệu về PLC, sau đó sẽ điều khiển xi-lanh khí nén thực hiện phân loại vỉ thuốc lỗi sẽ được cần gạt vỉ gạt xuống hộp đựng thuốc. Đồng thời sử dụng màn hình giao diện HMI để điều khiển và giám sát hệ thống. xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp ngày càng phát triển trong đó tự động hóa đóng vai trò không thể thiếu. Nhờ có tự động hóa các nhà máy đã và đang trở nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực. Tự động hóa trong công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính, robot và công nghệ thông tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khác nhau trong công nghiệp. Bên cạnh đó PLC (Programmable Logic Controller) là một phần không thể thiếu, đặc biệt trong các hệ thống điều khiển với những tính năng thích ứng với môi trường công nghiệp thì PLC là sự lựa chọn tối ưu nhất. Do đó, nhóm thực hiện đề tài tốt nghiệp quyết định chọn hướng nghiên cứu, ứng dụng PLC vào các hệ thống và dây chuyền sản xuất trong y tế. Ứng dụng tự động hóa vào sản xuất Dược là một lĩnh vực còn khá mới mẻ, một trong những yêu cầu nghiêm ngặt trong một mô hình sản xuất Dược là môi trường vô trùng nên việc giảm sự có mặt của con người tham gia vào dây chuyền sản xuất là một trong những bài toán đang được giải quyết. Nhận thấy điều đó một nhà máy sản xuất Dược Imexpharm ở KCN Vĩnh Lộc - Bình Tân của Công ty cổ phần Dược phẩm Imexpharm muốn dây chuyền sản xuất của nhà máy tự động loại bỏ những vỉ thuốc lỗi sau khi ép vỉ để giảm bớt nhân công phải phân loại sau khi thành phẩm. Những vỉ thuốc lỗi như thiếu viên trong vỉ, chồng viên, gãy viên, lẫn với loại thuốc khác,...Để giải quyết vấn đề đó một trong những giải pháp tối ưu nhất là dùng công nghệ xử lý ảnh, với công nghệ xử lý ảnh hiện nay và tốc độ xử lý của những bộ xử lý ảnh công nghiệp có thể đáp ứng được. Sử dụng bộ xử lý ảnh công nghiệp tốc độ cao tích hợp của là một phần đặc biệt của đề tài, để đáp ứng nhanh và đầy đủ chức năng là thuận tiện dễ vận hành trong công nghiệp thì sử dụng bộ camera công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có một số ưu điểm và khuyết điểm, những ưu điểm so với sử dụng những công nghệ nhận dạng khác đó là toàn bộ những phương pháp nhận diện được tích hợp trên bộ điều khiển không cần phải xử lý qua máy tính những thuật toán xử lý ảnh được trình bày một cách trực quan khi sử dụng dễ vận hành. Để thực hiện tất cả các tác vụ tích hợp được như vậy thì giá thành là không thấp, nên chỉ có BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN những dây chuyền cần độ chính xác cao, chi phí đầu tư phải lớn mới có thể áp dụng và đó là một khuyết điểm của chúng. Để đáp ứng nhu cầu thực tế trên giúp cho hệ thống của nhà máy ngày càng được tối ưu và muốn ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn. Được sự giới thiệu của bộ môn và cùng với sự hỗ trợ của Công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng tạo. Nhận thấy sự mới mẻ và cần thiết của mô hình nên nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN LOẠI VỈ THUỐC LỖI” để nghiên cứu và thực hiện đề tài tốt nghiệp. 1.2 GIỚI HẠN  Không đi xây dựng thuật toán xử lý ảnh mà ứng dụng bộ xử ảnh tích hợp.  Chỉ đưa ra giải pháp thiết kế cơ khí và đặt gia công.  Điều khiển và giám sát thông qua màn hình HMI, không có chế độ điều khiển bằng tay.  Hệ thống có thể nhận dạng được các lỗi của vỉ thuốc như: thiếu thuốc trong vỉ, gãy viên, chồng viên.  Số vỉ chạy 2 vỉ, 3 vỉ và 4 vỉ.  Phân loại vỉ thuốc loại nhỏ: 1 vỉ có 7 viên.  Tốc độ phân loại vỉ thuốc phụ thuộc vào tốc độ của dây chuyền ép vỉ phía trước. 1.3 MỤC TIÊU  Thiết kế và thi công một cơ cấu phân loại vỉ thuốc để phân loại vỉ thuốc lỗi trên dây chuyền ép vỉ.  Điều khiển cơ cấu phân loại bằng PLC kết hợp với bộ xử lý ảnh tích hợp.  Thiết kế giải thuật lập trình điều khiển cho cơ cấu phân loại. 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nội dung 1: Nghiên cứu phương pháp xử ảnh lý của bộ xử lý ảnh công nghiệp Keyence và cách cấu hình trên phần mềm.  Nội dung 2: Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm lập trình.  Nội dung 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống.  Nội dung 4: Thiết kế hệ thống điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Nội dung 5: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI.  Nội dung 6: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối ưu, thực hiện thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm để đánh giá tính ổn định của hệ thống.  Nội dung 7: Viết báo cáo thực hiện. 1.5 BỐ CỤC Đề tài được trình bày trong 6 chương:  Chương 1: Tổng quan.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết.  Chương 3: Tính toán và thiết kế.  Chương 4: Thi công hệ thống.  Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Cụ thể như sau: Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Giới thiệu tổng quan về hệ thống xử lý ảnh, các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống. Chương 3: Tính toán và thiết kế. Khảo sát dây chuyền máy ép vỉ, tính toán thiết kế từng khối, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống. Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật, thiết kế giao diện màn hình HMI và viết chương trình PLC. Sau đó viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác. Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá. Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG XỬ LÝ ẢNH Hệ thống phân loại dùng xử lý ảnh hiện nay đang được dùng rất nhiều trong công nghiệp với độ tin cậy cao. Các hệ thống phân loại trước kia như đọc mã vạch, mã QR,…thay vì dùng một công cụ riêng biệt thì công nghệ phân loại dùng xử lý ảnh đều đáp ứng hầu hết các yêu cầu về nhận dạng. Dây chuyền ép vỉ thuốc là dây công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất thuốc, thuốc sau khi được sản xuất thành dạng viên thì qua công đoạn ép vỉ thành phẩm. Mặc dù độ chính xác rất cao khi thành phẩm, bên cạnh đó cũng có những lỗi trên sản phẩm xảy ra vì công đoạn cho thuốc vào vỉ thuốc được con người thực hiện. Hệ thống phân loại vỉ thuốc lỗi trên dây chuyền ép vỉ thuốc dùng công nghệ xử lý hình ảnh trên dây chuyền, nhận dạng vỉ lỗi và thực thi loại bỏ vỉ lỗi ở cuối dây chuyền. Hệ thống bao gồm một bộ camea công nghiệp có chức năng thu thập hình ảnh và xử lý để phát hiện lỗi, ngõ ra của bộ xử lý ảnh trả về tín hiệu vị trí lỗi để PLC xử lý. 2.2 LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH 2.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh công nghiệp Xử lý ảnh mục đích là chuyển đổi mục tiêu được chụp bởi camera thành tín hiệu số và sau đó thực hiện các phép toán số học khác nhau trên tín hiệu để rút ra đặc tính của mục tiêu, chẳng hạn như vùng, chiều dài, số lượng và vị trí. Cuối cùng, xuất kết quả phân biệt dựa trên giới hạn dung sai thiết lập trước. Hình 2.1 Quy trình xử lý ảnh. Quy trình xử lý ảnh trên được chia thành 4 bước:  Chụp ảnh BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chụp ảnh là bước đầu tiên để xác định hình ảnh để xử lý và là bước quan trọng nhất để xử lý ảnh chính xác và ổn định. Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng ảnh như: Vị trí đặt camera hay vật thể mẫu cần chụp, ánh sáng môi trường xung quanh. Hầu hết các bộ xử lý ảnh công nghiệp hiện nay đều có bộ chiếu sáng riêng biệt.  Truyền dữ liệu ảnh Truyền dữ liệu ảnh là bước sau khi ảnh được chụp từ camera được truyền trực tiếp về bộ điều khiển hay máy tính.  Xử lý dữ liệu ảnh Bao gồm 3 bước: Tiền xử lý: Ảnh sẽ được xử lý cơ bản như điều chỉnh độ sáng tối (độ tương phản), chuyển đổi nhị phân, trích xuất màu,… trước khi áp dụng những thuật toán lọc ảnh để truy xuất đầu ra. Trích xuất đặc tính: Là quá trình trích xuất mẫu để xử lý chung cho cả quá trình (lấy mẫu), tùy vào ứng dụng mà việc trích xuất mẫu được thực hiện khác nhau. Trong phạm vi đề tài chỉ trích xuất đặc tính như kích thước viên thuốc, đếm số viên thuốc trong vỉ. Phân biệt: Đó là công nghệ mà mỗi nhà sản xuất muốn áp dụng để đưa sản phẩm của mình có chất lượng tốt nhất, đối với mỗi ứng dụng cụ thể thì việc phân biệt sẽ áp dụng những thuật toán số học để xử lý như áp dụng các bộ lọc đặc trưng trong xử lý ảnh.  Xuất kết quả Sau khi đã phân biệt quá trình xuất kết quả là sẽ xuất ra các tín hiệu qua các bộ đệm ngõ ra của bộ điều khiển, các tín hiệu sẽ được điều khiển tùy vào mục đích muốn xử lý (thông qua các bộ vi điều khiển hay PLC,…). 2.2.2 Một số khái niệm về xử lý ảnh a. Cảm biến hình ảnh CCD Một camera kỹ thuật số hầu như có cùng cấu trúc với một camera thông thường (Analog) nhưng điểm khác biệt là camera kỹ thuật số được trang bị một cảm biến hình ảnh gọi là CCD. Cảm biến hình ảnh tương tự như tấm màng trong camera thông thường và chụp ảnh dưới dạng thông tin kỹ thuật số. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CCD là từ viết tắt của Charge Coupled Device (Thiết bị tích điện kép). Đây là bộ phận bán dẫn có chức năng chuyển đổi hình ảnh sang tín hiệu kỹ thuật số. Thiết bị này có chiều cao và chiều rộng khoảng 1 cm và bao gồm các pixel nhỏ được sắp xếp như một tấm lưới. Khi chụp ảnh bằng camera, ánh sáng phản chiếu từ mục tiêu được truyền qua ống kính, từ đó hình thành ảnh trên CCD. Khi một pixel trên CCD nhận ánh sáng, một điện tích tùy vào cường độ ánh sáng được tạo ra. Điện tích được chuyển đổi thành tín hiệu điện để nhận cường độ ánh sáng (giá trị tập trung) nhận được bởi mỗi pixel. b. Chuyển đổi nhị phân Tín hiệu video được gửi từ camera là tín hiệu analog. Để sử dụng tín hiệu video cho các phép phân biệt và các phép đo khác nhau, tín hiệu analog phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Để chuyển từ tương tự sang số, mức ngưỡng cần được cài đặt cho tín hiệu video. Các vùng sáng hơn mức ngưỡng là "màu trắng" và các vùng tối hơn cấp nhị phân là "màu đen". Tín hiệu số tương ứng với một điểm ảnh màu trắng là "1" (=HI), và tín hiệu số tương ứng với một điểm ảnh màu đen là "0" (=LO). Hình 2.2 Nguyên lý chuyển đổi nhị phân. c. Chuyển đổi thang màu xám Ngoài phương pháp chuyển đổi nhị phân, phương pháp xử lý thang màu xám cũng được sử dụng trong các thiết bị xử lý ảnh. Phương pháp chuyển đổi nhị phân chỉ nhận dạng dữ liệu màu trắng hoặc dữ liệu màu đen (1 hoặc 0). Phương pháp xử lý thang màu xám chia thang độ sáng thành 8 bit (256 mức) và thu được kết quả phân BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7