Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành điện tử công nghiệp với đề tài: Thiết kế và thi công cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi, cho các bạn làm luận văn tham khảo
SLIDE - Tu van, huong dan cong tac tuyen sinh-2024 (đầy đủ chi tiết).pdf
Đề tài: Thiết kế cơ cấu nhận biết, phân loại vỉ thuốc lỗi, HAY
1. i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 05 tháng 7 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Mai Quốc Cường MSSV: 15141112
Ngô Đình Phương MSSV: 15141250
Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2015 Lớp: 15141DT2A
15141DT1B
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN
LOẠI VỈ THUỐC LỖI
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Sử dụng bộ xử lý ảnh tích hợp Keyence.
Điều khiển bằng PLC S7-1200 và màn hình HMI.
Điều khiển gạt bằng khí nén.
Động cơ băng tải của cơ cấu là động cơ AC 1 pha 220V.
Dùng một cảm biến bắt nhịp.
2. Nội dung thực hiện:
Nội dung 1: Cài đặt phần mềm TIA Portal để lập trình PLC và giao diện màn
hình HMI, AutoCAD để thiết kế tủ điện, SolidWorks để thiết kế mô hình cơ
khí, CV-X Series Simulation-Software để cấu hình cho bộ camera.
Nội dung 2: Tính toán đo đạc thông số kỹ thuật dùng cho thiết kế mô hình
phần cứng bao gồm tủ điện, băng tải và xi-lanh khí nén.
Nội dung 3: Thiết kế, tính toán và đo đạc thông số dòng áp, đi dây trong thiết
kế tủ điện.
Nội dung 4: Lắp đặt bộ camera công nghiệp CV-X320A.
Nội dung 5: Lắp đặt màn hình HMI KTP400.
Nội dung 6: Vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình cho PLC.
2. ii
Nội dung 7: Kết nối các hệ thống từ bộ camera, cảm biến tiệm cận đến PLC
để điều khiển xi-lanh khí nén và băng tải hoạt động.
Nội dung 8: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát giao diện màn hình HMI.
Nội dung 9: Cho chạy toàn bộ hệ thống hoàn chỉnh để kiểm tra hoạt động.
Nội dung 10: Ghi nhận kết quả thực hiện và báo cáo.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/03/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Tấn Đời
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3. iii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 05 tháng 7 năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Mai Quốc Cường
Lớp: 15141DT2A MSSV: 15141112
Họ tên sinh viên 2: Ngô Đình Phương
Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141250
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ CẤU NHẬN BIẾT, PHÂN LOẠI
VỈ THUỐC LỖI
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
1 (18/02/2019 – 24/02/2019) Chờ duyệt đề tài
2 (25/02/2019 – 03/03/2019) Chờ duyệt đề tài
3 (04/03/2019 – 10/03/2019) Viết đề cương
4 (11/03/2019 – 17/03/2019) Thiết kế cơ khí
5 (18/03/2019 – 24/03/2019) Thiết kế cơ khí
6 (25/03/2019 – 31/03/2019) Gia công cơ khí
7 (01/04/2019 – 07/04/2019) Thiết kế, thi công hệ thống điện
8 (08/04/2019 – 14/04/2019) Cài đặt và cấu hình bộ xử lý
ảnh
9 (15/04/2019 – 21/04/2019) Lập trình PLC, thiết kế giao
diện HMI
10 (22/04/2019 –
28/04/2019)
Lập trình PLC, thiết kế giao
diện HMI
11 (29/04/2019 –
05/05/2019)
Lắp đặt hệ thống và chạy thử
nghiệm
12 (06/05/2019 –
12/05/2019)
Viết báo cáo + cân chỉnh hệ
thống
13 (13/05/2019 –
19/05/2019)
Viết báo cáo + cân chỉnh hệ
thống
14 (20/05/2019 –
26/05/2019)
Viết báo cáo + cân chỉnh hệ
thống
5. v
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào kiến thức, kinh nghiệm đã thu
được qua quá trình học tập, tìm hiểu và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào
đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương
6. vi
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tấn Đời vì
đã đồng ý dìu dắt, hướng dẫn và tạo tiền đề cho chúng tôi thực hiện một Đồ án tốt
nghiệp mang tính chất quan trọng trong suốt quá trình một học kỳ. Bên cạnh chúng
tôi xin gửi lời cảm ơn đến công ty TNHH Dịch vụ và Kỹ thuật Sáng tạo đã hỗ trợ và
giúp đỡ chúng tôi trong thời gian vừa qua.
Đồng thời nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn nói
riêng và Khoa Điện – Điện tử nói chung đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức
quan trọng, hỗ trợ những trang thiết bị thực tế trong dạy học áp dụng nhiều đến việc
phát triển đề tài tốt nghiệp cũng như ảnh hưởng đến công việc sau này.
Sau cùng, chúng tôi xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, người thân đã hỗ trợ trong
quá trình học tập tại trường và quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Mai Quốc Cường Ngô Đình Phương
7. vii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v
MỤC LỤC................................................................................................................ vii
LIỆT KÊ HÌNH......................................................................................................... ix
LIỆT KÊ BẢNG ...................................................................................................... xii
TÓM TẮT ............................................................................................................... xiii
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................1
1.2 GIỚI HẠN.........................................................................................................2
1.3 MỤC TIÊU .......................................................................................................2
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.............................................................................2
1.5 BỐ CỤC............................................................................................................3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................5
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG XỬ LÝ ẢNH.............5
2.2 LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH.......................................................................5
2.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh công nghiệp.......................................5
2.2.2 Một số khái niệm về xử lý ảnh ...............................................................6
2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI VỈ THUỐC ....................................................10
2.3.1 Phân loại theo vỉ thiếu viên ..................................................................10
2.3.2 Phân loại theo vỉ gãy viên.....................................................................10
2.3.3 Phân loại theo vỉ chồng viên.................................................................10
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG...........................................................................10
2.4.1 Giới thiệu camera công nghiệp.............................................................10
2.4.2 Tổng quan về PLC................................................................................14
2.4.3 Tổng quan về HMI................................................................................17
2.4.4 Động cơ AC ..........................................................................................18
2.4.5 Hệ thống điều khiển khí nén.................................................................20
2.4.7 Cảm biến tiệm cận ................................................................................23
2.4.8 Nguồn cung cấp ....................................................................................25
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..............................................................26
3.1 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY ÉP VỈ....................................................26
3.1.1 Giới thiệu về dây chuyền ép vỉ .............................................................26
8. viii
3.1.2 Chức năng từng phần............................................................................26
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .........................................................................27
3.2.1 Giới thiệu ..............................................................................................27
3.2.2 Tính toán và thiết kế cơ khí ..................................................................27
3.2.3 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................28
3.2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống....................................................................29
3.2.5 Thiết kế nguyên lý PLC điều khiển hệ thống .......................................42
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.....................................................................49
4.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................49
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................49
4.2.1 Thi công hệ thống khí nén ....................................................................50
4.2.2 Thi công cần gạt vỉ thuốc và băng tải...................................................51
4.2.3 Tủ điện hoàn chỉnh ...............................................................................52
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ..............................................................................53
4.3.1 Lưu đồ giải thuật...................................................................................53
4.3.2 Cấu hình và chọn thuật toán cho xử lý ảnh ..........................................57
4.3.3 Thiết kế HMI ........................................................................................65
4.3.4 Lập trình PLC .......................................................................................69
4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ...........................70
4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ..................................................................70
4.4.2 Quy trình thao tác .................................................................................71
Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ.............................................72
5.1 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT ...............................................................................72
5.1.1 Kết quả nghiên cứu...............................................................................72
5.1.2 Kết quả thực hiện ..................................................................................72
5.2 ĐÁNH GIÁ.....................................................................................................76
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.........................................78
6.1 KẾT LUẬN.....................................................................................................78
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................80
PHỤ LỤC..................................................................................................................81
9. ix
LIỆT KÊ HÌNH
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang
Hình 2.1 Quy trình xử lý ảnh......................................................................................5
Hình 2.2 Nguyên lý chuyển đổi nhị phân...................................................................7
Hình 2.3 Nguyên lý chuyển đổi thang màu xám........................................................8
Hình 2.4 Nguyên lý xử lý màu. ..................................................................................8
Hình 2.5 Giản đồ của một bộ lọc điểm ảnh 3-3. ........................................................9
Hình 2.6 So sánh hai bộ lọc mở rộng và thu nhỏ. ......................................................9
Hình 2.7 Hệ thống xử lý ảnh công nghiệp. ..............................................................11
Hình 2.8 Một số camera sử dụng trong công nghiệp. ..............................................12
Hình 2.9 Ống kính cho camera.................................................................................13
Hình 2.10 Đèn chiếu sáng. .......................................................................................13
Hình 2.11 Ứng dụng về kiểm tra có hay không có sản phẩm. .................................14
Hình 2.12 Ứng dụng về kiểm tra lỗi.........................................................................14
Hình 2.13 Ứng dụng về kiểm tra kích thước............................................................14
Hình 2.14 Ứng dụng về định vị................................................................................14
Hình 2.15 Động cơ xoay chiều.................................................................................18
Hình 2.16 Cấu trúc một hệ thống khí nén. ...............................................................20
Hình 2.17 Van điện từ. .............................................................................................21
Hình 2.18 Các loại van phổ biến. .............................................................................21
Hình 2.19 Cấu tạo xi-lanh. .......................................................................................22
Hình 2.20 Phân loại cảm biến tiệm cận....................................................................24
Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận. .........................................24
Hình 2.22 Nguồn 24VDC - 3A. ...............................................................................25
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Trang
Hình 3.1 Máy ép vỉ của nhà máy..............................................................................26
Hình 3.2 Cơ cấu gạt..................................................................................................28
Hình 3.3 Cơ cấu hoàn chỉnh.....................................................................................28
Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................29
Hình 3.5 Bộ điều khiển camera CV-X320A. ...........................................................30
Hình 3.6 Sơ đồ chân của camera CV-X320A. .........................................................31
Hình 3.7 PLC S7 – 1200 CPU 1214C......................................................................34
Hình 3.8 Sơ đồ chân của PLC CPU 1214 DC/DC/DC. ...........................................35
Hình 3.9 Màn hình Simatic HMI KTP400...............................................................36
Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M....................................37
Hình 3.11 Sơ đồ chân của cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M............37
Hình 3.12 Động cơ băng tải. ....................................................................................38
Hình 3.13 Xi-lanh kép. .............................................................................................39
Hình 3.14 Sơ đồ chân của van điện từ 5/2. ..............................................................39
Hình 3.15 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A.....................................................................40
Hình 3.16 Nguyên lý đấu ngõ vào cho PLC.............................................................42
Hình 3.17 Nguyên lý đấu ngõ ra PLC......................................................................42
Hình 3.18 Tín hiệu Trigger.......................................................................................43
Hình 3.19 Chọn chương trình từ thẻ nhớ. ................................................................44
10. x
Hình 3.20 Ví dụ chọn chương trình..........................................................................44
Hình 3.21 Giản đồ thời gian cho tín hiệu chọn chương trình...................................45
Hình 3.22 Sơ đồ tổng quan.......................................................................................46
Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. ....................................................................47
Hình 3.24 Mạch động lực cho động cơ băng tải. .....................................................48
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Trang
Hình 4.1 Nguyên lý thi công khí nén .......................................................................50
Hình 4.2 Lắp đặt 4 xi-lanh cho hệ thống..................................................................51
Hình 4.3 Lắp đặt van điện từ....................................................................................51
Hình 4.4 Lắp đặt băng tải và cần gạt vỉ thuốc..........................................................52
Hình 4.5 Tủ điện hoàn chỉnh của hệ thống...............................................................52
Hình 4.6 Chương trình chính của hệ thống. .............................................................53
Hình 4.7 Chương trình con 1 - chọn chương trình xử lý ảnh...................................54
Hình 4.8 Chương trình con 2 - xử lý lỗi từng hàng..................................................55
Hình 4.9 Chương trình con 3 - xử lý ngõ ra.............................................................56
Hình 4.10 Màn hình quản lý cửa sổ làm việc của CV-X Series...............................57
Hình 4.11 Màn hình giả lập của CV-X Series..........................................................58
Hình 4.12 Tạo cửa sổ làm việc mới. ........................................................................58
Hình 4.13 Đặt tên cho cửa sổ làm việc.....................................................................59
Hình 4.14 Chọn loại điều khiển cho CV-X Series. ..................................................59
Hình 4.15 Chọn kiểu đóng gói cho CV-X Series.....................................................59
Hình 4.16 Lưu ảnh mẫu............................................................................................60
Hình 4.17 Chọn công cụ kiểm tra cho xử lý ảnh......................................................60
Hình 4.18 Chọn vùng muốn kiểm tra từ ảnh mẫu....................................................61
Hình 4.19 Trích xuất màu nhị phân..........................................................................61
Hình 4.20 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc rút ngắn.....................................................62
Hình 4.21 Tăng cường ảnh bằng bộ lọc mở rộng.....................................................62
Hình 4.22 Sao chép cho vỉ kiểm tra thứ 2 ở bên phải. .............................................63
Hình 4.23 Cấu hình ngõ ra cho CPU........................................................................63
Hình 4.24 Gán công cụ cho ngõ ra tương ứng. ........................................................64
Hình 4.25 Giám sát ngõ ra của từng I/O. .................................................................64
Hình 4.26 Đặt tên cho dự án.....................................................................................65
Hình 4.27 Chọn loại màn hình cần thiết kế giao diện..............................................65
Hình 4.28 Kết nối giữa PLC và HMI. ......................................................................66
Hình 4.29 Giao diện màn hình sau khi khởi động....................................................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
11. xi
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
12. xii
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
13. xiii
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.
14. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
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
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
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
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
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.
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
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.
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
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
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
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.
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7
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
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8
biệt dựa trên tất cả các dữ liệu. Do đó phương pháp này cung cấp phát hiện cải tiến
hơn và chính xác hơn.
Hình 2.3 Nguyên lý chuyển đổi thang màu xám.
d. Xử lý màu
Tín hiệu video màu từ camera được chuyển thành dữ liệu kỹ thuật số RGB
bằng chuyển đổi A/D của hình ảnh. Dữ liệu này được sử dụng cho thao tác so lệch để
có được dữ liệu R-(trừ) G, B-G và R-B từ dữ liệu RGB nhận được. Sử dụng sáu thông
số thông tin màu sắc để kiểm tra mức độ khớp với màu chỉ định. Thực hiện điều này
bằng cách cài đặt phạm vi trên màn hình và sau đó tách màu khớp với màu đã chỉ
định. Sau đó, mỗi điểm ảnh được chuyển đổi nhị phân thành điểm ảnh đã tách hoặc
điểm ảnh chưa tách. Quá trình thao tác so lệch này đảm bảo tách ổn định ngay cả đối
với xử lý màu tối với tốc độ cao.
Hình 2.4 Nguyên lý xử lý màu.
e. Khái niệm về xử lý lọc
Thuật ngữ "xử lý lọc" dùng để chỉ việc sửa đổi được áp dụng cho ảnh chụp thô
để nâng cao đặc tính cụ thể trên ảnh. Thông thường, bộ lọc sẽ thay đổi đặc tính của
một điểm ảnh đơn dựa trên thông tin thu thập được từ các điểm ảnh xung quanh (bằng
cách sử dụng khu vực 3x3 xung quanh điểm ảnh biến đổi). Xử lý lọc ba ảnh (0 đến
255 sắc độ), theo các hướng dọc và ngang.
Bộ lọc mở rộng
22. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
Bộ lọc mở rộng sẽ thay thế điểm ảnh trung tâm bằng lưới điểm 3 x 3 xung
quanh sáng nhất. Quá trình xử lý này giúp loại bỏ các thành phần nhiễu màu tối.
Bộ lọc thu nhỏ
Ngược lại, bộ lọc thu nhỏ thay thế điểm ảnh trung tâm bằng chín điểm ảnh
xung quanh tối nhất. Quá trình xử lý này giúp loại bỏ các thành phần nhiễu màu nhạt.
Các lỗi nhỏ như bụi hoặc vết bẩn có thể được bỏ qua bằng cách sử dụng bộ
lọc mở rộng, hoặc làm tăng bằng cách sử dụng bộ lọc thu nhỏ.
Hình 2.5 Giản đồ của một bộ lọc điểm ảnh 3-3.
Ví dụ về sự khác biệt của hai bộ lọc:
Hình 2.6 So sánh hai bộ lọc mở rộng và thu nhỏ.
Các lỗi nhỏ như bụi hoặc vết bẩn có thể được bỏ qua bằng cách sử dụng bộ lọc
mở rộng hoặc làm tăng bằng cách sử dụng bộ lọc thu nhỏ.
Ngoài ra còn có các bộ lọc tiền xử lý khác như bộ lọc Expansion, bộ lọc Shrink,
bộ lọc Average, bộ lọc Median, bộ lọc Edge Extraction và Edge Enhancement,…Vì
lý do hạn chế của đề tài không đi sau vào xây dựng thuật toán xử lý ảnh chỉ ứng dụng
nhưng thuật toán đã được xây dựng sẵn nên không đi giải thích chi tiết về các bộ lọc
trên.
23. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
2.3 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI VỈ THUỐC
Để phân loại sản phẩm lỗi trước hết phải xác định lỗi thường xảy ra trên sản
phẩm. Một số yêu cầu kiểm tra trong quá trình sản xuất:
Kiểm tra thiếu viên.
Kiểm tra chồng viên.
Kiểm tra gãy viên.
Kiểm tra viên thuốc con nhộng bị xì.
Kiểm tra nắp viên con nhộng bị mất.
Kiểm tra viên con nhộng bị chồng nắp.
Kiểm tra lẫn viên thuốc khác loại.
Kiểm tra màng nhôm lẫn vào trong lỗ vỉ thuốc.
Kiểm tra lỗ thủng trên vỉ nhôm.
Kiểm tra dị vật lẫn vào vỉ thuốc.
Trong phạm vi nghiên cứu và khảo sát thực tế dây chuyền ép vỉ, nhóm nhận
thấy có 3 lỗi sau đây là xảy ra phổ biến.
2.3.1 Phân loại theo vỉ thiếu viên
Thuốc được cho vào vỉ nhưng trong quá trình băng tải chạy thì không tránh
khỏi thuốc sẽ không kịp cho vào vỉ. Camera sẽ chụp lại vỉ thuốc và đếm số lượng
thuốc trong vỉ và so sánh với ảnh mẫu nếu vỉ nào không đủ thì vỉ đó lỗi.
2.3.2 Phân loại theo vỉ gãy viên
Camera sẽ chụp lại vỉ thuốc và so sánh với ảnh mẫu và trích xuất kích thước
của tất cả viên thuốc trong vỉ nếu một viên bất kì trong vỉ không đủ kích thước với
ảnh mẫu thì vỉ đó bị lỗi.
2.3.3 Phân loại theo vỉ chồng viên
Trong quá trình cho thuốc vào vỉ không tránh khỏi một ô trong vỉ có hai hay
nhiều viên chồng lên nhau. Tương tự như trường hợp gãy viên camera sẽ xử lý kích
thước của từng viên trong vỉ, vị trí nào trong vỉ có kích thước lớn hơn thì vỉ đó bị lỗi.
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.4.1 Giới thiệu camera công nghiệp
a. Tổng quan
24. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
Công nghiệp phải ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng được xu
thế hiện đại hóa. Các ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm cũng như trong lĩnh
vực điện, điện tử là những ngành đòi hỏi sự chính xác trong kiểm tra đầu ra, và để
thay thế con người trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác
cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện
hơn.
Một hệ thống xử lý ảnh bao gồm các thành phần sau:
Camera.
Ống kính.
Hệ thống chiếu sáng.
Bộ xử lý.
Hình 2.7 Hệ thống xử lý ảnh công nghiệp.
Tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà chúng ta sẽ có những hệ thống xử lý ảnh
khác nhau. Một số ví dụ cho thấy xử lý ảnh được ứng dụng trong công nghiệp:
Trong công nghiệp đóng gói, người ta sử dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra
xem các sản phẩm đã được dán nhãn chưa hoặc kiểm tra nhãn hiệu bao bì có
đúng với thành phần chuẩn bị được đóng gói không.
Trong công nghiệp dược phẩm, áp dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra số
lượng viên thuốc có trong vỉ thuốc.
Trong lĩnh vực điện, điện tử xử lý ảnh dùng để phát hiện sự thiếu sót các mối
hàn sau khi hàn các chân linh kiện vào board mạch.
Hiện nay, camera sử dụng trong công nghiệp có nhiều loại như: Area Scan
Camera, Line Scan Camera và Network Camera.
25. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
Hình 2.8 Một số camera sử dụng trong công nghiệp.
Area scan camera cung cấp chất lượng hình ảnh hàng đầu với tỷ lệ giá/hiệu
suất nổi bật. Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa nhà máy và
giám sát giao thông (ITS) đến hệ thống bán lẻ, dược phẩm.
Line scan camera thích hợp cho các ứng dụng cần cả tốc độ cao và chất lượng
hình ảnh cao. Loại camera này không theo dõi toàn bộ ảnh mà đánh giá ảnh
chính xác theo từng dòng. Thường được sử dụng trong quá trình kiểm tra chất
lượng hàng hóa và quy trình phân loại.
Network camera thường được sử dụng để giám sát với chất lượng hình ảnh
vượt trội và hiệu suất mạnh mẽ trong môi trường ánh sáng thấp.
Một hệ thống xử lý ảnh tốt không chỉ cần camera tốt mà còn cần đến một ống
kính chính xác cho ứng dụng. Các tiêu chí căn cứ để lựa chọn được một ống kính
chính xác là:
Kích thước cảm biến và vòng tròn ảnh.
Độ phân giải và kích thước pixel.
Tác động của tiêu cự và kích thước cảm biến.
Khẩu độ và các điều kiện ánh sáng.
26. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
Hình 2.9 Ống kính cho camera.
Ngoài ra, hệ thống xử lý ảnh cũng cần đến chất lượng ánh sáng tốt để thu được
chất lượng ảnh tốt, hình ảnh không bị nhòe, ánh sáng phân bố đều trên ảnh,… Hệ
thống chiếu sáng bao gồm nhiều loại như: Đèn vòng, đèn dạng thanh, đèn đa góc, đèn
vòm, đèn vuông, đèn nền,…
Hình 2.10 Đèn chiếu sáng.
Mỗi loại được ứng dụng cho từng trường hợp khác nhau, ví dụ như:
Đèn vòm được sử dụng cho các mục tiêu có hình dạng phức tạp do đặc tính
khuếch tán vào các góc.
Đèn đồng trục thường được sử dụng để kiểm tra các mép gờ của mục tiêu.
Đèn đa góc tùy theo cách bố trí mà có thể sử dụng như đèn vòm hoặc đèn góc
hẹp.
27. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
b. Một số ứng dụng của camera công nghiệp
Tận dụng thiết bị thị giác tích hợp, có thể cung cấp hiệu suất tốt hơn so với
kiểm tra trực quan con người về kích thước, hình dạng, vị trí, màu sắc và hoa văn của
mục tiêu.
Ứng dụng đối với có/không có, vị trí và góc, màu sắc, vết nứt,… có thể được
giải quyết bằng cách sử dụng kiểm tra thị giác.
Hình 2.11 Ứng dụng về kiểm tra có hay không có sản phẩm.
Hình 2.12 Ứng dụng về kiểm tra lỗi.
Hình 2.13 Ứng dụng về kiểm tra kích thước.
Hình 2.14 Ứng dụng về định vị.
2.4.2 Tổng quan về PLC
a. Khái niệm
28. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic có
thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán
điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do
người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình. Do vậy, nó cho phép thực hiện
linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển. Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như
Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)…
Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function
Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder
logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển
bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp"
trong chương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu
ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều
khiển bằng rơ-le) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các
module mở rộng.
Giá cả có thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng, rơ-le, dây nối và các
rơ-le thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều
này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập
lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh
ghi dịch… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn. Sự phát triển các máy
tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
29. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16
PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay
đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình
bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện
một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ
dây nối hay rơ-le .
b. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM
bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM), một bộ vi xử lý có
cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC và các module vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ điều khiển PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị
lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có
đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị
lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào
chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ
PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết,
đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232,
RS422, RS485.
c. Nguyên lý hoạt động
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
d. Ứng dụng PLC
Hệ thống nâng vận chuyển.
Dây chuyền đóng gói.
Các robot lắp giáp sản phẩm .
Điều khiển bơm.
Dây chuyền xử lý hoá học.
Công nghệ sản xuất giấy .
Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
30. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17
Sản xuất xi măng.
Công nghệ chế biến thực phẩm….
2.4.3 Tổng quan về HMI
a. Khái niệm
HMI là viết tắt của Human Machine Interface có nghĩa là thiết bị dùng để giao
tiếp giữa người vận hành (thiết kế) với thiết bị máy. Nói đơn giản hơn, bất kỳ thiết bị
nào có khả năng hỗ trợ để máy móc giao tiếp “hiển thị” với con người thì gọi đó là
một HMI.
Từ HMI được sử dụng một cách rất chung chung cho cả các màn hình cảm
ứng hoặc nút nhấn, các hệ thống SCADA hay DCS. Bởi vậy, để tránh gây ra sự nhầm
lẫn chúng ta sẽ sử dụng từ HMI cho những màn hình giao diện hiển thị HMI có chức
năng cảm ứng (Touch panel) hay có các phím chức năng (Key panel). Ví dụ, màn
hình giao diện HMI của Siemens như TP700 Comfort, KTP700 Basic PN… thì những
dòng sản phẩm có chức năng tương ứng đều gọi là HMI.
b. Ứng dụng
Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người, đặc biệt trong công
nghiệp, nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy.
Vậy ứng dụng của HMI ra sao?
Cảm ứng trên lò viba là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng
hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI, có thể nói điện
thoại cảm ứng hiện nay cũng là thiết bị HMI theo nghĩa rộng. Ta có thể viết ứng dụng
trực tiếp trên điện thoại, hoặc ipad, máy tính bảng để điều khiển thiết bị công nghiệp.
HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các
phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng. Vỏ bọc được
phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy,
nhưng rất rộng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn
nhà máy.
c. Phần cứng màn hình Simatic HMI
Màn hình HMI có tính đồng nhất trong tên gọi của tất cả màn hình Siemens
hiện nay trên thị trường để người sử dung có thể biết và đọc được thông tin cơ bản
khi nhìn thấy bất kỳ một màn hình nào đó của HMI.
31. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18
Người dùng phải chú ý các từ khóa (key word) khi đọc thông tin của một màn
hình Simatic HMI của Siemens như:
TP = Touch Panel – Màn hình vận hành bằng cảm ứng.
KTP = Key Touch Panel – Màn hình vận hành bằng cảm ứng và nút nhấn.
KP = Key Panel – Màn hình vận hành bằng nút nhấn.
Những con số sẽ nói về kích thước màn hình bao nhiêu inches hoặc màn hình
có bao nhiêu nút nhấn.
F = Failsafe – Màn hình có chức năng Safety nhằm đáp ứng cho những yêu
cầu hệ thống đòi hỏi phức tạp và cao cấp về mức độ an toàn của hệ thống.
Chức năng màn hình là kiểu Comfort hoặc Basic.
Màn hình đa sắc – Color hay màn hình đơn sắc – Mono.
Giao thức kết nối DP = Distributed Port hay PN = ProfiNet.
Ví dụ: màn hình TP1200 Comfort là màn hình Comfort cảm ứng 12 inches,
hay màn hình KP8 là màn hình nút nhấn không có màn hình hiển thị với số lượng nút
nhấn là 8.
2.4.4 Động cơ AC
a. Khái niệm
Động cơ điện xoay chiều hay động cơ AC là động cơ điện được dẫn động
bằng dòng điện xoay chiều (AC). Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản,
một stator bên ngoài có các cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường
quay và một rotor bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai.
Từ trường rotor có thể được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự lồi từ trở, hoặc
cuộn dây điện DC hoặc AC.
Hình 2.15 Động cơ xoay chiều.
32. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19
b. Cấu tạo cơ bản
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor.
Stator gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một
vành tròn để tạo ra từ trường quay.
Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
c. Nguyên lý hoạt động
Hai loại động cơ AC chính là động cơ cảm ứng điện từ và động cơ đồng
bộ. Động cơ cảm ứng điện từ (hoặc động cơ không đồng bộ) luôn phụ thuộc vào sự
khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor được gọi là sự
trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor. Kết quả là, động cơ cảm ứng
điện từ không thể tạo ra mô-men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện tượng cảm
ứng (hoặc trượt) không liên quan hoặc ngừng tồn tại. Ngược lại, động cơ đồng
bộ không phụ thuộc vào cảm ứng điện từ - trượt trong hoạt động và sử dụng nam
châm vĩnh cửu, các cực từ lồi hoặc cuộn dây rotor độc lập. Động cơ đồng bộ tạo ra
mô-men xoắn danh định bằng chính xác với tốc độ đồng bộ. Hệ thống động cơ đồng
bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than có một cuộn dây rotor độc lập được
kích thích không phụ thuộc vào nguyên tắc cảm ứng - trượt của dòng điện. Động cơ
đồng bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than là động cơ đồng bộ có thể hoạt
động bằng chính xác tần số nguồn cấp hay bằng bội số của tần số cung cấp.
d. Phân loại
Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 loại: động cơ điện xoay chiều 3 pha và
động cơ điện xoay chiều 1 pha.
Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho
dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách
bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ
điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3.
Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm
cho rotor quay trên trục. Chuyển động quay của rotor được trục máy truyền ra ngoài
và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không
đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha. Stato
33. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20
của loại động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với
mạng điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho
hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ
không đồng bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các
dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…
2.4.5 Hệ thống điều khiển khí nén
Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống
cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại. Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực
phẩm, các khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động,
trong công nghiệp gia công cơ khí.
Hình 2.16 Cấu trúc một hệ thống khí nén.
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí
nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô).
34. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 21
Khối điều khiển: Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển
đảo chiều cơ cấu chấp hành.
Khối các thiết bị chấp hành: Xi-lanh, động cơ khí nén, giác hút.
a. Van điện từ
i. Khái niệm
Van điện từ hay còn gọi là solenoid valve là loại van chặn đóng mở nhờ lực
của cuộn dây điện từ. Van điện từ là một thiết bị thừa hành. Tùy theo cấu tạo, van
điện từ có thể là van chặn (loại 1 ngả) hoặc van chuyển dòng (nhiều ngả). Van điện
từ được sử dụng trong hệ thống nước, khí nén, gas lạnh nên tên gọi của van điện từ
tương ứng với hệ thống đó như van điện từ nước, van điện từ khí nén, van điện từ hệ
thống khí nén, van điện từ hệ thống điều hòa, van điện từ tự động ...
Hình 2.17 Van điện từ.
ii. Cấu tạo cơ bản
Van điện từ là thiết bị hoạt động điện cơ, được vận hành và điều chỉnh bởi
dòng điện thông qua tác dụng lực của điện từ. Van khí nén có khá nhiều loại, chính
vì vậy tùy theo tùy theo yêu cầu kỹ thuật của mỗi van như tính chất, nhiệt độ của chất
lỏng hoặc khí mà cấu tạo van điện từ cũng khác nhau.
Hình 2.18 Các loại van phổ biến.
iii. Nguyên lý hoạt động
Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của van điện từ hoạt động theo 1 nguyên
lý chung như sau: Có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi sắt và 1 lò xo nén vào lõi sắt,
trong khi đó, lõi sắt lại tỳ lên đầu 1 giăng bằng cao su. Bình thường nếu không có
35. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 22
điện thì lò xo ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái đóng. Nếu chúng ta tiếp điện, tức là
cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra, từ
trường này có lực đủ mạnh để thắng được lò xo, lúc này van mở ra. Hầu hết các loại
van điện từ thường đóng (van điện từ phổ biến nhất) được hoạt động dựa vào nguyên
lý này. Nguyên lý hoạt động của các van điện từ thường mở cũng hoạt động trên
nguyên lý tương tự như thế.
b. Xi-lanh khí nén
i. Khái niệm
Xi-lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, đây là thiết bị cơ được vận hành
bằng khí nén. Cụ thể, xi-lanh hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí
nén thành động năng, làm cho piston của xi-lanh chuyển động theo hướng mong
muốn, thông qua đó truyền động đến thiết bị.
ii. Cấu tạo cơ bản
Cấu tạo của xi-lanh khí nén gồm các thành phần như sau:
Thân trụ (Barrel) và pít-tông (Piston).
Trục pít-tông (Piston rod).
Các lỗ cấp, thoát khí Cap-end port và Rod-end port.
Hình 2.19 Cấu tạo xi-lanh.
iii. Nguyên lý chung
Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của piston và
do đó sẽ chiếm không gian trong xi-lanh. Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di
chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động.
iv. Phân loại
Xi-lanh có rất nhiều loại khác nhau về kiểu dáng, kích cỡ. Các loại được ứng
dụng nhiều là xi-lanh tác động đơn, xi-lanh tác động kép.
36. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 23
Xi-lanh tác động đơn SAC: Sử dụng lực khí nén đưa không khí vào trong làm
cho piston xi-lanh sinh công chuyển động theo hướng ra ngoài, sau đó lùi lại bằng
lực kéo của lò xo. Xi-lanh có 1 lỗ đưa khí vào và 1 lỗ thoát khí. Thường xi-lanh loại
này dùng van điện từ 3 cửa 2 vị trí để điều khiển.
Xi-lanh tác động kép DAC: Sử dụng khí nén đưa vào hai đầu xi-lanh đẩy piston
ra ngoài và lùi lại nên xi-lanh có 2 hành trình ra và hành trình vào dựa vào van điều
khiển xi-lanh.
Mặc dù xi-lanh tác động đơn và xi-lanh tác động kép là loại bình phổ biến nhất
của xi-lanh khí nén, các loại sau đây không phải là đặc biệt hiếm:
Xi-lanh xoay: Bộ truyền động sử dụng không khí để truyền động qua.
Xi-lanh trượt: Bộ truyền động sử dụng khớp nối cơ học hoặc từ để truyền đạt
lực, điển hình cho một chiếc bàn hoặc một thân khác di chuyển dọc theo chiều dài
của thân xi-lanh, nhưng không vượt quá nó.
2.4.7 Cảm biến tiệm cận
a. Khái niệm
Cảm biến tiệm cận viết tắt là Proximity Sensor sẽ phản ứng khi có vật ở gần
cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm.
Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường
ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ). Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối
của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của
máy.
b. Phân loại
Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:
Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ.
Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.
Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.
37. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 24
Hình 2.20 Phân loại cảm biến tiệm cận.
Mặc dù cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biến
hơn nhiều trong công nghiệp, ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài và giá thành
rẻ hơn cảm biến điện dung.
c. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở
đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động
quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát.
Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện
xoáy) trong vật. Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng
lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống, độ mạnh của từ trường
giảm đi.
Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận.
Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra.
vật đã được phát hiện. Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm
biến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi
trường. Ví dụ như dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của
cảm biến.
38. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 25
d. Ứng dụng
Ngày nay, cảm biến tiệm cận có mặt trong nhiều loại hình công nghiệp và ứng
dụng. Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận:
Công nghiệp chế tạo ô tô.
Công nghiệp máy công cụ.
Công nghiệp chế biến thực phẩm.
Xe đa dụng (ví dụ: xe tải, máy nông nghiệp).
Máy rửa xe.
2.4.8 Nguồn cung cấp
a. Nguồn xoay chiều
Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC – Alternating Current. Nghĩa là chiều của
dòng điện trong mạch luôn luôn thay đổi theo thời gian. Khác với dòng điện DC
(Direct Current), dòng chảy trong mạch chỉ theo một chiều nhất định. Dòng điện đang
được sử dụng trong nhà chúng ta là AC, có điện áp hiệu dụng là 220V.
Thông thường, dây điện khi kéo từ nhà máy điện đến nhà thường có 2 dây dẫn,
ở Việt Nam, ta thường gọi là dây nóng (hay dây pha) và dây nguội (hay còn gọi là
dây trung tính).
Để PLC hoạt động ta cấp nguồn 1 pha 220V trực tiếp từ nguồn điện sẵn có và
cấp cho bộ nguồn DC để nuôi toàn bộ hệ thống.
b. Nguồn một chiều
Dòng điện một chiều viết tắt là DC – Direct Current. Hệ thống chủ yếu dùng
van điện từ và rơ-le trung gian 24V nên ta cần một bộ chuyển áp từ nguồn 1 pha 220V
xuống DC 24V.
Hình 2.22 Nguồn 24VDC - 3A.
39. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 26
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1 KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY ÉP VỈ
3.1.1 Giới thiệu về dây chuyền ép vỉ
Sau khi thuốc được sản xuất ở dạng viên, thì công đoạn đóng gói và bảo quản
là công đoạn quyết định nên sản phẩm. Do đó, máy ép vỉ đóng vai trò quan trọng
trong việc tạo nên một sản phầm hoàn thiện. Từ việc tạo khuôn cho vỉ thuốc, ép màn
vỉ, cắt vỉ hoàn toàn được thực hiện tự động. Giám sát và điều khiển máy trên một
màn hình HMI đi kèm với máy, hệ thống được điều khiển bằng PLC.
Hình 3.1 Máy ép vỉ của nhà máy.
3.1.2 Chức năng từng phần
Dưới dây là chức năng từng khâu của dây chuyền máy ép vỉ của nhà máy Dược
Imexpharm:
PVC/ALU: Lựa chọn vật liệu đầu vào cho vỉ thuốc là nhôm hoặc nhựa pvc.
Vị trí mặt hấp: Lựa chọn vị trí mặt hấp trên/dưới.
Trạm tạo hình: Có thể thiết lập lỗ tạo hình ở phía trước/sau ở nhiệt độ 100 - 1450
C
sao cho phù hợp với kích thước của viên thuốc.
Đường băng chính: Đây là nơi mà nhân viên bỏ thuốc vào vỉ.
Cảm biến định vị: Phát hiện vỉ thuốc đến.
Trạm hàn: Có chức năng chỉnh nhãn vỉ ở phía trước/sau ở nhiệt độ 160 - 2000
C.
Tấm giải nhiệt: Có chức năng làm mát vỉ.
Kẹp kéo: Có chức năng chọn kích thước vỉ.
Dao cắt: Có chức năng chỉnh xác đầu số lô hoặc chỉnh dư đầu số lô.
40. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 27
Cuộn phế liệu: Có chức năng cuộn các phần dư mà dao cắt đã cắt bỏ.
Băng tải: Có chức năng đưa các vỉ thuốc đạt thành phẩm đến các khu vực xử lý
khác của hệ thống.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.2.1 Giới thiệu
Thiết kế cơ cấu nhận biết và phân loại vỉ thuốc lỗi trên dây chuyền ép vỉ thuốc
gồm 2 khâu xử lý chính:
Bộ thu thập hình ảnh khi cho thuốc vào vỉ trên dây chuyền. Khâu này sẽ được bộ
xử lý trên bộ xử lý ảnh.
Bộ phân loại vỉ lỗi sau khi vỉ được ép vỉ xong. Khâu này đóng vai trò chính trong
đề tài, từ tín hiệu lỗi của bộ xử lý ảnh đưa về PLC của bộ phân loại xử lý.
3.2.2 Tính toán và thiết kế cơ khí
Sau khi khảo sát dây chuyền ép vỉ ở nhà máy, đưa ra giải pháp thiết kế cơ khí
cho cơ cấu bao gồm một số yêu cầu sau:
Về vị trí bố trí
Bộ thu thập hình ảnh đặt ở vị trí trước khâu ép màn nhôm cho vỉ.
Cơ cấu phân loại đặt ở cuối dây chuyền.
Về kích thước
Chiều cao: 835mm.
Chiều rộng: 360mm.
Băng tải rộng: 300mm.
Về cơ cấu phân loại
Gồm 4 cần gạt, mỗi cần gạt điều khiển bằng khí nén.
Hộp đựng thuốc nằm ở dưới cơ cấu gạt.
Những chi tiết cơ khí của cơ cấu gổm: khung máy, chân tủ điện, thân tủ điện,
nắp tủ điện, hộp đựng thuốc, băng tải, xi-lanh, cần gạt vỉ thuốc.
41. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 28
Hình 3.2 Cơ cấu gạt.
Hình 3.3 Cơ cấu hoàn chỉnh.
3.2.3 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Để phần cơ khí hoạt động thì phần điện điều khiển đóng vai trò quyết định cho
toàn bộ hệ thống. Từ mô hình cơ khí như đã thiết kế, lên phương án thiết kế tổng thể
các phần trong khâu điều khiển. Xác định các khối gồm: Khối nguồn, khối xử lý trung
tâm, khối nhận biết vỉ thuốc, màn hình HMI, khối băng chuyền, khối cơ cấu gạt.
42. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29
Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống.
Chức năng các khối như sau:
Khối nhận biết vỉ thuốc: Có chức năng thu thập và xử lý ảnh.
Màn hình HMI: Giao diện dùng để điều khiển và giám sát hệ thống.
Khối đếm nhịp: Là cảm biến có chức năng bắt nhịp khi ép vỉ.
Khối xử lý trung tâm: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối
khác.
Khối băng chuyền: Có chức năng đưa vỉ thuốc đến các khu vực xử lý khác trong
hệ thống.
Cơ cấu gạt vỉ: Có chức năng gạt vỉ bị lỗi ra khỏi dây chuyền.
Khối nguồn: Có chức năng cấp nguồn cho hệ thống.
3.2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống
a. Khối nhận biết vỉ thuốc
Các dòng camera tích hợp ứng dụng trong công nghiệp được nhiều hãng phát
triển như: Omron, Delta Vision, NI (National Instrument), Keyence,…Trong lĩnh vực
kiểm tra ở các nhà máy sản xuất dược thì Keyence là giải pháp tối ưu cho những dây
43. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 30
chuyền yêu cầu xử lý chính xác. Do đó, bộ camera tích hợp Keyence là lựa chọn trong
dự án và cụ thể là dòng camea CV-X 320A.
Lý do nhóm chọn camera công nghiệp là:
Xử lý ảnh ổn định trong thời gian dài.
Hiệu suất kiểm tra và chính xác cao.
Quá trình thực hiện thiết lập ban đầu, vận hành và bảo trì dễ dàng.
Bộ điều khiển CV-X320A
Hình 3.5 Bộ điều khiển camera CV-X320A.
Dưới đây là các thông số của camera CV-X320A:
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của camera công nghiệp CV-X320A.
Thông số Đặc điểm
Ngõ vào camera 2 camera màu/đơn sắc.
Ngõ vào kích hoạt Có thể chọn chụp đồng thời lên đến 4 camera/chụp riêng.
Camera được hỗ trợ
/ Số pixel
Với kết nối CA-200C:
Chế độ 2 mega-pixel: 1600(H) x 1200(V), xấp xỉ 1,92 pixel.
Thẻ nhớ Khe cắm thẻ SD x 2.
I/O điều khiển Ngõ vào điều khiển:
Ngõ vào 20 (bao gồm bốn ngõ vào được thiết kế tốc
độ cao cho ngõ vào kích hoạt).
Định mức ngõ vào từ 26,4 V trở xuống, từ 2 mA trở
lên.
Ngõ ra điều khiển:
44. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 31
Ngõ ra 28 (bao gồm bốn ngõ ra được thiết kế tốc độ
cao để ngõ ra FLASH liên kết với thiết bị phụ).
Tối đa 50 mA (30 V trở xuống).
Nguồn cung cấp Điện áp nguồn cung cấp: 24 VDC ± 10%.
Dòng điện tiêu thụ: 3.8A.
Sơ đồ chân của camera công nghiệp CV-X320A
Hình 3.6 Sơ đồ chân của camera CV-X320A.
Trong đó:
(1) Đầu nối ngõ vào/ra: Sử dụng để kết nối các tín hiệu ngõ vào/ngõ ra song song.
(2) Đèn LED nguồn điện cung cấp: Sáng lên khi nguồn cung cấp được nạp cho
thiết bị.
(3) Đầu nối USB cho chuột chuyên dụng: kết nối chuột chuyên dụng OP-87506.
(4) Đèn LED lỗi: Sáng lên cùng với đầu cuối ngõ ra lỗi được bật.
(5) Đầu nối USB: Sử dụng để kết nối với cáp USB.
(6) Khe cắm SD2 (trên) và khe cắm SD1 (dưới): Gắn thẻ SD với CA-SD1G: 1GB
hoặc OP-87133: 512MB.
(7) Cổng RS-232C: Sử dụng để kết nối cáp giao tiếp RS-232C tùy chọn (OP-
26487: 2,5m hoặc OP-87264: 3m/OP-087265: 10m).
(8) Đầu cuối màn hình (ngõ ra RGB): Sử dụng để kết nối với màn hình ngoài.
(9) Đầu nối khối mở rộng: Sử dụng đầu nối khi kết nối các khối mở rộng khác
nhau (các khối ngõ vào camera và khối mở rộng chiếu sáng).
45. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 32
(10) Đầu nối Camera 2: Sử dụng để kết nối camera 2.
(11) Đầu nối USB HDD: Kết nối các đĩa cứng tương thích USB 3.0 hoặc USB 2.0.
(12) Đầu nối Camera 1: Sử dụng để kết nối camera 1.
(13) Đầu nối EtherNet: Sử dụng để kết nối với cáp EtherNet.
(14) Đầu nối vào/ra (khối đầu cuối): Sử dụng cho ngõ vào và ngõ ra tín hiệu.
(15) Nguồn điện và thiết bị đầu cuối nối đất: Sử dụng để kết nối nguồn điện
24VDC và dây tiếp đất.
(16) Bộ quạt gió: Được trang bị cùng với bộ quạt gió làm mát bộ điều khiển (CA-
F100).
Ngoài ra còn một số thiết bị đi kèm bộ camera.
Bảng 3.2 Thiết bị đi kèm bộ camera.
Tên thiết bị Đặc điểm kỹ thuật Mô tả
Cáp kết nối CA-CH3 Cáp kết nối camera tốc độ
cao.
Chiều dài 3m.
Camera 2M CA-200C Độ phân giải 2M pixel.
Ống kính cho camera CA-
LH8
Tiêu điểm 8mm.
Khẩu độ F 1/4, F 1/6.
Module mở rộng chiếu
sáng CA-DC40E
Số lượng Led mở rộng 4.
Điện áp đầu ra 12VDC.
46. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 33
Đèn Led chiếu sáng CA-
DBW13 + tấm khuếch đại
ánh sáng OP-42282
Công sất 7.3W.
Nguồn cung cấp 12VDC.
Cáp kết nối chiếu sáng
CA-D1W
Chiều dài 1m.
Nguồn cung cấp Điện áp ngõ vào: 85-264
VAC.
Điện áp ngõ ra: 24VDC –
6A.
Có bảo vệ quá dòng.
b. Khối xử lý trung tâm
Dòng PLC của Siemens S7-1200 là dòng PLC cỡ nhỏ được sử dụng phổ biến
cho các dự án vừa và nhỏ. Là dòng PLC nâng cấp của dòng PLC S7-200 được hỗ trợ
phần mềm lập trình tích hợp TIA Portal của Siemens. Sự kết hợp giữa thiết kế thu
gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một
giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Nhận thấy PLC S7-1200 phù hợp với đề tài và chi phí của dự án nên chọn làm thiết
bị điều khiển trung tâm.
47. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 34
Hình 3.7 PLC S7 – 1200 CPU 1214C.
Sau đây là thông số cơ bản PLC S7-1200:
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200.
Chức năng CPU 1214C
I/O tích hợp cục bộ:
Kiểu số
Kiểu tương tự
14 ngõ vào/10 ngõ ra.
2 ngõ ra.
Bộ nhớ bit (M) 8192 byte.
Độ mở rộng các module tín hiệu 8
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao:
Đơn pha
Vuông pha
6
3 tại 100 kHz, 3 tại 30 kHz
3 tại 80 kHz, 3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung 2
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet.
Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh.
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh.
Sơ đồ chân
48. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 35
Hình 3.8 Sơ đồ chân của PLC CPU 1214 DC/DC/DC.
Ngõ vào số (Digital Input): Có thể kết nối tối đa 14 tín hiệu ngõ vào số.
Ngõ ra số (Digital Output): Có thể kết nối tối đa 10 tín hiệu ngõ ra số.
Ngõ ra tương tự (Analog Output): Có thể kết nối tối đa 2 tín hiệu ngõ ra tương tự.
Ngoài ra, nếu số tín hiệu ngõ vào/ra vượt quá số tín hiệu kết nối cho phép thì
chúng ta có thể sử dụng thêm module mở rộng.
c. Màn hình HMI
Một loạt các thiết bị màn hình với nhiều tính năng đa dạng và sáng tạo đã được
thiết kế sẵn để đáp ứng cho hầu hết các ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp
khác nhau. Một tính năng độc đáo và hiệu quả cao của HMI Simatic là cấu hình được
tích hợp trong TIA Portal, nhờ đó người dùng có thể tiết kiệm đáng kể về thời gian
và chi phí lập trình kỹ thuật. Hơn thế nữa, màn hình HMI Simatic và bộ điều khiển
PLC S7-1200 cùng 1 hãng Siemens sản xuất nên khả năng hỗ trợ và tính tương thích
tốt hơn. Vì thế, nhóm sử dụng loại màn hình KTP400 Basic color PN để thực hiện
việc điều khiển tắt mở hệ thống, xử lý và hiển thị dữ liệu.
49. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 36
Hình 3.9 Màn hình Simatic HMI KTP400.
Dưới đây là các thông số của màn hình HMI KTP400:
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của màn hình HMI KTP400.
Đặc điểm Thông số
Loại sản phẩm KTP400 Basic color PN
Màn hình thiết kế
Kích thước màn hình
Chiều cao màn hình
Chiều rộng màn hình
Độ phân giải
Màn hình rộng LCD, đèn nền LED
4.3 inches
53.9 mm
95mm
480 x 272 pixel
Nguồn cung cấp 24VDC – 150mA
Công suất 3 W
d. Khối đếm nhịp
Cảm biến tiệm cận sẽ tác động khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các
trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Ngoài ra, cảm biến tiệm cận vận hành
đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc
môi trường dầu mỡ,…), vận hành lắp đặt đơn giản và dễ dàng. Vì vậy, nhóm sử dụng
cảm biến tiệm cận Omron mã hàng E2A-M12KS08-WP-B1 2M loại PNP có chức
năng đếm số nhịp từ khối camera đến bộ cơ cấu gạt vỉ khi chạy trên băng tải.
50. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 37
Hình 3.10 Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của cảm biến E2A-M12KS08-WP-B1 2M.
Thông số Đặc điểm
Loại đầu ra PNP NO
Khoảng cách phát hiện 8 mm
Điện áp 10 - 32 VDC
Dòng điện Tối đa 200mA
Kích thước Loại M12 (12mm)
Sơ đồ chân
Hình 3.11 Sơ đồ chân của cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M.
Màu nâu: VCC, cấp nguồn 10 - 32VDC.
51. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 38
Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC.
Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra, khi cảm biến ở trạng thái không có kim loại
bắt vào đầu cảm biến là mức logic 0V và khi có kim loại là (10 - 32V) tuỳ
thuộc dải điện áp cấp cho cảm biến.
e. Khối băng chuyền
Từ thông số của phần thiết kế cơ khí, băng tải rộng 300mm và chỉ chạy ở tốc
độ không thay đổi nên ta chọn động cơ AC 1 pha, công suất 90W.
Hình 3.12 Động cơ băng tải.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.6 Bảng thông số động cơ.
Thông số Đặc điểm
Nguồn cung cấp AC, 220V
Hộp giảm tốc 1:30
Tốc độ 60 rpm/p
f. Cơ cấu gạt vỉ
Nhóm sử dụng xi-lanh kép để kích hoạt cần gạt vỉ thuốc khi vỉ thuốc bị lỗi.
Xi-lanh kép là loại cốt đôi chống xoay rất chính xác.
52. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39
Hình 3.13 Xi-lanh kép.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của xi-lanh.
Thông số Đặc điểm
Loại hoạt động Xi-lanh tác động kép
Hành trình xi-lanh 120mm
Cở lỗ M5x0.8, Rc1/8
Loại dùng Khí nén
Áp hoạt động 0.05~0.7 MPa
Với xi-lanh như trên, nhóm sử dụng van điện từ 5/2. Van 5/2 là một loại van
đảo chiều điều khiển xi-lanh tác dụng kép.
Cấu tạo của van điện từ 5/2
Hình 3.14 Sơ đồ chân của van điện từ 5/2.
Có cấu tạo 5 cổng cho phép điều khiển 2 vị trí:
Cổng 1: cổng đưa áp suất vào.
Cổng 2 và 4: hai cổng ngõ ra điều khiển xi-lanh.
Cổng 3 và 5: hai cổng xả.
53. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 40
Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2.
Thông số Đặc điểm
Điện áp cuộn dây 24VDC
Công suất 0.6 W
Dòng điện 25mA
g. Khối nguồn
Khối camera CV-X320A sử dụng nguồn 24VDC, dòng điện tiêu thụ lên đến
3,8A (có nguồn cung cấp riêng).
Màn hình HMI KTP400 sử dụng nguồn 24VDC, dòng điện ngõ vào tiêu thụ
150mA.
Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-WP-B1 2M sử dụng điện áp từ 10VDC
đến 32VDC, dòng tiêu thụ tối đa 200mA.
PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC sử dụng điện áp 24VDC, dòng tiêu
thụ tối đa 1500mA.
Khối băng chuyền sử dụng điện áp 220V.
Hệ thống điều khiển khí nén, rơ-le trung gian sử dụng điện áp 24VDC.
Với những thông số kỹ thuật, điện áp sử dụng và dòng điện tiêu thụ đã phân
tích trên, nhóm quyết định chọn nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống là nguồn tổ
ong 24VDC – 3A.
Hình 3.15 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A.
Thông số kỹ thuật
54. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 41
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong.
Thông số Đặc điểm
Điện áp đầu vào AC 110V / 220V.
Điện áp đầu ra DC 24V - 3A
Công suất đầu ra 72W
Tần số 50 / 60Hz
Kích thước 159 x 100 x 43mm.
Các kí hiệu đầu kết nối
L-N : Đầu vào AC.
V+ : Đầu ra DC dương.
V- : Đầu ra DC âm.
GND : Đầu dây nối đất.
V / ADJ: Điều chỉnh điện áp đầu ra (15%).
h. Một số thiết bị khác
Bảng 3.10 Một số thiết bị khác của hệ thống.
Tên thiết bị Đặc điểm kỹ thuật Mô tả
Relay trung gian Hãng sản xuất Omron.
Dạng kính, có đèn.
Loại 8 chân, 2 cặp tiếp điểm.
Điện áp điều khiển: 24VDC.
MCB Hãng sản xuất Mitsubishi.
Loại 2P 6A.
55. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42
Nút nhấn E_STOP Loại 1 NO, 1 NC.
3.2.5 Thiết kế nguyên lý PLC điều khiển hệ thống
Từ những đặc tính kỹ thuật của từng thiết bị đã trình bày ở trên, trong phần
này đi vào thiết kế mạch nguyên lý cho hệ thống.
Nguyên lý kết nối PLC với CPU xử lý ảnh: PLC giao tiếp với CPU qua các
ngõ vào ra số nên việc đấu nối với nhau rất quan trọng để hệ thống hoạt động được.
Hình 3.16 Nguyên lý đấu ngõ vào cho PLC.
Mạch điện ngõ vào PLC (PLC Intput còn CPU Output) ta đấu theo kiểu âm
chung, có nghĩa ngõ vào sẽ được tích cực khi điện áp ngõ vào là 24VDC. Ngược lại
mạch ngõ ra của CPU phải là mạch dạng PNP nên ta có sơ đồ như trên.
Hình 3.17 Nguyên lý đấu ngõ ra PLC.
Mạch điện ngõ ra PLC (PLC Output còn CPU Input), với mạch ngõ ra của
PLC ta không thay đổi được mức tích cực (vì dòng PLC S7-1200 của Siemens có ngõ
56. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 43
ra luôn tích cực mức cao). Để CPU được tích cực thì CPU phải đấu theo kiểu âm
chung.
Thiết kế chọn ngõ vào ra cho PLC
Ngõ vào cho PLC: Gồm 4 tín hiệu lỗi của từng hàng, 1 tín hiệu nhịp của máy
ép vỉ, 1 tín hiệu dừng khẩn cấp.
Ngõ ra cho PLC: Gồm 4 tín hiệu cho xi-lanh, 1 tín hiệu cho băng tải và 5 tín
hiệu điều khiển bộ xử lý ảnh.
Giải thích các chân tín hiệu điều khiển giao tiếp với bộ xử lý ảnh. Theo như
tài liệu nhà sản xuất cung cấp (Catalog), để điều khiển cho CPU hoạt động có nhiều
phương thức giao tiếp với bộ xử lý ảnh như: Ethernet, RS232 và giao tiếp vật lý trực
tiếp từ các ngõ vào của nó. Để đơn giản ta chọn cách giao tiếp vật lý trên các ngõ vào
ra bằng cách đấu nối trực tiếp từ PLC với bộ điều khiển, cách đấu nối đã trình bày ở
trên.
Tín hiệu Trigger: Tín hiệu cho phép camera chụp ảnh.
Hình 3.18 Tín hiệu Trigger.
Các tín hiệu chọn chương trình cho bộ xử lý ảnh: Từ catalog của bộ điều
khiển ta chọn các ngõ ra cho PLC để giao tiếp với bộ điều khiển.
57. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 44
Hình 3.19 Chọn chương trình từ thẻ nhớ.
Hai ngõ vào IN8 và IN9 có chức năng để chọn chương trình từ thẻ nhớ nào
vì bộ điều khiển có hai thẻ nhớ. IN9 bằng 1 chọn thẻ nhớ 1, IN8 và IN9 cùng bằng 1
thì chọn thẻ nhớ 2.
Chức năng các ngõ còn lại: IN0 đến IN7 là mã nhị phân chọn chương trình
từ 0 đến 255 (có thể có 256 chương trình được lưu), IN12 cho phép thay đổi chương
trình.
Một ví dụ để làm rõ hơn các ngõ vào trên.
Hình 3.20 Ví dụ chọn chương trình.
Chọn chương trình ở thẻ nhớ 2 của bộ điều khiển, chương trình thứ 88 được
thực thi, IN12 bằng 1 để cho phép chương trình được thực thi.
Sau đây là giản đồ thời gian của mỗi tín hiệu để lập trình PLC.
58. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45
Hình 3.21 Giản đồ thời gian cho tín hiệu chọn chương trình.
Từ giản đồ trên ta thấy, các chân CMD_CODE (IN8, IN9) và CMD_PARAM
( IN0 đến IN7) sẽ đồng thời từ PLC, chân CST (IN12) có thời gian trễ là D (trong
khoảng 500us) và thời gian tích cực là A ( 1ms hoặc lớn hơn). Từ các thông số trên
là dữ liệu để lập trình PLC. Các tín hiệu CMD_READY, ACK, NACK là tín hiệu để
ngõ ra để truyền thông.
Các ngõ vào ra của PLC
Sau khi khảo sát các ngõ vào ra ta có các ngõ vào ra như sau:
Bảng 3.11 Ngõ vào ra của PLC.
Ngõ vào Ngõ ra
Tên ngõ vào Địa chỉ Tên ngõ ra Địa chỉ
Tín hiệu lỗi hàng 1 I0.0 Xi-lanh 1 Q0.0
Tín hiệu lỗi hàng 2 I0.1 Xi-lanh 2 Q0.1
Tín hiệu lỗi hàng 3 I0.2 Xi-lanh 3 Q0.2
Tín hiệu lỗi hàng 4 I0.3 Xi-lanh 4 Q0.3
Tín hiệu cảm biến nhịp I0.4 Tín hiệu Trigger cho
CPU (F_IN0)
Q0.4
Tín hiệu dừng khẩn cấp I0.5 Băng tải Q0.5
59. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 46
Tín hiệu thay đổi
chương trình cho CPU
(IN0, IN1)
Q0.6, Q0.7
Tín hiệu chọn thẻ nhớ
lưu chương trình (IN9)
Q1.0
Tín hiệu cho phép
chương trình hoạt động
(IN12)
Q1.1
Sơ đồ hệ thống
Hình 3.22 Sơ đồ tổng quan.
Sơ đồ toàn mạch
60. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 47
Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
Mạch động lực cho động cơ băng tải
61. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48
Hình 3.24 Mạch động lực cho động cơ băng tải.
62. CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1 GIỚI THIỆU
Sau khi thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý cho toàn hệ thống, nhóm tiến hành
thi công mô hình. Hệ thống được thi công bao gồm hai phần chính là thi công phần
cứng và thi công phần mềm. Cụ thể như sau:
Về phần cứng: Tiến hành lắp ráp các thiết bị vào mô hình đã gia công trước
đó, kết nối PLC và các module với nhau bằng dây điện.
Về phần mềm: Xây dựng giải thuật và viết chương trình cho hệ thống. Chương
trình được lập trình dựa vào nguyên lý hoạt động của hệ thống từ khi cấp nguồn cho
đến khi hệ thống ngừng hoạt động, áp dụng được giải thuật điều khiển vào mô hình
một cách tối ưu nhất.
Toàn bộ quá trình thi công hệ thống phải đảm bảo tất cả những yêu cầu về
thiết kế mà nhóm đã đặt ra ban đầu.
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG
Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện.
STT Tên linh kiện Số lượng
1 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 1
2 Bộ điều khiển CV-X320A 1
3 Cáp kết nối CA-CH3 1
4 Đầu camera CA-200C 1
5 Ống kính CA-LH8 1
6 Đèn Led chiếu sáng CA-DBW13 4
7 Tấm khuếch đại OP-42282 1
8 Cáp kết nối CA-D1W 1
9 Màn hình HMI KTP400 1
10 Cảm biến tiệm cận E2A-M12KS08-
WP-B1 2M
1
63. CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50
11 Nút nhấn dừng khẩn cấp 1
12 Rơ-le trung gian 1
13 Xi-lanh kép 4
14 Van điện từ 5/2 4
15 Băng tải 1
16 Nguồn tổ ong 1
4.2.1 Thi công hệ thống khí nén
Với thiết kế cơ khí ở trên cơ cấu gạt sử dụng xi-lanh tác động kép, ở trạng thái
van điện từ không tích cực nhưng xi-lanh ở trạng thái đẩy ngược lại khi van điện từ
tích cực (có tín hiệu từ PLC) xi-lanh kéo về nên ta thi công hệ thống khí nén theo sơ
đồ sau:
Hình 4.1 Nguyên lý thi công khí nén
64. CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51
Hình 4.2 Lắp đặt 4 xi-lanh cho hệ thống.
Để xi-lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển xi-lanh.
Hình 4.3 Lắp đặt van điện từ.
4.2.2 Thi công cần gạt vỉ thuốc và băng tải
Cần gạt vỉ thuốc có nhiệm vụ phân loại vỉ thuốc thành phẩm hay phế phẩm
dưới sự tác động của xi-lanh. Băng tải có nhiệm đưa vỉ thuốc thành phẩm sang các
khu vực xử lý khác của hệ thống.