LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là

: Lê Thị Thu Tuyết

Mã số sinh viên: 0841020112
Sinh viên lớp

: ĐK – ĐĐT 3B

Nghành

: Kỹ Thuật Điện - Điện tử

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định
Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều
khiển mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc” là công trình
nghiên cứu của riêng em. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất
xứ rõ ràng.
Nếu sai em hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ đồ án và
pháp luật.
Nam Định, ngày 02 tháng 06 năm 2012
Người thực hiện

Lê Thị Thu Tuyết


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................1
Lê Thị Thu Tuyết.............................................................................................................1
MỤC LỤC.........................................................................................................................2

2.1.4 Các loại băng tải thường gặp........................................................................19
2.1.5 Cấu tạo băng tải.............................................................................................20
2.1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống băng tải..........................................................21
2.2. Camera.................................................................................................................21
2.2.1. Giới thiệu chung về camera.........................................................................21
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera.............................................................22
2.2.3. Thông số cần quan tâm................................................................................25
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN
MỀM GIAO DIỆN WINCC...........................................................................................28
3.1.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC...........................................................................32
3.2. Khái quát về SCADA và phần mềm WINCC.....................................................33
3.2.1 Tổng quan về SCADA..................................................................................33
3.2.2. Giới thiệu về phần mềm tạo giao diện và điều khiển Win CC...................34
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SỬ DỤNG CAMERA.................................42
4.2. Xây dựng lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm
theo màu sắc sử dụng camera.....................................................................................42
4.2. Lập trình điều khiển trên PLC S7-300................................................................46
4.2.1. Quy định các thông số biến vào ra..............................................................46
Quy định biến..................................................................................................................46
* Chú thích: Các thiết bị được chọn cho phần cứng là:........................................47
4.2.2 Chương trình lập trình...................................................................................48
.........................................................................................................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................59



Danh môc h×nh vÏ
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................1

1.4.3 Phân loại PLC...............................................................................................17
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ CAMERA PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC.....................................................................................18
2.1. Băng tải................................................................................................................18
2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống băng tải.........................................................18
2.1.2. Một số hệ thống điều khiển mô hình băng tải phân loại và đếm sản phẩm.
................................................................................................................................18

Hình 2.1 Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn...................................18
2.1.3.Vai trò của hệ thống băng tải........................................................................19
2.1.4 Các loại băng tải thường gặp........................................................................19

Hình 2.2. Băng tải nghiêng ( tải két bia)...............................................................20
2.1.5 Cấu tạo băng tải.............................................................................................20

Hình 2.3 Cấu tạo băng tải......................................................................................20
2.1.6 Ưu nhược điểm của hệ thống băng tải..........................................................21
2.2. Camera.................................................................................................................21
2.2.1. Giới thiệu chung về camera.........................................................................21
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera.............................................................22
2.2.3. Thông số cần quan tâm................................................................................25

Hình 2.4. Wireless A/V Camera............................................................................27
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN
MỀM GIAO DIỆN WINCC...........................................................................................28
3.1.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC...........................................................................32
3.2. Khái quát về SCADA và phần mềm WINCC.....................................................33
3.2.1 Tổng quan về SCADA..................................................................................33
3.2.2. Giới thiệu về phần mềm tạo giao diện và điều khiển Win CC...................34


8

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lịch sử phát triển của loài người gắn liền với lịch sử phát triển của khoa học kỹ
thuật. Nhu cầu giải phóng sức lao động cho con người luôn luôn gắn liền với sự phát
triển của xã hội loài người, từ việc mọi vật dụng, máy móc được điều khiển trực tiếp
bằng bàn tay con người đến việc điều khiển tự động… Ngày nay vấn đề điều khiển
và tự động hóa được đặc biệt quan tâm, nó được ứng dụng hầu hết trong tất cả các
lĩnh vực: kinh tế, khoa học kỹ thuật, quân sự, đời sống....
Nhằm góp phần nhỏ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật, em thực hiện đề
tài này đã tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã được học để đi đến thiết kế một
sản phẩm thực. Trên cơ sở đó, em đã nghiên cứu tài liệu, tham khảo ý kiến cùng
với sự gợi ý của giáo viên hướng dẫn. Cuối cùng em đã quyết định chọn đề tài:
“Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều khiển mô hình băng
tải phân loại sản phẩm theo màu sắc”
2. Mục đích nghiên cứu
Khi thực hiện đề tài này em hy vọng mình sẽ có thêm hiểu biết về yêu cầu
thực tế để hoàn thiện đề tài, ứng dụng lập trình điều khiển, giám sát hệ thống điều
khiển băng tải đếm và phân loại sản phẩm theo màu sử dụng Camera.
Hoàn thiện nội dung chương trình đào tạo của nhà trường.
Hệ thống hóa lại toàn bộ những kiến thức đã học được trên ghế nhà trường.
Vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình công nghệ, hệ thống điều khiển băng tải đếm và phân
loại sản phẩm theo màu.
Thiết kế hệ thống điều khiển trong mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo
màu sắc.
- Nghiên cứu phần mềm lập trình cho PLC.
- Lập trình điều khiển hệ thống sử dụng PLC S7-300.

PHẨM THEO MÀU SẮC.
1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây xu hướng phát triển nền kinh tế đất nước theo
hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa. Bên cạnh những máy móc đã cũ không đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng hiệu quả của sản phẩm làm ra.
Để cạnh tranh được trên thị trường đòi hỏi mỗi xí nghiệp cần có 1 hệ thống dây
chuyền lựa chọn sản phẩm hiện đại.
Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời đã giúp giảm được nhân công lao
động, sức lao động của con người. Mặt khác góp phần nâng cao chất lượng sản
phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm được cấu tạo và hoạt động dựa trên sự kết
hợp giữa bộ PLC, băng tải, cảm biến, … và hơn nữa có thể sử dụng Camera.
Chính vì vai trò của hệ thống phân loại sản phẩm theo mầu sắc mà nó được
ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp sản xuất công nghiệp.
1.2. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm
Trong thực tế có nhiều hệ thống phân loại khác nhau: Phân loại theo màu sắc,
phân loại theo kích thước, phân loại xem sản phẩm là chính phẩm hay phế phẩm…
Một số hình ảnh về phân loại sản phẩm:
1.2.1. Hệ thống phân loại sản phẩm trong xí nghiệp gạch

Hình 1.1 Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite


11
Hệ thống này gồm ba phần chính: Phần thứ nhất là khối thu thập thông tin
ảnh, xử lý nhận dạng và ra quyết định bao gồm một hệ thống camera và hệ thống
đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt trong một buồng chắn sáng gá trên băng
chuyền. Buồng chắn sáng có tác dụng che ánh sáng tự nhiên và chỉ giữ lại ánh sáng
của đèn chiếu sáng (đảm bảo độc lập với môi trường ánh sáng bên ngoài).
Khi một sản phẩm đi qua buồng chắn sáng, hệ thống camera thu nhận ảnh
bề mặt của sản phẩm đó và chuyển cho phần mềm nhận dạng và phân loại. Phần

góc độ.


13
1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển.
1.3.1 Khái quát chung.
Các hệ thống điều khiển được đưa vào sản xuất trong các xí nghiệp, nhà máy
với độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, ít hư hỏng và giảm nhân công lao động.
Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển có khả năng xử lý, kiểm soát được các sự
cố và có thể tự khắc phục được sự cố, các sai sót khi vận hành. Một hệ thống như
trên gọi là hệ thống điều khiển.
Trong một hệ thống điều khiển bao giờ cũng được tạo thành từ các khối cơ
bản sau:

Tín hiệu
từ camera
vào

Khối
nguồn

Modul xử
lý hình
ảnh

PLC S7300

Kết
quả xử
lý

móc công nghiệp người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (Rơle,
Timer, Contactor, …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống
điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì do
đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho
một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: Giá thành hạ, dễ thi công, dễ
sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt. Từ đó hệ thống điều khiển có thể
lập trình được PLC ra đời đã giải quyết được vấn đề trên. Trong hệ thống điều
khiển dùng PLC thì sẽ có những ưu điểm sau:
- PLC dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu cầu mới
mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây, …
- PLC có thể điều khiển từ những thao tác đơn giản, lặp lại, liên tục đến những
thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp.
- PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanh chóng
các lệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời gian, …
- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ trợ
khác như màn hình hiển thị. Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp.


15
Tuy nhiên với mức độ quản lý và điều khiển rộng thì PLC lại không phù hợp
với những hệ thống nhỏ, đơn giản vì khi đó sẽ không tận dụng được khả năng
làm việc của thiết bị này.
1.4.2 Giới thiệu về PLC.
a. Khái niệm PLC.
PLC (Progammable Logic Controller) - Bộ điều khiển logic khả trình. Là 1
thiết bị điều khiển logic lập trình được. Thiết bị này có các đầu vào logic, sau quá
trình xử lý theo chương trình bên trong nó cho đầu ra là các mức logic có quan hệ
với các đầu vào thông qua chương trình bên trong của thiết bị. PLC được ứng
dụng rộng rãi và trở nên không thể thiếu được trong các dây chuyền sản xuất hiện



16
chuyển mức điện áp về mức chuẩn với mức logic 1 là +5V và mức logic 0 là
+0V. Khi đó PLC sẽ quét các đầu vào để lấy dữ liệu sau quá trình xử lý bên trong
bằng chương trình phần mềm, dữ liệu đầu ra dạng số với mức logic tương ứng,
qua mạch chuyển đổi để có mức điện áp ra phù hợp với yêu cầu điều khiển.
Các đầu ra được nối với các cuộn hút của rơle đóng cắt cho động cơ máy sản xuất,...
Với PLC thì bộ vi điều khiển là hạt nhân của cả hệ. Bộ vi điều khiển đảm nhiệm
tất cả các công việc từ thu nhập dữ liệu đầu vào, xử lý các dữ liệu đó và đưa ra
đầu ra, PLC có thể làm việc như 1 máy tính, quá trình hoạt động là hoàn toàn tự
động.
Ngoài các đầu vào/ ra logic thì PLC còn có các đầu vào cấp nguồn, thông
thường nguồn nuôi PLC là một điện áp xoay chiều qua bộ xử lý tạo ra điện áp 1
chiều phù hợp để nuôi bộ vi điều khiển và các mạch điện tử khác.
c. Cấu trúc phần cứng của PLC.
* Bộ xử lý trung tâm( CPU).
CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông
tin giữa PLC, bộ nhớ và khối vào/ ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới
sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung Clock tần
số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 MHz tuỳ thuộc vào bộ xử lý sử dụng. Tần
số xung Clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và dùng để thực hiện sự đồng
bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống.
* Bộ nhớ .
Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau: ROM, RAM, EEPROM.
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu như các PLC đều dùng
bộ nhớ EEPROM (Elictrically Erasable Programmable Read-Only Memory ).
Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa giữa bộ nhớ RAM có
nguồn Pin nuôi và bộ nhớ EEPROM. Ngoài ra, PLC cần bộ nhớ RAM cho các
chức năng khác như

Trong quá trình sản xuất thực phẩm, rượu bia, thuốc lá, … thì rất phù hợp với
việc sử dụng PLC để đếm số lượng sản phẩm, kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Chính vì vậy theo đề tài được giao em thấy chọn PLC S7-300 là hợp lý, như vậy
sẽ tận dụng được khả năng làm việc của thiết bị mà không bị lãng phí.


18

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ
CAMERA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC
2.1. Băng tải
2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống băng tải
Hiện nay, như chúng ta đã biết hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp, các công
ty vừa và nhỏ cho đến những công ty lớn, thì dây chuyền sản xuất đang được sử dụng
phổ biến nhất đó là hệ thống băng tải, hệ thống băng tải ra đời không những làm giảm
được chi phí vận chuyển mà còn tiết kiệm được thời gian và nhân lực.
Do tính đa dạng của các loại sản phẩm và yêu cầu về sự phân loại các sản
phẩm ngày càng đòi hỏi phải đáp ứng được tính chính xác và tính chi tiết cao,
nên việc phân loại các sản phẩm theo hình dáng, độ to nhỏ… đặc biệt là phân loại
về màu sắc của sản phẩm là một trong những yêu cầu khá phổ biến trong các dây
chuyền sản xuất.
Các dây chuyền này có thể ứng dụng những kĩ thuật khác nhau để đáp ứng
yêu cầu thực tiễn, nhưng với một dây chuyền sản xuất lớn thì người ta thường dùng
thiết bị điều khiển logic khả trình PLC để đáp ứng yêu cầu này.
2.1.2. Một số hệ thống điều khiển mô hình băng tải phân loại và đếm sản phẩm.
1. Đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn ứng dụng PLC và hệ thống khí nén

Hình 2.1 Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo độ lớn



Băng tải chịu nhiệt.
Băng tải chuyền lắp ráp.
Băng tải cao su.
Băng tải con lăn.


20
- Băng tải thực phẩm.
- Băng tải di động nâng hạ.
- Băng tải nghiêng.

Hình 2.2. Băng tải nghiêng ( tải két bia)

2.1.5 Cấu tạo băng tải
Băng tải là thiết bị vận tải liên tục, chuyên trở hàng dạng hạt, cục theo phương
ngang, theo mặt phẳng nghiêng, theo đường gấp khúc kết cấu của một băng tải
được biểu diễn trên hình vẽ.
6

7
8

5
10

9
Hình 2.3 Cấu tạo băng tải.

Băng tải gồm (7) dùng để chở hàng, khung làm giá đỡ (10), truyền động kéo
băng tải nhờ hai trục (5) (trục thụ động ) và trục (8) ( trục chủ động). Trục chủ

một thế giới có tốc độ phát triển nhanh chóng như ngày nay.
Thế hệ camera tân tiến nhất hiện nay là loại camera IP, liên lạc qua mạng
internet. Với camera này, từ bất cứ nơi nào trên thế giới, bạn cũng có thể liên lạc
được với các đối tác của mình cả bằng hình ảnh và âm thanh. Nó không chỉ giữ
vai trò giám sát bình thường của camera nữa, mà nó còn là phương tiện để đối
thoại trong nhiều sinh hoạt như trao đổi thương mại, giáo dục, giao tiếp, ...


22
Camera gồm các thành phần chính như sau :
Camera: Phần thu hình
Ống kính: Để tăng độ quan sát (chỉ bắt buộc đối với Camera màu thân lớn)
Adapter: Cung cấp nguồn cho Camera
Chân đế: Để bắt vào tường
Jack cắm: Để nối camera với dây Cable
Dây Cable: Để truyền tín hiệu
Card Recorder: Để kết và thu hình vào máy vi tính
Đầu ghi kỹ thuật số- CAM Recorder: Để thu hình và phát hình thông qua màn
hình chuyên dụng của Camera hoặc Tivi .
2.2.2.Đặc điểm và cách phân loại camera
1. Đặc điểm:
Mỗi Camera thường có 3 dây:
•
•
•

Tín hiệu hình.
RS 485.
Dây cấp nguồn.


Camera có dây có ưu điểm đó là khả năng an toàn cao, tính bảo mật tốt được
sử dụng, truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục khoảng 75ohm -1Vpp, dây C5. Đây
là giải pháp được đánh giá là an toàn, ngoại trừ những trường hợp đặc biệt khác.Chú
ý rằng khi truyền với khoảng cách xa 300m thì cần có bộ khuếch đại để tránh việc
tín hiệu đường truyền suy hao, dẫn đến chất lượng hình ảnh không tốt.
* Camera không dây.
Là camera truyền tín hiệu không qua dây dẫn, bộ
camera này gồm có 1 camera không dây và bộ thu tín hiệu
không dây gắn vào đầu thu hoặc tivi. Camera này thuận tiện
cho những nơi lắp đặt không thể đi dây dẫn và cần lắp đặt
nhanh. Tuy nhiên, tín hiệu không ổn định bằng loại có dây do
có thể bị nhiễu sóng với các thiết bị khác.
* IP Camera (Camera mạng)
Như đã đề cập ở trên, IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu
hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng.Với Camera IP người dùng có thể
điều khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet.
c.

Phân loại theo tính năng sử dụng


24
* Camera áp trần ( Dome Camera).
Camera có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Đây là loại Camera thường được đặt trong nhà, kiểu dáng
rất trang nhã. Camera này có tính năng bảo mật cao do
được bọc trong hộp kín.
* Camera ẩn.
Giống như tên gọi, Camera này không thể nhận biết được. Nó có nhiều
hình dạng và kích thước khác nhau, có thể ngụy trang và tránh bị phát hiện.

Độ phân giải càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng nét. Thưòng thì trong
các ứng dụng không cần thiết phải quan sát thật rõ nét thì độ phân giải 480 TV
Lines là hoàn toàn có thể chấp nhận được CCD Total Pixels: Số điểm ảnh.
Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất
lượng hình ảnh càng tốt. Tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng
nghĩa với dung lượng ảnh càng lớn, và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưởng
đến tốc độ đường truyền. Thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với
PAL: 795 (H)x596 (V).
2. Điều kiện hoạt động.
- Minimum Illumination: Cường độ ánh sáng nhỏ nhất.
Thường được tính bằng Lux. Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt
động ở cường độ ánh sáng lớn hơn cường độ ánh sáng nhỏ nhất. Trong điều kiện
quá tối, nếu không phải là Camera có chức năng hồng ngoại thì sẽ không hoạt
động được.
Ánh nắng mặt trời:4000 lux
•

Mây:1000lux

•

Ánh sáng đèn tuýp 500 lux,

•

Bầu trời có mây: 300lux

•

Ánh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1lux