TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

--------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC DÙNG XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP PLC

GVHD : Trần Thị Như Ha
SVTH : Phan Quốc Bảo
Lớp

: 07DHDT4

MSSV : 2002160165

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU
SẮC DÙNG XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP PLC


.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
TP.Hồ Chí Minh, ngày .… tháng ..… năm 2020
Giảng viên hướng dẫn

Trần Thị Như Ha

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................


Phan Quốc Bảo

3


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Xử lý ảnh là lĩnh vực mà ngày nay được phát triển và ứng dụng rất rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thống
máy tính, các thuật tốn và trí ṭ nhân tạo được phát triển bởi các nhà khoa học trên
thế giới. Ở Việt Nam, các ứng dụng về xử ảnh đã bước đầu được triển khai trên một số
lĩnh vực như lắp đặt hệ thống nhận dạng biển biển số xe ở các bãi đổ xe, hệ thống
giám sát nhận dạng vi phạm giao thông, hệ thống kiểm tra sản phẩm trong một số nhà
máy … môn học xử lý ảnh ở các trường đại học được xem là môn học bắt buộc ở một
số ngành như công nghệ thông tin, điện tử viễn thơng …Tuy nhiên nhìn một cách
khách quan thì số lượng các ứng dụng được triển khai trên thực tế là q ít ỏi, lĩnh vực
này sẽ cịn phát triển mạnh mẽ trong tương lai nếu như được quan tâm một cách
nghiêm túc.
Phân loại sản phẩm cũng là một vấn đề cần giải quyết sao cho việc phân loại
ngày càng nhanh chóng và chuẩn xác. Để đạt được điều đó, thì việc phân loại sản
phẩm dùng xử lý ảnh là một phương pháp ngày càng phổ biến..
Hệ thống bao gồm các thiết bị chuyên dụng trong phân loại sản phẩm, PLC S71200 1214 AC/DC/Rly ,camera chuyên dụng và labview chạy trên máy vi tính. Trong
đó camera thu nhận hình ảnh xử lý phân màu trên labview của máy vi tính, gửi tín hiệu
cho PLC dựa trên cơ sở đó để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm.
Đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng xử lý ảnh kết hợp PLC”.
Đề tài trình bày về các khái niệm chung về xử lý ảnh và khai thác thư viện hỗ trợ của
labview, xây dựng và giải quyết bài tốn phát hiện màu, phân loại sản phẩm.
Khóa luận bao gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.4. Linh kiện sử dụng.................................................................................................9
2.4.1. Bộ điều khiển khả trình PLC S7-1200 1214 AC/DC/RLY................................9
2.4.1.1. Thông tin cơ bản.............................................................................................9
2.4.1.2. Chuẩn truyền dẫn..........................................................................................10
2.4.1.3. Các cơng cụ điều khiển tích hợp...................................................................10
2.4.1.4. Phần mềm TIA portal lập trình cho PLC S7-1200........................................11
2.5.1. Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON DS30C4.........................................11

5


2.5.4. Camera.............................................................................................................14
2.5.5. Đèn Báo 24V...................................................................................................14
2.5.6. Nguồn tổ ong 24VDC-5A................................................................................15
2.5.7. Bình chứa khí nén...........................................................................................15
2.6. Giới thiệu về phần mềm Labview.......................................................................16
2.6.1. Đơi nét về Labview..........................................................................................16
2.6.2. Các điểm mạnh của Laview.............................................................................17
2.6.3. Thiết kế giao diện giám sát mơ hình xử lý ảnh và phân loại sản phẩm bằng
Labview.......................................................................................................................17

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN..................................................19
3.1. Giải thuật và điều khiển......................................................................................19
3.1.1. Hoạt động của hệ thống...................................................................................19
3.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống..................................................................................19
3.1.3. Quy ước ngõ vào ra của PLC............................................................................19
3.2. Sơ đồ kết nối........................................................................................................22

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN...................................................................23
4.1. Giới thiệu mơ hình..............................................................................................23

Hình 2.13. Hình ảnh thực tế van và pittong khí nén.................................................................13
Hình 2.14. Hình ảnh thực tế camera.........................................................................................14
Hình 2.15. Hình ảnh thực tế đèn báo 24V.................................................................................14
Hình 2.16. Hình ảnh thực tế nguồn 24VDC-5A.......................................................................15
Hình 2.17. Hình ảnh thực tế bình chứa khí nén........................................................................16
Hình 2.18. Hình ảnh về phần mêm Labview...........................................................................16
Hình 2.19 Hình ảnh thực tế giao diện giám sát của mơ hình mơ hình xử lý ảnh và phân loại
sản phẩm được thiết kế bằng Labview......................................................................................18
Hình 3.1. Sơ đồ kết nối của hệ thống........................................................................................22
Hình 4.1. Hình ảnh thực tế về hệ thống khi hồn thiện............................................................23
Hình 4.2. Giao diện Labview theo dõi hệ thống.......................................................................23
Hình 4.3. Hình ảnh thực tế khi hệ thống hoạt động..................................................................24



7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Danh sách quy ước các ngõ vào, ra trên PLC……...........................19

8


Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Xử lý ảnh là lĩnh vực mà ngày nay được phát triển và ứng dụng rất rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thống
máy tính, các thuật tốn và trí ṭ nhân tạo được phát triển bởi các nhà khoa học trên
thế giới. Ở Việt Nam, các ứng dụng về xử ảnh đã bước đầu được triển khai trên một số


-

hiện mơ hình.
Thiết kế và thi cơng được phần cơ khí của một hệ thống phân loại sản phẩm

1


1.3. Phạm vi của khóa luận tốt nghiệp
Trong phạm vi khóa luận và điều kiện thực hiện ta sẽ thực hiện phân loại ba
loại sản phẩm theo các màu là đỏ, vàng và xanh dương. Camera sử dụng loại web cam
thông thường, cảm biến hồng ngoại, động cơ băng tải sử dụng động cơ DC 24, van
điện từ và pittong khí nén.
Đề tài này phục vụ cho việc điều khiển phân loại sản phẩm theo màu sắc cho
quy mơ phịng thí nghiệm

2


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Thu thập va xử lý ảnh dùng phần mềm Labview
2.1.1. Tóm tắt
Các ứng dụng liên quan đến thu thập và xử lý hình ảnh theo thời gian thực được
sử dụng rộng rãi trong robot phục vụ (vệ sinh, trong nom nhà cửa, công nghiệp thực
phẩm, tìm kiếm cứu nạn,...) robot cơng nghiệp. Việc sử dụng các ứng dụng này giúp
cho các hệ thống quan sát và nhận biết rõ về môi trường làm việc qua đó sẽ có sự
tương tác hiệu quả hơn. Ngồi ra các ứng dụng này còn là các điều kiện cần thiết cho
sự phát triển các ứng dụng đa ngành khác.Việc lập trình cho các ứng dụng này là vơ
cùng phức tạp khi sử dụng các phần mềm như: “Matlab, OpenCV, Mathcad, OpenCV,


b

Hình 2.1. VI dùng để thu thập ảnh

hợp sẵn trong máy và camera có IP (Internet Protocol). Hình 2.1 a chỉ ra ví dụ VI
được viết trên Labview để thu thập ảnh tử 6 đĩa cứng D trên mày tính sử dụng IMAQ
toolbox. Có hai khối quan trong: khối đầu tiên IMAQ Create block nåm trong Vision
and Motion/Vision Utilies/Image Management có chức năng tạo ra một ảnh mới với
các loại hình ảnh Graysclae, HSL, RGB,... Thông qua thao tác lựa chọn đầu vào cho
khôi này. Khối tiếp theo là IMAQ Read Image nằm trong Vision and Motion/Vision
Utiities/FNes. Khối này có nhiệm vụ mở ảnh được lưu giữ trên máy tính theo đường
dẫn.
Hình 2.1 c là sơ đồ chức năng của VI để thu thập hình ảnh từ camera. Thơng
qua đó có thể chọn các camera có sẵn đang giao tiếp với máy tính cũng như kiểu hình
ảnh thơng qua các đâu vào của các khối.
Ngồi ra chúng ta có thể dùng khối NI Vision Acquisition Express nằm trong
thư viện Vision/Vision/Express toolbox. Đây là cách đơn giản nhất để thiết lập các
tham số , đặc tính cho hình ảnh khi thu thập. Thuộc tính của khối này gồm: “Select
Acquisition Source” cho phép lựa chọn Camera để thu thập hình ảnh , tiếp theo "
Select Acquisition Type " cho phép lựa chọn chế độ đề hiền thị hình ảnh (gồm: hiển thị
một ảnh tại thời điểm ban đầu, hiển thị liên tục theo thời gian hay hiển thị số ảnh nhất
định cho trước.
4


Thuộc tính của khối này gồm: “Select Acquisition Source” cho phép lựa chọn
Camera để thu thập hình ảnh , tiếp theo “Select Acquisition Type” cho phép lựa chọn
chế độ đề hiền thị hình ảnh (gồm: hiển thị một ảnh tại thời điểm ban đầu, hiển thị liên


và một chương trình cho đặt tham số màu sắc (Hue). Hình 2.4 hiển thị kết quả khi
muốn nhận diện màu đỏ trong bức ảnh. Để thay đổi các giá trị Min và Max trong hình
2.4 cho phép xác định chính xác hơn tất cả các màu sắc cụ thể.
Ngồi ra khối này cịn có thể chỉ cho phép hiển thị các vật thể có kích thước cụ
thể hay tìm và xác định vị trí tâm của vật thể đó thơng qua việc chọn và cài đặt cho
khối Vision Assistant. Đây là một trong những ứng dụng vơ cùng quan trọng. Nó được
sử dụng rất nhiều trong các bài tốn phân tích và điều khiển.
2.1.4.3. Nhận dạng vật mẫu (pattern matching)
Có rất nhiều các ứng dụng khi sử dụng chương trình trong đời sống hàng ngày,
như việc giám sát cho các tài xế lái xe ngăn chặn tai nạn khi họ buồn ngủ, trong các

6


môn thể thao cũng như ứng dụng trong quân sự...
Trên hình 2.5 trình bày chương trình nhận dạng vật mẫu khi dùng 2 khối chính
là Vision Express và Vision Assistant. Khổi chức năng của chương trình này được thể
hiện tại hình 2.5a. Trong khối chức năng này có đoạn code với ngôn ngữ khá gần với
Matlab để lưu lại quỹ đạo khi vật mẫu chuyển động. Để chọn vật mẫu cho hệ thống
theo dõi là vào thuộc tính của khối Vision Asistant và lựa chọn (Hình 2.5b).
Tiến hành chạy chương trình khi cho vài mẫu di chuyển trước màn hình của
camera. Kết quả được thể hiện trên hình 2.5c và 2.5d. Với ứng dụng này nó cho phép
theo dõi và vẽ ra quỹ đạo các vật mẫu được lựa chọn trước đang chuyển động từ đó
làm cơ sở cho việc tính tốn vận tốc, xác định vị trí. Ngồi ra dữ liệu này cịn có thể
lưu vào dưới dạng file Excel gửi thông tin về tọa độ theo thời gian hay các thơng tin
khác phụ thuộc vào các bài tốn thực tế.

b

a

OPC UA (Unified Architecture) là một chuẩn công nghệ truyền thông được phát
hành bởi OPC Foundation từ năm 2006, được nâng cấp và cải tiến từ chuẩn OPC
Classic đã được phát triển trước đó. Nó bao gồm tất cả các tính năng của OPC Classic.
OPC UA là một cơ chế mở, đáng tin cậy và rất an tồn để truyền thơng tin giữa
server (máy chủ) và client (máy khách).

Hình 2.7. Hình ảnh mơ tả OPC server UA

2.4. Linh kiện sử dụng
2.4.1. Bộ điều khiển khả trình PLC S7-1200 1214 AC/DC/RLY
2.4.1.1. Thông tin cơ bản
-

14 ngõ vào số 24 VDC

-

10 ngõ ra số 24 VDC

-

2 ngõ vào tương tự 0-10 VDC

-

Ngơn ngữ lập trình: FBD, LADDER, SCL

-

6 bộ đếm tốc độ cao HSC (high speed counter) dùng ddeeer đọc xung tốc độ cao


Là bộ điều khiển vòng kín, điều khiển ba thơng số P,I,D để đưa ra tín hiệu điều khiển
chuẩn sát nhất có thể. Bộ điều khiển này được tích hợp dưới dạng module trong bộ
CPU S7-1200 1214 AC/DC/RLY.
-

Bộ điều khiển vị trí (controlled positoning):

Là bộ module điều khiển tích hợp trong PLC S7-1200, ứng dụng trong điều khiển một
cách chính xác vị trí của động cơ xoay chiều
-

Web server:

10


Là một tính năng đã khá phổ biến trong nền công nghiệp hiện nay, cho phép
người dùng giám sát và điều khiển hoạt động của PLC thông qua một trong web.
Người dùng có thể truy cập đến trang web này thơng qua bất kỳ thiết bị nào có
thể kết nối internet và có một trình dụt nào đó, ví dụ như: máy tính, điện thoại thơng
minh, máy tính bảng v.v…..
2.4.1.4. Phần mềm TIA portal lập trình cho PLC S7-1200
TIA portal là một phần mềm được phát triển bởi Siemens, dùng để viết chương
trình điều khiển cho các dịng PLC S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400….
Ngồi ra nó cịn được dùng để viết giao diện cho màn hình HMI và WinCC của hãng
Siemens.

Hình 2.9. Giao diện khởi động của phần mềm TIA Portal v14


Bằng nhựa

-

Chiều dài: 7cm

-

Đường kính: 2cm

Hình 2.10. Hình ảnh thực tế cảm biến vật cản OMDHON DS30C4

2.5.2. Băng chuyền sử dụng động cơ ZYTD520

Hình 2.11. Hình ảnh thực tế động cơ ZYTD520

12


Thơng số kỹ thuật
- Điện áp 12VDC
- 200 vịng/phút

Hình 2.12. Băng chuyền 50cm

2.5.3. Van va pittong khí nén

Hình 2.13. Hình ảnh thực tế van va pittong khí nén

Thơng số kỹ thuật