การพัฒนาระบบผลิตหนังเทียมพีวีซีแบบอัตโนมัติ โดยการซิงโครไนซ์มอเตอร์ให้มีความสัมพันธ์เชิงสัดส่วนต่อกัน

รายงานวจิ ัยฉบบั สมบูรณ เร่ือง โครงการพฒั นาระบบผลิตหนังเทียมพีวีซีแบบอตั โนมัติ โดยการซิงโครไนซมอเตอรใ หมีความสัมพันธเ ชงิ สัดสวนตอกนั โดย นายเจริญ ยงเสมอ นายทววี ฒั น อาจหาญ ดร.นครินทร ศรสี วุ รรณ ฝา ยระบบการผลิตอตั โนมัติ สถาบันนวัตกรรมเทคโนโลยีไทย-ฝรั่งเศส มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ

คาํ นํา การพัฒนาระบบการควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ สาํ หรบั ควบคุมการผลิตหนังเทียมพีวีซี เปนการ พัฒนาระบบควบคุมมอเตอรชดุ ลูกกลิ้งในกระบวนผลิตหนังเทยี ม PVC ใหสามารถควบคุมความเร็ว ขอบลูกกลิ้งแตละชุดใหมีความสัมพันธกันเชิงสัดสวนโดยใชหลักการซิงคโครไนซมอเตอร ทํางานใน โหมด Manual และ Automatic สามารถต้ังคา ความเร็วขอบลูกกลิ้งแยกอิสระ ลูกกล้ิงคารเลนเดอร (ชุด1) ต้ังคา ไดต งั้ แต 0-40 หลา/นาที มคี วามผิดพลาด ไมเกินรอยละ1 ลูกกลิ้งลกู ยาง, ลูกกลิ้งคลูลิ่ง, ลูกกล้ิงวินเดอร ต้ังคาไดตั้งแต 0-90 หลา/นาที มีความผิดพลาด ไมเกินรอยละ 3 ระบบควบคุม ประกอบดวย 5 สวนหลกั คือ ชุดควบคุมลูกกล้ิงคารเลนเดอร ชุดควบคมุ ลูกกลิ้งลูกยาง ชุดควบคุม ลูกกลงิ้ คลลู ่งิ ชุดควบคมุ ส่ังการหลัก การพฒั นาเครอื่ งทดสอบไดมกี ารศึกษาขอมลู หลักการทํางานของ กระบวนการผลิตหนังเทียมPVC ออกแบบระบบไฟฟาระบบควบคุม ทําการติดต้ังอุปกรณและเขียน โปรแกรมควบคุมPLC ทําการทดสอบพรอมปรับปรุงแกไขโปรแกรมและพารามิเตอร จนไดผลตาม เปาหมายท่ีกําหนด สามารถชวยใหปรบั ตงั้ คา อัตราสดั สวนความเร็วไดอยางแมนยํา ชวยลดเวลาการ ตัง้ คา เคร่อื งและชวยเพม่ิ คณุ ภาพของสนิ คา ในกระบวนการผลติ เจรญิ ยงเสมอ หัวหนาโครงการ

สารบัญ หนา บทที่ 1 บทนํา 1 1.1 ความเปนมา 1 1.2 วตั ถปุ ระสงคของโครงการ 1.3 เปา หมายของโครงการ หรือผลลัพธทค่ี าดวา จะเกิดขึน้ 3 1.4 ผลงาน หรอื สิง่ ที่สงมอบ 3 บทท่ี 2 แนวคดิ ทฤษฎีและงานวจิ ยั ทีเ่ ก่ียวของ 4 2.1 ทฤษฎพี ้ืนฐาน PLC (Programmable Logic Control) 2.2 การผลิตหนงั เทยี ม PVC โดยเครือ่ ง Calender 5 2.3 ทฤษฎีระบบควบคมุ 5 2.4 ทฤษฎขี องมอเตอรไฟฟา กระแสตรง 11 บทที่ 3 วิธดี ําเนินการวจิ ยั 14 3.1 ขอบเขตการดาํ เนินงาน 3.2 แผนการดําเนนิ งาน 18 3.3 ระยะเวลาดาํ เนินงาน 31 3.4 ขั้นตอนการดาํ เนนิ งาน 31 บทที่ 4 ผลการวเิ คราะหขอ มูล 32 4.1 การทดสอบการควบคุมความเรว็ ลูกกลง้ิ (ระบบเดิม) 33 4.2 การทดสอบการควบคุมความเรว็ ลกู กลง้ิ (ระบบใหม) 4.3 สรปุ 33 บทท่ี 5 บทสรปุ และขอ เสนอแนะ 45 เอกสารอา งอิง 45 ภาคผนวก 54 เอกสารอนุมตั ใิ หเ ร่ิมตนโครงการสนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรม 63 เอกสารหนงั สอื รบั รองการใชป ระโยชนจากผลงานวิจัยหรอื งานสรางสรรค 65 เอกสารแบบแสดงหลกั ฐานการมีสวนรว มในผลงาน 66 67 68 69 71

สารบญั ภาพ หนา 1 ภาพ 1-1 ตัวอยางสินคาของ บริษัท ไทยวาพลาสติก จาํ กัด 2 1-2 มอเตอรท คี่ วบคมุ ความเรว็ ในการผลติ หนงั เทยี มพีวีซี และตคู วบคมุ ท่ี 2 ทางบรษิ ัทตองการปรบั ปรุง 1-3 ตวั อยางระบบควบคมุ หลายตัวแปร (Multivariable Control System) 3 5 และการควบคมุ ความเร็วของมอเตอร1 6 1-4 ตัวอยางระบบควบคุมหลายตัวแปร (Multivariable Control System) 7 8 และการควบคุมความเร็วของมอเตอร1 8 2-1 ลกั ษณะโครงสรางของ PLC 9 2-2 ตวั อยางอปุ กรณท ใี่ ชเ ปนสัญญาณอินพุต 10 2-3 สวนประกอบของ CPU 11 2-4 โครงสรา งของ PLC และหนว ยความจํา 13 2-5 แสดงพีแอลซชี นดิ บล็อก 14 2-6 แสดงพีแอลซีโมดลู 16 2-7 แสดงวธิ ีการตอ PC กบั PLC 16 2-8 วงจรแลดเดอร (PLC Ladder Logic Diagram 17 2-9 การผลติ หนงั เทยี ม PVC แบบใชล ูกกลง้ิ (Calendering) 17 2-10 ตวั อยางเครื่อง Foaming Oven ท่ีใชส ําหรบั อบใหชั้นฟองนํ้าฟูตัว 19 2-11 วงรอบการควบคุม PID 2-12 เอาตพ ตุ ของตัวควบคมุ PID เม่อื รับอินพุตแบบข้ันบนั ได 19 2-13 ผลตอบสนองของระบบในโดเมน 19 2-14 ตารางผลกระทบจากการปรบั แตงคา พารามิเตอรข องตัวควบคุม 20 2-15 ทิศทางของเสนแรงแมเหล็ก 20 2-16 ผลรวมของสนามแมเ หลก็ ทั้งสองแหงทาํ ใหเกิดแรงบดิ เบนของสนามแมเหล็ก 21 อันเปน สาเหตใุ หเ กดิ แรง F ทําใหลวดตัวนาํ เคล่ือนท่ีข้ึนบน 2-17 ทิศทางของเสนแรงแมเหลก็ ตัดผา นลวดตัวนํา 2-18 กดมอื ซายของมอเตอรไ ฟฟา 2-19 กฎมือขวาของเครื่องกาํ เนดิ ไฟฟา 2-20 ลักษณะทั่วไปของมอมอเตอรไ ฟฟากระแสตรง

สารบัญภาพ (ตอ ) หนา ภาพ 21 2-21 สวนประกอบภายในมอเตอรไฟฟากระแสตรง 2-22 โครงสรา งและการทาํ งานของมอเตอรไ ฟฟา กระแสตรง 22 2-23 วงจรสมมลู ดีซีมอเตอร 23 2-24 การควบคมุ ความเร็วดว ยวิธกี ารควบคมุ วงจรอารเมเจอรและวงจรสนาม 2-25 การควบคมุ ความเรว็ ดวยวิธกี ารควบคมุ ความตา นทานของวงจรอารเมเจอร 24 2-26 วงจรสมมลู มอเตอรไ ฟฟากระแสตรงแบบกระตนุ แยก 25 2-27 ประเภทของ ดซี ีชอปเปอร 26 2-28 วงจรชอปเปอร 2-29 การหมุนเดนิ หนา และการเบรกโดยการใชช อปเปอรค ลาส C 28 3-1 แผนการดาํ เนนิ งาน 3-2 ประชุมวางแผนและเสนอโครงการ 29 3-3 ตรวจวัดลักษณะสัญญานของชดุ ตรวจจับความเร็ว 29 3-4 ออกแบบควบคมุ ชดุ DC Drive สําหรบั ลกู กลิง้ คารเ ลนเดอร 32 3-5 ออกแบบควบคมุ ชุด DC Drive สําหรบั ลูกกลงิ้ ลกู ยาง 3-6 ออกแบบควบคมุ ชดุ DC Drive สาํ หรบั ลกู กล้งิ คลูลิ่ง 33 3-7 ออกแบบควบคมุ ชุด DC Drive สําหรบั ลกู กลิง้ วินเดอร 34 3-8 ออกแบบอปุ กรณอนิ พตุ 1 3-9 ออกแบบอปุ กรณอินพตุ 2 34 3-10 ออกแบบอปุ กรณอ นาลอกอนิ พุต1 3-11 ออกแบบอุปกรณอนาลอกเอาตพ ตุ 1 35 3-12 ออกแบบ Control Panel สัง่ การ 35 3-13 ติดต้งั อปุ กรณค วบคมุ มอเตอร 3-14 ตดิ ตัง้ อุปกรณควบคมุ และหนา จอส่งั การ 36 3-15 ออกแบบการเช่ือมตอสอ่ื สารกบั อปุ กรณค วบคมุ 3-16 ออกแบบและโปรแกรมควบคุม PLCและหนาจอส่ังการ 36 3-17 ออกแบบและโปรแกรมควบคุม PLC1 37 3-18 ออกแบบและโปรแกรมควบคมุ PLC2 3-19 ทดสอบการทํางานของชดุ ควบคมุ 37 38 38 39 39 40 40 41 42 43

สารบญั ภาพ (ตอ ) ภาพ หนา 3-20 ถา ยทอดความรกู ารใชงานระบบผลติ หนงั เทียมพวี ซี ีแบบอตั โนมตั ิ 44 4-1 ตารางการทดสอบความเร็วลูกกล้งิ โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 46 4-2 กราฟแสดงความเรว็ ขอบลกู กล้ิงคารเลนเดอร โหมดแมนนวล ระบบเดิม 46 4-3 กราฟแสดงความเรว็ ขอบลกู กลิง้ ลูกยาง โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 46 4-4 กราฟแสดงความเร็วขอบลูกกลง้ิ คลลู งิ่ โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 47 4-5 กราฟแสดงความเร็วขอบลกู กลง้ิ วินเดอร โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 47 4-6 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเร็วขอบลกู กลิ้งทัง้ 4 ชุด โหมดแมนนวล ระบบเดิม 48 4-7 ตารางแสดงความเรว็ ลกู กล้ิงควบคมุ โหมดออโตเมติก อัตรา 1.1 : 1.1 : 1.1 ระบบเดมิ 48 4-8 กราฟแสดงการเปรียบเทียบความเรว็ ขอบลกู กลิ้งลูกยางทอ่ี ตั รา 1:1.1 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิม 49 4-9 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลกู กล้ิงคลูลิง่ ท่ีอตั รา 1:1.1 โหมดออโตเมติก ระบบเดิม 49 4-10 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลูกกลิ้งวินเดอรท ี่อตั รา 1:1.1 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ 50 4-11 ตารางแสดงความเรว็ ลกู กล้งิ ควบคุมโหมดออโตเมติก อัตรา 1.2 : 1.2 : 1.2 ระบบเดมิ 50 4-12 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลกู กลิ้งลกู ยางที่อตั รา 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ 51 4-13 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลกู กลง้ิ คลูลิ่งทอ่ี ัตรา 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิม 51 4-14 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลกู กลง้ิ วนิ เดอรท ่ีอัตรา 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ 52 4-15 ตารางแสดงความเรว็ ลูกกลิง้ ควบคุมแบบออเมตกิ โหมด อัตรา 1.3 : 1.3 : 1.3 ระบบเดิม 52 4-16 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลกู กลง้ิ ลูกยางท่ีอัตรา 1:1.3 โหมดออโตเมติก ระบบเดมิ 53 4-17 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลกู กลิ้งคลลู ิง่ ท่อี ัตรา 1:1.3 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ 53 4-18 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลูกกลง้ิ วินเดอรท่ีอตั รา 1:1.3 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ 54

สารบญั ภาพ (ตอ ) หนา 55 ภาพ 4-19 ตารางการทดสอบความเรว็ ลูกกลงิ้ โหมดแมนนวล ระบบใหม 55 4-20 กราฟแสดงความเรว็ ขอบลูกกลิ้งคารเ ลนเดอร โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 56 เปรยี บเทียบกับระบบใหม 4-21 กราฟแสดงความเร็วขอบลูกกล้ิงลูกยาง โหมดแมนนวล ระบบเดิม 56 เปรยี บเทยี บกบั ระบบใหม 57 4-22 กราฟแสดงความเร็วขอบลูกกลงิ้ คลลู ง่ิ โหมดแมนนวล ระบบเดิม 57 เปรยี บเทียบกับระบบใหม 58 4-23 กราฟแสดงความเรว็ ขอบลูกกลิง้ วนิ เดอร โหมดแมนนวล ระบบเดมิ 58 เปรยี บเทียบกบั ระบบใหม 4-24 ตารางผลการทดสอบความเรว็ ลกู กลิ้งแบบออเมติกโหมด อัตรา 1.1 : 1.1 : 1.1 59 4-25 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลูกกลง้ิ ลกู ยาง สดั สวน 1:1.1 59 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิมกับระบบใหม 60 4-26 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลูกกล้งิ คลลู ิ่ง สดั สว น 1:1.1 60 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิมกับระบบใหม 4-27 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลกู กลิ้งวนิ เดอร สัดสว น 1:1.1 61 61 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิมกับระบบใหม 4-28 ตารางผลการทดสอบความเรว็ ลูกกลง้ิ แบบออเมติกโหมด อัตรา 1.2 : 1.2 : 1.2 62 4-29 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลูกกลง้ิ ลกู ยาง สัดสว น 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ กบั ระบบใหม 4-30 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลกู กลิ้งคลลู ่ิง สัดสวน 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิมกับระบบใหม 4-31 กราฟแสดงการเปรยี บเทียบความเรว็ ขอบลูกกลิ้งวินเดอร สดั สว น 1:1.2 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ กบั ระบบใหม 4-32 ตารางผลการทดสอบความเรว็ ลกู กลงิ้ แบบออเมติกโหมด อัตรา 1.3 : 1.3 : 1.3 4-33 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลูกกลิง้ ลูกยาง สดั สวน 1:1.3 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดิมกับระบบใหม

สารบัญภาพ (ตอ ) หนา 62 ภาพ 63 4-34 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลูกกลงิ้ คลูลิง่ สดั สว น 1:1.3 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ กับระบบใหม 4-25 กราฟแสดงการเปรยี บเทยี บความเรว็ ขอบลูกกลิ้งวนิ เดอร สัดสวน 1:1.3 โหมดออโตเมตกิ ระบบเดมิ กับระบบใหม

1 บทท่ี 1 บทนํา 1. ความเปน มา บริษัทไทยวาพลาสติก จํากัด ไดจดทะเบียนกอต้ังขึ้นในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2526 โดยมีผูถือหุน เปนคนไทย 100% มีทุนจดทะเบียนเร่ิมแรก 25 ลา นบาท และมีการเพ่ิมทุนจนถึงปจจุบันทนุ จด ทะเบียนอยูที่ 50 ลา นบาท เพอื่ ประกอบธุรกิจการผลิต PVC SHEET, หนังเทียมพีวีซี , ผาใบคลุมรถ ผา ใบโฆษณา เปนตน ภาพท่ี 1-1 ตวั อยา งสนิ คา ของ บริษัท ไทยวาพลาสติก จํากัด อน่ึง ในกระบวนการผลิตหนงั เทียมพีวีซีจะมีการผสมสารพอลิไวนิลคลอไรดเรชิน (PVC resin) สารพลาสตไิ ซเซอร (DOP) ผงฟู ผงสี และสารเคมีอื่นๆ ใหมีสถานะเปนของเหลวตามสูตรหนังเทียม ชนดิ ตางๆ แลวเทผานลกู กลิ้งขนาดใหญท ่ีสามารถปรบั ความเรว็ ของลูกกลง้ิ ผา นมอเตอรไ ฟฟา 4 เครื่อง เพื่อควบคมุ ความหนาของหนังเทียมพีวีซีใหไดตามความตองการของลูกคา ทั้งน้ีจากการตรวจสอบใน เบื้องตนโดยผูเชี่ยวชาญดานมอเตอรและระบบไฟฟา พบวาการทํางานของมอเตอรแตละเคร่ืองมีการ ทาํ งานแยกจากกันอยา งอสิ ระ ซ่ึงพนักงานจะควบคุมมอเตอรผ านชดุ อุปกรณ Calender operation panel (รูปที่ 2) โดยบริเวณแผงวงจรท่ีชุดควบคมุ น้ันไมมีคา ความเร็วทีแ่ ทจรงิ ของมอเตอร เนื่องจาก อุปกรณ Calender operation panel มีอายุการใชงานมาหลายสิบป จึงตองอาศัยประสบการณก าร ทํางานของพนักงานคุมเครื่องในการปรบั ความเร็วของมอเตอรเ ทานั้น ซึ่งบางครั้งพนักงานอาจตองใช

2 เวลาในการปรับตัง้ คา มอเตอรเปนเวลานาน ทําใหบริษัทตองสูญเสียวัตถุดิบและพลังงานเปนจํานวน มาก รวมถงึ มคี วามเสยี่ งท่ีจะผลิตสนิ คา ไมท ันกําหนดเวลา ภาพท่ี 1-2 มอเตอรทคี่ วบคุมความเรว็ ในการผลิตหนงั เทียมพีวซี ี และตูควบคุมทท่ี างบริษัทตอ งการปรับปรงุ ทั้งนี้ บริษัทมีขอมลู เก่ียวกับการสั่งซอ้ื ชุดอุปกรณ Calender operation panel ใหมทั้งหมดจาก ตางประเทศจะตองใชง บประมาณหลายลานบาท และตองใชชางจากตางประเทศมาเช่ือมตออุปกรณ กบั เครื่องจักรตางๆ อีกดวย บริษัทจึงมีแนวคิดท่ีจะปรับปรุงระบบการปรับต้ังคาความเร็วของมอเตอร ในกระบวนผลิตหนังเทียมพีวีซีใหทํางานรวมกันแบบอาศัยตัวควบคุมแบบสัดสวน (Proportional Controller) ท่ีเปนระบบควบคุมหลายตัวแปร (Multivariable Control System) ซึ่งจะทําใหการ ผลติ หนงั เทยี มพีวีซีมีความแมน ยําสูงขึน้ สามารถควบคมุ คณุ ภาพของหนงั เทยี มพีวีซีไดดี รวมถึงปองกัน ความผิดพลาดจากการอาศัยประสบการณข องพนักงาน และมีขอมูลอางอิงในการผลิตหนังเทียมพีวีซี ชนดิ ตา งๆ ใหกบั พนักงานที่จะมาทาํ หนา ที่ควบคุมกระบวนผลิตหนังเทยี มพวี ซี ีในอนาคต ภาพที่ 1-3 ตวั อยางระบบควบคมุ หลายตัวแปร (Multivariable Control System) และการควบคมุ ความเร็วของมอเตอร1

3 ภาพท่ี 1-4 ตวั อยางระบบควบคุมหลายตวั แปร (Multivariable Control System) และการควบคมุ ความเรว็ ของมอเตอร2 อยางไรก็ตาม การพัฒนาระบบการตรวจสอบและปรับตั้งคาความเร็วของมอเตอรในกระบวนการผลิต หนังเทียมพีวีซีแบบอาศัยตัวควบคุมแบบสัดสวนน้ัน จําเปนตองใชผูเชี่ยวชาญที่มีความรูเก่ียวกับระบบ ควบคุม ระบบไฟฟาและเครื่องจักรกล เพื่อทําหนาที่ออกแบบและติดตั้งอุปกรณ รวมถึงวิเคราะห ขอมูลตางๆ แตบริษัทไมไดมีความเชี่ยวชาญในการทํางานดังกลาว จึงมีความประสงคท่ีจะขอความ อนุเคราะหจากโครงการ ITAP ใหชวยประสานงานในการจัดหาผูเชี่ยวชาญและสนับสนุนงบประมาณ การวิจัยภายใต โครงการพัฒนาระบบผลิตหนังเทียมพีวีซีแบบอัตโนมัติ โดยการซิงโครไนซมอเตอรใหมี ความสัมพันธเชิงสัดสวนตอกัน โดยบริษัทหวังวาโครงการวิจัยครั้งน้ีจะสําเร็จไดดวยดี และชวยเพิ่ม ศักยภาพในการผลิตหนังเทียมพีวีซีใหมีมาตรฐานที่แนนอน และสามารถชวยลดคาใชจายจากการ นําเขาอปุ กรณสาํ เรจ็ รปู จากตา งประเทศ 2. วตั ถุประสงคข องโครงการ 2.1 เพ่อื พฒั นาระบบการควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ สาํ หรับควบคุมการผลติ หนังเทียมพวี ซี ี 2.2 เพอ่ื ลดความผิดพลาดในการตดั สินใจของพนกั งานในกระบวนการผลิตหนงั เทียมพวี ีซี 2.3 ทดแทนการนาํ เขา อุปกรณส าํ เรจ็ รปู จากตางประเทศ 3. เปา หมายของโครงการ หรือผลลัพธท ่ีคาดวาจะเกิดขึ้น 3.1 สามารถออกแบบระบบควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ สาํ หรับควบคมุ การผลิตหนงั เทียมพีวีซีได 3.2 สามารถพัฒนาระบบควบคมุ มอเตอรแบบอัตโนมตั ิ สาํ หรบั ควบคุมการผลติ หนังเทียมพวี ีซีได 3.3 สามารถลดความผิดพลาดในการตัดสินใจของพนักงานในการผลิตหนังเทียมพีวีซีใหลดลงได รอยละ 10

4 4. ผลงาน หรือส่งิ ท่ีสง มอบ 4.1 แบบแปลนการออกแบบระบบควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ สําหรับควบคุมการผลิตหนัง เทียมพวี ซี ี 4.2 ระบบควบคมุ มอเตอรแบบอัตโนมัติ สาํ หรบั ควบคมุ การผลิตหนังเทยี มพวี ีซี 4.3 รายงานสรปุ ผลการดําเนินงาน

5 บทท่ี 2 แนวคิดทฤษฎีและงานวจิ ัยทเี่ ก่ียวของ 1. ทฤษฎพี ื้นฐาน PLC (Programmable Logic Control) PLC (Programmable Logic Control) คอื อุปกรณชนิดโซลติ -สเตท ที่ทํางานแบบลอจิก การ ออกแบบการทาํ งานของ PLC จะคลายกับหลักการทํางานของคอมพิวเตอร จากหลักการพ้นื ฐาน PLC จะประกอบดวย อุปกรณท่ีเรียกวา โซลิต-เสตท ลอจิก เอเลเมนท (Solid-State Digital Logic Element) เพ่ือใหก ารทํางานและการตดั สินใจเปน แบบลอจิก การใช PLC สําหรบั ควบคุมการทํางานของเคร่อื งจักรหรืออุปกรณต า งๆ ในโรงงานอุตสาหกรรม จะมีขอไดเปรียบกวาการใชระบบรีเลย (Relay) ซ่ึงจําเปนตองเดินสายไฟ ดังนั้นเมื่อจําเปนที่ตอง เปลี่ยนระบบการผลิต หรือลําดับการทาํ งานใหม จะตองเดินสายไฟใหม ซ่ึงเสียเวลาและคา ใชจายสูง เม่ือเปรียบเทียบกับ PLC แลว การเปลี่ยนระบบหรือลําดับการทํางานใหม ทําไดโดยการเปลี่ยน โปรแกรมเทาน้ัน นอกจากน้ี PLC ในปจจุบันไดห ันมาใชระบบโซลิต-สเตท ซึ่งนา เช่ือถือกวาระบบเดิม ลดการใชพลังงานไฟฟาและสะดวกกวา เม่ือตองการขยายขั้นตอนการทํางานของเคร่ืองจักร เพราะ สามารถตอ PLC หลายๆตัวเขาดวยกัน เพื่อควบคุมการทํางานของระบบใหมีประสทิ ธิภาพมากขึ้นได ดังนัน้ การใชง าน PLC จงึ มคี วามยืดหยุน มากกวารีเลยแบบเกา ในงานอุตสาหกรรมจึงนิยมหันมาใชงาน PLC เพม่ิ มากข้ึน 1.1 สวนประกอบของ PLC PLC เปนอุปกรณค อมพิวเตอรควบคุมสาํ หรับใชในงานอุตสาหกรรมซึ่งประกอบดวย หนวย ประมวลผลกลาง หนวยความจํา หนวยรับขอมูล หนวยสงขอมูล และหนวยปอนโปรแกรม โดย PLC ขนาดเล็กจะมีสวนประกอบตางๆ รวมอยูเปนเคร่ืองเดียว แตถาเปน PLC ขนาดใหญสามารถแยก สว นประกอบได โดยท่วั ไปโครงสรางของ PLC จะประกอบดวย 5 สว นหลัก ดงั ภาพท่ี 2-1 ภาพที่ 2-1 ลกั ษณะโครงสรางของ PLC

6 1.1.1 ภาคอินพตุ ภาคอินพุตทําหนาที่รับขอมูลเขามา จากนั้นจะทําการสงขอมูลตอไปเพ่ือทําการ ประมวลผล สัญญาณอินพุตตางๆ ที่เขามาจะถูกแปลงใหเปนสัญญาณที่เหมาะสมถูกตอง ไมเ ชนน้ัน หนวยประมวลผลกลาง (CPU) จะเสียหายได สัญญาณท่ดี จี ะตอ งมีคณุ สมบัตแิ ละหนาที่ดงั นี้ 1) สญั ญาณเขา จะตอ งไดร ะดับที่เหมาะสมกับ PLC 2) การสงสัญญาณระหวางอินพุตกับ CPU กระทําดวยแสง ซ่ึงอาศัยอุปกรณประเภท โฟโตทรานซสิ เตอร เพ่ือตอ งการแยกสญั ญาณทางไฟฟาออกจากกัน เพ่ือเปนการปองกันไมใหซี CPU เสยี หาย เมอ่ื อนิ พุตเกดิ การลัดวงจร 3) หนา สัมผัสตอ งไมส ่นั สะเทอื น อุปกรณอินพุตทส่ี ง สัญญาณออกมาในลักษณะเปด-ปด หรอื 0-1 จะสามารถใชไดกับ PLC ท่ี รับสัญญาณเปนแบบดิจิตอลเทานั้น สวนสัญญาณอินพุตท่ีเปนแบบอนาลอ็ กมาตรฐานตางๆ จะตอง ตอเขา กับภาคอินพุตของ PLC ทส่ี ามารถรับสญั ญาณอนาล็อกเทา น้ัน ภาพท่ี 2-2 ตัวอยางอปุ กรณท่ีใชเปนสัญญาณอินพุต 1.1.2 หนว ยประมวลผลกลาง (CPU) CPU ทําหนาท่ีประมวลผลและควบคมุ ซ่ึงเปรียบเหมือนสมองของระบบภายใน CPU จะประกอบไปดวยลอจิกเกทตางๆ และมีไมโครโปรเซสเซอรเบส เพ่ือสําหรับออกแบบวงจรรีเลย แลดเดอรลอจิก CPU จะยอมรับขอมลู อินพตุ จากอปุ กรณใหสญั ญาณตางๆ ตอจะทําการเก็บขอมูลโดย ใชโปรแกรมจากหนวยความจํา ขอมูลที่ถูกตองเหมาะสมจะถูกสงไปยังอุปกรณควบคุมแหลงจาย กระแสไฟฟา ตรง เพือ่ ใชสําหรับแรงดันต่ํา

7 ภาพที่ 2-3 สว นประกอบของ CPU จากภาพท่ี 2-3 เปน CPU ท่ีรวมแหลงจายไฟเขาดวยกัน ซึ่งจะแยกแหลงจายไฟออกมา ตางหาก นอกจากน้ียังมีสวนสําคัญที่อยูใน CPU อกี ชุดหนึ่ง คือ โปรเซสเซอรเมโมรีโมดูล ซงึ่ ถอื เปน สมองที่ควบคุมโปรแกรมภายในประกอบดวย ไมโครเมโมรีชิพ ทําหนาที่เก็บและเรียกขอมูลจาก หนวยความจาํ และตดิ ตอ กับวงจรท่ีตองการ 1.1.3 หนวยความจาํ ของ PLC หนวยความจําของ PLC ทําหนาท่ีเก็บรักษาโปรแกรมและขอ มูลที่ใชใ นการทํางาน โดย ขนาดของหนวยความจําจะถูกออกแบบเปนบิตขอมูลภายในหนวยความจํา 1 บิต จะมีสถานะทาง ลอจกิ เปน 0 หรือ 1 แตกตา งกนั แลว แตคาํ ส่ัง PLC ประกอบดวยหนวยความจําสองชนิด คือ แรมและ รอม 1) แรม (RAM: Random Access Memory) หนวยความจํานี้มีแบตเตอรเี่ ล็กๆ ตอไว เพ่ือใชเล้ียงขอมูลเมื่อไฟดับ การอานและเขียนโปรแกรมลงในแรมทําไดงายมาก จึงเหมาะกับการใช งานในระยะทดลองเครอ่ื งทีม่ กี ารแกไขโปรแกรมบอ ย 2) อีพรอม (EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory) หนวยความ ชนิดอีพรอมน้ี จะตองใชเครื่องมือพิเศษในการเขียนโปรแกรม การลบโปรแกรมทําไดโดยใชแสง อัลตราไวโอเลต มขี อดตี รงไฟดบั แลวขอมลู ไมห าย 3) อีอีพรอม (EEPROM: Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) หนวยความชนิดนี้ไมตองใชเคร่ืองมือพิเศษในการเขียนและลบโปรแกรม โดยใชวิธีทาง ไฟฟา เหมอื นแรม ไมตองมแี บตเตอร่สี ํารองไฟ รวมเอาขอดีของแรมและอีพรอมไวด ว ยกนั

8 ภาพที่ 2-4 โครงสรา งของ PLC และหนว ยความจํา 1.1.4 ภาคเอาทพุต ภาคเอาทพุตทําหนาที่รับขอมูลจากตัวประมวลผลแลวสงขอมูลไปควบคุมอุปกรณ ภายนอกเพอื่ ใหอุปกรณด า นเอาทพตุ ทํางานตามทีโ่ ปรแกรมเอาไว สวนของเอาทพ ุตจะทําหนาท่รี ับคาสภาวะที่ไดจากการประมวลผลของซีพียู แลวนําคา เหลาน้ีไปควบคุมอุปกรณทํางาน นอกจากนั้นยังทําหนาที่แยกสัญญาณของหนวยประมวลผลกลาง (CPU) ออกจากอุปกรณ 1.2 ชนดิ ของพแี อลซี ตามโครงสรา งของ PLC สามารถจําแนก PLC ไดเ ปน 2 ชนดิ คอื 1.2.1 พีแอลซีชนิดบลอ็ ก (Block Type PLCs) PLC ชนิดน้ีจะรวมสวนประกอบทั้งหมดของ PLC อยูในบล็อกเดียวกันท้ังหมด ในภาพที่ 2-5 จะแสดงพีแอลชนิดบลอ็ ก ภาพที่ 2-5 แสดงพีแอลซีชนิดบล็อก

9 1.2.2 พีแอลซีชนิดโมดลู (Modular Type PLCs) หรือ แร็ค (Rack Type PLCs) PLC ชนิดนี้มีสวนประกอบแตละสวนแยกออกจากกันเปนโมดูลได ซึ่งสามารถเลือกใชงานไดหลายแบบ ขึน้ อยกู บั รนุ ของ PLCในสว นของหนว ยประมวลผลกลางและหนวยความจําจะอยูกบั ซพี ียโู มดูล ภาพที่ 2-6 แสดงพีแอลซีโมดูล 1.3 อปุ กรณก ารเขียนโปรแกรม การส่ังการให PLC ทํางานจะตองเขียนและปอ นขอมลู ให PLC กอน ซึ่งอุปกรณท ่ีใชในการ ปอ นโปรแกรมใหน น้ั แบงออกเปน 2 ชนดิ 1.3.1 ตวั ปอนโปรแกรมแบบมือถอื (Hand Held Programmer) ซึง่ การเขียนโปรแกรมใหก บั PLC โดยการใชตัวปอ นโปรแกรมแบบมือถือ ภาษาท่ใี ชเปน ภาษาสเตทเมนตลิสต เชน คาํ สั่ง โหลด (LD) แอนด (AND) ออร (OR) ซ่ึงเปนคาํ ส่ังพื้นฐานสามารถ เรยี กใชงานโดยการกดปุมท่อี ยูที่ตวั ปอนโปรแกรมแบบมือถอื แตเม่ือตอ งการใชงานฟงกชั่นอ่ืนๆ ที่มีอยู ใน PLC สามารถเรียกใช โดยปมุ เรียกใชคําสง่ั พิเศษ ซ่ึงวิธีการใชงานตัวปอ นโปรแกรมแบบมือถือ ตอ งศึกษาจากคูมือแตล ะรุน

10 1.3.2 คอมพิวเตอรสว นตัว (PC: Personal Computer) PC สามารถใชเขียนโปรแกรมใหกับ PLCได โดยใชงานรว มกับซอฟตแวรเฉพาะของ PLC ย่ีหอนั้นๆ ภาษาที่ใชเขียน คือ ภาษาแลดเดอร ซึ่งทําใหเขาใจงายกวาสเตทเมนลิสต การใชงาน PLC จึงงา ยกวาการใชต ัวปอ นโปรแกรมแบบมือถือ ภาพที่ 2-7 แสดงวธิ ีการตอ PC กบั PLC 1.4 ความสามารถของ PLC สามารถควบคมุ งานได 3 ลกั ษณะ คอื 1.4.1 งานท่ีทาํ ตามลําดับกอนหลัง เชน การทํางานของระบบรีเลย การทาํ งานของไทเมอร- เคานเตอร การทํางานของพีซีบีการด การทํางานในระบบก่ึงอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัติ หรือเคร่ืองจักร ตา งๆ เปน ตน 1.4.2 งานควบคุมสมัยใหม เชน การทํางานทางคณิตศาสตร การควบคมุ แบบอนาล็อก การ ควบคุม PID (Proportional – Integral – Derivative) การควบคุมมอเตอร เปนตน 1.4.3 การควบคุมเก่ียวกับงานอํานวยการ เชน งานสัญญาณเตือนและโปรเซสมอนิเตอรริง งานควบคุมอัตโนมัติในโรงงานอุตสาหกรรม งานตอรวมกับคอมพิวเตอร แลน (LAN: Local Area Network) และแวน (WAN: Wide Area Network) เปน ตน 1.5 การเขยี นโปรแกรม ภาษาท่ีใชในการเขียนโปรแกรม PLC มี 5 ชนิด (ตามมาตรฐาน IEC 61131-3) ไดแก แลดเดอรลอจิก (Ladder Logic; LAD) สเตตเมนตลิสต (Statement List; STL) ฟงชั่น บล็อกไดอะแกรม (Function Block Diagram; FBD) อนิ สตักชั่น ลิสต (Instruction List; IL) และ ซี เควนเชียลฟงชั่น ชารด (Sequential Function Chart) การเขียนโปรแกรมดวยแลดเดอรจะเปนท่ี นิยมมากที่สุด เมื่อ PLC อยูในสถานะพรอมทาํ งานแลว โปรแกรมจะถูกปอนเขาไปยังหนว ยความจํา ของ CPU ทาํ ให CPU ประมวลผลและไดผ ลลัพธเ ปน สญั ญาณเอาตพตุ หนา คอนแทคซ่ึงเปนชนดิ ปกติ

11 เปด ดังน้นั ถาหนาคอนแทค 001 และ 002 ตอกัน ก็จะทําใหเกิดเอาตพุต 009 หรือหนาคอนแทค 003 ตอ กัน ก็ทําใหเกิดเอาตพุต 009 ไดเชนกัน ลักษณะน้ีเรียกวา รัง (Rung) คือ มีสัญญาณอินพุต หนึง่ หรือมากกวาที่ทําใหเ กิดเอาตพตุ หนึง่ หรือมากกวา ภาพท่ี 2-8 วงจรแลดเดอร (PLC Ladder Logic Diagram) 2. การผลิตหนังเทียม PVC โดยเครอื่ ง Calender การผลิตหนังเทียม PVC แบบใชลูกกลิ้ง (Calendering) (ภาพท่ี 2-9) เปนกรรมวิธีที่มีการดดั แปลง มาจากอุตสาหกรรมผลิตแผนยางธรรมชาติ นอกจากน้ียังมีอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ดัดแปลงไปใชดวย เชน กัน เชน อุตสาหกรรมกระดาษ เสอื่ นํา้ มัน และโลหะแผน เปนตน โดยขน้ั ตอนการผลิต มีดงั น้ี 1) ใชเ ทอรโมพลาสตกิ ชนดิ เหลว (Resin) ผสมกบั วสั ดุชนดิ อน่ื เชน วสั ดุทําใหแข็งแรง (Stabilizer) วัสดุชวยใหล่ืนตัว (Lubricant) วัสดุชวยใหออนตัว (Plasticcizer) เพื่อ ตอ งการใหอ อนนุม ฯลฯ แลว นําเขา เครอ่ื งผสมและบดผา นไปยังสวนใหความรอน ทาํ ให สว นผสมหลอมละลาย 2) สวนผสมหลอมละลายผา นลูกกล้ิงทรงกระบอกรดี ออกเปนแผน บางชนิดมีลูกกลิง้ คู ตอถัด จาการรดี แผนทําใหออกมามีลวดลายตางๆ ประกอบเขาไปดวย 3) แผนชิ้นงานทไ่ี ดจ ะเคลอ่ื นผานลกู กลง้ิ เย็น ชว ยใหแ ข็งตัวคงรปู แลวเขา มว นเก็บตอไป

12 ภาพท่ี 2-9 การผลิตหนังเทยี ม PVC แบบใชลูกกลงิ้ (Calendering)

13 2.1 รายละเอียดขน้ั ตอนการผลิตหนังเทียม PVC นาํ วัตถดุ ิบ 1 ใสเขาเครือ่ ง Hot Blender เพอ่ื ผสมใหเขา กันแลวผานเขาเคร่ือง Banbury เพ่ือ ผสม ดวยความรอนและแรงอัดใหเ ขากันเปนเน้ือเดียวกัน นําวัตถุดิบท่ีเปนเนื้อเดียวกัน นี้ผานเคร่ือง Mixing Roll 1 และ 2 เพื่อรีดใหเน้อื Compound ใหละเอียดยิ่งขึ้น จึงผานไปยังเคร่อื ง Calender รีดออกเปนแผน PVC ครง่ึ สาํ เรจ็ รปู จากนน้ั จึงผาน PVC แผนนี้เขา เคร่ืองพิมพสใี ส วัตถุดิบ2 (Printing ink) พิมพตามสีท่ีตองการ แลวจึงผาน PVC แผนน้ีไดเขาเคร่ือง Surface Treating เพ่ือเครือบผิวใหมี คุณภาพย่ิงข้ึน โดยใช วัตถุดิบ 3 Surface treating Agent สุดทายน้ีจึงนาํ แผน PVC ที่ไดเ ขาเคร่ือง Emboss เพือ่ พมิ พลายนูนไดเ ปน PVC แผนสาํ เรจ็ รปู 2.1.1 รายละเอยี ดขั้นตอนการผลิตหนังเทยี มหลังผา นําวัตถุดิบ 1 มาผสมในเคร่ือง Hot Blender ใหเขากัน แลวจึงผานไปยังเครื่อง Banbury ผสมดวยความรอนและแรงอัดใหเขาเปนเนื้อเดียวกัน จากน้ันผานไปยังเครื่อง Mixing Roll 1 และ 2 รดี ให PVC Compound ท่ีไดมีเนื้อละเอียดย่ิงข้ึนเพื่อ นําผานไปยังเครื่อง Calender รีดออกมาเปนแผน PVC ในเวลาเดียวกัน นําวตั ถุดิบ 2 เขายึดและกาวผา ดวย วัตถุดิบ 3 ในเคร่ือง Treater & Tenter นําแผน PVC ท่ีไดจากเคร่อื ง Calender และผาที่ไดจ ากเคร่ืองที่ยึดและกาวแลว ผานเคร่ือง Laminate เพื่อติดผาและแผน PVC ใหเขากันเปนหนังเทียมหลังผาแลวจึงผานเขา เคร่ืองพิมพสี โดยใช วัตถุดบิ 4 เม่ือพิมพสีเสร็จเรียบรอย แลว นําหนังเทียมหลังผาที่ไดไปเคลือบ ผิว อกี คร้งั หน่ึง โดยใชว ัตถุดิบ 5 ผานเคร่ือง Surface Treating แลวจึง นําไปอัดลายนูนตางๆ ในเครื่อง Embossing ไดเ ปนหนงั เทยี มหลงั ผาตามตองการ 2.1.2 รายละเอียดขั้นตอนการผลติ หนงั เทยี มฟองนาํ้ หลงั ผา นาํ วัตถุดิบ 1 มาผสมในเคร่ือง Solution Mixer ในเวลาเดียวกันนํา วัตถุดบิ 2 ( ผา ) เขาเคร่ือง Treater & Tenter เพ่ือยึดและกาวผาโดยใช วัตถุดิบ 3 แลวนําวัตถุดิบที่ผสมแลวจาก เคร่ือง ผสมมาเขาเคร่อื ง Coating พรอมกับผาท่ีผา นเคร่อื ง treater & Tenter แลวเพ่ือเคลือบ PVC Compound ลงบนผาแลวจึง ใหผานเขาเครื่อง Foaming Oven เพื่อทําใหเปนหนังฟองน้ํา นําหนงั ฟองนํ้านี้เขาเคร่ืองพิมพ โดยใช วัตถุดิบ 4 แลวผานตอไปยังเคร่ือง Surface Treating โดยใช วัตถุดิบ 5 เพื่อเคลือบผิวหนังฟองน้ําใหไดตามคุณภาพ ตามท่ีตองการ จากนั้นจึงผานเขาเครื่อง Embossing เพ่อื ใหไ ดลายนนู ตามความตอ งการของลูกคาไดเ ปน หนังฟองนาํ้ หลงั ผา (ภาพท่ี 2-9) 2.2 การผลิตหนงั เทียม PVC แบบอดั แผน (Laminating) โดยทวั่ ไป Laminating หมายถงึ การยดึ ติดวสั ดแุ ผนสองแผนหรือมากกวาเขาดวยกัน เชน ไม อัด สําหรับกรรมวิธีการผลิตของพลาสติกหมายถึงการยึดติดชั้น (Layer) ของวัสดุผสมหรือวัสดุเสริม กาํ ลัง (Resin-Impregnated) หรือ Resin-coated หรือ Reinforcing เขาดวยกันโดยใชค วามรอน

14 และแรงอัด ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑที่ผานกรรมวิธีการผลิตแบบน้ีแบงออกเปนชนิดตางๆ เชน ชนิด แรงอัดตํ่า (Low-Pressure) ชนดิ แรงอัดสงู (High-Pressure) ซึ่งแลว แตข นาดของแรงอัดที่ใชระหวาง การผลติ 2.2.1 รายละเอียดข้นั ตอนการผลิตหนงั เทียมแบบอดั แผน (Laminating) นําแผนวัสดุผสมหรือวัสดุเสิมกําลัง เชน กระดาษ ผา ใยหิน ใยแกว วางซอนกันตาม ชนิดและความ หนาท่ีตองการ โดยใชพลาสติกเหลวพวกเทอรโมเซตติ้งเปนตัวประสานในการอัด ( Press ) ซึ่งใชแรงอัดประมาณ 1,000-1,500 psi. และมคี วามรอนประมาณ 300-350 F. อัดเคร่ืองลง ตามเวลาที่กําหนด ความรอนและแรงอัดจะทําใหไดแผนช้ินงานท่ีเรียบรอยและแข็งแรง ผิวหนาของ แผนชนิ้ งานอาจทาํ ใหม ลี วดลาย หรอื ลายนนู อยางไรก็ได ภาพที่ 2-10 ตวั อยางเคร่ือง Foaming Oven ท่ใี ชส ําหรบั อบใหช นั้ ฟองนํ้าฟูตัว 3. ทฤษฎีระบบควบคมุ ตัวควบคุม PID ตัวควบคมุ PID (proportional-integral-derivative controller) ไดรบั การ นําเสนอเปน คร้ังแรกในป ค.ศ.1922 โดย Minorsky สําหรบั การควบคุมระบบนํารองการเดินเรือ นับ จากนัน้ เปนตนมา ตวั ควบคุม PID ไดร ับการนาํ มาประยุกตใ ชง านในภาคอุตสาหกรรมอยาง กวางขวาง ซง่ึ พบวา กวารอ ยละ 90 ถึง 95 ของปญหาการควบคุมระบบในภาค อุตสาหกรรมสามารถแกไขไดดว ย ตวั ควบคมุ PID ในทางคณิตศาสตร ตัวควบคุม PID มีกลไกปฏบิ ัติการทางคณิตศาสตรท ี่เปนการปรับ สัดสวน (Proportional) การอินทิเกรต (Integral) และการอนุพันธ (Derivative) สัญญาณ

15 ความสัมพันธทางคณิตศาสตรของตัวควบคุม PID เม่ือกําหนดให) คือสัญญาณอินพุต และ คือสัญญาณเอาตพุต (สัญญาณควบคมุ ) แสดงดงั สมการ เมื่อ คือคาคงตวั อัตราขยายเชิง ปรับสัดสวน (Proportional gain constant) คอื คา คงตวั อัตราขยายเชงิ อนิ ทเิ กรต (Integral gain constant) และ คือคาคงตัวอัตราขยายเชิง อนพุ นั ธ (Derivative gain constant) ดงั นั้น ฟง กช นั ถายโอน ) ของตวั ควบคุม PID จะแสดง ไดด งั สมการ นอกจากนี้ ฟง กช ันถา ยโอน ของตัวควบคุมพีไอดีอาจแสดงไดด ังสมการ เมอื่ คือคาคงตัวทางเวลาเชงิ อินทิเกรต (Integral time constant) และ คือคา คง ตัวทาง เวลาเชิงอนพุ นั ธ (Derivative time constant) เมื่อทาํ การเปรยี บเทียบ พิจารณาระบบควบคมุ ในภาพ ตัวควบคุม PID ) จะรับสัญญาณคลาดเคล่ือน (Error signal: E(s)) มาคํานวณเพ่ือผลิตสัญญาณควบคุม (Control signal: U(s)) และสงไปควบคมุ พลานต (Plant) ) ใหผลิตผลตอบสนองหรือเอาตพุต (Output signal: C(s)) สอดคลองกับ สัญญาณ อินพตุ อา งองิ (Reference input signal: R(s)) พรอ มทัง้ กาํ จัดสัญญาณรบกวน (Disturbance signal: D(s)) ไปพรอ มกัน ตัวควบคุม PID จะมโี พล (Pole) ทจ่ี ดุ กาํ เนดิ จาํ นวนหนง่ึ ตัว และซโี ร (Zero) จํานวน สองตัว เม่ือตวั ควบคมุ PID วางตัวอยูในวิถีปอนไปหนา (Forward path) ของวงรอบการควบคุม

16 (Control loop) ในลักษณะตอ อนุกรมหรือตออันดับกับ พลานต (Plant) ซึ่งมีฟงกชันเปน ระบบควบคมุ ที่ไดรับการควบคมุ ดวย ตัวควบคุม PID จะมีอันดับ (Order) เพิ่มข้ึนหนึ่ง และเม่ือตัว ควบคุม PID รบั สัญญาณอินพุตแบบ ขั้นบันได (Step input) สัญญาณเอาตพุตของตวั ควบคุม PID ซ่ึง สัดสวน a ของ สัญญาณจะแปรผันตรงกับคา ความชัน b ของสญั ญาณจะแปรผันตรงกับคา และสัดสวน c ของสญั ญาณจะแปรผันตรงกบั คา ภาพที่ 2-11 วงรอบการควบคมุ PID ภาพที่ 2-12 เอาตพตุ ของตัวควบคุม PID เม่ือรับอนิ พตุ แบบขัน้ บนั ได ผลตอบสนองของระบบในโดเมนเวลาสามารถแบงพิจารณาออกเปน ผลตอบสนองเชิงแปร ตามอินพุต (Command following/trackig) และผลตอบสนองเชิงคุมคาโหลด (Load regulating) ผลกระทบจากการปรับแตงคาพารามิเตอรของตัวควบคุม PID ท่มี ีตอ ผลตอบสนอง ของระบบในโดเมนเวลา ไดรับการ เม่ือ tr คือเวลาขึ้น (Rise time), Mp คือการพุงเกินสูงสุด (Maximum overshoot), ts คือเวลาเขาที่ (Settling time), Mp_reg คือการพุงเกินสูงสดุ จาก การคมุ คาโหลด (Maximum overshoot of load regulation), treg คอื เวลาเขาทจี่ ากการคุม

17 คาโหลด (Settling time of load regulation) และ ess คือความคลาดเคลื่อน ในสภาวะคงตัว (Steady-state error) ภาพที่ 2-13 ผลตอบสนองของระบบในโดเมน ภาพท่ี 2-14 ตาราง ผลกระทบจากการปรับแตงคา พารามิเตอรของตวั ควบคมุ PID กรอบงานออกแบบตัวควบคุม PID ตามบริบทของการหาคาเหมาะท่ีสุด ปญหาการหาคา เหมาะที่สุด (Optimization problem) สามารถเขยี นแสดงในรปู ของ ความสัมพันธทางคณิตศาสตร ไดดังสมการ เม่อื คอื ฟง กช นั วัตถุประสงค (Objective function) ทต่ี องการทําใหมีคา นอยท่ีสุด และสอดคลองกับฟงกชันเง่ือนไข (Constraint function) ซ่ึงประกอบไปดวยเงื่อนไขสมการ

18 (Equality constraint) ดังแสดงในสมการ และเงื่อนไขสมการ (Inequality constraint) ดังแสดงในสมการ 4. ทฤษฎีของมอเตอรไฟฟา กระแสตรง 4.1 หลักการทํางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟาคือเครือ่ งกลซ่ึงเปลี่ยนพลังงานไฟฟาไปเปนพลังงานกล โดยอาศัยหลักการ ดังน้ี คอื เม่ือมกี ระแสไฟฟาไหลในตัวนํา ซ่ึงวางอยูในสนามแมเ หล็กยอมทําใหเกิดแรงขึ้นบนตัวนําในทิศทาง ตามกฎมอื ซา ยของเฟลมมง่ิ (Fleming’s Left Hand Rule) ซึง่ กลา วไววา “นว้ิ ช้ีแสดง ทิศทางของเสน แรงแมเหลก็ น้ิวกลางแสดงทิศทางของกระแสไฟฟาและนิ้วหัวแมมือแสดงทศิ ทาง ของแรงท่ีเกิดข้ึน” และขนาดของแรงท่ีเกดิ ขึ้นสามารถหาไดจา กสมการที่ 4.1 F  Bi l (4.1) เมือ่ F = แรงที่เกดิ ข้ึนบนตัวนํา B = ความหนาแนนสนามแมเ หลก็ i = กระแสท่ีไหลในตวั นาํ l = ความยาวของตวั นาํ

19 ก. สนามแมเ หล็กของข้ัวแมเหลก็ 2 ข้ัว ข. พื้นทห่ี นาตดั ของลวดตัวนาํ ซง่ึ มกี ระแสไหลออก เสน แรงแมเหลก็ รอบตวั นําจะมีทิศทางทวนเข็มนาฬกิ า ภาพที่ 2-15 ทิศทางของเสน แรงแมเหล็ก ภาพที่ 2-16 ผลรวมของสนามแมเหล็กทั้งสองแหง ทําใหกดิ แรงบิดเบนของสนามแมเ หล็ก อันเปนสาเหตใุ หเกดิ แรง F ทาํ ใหลวดตัวนําเคลื่อนท่ีข้ึนบน ภาพที่ 2-17 ทิศทางของเสนแรงแมเหลก็ ตัดผานลวดตวั นาํ

20 ก. ลวดตวั นําทม่ี ีความยาวหนึ่งมกี ระแสไหลผา นและวางอยูในสนามแมเหล็ก ข. แสดงทศิ ทางของเสนแรงแมเ หล็กท่ีเกิดขน้ึ รอบตัวนําเม่ือเทยี บกับทศิ ทางของสนามแมเหล็ก ค. ผลรวมของสนามแมเหล็กท้ังสองแหงทาํ ใหตัวเคล่อื นที่ดวยแรง เราสามารถหาทิศทางของแรงF ที่เกิดขนึ้ ไดโดยใชกฎมือซา ยของแฟลมมงิ่ (Fleming left hand rule) ซง่ึ ทําใหหาทศิ ทางการหมุนของมอเตอรนั้นเอง ภาพท่ี 2.8 แสดงการใชกฎมอื ซา ยของ แฟลมมิ่ง หรอื กฎมือซา ยของมอเตอร (left handrule motor rule) เพื่อหาทิศทางของแรงที่เกิดข้ึนบน ก. ค. ข. 6 ลวดตัวนาํ เมื่อเปรียบเทียบกับ ภาพท่ี 2.9 แสดงการใชก ฎมือขวาของ เฟลมมิ่ง หรือกฎมือขวา ของ เครื่องกําเนิด (left hand rule motor rule) เพื่อหาทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟาเหนย่ี วนํา (induced r.m.f.) ในเคร่ืองกําเนิดหรือใชหาทิศทางของแรงเคลอ่ื นไฟฟาตอตาน (back e.m.f. or counter e.m.f. ภาพที่ 2-8 กดมอื ซา ยของมอเตอรไฟฟา ภาพท่ี 2-9 กฎมือขวาของเคร่ืองกําเนิดไฟฟา

21 4.2 โครงสรางและหลักการทํางานของมอเตอรไ ฟฟา กระแสตรงแบบกระตุนแยก โครงสรางของมอเตอรไ ฟฟา กระแสตรงจะเปนดังภาพที่2-10 และภาพที่ 2-11 ภาพที่ 2-10 ลักษณะทวั่ ไปของมอมอเตอรไ ฟฟา กระแสตรง ภาพที่ 2-11 สว นประกอบภายในมอเตอรไฟฟากระแสตรง

22 ภาพท่ี 2-12 โครงสรางและการทํางานของมอเตอรไ ฟฟากระแสตรง หลกั การทํางานเบื้องตนของมอเตอรไ ฟฟากระแสตรง ก็คือจะมีสนามแมเหลก็ อยู 2 สว น คอื สวนที่ อยูบนสเตเตอรและสว นท่ีอยูบนอารเมเจอรโดยสนามแมเหล็กท่ีอยูบนสเตเตอรนั้นเกิดจากการจายไฟ ดว ยแหลง จาย vf ทาํ ใหเ กิดกระแส if ไหลเขาไปในขดลวด เกดิ ขั้วแมเ หล็กเหนอื ใตขึ้นบนสเตสเตเตอร และทําใหเ กิดเสนแรงแมเ หล็กวง่ิ ผานชองวางและโรเตอรจ ากขวเหนือไปยังข้ัวใตสนามแมเหล็กอีกสวน หน่ึงคลองสนามแมเ หล็กท่ีอยูบ นอารเมเจอรซึ่งขดลวดท่ีสราง สนามแมเ หลก็ น้ันจะพันอยูบนโรเตอร สนามแมเ หล็กนั้นเปนสนามแมเหล็กของเสนแรงที่วนอยูรอบตัวนําบนโรเตอร จากภาพท่ี 2-12 ถาเรา พิจารณาขดลวดเพียงขดเดียวท่ีรับไฟจากแปรงถาน ผาน คอมมิวเตเตอรและสมมุติใหขดลวดน้ันพัน เพียงรอบเดียว เราจะได ภาพของขดลวดที่วางอยูภายใตสนามแมเหล็กดังภาพท่ี 2-12 จากภาพ เนื่องจากกระแส ia ไหลผานแปรงถานและคอมมิวเตเตอรเ ขาขดลวดทางตัวนํา a และกลับทางตัวนํา – a จึงทําใหมเี สนแรงแมเหลก็ ทิศทางตามเข็มรอบตัวนํา a และทศิ ทางทวนเข็มรอบตัวนํา - a (โดยใชกฎ มือขวา) เน่ืองจากโดยธรรมชาติเสนแรงแมเ หลก็ จะไมตัดกันทําใหเสนแรงแมเ หล็กของสนามแมเหล็ก หลักบิดตวั ออมตัวนํา a และ - a ดงั ในภาพ ผลก็คอื ทาํ ใหเกิดการผลักกันระหวางเสนแรงแมเหล็ก ของ สนามแมเหล็กหลักและเสนแรงแมเหล็ก รอบตัวนํา a , - a ทําใหขดลวด a ,- a ถูกผลักใหหมุนในทิศ ตามเ ข็มนาฬิกาตามภาพ การหมุนดังกลาวจะทําใหตัวนํา - a หมนุ มาแทนท่ตี ัวนํา a และตัวนํา a หมนุ ไปแทนทตี่ ัวนํา - a ในสวน ของกระแสก็จะกลายเปน ไหลเขา ตวั นํา - a และออกทางตัวนํา a ทํา ใหเกิดแรงผลักใหห มนุ อยางตอ เนื่อง ท้ังหมดท่ีกลาวมาคือ หลักการทําใหเกิด แรงบิดขึ้นบนโรเตอรเพื่อนําไปขับโหลดอีกตอหน่ึงเรา เรยี กพฤติกรรมนั้นวาเปนพฤติกรรมมอเตอรซึ่งเกิดจากการแปลงพลังงานไฟฟาใหเปนพลังงานกลผาน

23 การผลักกันของพลงั งานจากสนามแมเหลก็ แตหากพิจารณาใหลึกลงไป ในขณะท่ีโรเตอรกําลังหมนุ อยู นนั้ ขดลวดอารเมเจอรท ี่ถูกใชเปนตัวสรางสนามแมเหล็กมาผลักกับสนามแมเหล็กหลักน้ันก็จะหมุนตัด ผานกบั สนามแมเ หลก็ หลักไปดว ยในตัว การที่ขดลวดตัวนําอารเมเจอรห มุนตัดผานสนามแมเ หลก็ หลัก นน้ั กท็ าํ ใหเกิดแรงเคลือ่ นเหนี่ยวนํา ขึ้นมาตัวหน่ึงมีทิศทางตานการไหลของกระแส ia ซึ่งเปน กระแสตวั ที่ทําใหกิดการหมุนขึ้น (เปนไปตามกฎธรรมชาติท่ีวาเมื่อ ia ทําใหเกิดหมุนก็ตอ งมีแรงดันมาตานการ ไหลของ ia เพอ่ื สรา งความสมดลุ ) เราเรียกแรงเคลื่อน เหนี่ยวนํา ในทิศตานกลับ นั้นวา Backemf ดัง แสดงในภาพ 2.12 ซึ่งเปนพฤติกรรมของเคร่ืองกําเนิดที่เกิดขึ้นในเวลาเดยี วกันและสามารถเขียนวงจร สมมูลทางไฟฟาของ ภาพที่ 2.12 ไดด ังภาพท่ี 2.13 ภาพท่ี 2-13 วงจรสมมูลดีซมี อเตอร ก. วงจรขดลวดอารเมเจอร ข. วงจรขดลวดสนาม เมอื่ Ra คอื ความตานทานในขดลวดอารเ มเจอร La คือ ความเหน่ยี วนําในขดลวดอารเ มเจอร eb คอื Backemf Rf คอื ความตา นทานในขดลวดสนามแมเ หล็กหลัก Lf คอื ความเหนย่ี วนําในขดลวดสนามแมเ หล็กหลัก และสามารถเขียนสมการแสดงความสมั พันธของตวั แปรตา งๆในวงจรไดดังน้ี วงจรอารเ มเจอร วงจรสรางสนามแมเหล็กหลัก

24 4.3 การควบคมุ ความเร็วมอเตอรไฟฟากระแสตรง การควบคุมความเร็วมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยท่ัวไปสามารถแบง ออกเปน 4 วธิ ี คอื 4.3.1 การควบคุมวงจรอารเ มเจอร (Armature control) เปนการควบคุมกระแสหรือแรงดัน ท่ีปอนใหกับวงจรอารเมเจอร ซ่ึงจะใหผลตอบสนองท่ีรวดเร็ว และควบคุมแรงบิดของมอเตอรได โดยตรง โดยการควบคุมกระแสอารเมเจอร ซ่ึงสามารถควบคุมผานทางแรงดันท่ีปอนใหกับมอเตอร และเม่ือกระแสอารเมเจอรมีคา เทากับกระแสท่พี กิ ัดคา แรงบดิ สูงสูงของมอเตอร (Maximum Torque) จะมีคาคงท่ีซ่ึงอาจเรียกไดวาเปนการควบคุมแบบแรงบิดคงที่ ดงันั้นจึงเหมาะสําหรับงานที่ตองการ ควบคมุ แรงบดิ ของมอเตอร 4.3.2 การควบคุมวงจรสนาม (Field control) เปนการควบคุมสนามแมเหล็กโดยการ ควบคุมกระแสสนามท่ีใชสรางสนามแมเหล็ก เน่ืองจากไมสามารถปรับความเร็วของมอเตอรด ว ยการ ปรบั แรงดนั ทป่ี อนใหก ับมอเตอรได แตหากลดคากระแสสนามลงจะทาํ ใหความเร็วของมอเตอรเพ่ิมขึ้น ไดก ารลดกระแสสนามจะทําใหฟลักซ แมเหล็ก () ลดลง แตมีขอเสียคือ ผลตอบสนองชา เน่ืองจาก คาเหนี่ยวนําของวงจรสนามมีคา มากกวาวงจรอารเมเจอรจึงทําใหไมสามารถควบคุมแรงบิดของ มอเตอรไดโดยตรง และการทํางาน อาจไมเสถียรเน่ืองจากผลของปฏิกิริยาอารเมเจอร (Armature reaction)แตมขี อ ดีคอื การควบคุมทําใหง ายกวา แบบแรกอาจเรยี กไดวาเปนการควบคมุ แบบกําลังงาน สูงสดุ คงท่ีจงึ เหมาะสาํ หรับงานที่ ตองการควบคุมความเรว็ ของมอเตอรเพ่ือใหไ ดค วามเรว็ ตามตองการ 4.3.3 การควบคุมวงจรอารเมเจอรและวงจรสนาม (Combine armature and field flux control) เปนการนําการควบคุมวิธีที่ 1 และ 2 มาใชในการควบคุมความเรว็ มอเตอรกระแสตรง โดย การควบคุมกระแสหรือแรงดันที่ปอนใหกับวงจรอารเมเจอร และควบคุมสนามแมเหล็กโดย การ ควบคมุ กระแสสนามทใี่ ชส รา งกระแสแมเ หล็ก โดยสามารถเปล่ียนสถานการณท าํ งานไดอยาง ตอ เนื่อง โดยอัตโนมัติ ซ่ึงทําใหสามารถควบคุมแรงบิดของมอเตอรไดโดยตรง และยังสามารถควบคมุ ความเร็ว ของมอเตอรใหคงทีต่ ามคา ความเร็วคา สั่งได ภาพที่ 2-14 การควบคมุ ความเรว็ ดวยวธิ กี ารควบคุมวงจรอารเมเจอรแ ละวงจรสนาม

25 4.3.4 การควบคุมความตานทานของวงจรอารเมเจอร (Armature resistance control) เปนการปรบั คาความตานทานของวงจรอารเมเจอร โดยการตอความตานทาน Re อนุกรม กับวงจร อารเ มเจอรแ ตวิธนี ้ีมปี ระสิทธภิ าพตํ่า เพราะมกี ารสญู เสียเกิดขึ้นที่ความตานทานจึงไมน ิยมใชกัน กราฟ คุณลักษณะของการควบคุมดวยวิธีนี้แสดงดังภาพท่ี 2.15 ภาพท่ี 2-15 การควบคมุ ความเรว็ ดวยวิธีการควบคมุ ความตา นทานของวงจรอารเ มเจอร 4.4 วงจรสมมูลมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตุนแยก ประกอบดวยวงจรขดลวดอารเมเจอร และขดลวดสนามแมเ หล็กทเี่ ปนแบบกระตุนแยก (แสดง ดังภาพที่2.16) ภาพท่ี 2-16 วงจรสมมลู มอเตอรไ ฟฟากระแสตรงแบบกระตุนแยก ก. วงจรขดลวดอารเมเจอร ข. วงจรขดลวดสนาม

26 จากวงจรสมมูลจะไดส มการดังน้ี คาแรงดันไฟฟาตานกลบั Ea Va  Ia Ra (4.2) โดยท่ี Ra = คา ความตา นทานของขดลวดอารเมเจอร Ia = คา กระแสที่ไหลในขดลวดอารเ มเจอร Ea = คาแรงดนั ไฟฟาตา นกลบั (Back e.m.f) Va = คา แรงดนั ไฟฟาท่จี ายใหก ับมอเตอร เนือ่ งจากเปนแบบกระตุนแยกกําหนดคา  คงที่ จํานวนเสนแรงแมเ หล็ก (4.3) โดยที่ Nf = จาํ นวนรอบของขดลวดสนามแมเ หล็ก If = กระแสทไี่ หลในขดลวดสนามแมเหลก็ Rf = คา ความตา นทานขดลวดสนามแมเหล็ก คา แรงบดิ จะไดวา T  K  Ia (4.4) ดังนนั้ T Ia คุณลกั ษณะระหวางแรงบิด ความเรว็ และกระแสท่ไี หลในอารเ มเจอรจ ะไดว า คา ความเรว็ รอบเปน สดั สวนโดยตรงกบั แรงดนั ไฟฟาตา นกลบั ดังสมการท่ี 4.5 Ea  K (4.5)

27 โดยที่ K = คา คงทข่ี องมอเตอร (4.6)  = จํานวนเสน แรงแมเ หล็ก  = ความเรว็ รอบ จากสมการที่ (4.3) แทนลงในสมการท่ี (4.2) จะได คา ความเรว็ รอบ (3.5) คาคงท่ีของมอเตอร (4.7) โดยที่ p = จาํ นวนขั้วแมเ หล็ก z = จํานวนตัวนําท่พี ันบนอารเมเจอร a = วิธีการพนั พนั แบบแลป a  p พันแบบเวฟ a  2 4.5 การขับเคลือ่ นมอเตอรไฟฟา กระแสตรงดวยดซี ีชอปเปอร ดังท่ีเราไดทราบในเบ้ืองตนแลววาวิธีการหน่ึงในการควบคุมอัตราเร็วของมอเตอรไฟฟา กระแสตรงก็คือการควบคุมแรงดันไฟฟาท่ีอารเมเจอรดังนั้น เม่ือดีซีชอปเปอรสามารถเปลี่ยนแปลง ระดบั แรงดนัไฟฟาไดน้ันก็หมายถึงวาเราสามารถนํามาใชควบคุมอัตราเร็วของมอเตอร ไดน้ันเองใน ปจจุบันไดมีการนําเอาวงจรชอปเปอรมาใชในการขับเคล่ือนมอเตอรไฟฟากระแสตรงกันอยาง แพรหลายทงั้ นั้นเนื่องจากมีขอดีอยูหลายประการดวยกัน อยางเชน มปี ระสทิ ธิภาพสูง มคี วามยืดหยุน ในการควบคุม มกี ารตอบสนองท่รี วดเรว็ และมคี วามสามารถในการคนื พลังงานที่ อัตราเร็วตางๆ ไดดัง จะไดกลาวถึงรายระเอียดในลําดับ ตอไปน้ี ตัวอยางการประยุกตใชงานของดีซีชอปเปอร ในการ ควบคุมมอเตอรเชน ยวดยานตางๆ (ท่ีใชพลังงานแหลงจายจากแบตเตอร่ี) งานลาก ดึงหุนยนต เคล่ือนท่ี (Mobile robot) ฯลฯ

28 4.5.1 ประเภทของ ดีซีชอปเปอร ดีซีชอปเปอรท มี่ ีโดยทั่วไปสามารถแบง ออกไดเปน 5 ประเภทดังแสดงภาพท่ี 2-17 ภาพที่ 2-17 ประเภทของ ดีซีชอปเปอร

29 4.5.2 ชอปเปอรค ลาส C การควบคมุ การทาํ งานในควอดแรนตที่ 1และ2 ดวยวงจรชอปเปอรคลาส C ดังภาพ ท่ี 2-18 ตอ ไปน้ี ภาพท่ี 2-18 วงจรชอปเปอร ภาพที่ 2-19 การหมนุ เดนิ หนาและการเบรกโดยการใชช อปเปอรค ลาส C

30 จากภาพท่ี 2-18 สวิตซ 1 S และไดโอด D1 เปนชอปเปอรว งจรหน่ึง สว นสวิตซ 2S และ ไดโอด D2 ก็เปน ชอปเปอรอีกวงจรหน่ึง ชอปเปอรท ้ังสองวงจรถกูควบคมุ ในเวลาเดียวกันท้ังใน ตอนที่หมุนและคืนพลังงานกลาวคือ สวิตซ 1S และ 2S จะถูกปดวงจรสลบั กัน ในชวงของคาบเวลา T สวิตซ 1S จะทํางานคาบเวลา  T สวนสวิตซ 2S จะทํางานจาก  T ถึง T เพื่อหลีกเลย่ี งการลัดวงจรของแหลงจายจึงตองระวังไมให S1และS2 ทํางานพรอมกัน สําหรบั ภาพคลื่นของสัญญาณ ควบคมุ ic ,va ,ia และ is รวมทง้ั อุปกรณภายในการนาํ กระแสในชว งท่ีแตกตางกันของ คาบเวลา แสดงดงั ภาพท่ี 2-19 ซึง่ ในภาพคลน่ื ดังกลา ว การหนวงเวลาระหวางการหยุดทํางานของสวิตซ ตัวหนึ่งและ การทาํ งานของอกี ตวั ไมไดน ํามาคิดเนือ่ งจากมันเปนคา ท่นี อ ยมากจากภาพคล่นื แรงดันทั ีข่ ั้วมอเตอรของภาพที่ 2-19 Va  V (4.8) ดังนนั้ จากสมการ 4.8 มอเตอรจะทํางานในลักษณะการหมุน (+ Ia ) เมือ่  >(E/V) และเปน การเบรก แบบคนื พลงั งาน (- Ia ) เมอ่ื  < (E/V)สวนการท างานในสภาวะไมม ีโหลด  = (E/V) จากภาพท่ี 2-19 การลดลงของอตัราเร็วจะเปน การเพม่ิ ข้ึนของกระแส Ia และภาพคลื่นท้ังหมดของ กระแส Ia จะเล่ือนข้ึนเมื่อกระแส Ia เริ่มมีคา มากกวาคาของการกระเพื่อม กระแส Ia จะเปนบวก เสมอ ซึ่งในขณะน้ีสวิตซ 1S และไดโอด D1 จะนํากระแส สวน 2S แมจะรับสัญญาณควบคมุ มันจะไม นํากระแสเนื่องจากเปนการไบแอสกลับโดยการนํากระแสของไดโอด D1 ใน ทํานองเดียวกันอาจ เพ่ิมขึ้นของอตัราเร็วท่ีสูงกวาอัตราเร็วไมมีโหลดจะสรางกระแส Ia เปนลบ และภาพคล่ืนของกระแส Ia จะเลือ่ นลง เมอ่ื กระแส Ia เปนลบกระแสจะถูกนําโดยสวติ ซ 2S และ ไดโอด D2 สว นสวิตซ 1S และ ไดโอด D1 จะไมมกี ารนํากระแส กลาวโดยสรปุ การหมุนของมอเตอร การนํากระแสจะกระทําโดย สวิตซ 1 S และไดโอด D1 สวนการเบรกจะนํากระแสโดยสวิตซ 2S และ D2

31 บทที่ 3 วิธดี ําเนินการวิจยั 1. ขอบเขตการดาํ เนนิ งาน 1.1 ประชมุ วางแผนและจัดทาํ ขอเสนอโครงการเพ่ือขอรบั การสนับสนนุ ผา นโครงการ ITAP 1.2 ศกึ ษาและรวบรวมเทคนิคการตรวจสอบประสิทธิภาพมอเตอรและการปรบั ต้งั คา มอเตอร แบบอตั โนมัติ 1.3 ตรวจสอบและเก็บขอมูลมอเตอรเพื่อใชอางอิงในการเขียนโปรแกรมควบคุมการทํางานของ มอเตอร 1.4 ออกแบบระบบควบคุมมอเตอรแ บบอัตโนมัติ สําหรบั ควบคมุ การผลิตหนังเทียมพวี ีซี 1.5 จัดเตรียมวัสดุ เคร่ืองมือและอุปกรณ ในการปรับปรุงชุดอุปกรณ Calendar operation panel 1.6 ควบคุมการประกอบและติดต้ังระบบควบคมุ มอเตอรแบบอัตโนมตั ิสําหรับควบคุมการผลิตหนัง เทียมพีวซี ี 1.7 เขียนโปรแกรมควบคมุ การทาํ งานของมอเตอรผา นระบบ PLC 1.8 จดั เตรียมสารพอลิไวนลิ คลอไรดเ รชิน สารพลาสตไิ ซเซอร (DOP) ผงฟู ผงสี และสารเคมี อ่ืนๆ 1.9 ตรวจสอบการทํางานของระบบควบคมุ มอเตอรแ บบอตั โนมตั ิ 1.10 ทดสอบการผลิตหนังเทียมพีวีซีโดยการควบคุมการทํางานของมอเตอรผานชุดอุปกรณ Calendar operation panel ทพี่ ฒั นาขนึ้ ใหม 1.11 จัดทาํ คมู อื การใชงานระบบควบคมุ มอเตอรแ บบอตั โนมตั ิ สาํ หรบั ควบคมุ การผลิตหนงั เทียม พีวีซี 1.12 ถายทอดองคค วามรใู หกบั ผูควบคุมการผลิตหนังเทยี มพวี ีซี (อบรมเชงิ ปฏิบตั ิการ) 1.13 จดั ทาํ รายงานสรุปผลการดาํ เนินโครงการ

32 2. แผนการดําเนนิ งาน ขนั้ ตอนการดําเนินงาน 1 เดอื นที่ 4 ผรู ับผดิ ชอบ 23 5 1) ประชมุ วางแผนและจดั ทําขอเสนอโครงการ เจริญ, นครนิ ทร 2) ศึกษาและรวบรวมเทคนิคการตรวจสอบ ประสิทธิภาพมอเตอรและการปรับตั้งคา ทวีวัฒน, เจริญ มอเตอรแบบอตั โนมตั ิ เจรญิ , ทววี ฒั น, 3) ตรวจสอบและเก็บขอมูลมอเตอรเพ่ือใช นครินทร อางอิงในการเขียนโปรแกรมควบคุมการ ทํางานของมอเตอร ทววี ัฒน, เจรญิ 4) ออกแ บบระบบควบคุ มม อ เตอ รแบบ บรษิ ัท อัตโนมัติ เจรญิ , ทวีวฒั น, 5) จดั เตรียมวัสดุ เคร่ืองมือและอุปกรณ ในการ นครนิ ทร ปรบั ปรุงชดุ อปุ กรณ operation panel เจริญ, ทววี ัฒน 6) ควบคุมการประกอบและติดต้ังระบบควบคุม มอเตอรแบบอัตโนมัติ สําหรับควบคุมการ บรษิ ทั ผลติ หนังเทียมพีวซี ี ทวีวฒั น, นครินทร 7) เขียนโปรแกรมควบคุมการทํางานของ เจริญ, ทววี ฒั น, มอเตอรผ านระบบ PLC นครนิ ทร เจริญ, ทวีวัฒน, 8) จัดเตรยี มสารพอลไิ วนลิ คลอไรดเ รชนิ พลาสติ นครินทร ไซเซอร (DOP) ผงฟู ผงสี และสารเคมีอืน่ ๆ เจรญิ , ทวีวฒั น 9) ตรวจสอบการทํางานของระบบควบคุม เจรญิ , ทวีวัฒน, มอเตอร นครินทร 10) ทดสอบการผลิตหนังเทียมพีวีซีโดยการ ควบคุมการทํางานของมอเตอรผานอุปกรณ Calendar operation panel 11) จัดทําคูมือการใชงานระบบควบคุมมอเตอร แบบอตั โนมตั ิ 12) ถา ยทอดองคความรูใหกับผูควบคุมการผลิต หนงั เทยี มพีวีซี 13) จดั ทาํ รายงานสรปุ ผลการดาํ เนินงาน - ขอเสนอโครงการ - รายงานความกา วหนา - รายงานฉบบั สมบูรณ ภาพท่ี 3-1 แผนการดาํ เนินงาน

33 3. ระยะเวลาดาํ เนนิ งาน 5 เดอื น (20 กรกฎาคม 2561 ถึง 19 ธันวาคม 2561) 4. ข้ันตอนการดาํ เนินงาน 4.1 ประชุมวางแผนและเสนอโครงการ รวมประชุมกับเจาหนาที่บริษัทไทยวาพลาสติก จํากัด เจาของแหลงทุนวิจัย เพ่ือวางแนวการพัฒนาระบบการควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ สําหรับควบคุม การผลิตหนังเทียมพีวีซี กําหนดวัตถุประสงค ขอบเขตของงาน วางแผนงานในการพัฒนาระบบการ ควบคุมมอเตอรแบบอัตโนมัติ พรอมจัดทําขอเสนอโครงการวิจัยเพ่ือขอทุนสนับสนุนการวิจัยจาก หนวยงาน สํานักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ(สวทช.) โดยศูนยบริหารจัดการ เทคโนโลยี โปรแกรมสนับสนนุ การพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรม (Innovation and Technology Assistance Program : ITAP) ในหัวขอโครงการพัฒนาระบบผลิตหนังเทยี มพีวีซแี บบอัตโนมัติ โดยการ ซิงโครไนซม อเตอรใ หมีความสมั พันธเชิงสัดสวนตอกนั ภาพที่ 3-2 ประชุมวางแผนและเสนอโครงการ 4.2 ศกึ ษาและรวบรวมเทคนคิ การตรวจสอบประสิทธิภาพมอเตอรแ ละการปรับตั้งคามอเตอรแบบ อตั โนมัติ ขั้นตอนและกระบวนการการผลิตหนังเทียม PVC ดว ยลูกกล้ิงหลักจํานวน 4 ชุด คือ ลกู กลิ้ง คารเลนเดอร , ลูกกลิ้งลูกยาง , ลูกกลิ้งคลูลิ่ง และลูกกล้ิงวินเดอร โดยวิธีการควบคุมการทํางาน สามารถทํางานได 2 โหมดการทาํ งาน 4.2.1 การทํางานโหมด Manual เปนการควบคุมการทํางานของชุดลูกกล้ิงใหทํางานแยกกัน โดยอิสระตอกัน เหมาะสมสําหรับในการตั้งคางานเร่ิมตนและการแกไขงานเมื่อเกิดปญหาข้ึนใน กระบวนการผลติ 4.2.2 การทํางานโหมด Automatic เปนการควบคุมการทํางานของชุดลูกกล้ิงใหทํางาน สัมพนั ธกันเชงิ สัดสว นเพ่ือควบควบคุมอัตราการยืดตัวของการผลติ แผนหนังเทียม PVC เพ่ือใหไ ดความ หนาตามทต่ี องการโดยมีความเร็วของลูกคารเ ลนเดอรเปน ความเร็วหลัก

34 4.3 ตรวจสอบและเก็บขอมูลมอเตอรเ พ่ือใชอางอิงในการเขยี นโปรแกรมควบคมุ การทาํ งานของ มอเตอร ลกั ษณะสญั ญานของชดุ ตรวจจบั ความเร็วของลูกกล้ิงแตละชุด ภาพท่ี 3-3 ตรวจวดั ลกั ษณะสญั ญานของชุดตรวจจับความเร็ว 4.4 การออกแบบและตรวจสอบชุดควบคุม 4.4.1 ออกแบบวงจรควบคุม 4.4.1.1 การออกแบบระบบควบคุมการทํางานมีการออกแบบใหสามารถทํางานได 2 โหมดการทํางานคือ โหมด Manual โดยสามารถส่ังการทํางานไดอิสระตามผูใชงาน และโหมด Automatic โดยเครื่องทดสอบจะสั่งการทํางานตามคากําหนดที่ปอนไวสามารถควบคุมอัตราสัดสวน ความเรว็ ของลูกกล้ิงแตละชุดใหแปรผันตามความเร็วหลักของลูกกล้ิงคารเลนเดอรได เร่ิมจากการ ออกแบบชดุ ควบคมุ สง่ั การมอเตอรชนิดไฟฟากระแสตรงใหมีการเช่ือมตอกับชุดตรวจจับความเรว็ และ ชดุ ควบคมุ PLC ภาพที่ 3-4 ออกแบบควบคมุ ชดุ DC Drive สําหรบั ลูกกลงิ้ คารเ ลนเดอร

35 ภาพที่ 3-5 ออกแบบควบคมุ ชุด DC Drive สาํ หรับลกู กลงิ้ ลูกยาง ภาพท่ี 3-6 ออกแบบควบคมุ ชดุ DC Drive สาํ หรับลกู กล้ิงคลูล่งิ

36 ภาพท่ี 3-7 ออกแบบควบคุมชดุ DC Drive สาํ หรับลูกกล้งิ วนิ เดอร 4.4.1.2 ออกแบบวงจรอนิ พุต/เอาตพุต ของชดุ ควบคุม มีการออกแบบการเช่อื มตอกับ สญั ญาณดานอินพตุ มีท้ังดิจติ อลและอนาลอกอินพุต สวนดานเอาตพุตมีท้ังดจิ ิตอลและอนาลอก เอาตพุต เพื่อรับคาและส่งั การอปุ กรณใหทาํ งานรวมกัน ภาพที่ 3-8 ออกแบบอุปกรณอ นิ พุต1

37 ภาพที่ 3-9 ออกแบบอุปกรณอนิ พุต2 ภาพที่ 3-10 ออกแบบอุปกรณอ นาลอกอินพุต1

38 ภาพท่ี 3-11 ออกแบบอุปกรณอ นาลอกเอาตพตุ 1 4.4.1.3 ออกแบบโตะควบคมุ สั่งการ การออกแบบตอ งเหมาะสมและสะดวกแกการใชงานและการ ดูแลรกั ษา ภาพที่ 3-12 ออกแบบ Control Panel สง่ั การ

39 4.5 จัดเตรียมวสั ดุ เคร่ืองมือและอปุ กรณใ นการติดตง้ั อุปกรณควบคมุ ตามท่ีออกแบบ 4.6 ควบคุมการประกอบและติดตง้ั ระบบควบคมุ มอเตอรแบบอตั โนมัติ สาํ หรับควบคุมการผลิต หนังเทียมพวี ีซี ภาพท่ี 3-13 ตดิ ตัง้ อปุ กรณค วบคุมมอเตอร ภาพท่ี 3-14 ติดต้ังอปุ กรณค วบคุมและหนา จอสัง่ การ

40 4.7 ออกแบบและเขยี นโปรแกรมควบคุม 4.7.1 ออกแบบการเช่ือมตอส่ือสารกับอุปกรณควบคุม กําหนดคาอุปกรณและรูปแบบของ การสือ่ สารขอ มูล โดยการส่อื สารขอ มลู เลือกการส่อื สารผาน Ethernet ภาพที่ 3-15 ออกแบบการเชื่อมตอ สื่อสารกับอุปกรณค วบคุม 4.7.2 ออกแบบและเขียนโปรแกรมPLC ควบคุมมอเตอรข องชุดลูกกลิ้งท้ัง 4 ชุดคือ ลกู กล้ิง คารเลนเดอร , ลูกกลิ้งลูกยาง , ลูกกล้ิงคลูล่ิง และลูกกลิ้งวินเดอร ใหทํางานตามเงื่อนไขมี ความสัมพันธเ ชิงสดั สว นความเร็ว ภาพที่ 3-16 ออกแบบและโปรแกรมควบคมุ PLCและหนา จอสงั่ การ

41 ภาพท่ี 3-17 ออกแบบและโปรแกรมควบคมุ PLC1

42 ภาพท่ี 3-18 ออกแบบและโปรแกรมควบคมุ PLC2