ตู้ควบคุมมอเตอร์เครื่องบดขยะแบบหมุนกลับคลายขยะอัตโนมัติ สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมการผลิต
เคสนี้คือตู้ควบคุมมอเตอร์ 30 แรงม้าของเครื่องบดขยะในโรงงาน ที่วัดกระแสไฟฟ้าของมอเตอร์เพื่อจับอาการขยะติด แล้วทำลำดับหยุด หมุนกลับ และเดินหน้าบดต่อ ได้สูงสุด 3 ครั้งก่อนหยุดรอผู้ควบคุม เราออกแบบ ประกอบ และทดสอบตู้ในปี 2562–2563 และนำตู้ไปติดตั้งที่โรงงานในปี 2563
- อุตสาหกรรม
- การผลิตทั่วไป
- ปี
- 2562–2563
- ขอบเขตงาน
- วิเคราะห์และออกแบบระบบ งานไฟฟ้า ประกอบตู้ควบคุม เขียนโปรแกรมบอร์ดควบคุม พัฒนาหน้าจอตั้งค่า ทดสอบระบบ จัดทำเอกสาร และติดตั้งตู้เข้ากับมอเตอร์เครื่องบดขยะ
สรุปสั้น
- ตู้ควบคุมใหม่สำหรับมอเตอร์ 30 แรงม้าของเครื่องบดขยะ ใช้เซนเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า (Current Sensor) จับอาการขยะติดจากกระแสที่มอเตอร์ดึง
- เมื่อกระแสผิดปกติ ตู้ทำลำดับหยุด หมุนกลับ (Reverse) เพื่อคลายขยะ แล้วหมุนเดินหน้า (Forward) บดต่อ ถ้าวนครบ 3 ครั้ง มอเตอร์หยุดรอผู้ควบคุมกดปุ่ม Forward
- หน้าตู้มีสวิตช์เลือกโหมด Manual/Off/Auto และปุ่มหยุดฉุกเฉิน ผู้ควบคุมจึงสั่งเครื่องด้วยมือหรือหยุดเครื่องได้ทุกเมื่อ
- โปรแกรมควบคุมผ่านการทดสอบที่สำนักงานของเราทั้งโหมด Auto และ Manual และเรานำตู้ไปติดตั้งที่โรงงานในปี 2563
- งานนี้เป็นความสามารถที่เคยพัฒนาของเรา: ตู้ควบคุมมอเตอร์ที่หมุนกลับคลายวัสดุตามลำดับที่ตกลง ซึ่งเราออกแบบ ประกอบ ทดสอบ และติดตั้งเอง
โจทย์หน้างาน
เครื่องบดขยะของโรงงานใช้มอเตอร์ 30 แรงม้า เมื่อขยะติดจนบดไม่ได้ มอเตอร์จะรับภาระเกิน (Overload) และต้องหยุดเครื่อง หมุนกลับเพื่อคลายขยะ แล้วจึงเดินหน้าบดใหม่ โรงงานต้องการตู้ควบคุมที่ตรวจอาการติดและทำลำดับนี้ให้ โดยยังสั่งงานด้วยมือและหยุดฉุกเฉินได้
สิ่งที่เราทำ
เราออกแบบตู้ควบคุมใหม่ที่วัดกระแสมอเตอร์ด้วยเซนเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า (Current Sensor) ต่อเข้าบอร์ด Arduino ATmega328 และสลับทิศมอเตอร์ด้วยรีเลย์โซลิดสเตต (SSR) กับแมกเนติกคอนแทกเตอร์ตามลำดับที่ตกลงไว้ หน้าตู้มีสวิตช์เลือกโหมด Manual/Off/Auto และปุ่มหยุดฉุกเฉิน (Emergency Stop) ส่วนการตั้งค่าระบบทำจากระยะไกลผ่าน Wireless Router
ผลทดสอบกับชิ้นงานจริง
โปรแกรมควบคุมผ่านการทดสอบที่สำนักงานของเราทั้งโหมด Auto และ Manual และเรานำตู้ไปติดตั้งที่โรงงานในปี 2563 ผลที่บันทึกไว้คือผลทดสอบโปรแกรมทั้ง 2 โหมด ส่วนตัวเลขจากการใช้งานต่อเนื่องที่หน้างานไม่มีบันทึกไว้
ที่มาของโจทย์
โจทย์นี้มาจากเครื่องบดขยะที่โรงงานใช้งานอยู่แล้ว ตู้ควบคุมใหม่ต้องติดตั้งเข้ากับมอเตอร์เดิมของเครื่องบด และใช้กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์เป็นสัญญาณบอกอาการขยะติด เราเริ่มงานนี้ในปี 2562
Overload และ Current Sensor คืออะไร
Overload คืออาการที่มอเตอร์รับภาระเกินกำลัง เช่น ใบบดถูกขยะขัดจนหมุนไม่ได้ มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าผิดไปจากปกติ Current Sensor คือเซนเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า ระบบนี้ใช้ค่ากระแสเป็นเงื่อนไขตรวจอาการติด
ข้อกำหนดและข้อจำกัด
ข้อกำหนดของงานนี้อยู่ในเอกสารความต้องการ (User Requirement) เอกสารระบุลำดับการทำงานของเครื่องบด การตั้งค่าระบบ และสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์ของระบบ
- ลำดับการทำงาน: เดินหน้าบด ตรวจขยะติดจากกระแส หยุด หมุนกลับ แล้วเดินหน้าบดต่อ
- จำกัดการวนแก้อาการติดไว้ 3 ครั้ง เมื่อครบแล้วมอเตอร์ต้องหยุดรอผู้ควบคุมกดปุ่ม Forward ที่ตู้
- หน้าตู้ต้องมีสวิตช์เลือกโหมด Manual/Off/Auto ปุ่มสั่งงาน ไฟแสดงสถานะ และปุ่มหยุดฉุกเฉิน (Emergency Stop)
- ตั้งค่าระบบจากระยะไกลผ่านเราเตอร์ไร้สาย (Wireless Router)
- สภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์ของระบบ: Python และฐานข้อมูล MySQL บนระบบปฏิบัติการ Ubuntu
- ตู้ต้องติดตั้งเข้ากับมอเตอร์ของเครื่องบดขยะที่โรงงานใช้อยู่
ทำไมใช้กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์ตัดสินว่าขยะติด
เราใช้กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์ เพราะอาการขยะติดทำให้มอเตอร์รับภาระเกินและดึงกระแสผิดไปจากปกติ ค่ากระแสจึงบอกอาการติดได้จากตัวมอเตอร์เอง เซนเซอร์วัดกระแสส่งค่าให้บอร์ด Arduino ATmega328 และตู้ใช้ค่านี้เป็นเงื่อนไขเริ่มลำดับหมุนกลับ
เราจำกัดการวนแก้ไว้ 3 ครั้ง เพื่อไม่ให้ตู้หมุนกลับซ้ำไปเรื่อยๆ เมื่ออาการติดเกินกว่าที่การหมุนกลับจะแก้ได้ เมื่อครบรอบ ผู้ควบคุมต้องเป็นผู้ตัดสินใจเดินเครื่องต่อ
- 1
กด Start ให้มอเตอร์หมุนเดินหน้า
ผู้ควบคุมกดปุ่ม Start ที่หน้าตู้ มอเตอร์หมุนในทิศเดินหน้า (Forward) เพื่อบดขยะ
- 2
เซนเซอร์วัดกระแสจับอาการขยะติด
เมื่อขยะติดจนบดไม่ได้ กระแสของมอเตอร์เปลี่ยนไปจากปกติ หน้าตู้แสดงไฟ Overload และตู้หยุดมอเตอร์
- 3
หมุนกลับเพื่อคลายขยะ
ตู้สั่งรีเลย์โซลิดสเตต (SSR) และแมกเนติกคอนแทกเตอร์ให้มอเตอร์หมุนกลับ (Reverse) เพื่อขยับขยะที่ติด แล้วหยุดอีกครั้งก่อนเปลี่ยนทิศ
- 4
เดินหน้าบดต่อ หรือหยุดรอผู้ควบคุม
มอเตอร์กลับมาหมุนเดินหน้าบดต่อ ถ้ายังติดซ้ำ ตู้วนลำดับเดิม เมื่อวนครบ 3 ครั้ง มอเตอร์หยุดรอจนผู้ควบคุมกดปุ่ม Forward ที่ตู้
- 5
หยุดฉุกเฉินและตั้งค่าจากระยะไกล
ผู้ควบคุมกดปุ่มหยุดฉุกเฉินได้ทุกเมื่อ ส่วนการตั้งค่าระบบทำผ่านการเชื่อมต่อระยะไกลทาง Wireless Router
สิ่งที่เราออกแบบและสร้าง
เราทำงานนี้ครบตั้งแต่วิเคราะห์ระบบจนถึงติดตั้งตู้เข้ากับมอเตอร์ของเครื่องบด งานแบ่งเป็นส่วนฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และเอกสาร ดังนี้
- ตู้ควบคุมมอเตอร์ Forward/Reverse สำหรับมอเตอร์ 30 แรงม้า พร้อมแบบตู้และงานไฟฟ้า
- ชุดตรวจกระแส: เซนเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า ต่อเข้าบอร์ด Arduino ATmega328
- ชุดสลับทิศมอเตอร์: รีเลย์โซลิดสเตต (SSR) และแมกเนติกคอนแทกเตอร์
- หน้าตู้: ปุ่ม Start Forward, Stop, Run Reverse สวิตช์เลือกโหมด Manual/Off/Auto ไฟแสดงสถานะ และปุ่มหยุดฉุกเฉิน
- โปรแกรมบอร์ดควบคุม และหน้าจอตั้งค่าที่เข้าถึงผ่าน Wireless Router
- การทดสอบระบบและเอกสารประกอบ
ตู้ควบคุมนี้ผ่านการทดสอบอะไรแล้วบ้าง
ตู้ควบคุมนี้ผ่านการทดสอบโปรแกรมที่สำนักงานของเราทั้งโหมด Auto และ Manual และเรานำตู้ไปติดตั้งที่โรงงานในปี 2563 ผลที่บันทึกไว้คือผลทดสอบโปรแกรมทั้ง 2 โหมด ตัวเลขจากการใช้งานต่อเนื่องที่หน้างานไม่มีบันทึกไว้ หน้านี้จึงไม่รายงานตัวเลขเหล่านั้น
งานนี้แสดงอะไร
งานนี้แสดงแนวทางออกแบบตู้ควบคุมมอเตอร์ที่จับอาการติดจากกระแส แล้วหมุนกลับคลายวัสดุตามลำดับและจำนวนครั้งที่ตกลง พร้อมโหมดสั่งงานด้วยมือและปุ่มหยุดฉุกเฉิน
สิ่งที่เราเรียนรู้
งานนี้ให้หลักการ 3 ข้อสำหรับงานตู้ควบคุมมอเตอร์ที่ต้องแก้อาการติดตามลำดับ
- ลำดับการทำงานและจำนวนครั้งที่ตู้แก้อาการติดเองได้ ต้องตกลงเป็นเอกสารก่อนเขียนโปรแกรม เมื่อครบจำนวนครั้ง ตู้ต้องหยุดรอให้คนตัดสินใจ ไม่วนแก้ต่อเอง
- ตำแหน่งติดตั้งตู้ต้องยืนยันก่อนผลิต และต้องปลอดภัยต่อการดูแลรักษา ในงานนี้พื้นที่ติดตั้งเปลี่ยนระหว่างโครงการ และบันทึกโครงการระบุว่าพื้นที่ติดตั้งไม่ปลอดภัยต่อการดูแลรักษา
- ขอบเขตงานเดินสายไฟและสายเครือข่าย (LAN) ฝั่งโรงงานต้องเขียนให้ชัดตั้งแต่เริ่มงาน ในงานนี้บันทึกโครงการระบุว่าขอบเขตการเดินสาย LAN ไม่ชัด
นำแนวทางนี้ไปใช้กับเครื่องบดหรือเครื่องย่อยของคุณได้อย่างไร
ถ้าเครื่องบดหรือเครื่องย่อยของคุณติดบ่อยและต้องสลับทิศมอเตอร์เพื่อคลายวัสดุ คุณใช้แนวทางเดียวกับเคสนี้ได้ คือวัดกระแสมอเตอร์เพื่อจับอาการติด แล้วให้ตู้ทำลำดับหยุด หมุนกลับ และเดินหน้า ตามจำนวนครั้งที่ตกลง ส่วนที่ต้องปรับขึ้นกับมอเตอร์ เครื่อง และพื้นที่ติดตั้งของคุณ
ส่วนที่ใช้ซ้ำได้ และส่วนที่ต้องปรับ
| ส่วนของระบบ | ใช้ซ้ำได้ | ต้องปรับเมื่อ |
|---|---|---|
| การตรวจอาการติด | การวัดกระแสมอเตอร์ด้วย Current Sensor | มอเตอร์ของคุณดึงกระแสต่างจากเครื่องในเคสนี้ ต้องกำหนดค่ากระแสที่ถือว่าผิดปกติใหม่จากข้อมูลป้ายพิกัด (Nameplate) และการทดสอบกับเครื่องจริง |
| ลำดับแก้อาการติด | ลำดับหยุด หมุนกลับ เดินหน้า และการหยุดรอผู้ควบคุมเมื่อครบรอบ | ต้องการเวลาหมุนกลับหรือจำนวนครั้งต่างจากเคสนี้ ต้องตกลงในเอกสารความต้องการใหม่ |
| ชุดสลับทิศมอเตอร์ | แนวทางใช้ SSR และแมกเนติกคอนแทกเตอร์สลับทิศ Forward/Reverse | มอเตอร์ไม่ใช่ขนาด 30 แรงม้า ต้องเลือกขนาดอุปกรณ์และออกแบบตู้ใหม่ |
| หน้าตู้ | สวิตช์ Manual/Off/Auto ปุ่มสั่งงาน ไฟแสดงสถานะ และปุ่มหยุดฉุกเฉิน | โรงงานกำหนดตำแหน่งปุ่มหรือข้อกำหนดความปลอดภัยของตัวเอง |
| การตั้งค่าระบบ | การตั้งค่าจากระยะไกลผ่าน Wireless Router | โรงงานไม่อนุญาตเครือข่ายไร้สายในพื้นที่ ต้องเลือกวิธีเชื่อมต่ออื่น |
- เตรียมข้อมูลมอเตอร์จากป้ายพิกัด และบันทึกอาการที่เกิดเมื่อเครื่องติด
- ตกลงลำดับการทำงาน เวลาหมุนกลับ และจำนวนครั้งที่ให้ตู้แก้เองก่อนหยุดรอคน เป็นเอกสาร
- ยืนยันตำแหน่งติดตั้งตู้และเส้นทางเดินสายไฟและสาย LAN ก่อนเริ่มผลิตตู้
- ระบุให้ชัดว่าใครเตรียมพื้นที่และเดินสายในส่วนของโรงงาน
เทคโนโลยีที่ใช้
คำถามที่พบบ่อย
ตู้ควบคุมรู้ได้อย่างไรว่าขยะติดในเครื่องบด
ตู้ใช้เซนเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า (Current Sensor) เฝ้ากระแสที่มอเตอร์ดึง เมื่อขยะติดจนบดไม่ได้ กระแสจะเปลี่ยนไปจากปกติ หน้าตู้แสดงไฟ Overload และตู้หยุดมอเตอร์ก่อนเริ่มลำดับหมุนกลับ
ถ้าหมุนกลับแล้วยังติดอยู่ ตู้ทำอย่างไร
ตู้วนลำดับหยุด หมุนกลับ และเดินหน้าซ้ำ เมื่อวนครบ 3 ครั้ง มอเตอร์หยุดรอจนผู้ควบคุมกดปุ่ม Forward ที่ตู้ ระหว่างนั้นผู้ควบคุมกดปุ่มหยุดฉุกเฉินได้ทุกเมื่อ
ยังสั่งเครื่องด้วยมือได้ไหม
ได้ หน้าตู้มีสวิตช์เลือกโหมด Manual/Off/Auto และโปรแกรมควบคุมผ่านการทดสอบทั้งโหมด Auto และ Manual
ต้องเตรียมอะไรจากฝั่งโรงงานบ้าง
เตรียมข้อมูลมอเตอร์จากป้ายพิกัด บันทึกอาการเมื่อเครื่องติด และตกลงลำดับการทำงาน เวลาหมุนกลับ และจำนวนครั้งที่ให้ตู้แก้เองเป็นเอกสาร จากนั้นยืนยันตำแหน่งติดตั้งตู้ที่ปลอดภัยต่อการดูแลรักษา และเส้นทางเดินสายไฟกับสาย LAN ในส่วนของโรงงาน
ใช้กับมอเตอร์หรือเครื่องย่อยขนาดอื่นได้ไหม และราคาเท่าไร
แนวทางเดียวกันใช้ได้ แต่ต้องออกแบบตู้ตามขนาดมอเตอร์ ลำดับการทำงานที่ต้องการ และสภาพพื้นที่ติดตั้งของคุณ เราสำรวจหน้างานก่อน แล้วจึงออกใบเสนอราคา
