Embed Size (px)
Citation preview
ช�อเร�องนวตกรรม โปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท� ควบคมดวยPLC ช�อผพฒนา ชนนทร พนาพรหม ตาแหนง ครผสอน วฒการศกษา ปรญญาตรครศาสตรอตสาหกรรมบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา-กาลง มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ สถานศกษาท�ตดตอ วทยาลยเทคโนโลยพายพและบรหารธรกจ เชยงใหม
E-mail [email protected]
ปท�ทาวจยเสรจ 2558
ประเภทงานวจย ประเภทวจยช�นเรยน
บทคดยอ
การวจยคร� งน� มวตถประสงคเพ�อ 1) สรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC 2) ศกษาประสทธภาพการนาส�อการสอนทางดานซอฟแวรคอมพวเตอรมาใชในการสอน โปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLCน�สามารถท�จะใชเปนส�อการสอนในวชา PLC เบ�องตนและในรายวชาทางดานระบบอตโนมตเบ�องตนไดเพราะสามารถสรางเง�อนไข Input/Outputใน PLC และนามาจาลองการทางานในโปรแกรมจาลอง 3 มตตามเง�อนไขท�เราไดสรางไวใน PLC ได จงเหมาะสาหรบใชเปนส�อการเรยนการสอนทางดานวชา PLC เปนอยางย�ง
1. ความเปนมาและความสาคญของปญหา อตสาหกรรมในประเทศไทยมการพฒนาทางเทคโนโลยระบบอตโนมตอยางตอเน�องเพ�อชวยอานวยความสะดวกเพ�มปรมาณการผลตและสรางความปลอดภยในการทางานใหแกพนกงานและการจดการเรยนการสอนวชาการควบคมทางไฟฟา วชา PLCและวชาอ�น ๆ ท�เก�ยวของกบระบบอตโนมตจงเปนหนาท�หลกของสถาบนอาชวศกษาเพ�อผลตบคลากรท�มความสามารถทางดานระบบอตโนมต ดงน�นผวจยไดทาการวจยการสรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLCเพ�อเปนส�อการเรยนการสอนใหแกนกเรยนนกศกษาและผท�สนใจไดศกษาการทางานของระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLCไดอยางถกตองและเหมาะสม
2. วตถประสงค
1. เพ�อสรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวยPLC 2. เพ�อใหนกศกษาฝกทกษะการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวยPLCอยางถกตองและเหมาะสม 3. เพ�อพฒนาโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวยPLC 3. ประโยชนท�คาดวาจะไดรบ 1. ประหยดงบประมาณสาหรบการจดซ�อวสด อปกรณ ท�เก�ยวกบการสรางชดระบบอตโนมต 2.สามารถนาชดโปรแกรม 3 มต มาจดเปนส�อการสอนได 3. ใชโปรแกรมจาลองระบบอตโนมต 3 มต กบ PLC ไดทกย�หอ 4. สรางความเขาใจและความปลอดภยในการเรยนการสอนดานระบบอตโนมตไดดย�งข�น 4. ขอบเขตในการวจย
การวจยในคร� งน� มงเนนท�จะพฒนาโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวยPLC ข�นมาเพ�อนามาเปนส�อการสอนทางดานวชา PLC วชาระบบอตโนมตเบ�องตน
4.1 ตวแปรตนท�จะนามาทดลอง 4.1.1.นกเรยนระดบช�นปวชช�นปท� 2 และ 3 สาขาชางไฟฟากาลง EP201 4.1.2. นกเรยนระดบช�นปวชช�นปท� 2 และ 3 สาขาชางยนต AU201 4.1.3. คณครแผนกชางไฟฟากาลง
4.2 ตวแปรตามของผลการทดลอง 4.2.1. ความพงพอใจในการทดลองใชงานโปรแกรม 4.2.2. ความถนดในการใชงานโปรแกรม 4.2.3. ความรท�ไดรบจากการทดลองใชงานโปรแกรม
เอกสาร และงานวจยท�เก�ยวของ
สาหรบการออกแบบและสรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC ใหเปนไปตามวตถประสงคท�ต�งไว ผวจยไดลาดบหวขอเอกสารท�เก�ยวของเพ�อการศกษาขอมลทางทฤษฎตาง ๆ ดงน� 2.1 การสรางวตถดวยโปรแกรม 3Ds Max 2.2 การสงออกไฟลของโปรแกรม 3Ds Max 2.3 โปรแกรม DarkBasicสาหรบการออกแบบการทางานระบบอตโนมต 2.4 โปรแกรมเมเบ�ลลอจกคอนโทรลเลอร(PLC) 2.5 โปรแกรม Visual Studioสาหรบการตดตอส�อสารกนระหวางPLCกบโปรแกรม 3 มต
2.1 การสรางวตถดวยโปรแกรม 3Ds Max (อนรกษ, 2549) 3Ds Max เปนโปรแกรมสาหรบออกแบบสรางภาพ 3D ท�มการทางาน Animation ความสามารถของโปรแกรมครอบคลมการทางาน Animation เกอบท�งหมด 3Ds Max จะเร�มการทางานจากการข�นรปโมเดลดวยกลมเคร�องมอ Rollout สรางรปทรงข�นมาแลวปรบปรงรปทรงดวยชดคาส�ง Object Categories ตอดวยการทา Animation จากกลมเคร�องมอ Reactor เปนเคร�องมอท�ชวยในการทาภาพเคล�อนไหวใหกบโมเดลและ Time Slider กาหนดชวงเวลาในการแสดงผลงานท�งหมดท�งหมดน� เปนข�นตอนโดยรวมของการทางาน 3Ds Max
ภาพท� 2-1 หนาตางการใชงานของโปรแกรม 3Ds Max
2.2 การสงออกไฟลของโปรแกรม 3Ds Max
ในการสงออกไฟลหรอท�เรยกวา Export File มวตถประสงคเพ�อแปลงไฟลจากนามสกล .maxท�มา
จากโปรแกรม 3Ds Max ใหเปนไฟลนามสกล . X เน�องจากไมสามารถท�จะนาไฟลนามสกล .maxไปใชกบ
โปรแกรม DarkBasic ท�จะกลาวในหวขอท� 2.3 ได สาหรบโปรแกรม DarkBasicสามารถท�จะอานไฟล
รปแบบท�เปน . X เทาน�นและสาหรบไฟล .X จะตองมการโหลด Plug In เขามาในโปรแกรม 3Ds Max กอน
ภาพท� 2-2 ตาแหนงการคลกเลอกเพ�อเปล�ยนนามสกลไฟล
งาน
2.3 โปรแกรม DarkBasic
โปรแกรมDarkbasic เปนโปรแกรมสาหรบสรางและออกแบบเกมโดยเฉพาะในรปแบบของแอนนเมช�น มการสรางเง�อนไขโดยใชภาษา Basic โมเดลแตละอยางจะถกออกแบบจากโปรแกรมสรางโมเดลสามมตกอนแลวทาการแปลงไฟลใหมนามสกลของไฟลในรปแบบ ( . X ) แลวทาการโหลดไฟลเขาไปในโ ป ร แ ก ร ม DarkBasicเ พ� อ ส ร า ง เ ง� อ น ไ ข ก า ร ท า ง า น ต อ ไ ป
จากภาพท� 2-3 คอหนาตางเร�มใชงานของโปรแกรม DarkBasicและสวนประกอบตางๆของโปรแกรม
ภาพท� 2-3 หนาตางเร�มตนใชงานและสวนประกอบของโปรแกรม DarkBasic
2.4 โปรแกรมเมเบCลลอจกคอนโทรลเลอร (PLC)(ปฏพทธ, 2554) PLC เปนอปกรณท�คดคนข�นมาเพ�อใชควบคมการทางานของเคร�องจกรหรอระบบตางๆแทน
วงจรรเลยแบบเกาซ� งวงจรรเลยมขอเสยคอการเดนสายและการเปล�ยนแปลงเง�อนไขในการควบคมมความ
ยงยากและเม�อใชงานไปนานๆหนาสมผสของรเลยจะเส�อมดงน�นปจจบน PLC จงเขามาทดแทนวงจรรเลย
เพราะ PLC ใชงานไดงายกวาสามารถตอเขากบอปกรณอนพต/เอาตพตไดโดยตรงหลงจากน�นเพยงแตเขยน
โปรแกรมควบคมกสามารถใชงานไดทนทถาตองการจะเปล�ยนเง�อนไขใหมสามารถทาไดโดยเปล�ยนแปลง
โปรแกรมเทาน�น
“พนทเขยนโปรแกรม”
“เมนบาร�”
ภาพท� 2-4 แสดงภาพของ PLC ชนดโมดล 2.5 โปรแกรมMicrosoft Visual Studio (ศภชย, 2553) โปรแกรม Microsoft Visual Studio คอชดพฒนาโปรแกรม (Integrated Development Environment) ประกอบดวยโปรแกรมหลาย ๆ ตวท�ใชในการสรางโปรแกรมสาเรจรปบนระบบปฏบตการวนโดวส หรอใชสรางเวบโปรแกรม สรางเวบบรการ จดการฐานขอมล และอ�น ๆ อกมากมาย โปรแกรมน�จะรวมเคร�องมอพฒนาตาง ๆ ท�ใชในการพฒนาโปรแกรม ต�งแตจอท�ใชพฒนาโปรแกรม (Development interface) เคร�องมอในการตรวจหาจดผดในโปรแกรม (Debugging tool) ตวชวยอตโนมตท�ใชในการเขยนโปรแกรม ( Wizard tool) ตวจดการฐานขอมล (Database management) และสวนประกอบอ�น ๆ ท�จาเปนในการพฒนาโปรแกรม
ภาพท� 2-5 หนาตางโปรแกรม Microsoft Visual Studio 2010
ขCนตอนการดาเนนการวจย
ในบทน�จะเสนอแนวทางในการดาเนนการวจย โดยจะเนนไปทางการออกแบบโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC และเคร�องมอท�ใชในการวจยหรอแบบทดสอบการใชงานรวมถงวธการในการวเคราะหขอมล
3.1 ออกแบบระบบอตโนมตจาลอง ระบบอตโนมตจาลองท�ไดทาการออกแบบไวจะมหลกการทางานตามผง (Flowchart) ดงภาพท� 3-2
ภาพท� 3-1 ผงการทางานของระบบอตโนมตจาลอง
ภาพท� 3-1 ( ตอ )
3.2 สรางระบบอตโนมตจาลอง
3.2.1 สรางระบบอตโนมตจาลองดวย โปรแกรม 3Ds Max
ภาพท� 3-2 หนาตางท�งหมดของโปรแกรม
3.3 สรางโปรแกรมและเง�อนไขการทางานของระบบอตโนมตจาลองในโปรแกรมDarkBasic
ภาพท� 3-3 เง�อนไขการสรางคา Check Display Mode
3.3.2 การสรางหนาตางโปรแกรมจาลอง 3 มต
ภาพท� 3-4 การกาหนดสของหนาตางโปรแกรมจาลอง
3.3.3 การโหลดอปกรณตางๆเขาไปในหนาโปรแกรมจาลอง 3 มต
ภาพท� 3-5 เง�อนไขการโหลดสายพานลาเลยงเขาสโปรแกรม
IF CHECK DISPLAY MODE ( Width, Height, Depth )=1 or
แม5ส ( แดง , เขยว , นาเงน )
สายพานลาเลยงชดท 1
สายพานลาเลยงชดท 2
ภาพท� 3-6 เง�อนไขในการโหลดกลองบรรจ
3.3.4 สรางการทางานในลปDo ในสวนน� เปนการสรางเง�อนไขการทางานใหกบระบบอปกรณตาง ๆ
ของระบบอตโนมตจาลองในโปรแกรมเพ�อท�ระบบอตโนมตจะไดทางานตามเง�อนไขท�เราตองการ
3.4 ออกแบบวงจรอนเตอรเฟสกนระหวางPLC กบชดรบสงขอมล ( DIO ) 3.4.1 การออกแบบทางไฟฟา
3.4.1.1 ออกแบบการสงขอมลของโปรแกรมจาลอง 3 มต สาหรบชดการสงขอมลจะใช Digital Output ขบวงจรรเลยเพ�อท�วงจรรเลยจะไดเปด ปดหนาสมผส NO NC เราจะใชหนาสมผสน� เปนตวตดตอระดบแรงดนใหกบ PLC เม�อไดรบสญญา Digital Output จาก Arduino เน�องจากวา PLC แตละย�หอหรอแตละรน จะใชแรงดนท�แตกตางกนในการ ส�งการทางานของ Input ให PLC หลกการออกแบบ ดงภาพท� 3-12 และภาพท� 3-13
ภาพท� 3-12 หลกการออกแบบการส�อสารกนระหวาง PLC กบ โปรแกรมจาลอง 3 มต
ไฟล�กล5องบรรจ
กDานกระบอกสบนวแมตกส�
24VDC
Arduino Board
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
GN
D5V
DC
Inpu
t
Out
put
PLC
X0
X1
X2
X3
X4
Xn
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Com
1N40
07
1N40
07
1N40
07
1N40
07
1N40
07
ULN 2803
0V
5VDC
COM
1 2 3 4 5 6 7 8
18 17 16 15 14 13 12 11 109
ภาพท� 3-13 วงจรการออกแบบของชดสงขอมล
ภาพท� 3-14วงจรการรบขอมลของโปรแกรม 3 มต
3.5 สรางเง�อนไขการตดตอกนระหวางPLC กบชดรบสงขอมล DIO
ในสวนน�จะใช Visual C# ในการสงขอมลใหกบบอรดคอนโทรลเลอร (Arduino) กอนแลวนาไฟลท�ไดจากการ Debug โปรแกรม ของ Visual C# ไปสรางเง�อนไขในโปรแกรม DarkBasicเพ�อใหโปรแกรม DarkBasicสามารถสงขอมลใหกบ PLC ไดโดยผานทาง Digital Output ของบอรดคอนโทรลเลอร
3.5.1 สรางเง�อนไขการสงขอมลจากVisual C# ไปหา Arduino
ภาพท� 3-15 ภาษา C# ใน Visual เพ�อใหสงคาตวอกษร (V)
ภาพท� 3-16 สถานะ High ท� Pin 2 เม�อไดรบคาตวอกษร (V)
3.6 สรางเคร�องมอสาหรบการทดสอบการใชงานโปรแกรม เคร�องมอวจย คอ แบบสอบถาม แบงออกเปน 3 ตอน ไดแก ตอนท� 1) ขอมลท�วไปของผตอบแบบสอบถาม ตอนท� 2) ความพงพอใจของการใชงานโปรแกรม 3 มตสาหรบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC
ประกาศ Input Output
Set ค5า SerialPort Com4
ใหDส5งค5าตวอกษร (V)
ตอนท� 3) ความคดเหน/ขอเสนอแนะ 3.6 สรางการวเคราะหผล
โดยทาการรวมผลคะแนนท�แตละขอไดรบเปนคะแนนน�าหนกรวม โดยคะแนนน�าหนกรวมย�งสงจะหมายถงลาดบความสาคญของขอน�นๆ ดงตวอยางในตารางท�3-1ตอไปน� โดย
น�าหนกเฉล�ย =
ผลการวจย ผลท�ไดจากการดาเนนงานวจยโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�
ควบคมดวย PLC ซ� งสามารถสรปไดดงตอไปน�
4.1 ผลการสรางระบบอตโนมตจาลอง ผลการสรางระบบอตโนมตจาลองดวยโปรแกรม 3Ds Max มอปกรณตาง ๆ ท�เก�ยวของกบระบบอตโนมตท�งหมดคอ สายพานลาเลยงแบบลกกล�ง เซนเซอรท�มฐานยดตางระดบกนเพ�อใหมการตรวจจบขนาดกลองบรรจท�มขนาดตางกน กระบอกสบสาหรบการแยกกลองบรรจ ปายกากบอปกรณ กลองบรรจ พ�นหอง และผนงสาหรบการกาหนดพ�นท�ของตวโปรแกรมโดยอปกรณตาง ๆ จะตองถกโหลดเขามาในโปรแกรมท�งหมดและมการวางตาแหนงใหเหมาะสมและสรางเง�อนไขการทางานดวยโปรแกรม Darkbasic
ภาพท� 4-1 โปรแกรมท�เสรจสมบรณ
นาหนกรวม
จานวนผ�ตอบ
ภาพท� 4-10 ภาพรวมของการทดสอบโปรแกรม 3 มต กบ PLC
4.4 ผลการทดลองใชโปรแกรมของ นกศกษา EP-301และAU-301
จากแบบประเมนสาหรบประเมนความพงพอใจของนกศกษา EP-201 และ AU-201 ไดทาการสมสารวจแจกแบบประเมนใหกบนกศกษานกศกษา EP-201 และ AU-201 ไดผลตอบกลบท�งหมดเปนจานวน 20ชด โดยสามารถสรปผลไดโดยยอในแตละสวนของการประเมนไดดงน�
4.1.1 ผลการวเคราะหขอมลท�วไปของผตอบแบบประเมน
ตารางท� 4.1 แสดงผลวเคราะหกลมตวอยาง จาแนกตามเพศกบชCนป
ตวแปร (ชCนป) ชาย หญง รวม
จานวน รอยละ จานวน รอยละ จานวน รอยละ
EP-201 15 95 2 10 15 95 AU-201 5 5 - - 5 5
รวม 48 96 2 4 20 100
จากตารางท� 4.1 ในภาพรวมพบวา กลมตวอยางสวนใหญเปนเพศชาย (รอยละ 96 : 4) ในกลมตวอยางมนกศกษาEP201 จานวน (รอยละ 95) และนกศกษาAU201 จานวน (รอยละ5)
ตารางท� 4.2ผลการวเคราะหตวแปรความพงพอใจในการทดลองใชงานโปรแกรม
ขอ ความพงพอใจ EP-201 AU-301 รวม
จานวน รอยละ จานวน รอยละ จานวน รอยละ
1. สะดวกในการใชงาน 12 60 4 20 16 80 2. สสนและความสวยงาม 13 65 5 25 18 90 3. การคลกเลอกตาแหนง 14 70 5 25 19 95 4. การทางานของระบบ 13 65 4 20 24 85 5. การเช�อมตอกบPLC 16 80 3 15 19 95
รวม 68 340 21 105 96 445
สรปผล อภปรายผลและขอเสนอแนะ
5.1 สรปผล
การสรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC เปนส�อการเรยนท�ผเรยนสามารถนาไปประกอบการเรยนวชา โปรแกรมเมเบ�ลลอจกคอนโทรลเลอรได นอกจากน�โปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC ยงมการตอใชงาน Input Output ของ PLC เขากบอปกรณรบสงขอมลระหวาง โปรแกรม 3 มต กบ PLC ทาใหผเรยนมทกษะการตอใชงาน PLC เพ�มข�นดวย โครงงานการสรางโปรแกรม 3 มต สาหรบทดสอบการเรยนรระบบอตโนมตเบ�องตนท�ควบคมดวย PLC สามารถแบงโครงสรางออกเปน สามสวนใหญ ๆ ดวยกน คอ โปรแกรมเมเบ�ลลอจกคอนโทรลเลอร (PLC) โปรแกรม 3 มต และชดรบสงขอมลระหวาง PLC กบโปรแกรม 3 มตในสวน PLC จะใชย�หอ Mitsubishi Fx1s-10MT ในการทดสอบการทางานและโปรแกรม 3 มตเปนโปรแกรมท�ออกแบบการทางานของสายพานลาเลยงและการคดแยกวตถดวยเซนเซอรท�มการวางระดบตางกนสาหรบโปรแกรม 3 มต จะใชโปรแกรม 3Ds Max ในการข�นรปอปกรณตาง ๆ และใชโปรแกรม DarkBasicในการสรางเง�อนไขการทางานใหการโปรแกรมและโครงสรางสดทายคอ ชดรบสงขอมลระหวาง PLC กบโปรแกรม 3 มต ในสวนน�จะใชบอรด Arduinoกบ โปรแกรม Visual C# เปนตวสงขอมล
5.2 ปญหาและแนวทางแกไข 5.2.1 เซนเซอรในโปรแกรมจาลอง 3 มตไมมการตรวจจบแบบตอเน�อง จงไดทาการแกไขโดยการสราง
เง�อนไข การ Execute File เพ�มเตมในโปรแกรม Darkbasic
5.2.2 C#ท�สรางเง�อนไขใหรบรกบ บอรด Arduino มการ Set คา Comportไวตามคอมพวเตอรท�สรางไว ดงน�นเม�อนาโปรแกรมไปเปดเคร�องอ�น ท�ม Comport ไมตรงกน โปรแกรม 3 มตจะไมสามารถสงขอมลออกไปได แกไขโดยเพ�มการ Set คา Comport ตามจานวน Comport ท�ใชงานกนตามปจจบนใน C# เพ�อท�จะสามารถนาโปรแกรมจาลอง 3 มต เปดใชงานกบคอมพวเตอรเคร�องอ�นๆได
5.2.3 ระหวางโปรแกรมจาลอง 3 มต กบ PLC จะเกดการหนวงการทางานข�นทาใหมการทางานไมตรงกนในชวงเวลาท�คอมพวเตอรมการใชงานพ�นท�ของ CPU เยอะจงทาการแกไขโดยใชคอมพวเตอรท�มการดจอแยกเพ�อเพ�มพ�นท�การใชงานใหกบโปรแกรมจาลอง 3 มต
บรรณานกรม
ETT. เรยนร เขาใจ ใชงาน ไมโครคอนโทรลเลอรตระกล AVR ดวย Adruino. กรงเทพมหานคร, 2554. ศภชย สมพานช. คมอเรยนและใชงาน Visual Basic ครอบคลมเวอรชน 2010/2012 SiT (สวสด ไอท) ปยะบตรสทธดารา. 3ds Max 2010 new basic. นนทบร : ไอดซ พรเมยร, 2554 ปฏพทธ หงสสวรรณ. เรยนรการใชงาน PLC ฉบบสมบรณ Info press. กรงเทพมหานคร, 2554 ธรวฒน ประกอบผล. คมอการเขยนแอพพลเคชนดวย Visual Basic 2010. กรงเทพ ซมพลาย, 2554
