การออกแบบเครื่องฉีดล้างโรงเรือนสุกร

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงาน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

มาดูกัน… โปรเจคเครื่องล้างโรงเรือนสุกร(Pig Farm Washing) มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา

https://fb.watch/6fV4ixDC3e/

การออกแบบเครื่องฉีดล้างโรงเรือนสุกร

Design of pig farm washing machine

โดย

นาย ภานุพงษ์ เขียวหวาน

นาย ภานุพงษ์ เขียวหวาน เลขประจำตัว 5930301492

นาย ศักดินา สมัครการ เลขประจำตัว 5930301620

นาย ศิวกร สรรพวุธ เลขประจำตัว 5930301646

โครงงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต

สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

อาจารย์ทีปรึกษา อาจารย์ ผศ.ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ อนุมัติให้โครงงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของ การศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต

………………………………………………………….. อาจารย์ที่ปรึกษา

(อาจารย์ ผศ.ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา)

ชื่อโครงงาน การออกแบบเครื่องฉีดล้างโรงเรือนสุกร

โดย นาย ภานุพงษ์ เขียวหวาน เลขประจำตัว 5930301492

นาย ศักดินา สมัครการ เลขประจำตัว 5930301620

นาย ศิวกร สรรพวุธ เลขประจำตัว 5930301646

ชื่อปริญญา วิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต

สาขาวิชา วิศวกรรมเครื่องกล

ปีการศึกษา 2562

อาจารย์ทีปรึกษา อาจารย์ ผศ.ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์หลัก เพื่อออกแบบเครื่องฉีดล้างโรงเรือนสุกร เป็นการออกแบบ เครื่องฉีดล้างทำความสะอาดแทนมนุษย์ เพื่อลดเวลาในการปฏิบัติงาน ซึ่งต้องออกแบบวงจรควบคุม มอเตอร์ส่งกำลังเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนและออกแบบวงจรควบคุมมอเตอร์กลไกกระดกหัวฉีดน้ำ ออกแบบวงจรควบคุมรีเลย์เพื่อใช้ในการสั่งงานเปิด–ปิด โซลินอยด์วาล์ว ออกแบบกลไกที่ใช้ในการ กระดกหัวฉีดน้ำเพื่อเปลี่ยนองศาในการฉีดน้ำจากมุม 0 ถึง 90 องศา โดยออกแบบเครื่องฉีดเพื่อเพิ่ม ประสิทธิภาพในการทำความสะอาดอีกทั้งยังสามารถลดความเสี่ยงของบุคลากรที่เข้าไปทำความ สะอาดรวมถึงเชื้อโรคต่าง ๆ ที่จะเข้าไปสู่โรงเรือนสุกร โดยเครื่องฉีดสามารถขับเคลื่อนได้ 2 ทิศทาง จะเคลื่อนที่ไปตามแนวทางเดินตรงกลางของโรงเรือนสุกรและจะทำการฉีดน้ำเพื่อล้างทำความสะอาด ภายในคอกของสุกรในแต่ละคอก โดยที่ผู้ใช้จะสามารถจัดการ ฮาร์ดแวร์ได้อย่างง่ายดายอาทิ เช่น การรับอินพุต การส่งเอาท์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อให้เครื่องฉีด ฉีดน้ำอัตโนมัติ และเคลื่อนที่ ไปยังตำแหน่งที่ต้องการและทำความสะอาด โดยในการเคลื่อนที่แต่ละช่วงจะถูกกำหนดระยะทางไว้ ให้เคลื่อนที่ไว้ที่ 10 เซนติเมตร ซึ่งเครื่องฉีดอัตโนมัติจะทำงานตามที่ได้โปรแกรมเอาไว้ จากผลการ ทดลองพบว่า เครื่องฉีดน้ำทำความสะอาดโรงเรือนสุกรสามารถทำงานได้ตามที่ได้ที่เขียนกำหนดลงไว้ บนโปรแกรม โดยสามารถเคลื่อนที่ได้ตามระยะทางที่กำหนดไว้แต่มีความคลาดเคลื่อนของระยะทาง เพียงเล็กน้อย และในส่วนของปั๊มน้ำทั้งสองข้างสามารถดูดน้ำเข้าและส่งน้ำออกไปยังในส่วนของหัวฉีด ได้ แต่พบปัญหาว่าอุปกรณ์ได้เกิดการชำรุดหรือเกิดการรั่วของตัวโซลินอยด์วาล์วและสายฉีดไฮดรอ– ลิคซึ่งอาจแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนวัสดุอุปกรณ์ให้มีคุณภาพและความสามารถในการทำงานที่ดีขึ้น

Title Design of pig farm washing machine

Name Mr.Panupong Keawwan 5930301492

Mr.Sakdina Samakkan 5930301620

Mr.Siwakorn Suppavut 5930301646

Degree Award Bachelor of Engineering

Study Program Mechanical Engineering

Academic Year 2562

Project Advisor Dr.Kittipong Yaovaja

Abstract

The main reason of project is design the Pig Farm Washing Machine .This project created for reduce operator of cleaning and reduce time .We have to design operation of tranmission motor ,stepping motor and dc motor which to work with mechanism to control nozzle. Design operation of relay to on-off nozzle .Design mechanism to change degree of nozzle from 0 degree to 90 degree .To enhance efficiency of cleaning and to reduce the risk from disease in this dome. The Pig Farm Washing Machine can drive 2 directions ,move forward and backward .The Pig Farm Washing Machine will move along in center corridor of dome .We can control it with remote for check all system of Pig Farm Washing Machine .Whether moving , on-off solenoid and change degree of nozzle .The moving range will be determine about 10 centimeter .The Pig Farm Washing Machine will work as specified in the LabVIEW program .When we finished experiment .Our Project can do as I controled . But it has an few error of distance .And pump can make a pressure to nozzle for cleaning .But we met the problem form solenoid and high pressure line hose.

สารบัญ

บทนำ .

ที่มาและความสำคัญ .

วัตถุประสงค์

ขอบเขตของโครงงาน

ผลที่คาดว่าจะได้รับ

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

โปรแกรม LabVIEW

ส่วนประกอบต่าง ๆ ของ LabVIEW

คำศัพท์ต่างๆที่ใช้กันใน LabVIEW

ประเภทของข้อมูล

หลักการทำงานของ Dataflow Programming

ภาพรวมของระบบ DAQ บน PC

Micro USB–DAQ Acquisition

มอเตอร์กระแสตรง

หลักการทำงานของมอเตอร์

คุณสมบัติทั่วไป

เอ็นโค้ดเดอร์

เอ็นโค้ดเดอร์

ประเภทของเอ็นโค้ดเดอร์

วิธีการเลือก encoder ให้เหมาะสม

โซลินอยล์วาล์ว

ปั๊มน้ำแรงดันสูงแบบลูกสูบและเป็นระบบมอเตอร์เหนี่ยวนำ

ปั๊มน้ำแรงดันสูงแบบลูกสูบ

ระบบมอเตอร์เหนี่ยวนำ

โซ่ส่งกำลัง

ชนิดของโซ่

เฟือง

เฟืองตรง (Spur Gears)

เฟืองสะพาน (Rack Gears)

เฟืองวงแหวน (Internal Gears)

เฟืองเฉียง (Helical Gears)

เฟืองเฉียงก้างปลา (Herringbone Gears)

เฟืองดอกจอก (Bevel Gears)

เฟืองตัวหนอน (Worm Gears)

เฟืองเกลียวสกรู (Spiral Gears)

Switching Power Supply

ความเป็นมาของ Power Supply

หลักการทำงาน Switching Power Supply

ประเภทของ Switching Power Supply

มอเตอร์สเต็ป

หลักการทำงานของ Stepping Motor

วิธีการเลือก Stepping Motor

รีเลย์

General Relay

Timer Relay

Solid State

Protection Relay

อุปกรณ์และวิธีการ

ขั้นตอนการออกแบบ

ขั้นตอนการลงมือปฏิบัติ

ขั้นตอนการเขียนโปรแกรม

ผลการทดลอง

ขั้นตอนการทำงานของกระบวนการ

ผลการทดลอง

ตัวอย่างผลการทดลอง

ปัญหาที่พบในการทดลองนี้

สรุปผลการทดลอง

สรุป

ข้อเสนอแนะ

เอกสารอ้างอิง

ภาคผนวก

โครงสร้างของเครื่อง

ภาคผนวก ข.

ภาพรวมของโปรแกรม

โปรแกรมของมอเตอร์ 500 วัตต์

โปรแกรมของมอเตอร์ 65 วัตต์

โปรแกรมของสเต็ปมอเตอร์

โปรแกรมของรีโมทบังคับ

โปรแกรมของระบบการทำงาน

สารบัญรูปภาพ

Figure 1 แสดงตัวอย่างเครื่องมือวัดเสมือนที่สร้างจาก LabVIEW

Figure 2 แสดงหน้าจอการเขียนโปรแกรมและหน้าจอแสดงผล

Figure 3 แสดง Block Diagram ของ LabVIEW

Figure 4 Block Diagram เครื่องมือวัดที่สร้างจาก LabVIEW

Figure 5 Front Panel ของ LabVIEW

Figure 6 Object ที่อยู่บน Front Panel ของ LabVIEW

Figure 7 Controls Palette ที่ใช้ในการออกแบบ Front Panel

Figure 8 Tools Palette ที่ใช้ในการออกแบบ Front Panel

Figure 9 ตัวอย่าง Block Diagram

Figure 10 ตัวอย่าง Block Diagram Node

Figure 11 เครื่องมือสำหรับ Dam–Data Acquisition Tools Palette สำหรับ Block diagram

Figure 12 แสดงลักษณะทั่วไปของ Icon และ Connector

Figure 13 ส่วนประกอบของระบบ DAQ

Figure 14 Grounded Source

Figure 15 Floating Source

Figure 16 วงจร Micro USB-Data Acquisition Card

Figure 17 ภาพเอ็นโค้ดเดอร์

Figure 18 ภาพแสดงสัญญาณพัลส์ที่เกิดจาก Incremental Rotary Encoder

Figure 19 ภาพแสดงสัญญาณเอาท์พุตแบบรหัส Binary จำนวน 4 บิต ของ Absolute Encoder

Figure 20 ภาพแสดงสัญญาณเอาท์พุตแบบรหัส Gray จำนวน 4 บิต ของ Absolute Encoder

Figure 21 ภาพการทำงานเบื้องต้นของโซลินอยด์วาล์ว

Figure 22 ระบบเปิดปิดโดยตรง (Direct Acting หรือ Direct Operated)

Figure 23 ภาพระบบเปิดปิดทางอ้อม (Indirect Acting หรือ Pilot Operated)

Figure 24 ภาพระบบลูกผสม (Combined Acting หรือ Combine Operated)

Figure 25 ภาพเครื่องฉีดแรงดันสูงระบบปั๊มลูกสูบ

Figure 26 ภาพมอเตอร์เหนี่ยวนำ

Figure 27 ภาพแสดงโซ่ลูกกลิ้งแบบชุดหลายเส้น

Figure 28 ภาพแสดงโซ่โบลต์

Figure 29 ภาพแสดงโซ่ฟันขณะจับลงในล้อโซ่

Figure 30 ภาพเฟืองตรง (Spur Gears)

Figure 31 เฟืองสะพาน (Rack Gears)

Figure 32 ภาพเฟืองวงแหวน (Internal Gears)

Figure 33 ภาพเฟืองเฉียง (Helical Gears)

Figure 34 ภาพเฟืองเฉียงก้างปลา (Herringbone Gears)

Figure 35 ภาพเฟืองดอกจอก (Bevel Gears)

Figure 36 ภาพเฟืองตัวหนอน (Worm Gears)

Figure 37 ภาพเฟืองเกลียวสกรู (Spiral Gears)

Figure 38 ภาพแสดงลักษณะภายนอกแหล่งจ่ายไฟแบบลิเนียร์ (ซ้ายมือ) กับสวิตชิ่ง (ขวามือ)

Figure 39 ภาพแผนผัง Switching Power Supply

Figure 40 ภาพ Switching Power Supply แบบมีฝาครอบ

Figure 41 ภาพ Switching Power Supply แบบเปลือย

Figure 42 ภาพ Switching Power Supply ติดตั้งแบบ Din-Rail

Figure 43 ภาพ Switching Power Supply แบบ Adapter

Figure 44 ภาพมอเตอร์สเต็ปหลาย ๆ รูปแบบ

Figure 45 ภาพโครงสร้าง Stepping Motor

Figure 46 ภาพแผนผังการทำงานของ Stepping Motor

Figure 47 ภาพแสดงรายละเอียดของ Stepping Motor

Figure 48 ภาพแสดงรายละเอียดของ Stepping Motor

Figure 49 ภาพ General Relay

Figure 50 ภาพ Timer Relay

Figure 51 ภาพ Solid State Relay

Figure 52 ภาพ Protection Relay

Figure 53 ภาพการออกแบบผ่านโปรแกรม Solidworks

Figure 54 ภาพการแสดงตำแหน่งที่คิดว่ารับภาระมากที่สุด

Figure 55 ภาพโครงสร้างจากเหล็กกล่อง 1×1 นิ้ว หนา 1.2 mm ในรูปทรงลูกบาศก์

Figure 56 ภาพโครงสร้างยึดล้อกันชนจากเหล็กกล่อง 1×1 นิ้ว หนา 1.2 mm

Figure 57 ภาพเสากลางและฐานวางสตรัทจากเหล็กกล่อง 2×2 นิ้ว หนา 2 mm

Figure 58 ภาพเสากลางและฐานวางมอเตอร์ด้านบนจากจากเหล็กกล่อง 2×2 นิ้ว หนา 2 mm

Figure 59 ภาพเหล็กแบนหน้ากว้าง 50.8 mm หนา 4.7 mm มาประกอบเข้าโครงสร้าง

Figure 60 ภาพรูสลอตและรูน๊อตสำหรับยึดตุ๊กตาลูกปืน 204 ที่ทำจากเหล็กแบนหน้ากว้าง 50.8 mm หนา 4.7 mm

Figure 61 ภาพเหล็กแบนที่ถูกเจาะรูเพื่อใช้ยึกตุ๊กตาลูกปืน 204

Figure 62 ภาพตุ๊กตาลูกปืนเบอร์ 204

Figure 63 ภาพเศษเหล็กมาเจาะรูมาสร้างเป็นฐานยึดมอเตอร์

Figure 64 ภาพเพลาหน้าเชื่อมเข้ากับเหล็กแบน

Figure 65 ภาพการออกแบบผ่านโปรแกรม Solidworks

Figure 66 ภาพขั้นตอนการปริ้น 3D

Figure 67 ภาพชิ้นงานจริง

Figure 68 ภาพโรลใช้ม้วนเก็บสายไฟ

Figure 69 ภาพเฟืองโซ่ขนาด 9 ฟัน

Figure 70 ภาพสเตอร์ขนาด 46 ฟันที่ประกอบเข้ากับแกนเรียบร้อยแล้ว

Figure 71 ภาพฐานยึดที่ทำจากเหล็กแบนเชื่อมกับตัวหัวด้านบน

Figure 72 สเตอร์ขนาด 15 ฟันที่สวมเข้ากับแกนมอเตอร์แล้ว พร้อมใส่โซ่เบอร์ 420

Figure 73 ภาพแท่นยึดมอเตอร์ (ด้านหลัง)

Figure 74 ภาพแขนทั้งสองข้าง พร้อมยึดตุ๊กตาลูกปืนที่ปลายแขน

Figure 75 ภาพแขนกลไกการกระดกหัวฉีดน้ำ

Figure 76 ภาพแท่งสวมที่ทำจากเหล็กฉาก

Figure 77 ภาพแสดงการประกอบแขนทั้งสองข้างเข้ากับแท่งสวม

Figure 78 ภาพตัวยึด encoder

Figure 79 ภาพหลังจากการขัดกระดาษทราย

Figure 80 ภาพการพ่นสี

Figure 81 ภาพอุปกรณ์อื่น ๆ ที่นำมาพ่นด้วย

Figure 82 ภาพหลังจากการประกอบสำเร็จแล้ว

Figure 83 ภาพฐานปั๊มน้ำและแผ่นอลูมิเนียมกั้นห้อง

Figure 84 ภาพขายึดเอนโค้ตเดอร์ที่ใช้กับมอเตอร์ขับเคลื่อน

Figure 85 ภาพท่อน้ำเข้า,โซลินอยล์วาล์วและสายทนแรงดัน

Figure 86 ภาพโคฟเวอร์ที่ทำจากอะครีลิค

Figure 87 ภาพโคฟเวอร์ด้านบน

Figure 88 ภาพการจัดวางตำแหน่งอุปกรณ์ต่างๆ โดยใช้โปรแกรม Solidworks

Figure 89 ภาพการเขียนแผนผังสายไฟ โดยใช้โปรแกรม Autocad

Figure 90 ภาพการเขียนแผนผังสายสัญญาณ โดยใช้โปรแกรม Autocad

Figure 91 ภาพระหว่างการลงมือวางอุปกรณ์

Figure 92 ภาพแผลงอุปกรณ์นำเข้าไปติดตั้งในเครื่องฉีดล้างโรงเรือนสุกร

Figure 93 ภาพโปรแกรม LabVIEW 2017 myRIO

Figure 94 ภาพหน้าหลังจากกดเลือก Project

Figure 95 ภาพหลังจากกดเลือก myRIO Project

Figure 96 ภาพการเชื่อมต่อตัวควบคุม myRIO

Figure 97 ภาพการสร้าง New VI

Figure 98 ภาพหน้า Panel กับ Block Diagram

Figure 99 ภาพคำสั่งต่างๆที่เขียนใส่ลงบน Block Diagram

Figure 100 ภาพของคำสั่งในการทำงานของแต่ละอุปกรณ์

Figure 101 ภาพคำสั่งของ มอเตอร์ 500 W

Figure 102 ภาพคำสั่งการเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์

Figure 103 ภาพคำสั่งของมอเตอร์ 65 W และสวิตช์ ปิด–เปิด การทำงานของ Soleniod

Figure 104 ภาพการควบคุม Stepping Motor

Figure 105 ภาพการควบคุม Joy stick

Figure 106 ภาพของโหมด Auto และ Manual

Figure 107 ภาพหน้าการทำงานของ Delay

Figure 108 การทำงานของหน้า Forward และ Check FWD distance

Figure 109 ภาพการเปิดน้ำ

Figure 110 ภาพ Case ของการ Check

Figure 111 ภาพการปิดน้ำ

Figure 112 ภาพคำสั่งของ Joy stick

Figure 113 ภาพการเตรียมตัวก่อนการทดลอง

Figure 114 ภาพการวัดระยะจากจุด Stand by

Figure 115 ภาพการวัดระยะความไกลที่หัวฉีดน้ำ

Figure 116 ภาพซีลโอริงที่ปลิ้นออกมาจากโซลินอยด์ทำให้เกิดการรั่วปิดน้ำไม่ได้

Figure 117 ภาพการรั่วที่สายทนแรงดัน

อุปกรณ์และวิธีการ
ในบทนี้เป็นการกล่าวถึงอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำหุ่นยนต์ทำความสะอาดโรงเรือนสุกร โดยมีการออกแบบมาจากปัญหาของเกษตรกรผู้เป็นผู้ประกอบการ อีกทั้งจะกล่าวถึงขั้นตอนการออกแบบและการลงมือปฏิบัติ ซึ่งอุปกรณ์ในการทำงานประกอบด้วย ดังนี้

1. เหล็กกล่อง 1×1 นิ้ว หนา 1.2 mm
2. เหล็กกล่อง 2×2 นิ้ว หนา 2 mm
3. เหล็กเพลาขาว ∅ = 20 mm
4. ลูกปืนเบอร์ 204
5. เหล็กแบนหน้ากว้าง 50.8 mm หนา 4.7 mm
6. ล้อพร้อมยางในขนาด 8 นิ้ว
7. สตรัทเกลียว ∅ = 12.7 mm
8. มอเตอร์ขนาด 500 w 24 VDC
9. มอเตอร์ขนาด 65 w 12 VDC
10. มอเตอร์สเต็ป 12 VDC
11. เอ็นโค้ดเดอร์ 2 ตัว
12. สวิตซ์ชิ่งแปลงไฟ 220 VAC to 24 VDC 20 A จำนวน 2 ตัว
13. สวิตซ์ชิ่งแปลงไฟ 220 VAC to 12 VDC 10 A จำนวน 1 ตัว
14. สวิตซ์ชิ่งแปลงไฟ 220 VAC to 5 VDC จำนวน 1 ตัว
15. รีเลย์แบบ Solid State
16. สายไฟ VCT ขนาดทองแดง 2.5 sqm ความยาว 10 m
17. สายไฟ THW ขนาดทองแดง 1 sqm ความยาว 10 m
18. สายสัญญาณสำหรับต่อเข้า Myrio
19. ตัวควบคุม Myrio พร้อมอแดปเตอร์จ่ายไฟ 1 ชุด
20. บอร์ดควบคุมการทำงานมอเตอร์ DC จำนวน 2 ชุด
21. บอร์ดควบคุมการทำงานมอเตอร์สเต็ป จำนวน 1 ชุด
22. เบรคเกอร์สวิตซ์ 1 ชุด
23. น๊อต M10 (Bolt and Nut)
    52
24. เฟืองเบอร์
25. เฟืองโซ่ 9 ฟันและ 36 ฟัน
26. โซ่เบอร์ 25
27. สเตอร์ 15 ฟัน และ 46 ฟัน
28. โซ่เบอร์ 420
29. โรลม้วนสายไฟ
30. ปั๊มน้ำแรงดันสูงขนาด 4 hp จำนวน 2 ตัว
31. แผ่นอะครีลิค
32. อุปกรณ์อื่น ๆ (อุปกรณ์ที่ได้จากการปริ้น 3D,เศษเหล็กเหลือ ๆ ภายใน Workshop)

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​ ม.เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา