KNOWLEDGE HUB · เกร็ดความรู้

Automation Knowledge

รวมความรู้พื้นฐานงานระบบควบคุมอัตโนมัติจากทีมวิศวกร AUTOMAX สำหรับผู้เริ่มต้นและผู้ดูแลระบบในโรงงาน

การต่อ MODBUS 01 / KNOWLEDGE

MODBUS คือโปรโตคอลสื่อสารมาตรฐานที่ใช้แพร่หลายที่สุดในงานอุตสาหกรรม สำหรับเชื่อมต่อ PLC, Power Meter, Inverter และเซนเซอร์เข้าด้วยกัน แบ่งเป็น 2 แบบหลัก

MODBUS RTU (RS-485)

ต่อผ่านสายคู่บิด (A+/B−) แบบ Daisy Chain ต่ออุปกรณ์ได้สูงสุด 32 ตัวต่อสาย ระยะไกลถึง 1,200 ม. ต้องใส่ตัวต้านทาน 120Ω ที่ปลายสายทั้งสองด้าน และตั้ง Baud Rate / Slave ID ให้ตรงกันทุกตัว

MODBUS TCP/IP

ต่อผ่านสาย LAN / Switch ใช้ IP Address แทน Slave ID ความเร็วสูงกว่า เดินร่วมกับเครือข่ายโรงงานได้ เหมาะกับระบบ SCADA ที่มีอุปกรณ์จำนวนมาก

›ใช้สาย Shielded Twisted Pair และต่อ Shield ลงกราวด์ด้านเดียว

›หลีกเลี่ยงการเดินสายขนานกับสายไฟกำลังสูง

›ห้ามต่อแบบ Star / แตกกิ่ง — ให้เรียงเป็นเส้นเดียว

›ตรวจ Register Map ของอุปกรณ์ก่อนตั้งค่าอ่านข้อมูล

MODBUS POLLING VIA NODE-RED

MODBUS RTU · DAISY CHAIN (RS-485)

ต่อเรียงเป็นเส้นเดียว (Daisy Chain) ห้ามแตกกิ่ง · ใส่ 120Ω ที่ปลายทั้งสองด้าน · Slave ID ห้ามซ้ำ

MODBUS TCP/IP · STAR (ETHERNET)

ต่อแบบ Star ผ่าน Switch · ระบุด้วย IP Address (Port 502) · ขยายจำนวนอุปกรณ์ได้ง่าย

MODBUS REGISTER MAP · ตารางพื้นที่ข้อมูล

DATA TYPE

ADDRESS

FUNCTION CODE

R/W

ตัวอย่างการใช้งาน

Coil

00001–09999

01 · 05 · 15

R/W

สั่ง ON/OFF มอเตอร์, รีเลย์

Discrete Input

10001–19999

สถานะสวิตช์, เซนเซอร์ ON/OFF

Input Register

30001–39999

ค่าวัด เช่น แรงดัน กระแส อุณหภูมิ

Holding Register

40001–49999

03 · 06 · 16

R/W

Setpoint, ค่าตั้งความเร็ว Inverter

โครงสร้าง PACKAGE ข้อมูล · MBAP HEADER (MODBUS TCP)

MBAP (Modbus Application Protocol) คือส่วนหัว 7 byte ที่ครอบ PDU เมื่อส่งผ่าน TCP/IP — Transaction ID ใช้จับคู่คำสั่งกับคำตอบ ส่วน Unit ID ใช้ระบุ Slave ปลายทางเมื่อผ่าน Gateway ไปยังสาย RS-485

การต่อ LoRaWAN 02 / KNOWLEDGE

SENSOR DATA DASHBOARD

LoRaWAN คือเครือข่ายไร้สายกำลังต่ำระยะไกล (Low Power Wide Area Network) เหมาะกับการเก็บข้อมูลเซนเซอร์ที่กระจายทั่วโรงงานหรือพื้นที่กว้าง โดยไม่ต้องเดินสายสัญญาณ

End Node (เซนเซอร์ + โมดูล LoRa)

วัดค่าอุณหภูมิ แรงดัน พลังงาน ฯลฯ แล้วส่งขึ้นอากาศเป็นช่วงเวลา ใช้แบตเตอรี่ได้นานหลายปี

Gateway

รับสัญญาณจาก Node หลายร้อยตัวในรัศมี 2–15 กม. แล้วส่งต่อผ่าน LAN/4G เข้าเซิร์ฟเวอร์

Network Server

จัดการอุปกรณ์ ถอดรหัสข้อมูล (เช่น ChirpStack, The Things Network)

Application / Dashboard

ส่งข้อมูลเข้าฐานข้อมูลและแดชบอร์ด SCADA/IoT ผ่าน MQTT หรือ API

ประเทศไทยใช้ย่านความถี่ AS923 (920–925 MHz) — ควรวาง Gateway ในจุดสูง โปร่ง และทดสอบความแรงสัญญาณ (RSSI/SNR) ก่อนติดตั้งจริง

LORAWAN ARCHITECTURE · SENSOR → GATEWAY → DASHBOARD

ข้อมูล LoRaWAN เป็น Payload ขนาดเล็ก (ไม่กี่สิบ byte) ส่งเป็นรอบเวลา เน้น Uplink จากเซนเซอร์ขึ้นเซิร์ฟเวอร์ — ไม่เหมาะกับข้อมูลสตรีมหรือควบคุมเรียลไทม์

สัญญาณต่าง ๆ ในงานควบคุม 03 / KNOWLEDGE

ANALOG

4–20 mA

มาตรฐานที่นิยมที่สุดสำหรับส่งค่าจากเซนเซอร์ (Pressure, Level, Flow) ทนสัญญาณรบกวน เดินสายไกลได้ และตรวจสายขาดได้ (ค่าต่ำกว่า 4mA = Fault)

ANALOG

0–10 V

ใช้ควบคุมความเร็ว Inverter, Valve และรับค่าเซนเซอร์ระยะใกล้ ราคาถูกแต่ไวต่อสัญญาณรบกวนและแรงดันตกในสายมากกว่าแบบกระแส

DIGITAL I/O

Dry Contact / 24 VDC

สัญญาณเปิด–ปิดพื้นฐานของ PLC เช่น ปุ่มกด ลิมิตสวิตช์ สถานะมอเตอร์ แบ่งเป็น Sink (NPN) และ Source (PNP) — ต้องเลือกให้ตรงกับการ์ด I/O

PULSE

Pulse / Encoder (HSC)

สัญญาณความถี่สูงจาก Encoder, Flow Meter ต้องต่อเข้า High Speed Counter ของ PLC ใช้วัดรอบ ตำแหน่ง และปริมาณการไหล

TEMPERATURE

RTD (PT100) / Thermocouple

PT100 แม่นยำสูงเหมาะกับช่วง −200 ถึง 400°C ส่วน Thermocouple (Type K, J) ทนอุณหภูมิสูงกว่า ต้องใช้สายชดเชยและการ์ดรับเฉพาะ

COMMUNICATION

RS-232 / RS-485 / Ethernet

RS-232 ต่อ 1:1 ระยะสั้น · RS-485 ต่อหลายตัวระยะไกล (MODBUS RTU) · Ethernet/IP, PROFINET ความเร็วสูงสำหรับระบบใหญ่

การต่ออุปกรณ์แบบ 2-WIRE · LOOP POWERED

›ใช้สายแค่ 2 เส้น — ไฟเลี้ยงและสัญญาณ 4-20mA วิ่งใน Loop เดียวกัน

›Transmitter กินไฟจาก Loop (Loop Powered) — ประหยัดสาย ติดตั้งง่าย

›ใช้กับ Pressure, Level, Temperature Transmitter ทั่วไป

การต่ออุปกรณ์แบบ 4-WIRE · SEPARATE POWER

›สาย 4 เส้น — คู่ไฟเลี้ยงแยกจากคู่สัญญาณ (Active Output)

›ใช้กับอุปกรณ์กินไฟมาก เช่น Flow Meter (Magnetic), Analyzer, เครื่องชั่ง

›ระวังทิศทางกระแส — Input ของ PLC ต้องตั้งรับแบบ Active/Passive ให้ถูก

PID Control การควบคุมแบบป้อนกลับ 04 / KNOWLEDGE

PID คืออัลกอริทึมควบคุมแบบป้อนกลับ (Closed Loop) ที่ใช้มากที่สุดในงานอุตสาหกรรม เช่น ควบคุมอุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล และระดับน้ำ — คอนโทรลเลอร์จะเทียบค่าที่วัดได้ (PV) กับค่าเป้าหมาย (SP) แล้วปรับเอาต์พุตให้ค่าคลาดเคลื่อน (Error) เข้าใกล้ศูนย์

CLOSED LOOP BLOCK DIAGRAM

Proportional (Kp)

ตอบสนองตามขนาด Error ปัจจุบัน — ค่าสูงตอบสนองเร็วแต่แกว่ง (Overshoot) ง่าย

Integral (Ki)

สะสม Error ในอดีต — กำจัดค่าคลาดเคลื่อนคงค้าง (Offset) ให้เข้า SP พอดี

Derivative (Kd)

ดูแนวโน้มการเปลี่ยนแปลง — หน่วงการแกว่ง ลด Overshoot ก่อนถึงเป้า

PROCESS RESPONSE · การตอบสนองของระบบ

จูนที่ดี: ขึ้นเร็ว Overshoot น้อย และนิ่งที่ SP — เริ่มจาก Kp ก่อน แล้วเพิ่ม Ki กำจัด Offset ปิดท้ายด้วย Kd ลดการแกว่ง

EXAMPLE 01

ควบคุมอุณหภูมิเตาอบ

PT100 → PID → Heater (SSR) รักษาอุณหภูมิ ±1°C

EXAMPLE 02

ควบคุมแรงดันปั๊มน้ำ

Pressure Transmitter → PID → VSD ปรับรอบมอเตอร์ ประหยัดพลังงาน

EXAMPLE 03

ควบคุมอัตราการไหล

Flow Meter → PID → Control Valve จ่ายสารเคมีตามสูตรการผลิต

วิธีที่ 1 · MANUAL TUNING (จูนมือ)

ตั้ง Ki = 0, Kd = 0 เริ่มจาก P อย่างเดียว

เพิ่ม Kp ทีละน้อยจนระบบเริ่มแกว่งเป็นจังหวะคงที่

ลด Kp ลงเหลือ ~50–60% ของค่าที่แกว่ง

ให้ระบบตอบสนองเร็วแต่ยังไม่สั่น

เพิ่ม Ki ทีละน้อยจน Offset หายไป

PV เข้า SP พอดี — Ki มากไปจะทำให้แกว่งช้า ๆ

เพิ่ม Kd เล็กน้อยเพื่อลด Overshoot

งานที่สัญญาณมี Noise มาก (เช่น Flow) มักไม่ใช้ D หรือใช้น้อยมาก

เหมาะกับงานหน้างานจริง ปรับได้โดยไม่ต้องหยุดระบบนาน · PLC/Temperature Controller ส่วนใหญ่มีฟังก์ชัน Auto-Tuning ให้ใช้เป็นค่าตั้งต้นได้

วิธีที่ 2 · ZIEGLER–NICHOLS (CLOSED LOOP)

เพิ่ม Kp จนระบบแกว่งคงที่ — บันทึกค่า Ku (Ultimate Gain) และ Tu (คาบการแกว่ง วินาที) แล้วคำนวณตามตาราง

CONTROLLER

0.5 Ku

—

0.45 Ku

Tu / 1.2

—

PID

0.6 Ku

Tu / 2

Tu / 8

ให้ผลตอบสนองเร็วแต่ Overshoot ค่อนข้างสูง (~25%) — ใช้เป็นค่าตั้งต้นแล้วปรับละเอียดต่อ · ระวังการทำให้ระบบแกว่งในกระบวนการที่อันตราย เช่น แรงดันสูง

›อุณหภูมิ: ตอบสนองช้า ใช้ Kd ช่วยได้

›Flow: Noise สูง ใช้ PI ไม่ใส่ D

›Level: ช้ามาก เน้น P สูง I น้อย

›Pressure: เร็ว ใช้ PI จูนระวัง

RS-232C การสื่อสารอนุกรม & เชื่อมต่อ Barcode 05 / KNOWLEDGE

RS-232C คือมาตรฐานสื่อสารอนุกรมแบบจุดต่อจุด (1:1) ใช้เชื่อมอุปกรณ์เช่น Barcode Scanner, เครื่องชั่ง, Printer เข้ากับ PLC หรือคอมพิวเตอร์ ระยะสายไม่เกิน ~15 ม. ระดับแรงดัน ±3 ถึง ±15V

การต่อสาย · DB9 CROSS (NULL MODEM)

›ตั้งค่าให้ตรงกันทั้งสองฝั่ง: 9600, 8, N, 1

›Baud Rate: 1200–115200 bps

›บางรุ่นต้องต่อ RTS/CTS (Flow Control)

›PLC ใช้การ์ด Serial เช่น FX3U-232-BD

ตัวอย่าง COMMAND · BARCODE SCANNER

// สั่งให้สแกน (Trigger On)

PC → Scanner: <STX>T<ETX> (0x02 0x54 0x03)

// ผลอ่านที่ส่งกลับ

Scanner → PC: 8850999320017<CR><LF>

// อ่านไม่ได้ (No Read)

Scanner → PC: NR<CR><LF>

// หยุดสแกน (Trigger Off)

PC → Scanner: <STX>U<ETX>

PLC ส่งคำสั่ง Trigger เมื่อชิ้นงานถึงตำแหน่ง (Sensor)

Scanner อ่านแล้วส่งรหัสกลับ ปิดท้ายด้วย CR/LF

PLC เก็บเข้า Register แล้วเทียบกับฐานข้อมูล / สูตรการผลิต

ถ้า NR (อ่านไม่ได้) → แจ้งเตือน / คัดชิ้นงานออก (Reject)

รูปแบบ Command ต่างกันตามยี่ห้อ (Keyence, Datalogic, Zebra ฯลฯ) — ตรวจสอบคู่มือรุ่นที่ใช้ · ค่า STX=0x02, ETX=0x03, CR=0x0D, LF=0x0A