บทที่-1-การควบคุมในอุตสาหกรรม

บทที่ 1 การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

2 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า ใบความร้ทู ่ี 1 การควบคุมในอุตสาหกรรม จุดประสงค์ทั่วไป 1. เขา้ ใจการควบคุมในอุตสาหกรรม จดุ ประสงคเ์ ชิงพฤติกรรม 1. บอกความหมายของการควบคุมในอตุ สาหกรรมได้ 2. บอกประเภทของการควบคุมในอตุ สาหกรรมได้ 3. บอกองคป์ ระกอบของการควบคมุ ในอตุ สาหกรรมได้ 4. อธิบายการควบคุมไฟฟา้ ได้ 5. อธิบายวิธีการควบคุมไฟฟา้ ได้ 6. อธิบายการนาโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ไปใช้ควบคมุ ในอตุ สาหกรรมได้ บทที่ 1 การควบคมุ ในอุตสาหกรรม 1.1 การควบคุมในอตุ สาหกรรม 1.1.1 องคป์ ระกอบของการควบคุม 1.1.2 ประเภทของการควบคุม 1.2 การควบคมุ ไฟฟ้า 1.2.1 การควบคุมดว้ ยมือ 1.2.2 การควบคมุ แบบกึ่งอัตโนมตั ิ 1.2.3 การควบคุมแบบอตั โนมัติ 1.3 วธิ กี ารควบคมุ 1.3.1 การควบคุมแบบลอจิกเปิด-ปิด 1.3.2 การควบคมุ แบบแอนาลอ็ กเปิด-ปดิ 1.3.3 รปู แบบการควบคมุ แบบเปดิ -ปิด 1.4 โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอรก์ บั ระบบควบคมุ 1.5 การนาโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ไปใช้งานกับระบบควบคมุ อตั โนมัติ 1.5.1 การนาโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ไปใช้กบั ระบบควบคมุ แบบเปิด-ปิด 1.5.2 การนาโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ไปใชก้ ับระบบควบคุมแบบแอนาล็อกเปดิ -ปิด การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ |3 1.1 การควบคุมในอุตสาหกรรม ปัจจุบันการควบคุม (Control) ได้เข้ามาเป็นส่วนประกอบหนึ่งในชีวิตประจาวันของมนุษย์ ตัวอยา่ งเชน่ การขับรถยนต์ โดยคนขับรถต้องทาการควบคมุ ท้ังความเร็วและทิศทางการเคล่อื นที่ของ รถให้เป็นไปตามเส้นทางที่กาหนดเอาไว้ ซ่ึงรถยนต์ก็คือกลไก หรือเคร่ืองจักรกลชนิดหนง่ึ ในขณะที่ คนขบั เปน็ มนษุ ย์ ถ้าหากเราพิจารณาวา่ การขับรถยนตโ์ ดยมนุษย์เปน็ ระบบ (System) กจ็ ะถกู เรียกว่า “ระบบที่มีการเชื่อมโยงระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรกล” (Man-Machine interface system) สาหรับวิธีการควบคุมระบบที่เกิดข้ึนจะมีคุณลักษณะเป็น “การควบคุมด้วยมนุษย์” (Manual Control) แต่ถ้าหากการกระทาสั่งงาน หรือการควบคุมถูกกระทาให้เกิดข้ึนโดย กลไก วงจร หรือ อปุ กรณ์ทม่ี นษุ ยไ์ ด้ทาการสรา้ งขึ้นมาเพ่ือใช้ทดแทนประสาทสัมผัสและการออกแรงทางานของมนุษย์ โดยไม่ต้องให้มนุษย์เข้าไปมีส่วนร่วมในกระบวนการควบคุมการทางานของระบบเลย เราจะเรียก วธิ ีการควบคุมแบบนี้วา่ “การควบคุมอตั โนมตั ”ิ ดังนั้นระบบการควบคุมท่ีมีการทางานอัตโนมัติจึงหมายถึง ระบบควบคุมซ่ึงสามารถทางาน อย่างต่อเนื่องได้ด้วยตนเองเม่ือมีการป้อนสัญญาณเริม่ ต้นการทางานให้กับระบบ โดยท่ีมนุษย์ไม่ตอ้ ง เข้าไปมีส่วนร่วมในกระบวนการควบคุมการทางานของระบบ ไม่ว่าระบบควบคุมนั้นจะได้มีการ กาหนดรปู แบบในการทางานให้สามารถทางานได้เป็นผลสาเร็จตลอดทงั้ ระบบ หรือการบังคบั ให้ระบบ ควบคุมการทางานในลักษณะท่ีจะนามาซึ่งผลงาน (Output) ท่ีมีคุณสมบัติสอดคล้องหรือเป็นไปตาม เป้าหมายที่ถูกกาหนดไว้ (Set point) ได้ด้วยตัวมันเอง สาหรับปริมาณทางฟิสิกส์หรือพารามิเตอร์ที่ มกั จะถูกควบคุมในอตุ สาหกรรมใหม้ ีค่าเปน็ ไปตามเป้าหมายที่กาหนดเอาไว้ ได้แกอ่ ุณหภูมิ อตั ราการ ไหล ความเรว็ ตาแหน่ง ความดนั ระดบั เป็นต้น โครงสรา้ งโดยทว่ั ไปของระบบควบคุมการทางาน ค่าเป้าหมายของระบบหรอื เงือ่ นไขข้อกาหนด ทท่ี าการปอ้ นเข้าสูร่ ะบบควบคุมจะถูกเรยี กว่า “อนิ พุต” (Input) ส่วนผลของการทางานหรือสัญญาณ ที่ถกู จา่ ยออกจากระบบควบคมุ การทางานจะถูกเรยี กวา่ “เอาต์พตุ ” (Output) แสดงดงั ภาพที่ 1.1 (Input Signal) (Control System) (Output Signal) ภาพท่ี 1.1 โครงสรา้ งโดยทว่ั ไปของระบบควบคุมการทางาน ทีม่ า : รองศาสตราจารย์อนชุ า หิรัญวฒั น์และคณะ. (2551: 12) สัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของระบบควบคุมการทางานอาจมีคุณลักษณะเป็นปริมาณหรือ สญั ญาณประเภทเดียวกนั ตวั อย่างเชน่ สญั ญาณไฟฟา้ ในการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟา้ ต่าง ๆ สญั ญาณลม ในระบบนิวเมติกส์หรือสัญญาณน้ามันในระบบไฮดรอลิกส์ แต่ก็มีระบบควบคุมการทางานบาง การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

4 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ ประเภทที่คุณลักษณะของสัญญาณอนิ พุตและเอาท์พุตอาจมคี ุณลักษณะแตกต่างกันไป ตัวอย่างเชน่ การใช้สัญญาณไฟฟ้า (Input) ไปควบคมุ การจ่ายสัญญาณลมหรอื นา้ มนั (Output) เป็นตน้ 1.1.1 องคป์ ระกอบของการควบคมุ ระบบควบคมุ อัตโนมัติไมว่ ่าจะเปน็ ระบบควบคมุ ใด ๆ กต็ าม เช่น การควบคมุ อณุ หภูมิ ภายในบ้าน การควบคุมทิศทางของชิ้นงาน หรือการควบคุมอ่ืน ๆ โดยท่ัวไปแล้วจะมีโครงสร้างท่ี สาคัญอยูห่ ้าส่วนคอื ตรวจจับ, ปรับตั้ง, สั่งงาน, ลานไก หลายระบบ แสดงดังภาพท่ี 1.2 คาส่งั ปรับตั้ง สง่ั งาน ลานไก หลาย อุณหภมู ิ ระบบ ความดนั การไหล ปอ้ นผลลัพธ์กลบั ระดับ ความเรว็ ตรวจจับ ตาแหนง่ ภาพท่ี 1.2 โครงสรา้ ง 5 ส่วนประกอบของระบบควบคุม ทม่ี า : ธรี ศิลป์ ทมุ วิภาตและสุภาพร จาปาทอง (2547: 14) ผลลพั ธ์ 1.1.1.1 ตัวตรวจจับหรือเซนเซอร์ (Sensors) เป็นอุปกรณ์ท่ีทาหน้าท่ีตรวจจับผล การเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุตท่ีได้จริงในกระบวนการ เช่น ค่าอุณหภูมิของระบบ, ค่าความดันของ ระบบ, ค่าอัตราการไหลในระบบ ฯลฯ แล้วเอาผลของเอาต์พุตท่ีได้น้ัน มาแปรเปลี่ยนเป็น สัญญาณไฟฟ้าในรูปของแรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้า เพื่อส่งสัญญาณน้ีกลับไปยังตัวปรบั ตั้ง แสดง ดงั ภาพที่ 1.3 การควบคุมในอุตสาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |5 ปอ้ นกลบั ไปยังตัวปรบั ต้ัง ผลลัพธ์  อุณหภูมิ - แรงดนั ไฟฟ้า ตรวจจับ  ความดนั - กระแสไฟฟ้า  การไหล  ระดับ  ความเรว็  ตาแหน่ง ภาพที่ 1.3 ตัวตรวจจบั หรือเซนเซอร์ ทมี่ า : ธรี ศิลป์ ทมุ วิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 15) ตัว อย่าง ของ อุปกร ณ์ที่ทาหน้าที่เ ป็นตัว ตรว จจับในร ะบบคว บคุมไ ด้แก่ เทอร์โมคัปเปิล สาหรับวัดค่าอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในระบบ โดยวัดออกมาเป็นแรงดันไฟฟ้า เซนเซอร์วดั ความดนั สาหรับวดั ความดันของของเหลวหรือก๊าซในถังให้เปน็ แรงดนั ไฟฟ้า ลกู ลอยวัดระดบั สาหรับ วัดค่าระดับความสูงของของเหลว, น้ามัน หรือสารเคมีในภาชนะบรรจุ ที่มีรูปร่างต่าง ๆ ให้เป็น แรงดันไฟฟา้ เปน็ ต้น 1.1.1.2 ปรับตั้งหรือเปรียบเทียบ (Comparator) ตัวปรับตั้งจะรับสัญญาณสองชุด คือชุดคาสั่งซึ่งต้ังข้ึนเป็นค่าเป้าหมายและค่าผลลัพธ์ท่ีเกดิ ข้ึนจากระบบท่ีตัวตรวจจับป้อนกลับมาเพ่อื เปรยี บเทยี บคา่ ท้งั สอง และหาผลแตกตา่ ง (Different) หรอื ค่าผิดพลาด (Error) ทเี่ กิดขึ้นวา่ มีมากหรือ น้อยเพยี งใด ซ่ึงหมายความวา่ ค่าทีส่ ั่งไปกบั คา่ ผลลพั ธท์ ่ไี ดน้ ้นั ตรงกันหรอื ไม่  คาสั่ง ปรบั ต้งั ผลแตกตา่ งหรอื คา่ ผดิ พลาด  ปอ้ นกลับจากตัวตรวจจบั เปน็ ค่าผลลัพธท์ เ่ี กดิ จากระบบ ภาพท่ี 1.4 ตัวปรบั ต้งั ท่ีมา : ธรี ศิลป์ ทมุ วิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 15) ตัวอย่างของตัวปรับต้ัง เช่น วงจรขยายความแตกต่าง ( Error amplifier) เช่นวงจรขยายความต่าง จากภาพที่ 1.4 จะรับสัญญาณไฟฟ้า 1 และ 2 คานวณหาความสัมพันธ์ ระหว่างสองค่าแล้วให้เอาต์พุตเป็นผลแตกต่างหรือค่าผิดพลาดในรูปของสัญญาณไฟฟ้าเป็นแบบ การควบคุมในอตุ สาหกรรม

6 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้า แล้วขยายสัญญาณให้มากพอ เพื่อแจ้งไปยังตัวสั่งงานได้รับรู้ว่า ใน สภาวการณ์เช่นน้ี ระบบกาลงั อยใู่ นสภาวะใด (อยูใ่ นคา่ ทตี่ อ้ งการหรือไม)่ ตัวเปรียบเทียบจะทาหน้าที่เปรียบเทียบค่าสองค่า คือ 1 และ 2 แล้วให้ผลการ เปรียบเทียบเป็นค่าผิดพลาด ซ่ึงอาจจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า ท่ีเป็นแบบแรงดันไฟฟ้าหรื อ กระแสไฟฟ้า โดยไม่จาเป็นต้องขยายสัญญาณไฟฟ้าน้ัน หรืออยู่ในลักษณะทางกลที่แสดงให้ทราบว่า มากไปหรอื น้อยไป โดยไม่จาเป็นต้องขยายสัญญาณไฟฟา้ น้ัน 1.1.1.3 ส่ังงานหรือตัวควบคุม (Controllers) เป็นอุปกรณ์ท่ีใช้ควบคุมการทางาน ของกระบวนการ เช่น โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์, เครื่องคอมพวิ เตอร์, ชดุ กลไกนิวเมติกส์ หรอื อาจจะเป็นแคก่ ลไกเฟืองกลธรรมดา ซึ่งอุปกรณ์ท่ียกตัวอยา่ งมาน้ี จะทาหนา้ ท่ตี รวจสอบผลความ แตกต่างหรือคา่ ผิดพลาดท่ีเกิดข้ึนจากการปฏิบัตงิ านของระบบ และออกคาสัง่ ขอแกไ้ ขความผิดพลาด ด้วยการสร้างสัญญาณท่เี หมาะสม ซง่ึ ตวั ส่ังงานไดจ้ ัดเงื่อนไขของความผิดพลาดตา่ ง ๆ และชดุ คาสงั่ ขอ แกไ้ ขท่ีจะตอ้ งสง่ ออกไปไวอ้ ย่างเปน็ ระบบ และมีกฎเกณฑ์ในการสั่งงานท่มี ปี ระสิทธภิ าพ ตัวอย่างของ ระบบสง่ั งานไดแ้ ก่ ตัวส่งั งานแบบพี (P) ตวั ส่งั งานแบบไอ (I) ตัวสง่ั งานแบบดี (D) ตวั สงั่ งานแบบพีไอ (PI) ตัวสง่ั งานแบบพไี อดี (PID) ตวั สงั่ งานแบบฟซั ซีลอจกิ (Fuzzy logic) ประเภทของตวั ส่ังงาน สามารถแบง่ ไดเ้ ป็น สองประเภทคอื 1) ตัวสง่ั งานแบบแอนาล็อก (Analog controller) ตัวส่งั งานชนดิ น้ีมที ง้ั ท่ี เป็นกลไกทางกลและกลไกทางไฟฟ้า เช่น วงจรออปแอมป์ท่ีมีอุปกรณ์ประกอบเป็นตัวต้านทาน R และตวั เกบ็ ประจุ C แสดงดงั ภาพที่ 1.5 ผลแตกต่างหรอื ค่าผิดพลาด คาส่งั ขอแก้ไข ภาพที่ 1.5 ตัวสั่งงานแบบแอนาล็อก ทมี่ า : ธีรศิลป์ ทุมวิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 16) การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |7 2) ตัวสั่งงานแบบดิจิทัล (Digital controller) จากภาพที่ 1.6 ตัวส่ังงาน ชนิดนี้ ประกอบด้วย 3 ส่วนที่สาคญั คือ ก) ภาคตัวแปลงค่าเอทูดี ( A/D converter) ทาหน้าที่แปลง สัญญาณไฟฟ้าแบบแอนาล็อกที่ส่งมาจากอุปกรณ์ปรับตั้งให้เป็นข้อมูลแบบดิจิทัล สาหรับส่งให้กับ คอมพวิ เตอรไ์ ปประมวลผล ข) ภาคไมโครคอมพวิ เตอร์ (Microcomputer) หรอื ชุดพีซี ทาหนา้ ที่ รับข้อมูลดิจิทัลจากภาคเอทูดีมาทาการประมวลผลตามกฎเกณฑ์ท่ีต้ังไว้ (ซ่ึงได้โปรแกรมไว้ใน หน่วยความจาล่วงหน้าแล้ว) ผลการประมวลเป็นอย่างไรกจ็ ะออกคาสง่ั ขอแกไ้ ขเป็นข้อมลู ดิจิทัลกลับ ออกไปยงั ภาคดีทเู อ ค) ภาคตัวแปลงค่าดีทูเอ (A/D converter) ทาหน้าที่ทาการแปลง ข้อมลู ดิจทิ ลั จากคอมพวิ เตอรใ์ ห้ออกมาเปน็ สัญญาณไฟฟา้ แอนาลอ็ กใหก้ ับอุปกรณ์ลานไก ผลแตกตา่ ง + เอทูดี ไมโคร + หรอื คอมพวิ เตอร์ ดที ูเอ คาส่งั ขอแก้ไข ค่าผิดพลาด - - ภาพที่ 1.6 ตวั สัง่ งานแบบดจิ ทิ ัล ทม่ี า : ธีรศิลป์ ทมุ วภิ าตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 17) 1.1.1.4 ลานไก (Actuator) เปน็ อปุ กรณท์ างกลหรอื ไฟฟ้าที่รับคาสั่งขอแกไ้ ขผลของ ความผิดพลาดจากตวั สง่ั งาน (Controller) ดว้ ยการจัดการเปลย่ี นแปลงทางไฟฟา้ จากตวั ส่งั งาน เช่น มีคาส่ังวา่ ใหแ้ รงดันไฟฟ้าค่อยๆ เพมิ่ หรือลด มีคาสั่งว่า ใหก้ ระแสไฟฟา้ ค่อยๆ เพิม่ หรือลด มคี าสัง่ วา่ ใหแ้ รงดันไฟฟ้ามี (1) ไมม่ ี (0) มีคาสงั่ วา่ ใหก้ ระแสไฟฟ้ามี (1) ไมม่ ี (0) โดยคาสัง่ ตา่ ง ๆ จะทาใหเ้ กดิ การปฏบิ ัติ เชน่ การเลอื่ น (เปลย่ี นตาแหน่งจากเดินหน้าเปน็ ถอยหลงั ) การหมุน (เคลื่อนตาแหน่งจากซ้ายเป็นขวา) ตัวอยา่ งของลานไก กระแสไฟฟ้าบังคับให้รีเลย์เปล่ียนตาแหน่ง จากต่อเป็นตัด (On-Off) หรือตัดเป็นต่อ (Off-On) แรงดันไฟฟ้าบังคับให้หมุนมอเตอร์เปล่ียนทิศทาง จากหมุนซ้ายไปเป็นหมนุ ขวา หรือ หมนุ ขวาไปเป็นหมุนซ้าย การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

8 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า 1.1.1.5 หลายระบบหรือตัวระบบ (Systems) เป็นตัวรับผลการเปล่ียนแปลงของ ลานไกได้แก่ การเลอ่ื นหมนุ ของตัวลานไก, การเปดิ /ปิดของตัวลานไก, หรอื การเพิม่ /ลดของตัวลานไก เช่น การเปิด/ปิดกระแสไฟฟ้าท่ีเข้าขดลวดความร้อน, การเปิด/ปิดวาล์วให้ของเหลวไหลไมไ่ หล, การ เลอ่ื น/หมุนวาล์วให้ของเหลวไหลมาน้อย มีผลทาใหเ้ กดิ การเปลี่ยนแปลงข้ึนภายในระบบและปริมาณ ทางฟสิ กิ ส์ของระบบเปลยี่ นไป เชน่ ระบบการไหลของก๊าซ/ของเหลว, ระบบกลไกเซอรโ์ ว เพอ่ื ควบคมุ ตาแหนง่ และควบคมุ ความเรว็ , ระบบเซอร์โวแมคานิก ท่ใี ชค้ วบคุมตาแหนง่ ซ้ายขวา ความเร็วเพิ่มข้ึน ลดลง 1.1.2 ประเภทของการควบคมุ ในการจาแนกประเภทของการควบคุมมีหลายหลักเกณฑ์ด้วยกัน ซ่ึงสามารถแบ่งได้ ตามลักษณะงาน ตามลักษณะสมบัติของค่าเป้าหมาย เป็นต้น ดังน้ันจึงเป็นการยากท่ีจะกล่าวอย่าง แน่นอนและตายตัวว่าการควบคุมมีก่ีประเภท เพื่อเป็นการลดความสับสนและสอดคล้องกับ องค์ประกอบการควบคุม การแบ่งประเภทของการควบคุมในที่นี้จะแบ่งตามเกณฑ์เป็น 2 ประเภท ด้วยกนั คอื 1.1.2.1 การควบคมุ แบบวงเปิด (Open-loop Control) การควบคุมแบบวงเปิด เป็นลักษณะของการควบคุมซ่ึงสัญญาณเอาต์พุต ของระบบหรือการทางานของกระบวนการไม่มีผลต่อการทางานของระบบควบคุม น่ันคือสัญญาณ เอาต์พุตของระบบหรือกระบวนการไม่ได้ถูกตรวจวัดหรือถูกป้อนกลับมาเพ่ือทาการเปรียบเทียบกับ สัญญาณอนิ พตุ หรือค่าเปา้ หมายทไ่ี ดถ้ ูกป้อนเข้าไปยงั ระบบควบคมุ แสดงดังภาพที่ 1.7 ภาพท่ี 1.7 องคป์ ระกอบของการควบควบคุมแบบวงเปิด ทมี่ า : รองศาสตราจารย์อนชุ า หริ ญั วฒั น์และคณะ. (2551: 13) ระบบควบคุมแบบวงเปิดมขี ้อจากัด คอื 1) ระบบควบคุมแบบวงเปิด สามารถทางานได้ผลดีในสภาวะที่ กระบวนการมีเสถียรภาพพอสมควร และมกี ารเปล่ยี นแปลงหรอื การรบกวนในตัวระบบนอ้ ยมาก 2) ใช้เครื่องมืออุปกรณ์น้อย ส่งผลให้การซ่อมบารุงต่าง ๆ น้อยลง และ ราคาโดยรวมทง้ั ระบบไมส่ ูง การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |9 1.1.2.2 ระบบควบคุมแบบวงปดิ (Closed-loop Control) การควบคุมแบบวงปิด เป็นลักษณะของการควบคุมซ่ึงสัญญาณเอาต์พุต ของระบบหรือการทางานของกระบวนการมีผลโดยตรงต่อการทางานของระบบควบคุม ดังน้ัน หลักการควบคุมแบบวงปิดนี้ก็คือ “การควบคุมแบบป้อนกลับ”(Feedback control) น่ันเอง ซึ่ง สัญญาณป้อนกลับน้ีอาจเป็นสัญญาณเอาต์พุตของกระบวนการโดยตรง หรือเป็นสัญญาณท่ีมี ความสัมพนั ธส์ อดคล้องกับกบั สัญญาณเอาตพ์ ุตกไ็ ด้ แสดงดังภาพท่ี 1.8 ภาพที่ 1.8 องคป์ ระกอบหลักของการควบคมุ แบบวงปดิ ท่มี า : รองศาสตราจารย์อนุชา หริ ัญวฒั นแ์ ละคณะ. (2551: 14) เปรียบเทียบระบบควบคุมแบบวงปิดและวงเปิด 1) การทางานของระบบวงปิดมีข้อดีเนื่องจากจะต้องมีการป้อนกลับของสัญญาณ ทาให้ระบบไมอ่ ่อนไหวต่อการรบกวนภายนอก หรอื การเปลยี่ นแปลงของพารามเิ ตอรข์ องระบบ ดังนัน้ การควบคุมแบบวงปดิ สามารถใช้อุปกรณ์ท่ีไมจ่ าเปน็ ตอ้ งมีความแมน่ ยาสูงและราคาแพงในการท่ีจะให้ ไดก้ ารควบคุมท่ีแม่นยาของระบบ ในขณะท่ีในกรณเี ชน่ นี้จะทาไมไ่ ด้ถา้ เป็นการควบคมุ แบบวงเปิด 2) ในแง่ของเสถียรภาพ การควบคุมแบบวงเปิดจะสามารถสร้างให้ระบบมี เสถียรภาพได้ง่ายกวา่ การควบคมุ แบบวงปดิ 3) ระบบท่ีเรารู้ลักษณะของอินพุตได้ค่อนขา้ งแน่นอน และไม่มีการรบกวน ควรที่ จะใช้การควบคุมแบบวงเปิด เราจะใช้การควบคุมแบบวงปิดก็ต่อเม่ือ มีการรบกวนและการ เปล่ียนแปลงของพารามิเตอรข์ องระบบทไ่ี ม่สามารถทานายได้ 4) จานวนส่วนประกอบท่ีใชใ้ นการควบคุมแบบวงปดิ จะมีมากกวา่ การควบคุมแบบ วงเปิด ดังน้ัน ระบบควบคุมแบบวงปิดโดยท่ัวไปแล้วจะมคี ่าใช้จ่ายและต้องใช้กาลังงานมากว่าระบบ ควบคมุ แบบวงเปิด 5) การใช้การควบคุมแบบวงเปิดและวงปิดท่ีผสมผสานกันอย่างถูกตอ้ ง เหมาะสม บ่อยครง้ั จะทาให้การควบคมุ มคี ่าใช้จ่ายทีถ่ ูกลงในขณะท่ยี งั ได้สมรรถนะการทางานของระบบโดยรวม เป็นทีน่ า่ พอใจ การควบคุมในอตุ สาหกรรม

10 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า ขอ้ ดีของระบบควบคุมแบบวงเปดิ 1) สามารถสรา้ งและบารงุ รักษาไดง้ า่ ย 2) มีคา่ ใช้จ่ายถูกกว่าระบบควบคมุ แบบวงปิด 3) ไมม่ ีปัญหาเร่ืองเสถยี รภาพของระบบ 4) มีความสะดวกในการใช้งาน เม่ือสัญญาณเอาต์พตุ วัดได้ยากหรือถ้าหากตอ้ งวัด สัญญาณเอาต์พุตใหถ้ ูกต้องจะต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพงในการวดั ยกตัวอย่างเคร่ืองซักผ้า ถ้าต้องการ วัดคณุ ภาพของเอาตพ์ ตุ ของเครือ่ งซึง่ คือความสะอาดของเส้ือผ้าที่ซักจะต้องใช้อุปกรณ์ทมี่ ีราคาแพง ขอ้ เสียของระบบควบคมุ แบบวงปิด 1) การรบกวนและการเปลี่ยนแปลงไปของการปรับแต่งตัวควบคุมจะทาให้เกิด ความผิดพลาดข้นึ และอาจทาใหเ้ อาต์พตุ ไม่ตรงกับคา่ ท่ีต้องการ 2) ในการที่จะรักษาคุณภาพของเอาต์พุตให้ได้ตามต้องการ จาเป็นจะต้องมีการ ปรับแตง่ ตวั ควบคมุ เปน็ ระยะ ๆ 1.2 การควบคุมไฟฟา้ การควบคุมไฟฟ้า หมายถึง การบังคับและควบคุมให้เครอ่ื งจักรสามารถทางานได้ตามตอ้ งการ เช่น การควบคุมการกลับทางหมุนมอเตอร์ไฟฟ้า การควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้า การ ควบคมุ การขบั เคลื่อนของสายพานลาเลยี ง เป็นต้น ในโรงงานอตุ สาหกรรมมกั นยิ มใช้อุปกรณ์ที่มสี ัญญาณทางไฟฟ้ามาควบคุม เช่น ใช้ระบบรีเลย์ ซ่ึงเป็นอุปกรณ์ทางไฟฟา้ ที่อาศัยการทางานด้วยอานาจแม่เหล็กช่วยทาให้เกิดการเปิด-ปิดการทางาน ของวงจรการควบคุม สาหรับในส่วนของวงจรท่ีเป็นแบบอิเล็กทรอนกิ ส์กใ็ ช้สัญญาณการควบคุมของ วงจรสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น วงจรเกตไปควบคุมการเปดิ -ปดิ ของอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกสก์ าลงั จาพวก ไทรีสเตอรเ์ พ่อื นาไปขับเคล่ือนควบคุมมอเตอร์หรอื อุปกรณ์ไฟฟ้าตอ่ ไป 1.2.1 การควบคมุ ดว้ ยมอื การควบคุมด้วยมือ (Manual Control) เป็นการส่ังงานให้อุปกรณ์ควบคุมทางานโดย ใชผ้ ู้ปฏบิ ตั งิ านควบคุมให้ระบบกลไกทางกลทางาน ซงึ่ การสงั่ งานใหร้ ะบบกลไกทางานน้ี โดยส่วนมาก จะใช้คนเป็นผู้สั่งงานแทบท้ังส้ิน มอเตอร์จะถูกควบคุมจากการส่ังงานด้วยมือโดยการควบคุมผ่าน อปุ กรณ์ตา่ งๆ เชน่ ท็อกเกิ้ลสวิตช์ (Toggle Switch) เซฟตสี้ วติ ช์ (Safety Switch) ดรมั สวติ ช์ (Drum Switch) ตวั ควบคมุ แบบหน้าจาน (Face Plate Control) เป็นตน้ มอเตอร์ทีใ่ ช้ในการควบคุมด้วยมือ จะเป็นมอเตอร์ทมี่ ีขนาดแรงม้าต่าไม่เกนิ 5 แรงม้า เช่น เครอ่ื งเจาะ เคร่ืองเจยี ร ดังน้นั ในการควบคุม การทางานของมอเตอรจ์ ะใช้วธิ ีการสตารท์ โดยตรง (Direct Starter) การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |11 1.2.2 การควบคมุ แบบก่งึ อตั โนมัติ การควบคมุ แบบกงึ่ อัตโนมัติ เป็นการส่ังงานโดยการใช้สวิตช์ป่มุ กด (Push Button) ท่ี สามารถควบคุมระยะไกล (Remote Control) ได้ เพ่ือทาการเดินเครื่อง (Start) และหยุด (Stop) นอกจากน้ีจะต้องใช้รีเลย์หรือคอนแทกเตอรท์ ่ีใช้จ่ายกระแสจานวนมาก ๆ ให้กับมอเตอร์แทนสวิตช์ ธรรมดา ซึ่งคอนแทกเตอร์นี้อาศัยผลการทางานของแม่เหล็กไฟฟ้าและวงจรการควบคุมมอเตอร์ ก่งึ อัตโนมตั ินต้ี ้องอาศัยคนคอยกดสวิตช์จ่ายไฟให้กับคอนแทกเตอร์ทาให้เกิดอานาจแมเ่ หล็กจะดูดให้ หน้าสัมผัสของคอนแทกเตอร์มาแตะกันและจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ และถ้าต้องการหยุดมอเตอร์ก็ จะต้องอาศัยคนคอยกดสวิตช์ปุ่มกดอีกเช่นเดิม จึงเรียกการควบคุมแบบนี้ว่าการควบคุมกึ่งอัตโนมตั ิ (Semi - Automatic Control) 1.2.3 การควบคุมแบบอตั โนมัติ ก า ร ค ว บ คุ ม แ บ บ อั ต โ น มั ติ ( Automatic Control) จ ะ อ า ศั ย อุ ป ก ร ณ์ ช้ี น า (Pilot Device) คอยตรวจจับการเปล่ียนแปลงของสิ่งต่างๆ เช่น โฟโต้สวิตช์ ลิมิตสวิตช์ ทาหน้าที่ ตรวจวัดตาแหน่งของวัตถุให้อยู่ในตาแหนง่ ท่ีต้องการและสั่งการให้มอเตอร์ขับเคล่ือนระบบสายพาน ให้ทางานหรือหยุดการทางานตามเง่ือนไข เป็นต้น วงจรการควบคุมมอเตอร์แบบนี้เพียงแต่ใช้คนกด ปมุ่ เร่มิ เดนิ มอเตอรใ์ นครั้งแรกเท่านนั้ ตอ่ ไปวงจรก็จะทางานเองโดยอตั โนมัตติ ลอดเวลา 1.3 วิธีการควบคุม การทางานหรือการประมวลผลภายในตัวควบคุม ในการท่ีจะกาหนดให้สัญญาณเอาต์พตุ มีค่า ออกมาเป็นอย่างไรนั้น มีอยู่หลายรูปแบบข้ึนอยู่กับความต้องการในการควบคุมกระบวนการว่า ต้องการควบคุมให้ค่าของกระบวนการ (Process Variable) มีความใกล้เคียงหรือเท่ากับค่าท่ีเรา ต้องการ (Set point) โดยในทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะใช้การควบคุมแบบเปิด-ปิด (ON-OFF Control) รูปแบบการควบคุมอย่างง่ายที่สุดที่นิยมใช้กัน ไม่ว่าจะนาไปประยุกต์ใช้ในการควบคุม กระบวนการใด ๆ ก็คือ ON-OFF Control หรือการควบคุมแบบเปิด-ปิดตัวส่ังงาน (Actuator) ที่ 100% (เปดิ -ปิด) และ 0% (ปิดสดุ ) 1.3.1 การควบคุมแบบลอจกิ เปดิ -ปดิ (Logic ON-OFF Control) ในกรณีท่ีเซนเซอร์ (Sensor) และตัวสั่งงาน (Actuator) ที่ใช้กับกระบวนการมีการ ทางานแค่สองสถานะคอื ON และ OFF เราสามารถสร้างตัวควบคุมเป็นแบบวงจรควบคมุ แบบลอจิก เปิด-ปดิ (Digital Logic ON-OFF Control) ไดด้ งั ภาพที่ 1.9 การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

12 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ ภาพที่ 1.9 วงจรควบคมุ แบบลอจิกเปิด-ปดิ สาหรบั ระบบควบคุมระดบั น้าในแทง้ ค์ ที่มา : ธรี ศิลป์ ทุมวิภาตและสุภาพร จาปาทอง (2547: 58) จากภาพที่ 1.9 เป็นการใช้ตัวควบคุมแบบลอจิกเปิด-ปิด มาควบคุมการเปิด-ปิดปั๊ม สาหรับควบคุมการเติมของเหลวลงไปในถังน้าโดยอัตโนมัติ ตัวควบคุมจะรับสัญญาณอินพุตมาจาก สวิตช์สามตัว คือ B เป็นสวิตช์เลือกตาแหน่งอัตโนมัติหรือกดเอง (Auto/Manual) C เป็นเซนเซอร์ ตรวจวัดระดับน้า (Level Detector) ท่ีเป็นลูกลอย และ A สวิตช์เลือกการทางานแบบกดเปิด-ปิด (Manually ON/OFF Switch) มีเอาตพ์ ุตของตัวควบคมุ หน่ึงตวั คอื D เป็นสญั ญาณท่ีไปสงั่ ให้เปิด-ปิด ป๊มั โดยในกรณีท่สี วิตช์ B ถกู เลือกให้เป็นโหมด Manual จะให้อนิ พุตเข้ามาเป็นลอจกิ ‘1’ กจ็ ะไปสั่ง เปิด-ปิดป๊ัมโดยใช้สวิตช์ A และในกรณีท่ีสวิตช์ B ถูกเลือกให้เป็นโหมด Auto จะให้อินพุตเข้ามาเป็น ลอจิก ‘0’ ก็จะไปสง่ั เปดิ -ปิดป๊ัมโดยใช้สวิตช์ C ซ่ึงถา้ นา้ ยังไม่เตม็ C ก็จะใหส้ ัญญาณเข้ามาเปน็ ลอจิก ‘1’ และจะไปสั่งใหเ้ ปดิ ปมั๊ สว่ นในกรณที ีส่ ัญญาณเขา้ มาเปน็ ลอจิก ‘0’ คอื กรณที ีน่ ้าเต็มถงั แลว้ ก็จะไป สง่ั ใหป้ ิดป๊ัม ตวั ควบคมุ แบบลอจกิ ON-OFF Control สามารถสร้างไดจ้ ากวงจรรีเลย,์ วงจรดจิ ทิ ัล, อเิ ล็กทรอนกิ ส์หรอื สามารถใช้ Programmable Controller ใหม้ าทางานในลักษณะน้ีได้อย่างงา่ ยๆ 1.3.2 การควบคมุ แบบแอนาลอ็ กเปดิ -ปดิ (Analog ON-OFF Control) ในกรณีที่เคร่ืองมือวัดค่ากระบวนการ (Sensor Transmitter Instruments) ส่ง สัญญาณเขา้ มาเปน็ แบบต่อเน่ือง 0%-100% เช่น สญั ญาณ 4-20 mA, 1-5 V สัญญาณเหล่าน้ีจะไม่ได้ บอกว่ามีสถานะท่ีเป็น ON หรือ OFF อย่างตรง ๆ ดังน้ันจึงไม่สามารถนาสัญญาณลักษณะน้ีไปสั่ง เปิด-ปิดเคร่ืองจักรหรือสั่งตัวส่ังงานให้ทางานได้โดยตรงจะต้องนาสัญญาณที่รับเข้ามาอยู่ในระ ดับ เท่าใด จึงจะไปส่ังเปิดหรือสั่งปิดเคร่ืองจักร การทางานของตัวควบคุมที่เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ |13 โดยทัว่ ไปจะนาสญั ญาณท่ีวัดมาจากกระบวนการจริง (Process Variable, PV) มาเปรียบเทียบกับค่า หรอื สัญญาณทเ่ี ราต้ังไว้ (Set point, SP) โดยนามาหาค่าความแตกตา่ งกัน Error Amplifier หรือ Difference Amplifier Error, E (ค่าผิดพลาด) คือค่าความ แตกต่างระหว่างคา่ ที่ตัง้ ไว้ (Set Point, SP) และคา่ ของกระบวนการจรงิ (Process Variable, PV) E = SP – PV Error คือค่าผิดพลาดนี้เกิดข้ึนเมื่อค่าของกระบวนการจริง (PV) น้อยกว่าค่าที่ตั้งไว้ (SP) คา่ ผิดพลาดก็จะเปน็ บวก แต่ถา้ ค่าผดิ พลาดท่ีไดเ้ ปน็ ลบแสดงว่าค่าของกระบวนการจริงสงู กว่าค่า ท่ีต้ังไว้ ในกรณีที่ตัวควบคุมเปน็ วงจรอิเล็กทรอนิกส์แอนาล็อก วงจรส่วนเปรียบเทียบเพือ่ หาค่าความ แตกตา่ งหรอื คา่ ผดิ พลาดกจ็ ะเปน็ วงจรสว่ นแรก โดยดูตัวอยา่ งวงจรแบบง่ายๆ ตามภาพที่ 1.10 ค่าผดิ พลาด ภาพที่ 1.10 วงจร Difference Amplifier แบบแอนาล็อก หรือ Error Amplifier ที่มา : ธรี ศิลป์ ทุมวิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 59) วงจรในภาพท่ี 1.10 จะนาสัญญาณแรงดันของกระบวนการจริง (PV) และสัญญาณ แรงดนั ของค่าที่ตอ้ งการ (SP) มาเปรยี บเทยี บกัน โดยนาค่าท้งั สองมาลบกนั เพอื่ ใหเ้ อาต์พตุ ออกมาเป็น สัญญาณค่าผิดพลาด (Error, E) หรือสัญญาณที่บอกค่าความแตกต่างระหว่าง SP และ PV โดย สญั ญาณค่าผิดพลาดนจ้ี ะนาไปเขา้ สวู่ งจรในสว่ นท่เี ปน็ รูปแบบการควบคมุ (Control Algorithm) 1.3.3 รูปแบบการควบคมุ แบบเปดิ -ปดิ (ON-OFF Control Algorithm) การควบคุมแบบเปิด-ปิดธรรมดา จะนาค่า PV มาเทียบกับคา่ SP ตวั อย่างเช่น ในการ ควบคุมกระบวนการทาความร้อน (Heating Process) จะให้ตัวควบคมุ สง่ั เปิด-ปิดเครอื่ งทาความร้อน (Heater) ถ้า PV ของอุณหภูมิมีค่าน้อยกว่า SP แสดงว่าอุณหภูมิของกระบวนการน้อยกว่าค่าท่ีตัง้ ไว้ การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

14 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ ตัวควบคุมจะส่ังให้เอาต์พุตปิดการทางาน (OFF) นั่นคือ ถ้าค่า Error, E เป็น (+) ก็จะสั่ง ON ถ้า E เป็น (-) กจ็ ะส่งั OFF ภาพท่ี 1.11 ON-OFF Control เมอ่ื E > 0 จะให้เอาตพ์ ุตเปดิ ทางาน (100%) และเม่อื E < 0 จะให้เอาตพ์ ตุ ปดิ ทางาน (0%) ที่มา : ธรี ศิลป์ ทุมวภิ าตและสุภาพร จาปาทอง (2547: 60) ภาพท่ี 1.12 การควบคมุ อุณหภมู ขิ องกระบวนการทาความรอ้ นโดยให้ตัวควบคุมไปสัง่ ฮที เตอร์ ให้ทางานสัญญาณเอาต์พุตของตวั ควบคมุ จะสงั่ ให้เอาตพ์ ุตเปล่ียนจาก ON เปน็ OFF หรอื จาก OFF เปน็ ON ทกุ คร้ังทีค่ ่าอุณหภมู ิเทา่ กับคา่ ท่ีต้ังไว้ ทมี่ า : ธรี ศิลป์ ทมุ วภิ าตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 60) การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ |15 1.3.3.1 ON-OFF Control with Hysteresis (Dead Band) เน่อื งจากการควบคมุ อุณหภูมนิ ัน้ ค่าของกระบวนการจะไม่เปลี่ยนแปลงข้ึน ลงเรว็ มากนัก คือ เมื่อสง่ั ให้ฮีทเตอรท์ างาน อุณหภมู ขิ องกระบวนการกจ็ ะค่อยๆ เพม่ิ ขน้ึ จะชา้ หรอื เร็ว ขึน้ กบั ความจขุ องกระบวนการนั้น แตโ่ ดยปกติอุณหภมู ิจะไมเ่ ปลี่ยนแปลงเร็วมากนักและเมอ่ื สัง่ ปิดฮีท เตอร์ อณุ หภมู ขิ องกระบวนกจ็ ะลดลงอย่างช้า ๆ จากการค่อยๆถ่ายเทความร้อนให้ส่งิ แวดลอ้ ม แต่ใน กรณีทก่ี ระบวนการมีการเปลี่ยนแปลงขน้ึ ลงเรว็ เช่นการควบคุมอัตราการไหล (Flow Process), การ ควบคุมระดับของเหลว (Level Process) การใช้การควบคุมแบบ ON-OFF Control แบบธรรมดาก็ อาจทาใหต้ ัวสั่งงาน (Actuator) ตอ้ งทางานเปดิ -ปิดบอ่ ยเกนิ ไป และอาจทาให้มอี ายกุ ารใช้งานสั้นกว่า ทีค่ วรจะเปน็ ดังภาพที่ 1.12 ซึ่งจะเห็นได้ว่าตัวควบคมุ จะส่ัง ON-OFF บ่อยมาก ในกรณีท่ีไม่ต้องการให้ตัวควบคุมสั่งงานให้เอาต์พุตเปิด-ปิดบ่อยเกินไป จะต้องทาช่วงเผ่ือในการเปิด-ปิด ไว้ค่าหน่ึงเพื่อไม่ให้เอาต์พุตเปลี่ยนจาก ON เป็น OFF หรือ OFF เปน็ ON ทันทีท่ี PV ขน้ึ หรอื ลงมาตรงจดุ ทเ่ี ท่ากบั SP ภาพท่ี 1.13 ON-OFF Control แบบทม่ี ี Dead band หรือเรียกว่า Hysteresis ทมี่ า : ธีรศิลป์ ทุมวภิ าตและสุภาพร จาปาทอง (2547: 61) จากภาพท่ี 1.13 ชว่ งที่เผ่อื ออกมาน้ี จะเปน็ ชว่ งทีส่ ถานะของเอาต์พุตจะ คงสถานะเดิมไว้ คือ ตรงจุดท่ี PV = SP (จุดที่ E = 0) แล้วจะยังไม่ให้เอาต์พุตเปลี่ยนจาก ON เป็น OFF หรือจาก OFF เป็น ON ทันทีที่จุดนี้ แต่จะไปเปลี่ยนสถานะจาก OFF เป็น ON ตรงจุดท่ี PV = SP + Differential Gap (หรือจุดที่ Error, E = +Diff. Gap) โดย Differential Gap เป็นช่วงท่ีเผ่ือไว้ ไม่ให้เปล่ียนจาก ON เป็น OFF ทันทีที่จุด PV = SP ซึ่งจุดน้ีเรียกว่าจุด Upper Trigger เปลี่ยนจาก การควบคุมในอตุ สาหกรรม

16 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ OFF เป็น ON ตรงจุดที่ PV = SP - Differential Gap (หรือจุดที่ Error, E = -Diff. Gap) จะเรียกว่า จดุ Lower Trigger ภาพท่ี 1.14 การควบคมุ ระดับโดยใช้ ON-OFF Control แบบมี Hysteresis หรือ Differntial Gap ท้งั ขาข้ึนและขาลง ท่ีมา : ธีรศิลป์ ทมุ วภิ าตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 61) ในกรณีท่ีต้องการนา PC (Programmable Controller) มาทาเป็นตัว ควบคุมแบบ ON-OFF โดยรับสัญญาณอินพุตเข้ามาเป็นสัญญาณเชิงเส้น (Linear) 4-20 mA หรือ 1-5 V จะต้องใช้งานร่วมกับหน่วยอินพุต/เอาต์พุตแบบแอนาล็อก เพ่ือรับสัญญาณแอนาล็อกของ กระบวนการ (Process Variable, PV) มาแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัล และนามาเทียบเป็นสเกลทาง ดิจิทัล โดยตั้งให้ 4-20 mA หรือ 1-5 V แปลงมาเป็น 0-100% ของค่าที่จะนามาประมวลผลแล้วจึง นามาเปรยี บเทยี บกับค่าท่ีต้งั ไว้ (Set point, SP) และ Differential Gap ทีต่ ั้งไว้ในสว่ นของโปรแกรม โดยการเขียนโปรแกรม PC ใหเ้ ปรียบเทยี บวา่ ถ้า PV > (SP + Diff Gap) แลว้ จะใหเ้ อาต์พุต Off หรือ ถ้า PV < (SP - Diff Gap) แล้วจะให้เอาตพ์ ุต On กส็ ามารถให้ PC ทางานเป็น ON-OFF Control ได้ 1.3.3.2 การควบคมุ แบบ Direct – Reverse Action การควบคุมอุณหภูมิของกระบวนการทาความร้อนของเคร่ืองทาความร้อน จะเห็นได้ว่าเม่ืออุณหภูมิจริงของกระบวนการสูงขึ้นถึงจุดท่ีต้องการ ตัวควบคุมจะต้องสั่งปิดฮีทเตอร์ น่ันแสดงว่าเอาต์พุตของตัวควบคุมจะทางานในทิศทางท่ีสวนกันกับค่าของกระบวนการจรงิ ที่เกดิ ขึ้น การทางานตัวควบคุมในลักษณะน้ีเรียกว่าการทางานแบบ Reverse Action (หรือ Inverse หรือ Indirect Action) แต่สาหรับในกรณีของการควบคมุ กระบวนการทาความเยน็ โดยใช้เครื่องทา ความเย็นน้ันจะเป็นไปในทางกลับกันคือ ในกรณีท่ีอุณหภูมิสูงข้ึนจะต้องส่ังเปิดการทางานของเครือ่ ง การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |17 คอมเพรสเซอร์เพื่อทาความเย็นให้อุณหภูมิลดลง และเม่ือความเย็นไปจะถึงจุดหน่ึงแล้วก็จะให้ตัว ควบคุมส่ังตัดการทางานของเคร่ืองคอมเพรสเซอร์ไม่ให้ทาความเย็นต่อไปอีก แล้วปล่อยท้ิงไว้ให้ อุณหภูมสิ งู ขึน้ มาถงึ จดุ ทตี่ อ้ งสัง่ ใหเ้ ครอื่ งคอมเพรสเซอรท์ างานอีกครั้ง ภาพท่ี 1.15 การควบคุมกระบวนการทาความเยน็ เป็นแบบ Direct Action ท่มี า : ธรี ศิลป์ ทมุ วภิ าตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 62) จากภาพท่ี 1.15 เป็นการควบคุมประบวนการทาความเยน็ เอาตพ์ ุตของตัว ควบคุมจะทางานไปในทิศทางเดียวกันกับค่าของกระบวนการซึ่งเรียกว่าเป็นการทางานแบบ Direct Action การประมวลผลของตัวควบคุมในระบบควบคุมอัตโนมัติ เพื่อกาหนดค่าของสัญญาณเอาต์พุต ออกไปส่ังปรับตั้งค่าตัวส่ังงานให้ทางานนั้น มีวิธีการควบคุมหลายอย่าง ซ่ึงขึ้นอยู่กบั ความต้องการใน การควบคุมของกระบวนการนน้ั ๆ ว่าต้องการเสถียรภาพของระบบมากนอ้ ยเพียงใด 1.4 โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอรก์ ับระบบควบคุม ระบบวัด ระบบควบคุม ระบบคอมพิวเตอร์ในงานอุตสาหกรรมปัจจุบันมีความซับซ้อนและ ต้องการให้มีการวัด การควบคุมแบบอัตโนมัติมากยิ่งข้ึน การพัฒนาระบบควบคุมท่ีใช้รีเลย์หรือ แมกเนติกคอนแทกเตอร์ ซึง่ เน้นการทางานเป็นแบบเปดิ -ปิด ไม่สามารถจะตอบสนองความตอ้ งการได้ ท้ังการปรับเปลี่ยนโครงสรา้ งหรอื องค์ประกอบของระบบทาได้ยากเพราะมีการต่อสายไฟจานวนมาก ต้องมกี ารถอดใส่แกไ้ ขซึ่งใชเ้ วลานาน ปัจจุบนั ระบบดิจทิ ลั ไดเ้ ขา้ มามบี ทบาทในการทดแทนอปุ กรณ์ใน สมัยเก่าได้มาก อีกท้ังยังมีขนาดเล็ก ส้ินเปลืองพลังงานน้อยกว่ามากและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การ ปรับเปล่ียนสามารถทาได้ง่ายกว่าเพียงแต่เปล่ียนวงจรใหม่ ทาให้เกิดความสะดวกในการใช้งานและ การควบคุมในอตุ สาหกรรม

18 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคมุ ไฟฟา้ สง่ ผลไปถงึ ความรวดเรว็ ในการทางาน การปรับเปลยี่ นกระบวนการ การเพ่มิ ประสิทธิภาพการผลิต ซ่ึง เป็นที่มาของการเกิดโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ (PC) และการประยุกต์ใช้งานโปรแกรมเมเบิล คอนโทรลเลอร์ สายไฟจานวนมาก อินพุต โปรเซส เอาต์พตุ (Input) (Process) (Output)  สวติ ช์ ต้สู วติ ช์บอรด์  มอเตอร์  เซนเซอร์  รีเลย์  สายพาน  แมกเนตกิ . คอนแทกเตอร์ . . . . . ฯลฯ ฯลฯ ภาพท่ี 1.16 โครงสรา้ งของระบบควบคุมที่ใชร้ ีเลย์ ที่มา : ธีรศิลป์ ทมุ วิภาตและสุภาพร จาปาทอง (2547: 72) ลดสายไฟจานวนลง อินพตุ โปรเซส เอาตพ์ ตุ (Input) (Process) (Output)  สวติ ช์ โปรแกรมเมเบิล  มอเตอร์  เซนเซอร์ คอนโทรลเลอร์  สายพาน . (PC) . . และอุปกรณ์ . . สนบั สนุน . ฯลฯ ฯลฯ ภาพท่ี 1.17 โครงสร้างของระบบควบคุมทใี่ ชโ้ ปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ ท่ีมา : ธีรศิลป์ ทมุ วิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 72) การควบคุมในอุตสาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |19 1.5 การนาโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ไปใชง้ านกับระบบควบคมุ อตั โนมัติ ในระบบควบคุมอตั โนมัติ สว่ นทที่ าหน้าที่เป็นตัวควบคุมเพื่อปรบั ตั้งและสัง่ งานใหร้ ะบบทางาน ได้อย่างอตั โนมัตติ ามความตอ้ งการ อาจเปน็ อุปกรณ์จาพวก ไมโครคอนโทรลเลอร์ คอมพวิ เตอร์ หรือ โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ การเลือกใช้งานอุปกรณ์ท่ีกล่าวมาน้ีจะต้องสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ ภายนอกอ่ืน ๆ ได้ เช่น การเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่รับและส่งสัญญาณแบบแบบดิจิทัลหรือแอนาล็อก เพอ่ื ให้การควบคุมเป็นไปอยา่ งอตั โนมตั ิ เราสามารถนาโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ไปใช้งานในระบบควบคุมอัตโนมัติได้ทุกระบบ เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ควบคุมท่ีมีความยืดหยุ่นในการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นระบบควบคุมอุณหภูมิ ควบคุมความดัน ควบคุมการไหล ควบคุมระดับ หรือระบบอื่น ๆ เพียงแต่ต้องเลือกใช้งานโปรแกรม เมเบิลคอนโทรลเลอร์ กับ Temperature control Unit หรือจะใช้โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ร่วมกับหน่วยอินพุต/เอาต์พุตแบบแอนาล็อกเพ่ือรับสัญญาณจาก Temperature Sensor เช่น เทอร์โมคปั เปิล อาร์ทีดี ท่ีใหส้ ัญญาณเป็นแอนาล็อกกส็ ามารถทาได้ 1.5.1 การนา PC ไปใช้กับระบบควบคุมแบบเปิด-ปดิ สาหรับระบบควบคุมเปิด-ปิด (ON-OFF Control) นั้น จะรับสัญญาณอินพุตซ่ึงเป็น สญั ญาณดิจทิ ัลเข้ามาประมวลผล และส่งเอาต์พุตออกไปเป็นสญั ญาณดิจทิ ัลเชน่ เดียวกัน ดงั นั้นถ้าจะ ใชง้ านระบบควบคุมประเภทน้ี สามารถใชง้ านแค่หนว่ ยอนิ พตุ /เอาต์พุตแบบดิจิทัลของ PC เทา่ น้นั ภาพที่ 1.18 ระบบควบคุมแบบเปดิ -ปิด ท่มี า : ธรี ศิลป์ ทมุ วิภาตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 74) การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

20 | 2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า จากภาพที่ 1.18 เป็นตัวอย่างการใช้งานโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ควบคุม กระบวนการวดั ระดับของเหลวในแทงค์โดยใช้ลูกลอยเปน็ ตวั ตรวจจับระดับของของเหลวในแทงค์ ถ้า น้าเต็มจะให้สัญญาณลอจิก 0 และถ้าน้ายังไม่เต็มจะให้สัญญาณลอจิก 1 จากนั้นจะส่งสัญญาณไป ปรับตั้งค่าและประมวลผลที่โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ หลังจากท่ีตรวจสอบได้แล้วว่าน้าเต็ม โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์จะสง่ สญั ญาณไปยงั หน่วยเอาตพ์ ุตแบบดิจิทลั เพอ่ื ส่ังใหห้ ยุดการทางาน ของปัม๊ แต่ถา้ นา้ ยังไมเ่ ต็มจะสง่ สญั ญาณไปส่งั ให้ปมั๊ ทางาน 1.5.2 การนา PC ไปใช้กับระบบควบคุมแบบแอนาล็อกเปิด-ปิด สาหรับระบบควบคุมแบบแแอนาล็อกเปิด-ปิด (Analog ON-OFF Control) น้ัน จะ แตกต่างกบั ระบบควบคมุ แบบเปดิ -ปิด ตรงสญั ญาณอนิ พตุ เข้ามาประมวลผล คอื ระบบควบคุมแบบแอ นาล็อกเปิด-ปิดน้ันจะรับสัญญาณอินพุตที่เป็นสัญญาณแอนาล็อกเข้ามาเปรียบเทียบกบั ค่าที่กาหนด โดยใช้ฟังก์ชันเปรียบเทียบค่าในโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ หลังจากท่ีโปรแกรมเมเบิล คอนโทรลเลอร์ประมวลผลแลว้ จะสง่ ข้อมูลดิจิทัลออกไปสงั่ เปิด-ปดิ อุปกรณ์เอาตพ์ ตุ ภาพท่ี 1.19 ระบบควบคมุ แบบแอนาล็อกเปดิ -ปดิ ท่ีมา : ธีรศิลป์ ทุมวภิ าตและสภุ าพร จาปาทอง (2547: 75) จากภาพที่ 1.19 เป็นการควบคุมแบบแอนาล็อกเปิด-ปิด แบบท่ีมีการกาหนดช่วง Hysteresis โดยใช้ Ultrasonic Sensor เป็นตัววัดระดับของของเหลวในแทงค์และส่งสัญญาณ เอาต์พุตแบบแอนาล็อกขนาด 4-20 mA มายังหน่วยอินพุตแบบแอนาล็อกของโปรแกรมเมเบิล คอนโทรลเลอร์หลงั จากนน้ั โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์จะทาการประมวลผลสัญญาณแอนาล็อกท่ี รับเข้ามา โดยนาไปเปรยี บเทยี บกับค่าที่กาหนดไว้ เช่น ถา้ เซนเซอร์ส่งสญั ญาณเปน็ กระแส 4-20 mA การควบคมุ ในอุตสาหกรรม

2104-2109 การโปรแกรมและควบคุมไฟฟา้ |21 ถ้าอยู่ในช่วง Hysteresis (อาจต้ังค่าไว้ที่ 4 mA) PC จะสั่งให้มอเตอร์ทางาน โดยโปรแกรมเมเบิล คอนโทรลเลอร์จะส่งั งานเปิด-ปดิ มอเตอรผ์ ่านหน่วยเอาต์พตุ แบบดิจทิ ัล ในระบบควบคมุ อตั โนมตั ิ สว่ นทีส่ าคญั ท่สี ุดในระบบ คือ อุปกรณ์ท่ีนามาใช้เปน็ ตวั ควบคุม เพ่อื ทาหนา้ ทปี่ รับตง้ั และสง่ั งานให้ชุดลานไกต่าง ๆ ทางาน โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์จัดเป็นอุปกรณ์ ควบคุมประเภทหน่ึงท่ีมีหน้าที่ดังกล่าว และมีความสามารถในการทางานที่หลากหลาย โปรแกรมเม เบลิ คอนโทรลเลอร์ในปัจจุบันมีใหเ้ ลือกใช้งานมากมาย ต้งั แตร่ นุ่ ที่มขี ีดความสามารถธรรมดาไปจนถึง รุ่นทีม่ ขี ีดความสามารถสงู ๆ การนาโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ไปใช้กับระบบควบคมุ ไม่ว่าจะเป็น ระบบควบคมุ ประเภทใด ผใู้ ช้จะตอ้ งทราบขีดความสามารถ และวิธกี ารใชง้ านฟังก์ชันต่าง ๆ ทมี่ ีอยู่ใน ตัวของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ตลอดจนอุปกรณ์พิเศษต่าง ๆ ที่จะต้องนามาต่อร่วมกับ โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์เพือ่ ให้การนาโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์มาใช้งานในระบบควบคุม ไดถ้ กู ต้องตามวัตถปุ ระสงค์ การควบคมุ ในอตุ สาหกรรม