หน่วยที่ 1

ความรู้พ้ืนฐานของ ระบบนิวแมตกิ ส์ วชิ างานพ้นื ฐานนวิ แมตกิ ส์ แผนกวิชาเครือ่ งมอื วดั และควบคมุ ความรพู้ ้นื ฐานของระบบนวิ แมตกิ ส์

หน่วยท่ี 1 ความรูเ้ บ้ืองตน้ ระบบนิวแมติกส์ 1.1 ประวัตคิ วามเป็นมาของระบบนวิ แมตกิ ส์ ในศตวรรษทผ่ี ่านมามนษุ ยร์ ้จู ักการนาเอาลมอดั มาใชง้ านให้เกดิ ประโยชน์ ไมว่ า่ จะเอาลมมาใช้ใน การล่าสตั ว์ ดังคนป่าเป่าลกู ดอกล่าสตั ว์ ต่อมาได้มีการพฒั นาโดยการนาพลังงานจากลมอัดมา เปลี่ยนเปน็ พลงั งานกล เพ่ือขับเคล่ือนกลไก เช่น การนาลมอดั มาหมนุ กังหนั นา เพื่อทาการวดิ นา ใน ปจั จุบันไดม้ กี ารพฒั นานาเอาลมอัดมาใช้ในงานอุตสาหกรรมมากขึน ไมว่ า่ จะเปน็ อุตสาหกรรมบรรจุ หีบห่อ อตุ สาหกรรมอาหารและยา และอุตสาหกรรมการขนถ่ายวสั ดุ เป็นตน้ 1.2 ความหมายของระบบนิวแมติกส์ นิวแมตกิ ส์มาจากคาศัพทภ์ าษากรกี โบราณ วา่ “นวิ มา ( Pneuma )” หมายถึง หายใจหรือลมใน ปัจจบุ ัน หมายถึง การนาลมอัดไปใช้กบั เครื่องจักรกลในงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการนามาใช้ ขับเคล่อื น และควบคุมอปุ กรณ์ หรือเคร่ืองจกั รกลต่างๆ ท่ใี ช้ลมเป็นตน้ กาลังในการทางาน ส่วนมาก จะเรยี กระบบลมอัดนีว่า ระบบนิวแมติกส์ ระบบนวิ แมติกส์ หมายถึง ระบบการสง่ ถ่ายกาลังโดยอาศยั ความดันลมเปน็ ตัวกลางในการส่งถ่าย กาลัง โดยมีอปุ กรณก์ ารทางานชนดิ ต่างๆ เช่น กระบอกสบู มอเตอร์ลม เป็นตน้ รูปที่ 1.1 รูปแสดงการทางานกระบอกสบู ลม (ทม่ี า โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ัท FESTO)

1.3 อปุ กรณ์ในระบบนวิ แมติกส์ การทางานของระบบนวิ แมติกส์จะต้องมีอปุ กรณ์พืนฐานในการทางานดังนี รูปที่ 1.2 อุปกรณ์พนื ฐานในระบบนิวแมติกส์ (ที่มา http://www.arcoaerotechtronics.com/article?lang=th) 1. เครือ่ งอัดอากาศ (Air compressor) ทาหนา้ ที่อัดอากาศทคี่ วามดนั บรรยากาศ ให้มคี วาม ดันสงู กว่าบรรยากาศปกติ 2. เครื่องระบายความรอ้ น (After cooler) ทาหน้าทหี่ ลอ่ เย็นอากาศอดั ให้เย็นตัวลง 3. ตวั กรองลมหลัก (Main line air filter) ทาหน้าท่กี รองลมก่อนท่จี ะนาไปใช้งาน 4. เคร่ืองกาจดั ความชื้น (Seperato) อปุ กรณน์ ีจะช่วยแยกเอาความชืนและละอองนามนั ที่ แฝงมากับอากาศอดั ก่อนท่ีอากาศอัดจะถูกนาไปใช้งาน ในบางครังเรียกอปุ กรณ์นีวา่ เคร่ืองทาลมแหง้ 5. ถังเก็บลม (Air reciever) เปน็ อุปกรณ์ใชเ้ ก็บลมทีไ่ ดจ้ ากเครื่องอัดลมและจา่ ยลมความดัน คงทีส่ มา่ เสมอให้แกร่ ะบบนิวแมติกส์ ถังเกบ็ ลมจะตอ้ งมลี นิ ระบายความดนั (Pressure relief valve) เพ่ือระบายความดนั ท่ีเกินสู่บรรยากาศ เป็นการป้องกนั อันตรายท่ีเกิดขนึ เม่ือความดันสูงกวา่ ปกติสว่ น สวติ ชค์ วบคมุ ความดนั (Pressure switch) ใชค้ วบคุมการเปิด-ปิดการทางานของมอเตอรไ์ ฟฟ้าที่ขับ เคร่อื งอดั ลมเม่ือความดันของลมสงู ถึงคา่ ที่ตังไว้ 6. ชดุ ปรบั ปรุงคุณภาพลม (Service unit) ทาใหล้ มปราศจากฝุ่นละออง คราบนามันและ นามนั ก่อนท่ีจะนาไปใชใ้ นระบบนวิ แมตกิ ส์ ประกอบดว้ ย กรองลม (Air filter) วาลว์ ปรบั ความดนั พร้อมเกจ ( Pressure regulator ) อุปกรณ์ผสมนามนั หล่อล่นื (Lubricator) 7. วาล์วควบคุมทิศทาง (Directional control vavle) เป็นวาล์วที่ใช้ในการจ่ายลมอดั ใหก้ ับกระบอกสบู เพอ่ื ควบคุมใหเ้ กิดการเคล่ือนท่ีในทศิ ทางทต่ี อ้ งการ 8. วาล์วควบคุมความเร็ว (Speed control valve) มหี นา้ ท่ใี นการปรับแรงดันของลมอดั ที่จา่ ยใหแ้ ก่กระบอกสูบตามที่ต้องการ เพื่อควบคุมความเรว็ ในการเคลื่อนทขี่ องกา้ นสูบ 9. กระบอกสูบ (Air cylinder) เป็นอุปกรณ์กาลงั ทใี่ ชอ้ ากาศอัดเป็นต้นกาลังในการเคลือ่ นที่ เชงิ เส้น

1.4 ข้อดีและขอ้ เสียของระบบนิวแมตกิ ส์ 1.4.1 ข้อดีของระบบนิวแมติกส์ 1. ไม่มีการระเบดิ หรือลุกไหม้ ดังนนั จงึ มีความปลอดภัยสงู 2. มคี วามเร็วในการทางานสูง 3. การระบายทงิ ปล่อยสบู่ รรยากาศเลยโดยไม่เปน็ มลพิษต่อสิง่ แวดลอ้ ม 4. การปรับความเรว็ ในระบบนิวแมตกิ ส์ปรบั ความเรว็ ไดง้ ่าย และสะดวกโดยการตดิ ตงั อปุ กรณ์ควบคุมความเร็วเขา้ กับระบบ 5. มคี วามปลอดภยั สูง อปุ กรณ์ระบบลมไม่เกดิ การเสียหายถึงแมว้ า่ จะใชง้ านเกนิ กาลัง 6. การเตรียมและเกบ็ รักษาไดง้ า่ ย สามารถอดั เก็บไว้ในถังลม เพ่ือนาไปใชง้ านได้ต่อเน่ือง 1.4.2 ขอ้ เสียของระบบนิวแมติกส์ 1. มีเสียงดัง เมอ่ื ป้อนลมอดั เข้าไปในระบบการควบคุม และมีการระบายออกมาจาก อปุ กรณจ์ ะทาให้เกดิ เสียงดงั มาก ดังนันจงึ ต้องใช้ตัวเก็บเสยี งเพื่อลดเสียงดัง 2. ลมอดั เป็นของไหลที่อัดตวั ได้ จึงทาให้การเคล่ือนที่ของอุปกรณ์ทางานไมส่ ม่าเสมอ 3. ลมอดั มีความชืนเมื่ออณุ หภูมลิ ดลงจะทาให้เกดิ การกลัน่ ตวั เปน็ หยดนา และเม่ือความชนื เข้าสรู่ ะบบการควบคุม ก็จะทาให้ตัวอปุ กรณท์ างานและวาล์วควบคมุ ต่างๆเกดิ สนิมและจะทาให้อายุ การใชง้ านของอปุ กรณ์สันลง 4. ความดันของลมเปลย่ี นแปลงเมื่ออุณหภมู ิเปลี่ยนแปลง โดยความดนั ของลมอดั จะเพมิ่ ขนึ และลดลง เมอ่ื อุณหภูมเิ ปล่ียนแปลง 1.5 เครื่องอัดอากาศ (Compressor) จากระบบนวิ แมตกิ ส์จะพบว่าการทางานของอุปกรณ์ในระบบนวิ แมติกส์จะต้องใชล้ มเป็น ตวั กลางในการขับเคล่ือน ดังนนั จะต้องมีอุปกรณ์ในการผลติ ลมอดั นกี ็ คือ เครอ่ื งอัดอากาศ (Compressor) ซงึ่ ทาหน้าเปลี่ยนพลังงานลมอัดให้พลังงานทางกล สามารถแบง่ เครื่องอัดลมตาม ลักษณะการใช้งานไดเ้ ปน็ 2 ประเภท คือ เครื่องอัดลมท่ีทางานในลกั ษณะการเคล่ือนทีเ่ ปน็ แนวตรง และการทางานในลักษณะของการหมุน 1.5.1 เครอื่ งอัดอากาศท่ีทางานในลักษณะการเคลื่อนทเี่ ป็นแนวตรง 1.5.1.1 เครอ่ื งอดั อากาศแบบลกู สูบ (Piston Compressors) เคร่อื งอดั อากาศแบบนนี ิยมใช้กนั มาก มีทังแบบลูกสบู หมุนและลกู สูบชัก สามารถผลิตอัดลมได้ตังแตค่ วามดันตา่ ความดนั ปานกลางและความดันสูง โดยมีหลักการทางานคือ ลกู สบู จะทาหน้าท่ใี นการดูดอากาศเขา้ มาในกระบอกสบู แลว้ ทาการอัดอากาศเพ่ือทาการส่งต่อไปยัง ถงั เก็บลม

รูปท่ี 1.3 เครอื่ งอัดลมแบบลูกสบู (ท่ีมา http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.1.2 เครื่องอดั ลมแบบไดอะแฟรม (Diaphram Compressor) เครื่องอัดลมแบบนี จะใช้แผน่ ไดอะแฟรมทาหน้าท่ีในการดูดและอัด อากาศ ซง่ึ จะทาให้ลมอัดในห้องอัดอากาศไม่สมั ผัสกบั ลูกสูบโดยตรง ทาใหล้ มอดั ที่ได้ปราศจาก นามันหล่อล่ืน ดว้ ยเหตนุ เี ครอื่ งอดั อากาศชนิดนีจึงเหมาะสาหรบั ใช้กับงานประเภทอุตสาหกรรม อาหาร อุตสาหกรรมยาและ อตุ สาหกรรมทางเคมี รูปที่ 1.4 เครอ่ื งอดั ลมแบบไดอะแฟรม (ทมี่ า http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.2 เครือ่ งอัดอากาศทีท่ างานในลักษณะของการหมนุ 1.5.2.1 เคร่ืองอัดอากาศแบบใบพัดเลื่อน (Sliding Vane Rotary Compressor) เครื่องอัดอากาศชนดิ นี มหี ลกั การทางาน โดยจะมีใบพัดเลอ่ื นท่ีอยตู่ ิดกับชดุ หมนุ (Rotor) และวางเยืองศูนยก์ ับตัวเรือนสบู ทาหน้าที่ในการดดู อากาศเขา้ มาในชอ่ งว่างและจะอัด

อากาศตอ่ ไปโดยอาศยั การหมุนของโรเตอร์ และการหมุนของโรเตอร์นจี ะหมุนเรียบสม่าเสมอ ทาให้ การผลติ อากาศอดั เปน็ ไปอยา่ งคงท่ี ความดนั ประมาณ 4 บาร์ ถงึ 10 บาร์ และไมม่ ีเสยี งดงั รปู ท่ี 1.5 เคร่ืองอดั อากาศแบบใบพัดเล่ือน (ท่มี า http://www.tice.ac.th/Online/Online1- 2549/power/jack/2/new_pape_2htm) 1.5.2.2 เคร่ืองอัดอากาศแบบสกรู (Screw Compressor) เครื่องอัดลมแบบนใี ชเ้ ฟอื งสกรูแบบตวั หนอนสองตัวขบกัน โดยมที ศิ ทางการหมนุ เขา้ หากนั และดูดอากาศเขา้ มาภายในชอ่ งว่าง สามารถผลิตลมอดั ได้มากและการทางาน เปน็ ไปอยา่ งตอ่ เนื่องทาให้มรี ะดบั เสียงดงั นอ้ ย เครอื่ งอดั ลมแบบนีจึงเป็นเครื่องอดั อากาศทีม่ ีราคาสงู รปู ที่ 1.6 เครื่องอัดอากาศแบบสกรู (ท่ีมา http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.2.3 เครอ่ื งอดั อากาศแบบใบพัดหมนุ (Root Compressor) เครอ่ื งอดั อากาศแบบนี จะมใี บพดั 2 ใบขบกันอยเู่ มื่อใบพดั ทังสองหมุน อากาศจะถกู ดูดจากดา้ นหนงึ่ ไปสู่อกี ด้านหนึง่ โดยไมม่ กี ารเปล่ียนแปลงปรมิ าตรทาให้อากาศไม่ถูกอดั ตัว แต่อากาศจะถกู อัดตวั ทดี่ ้านลมออกสูถ่ ังเกบ็ ลม

รปู ท่ี 1.7 เครื่องอดั อากาศแบบใบพัดหมุน (ท่มี า http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.6 การติดต้ังท่ออากาศอดั การตดิ ตงั ท่ออากาศอดั ในระบบนวิ แมติกส์ มคี วามสาคญั มาก เพ่ือให้ได้อากาศอดั ทีม่ ี ประสทิ ธิภาพสงู สุดจะต้องมกี ารพิจารณาปจั จัยหลายประการ ไม่วา่ จะเปน็ การเลือกใช้วัสดสุ าหรับเปน็ ทอ่ สง่ อากาศอดั ขนาดของท่ออากาศอัด และที่สาคัญการวางท่อส่งอากาศอดั ถา้ วางทอ่ อากาศอดั ตามแนวนอนควรจะวางให้มีมุมลาดเอยี งประมาณ 1 ถึง 2 % ของความยาวท่ออากาศอดั และท่ีจดุ ปลายต่าสดุ หรือบรเิ วณท่ีอยตู่ ่ากว่าระดบั จะต้องติดวาล์วหรือกบั ดักนาสาหรับระบายนาทเี่ กิดการ กล่นั ตวั ในทอ่ ทงิ วิธกี ารวางทอ่ สง่ ลมอัดสามารถแบ่งออกเป็น 3 วธิ ี คือ 1. แบบทอ่ แยก (Branch Line) 2. แบบวงแหวน (Ring Circuit) 3. แบบท่อรว่ ม (Interconnected System) 1.6.1 แบบทอ่ แยก (Branch Line) การติดตังแบบนจี ะมีข้อเสีย เกดิ ความดันตกทางปลายทอ่ ทาใหค้ วามดนั ลมอดั ไม่ เทา่ กนั ทุกจดุ จะไมน่ ิยมมากนัก

รปู ท่ี 1.8 การติดตังท่อลมอดั แบบท่อแยก (ท่มี า http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.6.2 แบบวงแหวน (Ring Circuit) การติดตงั แบบนีเปน็ ทน่ี ิยมมาก เพราะความดันลมอัดมคี ่าใกลเ้ คยี งกนั ทุกจดุ สามารถต่อทอ่ แยกไดจ้ านวนมาก รปู ท่ี 1.9 การติดตงั ท่อลมอดั แบบวงแหวน (ทม่ี า http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.6.3 แบบทอ่ ร่วม (Interconnected System) การติดตังท่ออากาศอัดแบบนจี ะมีลักษณะเดยี วกับแบบวงแหวนต่างกนั ตรงที่มีท่อ แยกและต่อถึงกัน ทาให้ความดนั ลมอัดเท่ากนั ทุกจุด ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาความดันตกคร่อม ทาให้ไม่ เกิดปัญหาในการใช้อากาศอัดกับระบบการผลติ ท่ที างานแบบต่อเน่อื ง

รูปที่ 1.10 การติดตงั ทอ่ อากาศอดั แบบท่อร่วม (ท่มี า http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.7 สญั ลักษณใ์ นระบบนิวแมติกส์ อุปกรณ์ในระบบนิวแมติกส์มีหน้าท่ตี ่างกันขนึ อยู่กบั ลักษณะการใช้งาน ดังนนั จึงมีการกาหนด สัญลกั ษณ์ขึน เพ่ือให้ง่ายต่อการใช้งาน และง่ายต่อการออกแบบ การอ่าน การเขียนวงจร มาตรฐานที่ นิยมใชก้ ัน เปน็ ระบบ DIN 24300 โดยกาหนดสญั ลกั ษณด์ งั ตอ่ ไปนี ตารางที่ 1.1 ตารางสัญลักษณแ์ ละอปุ กรณใ์ นระบบนวิ แมตกิ ส์ (ทม่ี า คัมภีร์ ระบบนวิ แมตกิ ส์ ; สานกั พิมพ์ เคทพี ี,โปรแกรม Fluidsim-P บริษทั FESTO) รูปอุปกรณ์ สัญลกั ษณ์ ความหมาย ชดุ ปรบั ปรงุ คุณภาพลมอัด (Service Unit)

ตารางที่ 1.1 (ตอ่ ) ตารางสัญลกั ษณแ์ ละอุปกรณ์ในระบบนิวแมติกส์ (ทม่ี า คมั ภีร์ ระบบนวิ แมตกิ ส์ ; สานกั พิมพ์ เคทพี ี,โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ัท FESTO) รปู อปุ กรณ์ สัญลกั ษณ์ ความหมาย กระบอกสูบทางานสองแบบมีกัน กระแทกปรับได้สองทาง (Double acting cylinder with adjustable cushioning in both direction) กระบอกสบู ทางานทางเดียว (Sing acting cylinder) 2 วาลว์ 3/2 แบบปมุ่ กด ปกติเปิด 13 (3/2 way valve with pushbutton 42 actuation, normally open) 53 วาลว์ 5/2 แบบล็อก 1 (5/2 way valve with selector 2 switch) 13 วาลว์ 3/2 แบบลอ็ ก (3/2-way valve with mushroom- head emergency switch (red), normally closed) 2 วาลว์ ความดนั สองทาง 11 (Two pressure valve)

ตารางท่ี 1.1 (ต่อ) ตารางสญั ลักษณแ์ ละอปุ กรณ์ในระบบนิวแมติกส์ (ทีม่ า คมั ภรี ์ ระบบนิวแมตกิ ส์ ; สานกั พมิ พ์ เคทีพี,โปรแกรม Fluidsim-P บริษทั FESTO) รูปอุปกรณ์ สัญลักษณ์ ความหมาย 2 วาล์ว 3/2 แบบปุม่ กด ปกติปิด 13 (3/2 way valve with pushbutton actuation, normally closed) 2 วาล์วระบายลมทงิ เรว็ 1 (Quick exhaust valve) 3 42 วาล์ว 5/2 แบบเล่ือนดว้ ยลมสองทาง 14 12 (5/2-way double pilot valve,both 53 sides) 1 วาลว์ ควบคมุ อตั ราการไหล (Flow control valve) วาลว์ 3/2 แบบลกู กลงิ ทางานสองทาง 2 ปกติปดิ (3/2 way roller lever valve, 13 normally closed) วาลว์ 3/2 แบบลกู กลิงทางานทางเดยี ว 2 ปกตปิ ดิ (3/2 way roller with return, 13 normally closed)

ตารางที่ 1.1 (ตอ่ ) ตารางสญั ลกั ษณแ์ ละอุปกรณ์ในระบบนิวแมติกส์ (ทีม่ า คัมภีร์ ระบบนิวแมตกิ ส์ ; สานักพิมพ์ เคทีพี,โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ทั FESTO) รปู อปุ กรณ์ สญั ลักษณ์ ความหมาย เครื่องอัดอากาศ (Compressor)