ความรู้เบื้องต้นระบบนิวแมติกส์

วิชาพนื้ ฐานนิวแมติกส์ (30120-0002) ความรเู้ บื้องต้นระบบนิวแมตกิ ส์ นพพร น้อยวัฒนกุล แผนกวิชาเคร่อื งมือวัดและควบคุม วชิ าพ้ืนฐานนวิ แมติกส์ (30120-0002)

วชิ างานพื้นฐานนิวแมตกิ ส์ 30120-0002 หน่วยที่ 1 ความรเู้ บ้อื งต้นระบบนิวแมติกส์ 1.1 ประวตั ิความเป็นมาของระบบนวิ แมตกิ ส์ ในศตวรรษทผ่ี า่ นมามนุษย์รู้จักการนาเอาอากาศอดั มาใช้งานใหเ้ กดิ ประโยชน์ ไมว่ ่าจะเอาลมมา ใชใ้ นการล่าสัตว์ ดังคนปา่ เป่าลูกดอกลา่ สตั ว์ ต่อมาได้มีการพัฒนาโดยการนาพลงั งานจากอากาศอัดมา เปลีย่ นเป็นพลังงานกล เพอื่ ขับเคลื่อนกลไก เช่น การนาอากาศอดั มาหมนุ กงั หนั นา เพื่อทาการวดิ นา ในปัจจบุ นั ได้มีการพฒั นานาเอาอากาศอดั มาใช้ในงานอตุ สาหกรรมมากขนึ ไม่วา่ จะเป็นอุตสาหกรรม บรรจหุ ีบห่อ อตุ สาหกรรมอาหารและยา และอุตสาหกรรมการขนถ่ายวัสดุ เปน็ ต้น 1.2 ความหมายของระบบนิวแมตกิ ส์ นวิ แมตกิ สม์ าจากคาศพั ทภ์ าษากรีกโบราณ วา่ “นิวมา ( Pneuma )” หมายถึง หายใจหรือลมใน ปจั จุบนั หมายถึง การนาอากาศอดั ไปใชก้ ับเคร่ืองจกั รกลในงานอตุ สาหกรรม โดยเฉพาะการนามาใช้ ขบั เคลอ่ื น และควบคุมอปุ กรณ์ หรอื เครื่องจักรกลต่างๆ ที่ใช้ลมเปน็ ต้นกาลังในการทางาน ส่วนมากจะ เรยี กระบบอากาศอดั นีว่า ระบบนิวแมตกิ ส์ ระบบนิวแมติกส์ หมายถงึ ระบบการสง่ ถ่ายกาลังโดยอาศัยความดนั ลมเปน็ ตัวกลางในการส่งถา่ ย กาลัง โดยมอี ปุ กรณ์การทางานชนิดต่างๆ เช่น กระบอกสูบ มอเตอร์ลม เปน็ ตน้ รูปที่ 1.1 รูปแสดงการทางานกระบอกสูบลม (ท่มี า โปรแกรม Fluidsim-P บริษัท FESTO)

วชิ างานพื้นฐานนวิ แมติกส์ 30120-0002 1.3 อปุ กรณ์ในระบบนวิ แมตกิ ส์ การทางานของระบบนวิ แมติกส์จะต้องมีอุปกรณพ์ ืนฐานในการทางานดังนี รปู ท่ี 1.2 อปุ กรณ์พืนฐานในระบบนวิ แมติกส์ (ทมี่ า http://www.arcoaerotechtronics.com/article?lang=th) 1. เครอื่ งอัดอากาศ (Air compressor) ทาหน้าท่ีอัดอากาศทค่ี วามดนั บรรยากาศ ใหม้ ีความ ดันสูงกว่าบรรยากาศปกติ 2. เครอ่ื งระบายความร้อน (After cooler) ทาหน้าทหี่ ล่อเยน็ อากาศอัดใหเ้ ย็นตัวลง 3. ตัวกรองลมหลัก (Main line air filter) ทาหน้าที่กรองลมก่อนทจี่ ะนาไปใชง้ าน 4. เคร่ืองกาจัดความชื้น (Seperato) อปุ กรณน์ จี ะชว่ ยแยกเอาความชืนและละอองนามันที่ แฝงมากับอากาศอดั ก่อนท่ีอากาศอัดจะถูกนาไปใชง้ าน ในบางครังเรียกอุปกรณน์ วี ่าเครื่องทาลมแห้ง 5. ถังเกบ็ ลม (Air reciever) เปน็ อุปกรณ์ใช้เกบ็ ลมที่ได้จากเครื่องอดั อากาศและจา่ ยลมความ ดันคงท่สี ม่าเสมอให้แกร่ ะบบนวิ แมติกส์ ถงั เกบ็ ลมจะตอ้ งมีลินระบายความดัน (Pressure relief valve) เพื่อระบายความดนั ท่ีเกินสู่บรรยากาศ เป็นการป้องกันอันตรายทีเ่ กิดขนึ เมื่อความดันสูงกวา่ ปกติสว่ นสวิตช์ควบคุมความดัน (Pressure switch) ใชค้ วบคมุ การเปิด-ปิดการทางานของมอเตอร์ ไฟฟา้ ท่ีขับเครื่องอัดลมเม่ือความดันของลมสูงถึงค่าที่ตงั ไว้ 6. ชดุ ปรับปรุงคุณภาพลม (Service unit) ทาใหล้ มปราศจากฝนุ่ ละออง คราบนามันและ นามนั ก่อนท่ีจะนาไปใชใ้ นระบบนวิ แมตกิ ส์ ประกอบด้วย กรองลม (Air filter) วาลว์ ปรบั ความดนั พรอ้ มเกจ ( Pressure regulator ) อุปกรณผ์ สมนามนั หล่อลื่น (Lubricator) 7. วาลว์ ควบคุมทศิ ทาง (Directional control vavle) เป็นวาลว์ ทใี่ ช้ในการจ่ายลมอัด ให้กับกระบอกสูบ เพื่อควบคุมใหเ้ กิดการเคล่ือนที่ในทศิ ทางที่ต้องการ 8. วาลว์ ควบคุมความเร็ว (Speed control valve) มีหนา้ ทีใ่ นการปรบั แรงดนั ของลมอดั ที่จา่ ยใหแ้ ก่กระบอกสบู ตามที่ตอ้ งการ เพื่อควบคุมความเรว็ ในการเคลื่อนท่ขี องก้านสูบ 9. กระบอกสูบ (Air cylinder) เป็นอุปกรณก์ าลงั ท่ใี ชอ้ ากาศอดั เปน็ ตน้ กาลังในการเคลอ่ื นท่ี เชงิ เส้น

วิชางานพื้นฐานนิวแมตกิ ส์ 30120-0002 1.4 ข้อดแี ละข้อเสียของระบบนิวแมตกิ ส์ 1.4.1 ขอ้ ดขี องระบบนวิ แมติกส์ 1. ไม่มกี ารระเบดิ หรอื ลกุ ไหม้ ดังนนั จงึ มีความปลอดภยั สูง 2. มีความเร็วในการทางานสงู 3. การระบายทิงปล่อยสู่บรรยากาศเลยโดยไมเ่ ปน็ มลพษิ ต่อสงิ่ แวดล้อม 4. การปรับความเรว็ ในระบบนวิ แมติกสป์ รบั ความเรว็ ไดง้ ่าย และสะดวกโดยการตดิ ตงั อปุ กรณ์ควบคุมความเร็วเขา้ กับระบบ 5. มีความปลอดภยั สงู อปุ กรณร์ ะบบลมไม่เกดิ การเสยี หายถึงแมว้ ่าจะใชง้ านเกนิ กาลัง 6. การเตรยี มและเกบ็ รกั ษาได้ง่าย สามารถอัดเก็บไวใ้ นถงั ลม เพ่อื นาไปใช้งานได้ต่อเนอ่ื ง 1.4.2 ข้อเสยี ของระบบนิวแมติกส์ 1. มเี สียงดงั เมอื่ ป้อนลมอดั เข้าไปในระบบการควบคุม และมกี ารระบายออกมาจาก อุปกรณจ์ ะทาใหเ้ กดิ เสียงดงั มาก ดังนนั จึงต้องใช้ตวั เกบ็ เสยี งเพอ่ื ลดเสียงดงั 2. อากาศอัดเปน็ ของไหลที่อัดตัวได้ จงึ ทาให้การเคล่ือนทข่ี องอปุ กรณ์ทางานไมส่ มา่ เสมอ 3. อากาศอดั มีความชนื เม่ืออุณหภูมลิ ดลงจะทาใหเ้ กิดการกลน่ั ตวั เป็นหยดนา และเมื่อ ความชืนเข้าสรู่ ะบบการควบคุม ก็จะทาให้ตวั อุปกรณท์ างานและวาลว์ ควบคุมต่างๆเกดิ สนิมและจะทา ให้อายุการใชง้ านของอุปกรณ์สันลง 4. ความดนั ของลมเปลย่ี นแปลงเม่อื อุณหภูมเิ ปลี่ยนแปลง โดยความดนั ของอากาศอัดจะ เพ่มิ ขึนและลดลง เมื่ออุณหภูมเิ ปล่ียนแปลง 1.5 เครื่องอดั อากาศ (Compressor) จากระบบนิวแมตกิ ส์จะพบวา่ การทางานของอปุ กรณใ์ นระบบนิวแมติกสจ์ ะตอ้ งใชล้ มเป็น ตวั กลางในการขับเคลื่อน ดังนันจะต้องมีอุปกรณ์ในการผลติ อากาศอดั นีก็ คือ เคร่ืองอัดอากาศ (Compressor) ซง่ึ ทาหน้าเปลยี่ นพลังงานอากาศอัดให้พลังงานทางกล สามารถแบง่ เครอ่ื งอดั อากาศ ตามลกั ษณะการใช้งานได้เปน็ 2 ประเภท คือ เครอื่ งอดั อากาศท่ที างานในลกั ษณะการเคล่ือนทเี่ ป็น แนวตรง และการทางานในลักษณะของการหมนุ 1.5.1 เครอ่ื งอดั อากาศทีท่ างานในลักษณะการเคล่ือนท่ีเปน็ แนวตรง 1.5.1.1 เคร่อื งอดั อากาศแบบลูกสบู (Piston Compressors) เคร่ืองอัดอากาศแบบนนี ิยมใชก้ นั มาก มีทังแบบลูกสูบหมนุ และลูกสูบชัก สามารถผลิตอัดลมไดต้ ังแตค่ วามดันต่า ความดนั ปานกลางและความดันสูง โดยมีหลักการทางานคือ ลกู สบู จะทาหน้าท่ใี นการดูดอากาศเขา้ มาในกระบอกสบู แล้วทาการอดั อากาศเพ่ือทาการส่งตอ่ ไปยัง ถงั เก็บลม

วิชางานพ้ืนฐานนวิ แมตกิ ส์ 30120-0002 รูปท่ี 1.3 เคร่ืองอดั ลมแบบลูกสูบ (ท่มี า http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.1.2 เครอื่ งอดั อากาศแบบไดอะแฟรม (Diaphram Compressor) เครือ่ งอดั อากาศแบบนี จะใชแ้ ผ่นไดอะแฟรมทาหนา้ ทใี่ นการดูดและอดั อากาศ ซึ่งจะทาให้อากาศอัดในหอ้ งอดั อากาศไม่สัมผัสกบั ลูกสบู โดยตรง ทาใหอ้ ากาศอดั ที่ได้ ปราศจากนามันหลอ่ ลื่น ดว้ ยเหตนุ ีเคร่ืองอัดอากาศชนดิ นจี ึงเหมาะสาหรบั ใช้กบั งานประเภท อตุ สาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมยาและ อุตสาหกรรมทางเคมี รปู ท่ี 1.4 เคร่ืองอดั ลมแบบไดอะแฟรม (ทีม่ า http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.2 เครอื่ งอัดอากาศที่ทางานในลักษณะของการหมุน 1.5.2.1 เครอื่ งอัดอากาศแบบใบพัดเลื่อน (Sliding Vane Rotary Compressor) เครอ่ื งอดั อากาศชนิดนี มีหลกั การทางาน โดยจะมีใบพัดเลอ่ื นท่ีอยู่ติดกบั ชุด หมุน (Rotor) และวางเยืองศูนย์กบั ตวั เรือนสบู ทาหน้าที่ในการดดู อากาศเขา้ มาในชอ่ งว่างและจะอัด

วชิ างานพื้นฐานนวิ แมตกิ ส์ 30120-0002 อากาศต่อไปโดยอาศยั การหมุนของโรเตอร์ และการหมนุ ของโรเตอรน์ ีจะหมนุ เรียบสมา่ เสมอ ทาให้ การผลิตอากาศอดั เปน็ ไปอยา่ งคงที่ ความดนั ประมาณ 4 บาร์ ถงึ 10 บาร์ และไมม่ ีเสียงดัง รปู ท่ี 1.5 เครอื่ งอดั อากาศแบบใบพัดเล่ือน (ทม่ี า http://www.tice.ac.th/Online/Online1- 2549/power/jack/2/new_pape_2htm) 1.5.2.2 เครือ่ งอัดอากาศแบบสกรู (Screw Compressor) เครอ่ื งอัดลมแบบนีใชเ้ ฟอื งสกรูแบบตัวหนอนสองตัวขบกัน โดยมที ศิ ทางการหมุนเข้าหากนั และดูดอากาศเข้ามาภายในชอ่ งวา่ ง สามารถผลติ ลมอดั ได้มากและการทางาน เป็นไปอย่างต่อเนือ่ งทาใหม้ รี ะดบั เสียงดังน้อย เครอื่ งอัดลมแบบนีจึงเป็นเครื่องอดั อากาศทม่ี ีราคาสูง รูปที่ 1.6 เครื่องอัดอากาศแบบสกรู (ที่มา http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.5.2.3 เครอื่ งอดั อากาศแบบใบพัดหมุน (Root Compressor) เคร่อื งอัดอากาศแบบนี จะมใี บพัด 2 ใบขบกนั อยู่เม่ือใบพดั ทังสองหมนุ อากาศจะถกู ดูดจากด้านหน่งึ ไปสอู่ กี ดา้ นหนง่ึ โดยไมม่ ีการเปล่ียนแปลงปริมาตรทาให้อากาศไม่ถูกอัด ตวั แตอ่ ากาศจะถูกอัดตวั ท่ดี า้ นลมออกสูถ่ งั เกบ็ ลม

วิชางานพนื้ ฐานนวิ แมตกิ ส์ 30120-0002 รูปท่ี 1.7 เคร่อื งอัดอากาศแบบใบพัดหมนุ (ทม่ี า http://www.tice.ac.th/Online/Online1-2549/power/jack/2/new_page_2.htm) 1.6 การตดิ ต้งั ท่ออากาศอดั การติดตงั ท่ออากาศอัดในระบบนวิ แมติกส์ มคี วามสาคญั มาก เพ่ือให้ได้อากาศอัดที่มี ประสิทธิภาพสงู สุดจะต้องมกี ารพจิ ารณาปัจจัยหลายประการ ไมว่ ่าจะเปน็ การเลือกใช้วสั ดุสาหรับเปน็ ทอ่ สง่ อากาศอดั ขนาดของท่ออากาศอดั และทส่ี าคัญการวางทอ่ ส่งอากาศอัด ถา้ วางท่ออากาศอดั ตาม แนวนอนควรจะวางให้มมี ุมลาดเอียงประมาณ 1 ถงึ 2 % ของความยาวท่ออากาศอัด และทจ่ี ุดปลาย ต่าสดุ หรอื บรเิ วณที่อยูต่ า่ กวา่ ระดบั จะต้องตดิ วาลว์ หรือกบั ดักนาสาหรบั ระบายนาทเี่ กิดการกลัน่ ตวั ใน ท่อทิง วิธกี ารวางท่อสง่ ลมอัดสามารถแบง่ ออกเป็น 3 วธิ ี คือ 1. แบบท่อแยก (Branch Line) 2. แบบวงแหวน (Ring Circuit) 3. แบบทอ่ ร่วม (Interconnected System) 1.6.1 แบบทอ่ แยก (Branch Line) การตดิ ตังแบบนีจะมีข้อเสยี เกิดความดันตกทางปลายท่อทาให้ความดนั ลมอดั ไม่ เทา่ กนั ทุกจดุ จะไม่นิยมมากนัก

วิชางานพื้นฐานนวิ แมตกิ ส์ 30120-0002 รปู ที่ 1.8 การติดตังท่ออากาศอัดแบบทอ่ แยก (ทมี่ า http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.6.2 แบบวงแหวน (Ring Circuit) การติดตังแบบนีเปน็ ที่นยิ มมาก เพราะความดนั ลมอัดมีค่าใกลเ้ คียงกนั ทุกจุด สามารถต่อท่อแยกได้จานวนมาก รปู ที่ 1.9 การตดิ ตงั ท่ออากาศอัดแบบวงแหวน (ที่มา http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.6.3 แบบทอ่ รว่ ม (Interconnected System) การติดตังท่ออากาศอดั แบบนีจะมีลักษณะเดียวกับแบบวงแหวนตา่ งกันตรงทีม่ ีท่อ แยกและตอ่ ถงึ กนั ทาใหค้ วามดันลมอัดเท่ากันทุกจุด ซึ่งเปน็ การแกป้ ัญหาความดันตกคร่อม ทาให้ไม่ เกิดปญั หาในการใช้อากาศอัดกับระบบการผลิตท่ที างานแบบตอ่ เนอื่ ง

วชิ างานพน้ื ฐานนิวแมติกส์ 30120-0002 รูปที่ 1.10 การติดตังท่ออากาศอัดแบบท่อรว่ ม (ท่มี า http://203.172.182.172/~napat/pn%20supply/pipe%20install.htm) 1.7 สัญลักษณ์ในระบบนิวแมติกส์ อปุ กรณ์ในระบบนิวแมติกสม์ ีหนา้ ที่ต่างกันขึนอยู่กบั ลักษณะการใชง้ าน ดังนันจงึ มีการกาหนด สัญลกั ษณข์ ึน เพ่ือใหง้ า่ ยต่อการใชง้ าน และง่ายต่อการออกแบบ การอา่ น การเขียนวงจร มาตรฐานท่ี นยิ มใชก้ ัน เปน็ ระบบ DIN 24300 โดยกาหนดสญั ลักษณด์ ังตอ่ ไปนี ตารางท่ี 1.1 ตารางสญั ลกั ษณแ์ ละอุปกรณ์ในระบบนวิ แมติกส์ (ที่มา คัมภีร์ ระบบนิวแมติกส์ ; สานกั พมิ พ์ เคทีพี,โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ัท FESTO) รูปอุปกรณ์ สัญลกั ษณ์ ความหมาย ชดุ ปรบั ปรงุ คณุ ภาพลม (Service Unit)

วชิ างานพ้ืนฐานนิวแมตกิ ส์ 30120-0002 ตารางท่ี 1.1 (ต่อ) ตารางสัญลกั ษณแ์ ละอุปกรณ์ในระบบนิวแมตกิ ส์ (ท่ีมา คัมภรี ์ ระบบนวิ แมตกิ ส์ ; สานักพิมพ์ เคทพี ี,โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ทั FESTO) รปู อปุ กรณ์ สญั ลกั ษณ์ ความหมาย กระบอกสบู ทางานสองแบบมีกัน กระแทกปรบั ไดส้ องทาง (Double acting cylinder with adjustable cushioning in both direction) กระบอกสบู ทางานทางเดียว (Sing acting cylinder) 2 วาล์ว 3/2 แบบปมุ่ กด ปกติเปดิ 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 วาล์ว 3/2 แบบลอ็ ก (3/2-way valve with mushroom- head emergency switch (red), normally closed) 2 วาลว์ ความดันสองทาง 11 (Two pressure valve)

วิชางานพื้นฐานนิวแมติกส์ 30120-0002 ตารางที่ 1.1 (ตอ่ ) ตารางสัญลกั ษณ์และอุปกรณ์ในระบบนิวแมติกส์ (ที่มา คัมภรี ์ ระบบนวิ แมตกิ ส์ ; สานกั พิมพ์ เคทีพี,โปรแกรม Fluidsim-P บรษิ ัท FESTO) รูปอุปกรณ์ สญั ลักษณ์ ความหมาย 2 วาล์ว 3/2 แบบปุม่ กด ปกตปิ ิด 13 (3/2 way valve with pushbutton actuation, normally closed) 2 วาลว์ ระบายลมทงิ เรว็ 1 (Quick exhaust valve) 3 42 วาล์ว 5/2 แบบเล่อื นดว้ ยลมสองทาง 14 12 (5/2-way double pilot valve,both 53 sides) 1 วาล์วควบคมุ อตั ราการไหล (Flow control valve) วาลว์ 3/2 แบบลูกกลิงทางานสองทาง 2 ปกตปิ ิด (3/2 way roller lever valve, 13 normally closed) วาลว์ 3/2 แบบลูกกลิงทางานทางเดยี ว 2 ปกติปดิ (3/2 way roller with return, 13 normally closed)

วิชางานพน้ื ฐานนิวแมติกส์ 30120-0002 ตารางที่ 1.1 (ตอ่ ) ตารางสญั ลกั ษณ์และอุปกรณ์ในระบบนิวแมติกส์ (ทีม่ า คัมภีร์ ระบบนิวแมติกส์ ; สานกั พมิ พ์ เคทพี ี,โปรแกรม Fluidsim-P บริษทั FESTO) รูปอปุ กรณ์ สญั ลักษณ์ ความหมาย เครอ่ื งอัดอากาศ (Compressor)