บทที่1 PLC พื้นฐาน

ยนิ ดตี ้อนรับ นักเรียนช่างไฟฟ้าทุกคน ผู้สอน ครูกฤษณ์ โชตพิ นั ธ์ แผนกวชิ าช่างไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลยั เทคนิคสุราษฎร์ธานี

กาหนดการเรียนรู้ วทิ ยาลยั เทคนิคสุราษฎร์ธานี รหัสวิชา 2104-2109 ช่ือวิชา การโปรแกรมและควบคุมไฟฟ้า หน่วยกติ 2 ช่ัวโมง 4 ประเภทวิชา ช่างอตุ สาหกรรม สาขาวิชา ช่างไฟฟ้า สาขางาน ไฟฟ้ากาลงั หลกั สูตร ระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพ(ปวช.) พุทธศักราช 2556 ภาคเรียนท่ี 2/2562 อาจารย์ประจาวชิ า ช่างไฟฟ้ากาลงั

จุดประสงค์รายวชิ า 1. รู้ เขา้ ใจเกย่ี วกับดครงสร้าง ส่วนประกอบ การป้อนคาส่งั โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ 2. มที ักษะเกี่ยวกบั การใช้คาส่ัง แก้ไข ปรบั ปรงุ โปรแกรมงาน ควบคมุ ประเภทต่างๆ 3. มีเจตคติและกจิ นสิ ยั ท่ีดใี นการปฏิบัติงาน มีความละเอียด รอบคอบ ปลอดภยั เปน็ ระเบียบ สะอาด ตรงตอ่ เวลา มีความ รับผิดชอบ

สมรรถนะรายวชิ า 1. แสดงความรู้เกี่ยวกบั การโครงสร้างและหลกั การ ทางานของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ 2. ใชช้ ุดคาสงั่ ควบคุมงานไฟฟ้า 3. ต่อวงจรการใชง้ านควบคุมมอเตอร์ ระบบนิวแมติกส์ และอุปกรณ์ไฟฟ้า

คาอธิบายรายวชิ า ศึ ก ษ า แ ล ะ ป ฏิ บั ติ เ ก่ี ย ว กั บ โ ค ร ง ส ร้ า ง ส่วนประกอบของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ คาส่ังการป้อนข้อมูล วงจรการใช้งานควบคุม มอเตอร์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ วงจรควบคุม ระบบนิวเมติกส์การแกไ้ ขและปรับปรุงโปรแกรม ป้อนขอ้ มูล

หน่วยท่ี 1 ความรู้เบื้องต้นเกยี่ วกบั โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์(PLC)

โปรแกรมเมเบ้ลิ คอนโทรลเลอร์ (PROGRAMMABLE CONTROLLER) เรยี กสนั้ ๆ วา่ PLC หรอื PC เป็นเครอ่ื งควบคุมทถ่ี กู สรา้ งและ พฒั นาข้นึ มา อนั เน่อื งมาจากความตอ้ งการทอ่ี ยากจะไดเ้ครอ่ื ง ควบคมุ ทม่ี รี าคาถกู เครอ่ื งควบคมุ ทส่ี ามารถใชง้ านไดอ้ ย่างอเนก ประสงค์ และเคร่อื งควบคมุ ทส่ี ามารถเรยี นรูก้ ารใชง้ านไดง้ า่ ย

ปจั จบุ นั โปรแกรมเมเบ้ลิ คอนโทรลเลอรจ์ ะถกู เรยี กช่ือท่แี ก ต่างกนั หลาย ๆ ชอ่ื โดยส่วนใหญ่แลว้ การเรยี กช่อื น้ีจะอา้ งอง ถงึ ฟงั กช์ นั่ การทางานของมนั โดยจะเรยี กช่อื ต่าง ๆ ต่อไปน้ี PC : Programmable Controller เรยี กกนั ในประเทศอังกฤษ PLC: Programmable Logic Controller เรยี กกันในประเทศ สหรฐั อเมริกา PBS: Programmable Binary System เรียกกนั ในกลุ่ม ประเทศสแกนดเิ นเวีย

โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์เบ้อื งต้น บริษทั General Motor ประเทศสหรฐั อเมรกิ า ได้คิดค้นอุปกรณ์ ควบคุมแบบใหม่ คอื โปรแกรมเมเบลิ ลอจกิ คอนโทรลเลอร์ (Programmable Logic Controller) หรือ PLC เมื่อปี พ.ศ. 2511 ปี พ.ศ. 2512 PLC มีจาหนา่ ยในประเทศสหรัฐอเมรกิ าเป็นแหง่ แรก

ความหมายของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ คานิยามของ โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ตาม มาตรฐานของ IEC – 1131หมายถึง ระบบปฏิบตั ิการทางดา้ นดิจิตอล ออกแบบมาใหใ้ ช้ งานในอุตสาหกรรม ซ่ึงใชห้ น่วยความจาที่สามารถ โปรแกรมไดใ้ นการเกบ็ คาสั่งท่ีผใู้ ชก้ าหนดข้ึน

โปรแกรมเมเบลิ โลจกิ คอนโทรลเลอร์ (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) เป็นอุปกรณ์ท่ีสามารถควบคุมเครื่องจกั รทางานเรียง ตามลาดบั แบบอตั โนมตั ิ โดยภายในมี ไมโครโพรเซสเซอร์ (MICROPROCESSOR) เป็นสมองสงั่ การหรือซอฟแวร์ PLC จะมีอุปกรณ์ควบคุมต่าง ๆ ภายในตวั เอง เช่น รีเลย์ ตวั ต้งั เวลา ตวั นบั อุปกรณ์เหล่าน้ีอยใู่ นรูปของโปรแกรม ไม่มีตวั ตนในรูปวตั ถุ แต่ปรากฏในรูปของฟังกช์ น่ั

PLC หรือ PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER จะเป็ นอุปกรณ์ควบคุมการทางานของเครื่องจักรหรือ กระบวนการต่างๆซึ่งการทางานเป็ นแบบลอจิก PC หรือ PROGRAMMABLE CONTROLER จะรวมถึง การควบคุมที่มีสัญญาณเป็ นแบบแอนะลอก การควบคุม ตาแหน่ง การควบคุมแบบ PID รวมท้ังการติดต่อส่ือสารกบั อุปกรณ์ภายนอก

PLC หรือ PC โดยหลกั การพืน้ ฐานแลว้ ตัวควบคุมนี้จะ ทางานในลักษณะเลขฐานสอง (ON/OFF) ปัจจุบนั PLC สามารถ รับ/ส่งสัญญาณอนิ พุตแบบต่อเน่อื ง (แอนะลอก) ได้ ดงั นัน้ การเรยี กว่า PC จึงเหมาะสมกว่าโดยตดั คาว่า LOGICออกไปแต่เพื่อไมใ่ หเ้ กิดการสับสนกับ PC (Personal Computer) ภายในเอกสารฉบับน้ีจะใช้คาวา่ PLCแทนโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์

โครงสร้าง และส่วนประกอบของ PLC หน่วยติดตอ่ กบั ระบบภายนอก โปรแกรม ขอ้ มลู อปุ กรณ์อนิ พตุ หน่วยความจา หน่วยความจา อปุ กรณ์เอาต์พุต โปรแกรม ข้อมูล สวติ ชป์ ่ มุ กด หน่วย หน่วย หน่วย รีเลย์ ลิมิตสวิตช์ อนิ พุต ประมวลผลกลาง เอาต์พุต สวิตช์แม่เหล็ก อปุ กรณ์เซนเซอร์ โซลีนอยลว์ าลว์ อุปกรณ์อ่ืนๆ หลอดไฟฟ้า อปุ กรณ์อื่นๆ

รูปร่างลกั ษณะและส่วนประกอบของ PLC ยห่ี ้อ OMRON

เคร่ืองโปรแกรมแบบมือถือ(HANDY PROGRAMMER)

หน่วยประมวลผลกลาง (CPU: Central Processing Unit) CPU เป็ นส่วนสาคญั ทคี่ วบคุมการทางานของ PLC มไี มโครโพรเซสเซอร์เป็ นสมองส่ังงาน หน้าทหี่ ลกั คือรับข้อมูล หรือโปรแกรมจากอนิ พุต มาประมวลผลทาเช่นนีซ้ ้าเร่ือยๆไป จนกว่าหยุดจ่ายไฟให้กบั PLC การประมวลผลโดยการอ่านครบ หน่ึงรอบ เราเรียกว่า การสแกน (Scanning)

ซึ่งถ้าใช้เวลาจานวนหนึ่งในการสแกนเรียกว่า การสแกนไทม์ (Scan Time) เวลาในการสแกนแต่ละรอบใช้เวลาประมาณ 1 ถึง 100 ms ท้ังนี้ขึ้นอยู่กับขนาดหน่ วยความจา และความเร็วของหน่ วย ประเมนิ ผล รวมถึงจานวนโปรแกรมทปี่ ้อนเข้าไปใน CPU  หน่วยประมวลผลกลาง หมายถึง ส่วนท่ีทาหน้าทคี่ วบคุมการทางานของ PLC โดยทั่วไปแลว้ มกั จะใช้ ไมโครโปรเซสเซอร์ ชนดิ 8 บติ เปน็ ตัว ประมวลผล ปกติหนา้ ท่ขี อง CPU คือ รับข้อมูลอนิ พตุ เขา้ มาทาการ ประมวลผล แล้วส่งผลที่ได้ออกไปยงั เอาตพ์ ุต  การทางานของ CPU จะอยู่ภายใต้การควบคุมของโปรแกรมทผี่ ใู้ ชป้ อ้ นเขา้ ไป นอกจากนแ้ี ล้ว CPU ยงั ทาหน้าที่รบั สง่ ขอ้ มูลกับอปุ กรณต์ ดิ ต่อภายนอก (Peripheral Device) ตรวจเช็คตวั เอง หนว่ ยความจา (Memory Unit) และตรวจเชค็ แหล่งจ่ายไฟ

หน่วยความจา (Memory Unit) ทาหน้าท่ีสาคัญคือ เก็บโปรแกรมและข้อมูล ขนาดของ หน่วยความจาจะเป็ นตวั กาหนดขีดความสามารถของระบบปกติ มักจะมีขนาดวัดเป็ นบรรทัดของโปรแกรม หรือจานวน Step

PLC แบ่งหน่วยความจา 2 ส่วนคือ  (1) หน่วยความจาระบบ (System Memory) ทาหนา้ ท่ี เกบ็ โปรแกรมบริหารระบบ ขอ้ มูลของระบบไม่อนุญาตใหผ้ ใู้ ช้ เปล่ียนแปลงหรือแกไ้ ขขอ้ มูลภายใน  (2) หน่วยความจาผใู้ ช้ (User Memory) ทาหนา้ ท่ีเกบ็ โปรแกรมผใู้ ชข้ อ้ มูลของหน่วย อินพตุ /เอาตพ์ ตุ และอุปกรณ์ ภายในสามารถทาการแกไ้ ขเปลี่ยนแปลงขอ้ มูลไดส้ ่วนใหญ่เป็น ชนิดหน่วยความจา RAM

หน่วยความจาระบบ (System Memory) ทาหนา้ ท่ีเกบ็ โปรแกรมบริหารระบบ และขอ้ มูลของระบบ ไม่อนุญาตใหผ้ ใู้ ชเ้ ปล่ียนแปลงหรือแกไ้ ขขอ้ มูลภายใน

หน่วยความจาผู้ใช้ (User Memory) ทาหนา้ ท่ีเกบ็ โปรแกรมผใู้ ชข้ อ้ มูลของหน่วย อินพตุ / เอาตพ์ ตุ และอปุ กรณ์ภายในสามารถทาการแกไ้ ขเปลี่ยนแปลงขอ้ มูล ไดส้ ่วนใหญ่เป็นชนิดหน่วยความจาRAM

RAM (Random Access Memory) RAM เป็นหน่วยความจาสาหรับการเริ่มตน้ การเขียน การพฒั นาโปรแกรมและทดสอบการทางานของโปรแกรม เป็นหน่วยความจาที่สามารถเปลี่ยนแปลงแกไ้ ขขอ้ มูลไดเ้ หมาะกบั งานท่ีมีการเปล่ียนขอ้ มูลบ่อย ๆ จะตอ้ งมีไฟเล้ียงอยตู่ ลอดเวลา

ROM (Read Only Memory) เป็ นหน่วยความจาท่ีไม่อนุญาตให้ผูใ้ ช้เปล่ียนแปลง แกไ้ ขขอ้ มูลภายใน สามารถเกบ็ รักษาขอ้ มูลไวไ้ ด้ แมว้ า่ จะ ไม่มีกระแสไฟเล้ียง เหมาะสาหรับเก็บโปรแกรมบริหาร ระบบหรือเป็ นโปรแกรมผูใ้ ชท้ ่ีเสร็จสิ้นสมบูรณ์ และไม่ ตอ้ งการแกไ้ ข

PROM (Programmable Read Only Memory) เป็น ROM ชนิดหน่ึง ผใู้ ชส้ ามารถป้อนขอ้ มูลได้ โดยใชอ้ ุปกรณ์พเิ ศษ จะลบหรือแกไ้ ขขอ้ มูลภายในไม่ได้ PLC จะไม่นิยมใช้ PROM เพราะใชง้ านไม่สะดวกและมี ความเร็วต่า

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) หน่วยความจาEPROMใชเ้ กบ็ โปรแกรมท่ีมีการพฒั นาจน สมบูรณ์ดีแลว้ และจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงแกไ้ ขโปรแกรมอีก เมื่อไฟดบั โปรแกรมท่ีเกบ็ ไวจ้ ะไม่มีการสูญหาย ถา้ จะลบโปรแกรม ตอ้ งใชเ้ คร่ืองลบโปรแกรมหรือใชแ้ สงอุลตร้าไวโอเลต การเขียน โปรแกรมตอ้ งใช้ PROM WRITE

EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) หน่วยความจาน้ีมีลกั ษณะคลา้ ยหน่วยความจา EPROM เมื่อเกิดไฟดบั โปรแกรมไม่สูญหาย เหมาะสาหรับเกบ็ โปรแกรมที่ พฒั นาสมบูรณ์แบบแลว้ การอดั โปรแกรมเขา้ ไปใชเ้ คร่ืองอดั ชนิด พเิ ศษ ในการลบโปรแกรมและขอ้ มูลน้นั ทาไดโ้ ดยใชว้ ธิ ีการป้อน สญั ญาณพลั ส์ ในการลบขอ้ มูลน้นั ไม่จาเป็นตอ้ งลบขอ้ มูลท้งั หมด ผใู้ ชส้ ามารถแกไ้ ขเฉพาะตาแหน่ง หรือส่วนที่ตอ้ งการได้

หน่วยอนิ พตุ (INPUT UNIT) ทาหน้าที่รับสัญญาณจากอุปกรณ์อินพุตเข้ามา และส่ ง สัญญาณต่อไปยังหน่วยประมวลผล(CPU) เพื่อนาผลไป ประมวลผลต่อไป สัญญาณทร่ี ับเข้ามาจะอยู่ในรูปสัญญาณ ON/OFF หรือ สัญญาณแอนะลอก

หน่วยอนิ พตุ มี 2 ประเภท (CPU) หน่วยอนิ พุตกระแสตรง หน่วยอนิ พุตกระแสสลบั (IN PUT)  หนว่ ยอินพตุ มี 2 ประเภท คือ หนว่ ยอนิ พตุ กระแสตรง และหน่วย อนิ พตุ กระแสสลบั การทางานภายในของ PLC สว่ นใหญ่จะใช้ แรงดันไฟ 5V - 15V(สาหรบั ใชเ้ ป็นไฟเล้ยี งให้กับวงจรประเภท TTL และ CMOS) ในขณะท่สี ญั ญาณอินพตุ ทร่ี ับเขา้ มา และ สญั ญาณเอาตพ์ ุตท่สี ง่ ออกใหก้ ับอุปกรณ์ควบคมุ ภายนอก จะเป็น สญั ญาณทีม่ ขี นาดสงู กว่าแรงดันไฟเล้ียง เชน่ 24 VDC หรือ 220 VAC อินพุตของ PLC แบง่ ได้ 3 ชนดิ คือ

ประเภทอนิ พุตของ PLC แบ่งออกเป็ น 3 ชนิด  (1)ON/OFF Input: อนิ พุตทีม่ สี ภาวะการทางานเพยี ง 2 สถานะคือ “เปิด” (ON) และ“ปิด” (OFF) ใช้งาน ไดแ้ ก่ DCV อนิ พตุ และ ACV อินพุตสว่ นใหญ่ จะนิยมใช้แบบ DCV อนิ พตุ ในการใชง้ าน  (2)แอนะลอกอินพตุ (Analog Input) : อนิ พุตที่สามารถรับสญั ญาณแบบ แอนะลอกได้รับความนิยมได้แก่ สญั ญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 mA และ สญั ญาณแรงดนั มาตรฐาน 1-5V, 0-10V  (3)อนิ พตุ พิเศษเฉพาะงาน : เพ่อื เพ่ิมความสามารถในการทางานของ PLCให้ สงู ข้ึน ได้แก่ พลั ส์อินพุต (Pulse Input) ทาให้ PLC มคี วามสามารถในการรบั สัญญาณอนิ พตุ ที่มีความถี่สงู ๆ ได้ อุปกรณท์ ี่จะใช้กับอนิ พตุ แบบพเิ ศษน้ี ไดแ้ ก่ เอน็ โคด้ เดอร์ (Encoder)

หน่วยเอาต์พุต (Output Unit) ทาหนา้ ท่ีเชื่อมต่อระหวา่ ง CPU และส่งสญั ญาณไปควบคุม การทางานของอุปกรณ์ที่ต่อร่วมภายนอก โดยใหค้ ่าสภาวะต่างๆแก่ อปุ กรณ์ดา้ นเอาตพ์ ตุ ซ่ึงอยใู่ นลกั ษณะ ของการเปิ ดและปิ ดเท่าน้นั (CPU) (Output)

ประเภทเอาตพ์ ตุ ของ PLC ON/OFF เอาตพ์ ตุ ไทรแอคเอาตพ์ ตุ รีเลยเ์ อาตพ์ ตุ แอนะลอกเอาตพ์ ตุ ทรานซิสเตอร์เอาตพ์ ตุ เอาตพ์ ตุ พเิ ศษเฉพาะงาน

หน่วยติดต่อกบั ระบบภายนอก (Peripheral Unit)

หลกั การทางานของ PLC หน่วยความจา หน่วย หน่วย เกบ็ โปรแกรม ประมวลผล ความจาท่ีใช้ ขณะทางาน วงจร ภาคอนิ พุ วงจร ภาคเอา พ์ ุ แหลง่ จา่ ยไฟ

การแบ่งขนาดของ PLC 1. PLC ขนาดเลก็ มจี านวน อนิ พตุ /เอาต์พุต ไม่เกนิ 128 จดุ 2. PLC ขนาดกลางทจี่ านวน อนิ พุต/เอาต์พตุ ไม่เกนิ 1024 จดุ 3. PLC ขนาดใหญ่มจี านวน อนิ พุต/เอาต์พุต ไม่เกนิ 4096 จุด 4. ขนาดใหญ่มาก (ขนาดพเิ ศษ) มจี านวน อนิ พตุ /เอาต์พุต ไม่เกนิ 8192 จุด

อุปกรณ์อนิ พตุ (Input Devices) PLC ได้มีการพัฒนาให้มีความสามารถและประสิทธิภาพ สูงขึ้น สามารถรับสัญญาณได้ท้ังสัญญาณในรูปแบบ ON/OFF และสัญญาณแอนะลอกท่ีเป็ นสัญญาณมาตรฐานต่าง ๆ เช่น 4- 20 mA และ 1-5 V ,0-10 V

สวติ ช์ลาแสง (Photo Switch)

ลมิ ติ สวติ ช์ (Limit Switch)

สวติ ช์(Switch)

พร็อกซิมติ ีส้ วติ ช์(Proximity Switch)

เซนเซอร์การไหล(Flow Sensor)

เซนเซอร์อุณหภูม(ิ Temperature Sensor)

เซนเซอร์ระดบั (Level Sensor)

เซนเซอร์ความดนั (Pressure Sensor)

อุปกรณ์เอาต์พุต (Output Devices) อุปกรณ์เอาต์พุตเป็ นอุปกรณ์ทจ่ี ะต้องทาการขยายสัญญาณ ก่อนท่ีจะต่อใช้ งานกับอุปกรณ์ในการทางานหรือโหลดที่ใช้ กาลงั ไฟฟ้าสูงๆ

โซลติ สเตทรีเลย์

รีเลย์

แเมกเนตกิ ส์

คอนแทคเตอร์