ระบบควบคุมในงานอุตสาหกรรม

หน่วยท่ี 1 ระบบพแี อลซี

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

เม่ือนกั ศึกษาปฏิบตั ิบทเรียนน้ีจบเรียบร้อยแลว้ นกั ศึกษาตอ้ งมีความสามารถดงั น้ี
1. บอกความหมายของระบบการควบคุมอตั โนมตั ิได้
2. บอกความหมายของระบบควบคุมวงรอบเปิ ดได้
3. บอกความหมายของระบบควบคุมวงรอบปิ ดได้
4. บอกประเภทการควบคุมในงานอุตสาหกรรมได้
5. แยกประเภทโรงงานอุตสาหกรรมมีกระบวนการทางานเครื่องจกั รแบบตอ่ เน่ืองและ

ไม่ต่อเนื่องได้
6. บอกการแบ่งขนาดของพีแอลซีได้
7. บอกการแบ่งขนาดของพแี อลซีตามโครงสร้างได้
8. บอกส่วนประกอบหลกั ของพีแอลซีได้
9. บอกแหล่งจ่ายพลงั งานพีแอลซีได้
10. บอกหนา้ ที่ของหน่วยประมวลผลกลางได้
11. อธิบายการต่ออินพุตพแี อลซีได้
12. อธิบายการต่อเอาตพ์ ุตพแี อลซีได้
13. บอกการหน่วยทางานพเิ ศษของพีแอลซีได้
14. บอกตวั กลางในการโปรแกรมพีแอลซีได้
15. บอกลกั ษณะของภาษาท่ีใชใ้ นการเขียนโปรแกรมพแี อลซีได้

2

ปัจจุบนั เทคโนโลยีทางดา้ นการควบคุมอตั โนมตั ิ มีบทบาทสาคญั เป็ นอยา่ งย่งิ สาหรับโรงงาน
อุตสาหกรรมขนาดใหญ่และทนั สมยั เช่น โรงงานอุตสาหกรรมปิ โตรเคมี อุตสาหกรรม โรงกลนั่
น้ ามัน อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมทอผ้า อุตสาหกรรมเก่ียวกับเหล็ก การผลิต
กระแสไฟฟ้ า และอุตสาหกรรมการผลิตท่ีซับซ้อนซ่ึงต้องการควบคุมค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของ
กระบวนการผลิต อนั ไดแ้ ก่ อุณหภูมิ ความดนั ระดบั การไหล และค่าความเป็ นกรดเป็ นด่าง ให้ตรง
ตามความต้องการมากท่ีสุด นอกจากน้ียงั มีความสาคัญต่อทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ และ
วทิ ยาศาสตร์ข้นั สูงท่ีตอ้ งการควบคุมคา่ พารามิเตอร์เก่ียวกบั ความเร็ว ตาแหน่ง แรงบิด และอตั ราเร่ง
ของเคร่ืองมือกลอตั โนมตั ิ เพ่ือนาไปใชค้ วบคุมระบบยานอวกาศ การนาร่องจรวด การบิน หุ่นยนต์
และแขนกล เป็นตน้

1.1 พนื้ ฐานการควบคุมอตั โนมัติ
เพอื่ เป็ นการเพิ่มขีดความสามารถของระบบควบคุมอตั โนมตั ิ ให้มีประสิทธิภาพมากข้ึน ไดม้ ี

การพฒั นานาเอาคอมพิวเตอร์มาเชื่อมโยงกบั อุปกรณ์การควบคุมในการสร้างภาพแบบจาลอง เพ่ือ
ทาการวเิ คราะห์และออกแบบระบบ ใหม้ ีความเที่ยงตรง และแม่นยามากท่ีสุด

1.1.1 หลกั การและชนิดของการควบคุม การควบคุมอตั โนมตั ิในระบบกายภาพใด ๆ คือ การ
บงั คบั ใหร้ ะบบน้นั ทางานในลกั ษณะท่ีจะนามาซ่ึงเอาตพ์ ุต (output) ที่มีคุณสมบตั ิสอดคลอ้ งหรือ
เป็ นไปตามอินพุต (input) ดว้ ยตวั ของมนั เอง ในท่ีน้ีจะหมายถึงระบบควบคุมอตั โนมตั ิท่ีประกอบ
ไปด้วยเคร่ื องมือวัดและอุปกรณ์การควบคุมรวมอยู่ด้วยกัน เพื่อทาหน้าท่ีควบคุมงานของ
กระบวนการอยา่ งอตั โนมตั ิ

ภาพท่ี 1-1 แผนภาพไดอะแกรมของระบบควบคุมอตั โนมตั ิ

จากภาพที่ 1-1 ในระบบควบคุมอัตโนมัติผลงานหรื อสิ่งที่ระบบทาให้เรี ยกว่า
เอาต์พุต ส่วนเป้ าหมายของระบบหรือขอ้ กาหนดท่ีเขา้ สู่ระบบเรียกว่า อินพุต ซ่ึงอาจเป็ นปริมาณ
สัญญาณที่เหมือนกนั หรือไม่เหมือนกนั ก็ได้ โดยทว่ั ไปสามารถแบ่งการควบคุมออกไดเ้ ป็ น 2 ชนิด
ดงั น้ี

3

1.1.1.1 ระบบควบคุมวงรอบเปิ ด (open loop control system) ระบบควบคุมประเภทน้ี
จะไม่มีการวดั เอาต์พุตของระบบป้ อนกลบั มาเปรียบเทียบกบั อินพุตของระบบ ดงั น้ันเม่ือเครื่อง
ควบคุมส่งสัญญาณควบคุมไปแลว้ จะไม่มีการติดตามผลเพื่อปรับแต่งค่าภายในวงรอบการควบคุม
ซ่ึงจะทาให้การควบคุมเกิดความคลาดเคล่ือนของเอาตพ์ ุตอยู่เสมอเมื่อมีสิ่งรบกวนเกิดข้ึน ทาให้
ส่วนท่ีเป็นพลงั งานอินพตุ (power input) ไม่สามารถทางานไดต้ ามที่เคร่ืองควบคุมส่งั ดงั ภาพที่ 1-2

ภาพที่ 1-2 ระบบควบคุมวงรอบเปิ ด

ความแม่นยาของเอาต์พุตเม่ือเปรียบเทียบกบั อินพุตของระบบควบคุมวงรอบ
เปิ ดจะข้ึนอยกู่ บั การปรับต้งั และการคาดการณ์ล่วงหนา้ (calibration and programming) โดยทางาน
อาศัยจังหวะหรื อเวลาเป็ นหลักเสมอ ด้วยเหตุน้ีเองการใช้ระบบควบคุมแบบน้ีต้องทราบ
ความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุต เมื่อมีสิ่งรบกวนจากภายในและภายนอกระบบ
ตวั อยา่ งเช่น การทางานของเคร่ืองซกั ผา้ จะทางานเป็นจงั หวะตามท่ีต้งั โปรแกรมไว้

1.1.1.2 ระบบควบคุมวงรอบปิ ด (close loop control system) ระบบควบคุมวงรอบปิ ด
จะทางานด้วยหลกั การควบคุมอตั โนมตั ิ โดยใช้กริยาการควบคุมป้ อนกลบั (feedback control
action) เพื่อลดความผดิ พลาดของระบบ เพราะมีการติดตามผลภายหลงั จากการท่ีมีการปรับแต่งไว้
แลว้ โดยเอาตพ์ ุตของระบบจะถูกวดั และป้ อนกลบั มายงั เครื่องควบคุม เพื่อเปรียบเทียบกบั อินพุต
ของระบบที่ต้งั ค่าเป้ าหมายไว้ ความคลาดเคล่ือนที่เกิดข้ึนจากการเปรียบเทียบ จะถูกส่งให้เคร่ือง
ควบคุมนาไปคานวณหาค่าสัญญาณที่เหมาะสม เพ่ือส่งออกไปควบคุมกระบวนการให้ระบบลด
ความคลาดเคล่ือน และทาใหเ้ อาตพ์ ตุ ไดค้ า่ ตามท่ีตอ้ งการ ดงั ภาพท่ี 1-3

ภาพที่ 1-3 ระบบควบคุมวงรอบปิ ด

4

ระบบควบคุมวงรอบเปิ ดจะง่ายต่อการสร้าง เพราะเสถียรภาพของระบบไม่ใช่
ปัญหาหลกั ดงั น้นั จึงใชก้ รณีท่ีทราบค่าอินพุตล่วงหนา้ และไมม่ ีการรบกวนเกิดข้ึนเลยในระบบ ส่วน
ระบบควบคุมวงรอบปิ ดจะคานึงถึงเสถียรภาพของระบบเป็ นปัญหาหลกั ดงั น้นั จึงใชใ้ นกรณีที่ไม่
ทราบจะเกิดการรบกวนข้ึนท่ีระบบควบคุม

ระบบควบคุมป้ อนกลบั ไม่จากดั อยู่ในวิชาวิศวกรรมเท่าน้นั แต่ยงั อยู่ในระบบ
อื่นดว้ ย เช่น ร่างกายมนุษยเ์ ป็ นระบบควบคุมข้นั สูงเพราะเป็ นการป้ อนกลบั ของสรรระศาสตร์เพื่อ
รักษาท้งั อุณหภูมิและความดนั ภายในร่างกายให้คงท่ีเนื่องจากมีการเปล่ียนแปลงจากส่ิงแวดลอ้ ม
ภายในอยตู่ ลอดเวลา

ในอดีตการควบคุมกระบวนการตา่ ง ๆ จะเลือกใชก้ ารควบคุมแบบง่ายๆ ดว้ ยมือ
(manual control) ซ่ึงอาศยั พนกั งานหรือผคู้ วบคุม (operator) คอยทาหนา้ ที่เก่ียวกบั การตรวจวดั และ
ปรับแต่งการควบคุมให้ผลตอบสนองเป็ นไปตามตอ้ งการ ตวั อยา่ ง เช่น การควบคุมระดบั น้าในถงั

ภาพที่ 1-4 การควบคุมระดบั น้าในถงั ดว้ ยมือ

ระดับนา้ ที่ สมองตัดสินใจว่า แฮนด์วาล์ว ระดับนา้ ในถัง
ต้องการ จะทาอย่างไรดี (ใช้ มื อควบคุ ม)

+-

ระดับนา้ จริง
สังเกตระดับนา้ จาก
เกจบอกระดับ(ตาดู)

ภาพที่ 1-5 แผนภาพไดอะแกรมของการควบคุมระดบั น้าในถงั ดวั ยมือ

5

จากภาพที่ 1-4 การควบคุมระดบั น้าในถงั จะอาศยั พนกั งานคอยทาหนา้ ที่ในการ
ตรวจวดั ระดบั น้าในถงั วา่ ไดร้ ะดบั ที่ตอ้ งการหรือไม่ โดยใชส้ ายตาดูจากเกจวดั ระดบั (level gauge)
จากน้นั สมองจะตดั สินใจส่ังการให้มือทาหนา้ ท่ีเปิ ด-ปิ ดวาลว์ เพ่ือให้ระดบั น้าเป็ นไปตามตอ้ งการ
ซ่ึงข้นั ตอนของการควบคุมสามารถเขียนเป็ นแผนภาพไดอะแกรมไดด้ งั ภาพที่ 1-5 จะเห็นว่าการ
ควบคุมแบบง่ายๆ ดว้ ยมือ วธิ ีน้ี จาเป็นตอ้ งอาศยั ประสบการณ์และความชานาญของพนกั งาน ดงั น้นั
การควบคุมจะดีหรือไม่อยา่ งไรจะข้ึนอยกู่ บั พนกั งานผคู้ วบคุมเป็ นหลกั ซ่ึงในการปฏิบตั ิงานจริง
แลว้ มนุษยห์ รือพนกั งานควบคุมไม่สามารถทางานใหด้ ีไดเ้ ท่ากนั ตลอดเวลา จึงทาให้ประสิทธิภาพ
ของการควบคุมลดลง ดังน้ันปัจจุบันโรงงานที่ต้องการการควบคุมที่มีความแม่นยาและ
ประสิทธิภาพสูง จาเป็ นตอ้ งนาการควบคุมแบบอตั โนมตั ิ (automatic control) มาใชง้ าน ซ่ึงจาก
กระบวนการควบคุมระดบั น้าดว้ ยมือ ตามภาพท่ี 1-4 ถา้ นามาทาการควบคุมแบบอตั โนมตั ิ สามารถ
แสดงการควบคุมไดด้ งั ภาพที่ 1-6

ภาพท่ี 1-6 การควบคุมระดบั น้าในถงั ดว้ ยการควบคุมแบบอตั โนมตั ิ

จากภาพที่ 1-6 ระดบั น้าในถงั กระบวนการจะถูกวดั โดยเครื่องวดั ระดบั (level
transmitter) และส่งสัญญาณในการวดั ให้กบั เคร่ืองควบคุม ซ่ึงเครื่องควบคุมจะนาไปใชเ้ ป็ นเกณฑ์
ในการตดั สินใจส่ังให้วาลว์ ควบคุมเปิ ด-ปิ ด เพ่ือให้ระดบั น้าเป็ นไปตามตอ้ งการ โดยเครื่องควบคุม
จะทาหน้าที่หลกั ในการคานวณหาสัญญาณควบคุมที่เหมาะสมตามกฎเกณฑ์การควบคุม (control
law) ที่พนกั งานไดก้ าหนดไวล้ ่วงหนา้ สาหรับระบบควบคุมแบบอตั โนมตั ิท่ีเราพบเห็นกนั อยบู่ ่อยๆ
ในโรงงานอุตสาหกรรม คือ ระบบควบคุมแบบป้ อนกลบั ที่มีตวั ควบคุมแบบพีไอดี (PID controller)
เป็ นเคร่ืองควบคุม โดยภาพแบบการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมแบบป้ อนกลับ
โดยทวั่ ไปแสดงดงั ภาพท่ี 1-7

6

4-20 mAdc.

sp + e ตัวควบคุม mv อปุ กรณ์ควบคุมสุดท้าย กระบวนการ
- (Controller) (Final Control Element) (Process)

pv เครื่องวดั
(Measuring Instruments)
สัญญาณมาตรฐาน
4-20 mAdc. หรื อ 1-5 Vdc.

ภาพที่ 1-7 แผนภาพไดอะแกรมของการควบคุมระดบั น้าในถงั แบบอตั โนมตั ิ

จากแผนภาพไดอะแกรมของภาพท่ี1-7 จะสังเกตวา่ มีลกั ษณะการควบคุมคลา้ ย
กบั แผนภาพไดอะแกรมในภาพที่ 1-5 ซ่ึงถา้ จะกล่าวไปแลว้ แนวความคิดของการควบคุมแบบ
อตั โนมตั ิน้นั ก็มาจากภาพแบบการควบคุมในลกั ษณะตามภาพที่ 1-3 นนั่ เอง โดยระบบควบคุมทาง
อุตสาหกรรมแบบป้ อนกลบั ทว่ั ไปประกอบดว้ ยอุปกรณ์ 4 ส่วน คือ

1) ตวั ควบคุม (controller) เป็ นเคร่ืองมือหรืออุปกรณ์ที่ใชใ้ นการสร้างสัญญาณ
ควบคุม เพื่อทาหน้าที่ควบคุมให้ระบบหรือกระบวนการท่ีต้องการควบคุมมีเอาต์พุตหรือ
ผลตอบสนองเป็นไปตามตอ้ งการ โดยเคร่ืองควบคุมที่ใชก้ นั อยใู่ นปัจจุบนั มีหลายแบบดว้ ยกนั แต่ท่ี
นิยมใชก้ นั มากที่สุดคือ ตวั ควบคุมแบบพไี อดี

2) อุปกรณ์ควบคุมสุดทา้ ย (final control element) คือ อุปกรณ์ท่ีทาหนา้ ท่ีปรับ
สภาวะของกระบวนการดว้ ยการเปล่ียนแปลงค่าตวั แปรปรับกระบวนการ ตามคาสั่งหรือสัญญาณ
ควบคุมที่ไดร้ ับจากตวั ควบคุม อุปกรณ์ควบคุมสุดทา้ ยน้นั มีอยหู่ ลายอยา่ งดว้ ยกนั เช่น วาลว์ ควบคุม
(control valve) อินเวอร์เตอร์ (inverter) และตวั กระทา (actuator) เป็ นตน้ แต่ที่มกั พบเห็นกนั มากใน
กระบวนการทางอุตสาหกรรมไดแ้ ก่ วาลว์ ควบคุม

3) กระบวนการ (plant or process) หมายถึง ระบบหรือกระบวนการทางฟิ สิกส์
ที่ตอ้ งการควบคุมใหม้ ีสถานะเป็ นไปตามตอ้ งการ เช่น กระบวนการเกี่ยวกบั การควบคุมระดบั ของ
ของเหลว กระบวนการเกี่ยวกบั การควบคุมอุณหภูมิ เป็ นตน้ ซ่ึงสถานะของกระบวนการแสดงดว้ ย
ตวั แปรกระบวนการ (process variable : pv)

4) อุปกรณ์วดั (measuring instruments) หมายถึง อุปกรณ์ซ่ึงอาจจะไดแ้ ก่
เซนเซอร์ (sensor) ทรานสดิวเซอร์ (transducer) หรือทรานสมิตเตอร์ (transmitter) หรือเครื่องวดั
สัญญาณอื่นๆ ในกระบวนการเพื่อนาสัญญาณที่ไดไ้ ปใชเ้ ป็ นตวั แปรในการควบคุม โดยสัญญาณ
เอาต์พุตของอุปกรณ์วดั ท่ัวไปจะเป็ นสัญญาณมาตรฐานทางอุตสาหกรรม เช่น สัญญาณ

7

กระแสไฟฟ้ า 4-20 mADC. สัญญาณแรงดนั ไฟฟ้ ากระแสตรง 1-5 VDC. หรือสัญญาณลม 3-15 psi.
หรือ สญั ญาณลม 0.2-1.0 Kg/cm2 เป็นตน้

การควบคุมแบบอตั โนมตั ิจากภาพท่ี 1-7 มีข้นั ตอนการทางานคือ อุปกรณ์วดั
หรือเครื่องวดั จะวดั ค่าตวั แปรกระบวนการ (pv) เช่น อุณหภูมิ ความดนั อตั ราการไหล และระดบั
ของของเหลว เป็ นตน้ เพื่อเปรียบเทียบกบั ค่าอา้ งอิงหรือค่าเป้ าหมาย (set point: sp) จากน้นั ตวั
ควบคุมจะนาค่าความคลาดเคล่ือน (error: e) ในการควบคุมมาใช้ในการคานวณเพื่อหาสัญญาณ
ควบคุมท่ีเหมาะสมท่ีจะไปควบคุมกระบวนการให้เขา้ สู่ค่าเป้ าหมายที่ตอ้ งการ นกั ศึกษาจะเห็นวา่
ก่อนที่จะทาการควบคุมกระบวนการใดๆ น้นั นกั ศึกษาจะตอ้ งศึกษาถึงการทางานของส่วนประกอบ
ต่างๆ ในระบบควบคุมและลกั ษณะกระบวนการก่อน นนั่ ก็คือจะตอ้ งศึกษาถึงชนิดและการทางาน
ของอุปกรณ์วดั ตวั ควบคุม และอุปกรณ์ควบคุมสุดทา้ ย รวมถึงวิธีควบคุมและวธิ ีการปรับแต่งต่างๆ
เสียก่อน เพ่ือที่จะไดเ้ ลือกใชอ้ ุปกรณ์และภาพแบบของการควบคุมไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ งในอนั ท่ีจะทาให้
การควบคุมมีประสิทธิภาพสูงสุด

1.1.2 การควบคุมแบบต่าง ๆในงานอุตสาหกรรม ในการควบคุมขบวนการผลิตของโรงงาน
อุตสาหกรรมเกือบทุกประเภท จะมีการควบคุมแบบลาดบั (sequence control) อยู่เสมอ เช่นการ
ควบคุมการสตาร์มอเตอร์ การควบคุมสายพานลาเลียง ระบบกาจดั น้าเสีย การควบคุมแบบน้ีจะใช้
รีเลยแ์ มเ่ หลก็ ไฟฟ้ า ตวั จบั เวลา ตวั นบั คอนแทกเตอร์ ลิมิตสวติ ซ์ สวติ ซ์ป่ ุมกด

โรงงานอุตสาหกรรมมีกระบวนการทางานของเคร่ืองจกั รแบ่งเป็ น 2 ประเภท คือ
1.1.2.1 กระบวนการทางานแบบไม่ต่อเน่ือง (discrete process characteristic) เป็ น
อุตสาหกรรมประกอบรถยนต์ เครื่องใชไ้ ฟฟ้ า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เส้ือผา้ เคร่ืองนุ่งห่ม อาหาร
เคร่ืองดื่มใชโ้ ปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ (programmable logic controller : PLC) ในการ
ควบคุม
1.1.2.2 กระบวนการทางานแบบต่อเน่ือง (continuous process characteristic) เป็ น
อุตสาหกรรม กลน่ั น้ามนั แยกก๊าซธรรมชาติ ปิ โตรเคมิคอลส์ ผลิตไฟฟ้ า ใช้ดีซีเอส (distributed
control system : DCS) ในการควบคุม
1.1.3 ระบบควบคุมการผลิตอตั โนมตั ิในโรงงาน (factory automation) มีเป้ าหมายและการ
ประยุกตใ์ ชง้ าน เพื่อขยายเพิ่มกระบวนการผลิต จากการพฒั นา ระบบควบคุมการผลิตอตั โนมตั ิใน
โรงงานในแง่ผลิตภณั ฑเ์ ทคโนโลยแี ละมาตรฐานตา่ งๆ โดยสามารถสรุปไดด้ งั น้ี
1.1.3.1 ควบคุมการทางาน เครื่องจกั รใหเ้ ป็นลกั ษณะอตั โนมตั ิ
1.1.3.2 ป้ องกนั การกระบวนการผลิตท่ีอาจผดิ พลาด
1.1.3.3 มีระบบเตือนภยั และการจดั การสถานการณ์ฉุกเฉิน

8

1.1.3.4 ความสามารถปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิตเพอื่ ผลิตสินคา้ ตา่ งชนิดกนั ได้
1.1.3.5 เพมิ่ การควบคุมการทางานและการป้ อนกลบั
ประโยชน์ท่ีไดจ้ ากระบบควบคุมการผลิตอตั โนมตั ิในโรงงาน จึงมีมากมาย เช่น การลด
การสูญเสียจากความผดิ พลาด การเพิ่มอตั ราการผลิต การประหยดั ตน้ ทุนพลงั งาน ผปู้ ระกอบการ
ส่วนใหญ่จึงเล็งเห็นประโยชน์ที่ได้จากการลงทุนใน ระบบควบคุมการผลิตอตั โนมตั ิในโรงงาน
โดยมีระยะเวลาคืนทุนต่า (return on investment) ต่าต้งั แต่ 6 เดือน ถึง 2 ปี ความรับผิดชอบจึงตกอยู่
กบั แผนกวศิ วกรรม หรือ แผนกซ่อมบารุงในองคก์ รน้นั ๆ ซ่ึงจะตอ้ งออกแบบติดต้งั ปรับแต่งการใช้
งาน รวมถึงบารุงรักษาระบบซ่ึงมีขอ้ ควรพิจารณาอยหู่ ลายขอ้ ตวั ควบคุมท่ีนิยมใชใ้ นระบบควบคุม
การผลิตอตั โนมตั ิในโรงงาน คือ โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ และดีซีเอส
โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ได้รับความนิยมสูงสุดเน่ืองจาก โครงสร้างไม่
ซบั ซ้อน ประสิทธิภาพสูง ราคายอ่ มเยา ประยุกตใ์ ชง้ านไดห้ ลากหลายรูปแบบต้งั แต่งานควบคุม
เครื่องจกั ร การลาเลียง การควบคุมคุณภาพ กระบวนการต่อเน่ือง ท้งั น้ียงั คงความทนทานตาม
มาตรฐานของโรงงานอุตสาหกรรม (industrial grade) ผผู้ ลิต เช่น จอทสั กรีน เซอร์โวมอเตอร์ เพื่อ
สนองตอบความตอ้ งการลูกคา้ อย่างครบถว้ น พฒั นามาจากการจาลองตูค้ วบคุมด้งั เดิมท่ีใช้รีเลย์
ตวั จบั เวลาลงในไมโครชิพ และสามารถกาหนดฟังกช์ นั่ การทางานผา่ นภาษาแลดเดอร์ (ladder) ซ่ึง
ใกลเ้ คียงกบั วงจรควบคุมไฟฟ้ า โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ ในยคุ ปัจจุบนั มีประสิทธิภาพ
สูงมาก ไม่วา่ จะเป็ นการควบคุมแบบวงรอบปิ ด เช่น พีไอดี ฟังกช์ นั่ การคานวณที่หลากหลาย เช่น
สแควรูท ตรีโกณมิติ หรือแมแ้ ต่ควบคุมตาแหน่งของเคร่ืองจกั ร(motion control) ซ่ึงปรากฏบน
โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ขนาดกลางและใหญ่ การพฒั นาความเร็วประมวลผลซ่ึงสูง
กวา่ หน่ึงลา้ นคาสั่งต่อวินาที และความสามารถต้งั ความเร็วในการทางานของฟังกช์ นั่ บางชนิด เช่น
พีไอดี หรือควบคุมตาแหน่งของเคร่ืองจกั รทาให้ผใู้ ชง้ านเกิดความมน่ั ใจวา่ ในกระบวนการควบคุม
ท่ีซบั ซอ้ นน้นั ส่วนท่ีทางานเร็วที่สุด เช่น แขนกล งานตรวจจบั ความเร็วสูง หรือระบบพีไอดีน้นั จะ
ไดร้ ับการตอบสนองอยา่ งทนั ทว่ งที โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ในปัจจุบนั ไดพ้ ฒั นาอยา่ ง
สมบูรณ์ในแง่การเชื่อมโยงเครือข่ายไม่วา่ จะเป็ นอินเตอร์เน็ต ดีเวอร์เน็ต หรือ โปรฟิ บสั ซ่ึงเม่ือ
ต่อเช่ือมโยงเป็ นเครือข่ายแลว้ ยอ่ มทาให้โรงงานสามารถเชื่อมโยงและส่อประสานการผลิตของ
เคร่ืองจกั รท้งั หมดในโรงงาน การส่อประสานน้นั ให้ประโยชน์สูงมาก โดยสามารถประยุกตก์ บั
ระบบเชื่อมโยงขอ้ มูลระหวา่ งแผนกต่างๆ ในองคก์ ร
ดีซีเอส พฒั นามาจากระบบคอมพิวเตอร์ซ่ึงประยกุ ต์ใชใ้ นกระบวนการผลิตท่ีซบั ซอ้ น
เช่น กระบวนการกลน่ั น้ามนั กระบวนการผลิตกระดาษ เหล็ก ซ่ึงผเู้ ชี่ยวชาญกระบวนการผลิตหรือ
เจา้ ของลิขสิทธ์ิกระบวนการ (process engineering, process licensor) จะร่วมมือกบั ซบั พลายเออร์

9

ร่วมกนั พฒั นาระบบควบคุมอตั โนมตั ิข้ึนมาและจาหน่ายติดต้งั ให้กบั นกั ลงทุนเพ่ือสร้างโรงงาน
ดงั น้นั ดีซีเอสจึงใช้งานในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่มาก เช่น ปิ โตรเลี่ยม ปิ โตรเคมิคอล โรงงาน
กระดาษ โรงงานเหล็ก ฯลฯ รูปแบบการทางาน และคุณสมบตั ิหลายประการถูกพฒั นาเพื่อ
ตอบสนองงานเฉพาะกลุ่ม เช่นการควบคุมแบบป้ อนล่วงหนา้ (feedforward control) สถิติโปรเซส
คอนโทรล (statistical process control) เป็ นตน้ การพฒั นาระบบงานรวมถึงการดูแลรักษาดีซีเอส
จาตอ้ งใชผ้ เู้ ชี่ยวชาญในตวั ระบบอยา่ งสูง เน่ืองจากโครงสร้างค่อนขา้ งซบั ซอ้ น โดยมากมกั ตอ้ งการ
ผเู้ ชี่ยวชาญโดยตรงจากผผู้ ลิตเอง เหตุน้ีทาใหด้ ีซีเอส ยงั เป็ นระบบที่มีผใู้ ชอ้ ยใู่ นวงจากดั โดยมกั เป็ น
โรงงานขนาดใหญแ่ ละมีกระบวนการผลิตท่ีมีการออกแบบพฒั นาจากต่างประเทศ

1.2 ตัวโปรแกรมเมเบลิ ลอจิกคอนโทรลเลอร์
คือตวั ควบคุมตวั หน่ึงที่ทาหนา้ ที่ในการควบคุมการผลิตทางอุตสาหกรรม ชื่อย่อว่า “พีแอลซี”

อินพุตของพีแอลซี จะมาจากแหล่งสัญญาณหลายตวั เช่น ทรานสดิวเซอร์ ลิมิตสวิตซ์ เซนเซอร์
สวิตซ์ความดนั และ เทอร์โมคบั เปิ ล พีแอลซีจะแสดงผลเหล่าน้ี และจะควบคุมเอาตพ์ ุต ให้เป็ นไป
ตามโปรแกรมที่เก็บไวใ้ นหน่วยความจาของไมโครโปรเซสเซอร์ เอาตพ์ ุตพวกน้ีจะไปสั่งเปิ ดรีเลย์
หนา้ สมั ผสั โซลีนอยด์ และอื่นๆ

ประวตั ิความเป็นมาของพแี อลซี เม่ือปี พ.ศ.2511 ในฝ่ ายไฮดรอแมตริกของบริษทั เจอเนอร์รัล
มอเตอร์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้คิดค้นอุปกรณ์ควบคุมแบบใหม่เพ่ือใช้ทดแทนวงจรไฟฟ้ า
แบบเดิมท่ีใชก้ นั อยใู่ นโรงงานอุตสาหกรรมของบริษทั และในปี พ.ศ. 2512 พีแอลซีไดถ้ ูกผลิตข้ึน
ในประเทศสหรัฐอเมริกาเป็ นแห่งแรก ส่วนในประเทศญ่ีป่ ุน พีแอลซีไดถ้ ูกพฒั นา ข้ึนมาภายหลงั
จากที่บริษทั ออมรอน ประเทศญ่ีป่ ุนประสบความสาเร็จในการผลิตโซลิดสเตทรีเลยใ์ นปี พ.ศ. 2508
หลงั จากน้นั อีก 5 ปี พีแอลซีก็ถูกนาออกจาหน่ายสู่ทอ้ งตลาดเป็ นท่ีแพร่หลายในเวลาต่อมาการ
พฒั นาพแี อลซีจนถึงปัจจุบนั ระยะแรก พแี อลซีใชแ้ ทนเครื่องจกั รท่ีควบคุมแบบเปิ ด-ปิ ด

1.2.1 ลกั ษณะของพแี อลซีท่ีสร้างข้ึนมาเป็นอุปกรณ์ควบคุม มีลกั ษณะดงั น้ี
1.2.1.1 การใชง้ านเขียนโปรแกรมในการสร้างฟังกช์ น่ั แทนการเดินสายไฟฟ้ า ดงั น้นั จึง

เหมาะสมกบั งานท่ีตอ้ งมีการเปลี่ยนแปลงหรือแกไ้ ขฟังชนั กก์ ารควบคุมอยตู่ ลอดเวลา
1.2.1.2 มีขนาดเล็กกวา่ และมีประสิทธิภาพในการควบคุม
1.2.1.3 การซ่อมบารุง ดูแลรักษา ทาไดง้ ่าย
1.2.1.4 ราคาถูกเม่ือเปรียบเทียบกบั รีเลยจ์ านวน 20 ตวั ข้ึนไป
จากการพฒั นาพีแอลซีอย่างต่อเนื่องต้งั แต่ปี พ.ศ.2518 ได้มาการพฒั นาเทคโนโลยี

คอมพิวเตอร์ท้งั ทางดา้ นฮาร์ดแวร์และซอร์ฟแวร์ มาใช้กบั พีแอลซีทาให้มีประสิทธิภาพในการ

10

ทางานสูงข้ึนเช่น การเพิ่มหน่วยความจาสามารถติดต่อกบั อินพุตและเอาตพ์ ุตระยะไกล สามารถทา
การควบคุมโดยใชม้ อดูลแบบพเิ ศษ (intelligent module) และในปัจจุบนั น้ีพีแอลซียงั สามารถทาการ
ติดตอ่ สื่อสารขอ้ มูลเป็นโครงขา่ ยผา่ นอินทราเน็ตโปโตรคอล และโปรฟิ บสั เป็ นตน้ ดงั น้นั จะเห็นวา่
เราสามารถท่ีจะนาขอ้ มูลจากกระบวนการผลิตมาใชใ้ นการตดั สินใจไดอ้ ย่างรวดเร็วโดยผ่านการ
ส่ือสารแบบต่าง

1.2.2 ขนาดของพีแอลซีแบ่งออกเป็น 2 ชนิด
1.2.2.1 การแบง่ ขนาดของพีแอลซีตามโครงสร้าง
1) แบบคอมแพค (compact) จะเป็ นพีแอลซีท่ีมีขนาดเล็ก กะทดั รัด มีหน่วย

อินพุต เอาต์พุต และหน่วยสาหรับติดต่อส่ือสารข้อมูล ประกอบรวมกนั อยู่ภายในโครงสร้าง
เดียวกนั ซ่ึงเหมาะสาหรับงานท่ีมีการกาหนดจานวนอินพตุ เอาตพ์ ุต ท่ีแน่นอนและมีจานวนไมม่ าก
ดงั ภาพท่ี 1-8 เป็น พแี อลซีชนิดคอมแพคมีขนาดเล็ก

ภาพท่ี 1-8 พแี อลซี ตระกลู SIMATIC S7 SIEMENS แบบคอมแพค
ท่ีมา http://www.automation.siemens.com

2) แบบมอดูล (modular) ท่ีมีลกั ษณะเป็นมอดูล เชื่อมตอ่ กนั อยบู่ นแรค สามารถ
จะทาการถอดและเสียบมอดูลท่ีตอ้ งการใชง้ านแรคได้ ภายใตข้ อ้ กาหนดของพีแอลซีน้นั ๆ โดยบน
แรค จะมีบสั ต่างๆ เช่น บสั ขอ้ มูล บสั แอดเดรส บสั ควบคุม และ บสั สาหรับจ่ายกาลงั งานไฟฟ้ า
ให้กับมอดูลต่างๆ ซ่ึง พีแอลซีในปัจจุบนั นิยมที่จะมีโครงสร้างในลักษณะน้ี เน่ืองจากมีความ
ยดื หยนุ่ ในเรื่องของจานวน อินพตุ /เอาตพ์ ุต และมอดูลฮาร์ดแวร์ที่ใช้ ดงั ภาพท่ี 1-9 เป็ นพีแอลซีชนิด
มอดูล มีขนาดกลางและขนาดใหญ่

11

ภาพที่ 1-9 พแี อลซี ตระกลู SIMATIC S7 SIEMENS แบบมอดูล
ที่มา http://www.automation.siemens.com

1.2.2.2 การแบ่งขนาดของพแี อลซี ตามจานวนอินพุต เอาตพ์ ตุ สูงสุดและหน่วยความจา
โปรแกรม

ตารางที่ 1-1 การแบ่งขนาดของพแี อลซีตามจานวนอินพุต เอาตพ์ ุต สูงสุดและหน่วยความจาโปรแกรม

ขนาดของ พแี อลซี จ า น ว น อิ น พุ ต แ ล ะ เ อ า ต์ พุ ต หน่วยความจาโปรแกรม
สูงสุด

ขนาดเล็ก (small size) ไมเ่ กิน 128 และ128 จุด 4 Kbyte (2,000 statements)

ขนาดกลาง (medium size) ไม่เกิน 1024 และ1024 จุด 16 Kbyte (8,000 statements)

ขนาดใหญ่ (large size) ไมเ่ กิน 2048 และ 2048 จุด 64 Kbyte (32,000

statements)

ขนาดใหญม่ าก ประมาณ 8192 และ 8192 จุด 256 Kbyte (128,000

(very large size) statements)

1.2.3 ส่วนประกอบหลกั ของพีแอลซี จะมีหน่วยจ่ายพลงั งาน หน่วยประมวลผลกลาง
หน่วยอินพุต หน่วยเอาต์พุต หน่วยท่ีทางานพิเศษ จากภาพที่ 1-10 แผนภาพไดอะแกรม
ส่วนประกอบหลกั ของพีแอลซี สญั ญาณอินพุตจะรับมาจากอุปกรณ์อินพุต เช่น สวติ ซ์หรือเซนเซอร์
หน่วยประมวลผลกลางจะตดั สินใจส่งสัญญาณเอาต์พุตให้อุปกรณ์เอาต์พุต เช่น โซลินอยส์ หรือ
แมคเนติกคอนแทกเตอร์ และจากภาพที่ 1-11 แสดงส่วนประกอบหลกั ของพีแอลซี มีรายละเอียด
ดงั น้ี

12

ภาพที่ 1-10 แผนภาพไดอะแกรมส่วนประกอบหลงั ของพแี อลซี

ภาพที่ 1-11 ส่วนประกอบหลกั ของ พแี อลซี
ท่ีมา http://www.ob121.com/hard_s7.html

1.2.3.1 หน่วยจ่ายพลงั งาน ( power supply)
ทาหน้าที่ปรับระดบั แรงดนั ไฟฟ้ าให้มีระดบั ที่เหมาะสมท่ีจะจ่ายให้กบั หน่วย

ประมวลผลกลาง หน่วยอินพุต หน่วยเอาต์พุต และการสื่อสารกบั อุปกรณ์ภายนอก เช่น มอดูล
อินพุตและเอาตพ์ ุตระยะไกล (remote input/output module) ตวั กลางในการโปรแกรมและแสดงผล
ดงั ภาพท่ี 1-12

13

ภาพท่ี 1-12 หน่วยจ่ายพลงั งาน PS 305; 2 A SIEMENS
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual , หนา้ 2-3

1.2.3.2 หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit : CPU)
หน่วยประมวลผลกลางจะประกอบด้วยระบบไมโครโปรเซสเซอร์ และ

หน่วยความจา เป็นหน่วยท่ีใชใ้ นการตดั สินใจดงั ภาพท่ี 1-13 หน่วยประมวลผลกลางน้ีจะสแกนการ
ทางาน (scanning) เม่ือมีการจ่ายไฟใหพ้ ีแอลซี ส่ิงแรกท่ีหน่วยประมวลผลกลางจะทาคือ จะสั่งใหม้ ี
การตรวจสอบวเิ คราะห์ระบบภายในของตวั เองหรือเป็ นโปรแกรมทดสอบตนเอง ซ่ึงจะทาให้แน่ใจ
วา่ ทุกอยา่ งจะทางานไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ ง หากมีส่วนใดส่วนหน่ึงของระบบท่ีทางานไม่ถูกตอ้ ง ก็จะมีการ
แสดงความผิดปกติออกมาทางหลอดแอลอีดี เม่ือตวั ประมวลผลกลางมีการตรวจสอบวิเคราะห์
ตนเองผา่ นแลว้ มนั กจ็ ะพร้อมท่ีจะเริ่มตน้ ทาการประมวลผลโปรแกรม

ภาพที่ 1-13 หน่วยประมวลผลกลางพแี อลซี
ที่มา SIMATIC PLC S7-300, CPU Specifications CPU 312 IFMto CPU 318-2 DP , หนา้ 1-2

14

หน่วยประมวลผลกลางจะทาการตรวจสอบการเขา้ ถึงอินพุตของโปรแกรมที่
เกบ็ ไวใ้ นหน่วยความจา จะปฏิบตั ิการในการทางานลอจิกตามโปรแกรม และจะส่ังเปิ ดเอาตพ์ ุตตาม
ความเหมาะสม ซ่ึงส่ิงน้ีเรียกวา่ “ลาดบั ในการสแกนการทางาน (scan sequence) ” ซ่ึงมนั จะทาการ
สแกนการทางานซ้าไปเรื่อยๆ ตรวจสอบอินพุต ทาการปฏิบตั ิการลอจิก และเปิ ดเอาตพ์ ุต ตราบ
เท่าท่ีตวั ประมวลผลกลางยงั มีการทางานอยหู่ ากมนั ใชเ้ วลาในการทาการสแกนนานเกินไปพีแอลซี
ส่วนใหญ่ก็จะมีตวั จบั เวลาซ่ึงเรียกวา่ “ตวั จบั เวลาเฝ้ าระวงั (watch dog timer) ” ก็จะมีเวลาท่ีใชใ้ น
การทางานโดยทวั่ ไปเวลาของตวั จบั เวลาเฝ้ าระวงั คือ 200 มิลลิวนิ าที

ภาพที่ 1-14 ลาดบั ในการสแกนโดยทวั่ ไปของพแี อลซี
ท่ีมา : http://automationlive.blogspot.com

ภาพท่ี 1-14 แสดงลาดบั ในการสแกนการทางานของหน่วยประมวลผลกลาง
เวลาในการสแกน(scan time) คือเวลาที่ตวั ประมวลผลใชใ้ นการสแกนการทางานหาไดจ้ ากการคูณ
จานวนของคาส่ังกบั ความเร็วในการประมวลผลของแต่ละคาสั่งพีแอลซี บางตวั เวลาที่ใชใ้ นการทา
การสแกนการทางานอาจจะเปล่ียนแปลงจากการสแกนคร้ังก่อนโดยข้ึนอยกู่ บั ส่วนที่เป็ นโปรแกรม
ที่จะมีการส่ังงานในการสแกนการทางานแต่ละคร้ัง ปัญหาพ้ืนฐานของพีแอลซี ท้งั หมดคือ ปัญหา
ของพลั ส์ท่ีขาดหายไป(fleeting pulses) ซ่ึงเกิดข้ึนเม่ืออุปกรณ์อินพุตมีการเปิ ดและปิ ดก่อนท่ีการ
สแกนการทางานจะเสร็จสมบูรณ์ซ่ึงหน่วยประมวลผลกลาง อาจจะไม่ได้มีการตรวจจบั การ
เปล่ียนแปลงในสภาวะน้ี ซ่ึงจะข้ึนอยกู่ บั ช่วงของสัญญาณพลั ส์และในส่วนที่เกิดการสแกน ซ่ึงเกิด
พลั ส์ที่ขาดหายไปเป็ นท่ีแน่นอนวา่ ปัญหาของพลั ส์ที่ขาดหายไปน้ีจะเกิดข้ึนไดเ้ ร็วมาก ซ่ึงสาหรับ
การใชง้ านโดยส่วนใหญ่ เวลาในการสแกนการทางานจะเร็วพอสแกนพลั ส์พวกน้ีไดอ้ ย่างถูกตอ้ ง
พีแอลซีสมยั ใหม่หลายๆ ตวั จะใชก้ ารคนั่ การทางาน(interrupt) ซ่ึงเมื่ออินพุตกลายเป็ นจริง (true) ก็
จะมีการคนั่ การทางานการสแกน และจะทาการอ่านค่าอินพุตในทนั ที อีกวิธีหน่ึงที่ใช้ในการ

15

แกป้ ัญหาพลั ส์ท่ีขาดหายไปในพีแอลซีบางตวั คือ การใช้หน่วยการเขา้ ถึงขอ้ มูลที่มีความเร็วสูง
(high speed data acquisition modules) หน่วยประมวลผลกลางมีส่วนประกอบที่สาคญั 2 ส่วน คือ

1) ไมโครโปรเซสเซอร์ (microprocessor) หวั ใจหลกั ในการทางาน ทาหนา้ ที่ ใน
การประมวลผลทางลอจิก ทางคณิตศาสตร์ การจดั การขอ้ มูลและการประมวลผลโปรแกรมท่ีผใู้ ช้
กาหนด การเก็บขอ้ มูลและคาสั่งในการทางานของหน่วยประมวลผลกลางข้ึนอยกู่ บั การทางานของ
ระบบพแี อลซี คาสัง่ พวกน้ีอาจจะใชภ้ าษาในการโปรแกรมหลายภาษาต่างกนั ไป ภาษาท่ีใชโ้ ดยปกติ
จะใช้เพียงตวั เดียวหรือใช้ร่วมกนั การที่จะพฒั นาภาษาในการโปรแกรมที่สามารถจะนามาใช้
ร่วมกนั ได้ ซ่ึงไดพ้ ฒั นาภาษามาตรฐานที่ใชร้ ่วมกนั ข้ึนมาแบบหน่ึงเรียกวา่ IEC 1131-3 การแสดง
สภาวะของหน่วยประมวลผลกลางคือ สถานะการทางาน (run indicator) ใชแ้ สดงการทางานเพื่อ
บอกวา่ หน่วยประมวลผลกลางกาลงั ปฏิบตั ิการอยู่ สถานะโหมดสวติ ซ์ (mode switch) โดยปกติ
หน่วยประมวลผลกลางจะมี สวติ ซ์เลือกโหมด ซ่ึงใชใ้ นการเลือกวา่ จะให้หน่วยประมวลผลกลางอยู่
ในโหมดทางาน (run) แสดงการทางาน(monitor) หรือโปรแกรม (program) สถานะบอกการ
ผดิ พลาด การเตือน (error/alarm indicator) ใชส้ าหรับแสดงวา่ โปรแกรมที่เก็บไวม้ ีความผิดปกติ
เกิดข้ึนหรือมีเง่ือนไขในการเกิดการเตือน คือ มีความผดิ พลาดของส่วนประกอบของระบบข้ึน

2) หน่วยความจา คือหน่วยความจาขอ้ มูล (volatile memory : RAM) ขอ้ มูลจะ
สูญหายเมื่อไม่มีการจ่ายกาลังไฟฟ้ าให้หน่วยความจาหน่วยความจาโปรแกรม (non-volatile
memory : ROM) ไมส่ ูญหายเมื่อไมม่ ีการจ่ายกาลงั ไฟฟ้ าใหห้ น่วยความจา

หน่วยประมวลผลกลางของพีแอลซีจะทาการติดต่ออินเตอร์เฟสกบั อุปกรณ์
อินพตุ และเอาตพ์ ุตแบ่งตามลกั ษณะของสัญญาณได้ 4 ชนิด คือ

(1) อินเตอร์เฟสสัญญาณไม่ต่อเน่ือง (discrete interfaces) เป็ นแบบไบนารี่
หรือดิจิตอล มีสถานะของสัญญาณเป็ น “0” (off) หรือ “1” (on) เท่าน้นั สามารถจดั การขอ้ มูลอินพุต
และเอาตพ์ ุตไดเ้ พียงบิทเดียว เช่น สวิตซ์กด สวติ ซ์ความดนั รีเลย์ โอเวอร์โหลด โซลินอยดว์ าลว์
แมคเนติกคอนแทกเตอร์ หลอดไฟ

(2) อินเตอร์เฟสสญั ญาณตวั เลข (numerical data interfaces)คลา้ ยกบั สัญญาณ
ไมต่ ่อเนื่องแต่จะสามารถจดั การขอ้ มูลอินพุตและเอาตพ์ ตุ ไดห้ ลายบิตหรือเป็ นเวิร์ด เช่นสามารถรับ
อินพตุ และส่งเอาตพ์ ุตที่เป็นรหสั บีซีดี (BCD) ไดเ้ ช่น เซเวนเซกเมนต์ ทรัมเวลสวติ ซ์

(3) อินเตอร์เฟสสัญญาณแอนะล็อก (analog interfaces)การเชื่อมต่อตอ้ ง
อาศยั การอินเตอร์เฟสแบบแอนะล็อก เช่น เทอร์โมคปั เปิ ล อาร์ทีดี ทรานสมิตเตอร์ อินเวอร์เตอร์
คอนโทรลวาลว์

16
(4) อินเตอร์เฟสสัญญาณพิเศษ (special interfaces)หรือบางคร้ังเรียกกว่า
“Intelligent interface” มีการประมวลผลหรือทางานเป็ นอิสระจากพีแอลซี เช่น ควบคุมตาแหน่ง
( positioning control ) พลั ส์อินเตอร์เฟส (pulse interface)
1.2.3.3 หน่วยอินพตุ มอดูล (input modules) หน่วยอินพุตมีหนา้ ท่ีเช่ือมต่อกบั อุปกรณ์ซ่ึง
ใช้ในการป้ อนสัญญาณไปยงั พีแอลซีโครงสร้างของอินพุตมีแบบรับสัญญาณไฟฟ้ ากระแสตรง ดงั
ภาพท่ี 1-15 และรับสัญญาณแรงดนั ไฟฟ้ ากระแสสลบั ดงั ภาพท่ี 1-16 แบ่งออกเป็ น 2 ลกั ษณะ คือ
หน่วยลอจิกอินพตุ (logic input unit) และหน่วยแอนะล็อกอินพุต (analog input unit)

ภาพท่ี 1-15 โครงสร้างอินพตุ แบบรับสญั ญาณไฟฟ้ ากระแสตรง

ภาพท่ี 1-16 โครงสร้างอินพตุ แบบรับสญั ญาณไฟฟ้ ากระแสสลบั

17

1) หน่วยลอจิกอินพุต จะรับสญั ญาณแบบไม่ตอ่ เนื่อง มีลกั ษณะสัญญาณไบนาร่ี
หรือดิจิตอลเท่าน้นั อุปกรณ์ดิจิตอลอินพุต คือ อุปกรณ์ที่เป็ นพวกสวติ ซ์ซ่ึงจะเปิ ดหรือปิ ดก็ได้ เช่น
พวกป่ ุมกด ลิมิตสวติ ซ์ ทรัมเวลสวติ ซ์ สวติ ซ์ความดนั และอื่นๆ ดงั ภาพท่ี 1-17

ภาพที่ 1-17 การตอ่ ใชง้ านหน่วยลอจิกอินพตุ
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual , หนา้ 3-23

2) หน่วยแอนะล็อกอินพุต จะรับสัญญาณแบบต่อเน่ืองแปลงสัญญาณแอนะล็อก
เป็นสญั ญาณดิจิตอล (analog to digital) หรือเรียกวา่ “ADC” สัญญาณแอนะล็อกท่ีส่งให้ พีแอลซี
อุปกรณ์แอนะลอ็ กอินพตุ คือ อุปกรณ์ซ่ึงใหส้ ัญญาณที่แปรค่าไดช้ ่วงหน่ึง ช่วงของสัญญาณท่ีเขา้ ไป
ในอินพุตหน่วยหน่ึงโดยทว่ั ไปจะเป็ น 4 ถึง 20 mADC. สาหรับพวกท่ีเป็ นทรานส์ดิวเซอร์แบบ
กระแสไฟฟ้ า และ 0 ถึง 10 VDC. สาหรับทรานสดิวเซอร์แบบแรงเคล่ือนไฟฟ้ าและอ่ืนๆ สัญญาณ
แรงดนั ไฟฟ้ านิยมใชใ้ นช่วง 0-10 VDC., 1-5 VDC. และ 0-5 VDC. และสัญญาณกระแสไฟฟ้ านิยม
ใชใ้ นช่วง 0-20 mADC., 4-20 mADC. ดงั ภาพท่ี 1-18

18

ภาพที่ 1-18 การตอ่ ใชง้ านแรงดนั ไฟฟ้ าหน่วยแอนะลอ็ กอินพตุ
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual , หนา้ 4-87

ภาพท่ี 1-19 แผนภาพไดอะแกรมการทางานของหน่วยลอจิกอินพตุ

จากภาพที่ 1-19 การเช่ือมต่อของสัญญาณอินพุตจาเป็ นที่จะตอ้ งมีการแยกส่วน
ทางไฟฟ้ าระหวา่ ง หน่วยประมวลผลกลาง และอุปกรณ์อินพตุ มีส่วนประกอบ 3 ส่วน คือ

(1) ส่วนทาหน้าท่ีตรวจวดั ระดับของสัญญาณจากภายนอกว่ามีขนาดท่ี
เหมาะสมกบั มอดูลหรือไม่

(2) ส่วนท่ีทาหน้าที่หน่วงสัญญาณอินพุตเพื่อลดสัญญาณรบกวนจาก
ภายนอก การรบกวนทางไฟฟ้ าเนื่องจากหน่วยประมวลผลกลางจะทางานท่ีระดบั แรงดนั ต่าและมี
การรบกวนทางไฟฟ้ ากบั อินพุตสูง (input immediate electrical interference) ซ่ึงสามารถเกิดปัญหา
ข้ึนได้

19

(3) ส่วนเช่ือมโยงทางแสงส่งผา่ นขอ้ มูลจากดา้ นหน่ึงไปสู่อีกดา้ นหน่ึง โดย
ใชแ้ สงในการส่งผา่ นขอ้ มลู แยกสญั ญาณไฟฟ้ าระหวา่ งอุปกรณ์ภายนอกกบั ส่วนประมวลผลพีแอลซี
ออกจากกนั ทาให้ป้ องกนั วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ไม่ให้เกิดความเสียหายในกรณีที่เกิดการลดั วงจรที่
ภายนอกเม่ืออุปกรณ์ภายนอก เกิดการผิดพลาดข้ึนหน่วยประมวลผลกลางสามารถท่ีจะได้รับ
แรงดนั ไฟฟ้ าค่าสูงได้ ซ่ึงจะทาใหเ้ กิดการเสียหายหรือการผิดพลาดท่ีตวั หน่วยประมวลผลกลางได้
การแยกส่วนของอินพุตโดยปกติจะใช้ตวั ทางานคู่ทางแสงออปโตค้ ปั เปอร์(opto - couplers) อยู่
ภายในหน่วยอินพุต โดยปกติแลว้ อินพุตแต่ละตวั จะมีการแยกส่วนโดย ออปโตค้ ปั เปอร์ของอินพุต
น้นั

INPUT +5 VOLTS

TRANSISTOR

DIODE

TO CPU

ภาพที่ 1-20 ตวั ทางานคทู่ างแสงออปโตค้ ปั เปอร์

จากภาพที่ 1-20 จะเห็นไดว้ า่ จะไม่มีการเช่ือมต่อกนั ทางไฟฟ้ า ระหวา่ งอินพุต
และตวั หน่วยประมวลผลกลาง ขอ้ มูลจะส่งผา่ นจากอินพุตไปยงั หน่วยประมวลผลกลางโดยการใช้
แสง เมื่อรับสัญญาณอินพุตไดโอดจะส่งแสง ที่อยู่ภายในตวั แยกทางแสง (opto-isolator ) ก็จะเปิ ด
การทางานของทรานซิสเตอร์รับแสง (photo-sensitive transistor ) จึงส่งข้อมูลไปยงั หน่วย
ประมวลผลกลาง เม่ือมีแรงดนั ไฟฟ้ าท่ีเหมาะสมท่ีอินพุต(energized input) สัญญาณอินพุตจะถูก
ส่งไปยงั หน่วยประมวลผลกลาง แลว้ หน่วยประมวลผลกลางจะมีการรับคาส่ังในโปรแกรมท้งั หมด
กับจานวนอินพุตท่ีอ้างอิงที่ หากไม่มีแรงดันไฟฟ้ าท่ีเหมาะสม(de-energized input) หน่วย
ประมวลผลกลางจะไมท่ างานคาสัง่ ท้งั หมด ซ่ึงจะอา้ งถึงอินพตุ ท่ีไม่ไดม้ ีการจา่ ยไฟ

20
1.2.3.4 หน่วยเอาต์พุตมอดูล (output modules) มีหน้าที่ส่งสัญญาณจากหน่วย
ประมวลผล ไปยงั อุปกรณ์ทางาน เพ่ือควบคุมการทางานของเคร่ืองจกั ร หรือ อุปกรณ์ภายใน
กระบวนการผลิต ให้มีลักษณะตามต้องการ โครงสร้างของเอาต์พุตมีแบบส่งสัญญาณไฟฟ้ า
กระแสตรงดงั ภาพท่ี 1-21 และส่งสัญญาณแรงดนั ไฟฟ้ า กระแสสลบั ดงั ภาพท่ี 1-22 แบ่งออกเป็ น 2
ลกั ษณะ คือ หน่วยลอจิกเอาตพ์ ุต (logic output unit) และหน่วยแอนะล็อกเอาตพ์ ุต (analog output
unit)

ภาพที่ 1-21 โครงสร้างเอาตพ์ ตุ แบบส่งสญั ญาณไฟฟ้ ากระแสตรง

ภาพที่ 1-22 โครงสร้างเอาตพ์ ตุ แบบส่งสญั ญาณไฟฟ้ ากระแสสลบั

21
1) หน่วยลอจิกเอาตพ์ ุต (logic Output Unit) จะส่งสัญญาณแบบไม่ต่อเนื่อง
(discrete) มีลกั ษณะสัญญาณไบนาร่ีหรือดิจิตอลเท่าน้นั อุปกรณ์ดิจิตอลเอาตพ์ ุต คือ หลอดไฟรีเลย์
โซลินอยด์วาล์ว แมคเนติกคอนแทกเตอร์ และอ่ืนๆ มี 2 ชนิด คือ เอาต์พุตจะส่งสัญญาณไฟฟ้ า
กระแสตรงดังภาพที่ 1-23 และเอาต์พุตรีเลย์จะควบคุมแรงดันไฟฟ้ ากระแสตรงและไฟฟ้ า
กระแสสลบั ดงั ภาพที่ 1-24

ภาพที่ 1-23 การต่อใชง้ านหน่วยลอจิกเอาตพ์ ตุ แบบส่งสญั ญาณไฟฟ้ ากระแสตรง
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual, หนา้ 3-54

ภาพท่ี 1-24 การต่อใชง้ านหน่วยลอจิกเอาตพ์ ตุ แบบรีเลย์
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual, หนา้ 3-94

22

2) หน่วยแอนะล็อกเอาตพ์ ุต (analog input unit) จะส่งสัญญาณแบบต่อเน่ือง
(continuous) จะแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็ นสัญญาณแอนะล็อก (digital to analog ) หรือเรียกวา่
“DAC” พีแอลซีจะส่งสัญญาณแอนะล็อกให้อุปกรณ์แอนะล็อกเอาต์พุตคือ อุปกรณ์ส่งสัญญาณ
กระแสไฟฟ้ า 4 ถึง 20 mADC. และส่งสญั ญาณแรงดนั ไฟฟ้ า 0 ถึง 10 VDC. ดงั ภาพท่ี 1-25

ภาพท่ี 1-25 การตอ่ ใชง้ านหน่วยแอนะลอ็ กเอาตพ์ ตุ
ท่ีมา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual, หนา้ 4-177

ภาพที่ 1-26 แผนภาพไดอะแกรมการทางานของหน่วยลอจิกเอาตพ์ ตุ

จากภาพท่ี 1-26 สัญญาณเอาต์พุตจาเป็ นท่ีจะต้องมีการแยกส่วนทางไฟฟ้ า
ระหวา่ ง หน่วยประมวลผลกลางและอุปกรณ์เอาตพ์ ุต มี 3 ส่วนประกอบ คือ

(1) ส่วนอุปกรณ์เช่ือมโยงทางแสงส่งสัญญาณจากหน่วยประมวลผลกลาง
ใหก้ บั อุปกรณ์ภายนอก

23

(2) ส่วนท่ีทาหน้าท่ีขยายขนาดของสัญญาณให้มีขนาดที่เหมาะสมสาหรับ
ควบคุมอุปกรณ์ภายนอก เช่น ระดบั แรงดนั ท่ีใชใ้ นการประมวลผล อาจจะมีขนาดเท่ากบั 5 VDC.
แต่แรงดนั ที่ใชใ้ นการควบคุมอุปกรณ์ทางานอาจจะมีขนาด 24 VDC.

(3) ส่วนที่ทาหน้าท่ีในการตรวจสอบสถานะการลัดวงจรของอุปกรณ์
ภายนอก เพ่อื ใชใ้ นการแสดงสถานะของมอดูลกบั ผใู้ ชว้ า่ มอดูลอยใู่ นสภาวะปกติหรือไม่

1.2.3.5 หน่วยที่ทางานพเิ ศษ (intelligent/functional) การควบคุมบางอยา่ ง ในเคร่ืองจกั ร
และกระบวนการผลิต อาจตอ้ งใช้มอดูล หรือหน่วยที่ทาหนา้ ที่พิเศษ เช่น หน่วยอินพุตท่ีมีความเร็ว
สูง สาหรับจดั การสัญญาณ จากเซนเซอร์ ท่ีมีการเปลี่ยนแปลงสถานะอย่างรวดเร็ว เช่น ตวั นับ
ความเร็วสูง เป็ นตน้ หน่วยอินพุต เอาตพ์ ุต ที่มีความสามารถในการควบคุมแบบพีไอดี หรือการ
ควบคุมตาแหน่งที่ตอ้ งการความแมน่ ยาสูง (APM:axis positioning module) ดงั ภาพท่ี 1-27

ภาพที่ 1-27 การต่อใชง้ านการควบคุมตาแหน่งที่ตอ้ งการความแมน่ ยาสูง
ที่มา SIMATIC Programmable Logic Controllers S7-300 Module data Manual, หนา้ 5-9

1.2.3.6 ตวั กลางในการโปรแกรมและการแสดงผล (medium for programming and
monitoring ) โดยทว่ั ไปตวั กลางในการโปรแกรม และการแสดงผลมีดว้ ยกนั 3 แบบ คือ

1) เคร่ืองทาการโปรแกรมท่ีผลิตมาเฉพาะ(dedicated programmer) อุปกรณ์ตวั น้ี
จะผลิตมาเป็นพเิ ศษเพอ่ื ใชท้ าการโปรแกรมระบบพีแอลซีของแต่ละบริษทั ที่ผลิตพีแอลซีโดยเฉพาะ
ซ่ึงจะมีราคาสูงและไมไ่ ดม้ ีการใชก้ นั อยา่ งกวา้ งขวาง ดงั ภาพที่ 1-28

24

ภาพที่1-28 เครื่องโปรแกรมแบบผลิตเฉพาะของบริษทั ซีเมนส์

ที่มาhttp://shop.softwerk.at/index.php?filter_id=93&language=en&manufacturers_id=13&sort=3a
2) เคร่ืองโปรแกรมแบบมือถือ(hand held programmer) อุปกรณ์ตวั น้ีจะผลิต

เฉพาะบริษทั พีแอลซีเหมือนกบั เคร่ืองทาการโปรแกรมท่ีผลิตมาเฉพาะแต่มีราคาถูกกวา่ ดงั ภาพที่ 1-
29

ภาพที่ 1-29 เครื่องโปรแกรมแบบมือถือของบริษทั ซีเมนส์
ท่ีมา http://shop.softwerk.at/index.php?filter_id=93&language=en&manufacturers_id=13&sort=3a

3) คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล(personal computer : PC) โดยทวั่ ไปจะเป็ นวธิ ีการ
ในการโปรแกรมพีแอลซีท่ีใชก้ นั มากท่ีสุดในทุกวนั น้ี นาโปรแกรมสาเร็จรูปของบริษทั ผูผ้ ลิตมา
ติดต้งั ในเครื่องคอมพวิ เตอร์ ดงั ภาพท่ี 1-30

ภาพท่ี 1-30 คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
ท่ีมา ที่มา http://www.automation.siemens.com

25

1.2.4 ภาษาที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมพีแอลซี โดยปกติจะใช้ภาษาในการเขียนโปรแกรม
เพียงภาษาเดียวหรือใชร้ ่วมกนั หลายภาษาข้ึนอยกู่ บั ความเหมาะสมของงาน ภาษาที่ใชใ้ นการเขียน
โปรแกรมตามมาตรฐาน IEC 1131-3 กาหนดไว้ 5 ภาษา คือ

1.2.4.1 ภาษาที่เป็ นผงั การไหลที่เป็ นลาดบั (sequential flow chart language) ภาษามี
ลกั ษณะท่ีใชแ้ ผนภาพเรียงลาดบั ของการทางานของโปรแกรม มีจุดเช่ือมต่อกนั สามารถอ่านไดอ้ ยา่ ง
ง่ายดายและเหมาะสาหรับการเขียนโปรแกรมสถานะระดบั สูง ดงั ภาพที่ 1-31

ภาพที่ 1-31 ภาษาที่เป็น ผงั การไหลที่เป็ นลาดบั
ท่ีมา Introduction to IEC 61131-3 programming Manual , หนา้ 14

1.2.4.2 ภาษาท่ีเป็ นไดอะแกรมแลดเดอร์ (ladder diagram language) ใชส้ ัญลกั ษณ์
หน้าสัมผสั และขดลวดเพื่อแสดงเงื่อนไขการควบคุม ระหวา่ งอุปกรณ์หน่วยอินพุต เอาต์พุตและ
อุปกรณ์ภายในการเขียนโปรแกรมตอ้ งระบุตาแหน่งตรงกันทุกคร้ังซ่ึงตาแหน่งหมายเลขของ
อุปกรณ์ มีลกั ษณะเหมือนกบั วงจรรีเลย์ ดงั ภาพที่ 1-32

ภาพท่ี 1-32 ภาษาท่ีเป็น ไดอะแกรมแลดเดอร์
ที่มา Introduction to IEC 61131-3 programming Manual , หนา้ 16

26

1.2.4.3 ภาษาท่ีเป็ นไดอะแกรมแบบฟังกช์ นั แผนภาพ ( functional block diagram) เป็ น
ฟังก์ชนั แผนภาพมาต่อเรียงกนั เป็ นลกั ษณะเครือข่าย มีลกั ษณะเหมือนกบั การออกแบบวงจรเกท
ดิจิตอล สามารถเอาเอาต์พุตมาต่อเป็ นอินพุตของแผนภาพฟังก์ชัน่ ได้ โปรแกรมจะมีการทางาน
ตามลาดบั ของการไหลของสัญญาณดงั ภาพที่ 1-33

ภาพท่ี 1-33 ภาษาที่เป็น ไดอะแกรมแบบฟังกช์ นั่ แผนภาพ
ท่ีมา Introduction to IEC 61131-3 programming Manual , หนา้ 16

1.2.4.4 ภาษาท่ีเป็นรายการคาส่ังรายการขอ้ ความ (instruction list language Statement
list) มีลกั ษณะเป็นคาสง่ั รายการ ประกอบดว้ ยลาดบั ของคาสงั่ กบั ตวั ดาเนินการ และจะข้ึนบรรทดั
ใหม่ คาสั่งถดั ไป คาสัง่ ที่ใชจ้ ะเป็นภาษาท่ีผผู้ ลิตพแี อลซี เป็นผกู้ าหนดข้ึน ผเู้ ขียนจะตอ้ งศึกษาคาสงั่
ของผผู้ ลิตก่อนดงั ภาพที่ 1-34

ภาพที่ 1-34 ภาษาที่เป็น รายการคาสงั่ รายการขอ้ ความ
ที่มา Introduction to IEC 61131-3 programming Manual , หนา้ 12

1.2.4.5 ภาษาท่ีเป็ นขอ้ ความแบบโครงสร้าง (structured text) เป็ นภาษาระดบั สูงตอ้ งมี
โครงสร้างท่ีชดั เจนมีการสร้างเงื่อนไข (if else) หรือในลูป (while do) สามารถอ่านไดง้ ่ายและเขา้ ใจ
สามารถใชเ้ ขียนโปรแกรมที่มีฟังกช์ นั่ ทางคณิตศาสตร์ไดอ้ ยา่ งมีประสิทธิภาพ ดงั ภาพท่ี 1-35

ภาพที่ 1-35 ภาษาที่เป็นขอ้ ความแบบโครงสร้าง
ท่ีมา Introduction to IEC 61131-3 programming Manual, หนา้ 13

27

1.3 สรุปเนือ้ หา
1.3.1 การควบคุมอัตโนมตั ิในระบบกายภาพใด ๆ คือ การบงั คบั ให้ระบบน้ันทางานใน

ลกั ษณะที่จะนามาซ่ึงเอาตพ์ ตุ ที่มีคุณสมบตั ิสอดคลอ้ งหรือเป็นไปอินพตุ ดว้ ยตวั ของมนั เอง แบ่งเป็ น
2 ประเภท คือ

1.3.1.1 ระบบควบคุมวงรอบปิ ด
1.3.1.2 ระบบควบคุมวงรอบเปิ ด
1.3.2 ในการควบคุมอตั โนมตั ิโปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ไดร้ ับความนิยมสูงสุด
เนื่องจาก โครงสร้างไม่ซับซ้อน ประสิทธิภาพสูง ราคาย่อมเยา ประยุกต์ใช้งานไดห้ ลากหลาย
รูปแบบต้งั แต่งานควบคุมเคร่ืองจกั ร การลาเลียง การควบคุมคุณภาพ กระบวนการต่อเน่ือง ท้งั น้ี
ยงั คงความทนทานตามมาตรฐานของโรงงานอุตสาหกรรม พฒั นามาจากการจาลองตูค้ วบคุมด้งั เดิม
ท่ีใช้รีเลยไ์ ทเมอร์ลงในไมโครชิพและสามารถกาหนดฟังก์ชั่นการทางานผ่านภาษาแลดเดอร์
(ladder) ซ่ึงใกลเ้ คียงกบั วงจรควบคุมไฟฟ้ า มีส่วนประกอบดงั น้ี
1.3.2.1 หน่วยจา่ ยพลงั งาน
1.3.2.2 หน่วยประมวลผลกลาง
1.3.2.3 หน่วยอินพตุ
1.3.2.4 หน่วยเอาตพ์ ตุ
1.3.2.5 หน่วยท่ีทางานพเิ ศษ
1.3.2.6 ตวั กลางในการโปรแกรม และการแสดงผล