ระบบควบคุมในโรงงาน

ระบบควบคุมในโรงงาน

กระบวนการผลติ ในงานอุตสาหกรรม สว่ นใหญน่ นั้ มักใช้กระบวนการควบคุมทเี่ ป็นแบบอัตโนมัติ โดย
มกี ารควบคุมตวั แปรตา่ ง ๆ อันไดแ้ ก่ อุณหภมู ิ, ความดัน, ระดับ, อัตราการไหล, ตาแหน่งการเคล่อื นที่, แรง,
นา้ หนัก เป็นต้น ซึง่ ถ้าใชร้ ะบบการควบคมุ ท่ีดีก็จะเปน็ การเพม่ิ ประสทิ ธภิ าพของการผลิตให้มีสินคา้ ที่คุณภาพ
ดี ชว่ ยลดต้นทนุ และประหยัดพลังงาน

การควบคมุ หมายถงึ วิธกี ารท่ีทาใหเ้ ครื่องจักรทางานได้ถูกตอ้ งตามเง่ือนไขท่ีกาหนด ซงึ่ การควบคุมใน
งานอุตสาหกรรมทาเพ่อื ควบคุมเครื่องจกั รให้ทางานในกระบวนการผลิตตรงตามจดุ ประสงคข์ องโรงงาน
อตุ สาหกรรม

การควบคมุ อัตโนมัติทางอตุ สาหกรรม เปน็ การควบคมุ เคร่ืองจกั รทใ่ี ชใ้ นกระบวนการผลิตให้สามารถ
ทางานแทนมนษุ ย์ได้ โดยมคี วามผิดพลาดในการผลติ นอ้ ยลง เวลาการผลิตเร็วขึ้น ลดการใชแ้ รงงาน และความ
สนิ้ เปลืองของพลังงานลง

การควบคุมลาดับ เป็นการควบคมุ ข้นั ตอนการทางานของเครื่องจักรการผลติ ในงานอตุ สาหกรรมให้
ทางานสอดคล้องกันตามขน้ั ตอนการผลติ ของโรงงานอตุ สาหกรรม โดยมีอุปกรณต์ รวจวัด (Sensors) ทาหนา้ ที่
ตรวจสอบการทางานของเครื่องจักร และอปุ กรณ์ควบคมุ (Control Devices) ทท่ี าหนา้ ท่ีควบคมุ เครือ่ งจักร
การผลิตใหไ้ ด้ผลผลติ ตามต้องการ
การควบคมุ ในงานอุตสาหกรรม แบ่งตามอปุ กรณ์การควบคุมไดด้ ังน้ี

1. การควบคมุ ดว้ ยไฟฟา้
2. การควบคมุ ดว้ ยนิวแมติกส์ และไฮดรอลิกส์
3. การควบคมุ ดว้ ยอิเล็กทรอนิกส์
4. การควบคมุ ดว้ ยคอมพวิ เตอร์
5. การควบคุมด้วยโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์

การควบคุมดว้ ยโปรแกรมเมเมิลคอนโทรลเลอร์ (Programmable Controllers)
เป็นอปุ กรณ์ท่ีใชค้ วบคุมการทางานของเคร่ืองจักร หรือกระบวนการตา่ ง ๆ โดยใชโ้ ปรแกรมคาสง่ั ทีท่ า

หนา้ ทีเ่ หมอื นวงจรรีเลย์ มสี ่วนของอนิ พุตและเอาต์พุตทสี่ ามารถต่อใชง้ านได้ทนั ที ดงั นน้ั โปรแกรมเมเบลิ
คอนโทรลเลอร์ จงึ ถูกใชใ้ นงานอตุ สาหกรรมเพื่อเพ่ิมประสิทธิภาพในการทางานของเครื่องจกั ร ทาให้เครื่องจกั ร
ทางานไดโ้ ดยอัตโนมตั ิ

ข้อดีของโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์
1. สน้ิ เปลืองเนอื้ ทน่ี อ้ ยเพราะมีขนาดเล็ก
2. สามารถใช้ควบคุมเคร่ืองจักรหรือระบบกระบวนการใด ๆ ก็ได้ ถา้ เลือกขนาดของ PLC ทเ่ี หมาะสม
3. การเปลี่ยนลาดับขัน้ ตอนหรือเงื่อนไขของการทางาน ทาได้ตามตอ้ งการเพราะใชห้ ลกั การทาง

โปรแกรม
4. ตวั ตั้งเวลา ตัวนบั เป็นซอฟตแ์ วร์ทาให้กาหนดค่าตา่ ง ๆ ไดง้ ่าย สามารถเปลยี่ นแปลงค่าได้ตลอดเวลา

โดยไม่ตอ้ งมีฮาร์ดแวรร์ ่วมและทาให้มีราคาถูก
5. รเี ลย์ภายใน (Internal Relay) เป็นซอฟต์แวร์ ทาให้ลดค่าใชจ้ า่ ยในการเดินสาย ลดฮาร์ดแวรแ์ ละทา

ใหข้ นาดเลก็ ลง
6. การติดตัง้ ทาได้สะดวกและง่าย
7. การขยายระบบให้ใหญ่ข้ึนทาได้โดยง่าย
8. ราคาถูกกว่าระบบรีเลย์
9. ความน่าเช่ือถอื ดเี พราะเปน็ อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา ไมม่ ีการเดินสายมาก ไมม่ ปี ัญหาเรอื่ งหนา้ สัมผัส
10. มีระบบตรวจสอบหาทผ่ี ิดพลาดด้วยตวั เอง การตรวจสอบแกไ้ ขเม่ือมปี ัญหาจึงทาไดเ้ ร็ว
11. ลดการเดินสายยาว ๆ เพราะมอี นิ พุต-เอาต์พุตแบบรีโมท
12. การบารงุ รักษาทาได้ง่าย
13. เวลาในการทางานเร็วกวา่ ระบบรีเลย์
14. มีฟังกช์ ันทางคณิตศาสตร์ เช่น บวก ลบ คูณ หาร และอืน่ ๆ
15. ต่อเขา้ กับระบบคอมพิวเตอร์ได้
16. ใช้ไดใ้ นทกุ สภาพแวดล้อมของงานอตุ สาหกรรม

ชนิดของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์

PLC ชนดิ บ็อก (Box Type) หรอื แบบคอมเพ็ต (Compact Type) คอื โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอรท์ ี่มี
ขนาดเลก็ กะทัดรดั มีหนว่ ยอินพุต-เอาตพ์ ตุ และหนว่ ยสาหรับติดตอ่ สื่อสารข้อมลู ประกอบรวมกนั อยภู่ ายใน
โครงสรา้ งเดียวกนั ซ่ึงโครงสร้างของ โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอรท์ ่มี ลี กั ษณะน้ี ได้แก่ PLC Simatic S7-
200, Siemens LOGO, OMRON SYSMAC C20P, SYSMAC C20H, TOSHIBA T1 เปน็ ตน้ ซ่ึงเหมาะ
สาหรับงานทมี่ กี ารกาหนดจานวนอนิ พุต-เอาตพ์ ุต ท่ีแนน่ อนและมจี านวนไมม่ าก เชน่ ใชใ้ นการควบคุม
เครื่องจักร, การควบคมุ การขับเคลอ่ื นมอเตอร์แบบต่าง ๆ เป็นตน้

PLC ชนดิ ทีต่ ดิ ตัง้ ในตู้ (Rack type PLC) หรอื แบบโมดูลล่าร์ (Modular) คอื ระบบ PLC ซง่ึ โมดลู ท้ังหมด
(ส่วนของ PLC) จะบรรจุอยู่ภายในต้คู วบคุม เชน่ OMRON SYSMAC H200, TOSHIBA รุ่น T2 เปน็ ต้น

ขนาดของโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ขนาดของ PLC มักนยิ มจดั แบง่ ตามจานวนของหนว่ ยอินพุต
และหน่วยเอาต์พตุ ยกเวน้ บางกรณีทผี่ ู้ผลติ บางรายอาจแบ่งตามขนาดของหนว่ ยความจาทใ่ี ชเ้ ขยี นโปรแกรม
การแบง่ ขนาดของ PLC แบง่ ได้ดงั น้ี

1. PLC ขนาดเล็ก มีจานวนอินพตุ -เอาต์พุต ไมเ่ กนิ 128 จุด อาจเรยี กว่าไมโคร-พีซี (Micro - PC) ใช้
แทนการควบคุมรเี ลยแ์ บบเปิด-ปิด

2. PLC ขนาดกลาง มีจานวนอินพตุ -เอาต์พุต ไม่เกิน 1024 จุด สามารถใชค้ วบคุมไดท้ ้ังแบบดจิ ิตอล
และแอนะล็อก มีการคานวณพ้นื ฐานทางคณิตศาสตร์ มีการจัดการข้อมูล และสามารถเชือ่ มต่อกบั
คอมพวิ เตอร์ได้

3. PLC ขนาดใหญ่ มีจานวนอนิ พุต-เอาต์พุต ไม่เกิน 4096 จดุ ใช้กับขอ้ มูลที่มีจานวนมากและมีการ
คานวณทซ่ี บั ซ้อน

4. PLC ขนาดใหญ่มาก มจี านวนอนิ พุต-เอาต์พตุ เกินกวา่ 4096 จุด ทาหนา้ ทเี่ ป็นสว่ นควบคมุ หลัก
แทนคอมพิวเตอร์ โดยการควบคมุ ให้ PLC หลาย ๆ เครื่องให้ทางานรว่ มกัน
การตดิ ตั้งและการบารุงรักษาโปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ ควรคานึงถึงส่ิงต่อไปน้ี

1. การพจิ ารณาในการเลือกสถานที่ติดตง้ั คือ

1.1 พื้นที่ในการติดตง้ั เพียงพอหรือไม่
1.2 ต้องเพ่ือไวข้ ยายในอนาคต
1.3 การซ่อมบารงุ ทาได้งา่ ย
1.4 อณุ หภูมิของเคร่อื งจักรมผี ลกระทบทาใหเ้ กิดการเสียหายกับ PLC หรือไม่
1.5 ตอ้ งมีการป้องกัน PLC จากสภาพแวดลอ้ มท่ไี มป่ ลอดภยั
2. สภาพแวดล้อมและสภาพการท่ีไมค่ วรติดต้ัง
2.1 มีแสงแดดส่องโดยตรง
2.2 มอี ุณหภูมติ า่ กว่า 0 องศาเซลเซียล หรอื สูงกว่า 55 องศาเซลเซียล
2.3 มีฝุนหรอื ไอเกลอื
2.4 มกี า๊ ซหรือมีคุณสมบัตกิ ัดกร่อน มกี ารสน่ั สะเทอื น มีความชื้นมาก
3. การตดิ ตัง้ ตู้ควบคมุ สาหรับ PLC
3.1 ต้องป้องกันไม่ให้ PLC เกดิ การเสียหายจากการใช้งานหรอื จากส่วนอน่ื ๆ ทเ่ี กดิ จาก
สภาพแวดลอ้ ม สิง่ ปนเป้ือนจากอากาศ ความชนื้ นา้ มนั ฝนุ่ ละออง กา๊ ซทมี่ ีฤทธกิ ารกดั กร่อน
3.2 มีขนาดเพยี งพอสะดวกต่อการเดนิ สายไฟตา่ ง ๆ
3.3 ควรติดตัง้ ห่างจากเสาแรงสงู อย่างน้อย 8 น้ิว
3.4 ตอ้ งติดตั้งสายดนิ กบั ตคู้ วบคุม
3.5 ควรแยกการติดต้งั ออกจากไฟแรงสูง อาจทาโดยใช้หมอ้ แปลงแบบแยกขด (Isolation)
3.6 ควรแยกการติดตัง้ ออกจากความร้อนสงู ๆ
3.7 ถ้ามีอณุ หภูมสิ ูงกวา่ 60 องศาเซนเซยี ล ให้ติดต้งั พัดลมเป่า
4. การติดตงั้ ระบบป้องกนั (Safety Circuitry)

4.1 ใช้หมอ้ แปลงแบบแยกขด (Isolation Transformer) เพื่อแยกออกจากไฟดา้ นแรงสงู และเปน็ การ
ป้องกนั ผลกระทบทอี่ าจเกดิ ขึ้นกบั โปรแกรมเมเบลิ คอนโทรลเลอร์ เชน่ สัญญาณรบกวนอันเนื่องมาจากกราวด์
(Ground Noise) และสายทอ่ี อกมาจากเอาต์พตุ ของหม้อแปลงควรตีเกลียวสายไฟแล้วจ่ายไฟใหก้ บั ชุด
โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์

4.2 มวี งจรฉกุ เฉิน (Emergency Circuits) ป้องกันในระบบโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ดังรปู เริ่ม
ต้ังแต่การใช้หม้อแปลงแบบขดแยกที่จา่ ยไฟใหก้ บั ระบบ PLC โดยผ่านระบบการควบคุมการเรม่ิ การทางาน
(Start) ใหร้ เี ลย์ CR1 ทางาน และมวี งจรการทางานฉุกเฉิน เช่น สวติ ชห์ ยุดฉุกเฉิน (Emergency stop
button) และสวิตชท์ ีใ่ ชส้ าหรบั ควบคมุ อุปกรณ์ป้องกันอันตราย ท่เี ป็นอิสระจากการควบคุมของระบบ PLC

4.3 ในสถานที่มสี ัญญาณรบกวนจาเป็นต้องมีการป้องกันความคลาดเคลือ่ นจากการวัดค่าทีอ่ าจเกิดขึ้น
โดยใช้สายท่มี ีการป้องกนั สัญญาณรบกวน (Shield Cable) ดงั รปู 4.4 การตอ่ ระบบกราวด์ มี
หลักการต่อดังน้ี

4.4.1 ควรใชส้ ายท่มี ีขนาดไมต่ ่ากว่า 2 ตร.มม (14 AWG) สาหรับเดินสายกราวดภ์ ายใน
ต้คู วบคุม

4.4.2 ระบบกราวด์ ควรมคี า่ ความตา้ นทานไมเ่ กนิ 100 โอหม์
4.4.3 ระยะสายกราวด์ควรมเ่ กิน 20 เมตร

การบารุงรกั ษา
1. รกั ษาอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้สะอาดปราศจากฝนุ่ ละออง เพือ่ ชว่ ยในการระบายความร้อนและป้องกนั การ

ลัดวงจร
2. หมนั่ ตรวจสอบจดุ เชอื่ มต่อตา่ ง ๆ อยู่เสมอโดยเฉพาะจดุ ต่อทไี่ ด้รบั การสนั่ สะเทือนจากเครื่องจกั ร
3. หลกี เล่ยี งการวางอุปกรณห์ รือเคร่ืองมือต่าง ๆ ท้ิงไวบ้ นอุปกรณ์ควบคุม
4. หลกี เลยี่ งการติดต้ังอปุ กรณ์ท่มี ีสัญญาณกวนของ PLC

โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ มีโครงสรา้ งทสี่ าคัญ 4 สว่ นคือ

1. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU)
2. หน่วยความจา (Memory Unit)
3. หน่วยอนิ พุต-เอาต์พตุ (Input-Output Unit)
4. อปุ กรณป์ ระกอบการใชง้ าน (Peripheral Devices) ได้แก่ เคร่ืองมือทใ่ี ช้ในการป้อนและแสดงโปรแกรม
หรือค่าของข้อมูลต่าง ๆ ท่เี รียกได้หลายแบบ เช่น โปรแกรมมิง่ คอนโซล (Programming Console) แฮนดด์ ้ี
โปรแกรมเมอร์ (Handy Programmer) แฮนด์เฮล (Hand Held) เป็นต้น

PLC ทางานโดยการกวาดหรือสแกน (Scan) โปรแกรมอยา่ งตอ่ เน่ือง ในการสแกนจะประกอบดว้ ย
ข้นั ตอนทีส่ าคัญ 3 ขัน้ คือ

ขน้ั ตอนท่ี 1 ตรวจสอบสถานะอนิ พุต (Check Input Status) เริม่ จากการตรวจสอบสภาวะของอินพตุ
แตล่ ะตวั วา่ มสี ถานะเปน็ อย่างไร (เปดิ หรือปิด) แลว้ นาสภาวะของข้อมูลเหลา่ น้นั ไปเกบ็ ไว้ท่หี นว่ ยความจาเพื่อ
ใชใ้ นขน้ั ตอนต่อไป

ขั้นตอนท่ี 2 ประมวลผลโปรแกรม (Program Executed) ในขั้นตอนนี้ PLC จะประมวลผลตาม
โปรแกรมตามลาดบั ของคาส่งั ที่ปอ้ นเข้าไป และจะเกบ็ ผลลพั ธข์ องการประมวลผลไว้ในหนว่ ยความจาเพื่อใชใ้ น
ขั้นตอนที่ 3

ขัน้ ตอนท่ี 3 มีการปรบั เปลย่ี นสถานะของเอาต์พุต (Update Output Status) ในขน้ั ตอนสุดท้ายนี้
PLC จะปรบั เปลีย่ นสถานะเอาต์พตุ ตามโปรแกรมทเี่ ขยี นขึ้น คือถ้าสถานะของอนิ พตุ ตัวใดตัวหนึง่ ในระหว่าง
ขั้นตอนแรกท่ีมีการเปลีย่ นแปลง และผลลพั ธ์ของการประมวลในข้ันตอนท่สี องให้เอาต์พุตเปลีย่ นแปลงกจ็ ะ
สง่ ผลใหข้ น้ั ตอนทสี่ ามมีการเปลยี่ นแปลงตามไปด้วย

หลังจากขัน้ ตอนท่ี 3 แล้วเครอื่ ง PLC ก็จะกลับไปเร่ิมตน้ ทาข้ันตอนท่ี 1 อีกโดยทางานซา้ กนั ทกุ ข้ันตอน
ไปเร่ือย ๆ ซงึ่ ระยะเวลาทใี่ ชใ้ นท้ัง 3 ขนั้ ตอนนี้เรียกว่า 1 สแกนไทม์ (Scantime) ระยะเวลาในการ
ตอบสนองท้ังหมดของ PLC เปน็ องคป์ ระกอบส่งิ หน่งึ ที่ต้องนามาพิจารณาเสมอ เนื่องจาก PLC จะตอ้ งใช้

ระยะเวลาหน่งึ ในการตอบสนองต่อการเปลยี่ นแปลง ซ่ึงระยะเวลาในการตอบสนองของ PLC สามารถคานวณ
ได้จากสมการ

Total Response Time = Input Response Time + Program Execution Time +
Output Response Time

หลกั การออกแบบการควบคมุ
1. ข้ันเตรยี มการออกแบบ เป็นขั้นตอนที่ต้องมีการศกึ ษาการทางานของระบบที่จะควบคุม โดยอาจจะ

ต้ังประเด็นในคาถามดังน้ี เชน่ "อินพุตเป็นอะไร/แบบไหน", "เอาต์พตุ เป็นอะไร/แบบไหน", "ลาดับการทางาน
ของอินพุตและเอาต์พุต", "ระบบควบคมุ มีเงอ่ื นไขในการทางานอยา่ งไร" กาหนดรายละเอียดของเครอ่ื งทีจ่ ะใช้
ควบคุม เชน่ จานวนอินพุต เอาต์พุต ขนาดของเครอ่ื ง โปรแกรมท่ีใช้ออกแบบ เปน็ ต้น

2. ขนั้ ดาเนนิ การ เป็นขนั้ ตอนที่ตอ้ งจัดทาท้ังทางด้านฮาร์ดแวร์และซอฟตแ์ วร์ โดยมกี ารออกแบบวงจร
ภายนอกของเครื่องโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ (PLC) วิธกี ารติดต้งั การกาหนดตาแหนง่ ของ
หน่วยความจา การออกแบบโปรแกรมและทดสอบการทางานของโปรแกรมเบ้ืองต้น

3. ขั้นการตดิ ตั้งและทดสอบ เป็นการทดสอบการทางานร่วมกันท้งั ระบบดา้ นฮาร์ดแวรแ์ ละซอฟต์แวร์
เพือ่ หาข้อบกพร่องในการทางานแล้วนามาปรบั ปรุงการทางานให้เกดิ เสถียรภาพดยี ง่ิ ข้ึน