PLC (Programable Logic Control) ฉบับพื้นฐาน

PLC (Programable Logic Control) เป็นเครื่องควบคุมอัตโนมัติในโรงงานอุตสาหกรรมที่จะสามารถโปรแกรมได้ โดยถูกคิดค้นจากวิศกรไฟฟ้าเพื่อมาทดแทนวงจรรีเลย์ อันเนื่องมาจากความต้องการที่อยากจะได้เครื่องควบคุมที่มีราคาถูก สามารถใช้งานได้อย่างเอนกประสงค์ และสามารถเรียนรู้การใช้งานได้ง่าย ภาษาแรกๆที่ใช้ทำ programing จะนิยมใช้ ladder diagram เนื่องจากมีความเหมือนกันกับสัญลักษณ์ของ Relay ทางไฟฟ้า ความสำคัญของ PLC ที่มีผลต่อโรงงานคือเป็นเสมือนสมองที่คอยตัดสินใจตาม program ที่ได้กำหนดไว้

PLC มีส่วนประกอบหลักๆอะไรบ้าง

Rack / Chassis ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อ Card ต่างๆของ PLC เข้าด้วยกันผ่านแผงวงจร (PCB) บางรุ่นจะเป็นตัวยึด card ต่างๆเข้ากับอุปกรณ์ติดตั้ง เช่น DIN rail หรือ JB

Power supply ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์จ่าย/แปลงพลังงานไฟฟ้าให้กับ Controller , Communication module , Input / Output card

Controller ทำหน้าที่เป็นแหล่งประมวลผลตาม program ที่ได้ออกแบบไว้

Communication module ทำหน้าที่ในการสื่อสาร PLC กับ ระบบอื่นๆ ภายใต้ Protocol นั้นๆ ซึ่งอาจเป็นการเชื่อมต่อระหว่าง PLC กับ Workstation ของทาง user ก็ได้

Input / output card ทำหน้าที่รับ input จากอุปกรณ์วัด และ ส่งคำสั่งออกไปหาอุปกรณ์ที่เราควบคุมซึ่ง เราสามารถแบ่งได้ตามประเภทของสัญญาณ input ได้อีก คือ

Discrete input โดยค่า input จะเป็น On-Off (0 , 1) เป็นหลัก ถ้ามองในแง่ของอุปกรณ์จะเป็นอุปกรณ์จำพวก Switch ต่างๆ

Analog input โดยค่า input จะเป็นค่าวัดซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วจะนิยม 4-20 mA ถ้ามองในแง่ของอุปกรณ์จะเป็นอุปกรณ์จำพวก Transmitter

Discrete output จะส่งคำสั่ง (Output) เป็น On-Off (0, 1) ซึ่งจะไปจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่เราควบคุม เช่น Relay , Solenoid valve , หลอดแสดงสถาณะต่างๆ เป็นต้น

Analog output จะส่งคำสั่งเป็น สัญญาณ Analog ซึ่งจะนิยม 4-20 mA ซึ่งจะไปจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่เราควบคุม เช่น Control valve , VSD (ตัวปรับรอบมอเตอร์)

Card ประเภทอื่นๆ เช่น Thermocouple card ที่รับค่าตัววัดอุณหภูมิชนิด Thermocouple เป็นต้น

หลักการทำงานของ PLC

PLC จะมีหลักการทำงาน 3 ขั้นตอนหลักๆคือ

1. ตรวจสอบสถาณะของ input (Check input status) เมื่อวงรอบการทำงานของ PLC ครบรอบ ตัว PLC จะทำการตรวจสอบสถาณะของ input ทั้งหมด

2.ประมวลผลโปรแกรม (Execute program) หลังจากผ่านขั้นตอนแรก PLC จะทำการประมวลผลโปรแกรมเพื่อให้ได้มาซึ่งผลลัพธ์

3.ปรับปรุงสถาณะของเอาท์พุท (Update output status) หลังจากผ่านการคำนวณตามขั้นตอนประมวลผลโปรแกรม PLC จะนำผลลัพธ์ดังกล่าวมาส่งออกไปยัง output card

ภาษา Programing ของ PLC ที่รองรับตามมาตรฐานอุตสาหกรรม IEC61131-3 มี 5 รูปแบบด้วยกันคือ

Ladder diagram

รูปแบบของ ladder diagram จะมีลักษณะคล้ายๆบันได โดยมี Rung เป็นขั้นๆซึ่งแสดงเป็นสัญลักษณ์ contact ทางไฟฟ้า โดยมีแนวตั้งเสมือนเป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าตามรูปด้านล่าง

Function block diagram

จะมีลักษณะคล้ายๆบล็อกไดอะแกรม ซึ่งเราสามารถนำ Block มาเรียงต่อกันได้เพื่อนำ function ของ block ก่อนหน้ามาเป็น input ของ block ถัดไปตามรูปด้านล่าง

Structure text

จะมีลักษณะในการเขียน program ในรูปแบบของ Text หรือตัวอักษร เหมาะสำหรับการคำนวณที่ซับซ้อนหรือใช้งานจัดการกับตัวแปร Array ได้ง่าย สำหรับคนที่มีพื้นฐาน programing เช่น C หรือ python จะเข้าใจในรูปแบบนี้ได้ง่ายครับ รูปด้านล่างจะเป็นตัวอย่างการเขียน program แบบ Structure text

Instruction list

จะมีลักษณะในการเขียน program ในรูปแบบ Text หรือตัวอักษร ซึ่งจะคล้ายๆกับภาษา Assembly หรือถ้าหากใครทันการป้อนคำสั่งโดยใช้ Handheld รุ่นเก่าๆ จะคุ้นเคยคำสั่งเหล่านั้น ปัจจุบันแอดไม่เห็นอีกแล้ว รูปด้านล่างจะเป็นตัวอย่างการเขียน program แบบ Instruction list

Sequential function chart

จะมีลักษณะคล้ายกับ Flow chart แสดงการทำงานเป็นแบบซีเควนซ์ ซึ่งส่วนประกอบของ SFC จะประกอบด้วย Step (คำสั่งในการปฏิบัติการในแต่ละขั้นตอน) และ Transition (เงื่อนไขที่กำหนดให้กระทำคำสั่งในแต่ละ Step) นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดลักษณะการทำงาน เช่น Alternative step sequence และ Parallel step sequence รูปด้านล่างจะเป็นตัวอย่างการเขียน program แบบ Instruction list

เรานำ PLC ไปใช้งานอย่างไรบ้าง

1.ใช้ในการเป็นตัวควบคุมเครื่องจักร สำหรับเครื่องจักรที่เป็น Package จะนิยมมากเพราะลดการลากสายไฟ และสามารถทดสอบ function บางอย่างที่โรงงานได้ง่าย ข้อดีอีกอย่างคือสามารถทำให้เครื่องจักรที่เป็น Package มีความคล่องตัวในการเคลื่อนย้ายเครื่องจักรและติดตั้งได้ง่าย

2.ใช้ในระบบวัดคุมนิรภัย สำหรับในกรณีนี้บางโรงงานที่มีความเสี่ยงสูงหรือบางหน่วยผลิตที่ประกอบไปด้วยก๊าซพิษ หรือก๊าซที่ติดไฟง่าย หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อาจต้องนำเอา PLC ชนิดที่ได้รับการรองรับตามระดับวัดคุมนิรภัยมาใช้งานซึ่งจะต้องทำตามที่มาตรฐานต่างๆกำหนดครับ และต้องทำ Preventive maintenance ตามคู่มืออย่างเคร่งครัดโดยเฉพาะในส่วนของการทำ Proof test