4 องค์ประกอบสำคัญของการควบคุมอัตโนมัติในโรงงาน
ในการวัดและควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม จำเป็นต้องรักษาค่าปริมาณทางฟิสิกส์ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม โดยใช้ เครื่องมือวัดอุตสาหกรรม เช่น
- เครื่องมือวัดอุณหภูมิ (Temperature)
- เครื่องมือวัดความดัน (Pressure)
- เครื่องมือวัดอัตราการไหล (Flow)
- เครื่องมือวัดระดับ (Level)
- เครื่องมือวิเคราะห์ทางเคมี และเครื่องมือวัดอื่นๆ
เป้าหมายหลักของระบบควบคุมอัตโนมัติคือ รักษาค่าของกระบวนการให้ใกล้เคียงกับค่าเป้าหมาย (Set Point : SP) โดยอาศัยหลักการ ควบคุมแบบป้อนกลับ (Feedback Control System) ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 4 องค์ประกอบหลัก ดังนี้
1. ตัวควบคุม (Controller)
ตัวควบคุมทำหน้าที่ประมวลผลและส่งสัญญาณควบคุมไปยังอุปกรณ์ควบคุมขั้นสุดท้าย เพื่อให้ค่าของกระบวนการเป็นไปตามที่ต้องการ ปัจจุบันมีตัวควบคุมหลายรูปแบบ เช่น
- PID Controller (Proportional-Integral-Derivative Controller) – นิยมใช้กันมากในโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถปรับค่าการควบคุมได้อย่างแม่นยำ
- PLC (Programmable Logic Controller) – ควบคุมกระบวนการที่มีความซับซ้อนสูง และสามารถตั้งโปรแกรมการทำงานได้
- DCS (Distributed Control System) – ใช้สำหรับโรงงานขนาดใหญ่ที่ต้องการควบคุมกระบวนการหลายส่วนพร้อมกัน
2. อุปกรณ์ควบคุมตัวสุดท้าย (Final Control Element – FCE)
เป็นอุปกรณ์ที่ได้รับคำสั่งจากตัวควบคุมและทำการ ปรับค่าของกระบวนการ โดยการเปลี่ยนแปลงค่าตัวแปรที่สามารถควบคุมได้ (Manipulated Variable : MV) เพื่อให้กระบวนการดำเนินไปตามต้องการ
ตัวอย่างอุปกรณ์ควบคุมตัวสุดท้าย ได้แก่
- วาล์วควบคุม (Control Valve) – ใช้ปรับอัตราการไหลของของเหลวหรือก๊าซในกระบวนการ
- อินเวอร์เตอร์ (Inverter) – ควบคุมความเร็วของมอเตอร์เพื่อลดหรือเพิ่มการทำงานตามความต้องการ
- ตัวแอกชูเอเตอร์ (Actuator) – ใช้เปลี่ยนพลังงานจากไฟฟ้าหรือลมให้เป็นพลังงานกล เช่น เปิด-ปิดวาล์ว หรือขับเคลื่อนเครื่องจักร
3. พลานต์หรือกระบวนการ (Plant or Process)
หมายถึง ระบบหรือกระบวนการทางฟิสิกส์ที่ต้องการควบคุม เช่น
- กระบวนการควบคุมอุณหภูมิ
- กระบวนการควบคุมระดับของเหลว
- กระบวนการควบคุมแรงดัน หรืออัตราการไหล
สถานะของกระบวนการสามารถแสดงผลผ่านค่าที่เรียกว่า ตัวแปรกระบวนการ (Process Variable : PV) ซึ่งจะถูกวัดและนำไปใช้ในการควบคุม
4. เครื่องมือวัด (Measuring Instrument)
เครื่องมือวัดทำหน้าที่ ตรวจจับและวัดค่าต่างๆ ในกระบวนการ เพื่อส่งสัญญาณข้อมูลไปยังตัวควบคุม โดยอุปกรณ์ที่ใช้จะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวแปรที่ต้องการวัด เช่น
- Thermocouple หรือ RTD – ใช้วัดอุณหภูมิ
- Pressure Transmitter – ใช้วัดความดัน
- Flow Meter – ใช้วัดอัตราการไหล
- Level Transmitter – ใช้วัดระดับของเหลว
สัญญาณที่เครื่องมือวัดส่งไปยังตัวควบคุมต้องเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น
- สัญญาณแรงดันไฟฟ้า 1 – 5 VDC
- สัญญาณกระแสไฟฟ้า 4 – 20 mADC
- สัญญาณลม 3 – 15 psig
- สัญญาณดิจิทัล เช่น Foundation Fieldbus, PROFIBUS, DEVICENET เป็นต้น
สรุป
ระบบควบคุมอัตโนมัติในโรงงานอุตสาหกรรมอาศัย 4 องค์ประกอบหลัก ได้แก่
- ตัวควบคุม (Controller) – เป็นสมองของระบบ ทำหน้าที่วิเคราะห์และสั่งการ
- อุปกรณ์ควบคุมตัวสุดท้าย (Final Control Element) – ทำหน้าที่ปรับค่าของกระบวนการให้เป็นไปตามที่กำหนด
- พลานต์หรือกระบวนการ (Plant or Process) – ระบบหรือกระบวนการที่ต้องการควบคุม
- เครื่องมือวัด (Measuring Instrument) – ตรวจจับค่าของกระบวนการและส่งข้อมูลให้ตัวควบคุม
📌 แนวโน้มของระบบควบคุมอัตโนมัติในอนาคตจะเป็นอย่างไร? IIoT, AI และ Machine Learning จะเข้ามาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างไร? มาติดตามกันในหัวข้อถัดไป! 🚀