กว่าจะมาเป็น “ระบบการวัดและควบคุม” อัจฉริยะในโรงงานอุตสาหกรรมยุคปัจจุบัน
ทุกวันนี้ ระบบการวัดและควบคุม (Instrumentation & Control System) ได้กลายเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นโรงกลั่น โรงไฟฟ้า หรือโรงงานเคมี ทั้งหมดต่างต้องการ “ความแม่นยำ” และ “ประสิทธิภาพ” ในการควบคุมกระบวนการ ซึ่งเบื้องหลังระบบเหล่านี้คือการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างเครื่องมือวัด ตั้งแต่ยุคกลไกเชิงกลจนถึงยุคดิจิทัลเต็มรูปแบบในปัจจุบัน
บทความนี้จะพาย้อนดูพัฒนาการของระบบวัดคุม ตั้งแต่จุดเริ่มต้นในยุคเครื่องจักรไอน้ำ จนถึงระบบ DCS, HART, และ Fieldbus ที่เราใช้งานกันอยู่ในโรงงานยุคอุตสาหกรรม 4.0
จุดเริ่มต้นของระบบวัดคุม: Fly Ball Governor และยุคเครื่องจักรไอน้ำ
หากย้อนกลับไปกว่า 250 ปีก่อน โลกเพิ่งเข้าสู่ยุคอุตสาหกรรมการผลิตสินค้าในปริมาณมาก จุดเปลี่ยนสำคัญเกิดขึ้นเมื่อ James Watt ได้ประดิษฐ์ Fly Ball Governor กลไกควบคุมความเร็วรอบของเครื่องจักรไอน้ำ ซึ่งถือเป็นต้นแบบของ หลักการควบคุมแบบ Feedback Control
“Fly Ball Governor คือจุดเริ่มต้นของการควบคุมความเร็วรอบเครื่องจักรโดยอัตโนมัติ ผ่านกลไกป้อนกลับ (Feedback) ที่ทำให้เครื่องจักรสามารถรักษาความเร็วคงที่ได้แม้โหลดเปลี่ยนแปลง”
การคิดค้นนี้ไม่เพียงเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักร แต่ยังวางรากฐานแนวคิดการควบคุมกระบวนการที่ต่อยอดมาจนถึงปัจจุบัน
ยุคของระบบลม: นิวเมติกส์ควบคุมการผลิต
เมื่อความต้องการสินค้าเพิ่มขึ้น อุตสาหกรรมจึงเริ่มขยายตัว และต้องการระบบควบคุมที่มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น ระบบ Pneumatic Control หรือ ระบบลม จึงถูกนำมาใช้ร่วมกับกลไกทางกล
จากนั้นได้มีการพัฒนา มาตรฐานสัญญาณลม 3–15 psi เพื่อใช้ควบคุมกระบวนการอย่างเป็นระบบ ทำให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ เช่น Pressure Transmitter, Control Valve, และ Pneumatic Controller สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การมาของระบบไฟฟ้า: จุดเปลี่ยนครั้งใหญ่ของวงการควบคุม
เมื่อเทคโนโลยีไฟฟ้าเริ่มเข้ามามีบทบาทในอุตสาหกรรม ระบบควบคุมจึงพัฒนาไปสู่การใช้ สัญญาณไฟฟ้า แทนสัญญาณลม ระบบควบคุมทางไฟฟ้าให้การตอบสนองที่รวดเร็วและแม่นยำมากขึ้น
ในช่วงนี้ได้เกิด มาตรฐานสัญญาณไฟฟ้า ที่ยังคงใช้กันอยู่จนทุกวันนี้ ได้แก่
-
1–5 Vdc (แรงดันไฟฟ้า)
-
4–20 mAdc (กระแสไฟฟ้า)
สัญญาณ 4–20 mA ถือเป็นมาตรฐานหลักของการส่งสัญญาณในระบบวัดคุม เนื่องจากทนต่อสัญญาณรบกวนและตรวจจับวงจรเปิดได้ง่าย
ยุคดิจิตอล: เมื่อการควบคุมเชื่อมโยงถึงกันทั่วโรงงาน
เมื่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์พัฒนาอย่างรวดเร็ว ระบบควบคุมก็เข้าสู่ยุคของ สัญญาณดิจิตอล (Digital Signal) ซึ่งสามารถประมวลผลข้อมูลได้แม่นยำและซับซ้อนขึ้น
ระบบ Distributed Control System (DCS) จึงถือกำเนิดขึ้น เพื่อเชื่อมโยงการควบคุมจากหลายจุดเข้าสู่ศูนย์กลางเดียวกัน พร้อมระบบบันทึกข้อมูลและรายงานผลการผลิตแบบเรียลไทม์
ต่อมาได้มีการกำหนดมาตรฐาน โปรโตคอลสื่อสาร (Communication Protocol) เพื่อให้เครื่องมือจากผู้ผลิตต่าง ๆ สามารถเชื่อมต่อกันได้ เช่น
-
HART – สื่อสารแบบ Hybrid ระหว่างสัญญาณ Analog และ Digital
-
MODBUS – โปรโตคอลเปิดที่นิยมใช้ในระบบ SCADA
-
PROFIBUS และ Fieldbus – โปรโตคอลความเร็วสูงสำหรับงานอุตสาหกรรมหนัก
“ยุคดิจิทัลทำให้ระบบการวัดคุมไม่ใช่เพียงการอ่านค่าและสั่งงานเท่านั้น แต่กลายเป็นระบบเครือข่ายข้อมูลของทั้งโรงงาน”
สรุป: การพัฒนาไม่หยุดนิ่งของระบบการวัดคุม
จาก Fly Ball Governor สู่ Fieldbus Protocols, ระบบการวัดและควบคุมในอุตสาหกรรมเดินทางผ่านหลายยุคแห่งการเปลี่ยนแปลง จุดร่วมของทุกยุคคือ “การพัฒนาเพื่อแก้ไขข้อจำกัดของยุคก่อนหน้า” ไม่ว่าจะเป็นการลดแรงงานคน เพิ่มความแม่นยำ หรือเชื่อมโยงข้อมูลเพื่อการวิเคราะห์
วันนี้ ระบบวัดคุมไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในสายการผลิตอีกต่อไป แต่คือ “สมองของโรงงาน” ที่เชื่อมโยงข้อมูลทุกส่วนให้ทำงานร่วมกันอย่างชาญฉลาด