วิวัฒนาการของระบบการวัดคุม: จากกลไกสู่ยุคดิจิทัล
1. บทนำ
ระบบการวัดคุม (Instrumentation & Control – I&C) คือหัวใจสำคัญของอุตสาหกรรมการผลิต ไม่ว่าจะเป็น ปิโตรเคมี โรงไฟฟ้า อาหารและยา หรือ ระบบอัตโนมัติในโรงงาน การควบคุมกระบวนการผลิตให้แม่นยำและเสถียรต้องอาศัยเครื่องมือวัดและระบบควบคุมที่มีประสิทธิภาพ
แต่กว่าที่เทคโนโลยีจะพัฒนามาถึงระบบดิจิทัลในปัจจุบัน อุตสาหกรรมได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญหลายยุค ตั้งแต่ เครื่องจักรไอน้ำ ระบบลมนิวเมติกส์ ระบบไฟฟ้า ไปจนถึงระบบอัตโนมัติที่ใช้คอมพิวเตอร์และ IoT
🔍 ทำไมต้องเรียนรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของระบบการวัดคุม?
✅ เข้าใจหลักการพื้นฐานของระบบควบคุมอัตโนมัติ
✅ วิเคราะห์แนวโน้มของเทคโนโลยีในโรงงานอุตสาหกรรม
✅ ปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมยุคดิจิทัล
2. จุดเริ่มต้นของระบบการวัดคุม: เครื่องจักรไอน้ำและกลไกเชิงกล
ยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม: กำเนิดเครื่องจักรไอน้ำ
ย้อนกลับไป 250 ปีก่อน โลกยังคงพึ่งพาแรงงานมนุษย์และสัตว์เป็นหลัก แต่เมื่อ James Watt พัฒนา เครื่องจักรไอน้ำ และคิดค้น Fly Ball Governor ซึ่งเป็นระบบควบคุมความเร็วของเครื่องจักรไอน้ำโดยอัตโนมัติ อุตสาหกรรมก็เปลี่ยนไปตลอดกาล
📌 Fly Ball Governor คืออะไร?
- อุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติแบบกลไก
- ใช้ลูกตุ้มเหวี่ยงเพื่อวัดความเร็วรอบและปรับปริมาณไอน้ำให้เหมาะสม
- ทำให้เครื่องจักรทำงานได้สม่ำเสมอและเสถียรขึ้น
🔹 📖 บทเรียนจากยุคเครื่องจักรไอน้ำ
👉 ระบบควบคุมอัตโนมัติเริ่มต้นจากกลไกทางกล
👉 แนวคิด Feedback Control ถูกใช้งานครั้งแรก
3. ระบบลมนิวเมติกส์: จุดเปลี่ยนของการควบคุมอุตสาหกรรม
เมื่ออุตสาหกรรมขยายตัว ระบบกลไกเชิงกลเริ่มมีข้อจำกัด จึงมีการพัฒนา ระบบลมนิวเมติกส์ (Pneumatic Control System) ขึ้นมาเพื่อควบคุมเครื่องจักรให้ทำงานแม่นยำขึ้น
📌 ข้อดีของระบบลมนิวเมติกส์
✅ ส่งกำลังและควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ได้รวดเร็ว
✅ ใช้แรงดันลมแทนการควบคุมแบบกลไก
✅ ตอบสนองต่อระบบควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้น
🔹 มาตรฐานแรงดันลมในอุตสาหกรรม
📏 3 – 15 psi: ใช้ควบคุมอุปกรณ์ในโรงงาน
💡 ข้อเสียของระบบลม
❌ มีข้อจำกัดเรื่องความเร็วในการตอบสนอง
❌ ไม่สามารถควบคุมกระบวนการที่ต้องการความแม่นยำสูง
👉 ทางออก? ระบบไฟฟ้าเข้ามาแทนที่ระบบลมนิวเมติกส์บางส่วน!
4. ระบบไฟฟ้า: เปลี่ยนแปลงการควบคุมให้แม่นยำขึ้น
เมื่ออุตสาหกรรมต้องการ ความเร็วและความแม่นยำที่สูงขึ้น ระบบไฟฟ้าจึงเริ่มเข้ามามีบทบาท โดยการใช้ แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า เป็นสัญญาณควบคุม
📌 มาตรฐานสัญญาณทางไฟฟ้า
🔹 1 – 5 VDC: สัญญาณแรงดันไฟฟ้า
🔹 4 – 20 mADC: สัญญาณกระแสไฟฟ้า (นิยมใช้ในอุตสาหกรรม)
💡 ข้อดีของระบบไฟฟ้า
✅ ส่งสัญญาณได้รวดเร็วกว่าแรงดันลม
✅ ลดข้อจำกัดเรื่องระยะทางและแรงดันรั่วไหล
✅ ควบคุมการผลิตได้แม่นยำขึ้น
👉 แต่เมื่อเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เกิดขึ้น ระบบไฟฟ้าก็ก้าวไปอีกขั้น!
5. ระบบดิจิทัลและ IoT: อุตสาหกรรม 4.0 กำลังมา!
เมื่อ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และ ไมโครโปรเซสเซอร์ ถูกพัฒนา โรงงานอุตสาหกรรมจึงเข้าสู่ยุค ดิจิทัล (Digital Control System – DCS)
📌 DCS และ SCADA คืออะไร?
🔹 DCS (Distributed Control System) – ระบบควบคุมแบบกระจายศูนย์ ใช้ในโรงงานขนาดใหญ่
🔹 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – ระบบควบคุมและตรวจสอบกระบวนการผลิตจากศูนย์กลาง
📌 เทคโนโลยีสำคัญในระบบดิจิทัล
✅ HART Protocol – โปรโตคอลสื่อสารระหว่างเครื่องมือวัดและระบบควบคุม
✅ MODBUS, PROFIBUS, FIELDBUS – ระบบสื่อสารที่ช่วยให้เครื่องจักรทำงานร่วมกันได้
✅ IoT (Industrial Internet of Things – IIoT) – เชื่อมต่อข้อมูลโรงงานเข้ากับระบบเครือข่าย
🔹 อนาคตของการวัดคุม? AI และ Big Data กำลังเข้ามา!
6. สรุป: จากกลไกสู่ยุคดิจิทัล ระบบการวัดคุมพัฒนาไปอย่างไร?
📌 ยุคเครื่องจักรไอน้ำ
✅ ใช้กลไกทางกลควบคุม (Fly Ball Governor)
✅ วางรากฐานแนวคิด Feedback Control
📌 ยุคระบบลมนิวเมติกส์
✅ ใช้แรงดันลมในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์
✅ พัฒนามาตรฐาน 3 – 15 psi
📌 ยุคระบบไฟฟ้า
✅ ใช้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณควบคุม
✅ พัฒนามาตรฐาน 4 – 20 mA
📌 ยุคดิจิทัลและ IoT
✅ ใช้คอมพิวเตอร์และเครือข่ายโปรโตคอลสื่อสาร
✅ พัฒนา DCS, SCADA และ IIoT
💡 ข้อสรุป: ระบบการวัดคุมเปลี่ยนแปลงไปตามความต้องการของอุตสาหกรรม โดยมุ่งเน้นที่ ความแม่นยำ ความเร็ว และความปลอดภัย
