การเชื่อมโยงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณลอจิก 2 สถานะคือ สถานะทำงาน และ ไม่ทำงาน ระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะกับตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือตัวเครื่องจักร
ชุดรับส่งสัญญาณดิจิตอลเพื่อการควบคุมและเฝ้าตรวจสอบในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติ
(Digital Input/Output of Substation Automation System for Controlling and Monitoring)
พิชิต จินตโกศลวิทย์
ในบทความนี้จะกล่าวถึงฟังก์ชันการทำงานที่สำคัญฟังก์ชันหนึ่งที่อยู่ภายในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติ (SAS: Substation Automation System) นั่นคือ การเชื่อมโยงสัญญาณดิจิตอลซึ่งเป็นสัญญาณลอจิก 2 สถานะคือ สถานะทำงาน (Active) และ ไม่ทำงาน (Inactive) ระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ (IED: Intelligent Electronic Device) เช่น PLC (Programmable Logic Controller) กับตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือตัวเครื่องจักร หรือ ระหว่าง IED ด้วยกันเอง สัญญาณดิจิตอลสามารถถูกนำไปใช้ในการส่งค่าสถานะและสัญญาณเตือนของอุปกรณ์ไฟฟ้า
รวมทั้งการส่งสัญญาณไปควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่นการเปิดปิดมอเตอร์สูบน้ำ หรือสับปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) เป็นต้น ในบทความนี้จะกล่าวถึงคุณสมบัติของชุดรับส่งสัญญาณดิจิตอล (Digital Input/Output: Digital I/O)
โดยภาพรวมแล้วสัญญาณดิจิตอลที่ IED รับมาจากอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรถูกเรียกว่าสัญญาณดิจิตอลอินพุต (Digital Input: DI) และสัญญาณดิจิตอลที่ส่งจาก IED ไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรถูกเรียกว่าดิจิตอลเอาต์พุต (Digital Output: DO)
การเชื่อมต่อสัญญาณดิจิตอลในระดับโปรเซส (Process Connection of Digital Input and Digital Output)
ระดับโปรเซส (Process Level) ในระบบ SAS คือระดับที่ตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรจริงทำงาน ดังนั้นในแต่ละระบบควบคุมหรือเฝ้าตรวจสอบมีความจำเป็นต้องรับข้อมูลหรือสัญญาณจากระดับโปรเซสหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าจริง ๆ รวมทั้งส่งข้อมูลหรือสัญญาณเพื่อควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ เมื่อมีความจำเป็น
โดยปกติแล้วระบบ SAS จะประกอบด้วยตัวตรวจจับสัญญาณ หรือ เซนเซอร์ (Sensor) เพื่อวัดค่าต่าง ๆ และจับสัญญาณของอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น ตัวตรวจจับหรือเซนเซอร์อุณหภูมิ ซึ่งตัวตรวจจับมักจะเป็นแบบพาสซีฟ (Passive) ไม่มีหน่วยประมวลผล และอยู่ต่างตำแหน่งกับตัว IED อันเนื่องจากสภาพแวดล้อมโดยรอบตัวอุปกรณ์ไฟฟ้ามักไม่เหมาะสมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่น มีอัตราการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก (Electromagnetic Disturbances) อยู่ในระดับสูง หรืออุณหภูมิรอบข้างโดยเฉลี่ยสูง (Ambient Temperature)
แต่ก็มี IED บางประเภทที่ติดตั้งอยู่บนตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยตรง เช่น Protective Relay ซึ่ง IED เหล่านี้ถูกออกแบบมาให้อยู่กล่องที่สามารถต่อต้านสนามแม่เหล็กหรือมีชีลด์ (Shield) ป้องกันสนามแม่เหล็ก แต่ถึงกระนั้นอายุการใช้งานของ IED ที่อยู่ติดตั้งใกล้หรือในตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าก็อายุการใช้งานต่ำกว่า IED ที่ติดตั้งแยกจากตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า เหตุผลหลักคืออุณหภูมิสะสม
ดังนั้นถ้ามีงบประมาณในการติดตั้งควรติดตั้ง IED และตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าให้อยู่ต่างตำแหน่งต่างสถานที่ เช่น ต่างห้อง สรุปแล้วค่าใช้จ่ายที่เพิ่มจากการติดตั้งต่างตำแหน่งหลัก ๆ คือค่าห้องที่ต้องออกแบบเพิ่มและค่าสายสัญญาณ เช่น สายควบคุมและสายส่งค่าวัด เช่น ค่าแรงดันไฟฟ้าหรือค่ากระแสไฟฟ้าที่ต้องถูกลากยาวขึ้น
ตัวตรวจจับสัญญาณ และตัวสั่งการทำงาน สำหรับชุดรับส่งสัญญาณดิจิตอล (Sensors and Actuators)
สัญญาณดิจิตอลที่สำคัญในสถานีย่อยไฟฟ้าได้แก่ สถานการณ์ทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น สถานะเซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) สับหรือปลด, ตำแหน่งของแทปหม้อแปลงกำลัง (Transformer Tap), ตำแหน่งแสดงสถานะการใช้งานฟังก์ชัน, สถานะแสดงสัญญาณเตือนของอุปกรณ์ไฟฟ้า และรวมแม้กระทั้งการส่งสัญญาณดิจิตอลไปควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านั้น โดยมีคุณสมบัติมาตรฐานในการเชื่อมต่อสัญญาณดิจิตอลดังนี้
1. ตำแหน่งสถานะอุปกรณ์ปลดสับ (Switch Positions) อุปกรณ์ปลดสับหลักในสถานีย่อยไฟฟ้า มี 2 ประเภท คือ เซอร์กิตเบรกเกอร์ และสวิตช์ตัดตอน (Switch/Disconnector/Isolator) โดยที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ถูกออกแบบให้สามารถปลดหรือสับขณะมีโหลด (Load) หรือมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ รวมแม้กระทั่งกระแสลัดวงจรที่มีค่าสูง
แต่อย่างไรก็ตามค่ากระแสที่ตัดได้ขึ้นอยู่ความสามารถในการตัดกระแส (Breaking Capacity/Interrupting Capacity) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ด้วย ทางด้านสวิตช์ตัดตอนหรือที่เรียกทั่วไปว่าสวิตช์ใบมีดโดยทั่วไปไม่สามารถปลดหรือสับขณะมีกระแสไหลผ่านได้ ถ้าทำการปลดหรือสับขณะมีกระแสไหลสวิตช์ใบมีดอาจจะชำรุดได้เนื่องจากหน้าสำผัส (Contact) ของสวิตช์ใบมีดอาจจะหลอมละลายอันเนื่องจากความร้อนและประกายไฟ หรือ อาร์ค (Arc)
การตรวจสอบค่าสถานะอุปกรณ์ปลดสับจะตรวจสอบจากสถานะการต่อหรือจากของหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วย (Auxiliary Relay) โดยสถานการณ์ต่อหรือจากรีเลย์ช่วยจะเป็นอย่างไรขี้นอยู่กับวงจรฮาร์ดไวร์ (Hardwired Circuit) ของอุปกรณ์นั้น ๆ
วงจรฮาร์ดไวร์คือวงจรที่ทำงานเป็นลำดับขั้นตอนโดยใช้การต่อรีเลย์ช่วยทำหน้าที่แทนลอจิก เช่น วงจรฮาร์ดไวร์ของเอคอนแทกต์ (A Contact ) จะทำการต่อหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยเอ เมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าตัวที่วงจรดูแลนั้นสับ และจะทำการจากหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยเอ เมื่ออุปกรณ์ตัวนั้นปลด ในทางกลับกันวงจรฮาร์ดไวร์ของบีคอนแทกต์ (B Contact) จะทำการต่อหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยบี เมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่วงจรดูแลตัวนั้นปลด และจะทำการจากหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยบี เมื่ออุปกรณ์ตัวนั้นสับ เป็นต้น
การใช้รีเลย์ช่วยจำนวน 2 ตัวแสดงสถานะของอุปกรณ์ เรียกอีกอย่างว่า การแสดงสถานะแบบคู่ (Double Indication/Double Point Indication) การแสดงสถานะแบบคู่สามารถบอกสถานะว่าอุปกรณ์กำลังจะสับหรือกำลังจะปลด (Intermediate Position) เนื่องจากสามารถตรวจสอบหน้าสัมผัสเอ และบี อยู่ในสถานะจากทั้งคู่ รวมทั้งยังแสดงสถานะอุปกรณ์ว่าอยู่ในตำแหน่งผิดพลาดจากหน้าสัมผัสเอ และบี ว่าอยู่ในสถานะต่อทั้งคู่หรือไม่ เพราะว่าในสถานะปกติหน้าสัมผัสเอ และบีจะอยู่ในสถานะตรงกันข้ามกัน
สำหรับสวิตช์ตัดตอน หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ ต้องการแสดงสถานะแบบคู่เนื่องจากสวิตช์ตัดตอนหรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จริงแล้วมี 3 เฟส ซึ่งอาจจะมีอุปกรณ์บางเฟสเมื่อสั่งปลดหรือสับแล้วไม่ทำงาน สถานะอุปกรณ์นั้นจะอยู่ในตำแหน่งผิดพลาด โดยที่หน้าสำผัสของแต่ละเฟสจะต่อขนาน หรือ ลอจิก ออร์ (Logic OR) เพื่อบอกสถานะของอุปกรณ์ไฟฟ้า
รูปที่ 1 การแสดงสถานะแบบคู่
รูปที่ 2 การอ่านสถานะจากวงจรเอบีคอนแทกต์
รูปที่ 3 วงจรเอบีคอนแทกต์
2. การแสดงสถานะทั่วไป หรือ สัญญาณเตือน (General Indications or Alarms) รีเลย์ช่วยยังถูกใช้แสดงสถานะทั่วไปหรือสัญญาณเตือน แต่โดยทั่วไปใช้รีเลย์ช่วยเพียงตัวเดียวต่อ 1 สัญญาณ หรือการแสดงสถานะแบบเดียว (Single Indication) เช่น สัญญาณเตือนระดับความร้อนในหม้อแปลงกำลังเป็นต้น เนื่องจากค่าที่เป็นไปได้ของสถานะมีแค่ 2 สถานะคือทำงานและไม่ทำงาน
รูปที่ 4 ป้ายประกาศ (Annunciator) สำหรับแสดงสัญญาณเตือน
3. พัลส์แอกคูมิวเลเตอร์ (Pulse Accumulator) สัญญาณดิจิตอลสามารถถูกสร้างเป็นพัลส์ (Pulse) คือการเปลี่ยนแปลงระดับลอจิก (Logic) จากระดับปกติเป็นระดับเปลี่ยนแปลงแล้วกลับมาสู่ระดับปกติ เช่น จากลอจิก 0 เป็น ลอจิก 1 แล้วกลับมาลอจิก 0 มิเตอร์บางชนิดส่งค่าวัดเป็นสัญญาณพัลส์ให้ IED เช่นมิเตอร์วัดค่าการใช้พลังงานไฟฟ้า (Watt Meter) ดังนั้น IED ที่ดีต้องมีฟังก์ชันพัลส์แอกคูมิวเลเตอร์ตรวจสอบพัลส์และนับจำนวนพัลส์เพื่อคำนวณหาค่าวัดนั้น ๆ
รูปที่ 5 ดิจิตอลมิเตอร์ที่สามารถส่งค่าเป็นพัลส์
4. ตัวนับจำนวนการทำงาน (Operation Counter) การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของเซอร์กิตเบรกเกอร์ สวิตช์ตัดตอน หรือกระทั่งแทปของหม้อแปลง สามารถูกตรวจจับและนับสะสมได้ ซึ่งการนับจำนวนครั้งการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถนำมาใช้ในการวางแผนบำรุงรักษาเชิงป้องกันบนพื้นฐานของข้อมูล (Condition-base Maintenance) ได้
5. ค่าวัดแบบดิจิตอล (Digital Measured Value) คือการรับส่งค่าวัดโดยใช้ดิจิตอลอินพุตหลายอินพุตและใช้หลายหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยในการรับส่งค่าให้ IED ตัวอย่างง่าย ๆ คือการส่งค่าเท่ากับ 7 ต้องใช้หน้าสำผัสของรีเลย์ช่วย 3 ตัวและแต่ละกำลังต่อหน้าสำผัสตามค่าเลขฐานสองคือ 1112 การส่งค่าวัดแบบดิจิตอลสามารถประยุกต์ใช้เทคนิคการเข้ารหัสซึ่งมีหลายรูปแบบ
แต่ละแบบมีจุดแข็งจุดอ่อนแตกต่างกันเช่นการ ส่งค่าแบบเลขฐานสองมีข้อดีคือใช้เวลาการประมวลผลต่ำ การส่งค่าแบบบีซีดี (BCD: Binary Coded Decimal) มีข้อดีคือง่ายต่อผู้ปฏิบัติงานในการอ่านค่ากรณีที่มีการใช้ดิจิตอลอินพุตจำนวนมาก และการส่งค่าแบบเกรย์ (Grey Code) มีข้อดีคือง่ายในการตรวจสอบความผิดพลาดของค่าในแต่ละการเปลี่ยนแปลง
รูปที่ 6 แบบการเข้ารหัสค่าวัดแบบดิจิตอล
6. คำสั่งควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า (Commands) สำหรับการควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าเช่น สวิตช์ตัดตอนหรือเซอร์กิตเบรกเกอร์จะต้องจ่ายไฟฟ้าแรงดันทำงานของอุปกรณ์เข้าสู่ คอยล์ปลด (Tripping Coil) หรือ คอยล์สับ (Closing Coil) เพื่อไปกระตุ้นให้กลไกทางแมกคานิกส์ (Mechanics) ในการปลดหรือสับทำงาน
ระดับแรงดันที่จ่ายให้คอยล์ปลดหรือสับทำงานโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 100/110/125/200 Vdc โดยทั่วจะจ่ายผ่านหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยซึ่งหน้าสำผัสต้องสามารถทดทานกระแสประมาณ 1 แอมแปร์เป็นอย่างน้อย สำหรับสัญณาณเตือนอาจจะเป็นแบบเสียงหรือแสงไฟ เช่นการกระพริบแสงไฟก็ต้องการไฟฟ้าเลี้ยงวงจรเช่นเดียวกัน
โดยทั่วไปก็ใช้รีเลย์ช่วยเช่นเดียวกันในการจ่ายไฟในระดับแรงดันที่วงจรสัญญาณเตือนต้องการ จะสังเกตได้ว่ารีเลย์ช่วยเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในระบบงานควบคุมหรือระบบงานอัตโนมัติ หรืองานที่ต้องการทำงานเป็นขั้นตอนลอจิกเนื่องจากรีเลย์ช่วยทำงานได้เสมือนทรานซิสเตอร์ที่ทำงานอยู่ในหน่วยประมวลผล (CPU: Central Processing Unit)
รูปที่ 7 รีเลย์ช่วย (Auxiliary Relay)
การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (Processing Digital Signal)
การจ่ายหรือไม่จ่ายแรงดันไฟฟ้าระดับโปรเซส (Process Voltage) ให้กับขดลวดของรีเลย์ช่วยโดยปกติสามารถใช้เป็นตัวชี้ว่าหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยต่อหรือจาก (Closed/Open Contact) ซึ่งถ้าหน้าสำผัสต่อวงจรไฟฟ้าครบวงจร กระแสไฟฟ้าก็ไหลเข้าวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ออปโตคับเปลอร์ (Opto Coulpler) เป็นตัวตรวจจับแรงดันไฟฟ้า
เมื่อออปโตคับเปลอร์ตรวจเจอแรงดันไฟฟ้าก็จะทำการเปล่งแสงอินฟราเรดเพื่อต่อวงจรออปโตทรานซิสเตอร์ (Opto Transister) ที่มีแหล่งจ่ายแรงดันทำงานของโปรเซสเซอร์ เมื่อโปรเซสเซอร์ตรวจสอบเจอแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว โปรเซสเซอร์ก็จะทราบทันทีว่าหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยต่อ ในทางกลับกันถ้าโปรเซสเซอร์ตรวจสอบไม่เจอแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว โปรเซสเซอร์ก็จะทราบทันทีว่าหน้าสำผัสของรีเลย์จาก
โดยทั่วไปหน้าสำผัสมี 2 ประเภทคือแบบปกติต่อ (NC: Normally Closed) และแบบปกติจาก (NO: Normally Open) หน้าสำผัสอาจจะถูกจัดกลุ่มเพื่อส่งสัญญาณดิจิตอล เช่น การแสดงสถานะปลดสับอุปกรณ์ซึ่งใช้ 2 หน้าสำผัส หรือใช้มากกว่าสองหน้าสำผัสเช่น การแสดงตำแหน่งของแทปหม้อแปลงกำลังซึ่งอาจจะมี 17 หรือ 21 ตำแหน่ง
การจัดกลุ่มหน้าสำผัสอาจจะใช้แสดงค่าตัวเลขโดยการเข้ารหัสโดยทั่วไปจะใช้การเข้ารหัสแบบบีซีดี หรือ แบบเกรย์ การเลือกรูปแบบการเข้ารหัสต้องสอดคล้องกับ IED ที่ส่งค่าหรือรับค่านั้น ๆ เช่น ตัวควบคุมการเปลี่ยนแปลงแทป (Tap Changer Controller) สัญญาณดิจิตอลในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติโดยทั่วไปถูกนำไปใช้ในสองจุดประสงค์คือ ใช้ในการแสดงสถานะปัจจุบันของอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือสัญญาณแจ้งเตือนจากอุปกรณ์หรือเครื่องจักร
อีกอย่างคือใช้ในการบันทึกปูม (Logging) ของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบ และนำมาวิเคราะห์ภายหลัง สำหรับจุดประสงค์ที่สองนั้นความละเอียดในการประทับเวลา (Time Stamping Resolution) บนแต่ละการเปลี่ยนแปลงสถานะหรือเหตุการณ์ (Event) มีผลต่อการวิเคราะห์เหตุการณ์ในระบบ SAS
โดยปกติความละเอียดในการประทับเวลาจะอยู่ที่ 1/1000 วินาที หรือ 1 มิลลิวินาที (Millisecond) ความแม่นยำในการประทับเวลา (Time Stamping Accuracy) ขึ้นอยู่กับความแม่นยำและความละเอียดในการประทับเวลาภายในตัว IED รวมทั้งความแม่นยำในการเข้าจังหวะเวลา (Time Synchronization) ระหว่างแต่ละ IED ในหลักการความแม่นยำในการประทับเวลาในงานระบบไฟฟ้าควรอยู่ในระดับ 1 มิลลิวินาที เช่นเดียวกับความละเอียด อย่างไรก็ตามความละเอียดหรือความแม่นยำของเวลามีผลต่อราคาของระบบ เนื่องจากยิ่งละเอียดมากก็ต้องการโปรเซสเซอร์ (Processor) ที่มีประสิทธิภาพสูง
ดังนั้นสำหรับงานระบบควบคุมและเฝ้าตรวจสอบสามารถใช้ความแม่นยำในการประทับเวลาที่ระดับ 1 มิลลิวินาทีก็เพียงพอ แต่สำหรับงานระบบป้องกันบางชนิดต้องการความแม่นยำในการประทับเวลาสูงเป็นระดับดีกรีของมุมความถี่ทางไฟฟ้าเช่น การป้องกันความแตกต่างกระแส (Current Differential Protection)
1. ดีเบาซิ่ง (Debouncing) เซนเซอร์ของสัญญาณดิจิตอลอินพุตส่วนใหญ่จะเป็นหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วย โดยหน้าสำผัสนั้นสามารถเคลื่อนที่ได้ (Moving Contact) โดยใช้สนามแม่เหล็กจากคอยล์ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านของอ๊อกรีเลย์ในการต่อหน้าสำผัส และใช้แรงดึงของสปริงในการจากหน้าสำผัสเมื่อคอยล์ถูกตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้า
ในการสับหรือปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์แต่ละครั้งจะมีการสั่นเนื่องจากการทำงานของกลไกทางแมคานิกส์ซึ่งอาจทำให้หน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยที่ยังมีแรงเฉื่อยจากการเคลื่อนที่ เกิดการสั่นถี่ในระยะสั้น ๆ (Bouncing) เป็นผลอาจจะทำให้สถานะตำแหน่งหน้าสำผัสเปลี่ยนแปลงไปมาไม่ตรงกับสถานะตำแหน่งของอุปกรณ์ไฟฟ้าจริงในช่วงสั้น ๆ ถ้าระบบอัตโนมัตินำสถานะของหน้าสำผัสที่กำลังสั่นมาพิจารณา อาจจะทำให้เกิดการทำงานที่ผิดพลาดได้
ดีเบาซิ่งหรือบางทีถูกเรียกว่าดิจิตอลฟิลเตอร์ (Digital Filter) คือวิธีการป้องกันความผิดพลาดอันเนื่องมาจากการสั่นของหน้าสำผัส โดยปกติแล้วการดีเบาซิ่งจะตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสถานะของหน้าสำผัสครั้งแรกและจะทำการประทับเวลาบนการเปลี่ยนแปลงนั้น แต่ยังไม่ทำการส่งข้อมูลให้ฟังก์ชันถัดไปทำงานจนกว่าสถานะใหม่ที่เปลี่ยนแปลงจะเสถียรโดยการตรวจสอบว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะในช่วงเวลาที่กำหนด (Digital Filter Time) แต่ถ้าสถานะเปลี่ยนแปลงไม่เสถียรก็หยุดการประมวลผลการเปลี่ยนแปลงแล้วส่งสัญญาณไปยังศูนย์สั่งการว่ามีบางอย่างผิดพลาดในสัญญาณนั้น ๆ
รูปที่ 8 ดีเบาซิ่ง
2. ออสซิลเลติ้ง (Oscillating) สำหรับบางระบบเช่นการตรวจระดับน้ำในทะเล อาจจะมีบางโอกาสในวันลมแรงเกิดการเปลี่ยนแปลงของค่าของเซนเซอร์บ่อยครั้งเกินต้องการ เช่น การต่อและจากหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยหลาย ๆ ครั้งภายในช่วงเวลา 100 มิลลิวินาที ซึ่งเรียกเหตุการณ์แบบนี้ทางเทคนิคว่า ออสซิลเลติ้ง หรือ แชตเตอริ่ง (Chattering) ในระบบงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ออสซิลเลติ้งเกิดจากการไขนอตที่เทอร์มินอลสายสัญญาณ (Cable Terminal) ไม่แน่นสามารถขยับได้
การเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้งอาจส่งผลทำให้เกิดภาระงานที่ไม่จำเป็นในระบบสื่อสารข้อมูลรวมทั้งเกิดการประมวลผลที่ไม่จำเป็นอีกด้วย ถ้าออสซิลเลติ้งเกิดกับ IED ที่มีประสิทธิภาพต่ำอาจจะทำให้ IED เกิดอาการทำงานผิดพลาด (Hang) ได้ชั่วขณะ
ดังนั้นสัญญาณที่เกิดออสซิลเลเตอร์ควรถูกระงับการประมวลผลและแจ้งเตือนไปยังศูนย์สั่งการ ในบาง IED มีวิธีการจัดการออสซิลเลติ้งที่เรียกว่า แอนตี้ออสซิลเลติ้ง (Anti-oscillating) หรือ ออสซิลเลชั่นซับเพรสชั่น (Oscillation Suppression) ซึ่งจะใช้การนับจำนวนครั้งการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่กำหนด
ถ้าจำนวนครั้งการเปลี่ยนแปลงเกินกว่าค่าที่ตั้งไว้ IED จะเซตค่าตัวชี้คุณภาพข้อมูล (Data Quality Flag)ว่าเกิดออสซิลเลติ้งบนข้อมูลตัวนั้น และจะไม่ประมวลผลขั้นถัดไปบนข้อมูลนั้น แต่ถ้าจำนวนครั้งการเปลี่ยนแปลงลดลงต่ำกว่าค่าที่กำหนด IED จะรีเซตค่าชี้คุณภาพข้อมูลกลับเป็นปกติ พร้อมกับประมวลผลการเปลี่ยนแปลงขั้นถัดไปบนข้อมูลนั้น
รูปที่ 9 ออสซิลเลติ้ง
3. ดิจิตอลเอาต์พุต (Digital Output) ดิจิตอลเอาต์พุตสามารถนำมาใช้ส่งคำสั่งควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าโดยใช้รีเลย์ช่วยที่มีหน้าสำผัสต่อวงจรให้กระแสผ่านคอยล์ปลดหรือคอยล์สับของอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า ดังนั้นรีเลย์ช่วยต้องเป็นแบบหน้าสัมผัสสามารถรองรับงานหนักกระแสสูงได้ (Heavy Duty) เนื่องจากหน้าสำผัสอาจจะไหม้หรือละลายหลอมติดกันเนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอาจมีค่าสูง
ดังนั้นสำหรับ IED ที่มีรีเลย์ช่วยที่มีหน้าสัมผัสสามารถทนทานกระแสไฟฟ้าได้ต่ำจะต้องทำงานผ่านรีเลย์ช่วยภายนอกที่มีหน้าสำผัสทนทานกระแสไฟฟ้าได้สูงโดยการต่อเสริมรีเลย์ช่วยในวงจรควบคุมซึ่งรีเลย์ช่วยที่ถูกนำมาเสริมเรียกว่าอินเตอร์โพสซิ่งรีเลย์ (Interposing Relay)
อีกอย่างคำสั่งควบคุมเป็นสิ่งที่ต้องใส่ใจอย่างยิ่งเพราะการที่อุปกรณ์ไฟฟ้าโดนสั่งทำงานโดยไม่ได้ตั้งใจอาจส่งผลทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าชำรุดเสียหาย หรือแม้แต่เป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานที่ทำงานอยู่ในบริเวณนั้น เพื่อลดความเสี่ยงจากคำสั่งที่เกิดจากความผิดพลาดหรือไม่ได้ตั้งใจ สามารถใช้รีเลย์ช่วยจำนวน 2 ตัวสำหรับวงจรสับหรือปลดอุปกรณ์ไฟฟ้า เรียกวิธีการนี้ว่าวิธีการควบคุมแบบเลือกก่อนปฏิบัติ (Select Before Operate: SBO) โดยหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยแต่ละตัวจะถูกต่ออนุกรมกัน ซึ่งหมายความวงจรจะครบสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อรีเลย์ช่วยทั้ง 2 ตัวทำการต่อหน้าสำผัสพร้อมกัน
โดยทั่วไปเรียกรีเลย์ช่วยตัวที่ 1 ว่า รีเลย์ช่วยเลือกอุปกรณ์ (Select Channel) และเรียกรีเลย์ช่วยตัวที่ 2 ว่า รีเลย์ช่วยสั่งการอุปกรณ์ (Execute Channel) สำหรับการควบคุมอุปกรณ์ที่มีสำคัญมาก ๆ เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยแต่ละตัวจะถูกตรวจสอบว่าอยู่ในสภาวะปกติหรือไม่ โดยการตรวจสอบการครบสมบูรณ์ของวงจรไฟฟ้า
แต่อย่างไรก็ตามการต่อหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยอนุกรมกันมีผลทำให้เกิดการหน่วงเวลาในการสั่งปลดสับอุปกรณ์ไฟฟ้า ดังนั้นสำหรับงานระบบป้องกันไม่เหมาะที่จะใช้รีเลย์ช่วยหลายตัวในการสั่งปลดอุปกรณ์ไฟฟ้า เนื่องจากระบบป้องกันต้องการสั่งปลดอุปกรณ์ไฟฟ้าให้เร็วที่สุด
โดยส่วนใหญ่ระบบป้องกันจะใช้รีเลย์ช่วยตัวเดียวในการควบคุมเฉพาะที่วงจรทริป หรือปลด ซึ่งพิจารณาแล้วไม่เป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานเนื่องจากการทริปเป็นการตัดไฟฟ้าออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ ยิ่งกว่านั้นดิจิตอลเอาต์พุตสามารถถูกนำไปใช้ในการแสดงตำแหน่งอุปกรณ์หรือสัญญาณเตือนเช่นการเปิดหลอดไฟหรือเปิดแตร
โดยปกติการแสดงตำแหน่งอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือสัญญาณเตือนจะไม่ค่อยมีความเสี่ยงเรื่องความปลอดภัยอันเนื่องระดับกระแสที่ไหลในวงจรค่อนข้างต่ำหน่วยเป็นมิลลิแอมแปร์ (mA) ดังนั้นสามารถใช้หน้าสำผัสเดียวในการควบคุมได้
รูปที่ 10 การสั่งควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า
รูปที่ 11 การสั่งควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าแบบ SBO
4. การประมวลผลตัวนับ (Counter Processing) การนับค่าหรือสะสมความเปลี่ยนแปลงจากดิจิตอลอินพุต ส่วนใหญ่มี 2 รูปแบบดังนี้
* การอ่านค่าตัวนับที่เวลาจบช่วงการสะสม (EPR: End of Period Reading Counter) ค่าที่ได้เป็นค่าสะสมจริงที่ใช้สำหรับบันทึกยอดการนับในตัว IED เนื่องจากหลังจากอ่านแล้วค่าจะถูกรีเซต (Reset) เป็นศูนย์
* การอ่านค่าตัวนับระหว่างช่วงการสะสม (IR: Intermediate Reading Counter) ค่าที่ได้เป็นจะถูกนำไปรวมกับค่าสะสมรอบที่ผ่านมาเพื่อแสดงค่าปัจจุบันให้ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้สั่งการทราบว่าค่าเป็นเท่าไร หลังจากอ่านแล้วค่าจะไม่ถูกรีเซต (Reset) เป็นศูนย์
รูปที่ 12 การอ่านค่าตัวนับแบบ EPR และ IR
5. ประเภทคำสั่งควบคุม (Command Output Type) ประเภทคำสั่งของการควบคุมอุปกรณ์หลัก ๆ แล้วมี 2 ประเภทดังนี้
* พัลส์เอาต์พุต (Pulse Output) คือการส่งสัญญาณดิจิตอลเอาต์พุตเป็นช่วงเวลา โดยปกติช่วงเวลาจะสามารถกำหนดได้ พัลส์เอาต์พุตจะใช้สำหรับควบคุมปลดสับอุปกรณ์ที่สามารถถูกควบคุมได้จากหลายสถานที่ เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ สามารถถูกสั่งสับที่หน้าตู้สวิตช์เกียร์ (Switchgear) แต่ในขณะเดียวกันสามารถถูกสั่งปลดจากศูนย์สั่งการได้ เพราะถ้าสัญญาณควบคุมเป็นสัญญาณค้างต่อเนื่องไม่ใช่พัลส์เอาต์พุต
เมื่ออุปกรณ์ถูกสั่งสับจากที่หนึ่ง อีกที่หนึ่งไม่สามารถสั่งปลดหรือสภาวะตรงข้ามได้ อีกอย่างการใช้สัญญาณพัลส์เอาต์พุตสามารถยืดอายุการใช้งานของหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยได้แต่สำหรับบางวงจรต้องทำงานร่วมกับแลทชิ่งรีเลย์ (Latching Relay) เช่นวงจรส่งสัญญาณเตือน
รูปที่ 13 พัลส์เอาต์พุต
* เปอร์ซิสแตนต์เอาต์พุต (Persistent Output) คือการส่งสัญญาณดิจิตอลเอาต์พุตแบบต่อเนื่องซึ่งใช้สำหรับการควบคุมอุปกรณ์ที่สามารถถูกสั่งทำงานได้จากที่ใดที่หนึ่งเท่านั้นเช่นการส่งสัญญาณเสียงเนื่องจากแรงดันของก๊าซ SF6 (Sulphur Hexafluoride) ต่ำ ซึ่งการส่งสัญญาณเตือนมาจากที่เดียวคือสวิตช์เกียร์เท่านั้น การส่งสัญญาณแบบเปอร์ซิสแตนต์อาจจะทำให้อายุการใช้งานของหน้าสำผัสสั้นลงถ้ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีค่าสูง เปอร์ซิสแตนต์เอาท์พุตบางทีถูกเรียกว่าเอาต์พุตแบบแลทช์ (Latch)
รูปที่ 14 เปอร์ซิสแตนต์เอาต์พุต
6. คำสั่งควบคุมพร้อมวงจรตรวจสอบ (Command Output with Supervision) การมีวงจรตรวจสามารถเพิ่มความปลอดภัยและความเชื่อถือได้ในออกคำสั่งควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า วงจรตรวจสอบสามารถตรวจสอบความผิดปกติในคอยล์ของรีเลย์ช่วยโดยใช้การตรวจสอบค่าความต้านทาน (Resistance) ในคอยล์
โดยปกติค่าความต้านทานของรีเลย์ช่วยในรุ่นหรือประเภทเดียวกันจะมีค่าที่ใกล้เคียงกันตามมาตรฐานการผลิตของรีเลย์ช่วยรุ่นนั้น ๆ เช่น Grunner ประมาณ 2,000 โอห์ม (Ohm) ถ้าค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงจากค่ามาตรฐานมากสามารถพิจารณาว่า รีเลย์ช่วยตัวนั้นมีปัญหา
ยิ่งกว่านั้นวงจรตรวจสอบสามารถจำกัดจำนวนคำสั่งเอาต์พุตที่สั่งในเวลาเดียวกันได้ เนื่องจากวงจรสามารถตรวจสอบค่าความต้านทานจากคอยล์ที่ต่ออนุกรมกันความต้านทานที่วัดได้ก็จะเป็นค่าตามจำนวนเท่าของค่าความต้านทานมาตรฐานของคอยล์ ดังนั้นผู้ที่ป้อนค่าพารามิเตอร์จะต้องทราบค่าความต้านทานมาตรฐานของรีเลย์ช่วยที่ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ
รูปที่ 15 คำสั่งควบคุมพร้อมวงจรตรวจสอบ
7. การหยุดส่งคำสั่งควบคุมโดยตรวจสอบสถานะตอบกลับ (Termination of Command Output by Response Indication) การส่งคำสั่งควบคุมนั้นจะทำการต่อหน้าสำผัสของรีเลย์ช่วยถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลในปริมาณมากการต่อหน้าสำผัสเป็นเวลานานบ่อยครั้งอาจทำให้หน้าสำผัสชำรุดได้
อีกทั้งคุณสมบัติของอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดมีความไวในการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไม่เท่ากัน ดังนั้นถ้าช่วงของพัลส์สั้นเกินไปอาจจะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ทำงานเมื่อเราส่งคำสั่งควบคุมออกไป วิธีการหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้ฟังก์ชันการหยุดส่งคำสั่งควบคุมโดยตรวจสอบสถานะตอบกลับ
ตัวอย่างเช่นถ้าต้องการสับเซอร์กิตเบรกเกอร์ ก็จะส่งสัญญาณควบคุมไปยังรีเลย์ช่วยที่ใช้สำหรับจ่ายไฟฟ้าไปสับเซอร์กิตเบรกเกอร์ในระดับแรงดันทำงานแช่ไว้จนกระทั้งได้รับสถานะเซอร์กิตเบรกเกอร์สับก็หยุดส่งคำสั่ง แต่ถ้าวงจรส่งสถานะเซอร์กิตเบรกเกอร์ชำรุดไม่ยอมส่งสถานะกลับ ดังนั้นคำสั่งควบคุมอาจจะส่งต่อเนื่องไม่หยุด ดังนั้นจะต้องมีฟังก์ชันหมดเวลา (Time Out) ช่วยในการกำหนดช่วงเวลาและตัดการส่งคำสั่งควบคุมเมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าไม่สามารถส่งสถานะกลับ
รูปที่ 16 การหยุดส่งคำสั่งควบคุมโดยตรวจสอบสถานะตอบกลับ
สรุป
การเข้าใจในลักษณะการทำงานและคุณสมบัติของชุดรับส่งสัญญาณดิจิตอลในระบบ SAS สามารถทำให้ระบบไฟฟ้ามีความเชื่อถือได้สูงขึ้น วิศวกรไฟฟ้าสามารถออกแบบระบบหรือออกข้อกำหนดคุณสมบัติในการจัดซื้อของระบบ SAS ได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ระบบ SAS มีประสิทธิภาพสูง ทำงานถูกต้อง และมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำ และในบทความฉบับหน้าจะกล่าวเกี่ยวกับชุดรับส่งสัญญาณอะนาลอกในระบบ SAS
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
