PLC เป็นอุปกรณ์ที่สามารถเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมเครื่องจักร หรืออุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรม ตัว PLC นั้นต้องถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติที่คงทน และสามารถถูกติดตั้งใช้งานเกือบทุกสภาพแวดล้อมในงานอุตสาหกรรม
พิชิต จินตโกศลวิทย์
PLC (Programmable Logic Controller/Programmable Controller) เป็นอุปกรณ์ที่สามารถเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมเครื่องจักร หรืออุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรม ตัว PLC นั้นต้องถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติที่คงทน และสามารถถูกติดตั้งใช้งานเกือบทุกสภาพแวดล้อมในงานอุตสาหกรรม แต่ถึงแม้ PLC จะเป็นอุปกรณ์ที่ทนทานเพียงใดก็ยังต้องการการถูกติดตั้งที่เหมาะสมเพื่อให้มันสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องตลอดเวลา ดังนั้นบทความนี้จะแนะนำการติดตั้ง PLC และอุปกรณ์ประกอบรอบข้างให้เหมาะสมตามสภาพแวดล้อม โดยจะอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของ PLC ยกตัวอย่าง เช่น สัญญาณรบกวน (Noise), ความร้อน และระดับแรงดันไฟฟ้า
การวางผังระบบ PLC (PLC System Layout)
การวางผัง หรือตำแหน่งระบบเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ โดยการหาตำแหน่งอุปกรณ์ประกอบ และการเชื่อมสายสัญญาณนั้นไม่ไช่แค่เฉพาะให้ระบบทำงานตามที่ต้องการได้เท่านั้น แต่ยังต้องมั่นใจว่าระบบที่ใช้ PLC นั้นสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง และไม่มีปัญหาเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมนั้นเป็นเวลานาน
การวางผังตำแหน่งระบบงานที่ใช้ PLC เป็นตัวประมวลผล อันที่จริงจะประกอบด้วยอุปกรณ์รอบข้างหลาย ๆ ชนิด เช่น รีเลย์ช่วย (Auxiliary Relay), หม้อแปลงแบบไอโซเลชั่น (Isolation Transformer), ตัวจำกัดสัญญาณรบกวน (Noise Suppressor) รวมไปถึงอุปกรณ์หลัก เช่น PLC และชุด I/O ขยายถ้าระบบงานนั้นมีขนาดใหญ่ เป็นต้น การวางผังตำแหน่งนั้นยังต้องคำนึงถึงการเข้าไปทำงาน หรือการทำการบำรุงรักษาได้อย่างสะดวกอีกด้วย
PLC ถูกออกแบบให้ทำงานในโรงงานอุตสาหกรรม ดังนั้น PLC โดยทั่วไปสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย อย่างไรก็ตาม การติดตั้งที่ดีจะสามารถเพิ่มความสามารถในการผลิต (Productivity) ของโรงงาน และลดปัญหาและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา ตำแหน่งที่ติดตั้งของระบบ PLC ที่ดีที่สุดนั้นจะต้องอยู่ใกล้กับเครื่องจักร หรือกระบวนการผลิตที่มันควบคุมดูแลอยู่ โดยมีเงื่อนไข ตราบเท่าที่ ณ ตำแหน่งนั้นมีอุณหภูมิ, ความชื้น และสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าในระดับที่ไม่ส่งผลต่อการทำงานของ PLC
การวางระบบ PLC ให้ไกล้กับอุปกรณ์ที่ควบคุม หรือการใช้ชุดรีโมต I/O (Remote I/O) เป็นวิธีการหนึ่งที่สามารถลดจำนวนสายสัญญาณ สายคอนโทรล ง่ายในการติดตั้งและบำรุงรักษา รูปที่ 1 แสดงการติดตั้งและการไวริ่งสายสัญญาณทั่วไปในระบบที่ใช้ PLC
รูปที่ 1 การติดตั้งระบบ PLC
1. Enclosure and System Components
อุปกรณ์ PLC มักจะถูกติดตั้งไว้ใน Enclosure ซึ่งมักหมายถึงตู้ควบคุม (Control Cubicle) แต่ความจริงแล้วความหมายของ Enclosure มีขอบเขตที่กว้าง ซึ่งอาจหมายถึงกล่องเล็ก ๆ ไปถึงห้องพิเศษที่ใช้ติดตั้งระบบ โดยสำหรับตู้ควบคุมหรือตู้ Enclosure นั้นจะมีหลายระดับคุณสมบัติที่แตกต่างตามความต้องการของชนิดงาน โดยมาตรฐานสากลหนึ่งที่นิยมอ้างอิง คือมาตรฐาน NEMA
โดยตารางที่ 1 ได้อธิบายลักษณะความแตกต่างของ Enclosure ตามมาตรฐาน NEMA นั้นจะขึ้นกับขนาดพื้นที่ต้องการในการติดตั้ง การติดตั้งอุปกรณ์ หรือ PLC ในตู้นั้นไม่ได้จำเป็นเสมอไป แต่ก็เป็นสิ่งที่แนะนำให้ควรพึงกระทำสำหรับทุกระบบงาน เหตุผลก็เพื่อปกป้องอุปกรณ์จากสภาพแวดล้อมที่อาจลดอายุการใช้งาน เช่น ฝุ่นที่สามารถเข้ามาติดกับอุปกรณ์ภายใน หรือส่วนประกอบต่าง ๆ อันเนื่องจากคุณสมบัติของสนามไฟฟ้า, หยดน้ำที่เกิดจากความชื้น การกัดกร่อนจากไอระเหยจากสารบางชนิด
นอกจากนี้แล้ว ถ้าใช้ตู้ที่ทำจากโลหะก็ยังสามารถลดผลกระทบการรบกวนจากการแผ่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำเนิดจากเครื่องจักร และอุปกรณ์รอบข้างตู้ Enclosure การวางผังของอุปกรณ์ภายในตู้ Enclosure ก็ควรเป็นไปตามมาตรฐาน NEMA เช่นกัน การวางผังอุปกรณ์ และการไวริ่งควรทำการพิจารณาถึงหัวข้อเกี่ยวกับความร้อน สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า, การสั่นสะเทือน, การทำการบำรุงรักษา
รวมทั้งเรื่องความปลอดภัย รูปที่ 2 แสดงการวางผังตู้ Enclosure โดยลักษณะทั่วไปที่สามารถนำมาเป็นตัวอย่างในการวางผังอุปกรณ์ในตู้ Enclosure โดยสามารถประยุกต์ใช้กับ PLC ทั้งแบบ บล็อก (Block Type) หรือแบบโมดูล (Modular Type) หรือแร็ก (Rack Type)
ตารางที่ 1 ระดับของตู้ Enclosure ตามมาตรฐาน NEMA
รูปที่ 2 การวางผังอุปกรณ์ในตู้ Enclosure
โดยลักษณะทั่วไป สิ่งที่ต้องพิจาณาเบื้องต้นคือ การหาตำแหน่งที่ตั้ง และลักษณทั่วไปของตู้ Enclosure ของ ระบบงานที่ใช้ PLC ซึ่งมีดังต่อไปนี้
* ตู้ Enclosure ควรถูกติดตั้งในบริเวณที่ฝาตู้ Enclosure สามารถเปิดได้สุด เพื่อให้ง่ายในการเข้าไปทำการติดตั้ง ทดสอบ และทำการบำรุงรักษาแก้ไขเกี่ยวกับอุปกรณ์ PLC
* ความลึกของตู้ Enclosure ควรมีระยะห่างพอสมควรระหว่างฝาตู้ที่ปิด รวมถึงแฟ้มที่ใส่เอกสารที่มักติดที่ฝาตู้ กับอุปกรณ์ PLC ที่อยู่ภายในตู้รวมทั้งสายต่าง ๆ ที่ทำการไวริ่ง
* ด้านหลังข้างในตู้ Enclosure ควรมีแผงยึดอีกชั้นที่สามารถถอดออกมาได้ เพื่อความสะดวกในการติดตั้ง และประกอบอุปกรณ์ต่าง ๆ
* บริเวณที่ติดตั้งควรมีสวิตช์ หรืออุปกรณ์ตัดตอนฉุกเฉินติดตั้งไว้ และเข้าไปได้ง่ายเพื่อประเด็นความปลอดภัย
* ภายในตู้ Enclosure ควรมีสิ่งอำนวยความสะดวก เช่น เต้ารับไฟ, หลอดไฟส่องสว่างภายใน หรืออาจมีหน้าต่างอะคริลิกใส สำหรับอำนวยความสะดวกในการติดตั้ง และบำรุงรักษา
สภาพแวดล้อม ผลกระทบจากอุณหภูมิ, ความชื้น, การรบกวนทางไฟฟ้า และการสั่นสะเทือน เป็นสิ่งที่สำคัญต่อการพิจาณาระหว่างช่วงการออกแบบผังตำแหน่งระบบ PLC ปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อตำแหน่งที่ตั้งจริงของส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในตู้ Enclosure และส่งผลต่อความจำเป็นที่ต้องติดตั้งอุปกรณ์พิเศษเสริมเพิ่มเติม สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้ และทำให้สามารถประเมินสภาพแวดล้อมนั้น ๆ ว่าเหมาะสมกับกับระบบ PLC หรือไม่เพียงใด
* อุณหภูมิภายในตู้ Enclosure ต้องไม่เกินอุณหภูมิสูงสุดที่ PLC ทำงานได้โดยทั่วไปจะอยู่ 60 องศาเซลเซียส
* ถ้าในสภาพแวดล้อมมีบริเวณที่ร้อน หรือจุดร้อน (Hot Spot) เป็นพิเศษ ยกตัวอย่างเช่น ความร้อนที่สร้างจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า เช่น เพาเวอร์ซัพพลาย (Power Supply) หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่สร้างความร้อน พัดลมควรถูกติดตั้งเสริมเพื่อช่วยกระจายระบายความร้อน
* ถ้าพิจารณาแล้วว่ามีโอกาสเกิดหยดน้ำ หรือ เกิดการควบแน่นของไอน้ำในอากาศ ภายในตู้ Enclosure ควรติดตั้งฮีตเตอร์ที่ควบคุมด้วยเทอร์โมสแตต (Thermostat-controlled Heater)
* ตู้ Enclosure ควรถูกวางติดตั้งให้ห่างจากอุปกรณ์ที่สร้างสนามแม่เหล็กสูง (EMI: Excessive Electromagnetic Interference) หรือสร้างความถี่วิทยุสูง (RFI: Radio Frequency Interference) ยกตัวอย่าง เช่น เครื่องเชื่อมไฟฟ้า, อุปกรณ์สร้างความร้อนแบบใช้ขดลวดเหนี่ยวนำ และมอเตอร์ขนาดใหญ่โดยเฉพาะตอนที่มอเตอร์เริ่มทำงาน
* ในกรณีที่ ตู้ Enclosure ต้องติดตั้งบนอุปกรณ์ หรือเครื่องจักรที่มันควบคุมนั้น การสั่นสะเทือนจากอุปกรณ์นั้นต้องไม่เกินค่าที่กำหนดของตัว PLC นั้น ๆ
การวางองค์ประกอบเกี่ยวกับ PLC การวางองค์ประกอบต่าง ๆ ของ PLC ขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบ และการออกแบบของตัว PLC นั้นทางกายภาพ เช่น โมดูล หรือแร็ก จะมีองค์ประกอบเป็นส่วน ๆ ดูรูปที่ 3 ถึงแม้รุ่น PLC ที่แตกต่างกันจะมีรูปแบบการติดตั้งที่แตกต่างกัน พื้นที่ติดตั้งที่ต้องการก็แตกต่างกัน แต่ก็มีสิ่งที่ควรพิจารณาไปแนวทางเดียวกันเมื่อถูกติดตั้งภายในตู้ Enclosure ซึ่งมีดังต่อไปนี้
* เพื่อทำให้ความร้อนถ่ายเทได้สูงสุด ควรวางตัว PLC ให้อยู่แนวตั้ง เนื่องจากโดยปกติ PLC ได้ถูกออกแบบให้ถ่ายเทความร้อนได้ดีที่สุดในแนวตั้ง
* ระบบไฟเลี้ยงไม่ว่าจะเป็นระบบหลัก หรือระบบย่อย จะมีการถ่ายเทความร้อนออกจากตัวอุปกรณ์ไฟเลี้ยงซึ่งมักหมายถึงตัวเพาเวอร์ซัพพลาย มากกว่าองค์ประกอบตัวอื่น ๆ ของ PLC ดังนั้น เพาเวอร์ซัพพลายไม่ควรถูกติดตั้งต่ำกว่าองค์ประกอบตัวอื่น ๆ เพาเวอร์ซัพพลายควรถูกติดตั้งไว้ส่วนบนสูงสุดของตู้ Enclosure เหนืออุปกรณ์อื่น ๆ ด้วย ด้วยระยะห่างที่เหมาะสม (อย่างน้อย 10 นิ้ว) จากฝาตู้บนสุด เพาเวอร์ซัพพลายอาจจะถูกติดตั้งที่ด้านข้างขององค์ประกอบตัวอื่น ๆ ก็ได้แต่ต้องมีระยะห่างที่เหมาะสม
* สำหรับ PLC แบบโมดูล หรือแร็ก ตัวโมดูล CPU ของ PLC ต้องถูกวาง หรือถูกติดตั้งที่ระดับที่ทำงานได้สะดวก ยกตัวอย่างเช่น ที่อยู่ในแนวระดับสายตาในท่ายืนทำงาน หรือในท่านั่งทำงาน แต่อย่างไรก็ต้องติดตั้งด้านล่าง หรือด้านข้างของตัวแหล่งจ่ายไฟฟ้า หรือเพาเวอร์ซัพพลายเท่านั้น ถ้า CPU และ เพาเวอร์ซัพพลายถูกออกแบบให้อยู่ในโมดูลเดียวกัน หรือเป็นแบบชนิดบล็อก ตัว PLC นั้นควรถูกติดตั้งตำแหน่งบนสุดของตู้ เว้นแต่ว่าไม่มีพื้นที่เหลือ
* สำหรับชุดโมดูล I/O ถ้าติดตั้งบนฝาเดียวกันกับโมดูล CPU สามารถจัดวางได้ตามสะดวก ภายในระยะห่างที่กำหนดของระยะสายเชื่อมต่อกับชุดโมดูล CPU โดยปกติแล้วชุดโมดูล I/O จะติดตั้งต่ำกว่า หรือด้านข้างชุดโมดูล CPU ไม่ควรถูกติดตั้งอยู่เหนือ CPU หรือเพาเวอร์ซัพพลาย
* ระยะห่างไม่จะเป็นแนวตั้ง หรือแนวนอน ระหว่างแต่ละองค์ประกอบนั้นควรถูกติดตั้งตามข้อกำหนดของผู้ผลิตนั้น ๆ
รูปที่ 3 การวางผังองค์ประกอบของ PLC
การวางอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ โดยปกติแล้ว ส่วนประกอบหรืออุปกรณ์อื่นที่ไม่ใช่ส่วนประกอบหลักของตัว PLC ที่ถูกติดตั้งอยู่ภายในตู้ Enclosure เดียวกับตัว PLC ควรถูกติดตั้งให้ห่างจากองค์ประกอบของ PLC เพื่อลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวน หรือความร้อนที่สร้างโดยอุปกรณ์ดังกล่าว โดยข้อแนะนำในการติดตั้ง และการหาตำแหน่งของอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ภายในตู้ Enclosure เดียวกับ PLC มีดังต่อไปนี้
* อุปกรณ์อินคัมมิ่งไลน์ (Incoming Line Device) เช่น ตัวไอโซเลชั่น,หม้อแปลงแรงดันคงที่, สวิตช์ตัดตอนไฟฟ้า และตัวจำกัดเซิร์จ ควรถูกติดตั้งที่ตำแหน่งบนสุดของตู้ Enclosure ข้าง ๆ กับ เพาเวอร์ซัพพลาย โดยมีจุดประสงค์ว่าจะให้ไฟฟ้าที่เลี้ยงอุปกรณ์เข้ามาทางด้านบนของตู้ Enclosure การวางตำแหน่งอุปกรณ์อินคัมมิ่งไลน์ ที่ดีจะทำให้มีการเดินสายที่สั้น และลดการรบกวนทางไฟฟ้าต่อองค์ประกอบของ PLC
* แมกเนติกสตาร์ตเตอร์ (Magnetic Starter), รีเลย์ (Relay) และ อุปกรณ์ประเภทอิเล็กโทรแมคานิกส์ (Electromechanics) ควรติดตั้งไว้ที่ส่วนบนสุดของตู้ Enclosure แต่อยู่บนคนละพื้นที่ของตำแหน่งที่ติดตั้ง PLC สิ่งที่ควรปฎิบัติก็คือ การเว้นระยะห่างประมาณ 6 นิ้วเป็นอย่างน้อย จากอุปกรณ์ลักษณะอิเล็กโทรแมคานิกส์ หรือ อุปกรณ์ที่สร้างสนามแม่เหล็ก กับ องค์ประกอบของ PLC โดยทั่วไปอุปกรณ์ประเภทอิเล็กโทรแมคานิกส์ จะถูกติดตั้งแนวด้านข้าง หรือตรงกันกับข้ามกับเพาเวอร์ซัพพลาย หรืออุปกรณ์ประเภทอินคัมมิ่งไลน์
* ถ้ามีพัดลมระบายความร้อนอุปกรณ์ภายในตู้ Enclosure พัดลมควรถูกติดตั้งไว้ที่อุปกรณ์ที่สร้างความร้อนออกมาสูง โดยทั่วไปก็คือ ตัวฮีตซิงก์ของเพาเวอร์ซัพพลาย เมื่อมีการติดตั้งพัดลม อากาศภายนอกไม่ควรให้เข้ามาภายในตู้ Enclosure ยกเว้นว่ามีแผ่นกรองอากาศ การกรองอากาศจะป้องกันฝุ่นละออง หรือสารระเหยที่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ
การจัดกลุ่มโมดูล I/O การจัดกลุ่ม I/O ที่ดีทำให้สายสัญญาณ หรือสายไฟเลี้ยง ถูกจัดเส้นทางการเดินบนรางสาย หรือบนดักต์ (Duct) ได้อย่างเหมาะสม และลดปัญหาการรบกวนแบบครอสทอล์ก และต่อไปนี้คือข้อแนะนำเกี่ยวกับการจัดกลุ่มของโมดูล I/O ของ PLC
* ถ้าเป็นไปได้ โมดูล I/O ควรถูกแบ่งเป็นกลุ่ม เช่น กลุ่มของ โมดูลอินพุต AC, กลุ่มของโมดูลเอาต์พุต AC, กลุ่มของโมดูลอินพุต DC, กลุ่มของโมดูลเอาต์พุต DC, กลุ่มของโมดูลอะนาลอกอินพุต และกลุ่มของโมดูลอะนาลอกเอาต์พุต
* ถ้าเป็นไปได้ ก็กรณีที่เป็นแร็ก ควรทำการจองแร็กเฉพาะสำหรับอินพุต และเอาต์พุต ไว้คนละแร็ก แต่ถ้าเป็นไปไม่ได้ โมดูลควรถูกแยกออกเป็นกลุ่มออกจากกันภายในแร็กเดียวกัน โดยอาจพิจารณาการแบ่งจากประเภทไฟฟ้ากระแสตรง และไฟฟ้ากระแสสลับร่วมด้วย และถ้ายังมีช่องสล็อต (Slot) เหลือ ก็ควรใช้ช่องสล็อตว่างนั้นคั่นกลางระหว่างกลุ่มที่ถูกทำการแบ่ง
การวางผังดักต์ และไวริ่ง จะกำหนดทิศทางการเดินสายทั้งหมด ทั้งสายสัญญาณของชุดโมดูล I/O, สายไฟเลี้ยง, รวมทั้งสายเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบที่อยู่ภายในตู้ Enclosure การวางดักต์นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชุดโมดูล I/O แต่ก็ขึ้นอยู่กับการพิจาณาเรื่องการลดผลกระทบจากการเกิดครอสทอล์กระหว่างสัญญาณ I/O ด้วยกันเอง ซึ่งมีข้อแนะนำดังต่อไปนี้
* ทุกสายที่เกี่ยวกับไฟ AC ที่เข้ามาในตู้ Enclosure ควรถูกแยกจากสายไฟ DC แรงดันต่ำ, สายไฟเลี้ยงของชุดโมดูล I/O และสายเชื่อมต่อระหว่างแร็ก I/O หรือโมดูล
* สายสัญญาณ I/O แบบ DC เช่น สัญญาณแบบ TTL และสัญญาณอะนาลอก ไม่ควรเดินควบกับสายสัญญาณ I/O แบบ AC ในดักต์เดียวกัน เมื่อไรก็ตามที่แยกได้ให้แยกสัญญาณชนิด AC ออกจากสัญญาณชนิด DC
* สายเชื่อมต่อระหว่างแร็ก I/O หรือโมดูล และสายไฟเลี้ยงของโมดูล I/O สามารถเดินสายรวมกันในดักต์เดียวกันได้ แต่ไม่ควรร่วมกับสายประเภทอื่น ๆ แต่บางครั้งการจัดเรียงสายไม่สามารถทำตามข้อแนะนำได้ ในกรณีนี้ให้เดินสาย I/O รวมกับสายที่ใช้ไฟ DC แรงต่ำได้ภายในดักต์เดียวกัน แต่ก็ให้ใช้เทปรัดสาย หรือเคเบิลไทร์ เพื่อให้แยกออกจากกันชัดเจนยิ่งขึ้นเพื่อการบำรุงรักษา
* ถ้าสายสัญญาณ I/O ต้องข้ามสายไฟเลี้ยง AC มันควรข้ามในลักษณะมุมฉาก ตามรูปที่ 4 การข้ามแบบนี้จะลดโอกาสการรบกวนให้มีค่าต่ำสุด หมายความรวมไปถึงการเดินสายสัญญาณเข้าออกในท่อหรือดักต์ด้วยเช่นกัน ตามรูปที่ 5
* ระหว่างการออกแบบการวางดักต์ การแยกดักต์ระหว่างสายสัญญาณ I/O และสายประเภทอื่น ๆ ควรมีระยะห่างอย่างน้อย 2 นิ้ว นั้นรวมถึงการวางโมดูล และแถวเทอร์มินอล ก็ควรห่างจากกันอย่างน้อย 2 นิ้ว
รูปที่ 4 การไวริ่งสายข้ามสารไฟเลี้ยง AC
รูปที่ 5 การไวริ่งสายเข้าออกดักต์หรือรางสาย
การต่อลงดิน (Grounding) เป็นขั้นตอนที่สำคัญขั้นตอนหนึ่งสำหรับการเพิ่มความปลอดภัยในการติดตั้ง การทำงาน และบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้า ผู้ติดตั้งควรอ้างถึงมาตรฐานในการติดตั้งกราวด์ เช่น มาตรฐาน NEC Article 250 ที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับขนาดสายและชนิดของตัวนำ, รหัสสีมาตรฐาน และวิธีการเชื่อมต่อที่จำเป็นสำหรับการกราวดิ้งอุปกรณ์ไฟฟ้า มาตรฐานนั้นระบุว่าเส้นการเดินสายกราวด์ต้องเป็นเส้นตัวนำเดียวกันตลอดเส้นทางไม่มีการเชื่อมต่อแม้กระทั้งการบัดกรี ซึ่งจะส่งผลให้กราวดิ้งนั้นปลอดภัยสามารถนำกระแสลัดวงจรลงดินด้วยค่าความต้านทานที่ต่ำที่สุด ขั้นตอนการกราวดิ้งต่อไปนี้เป็นวิธีการที่สามารถลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวนอันเนื่องจากสนามแม่เหล็กได้
* สายกราวด์ควรถูกแยกจากสายไฟเลี้ยงตั้งแต่จุดเข้าตู้ Enclosure เพื่อลดระยะของสายกราวด์ภายในตู้ Enclosure ให้สั้นที่สุดซึ่งหมายถึงความต้านทานต่ำสุด จุดเทียบกราวด์ควรอยู่ตำแหน่งที่ใกล้ทางเข้าตู้ Enclosure ของสายกราวด์ที่มาจากระบบไฟเลี้ยงของโรงงาน
* อุปกรณ์ไฟฟ้า ตู้ แร็ก กล่องเคส ทุกอย่างควรถูกต่อกราวด์ไปยังกราวด์บัสซึ่งปกติจะติดตั้งอยู่ในบริเวณอุปกรณ์ที่มีสนามแม่เหล็กสูงภายในตู้ Enclosure อีกอย่าง สี และวัสดุที่ไม่ไช่ตัวนำไฟฟ้าควรถูกขจัดเอาออก ณ บริเวณตำแหน่งเชื่อมต่อกับระบบกราวด์ในตู้ Enclosure การเชื่อมต่อสายกราวด์ต้องใช้นอตยึด หรือ สตัด (Stud) ที่สามารถยึดสายขนาด 1 นิ้ว หรืด AWG#8 (หรือตามข้อแนะนำจากผู้ผลิต) ได้อย่างแน่น
* ตัวตู้ Enclosure ควรถูกกราวด์ลงที่กราวด์บัสอย่างถูกต้อง โดยจุดเชื่อมต่อต้องมีจุดสัมผัสทางไฟฟ้าอย่างดี
* กราวด์ของเครื่องจักรก็ควรเชื่อมกับตู้ Enclosure และเชื่อมต่อลงกราวด์ที่เทียบเท่ากับพื้นโลก
2. วงจรไฟเลี้ยง และวงจรเพื่อความปลอดภัย
แหล่งจ่ายพลังงานเข้าไปยังเพาเวอร์ซัพพลายของระบบ PLC โดยปกติจะเป็นไฟฟ้าเฟสเดียวที่ระดับ 220 AC ถ้า PLC ติดตั้งภายในตู้ Enclosure จะมีสายไฟสองเส้นคือ สายไลน์ และสายนิวตรอล หรือ สาย N โดยปกติจะออกแบบให้เข้ามาทางด้านบนของตู้ Enclosure เพื่อที่จะลดการรบกวนทางไฟฟ้าต่อสายสัญญาณอื่น ๆ สายไฟเลี้ยงควรเป็นสายที่ดีไม่มีการเชื่อมต่อถ้าเป็นไปได้ เพื่อลดการเกิดการรบกวนต่ออุปกรณ์ หรือสายสัญญาณอื่น ๆ ภายในตู้ Enclosure
2.1 พลังงานที่ต้องการ
แหล่งจ่ายไฟเลี้ยง AC ร่วม เพาเวอร์ซัพพลายของ CPU และ ชุดอุปกรณ์ I/O ควรใช้แหล่งจ่ายไฟ AC ชุดเดียวกัน ตามรูปที่ 6 การปฏิบัติเช่นนี้ก็เพื่อลดโอกาสการรบกวนจากไฟเลี้ยง และป้องกันการเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์จากแหล่งจ่ายที่เสถียรที่จ่ายไปยังเพาเวอร์ซัพพลายของโมดูล CPU แต่อีกแหล่งจ่ายไม่เสถียรจ่ายไปยังชุดโมดูล I/O การใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าร่วมเป็นการรักษาระดับแรงดันของเพาเวอร์ซัพพลาย
และอุปกรณ์ประเภท I/O ให้ไกล้เคียงกันมากที่สุด และผู้ใช้ยังสามารถใช้ประโยชน์ได้อย่างสูงสุดของสายไฟที่ลากจากของแหล่งจ่ายร่วมทั้งระบบมอนิเตอร์ โดยปกติถ้าสภาพของแหล่งจ่ายไฟมีกำลังถดถอยต่ำกว่าระดับทำงานต่ำสุด ตัวเพาเวอร์ซัพพลายจะตรวจพบสภาวะผิดปกติ และจะส่งสัญญาณไปยังหน่วยประมวลผล หรือ CPU ให้หยุดทำงานบางฟังก์ชั่น เช่น หยุดอ่านสัญญาณอินพุต และหยุดฟังก์ชั่นเอาต์พุต
หม้อแปลงไอโซเลชั่น วิธีการปฎิบัติที่ดีอีกอย่างหนึ่งคือการใช้หม้อแปลงไอโซเลชั่นกับแหล่งจ่ายไฟ AC ที่จะจ่ายเข้าระบบ PLC หม้อแปลงไอโซเลชั่นมีความจำเป็นอย่างมากเมื่อมีอุปกรณ์ที่สามารถส่งสัญญาณรบกวนเข้ามาทางสายแหล่งจ่ายไฟ AC หม้อแปลงไอโซเลชั่นนั้นยังสามารถทำตัวเป็นหม้อแปลงลดระดับแรงดัน เพื่อลดระดับแรงดันจากแหล่งจ่ายไปยังระดับแรงดันที่ต้องการของระบบ PLC อีกอย่างหนึ่งตัวหม้อแปลงที่ใช้นั้นควรมีระดับกำลังพิกัดที่เพียงพอสำหรับจ่ายให้กับโหลดทั้งหมด ดังนั้นผู้ติดตั้งควรปรึกษาผู้ผลิตเพื่อจะเลือกระดับพิกัดของหม้อแปลงที่เหมาะสมกับระบบงานนั้น ๆ
รูปที่ 6 การจ่ายไฟฟ้าให้กับโมดูลต่าง ๆ ของ PLC โดยแหล่งจ่าย AC เดียว
2.2 วงจรเพื่อความปลอดภัย (Safety Circuitry)
ระบบ PLC ควรที่จะมีวงจรฉุกเฉินที่มีความสามารถเพียงพอต่อการหยุดระบบ PLC ทั้งระบบ หรือหยุดแบบบางส่วน หรือแม้กระทั่งทั้งระบบงานรวมไปถึงเครื่องจักร หรือกระบวนการผลิต ตามรูปที่ 7 วงจรเพื่อความปลอดภัยเหล่านี้ควรถูกติดตั้งภายนอกระบบ PLC ดังนั้นผู้ใช้สามารถหยุดระบบได้อย่างรวดเร็วถึงแม้ในขณะนั้น PLC จะเกิดการขัดข้อง
อุปกรณ์ประกอบที่ใช้สำหรับเพิ่มระบบเพื่อความปลอดภัย เช่น สวิตช์ตัดตอน หรือลิมิตสวิตช์ ควรสามารถทำการบายพาสตัว PLC จากการควบคุมมอเตอร์ หรืออุปกรณ์ เครื่องจักร วงจรฉุกเฉินเหล่านี้ควรถูกสร้างด้วยลอจิกที่เข้าใจง่ายโดยใช้อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้ และจำนวนน้อยชิ้นที่สุด โดยปกติมักจะใช้อุปกรณ์ประเภทอิเล็กโทรแมคานิกส์ในการสร้างวงจรเพื่อความปลอดภัย
รูปที่ 7 วงจรฉุกเฉินที่สร้างจากฮาร์ดไวร์
วงจรหยุดฉุกเฉิน ระบบควรมีวงจรหยุดฉุกเฉินสำหรับทุกเครื่องจักรที่ถูกควบคุมโดย PLC เพื่อที่จะทำให้มีระดับความปลอดภัยสูงสุด วงจรเหล่านี้ไม่ควรอยู่ภายใน PLC แต่ควรเป็นวงจรประเภทฮาร์ดไวร์ สวิตช์ฉุกเฉินที่ใช้ควรถูกวางไว้ที่ตำแหน่งที่ผู้ใช้สามารถเข้าไปได้โดยสะดวก สวิตช์สำหรับหยุดฉุกเฉินควรถูกไวร์ไปยังรีเลย์มาสเตอร์คอนโทรล (MCR: Master Control Relay) หรือ รีเลย์เซฟตี้คอนโทรล (SCR: Safety Control Relay) เพื่อที่จะตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้าไปยังชุด I/O ณ เวลาเกิดเหตุการณ์ฉุกเฉิน
รีเลย์มาสเตอร์คอนโทรล หรือ รีเลย์เซฟตี้คอนโทรล รีเลย์มาสเตอร์คอนโทรลหรือ รีเลย์ MCR และรีเลย์เซฟตี้คอนโทรล หรือรีเลย์ SCR ที่เป็นช่องทางการตัดไฟฟ้าจากชุด I/O ทั้งหมดระหว่างเกิดเหตุการณ์ฉุกเฉิน ตามรูปที่ 8 วงจรเหล่านี้สามารถถูกตัดแหล่งจ่ายโดยเพียงการกดสวิตช์หยุดฉุกเฉิน ที่เชื่อมต่อกับวงจร การตัดแหล่งจ่ายไฟของรีเลย์ MCR จะตัดไฟเลี้ยงของชุดอินพุต และเอาต์พุตของ PLC อย่างไรก็ตาม CPU ก็ยังคงรับไฟเลี้ยงอยู่ และทำงานอยู่ ถึงแม้ชุดอินพุตและเอาต์พุตจะไม่ทำงานแล้วก็ตาม
รูปที่ 8 สวิตช์ควบคุมระบบ PLC ที่สามารถตัดไฟเลี้ยงชุดโมดูล I/O
วงจร MCR อาจจะถูกขยายความสามารถเพิ่มเติมโดยการใช้สัญญาณจากรีเลย์แจ้ง PLC ขัดข้อง หรือรีเลย์วอตช์ด็อก (Watch Dog) มาพิจารณาร่วมด้วย (ปกติรีเลย์วอตช์ด็อกจะปิดวงจรถ้า PLC ทำงานปกติ) โดยจะทำการต่ออนุกรมไปกับเงื่อนไขการหยุดฉุกเฉินอื่น ๆ การเพิ่มความสามารถนี้จะทำให้วงจร MCR สามารถตัดไฟเลี้ยงชุด I/O ในกรณี่ที่ PLC เกิดขัดข้อง เช่น หน่วยความจำผิดพลาด หรือ การสื่อสารระหว่างชุดโมดูล I/O ผิดพลาด รูปที่ 9 แสดงการไวริ่งสายของวงจร MCR
สวิตช์ตัดตอนไฟเลี้ยงฉุกเฉิน (Emergency Power Disconnect) วงจรแหล่งจ่ายที่เลี้ยงเพาเวอร์ซัพพลาย ควรใช้สวิตช์ตัดตอน หรือ ดิสคอนเน็กเตอร์ที่มีพิกัดที่เหมาะสม ดังนั้นจะเพิ่มหนทางหรือวิธีการในการตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้าไปให้ PLC ทั้งระบบ ดังรูปที่ 9 บางครั้งจะมีการใช้ตัวเก็บประจุ (ขนาด 0.22 oF สำหรับแรงดัน 220 VAC) ต่อคร่อมสวิตช์เพื่อป้องกันการเกิดสภาวะเอาต์รัช (Outrush)
การเกิดเอาต์รัชจะเกิดเมื่อมีการเปิดวงจรของเอาต์พุตที่เป็นไทรแอก (Triac) ทำให้เกิดกักเก็บพลังงงานในโหลดประเภทขดลวด และพลังงานต้องการหาเส้นทางที่สั้นที่สุดเพื่อลงกราวด์ซึ่งมักจะใช้เส้นทางที่วิ่งผ่านตัวไทรแอก
รูปที่ 9 วงจรที่สามารถหยุดการทำงการของชุด I/O จากรีเลย์ MCR และ PLC ขัดข้อง
เอกสารอ้างอิง
1. G. Kalani, Industrial Process Control. Elsevier Science & Technology Books, 2002
2. J. Fulcher, An Introduction to Microcomputer Systems: Architecture and Interfacing. Addison-Wesley, Sydney, 1989
3. S. Mackay, E. Wright, D. Reynders and J Park, Practical Industrial Data Network: Design, Installation and Troubleshooting. IDC Technologies, Perth, 2004
4. PLC Start-up and Maintenance. Industrial Text and Video Company, Georgia, 1999
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
