เนื้อหาวันที่ : 2010-06-29 09:24:52 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 5912 views

การบำรุงรักษาระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติเชิงรุก (ตอนที่ 1)

ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ (BMS System) เป็นระบบที่ติดตั้งทั่วไปในอาคารสูงหรืออาคารขนาดใหญ่อย่างแพร่หลายในประเทศไทย โดยได้รับความนิยมตั้งแต่ พ.ศ. 2530 เป็นต้นมา ถ้านับจนถึงปัจจุบันระบบ BMS ในบางอาคารอาจมีอายุใช้งานถึง 20 ปีแล้ว การที่จะทำให้ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติยังคงควบคุมระบบไฟฟ้าเครื่องกลประกอบอาคารให้ทำงานได้อย่างถูกต้องและเกิดการประหยัดพลังงาน

การบำรุงรักษาระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติเชิงรุก
(Active BMS Maintenance Programme) (ตอนที่ 1)

.

ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์
kwanchai2002@hotmail.com

.

.

ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ (BMS System) เป็นระบบที่ติดตั้งทั่วไปในอาคารสูงหรืออาคารขนาดใหญ่อย่างแพร่หลายในประเทศไทย โดยได้รับความนิยมตั้งแต่ พ.ศ. 2530 เป็นต้นมา ถ้านับจนถึงปัจจุบันระบบ BMS ในบางอาคารอาจมีอายุใช้งานถึง 20 ปีแล้ว การที่จะทำให้ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติยังคงควบคุมระบบไฟฟ้าเครื่องกลประกอบอาคารให้ทำงานได้อย่างถูกต้องและเกิดการประหยัดพลังงาน

.

ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติต้องได้รับการบำรุงรักษาและทดสอบอย่างสม่ำเสมอ ระบบควบคุมอัตโนมัติจัดว่าเป็นสินทรัพย์ที่มีมูลค่าในตัวมันเอง การละเลยในการบำรุงรักษาจะทำให้สินทรัพย์นี้เสื่อมค่าลงเรื่อย ๆ

.

ประโยชน์ที่สำคัญที่เกิดขึ้นจากการบำรุงรักษาระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติอย่างเหมาะสม จะทำให้ผู้ที่อยู่ในอาคารมีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้น ประสิทธิภาพในการทำงานเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ระบบควบคุมการทำงานของระบบปรับอากาศทำงานที่อุณหภูมิและความชื้นที่ไม่เหมาะสม เช่น หนาวเกินไป หรือบางวันก็ร้อน หรือบางวันก็หนาว เอาแน่เอานอนไม่ได้ (เหมือนอาคารที่ผู้เขียนทำงานอยู่)

.

พนักงานบริษัทที่ทำงานอยู่ในตึกนั้น ก็อาจจะลาป่วยบ่อย ๆ เพราะเป็นไข้หวัด คัดจมูก บางคนอาจเป็นไซนัสไปเลยก็ได้ ทำให้กระทบกับประสิทธิภาพในการทำงาน และมีผลต่อผลการดำเนินงานของบริษัทในที่สุด

.

มีผลการศึกษาและวิจัยในต่างประเทศพบว่า เกิดการสูญเสียรายได้มากถึง 15% จากสาเหตุที่สภาวะแวดล้อมในสถานที่ทำงานไม่เหมาะสม หนาวเกินไป หรือร้อนเกินไป จากกราฟในรูปที่ 1 แสดงเงินที่ประหยัดได้จากการใช้พลังงานอย่างประหยัด และประสิทธิภาพในการทำงานหรือการผลิตเพิ่มขึ้น เนื่องจากการจัดโปรแกรมบำรุงรักษาระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติเชิงรุก (Active BMS Maintenance Programme)

.

ถ้าโปรแกรมบำรุงรักษาทำอย่างต่อเนื่อง เงินที่ประหยัดได้ก็จะสะสมไปเรื่อย ๆ ปีต่อปี เหมือนกับการฝากประจำในธนาคารยังไงยังงั้น เงินลงทุนจากการบำรุงรักษาก็จะคืนทุนแถมยังได้กำไรอีกด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้าไม่มีการบำรุงรักษา ก็จะเข้าข่ายทุนก็หายกำไรก็หด เพราะระบบไฟฟ้าเครื่องกลทำงานด้วยค่าใช้จ่ายที่เพิ่มมากขึ้นเกินความจำเป็นนั่นเอง

.

รูปที่ 1 เงินที่ประหยัดได้จากโปรแกรมการบำรุงรักษาระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติเชิงรุก

.

ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติประกอบขึ้นด้วยอุปกรณ์ควบคุมชนิด Direct Digital Controller (DDC), อุปกรณ์อินพุต และเอาต์พุต (I/O) ชนิด 4 mA ถึง 20 mA และ 0 VDC ถึง 10 VDC หรือ 1 V ถึง 5 V ซึ่งเป็นสัญญาณประเภทอะนาลอก แต่ในปัจจุบันเมื่อระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติต้องทำงานบนระบบดิจิตอลเน็ตเวิร์ก จะเกิดปัญหาระหว่าง Field Controllers ด้วยกัน, ระหว่าง DDC ด้วยกัน, จาก Field Controllers ไปยัง DDC, จากเซนเซอร์ไปยัง DDC

.

รูปที่ 2 ไดอะแกรมระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ

.

บทความฉบับนี้ต้องการนำเสนอภาพรวมของปัญหาการสื่อสารที่เกิดขึ้นกับระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติที่มีชั้นของการควบคุมและสื่อสารหลายชั้น (Multilayered) รวมถึงระบุถึงที่มาของปัญหา (Source of Problems) เชิญติดตามรายละเอียดในบทความฉบับนี้ได้เลยครับ

.
ปัญหาที่พบทั่วไป (Common Problems)

ปัญหาที่พบบ่อย ๆ ที่เกิดขึ้นกับระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ เช่น
• ที่ลำดับชั้นที่อยู่ล่างสุด อุปกรณ์ Sensor หรือ Actuator อาจจะไม่ทำงาน เนื่องจากอุปกรณ์หมดอายุ หรือได้รับความเสียหายทางกายภาพ การตั้งค่า (Setup) ล้มเหลว เนื่องจากสายนำสัญญาณ หรืออุปกรณ์ที่อยู่ถัดลงไปไม่ทำงาน ความผิดพร่องจะเห็นได้จากเกิดสัญญาณไฟ LED กระพริบ

.

• เกิดสัญญาณไฟสีแดง หรือสีเหลืองกระพริบถี่ ๆ ที่หน้าจอคอมพิวเตอร์ในห้องควบคุม แสดงว่า Field Controllers รับค่าที่ไม่ถูกต้องจากเซนเซอร์

.

• DDC อาจจะส่งสัญญาณเตือน เนื่องจากแผงควบคุมย่อยที่ต่อถึงกันไม่มีการสื่อสารกัน
• ในทำนองเดียวกันเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ Management Level ที่ติดตั้งในห้องควบคุมอาจจะส่งสัญญาณเตือนได้ในกรณีที่ไม่สามารถสื่อสารกับ DDC หรือแผงควบคุมย่อย ๆ ในอาคารเดียวกัน หรือต่างอาคาร

.
จากปัญหาข้างต้นทำให้ผู้ดูแลระบบมองเห็นที่มาของปัญหาได้เพื่อจะได้แก้ปัญหาได้ถูกจุด ไงล่ะครับ
.

ต้นตอของปัญหา

ปัญหาการสื่อสารของระบบควบคุมอัตโนมัติมีที่มาจากหลายแหล่ง เริ่มต้นจากลำดับชั้นที่อยู่ล่างสุด อาจจะเกิดจากตัวอุปกรณ์เอง เช่น เซนเซอร์ หรือ Actuator หรือมีปัญหาที่สายนำสัญญาณจากเซนเซอร์ไปยัง Field Controller ทำให้เกิดความผิดปกติในวงรอบของการควบคุม เช่น การตอบกลับ (Feedback) อาจจะวิ่งไปผิดแผง เนื่องจากการต่อสายผิดหรือไม่เคยทดสอบขณะเริ่มเดินระบบเลย หรือแผง Field Controller หรือแผง DDC เกิดความเสียหาย

.

อาจจะเกิดปัญหาในเน็ตเวิร์กการสื่อสารระหว่าง Field Controllers กับ Ethernet/IP Backbone ปัญหาการสื่อสารที่พบบ่อย ๆ อาจจะเป็นไปได้หนึ่งในสามปัญหานี้ได้แก่
1. ปัญหาเกี่ยวกับ Cabling Infrastructure ซึ่งรวมถึงที่เกิดกับ Ethernet/IP Backbone ด้วย
2. ปัญหาเกี่ยวกับการส่งสัญญาณ (Signal Transmission)
3. ปัญหาเกี่ยวกับ Network Protocol

.

ตีกรอบปัญหาให้แคบเข้า

อาคารสูงหรืออาคารขนาดใหญ่พิเศษจะมีระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติที่ทำหน้าที่บริหารจัดการระบบเครื่องกลไฟฟ้ามีความสลับซับซ้อน ทำให้การตรวจติดตามปัญหาการสื่อสารมีความท้าทายอย่างมาก จะเริ่มต้นตรงไหนดีล่ะครับ หลายท่านอาจจะสงสัย ก็ต้องเริ่มต้นจากการตรวจสอบแผงควบคุมกลาง (Central Management Controller) เพื่อดึงข้อมูลออกมาจะได้เห็นภาพรวม (Bird’s-eye View)

.

• ตรวจสอบคอนโทรเลอร์ (Controller Checks) เมื่อคอนโทรเลอร์แสดงสถานะว่าการสื่อสารถูกตัดขาดจากส่วนใดส่วนหนึ่งของอาคาร แสดงว่าปัญหาจะอยู่ที่ Field Controller Panel, วงจรอะนาลอก, Sensors หรือ Actuators ถ้าคอนโทลเลอร์ไม่สามารถสื่อสารกับทั้งระบบภายในอาคาร ปัญหาอาจจะอยู่ที่เน็ตเวิร์กระหว่าง Management Level Controller กับ DDC, Network Routers หรือ Switch ในกรณีที่ไม่สามารถมองเห็นทั้งคอมเพล็กซ์ (ในกรณีที่มีระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติหลายอาคารต่อเชื่อมกัน) ปัญหาอาจจะอยู่ที่ Ethernet/IP Backbone

.

• Ethernet Checks ในกรณีที่ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติเป็นระบบขนาดใหญ่ระดับอาคาร หรือคอมเพล็กซ์ที่มีหลายอาคารต่อเชื่อมกัน ถ้ามีปัญหาการสื่อสารระหว่างอาคาร ในอันดับแรกให้ตรวจสอบการทำงานแสดงการต่อเชื่อมของเน็ตเวิร์ก (Network Connectivity) โดยดูจาก LED แสดงสถานะของการต่อเชื่อมของ Ethernet Ports

.

ขั้นตอนต่อไปก็ใช้เครื่องมือ Network Troubleshooting ตรวจสอบ Network Performance Parameters เช่น Protocol Alarms and Errors, Visibility of all Switches&VLANs, Routers, Access Points และอุปกรณ์ประเภท IP Address ข้อมูลที่ตรวจวัดได้ จะช่วยกำหนดขอบเขตของปัญหาว่าอยู่ที่ Subnet Ports, คอนโทรลเลอร์ หรือที่อุปกรณ์ใด ๆ

.

• ตรวจสอบสายเคเบิล (Cabling Checks) ใช้อุปกรณ์ Cable Analyzer เพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อ (Cabling Connecting) อุปกรณ์ชนิดนี้จะตรวจสอบพบการเปิดวงจร หรือการลัดวงจร และค่าทางไฟฟ้าต่าง ๆ ของสายเคเบิล

.

• ตรวจสอบสัญญาณ (Signal Checks) ถ้าสายเคเบิลไม่มีปัญหา ขั้นตอนต่อไปก็คือ การตรวจสอบสัญญาณโดยใช้เครื่องออสซิลโลสโคปเพื่อจับรูปคลื่น (Waveform) เพื่อเช็คดูว่าสัญญาณที่เดินทางบนสายเคเบิลส่งไปได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่ หรือมีการลดทอนสัญญาณลงหรือไม่ หรือมีรูปคลื่นที่เพี้ยนไป ตามตัวอย่างในรูปที่ 3

.

รูปที่ 3 การตรวจสอบสัญญาณโดยใช้เครื่องออสซิลโลสโคปเพื่อจับรูปคลื่น (Waveform)

.

• การตรวจสอบสัญญาณชนิดอะนาลอก (Analog Checks) เซนเซอร์สื่อสารโดยการเปลี่ยนสัญญาณเอาต์พุตเป็น 4 mA/20 mA DC Current โดยค่า 4 mA เป็นค่าเอาต์พุตของเซนเซอร์ที่มีค่าเป็นศูนย์ (Zero Sensor-level) และ ค่า 20 mA เป็นค่าเอาต์พุตของเซนเซอร์ที่มีค่าเต็มสเกล (Full Scale Output) หรืออาจจะใช้ 1 VDC-5 VDC หรือ 0 VDC-10 VDC หรือบางครั้งอาจจะเปลี่ยนสัญญาณ 4/20 mA เป็น 2/10 VDC โดยการเพิ่มตัวต้านทานที่มีค่า 500 โอห์มขนานกับโหลด

.

วิธีการตรวจสอบสัญญาณอะนาลอก ทำได้โดยใช้เครื่องมือ Milliamp Clamp Meter เพื่อวัดค่ากระแสไฟฟ้าหรือค่าแรงดันไฟฟ้า ระหว่างเซนเซอร์/Actuator กับ Field Controllers และใช้เครื่องมือ Voltage/Current Sources เพื่อสร้างสัญญาณควบคุมป้อนกลับไปยังคอนโทรลเลอร์ นอกจากนี้ หากยังมีปัญหาเกี่ยวกับตัวเซนเซอร์อีกก็ให้เครื่องมือวัดอื่น ๆ เช่น เครื่องมือวัดความชื้น อุณหภูมิ หรือแรงดัน เพื่อตรวจสอบค่าเที่ยงตรงของค่าที่เซนเซอร์อ่านได้

.

ในกรณีที่เกิดปัญหาเป็นพัก ๆ ไม่แน่นอน ก็สามารถใช้อุปกรณ์วัดชนิด Logging Multimeter หรือออสซิลโลสโคปเพื่อต่อเข้าไปในวงจรควบคุม เมื่อเครื่องมือวัดจับความผิดปกติได้ ช่างเทคนิคก็สามารถตรวจสอบได้ว่าปัญหาเกิดที่ส่วนใดของระบบควบคุมหรือส่วนใดของวงจรไฟฟ้า ปัญหาลักษณะนี้อาจจะเกิดจากอุปกรณ์ชำรุด สายเคเบิลหลวม หรือสภาวะแวดล้อม (อุณหภูมิ ความชื้น) เปลี่ยนแปลง ทำให้อุปกรณ์ หรือระบบทำงานผิดพลาด

.

อาจจะมีสาเหตุอื่น ๆ เช่น การติดตั้งผิดวิธี ซึ่งจะเกิดขึ้นบ่อย ๆ เมื่อมีการปิดปรับปรุง (Renovate) หรือมีการเดินสายเคเบิลที่ไม่มีชีลด์ (Unshielded Network Cabling) ใกล้กับสายไฟฟ้าแรงสูง หรือใกล้กับโหลดไฟฟ้าประเภทอินดักทีฟโหลด หรืออาจจะใช้สายเคเบิลผิดประเภท หรือเดินสายยาวไปก็ได้

.

ปัญหาจากระบบไฟฟ้ากำลัง

ระบบไฟฟ้ากำลังก็สามารถทำให้เกิดปัญหาการสื่อสารกับระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติได้ สามารถทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ ในระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติหยุดทำงาน เมื่อมีการปรับปรุงอาคาร มีการเพิ่มเติมโหลดไฟฟ้าใหม่อาจจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกิน หรือแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล เมื่อมีการติดตั้งคอนโทรลเลอร์รุ่นใหม่ที่ต้องการพลังงาน “สะอาด” ซึ่งระบบไฟฟ้ากำลังเดิมไม่สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าที่ต้องการได้ หรืออุปกรณ์อิเลกทรอนิกส์ที่ติดตั้งเพิ่มเติมสร้างกระแสฮาร์มอนิกส์ขึ้น

.

หากเกิดปัญหากับแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า ขอแนะนำว่าให้ติดตั้งเครื่องมือวัดชนิด Power Quality Analyzer เพื่อตรวจวัดและบันทึกค่าทางไฟฟ้าต่าง ๆ เช่น ค่าแรงดันไฟฟ้า ค่ากระแสไฟฟ้า ค่าแรงดันเกินชั่วขณะ (Swell) ค่าแรงดันตกชั่วขณะ (Voltage Dip) แรงดันไฟฟ้าที่หายไปในช่วงสั้น (Interruption) ค่าฮาร์มอนิกส์ ค่าอินเตอร์-ฮาร์มอนิกส์ ความถี่ทางไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล และกระแสกระชาก (Inrush Current) ค่ากำลังไฟฟ้า และค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ เป็นต้น เพื่อสามารถศึกษาวิเคราะห์นำไปสู่การแก้ปัญหาต่อไป

.

เอกสารอ้างอิง
1.  BMS Maintenance Guide: BSRIA BG 4/2003
2.  Troubleshooting Building Control System-Maintenance Fact: EC&M January 2010
3. 
www.ecmweb.com

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