ทำงานด้วยพีแอลซี Allen Bradley (ตอนที่ 7)
      วัชรชัย สิทธิพันธ์

     จากที่เราได้ศึกษาทำความเข้าใจถึงการทำงานและการนำไปใช้งานกับคำสั่งของพีแอลซี MicroLogix ชนิดรีเลย์ Timer และ Counter ซึ่งเป็นคำสั่งพื้นฐานไปแล้ว ในตอนนี้เราจะนำคำสั่งเหล่านี้มาเขียนโปรแกรมแลดเดอร์เพื่อควบคุมการทำงานของกระบวนการหรือเครื่องจักรด้วยโปรแกรม RSLogix500 ซึ่งเป็นโปรแกรมสำหรับเขียนแลดเดอร์ของพีแอลซี MicroLogix โดยจะยกตัวอย่างระบบควบคุมการผสมของเหลว (Blending Systems)

ขั้นตอนพื้นฐานสำหรับการวางแผนงานระบบควบคุมกระบวนการ

      ขั้นตอนพื้นฐานสำหรับการวางแผนงานระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับควบคุมกระบวนการหรือเครื่องจักรนั้นเป็นขั้นตอนที่ช่วยให้เราทำงานได้สะดวกเป็นลำดับขั้นตอน และรวดเร็วสำหรับการเขียนโปรแกรมควบคุมระบบอัตโนมัติด้วยพีแอลซี อย่างไรก็ตามนั้น ขั้นตอนในการวางแผนงานนั้นก็มีหลายทางแต่จะขอยกตัวอย่างขั้นตอนเบื้องต้นดังแสดงในรูปที่ 1

      ขั้นตอนพื้นฐานสำหรับการวางแผนงานระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับควบคุมกระบวนการหรือเครื่องจักรนั้นเป็นขั้นตอนที่ช่วยให้เราทำงานได้สะดวกเป็นลำดับขั้นตอน และรวดเร็วสำหรับการเขียนโปรแกรมควบคุมระบบอัตโนมัติด้วยพีแอลซี อย่างไรก็ตามนั้น ขั้นตอนในการวางแผนงานนั้นก็มีหลายทางแต่จะขอยกตัวอย่างขั้นตอนเบื้องต้นดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 ขั้นตอนพื้นฐานสำหรับการวางแผนงานระบบควบคุมกระบวนการ

     1. แยกกระบวนการออกเป็นกลุ่มย่อย
     กระบวนการที่เราจะควบคุมนั้นจะประกอบไปด้วยแต่ละกลุ่มงานย่อย ๆ เราจะแยกกระบวนการที่จะควบคุมนี้ออกเป็นกลุ่มย่อย 

รูปที่  2 ระบบผสมของเหลว

-   กำหนดแบ่งพื้นที่ของกระบวนการ
     หลังจากที่เรากำหนดกระบวนการที่จะควบคุมแล้วนั้น เราจะแบ่งกระบวนการนี้ออกเป็นกลุ่มย่อยหรือแบ่งพื้นที่ย่อยโดยหลักการแบ่งกลุ่มก็พิจารณาจากการทำงานที่สัมพันธ์กัน

รูปที่ 3 กลุ่มย่อยของระบบผสมของเหลว

     จากระบบผสมของเหลวเราแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยได้ตามรูปที่ 3 โดยแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มย่อย 
- กลุ่ม  A ส่วนผสม A 
- กลุ่ม B ส่วนผสม B
- กลุ่ม C ถังผสม
- กลุ่ม D วาล์วถ่ายออก

     2. อธิบายการทำงานของแต่ละกลุ่ม
      เมื่อเราอธิบายการทำงานของแต่ละกลุ่มในกระบวนการเราไม่ได้กำหนดเฉพาะกลุ่มเท่านั้นแต่รวมไปถึงอุปกรณ์อื่นที่อยู่ในแต่ละกลุ่มเช่น
- สิ่งที่เกี่ยวข้องทางไฟฟ้า ทางกลและลอจิกอินพุต/เอาต์พุตของแต่ละกลุ่ม
- สิ่งที่เกี่ยวข้องสัมพันธ์กัน (Interlock) ของแต่ละกลุ่ม

     ตัวอย่างระบบผสมของเหลวในงานอุตสาหกรรมจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์คือ เครื่องสูบ มอเตอร์ไฟฟ้า และวาล์ว เราอธิบายหน้าที่การทำงานของแต่ละอุปกรณ์และความเกี่ยวข้องกันในการทำงานของแต่ละอุปกรณ์

 

 

     3. กำหนดความปลอดภัยที่ต้องการ
   การตัดสินใจในการเพิ่มอุปกรณ์ที่จำเป็นในการสร้างความปลอดภัยให้กับกระบวนการนั้นเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง
วิธีหนึ่งที่สำคัญคือการกำหนดวงจรไฟฟ้าที่ทำให้เกิดความปลอดภัยกับกระบวนการโดยที่วงจรไฟฟ้านี้ไม่ขึ้นกับพีแอลซี
การออกแบบความปลอดภัยสามารถทำตามขั้นตอนได้ดังต่อไปนี้

- กำหนดลอจิก การ Interlock ทางไฟฟ้า/ทางกลระหว่างกลุ่มในกระบวนการ
- ออกแบบวงจรไฟฟ้าให้ระบบสามารถทำงาน Manual ได้เมื่อเกิดกรณีฉุกเฉิน
- กำหนดความปลอดภัยที่ต้องการในอนาคตสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยของกระบวนการ

     ตัวอย่างระบบผสมของเหลว
     สวิตซ์หยุดฉุกเฉินจะหยุดการทำงานของอุปกรณ์ดังต่อไปนี้โดยไม่เกี่ยวข้องกันกับพีแอลซี
- Feed Pump (P1)
- Feed Pump (P2)
- Agitator Motor
- Valve

     สวิตซ์หยุดฉุกเฉินจะติดตั้งอยู่ในส่วนการปฏิบัติการ
     สถานะหยุดเมื่อสวิตซ์หยุดฉุกเฉินทำงานจะส่งสัญญาณเข้าอินพุตของพีแอลซี

     4. กำหนดการแสดงผลการทำงานและการควบคุม
     ทุก ๆ กระบวนที่เราควบคุมนั้นจำเป็นจะต้องมีการแสดงผลการทำงานอุปกรณ์สั่งงานสำหรับควบคุมเพื่อที่จะบ่งบอกสถานะการทำงานให้ผู้ใช้งานนั้นทราบและสามารถควบคุมการทำงานของกระบวนการได้ สำหรับการแสดงผลและการควบคุมนั้นก็มีหลายรูปแบบตั้งแต่แสดงผลด้วยหลอดไฟควบคุมด้วยสวิตซ์ ไปจนถึงการแสดงผลและควบคุมด้วย HMI (Human Machine Interface)

      สำหรับการควบคุมระบบผสมจากตัวอย่างนั้นเราจะใช้สวิตซ์ในการสั่งควบคุมการทำงานและแสดงผลการทำงานด้วยหลอดไฟแสดงผล

     รูปที่ 4 Blending Process Control Panel

     5. กำหนดพีแอลซี
      หลังจากที่เราแบ่งกลุ่มและกำหนดหน้าที่การทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นที่เรียบร้อยแล้วเราก็มากำหนดพีแอลซี จำนวนอินพุต/เอาต์พุต ของพีแอลซีที่จะใช้งานโดยสิ่งที่เราจะต้องกำหนดคือ
- ชนิดของพีแอลซี
- จำนวนอินพุต/เอาต์พุตของพีแอลซี
- คุณสมบัติของอินพุต/เอาต์พุต

     จากตัวอย่างระบบผสมของเหลวนั้นเราเลือกพีแอลซี MicroLogix1200 มาควบคุมการทำงานสำหรับอินพุต/เอาต์พุตของพีแอลซีนั้นเราต้องกำหนดอินพุต/เอาต์พุตที่จะใช้งานของระบบโดยที่เราจะไม่นำ Emergency Stop เข้ามาเป็นอินพุตของพีแอลซีให้เป็นวงจรภายนอกไม่เกี่ยวกันกับโปรแกรม

 

 

 รูปที่ 5 Blending Control Systems

     จากตารางที่เราแจกแจงจำนวนอินพุตและเอาต์พุตที่จะใช้งานของระบบผสมของเหลวจำนวนอินพุตที่ใช้ 8 อินพุต และจำนวนเอาต์พุตที่ใช้ 13 เอาต์พุต ดังนั้นเราเลือกใช้พีแอลซี MicroLogix1200 ขนาด 40I/O ซึ่งมีจำนวนอินพุต = 24 และ เอาต์พุต = 16
     เมื่อเราเลือกรุ่นของพีแอลซีที่จะใช้งานเป็นที่เรียบร้อยแล้วเราก็มากำหนดอินพุต/เอาต์พุตของพีแอลซีตามตารางอินพุต/เอาต์พุตที่เรากำหนดไว้ก่อนหน้าแล้วโดยเราจะกำหนดแอดเดรสให้กับอินพุต/เอาต์พุต

 

เขียนโปรแกรม
     เมื่อกำหนดรายละเอียดของอินพุต/เอาต์พุตเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ทีนี้ก็จะเป็นขั้นตอนการเขียนโปรแกรมแลดเดอร์ด้วยโปรแกรม RSLogix 500 ก่อนอื่นเราต้องเปิดโปรแกรม RSLogix 500 จากนั้นเลือกรุ่นของพีแอลซีให้ตรงกันกับที่เราเลือกใช้งานโดยสำหรับการควบคุมระบบผสมของเหลวนี้ เราเลือกพีแอลซี MicroLogix 1200 Series C

รูปที่ 6 กำหนดพีแอลซี

     เมื่อเราเปิดโปรเจ็กต์หรือสร้างโปรเจ็กต์ใหม่นั้นจะเห็นโปรเจ็กต์ทรีทางด้านซ้ายมือโดยจะแสดงโฟลเดอร์และไฟล์ทั้งหมดที่มีในโปรเจ็กต์เครื่องหมายลบ (-) นั้นแสดงว่าได้แสดงไฟล์ที่มีในโฟลเดอร์แล้วและสามารถคลิกที่เครื่องหมายลบเพื่อซ่อนไฟล์ที่แสดงอยู่ เครื่องหมายบวก (+) นั้นแสดงว่าโฟลเดอร์นั้นประกอบด้วยไฟล์ที่ยังไม่ได้แสดงสามารถคลิกที่เครื่องหมายบวกเพื่อแสดงไฟล์ที่มีอยู่ในโฟลเดอร์ เราสามารถที่จะเปลี่ยนชื่อไฟล์ได้แต่ไฟล์ SYS0 และ SYS1 นั้นเป็นไฟล์ภายในไม่สามารถเปลี่ยนชื่อได้

     เมื่อต้องการเปิดโปรแกรมไฟล์ให้ดับเบิ้ลคลิกไอคอนในโปรเจ็กต์ทรี โดยไฟล์แลดเดอร์นั้นจะอยู่ทางด้านขวามือของหน้าต่างโปรแกรม RSLogix 500 โดยทั่วไปแล้วนั้นไฟล์หมายเลข 2 จะเป็นไฟล์โปรแกรมหลัก เราสามารถที่จะเขียนแลดเดอร์ในไฟล์โปรแกรมหลักอย่างเดียวซึ่งเป็นการเขียนโปรแกรมแบบเชิงเส้น (Linear Programming) แต่ในกรณีที่ระบบมีความซับซ้อน มีกลุ่มย่อยที่จะควบคุมหลาย ๆ กลุ่มเราสามารถสร้างไฟล์โปรแกรมย่อยขึ้นมาและเรียกใช้งานซึ่งการเขียนโปรแกรมแบบนี้จะเรียกว่าแบบโครงสร้าง (Structured Programming) จะช่วยให้เรามีความสะดวกในการเขียนโปรแกรม เพราะเราสามารถแบ่งโปรแกรมออกเป็นกลุ่มย่อย ๆ ง่ายทั้งในการเขียนและการตรวจสอบ  

รูปที่ 7 การโปรแกรมแบบเชิงเส้นและแบบโครงสร้าง

     สำหรับการเริ่มต้นเขียนโปรแกรมคลิกที่ Rung สุดท้ายแล้วเลือกไอคอนสำหรับสร้าง Rung ใหม่จากแถบเครื่องมือจากนั้นคลิกคำสั่งเพื่อวางคำสั่งบน Rung เราสามารถวางคำสั่งได้หลาย ๆ คำสั่งจากซ้ายไปขวา

รูปที่ 8 เริ่มต้นเขียนแลดเดอร์

     เราสามารถเปลี่ยนชื่อของไฟล์โปรแกรมใหม่ได้โดยคลิกขวาที่ไฟล์โปรแกรม LAD 2 จากนั้นก็พิมพ์ชื่อใหม่ที่เราต้องการและถ้าหากต้องการสร้างไฟล์โปรแกรมย่อยก็ให้คลิกขวาที่ Program Files แล้วเลือก New เพื่อสร้างไฟล์โปรแกรม

รูปที่ 9 สร้างไฟล์โปรแกรมใหม่ และ เปลี่ยนชื่อไฟล์โปรแกรม

     จากระบบผสมของเหลวจะเห็นว่าระบบนั้นไม่ได้มีความซับซ้อนมากเราสามารถเขียนแลดเดอร์ภายในไฟล์โปรแกรมหลักอย่างเดียวก็ได้ ทีนี้เรามาเริ่มเขียนโปรแกรมกันเลย
     ระบบผสมของเหลวนั้นมีโหมดควบคุมการทำงานสองโหมดด้วยกันคือโหมดที่ทำงานเป็นรอบ (Batch) และโหมดทำงานต่อเนื่อง (Continuous) สองโหมดจะแตกต่างกันตรงที่การทำงานเป็นรอบจะต้องกดปุ่มสตาร์ทให้ระบบทำงานโดยที่ทำงานรอบเดียว หากต้องการให้ทำงานอีกก็ต้องกดปุ่มสตาร์ทใหม่แต่สำหรับการทำงานแบบต่อเนื่องนั้นเมื่อเลือกสวิตซ์เลือกโหมดไปที่ Continuous Mode ระบบจะเริ่มทำงานและทำงานอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะหยุดระบบสำหรับลำดับการทำงานในการผสมนั้นเหมือนกันทั้งสองโหมด

     ลำดับที่ 1 เราจะเขียนแลดเดอร์ตามลำดับจังหวะการทำงานโดยที่เราจะค่อย ๆ เพิ่มอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นจังหวะเริ่มแรกนั้น ระบบของเราจะเริ่มต้นการทำงานเมื่อมีการกดปุ่มสตาร์ทโดยที่สถานะก่อนหน้านั้นจะต้องไม่มีของเหลวอยู่ในถังผสมนั่นหมายความว่าสวิตซ์ลูกลอย LS 3 จะต้องไม่ทำงานเรานำคอนแท็กต์ปกติปิดของ LS 3 มาใช้โดยที่แอดเดรสของ สวิตซ์ลูกลอย LS 3 คือ I:0/3 โดยที่แอดเดรสของอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตนั้นอ้างอิงตามตารางที่เรากำหนดไว้ก่อนหน้าแล้ว เมื่อสวิตซ์สตาร์ทถูกกด Feed Pump P1 สำหรับสูบของเหลว A จะทำงานเรานำคอนแท็กต์ปกติเปิดของ Feed Pump P1 มาขนานกับคำสั่งที่ใช้สตาร์ทการทำงานเพื่อคงค้างสภาวะการทำงานเอาไว้ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า Interlock หรือเราอาจจะใช้คำสั่ง Latch ก็ได้ ตามด้วย Inlet Valve V1 และ Feed valve V2 จะเปิดเมื่อ Feed Pump P1 ทำงานไปแล้ว 1 วินาทีโดยเราใช้ Timer TON หน่วงเวลาในการเปิดวาล์ว

รูปที่ 10 การกำหนดรายละเอียดและสัญลักษณ์ให้กำแอดเดรสภายในโปรแกรม

    

      ลำดับที่ 2 เมื่อระดับของเหลวในถังเพิ่มขึ้นจนถึงระดับสวิตซ์ลูกลอย LS 2 คอนแท็กต์ของสวิตซ์ลูกลอยจะทำงานและหยุดการทำงานของ Feed Pump P1 และสั่งให้ Feed Pump P2 ทำงานเพื่อสูบของเหลว B เข้ามายังถังผสมและเช่นเดียวกัน Inlet Valve V3 และ Feed valve V4 จะเปิดเมื่อ Feed Pump P2 ทำงานไปแล้ว 1 วินาที เรานำคอนแท็กต์ปกติเปิดของสวิตซ์ลูกลอย LS 2 เป็นตัวสั่งให้ Feed Pump P2 ทำงานโดยคอนแท็กต์อนุกรมกับคอนแท็กต์ปกติเปิดของ Feed Pump P1 นั่นหมายความว่าจังหวะนี้จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อหลังจากที่ Feed Pump P1 ทำงานแล้วก็คือสามารถทำงานได้หลังจากจังหวะก่อนหน้า ในขณะเดียวกันเรานำคอนแท็กต์ปกติปิดของ Feed Pump P2 ไปอนุกรมกับคอยล์ของ Feed Pump P1 เพื่อหยุดการทำงานของ Feed Pump P1 เมื่อ Feed Pump P2 ทำงาน

 

    

 

    ลำดับที่ 3 เมื่อระดับของเหลวในถังเพิ่มขึ้นจนถึงระดับสวิตซ์ลูกลอย LS 1 คอนแท็กต์ของสวิตซ์ลูกลอยจะทำงานและหยุดการทำงานของ Feed Pump P2 และสั่งให้ Agitator M1 โดยที่เรานำคอนแท็กต์ปกติเปิดของสวิตซ์ลูกลอย LS 1 อนุกรมกับคอนแท็กต์ของ Feed Pump P2 เป็นตัวสั่งให้ Agitator M1 ทำงานและนำคอนแท็กต์ปกติปิดของ Agitator M1 อนุกรมกับคอยล์ของ Feed Pump P2 เพื่อที่จะหยุดการทำงานของ Feed Pump P2

 

    

 

    ลำดับที่ 4 เมื่อมอเตอร์ Agitator M1 ทำงานเพื่อกวนของเหลวในถังให้เข้ากัน เรากำหนดให้มอเตอร์ทำงานเป็นเวลา 5 นาที เราใช้ Timer TON โดยกำหนดเวลาในการทำงาน 300 วินาที เมื่อครบเวลาที่กำหนดก็จะหยุดการทำงานของมอเตอร์ Agitator M1และสั่งให้ Drain Valve V5 เปิดเพื่อระบายของเหลวออกไปยังกระบวนการถัดไป เรานำคอนแท็กต์ปกติเปิดของ Timer T4:2 เป็นตัวสั่งให้ Drain Valve V5 เปิดและเรานำคอนแท็กต์ปกติปิดของ Drain Valve V5 ไปอนุกรมกับคอยล์ของ Agitator M1 เพื่อหยุดการทำงานของ Agitator M1 และ Drain Valve V5 จะปิดก็ต่อเมื่อของเหลวระบายออกหมดถังนั่นก็คือสวิตซ์ลูกลอย LS 3 หยุดทำงานเรานำคอนแท็กต์ปกติเปิดของสวิตซ์ลูกลอย LS 3 มาอนุกรมกับคอยล์ของ Drain Valve V5

 

 

 

 

     ลำดับที่ 5 จากลำดับข้างต้นนั้นเราก็ได้จังหวะการทำงานของระบบผสมของเหลวตั้งแต่ต้นจนจบกระบวนการแต่การทำงานของระบบผสมของเหลวนั้นแบ่งการทำงานเป็นสองโหมดคือแบบเป็นรอบและแบบต่อเนื่องดังที่ได้อธิบายการทำงานไว้ข้างต้นเราจะเพิ่มคอนแท็กต์ของสวิตซ์สำหรับเลือกโหมดเพิ่มเข้าไปในแลดเดอร์ เราเพิ่มคอนแท็กต์ปกติเปิดของสวิตซ์เลือกโหมดการทำงานทั้งสองลงไปในแลดเดอร์ Rung 0000

    ลำดับที่ 6 เมื่อเราเลือกสวิตซ์เลือกโหมดไปที่ตำแหน่ง OFF นั่นคือ คอนแท็กต์ปกติเปิด I:0/0 และ I:0/1 ไม่ทำงานระบบจะต้องหยุดทันทีเราจึงนำคอนแท็กต์ปกติเปิดของ I:0/0 และ I:0/1 ขนานกันแล้วไปอนุกรมกับเอาต์พุตคอยล์ Feed Pump P1, Feed Pump P2, Valve V1, V2, V3, V4, V5 และ Agitator M1

     ลำดับที่ 7 เรากำหนดหน้าที่การทำงานของเซนเซอร์วัดการไหลให้ตัดการทำงานของเครื่องสูบเมื่อไม่มีสัญญาณจากเซนเซอร์หลังจากที่เครื่องสูบทำงานไปแล้ว 10 วินาทีดังนั้นเราจึงเขียนแลดเดอร์เพื่อตัดการทำงานของเครื่องสูบโดยที่เรานำคอนแท็กต์ปกติของ Feed Pump ที่แสดงการทำงานของ Feed Pump อนุกรมกับคอนแท็กต์ปกติปิดของเซนเซอร์วัดการไหลและใช้ Timer TON จับเวลา 10 วินาทีหากสถานะดังกล่าวเป็นจริงก็จะสั่งให้ B3:0/1 หรือ B3:0/2 ทำงานซึ่งเป็นสถานะของการที่ไม่มีการไหลของของเหลวเรานำคอนแท็กต์ปกติปิดของ B3:0/1 หรือ B3:0/2 ไปอนุกรมกับคอยล์ของ Feed Pump เพื่อตัดการทำงานและเรากำหนดให้รีเซตสถานะดังกล่าวเมื่อเลือกสวิตซ์เลือกโหมดไปที่ตำแหน่ง OFF

 

    ลำดับที่ 8 สำหรับหลอดไฟแสดงผลนั้นเราก็นำคอนแท็กต์อนุกรมกับคอยล์เอาต์พุตของหลอดแต่ละหลอดโดยแสดงใน Rung 0009-0013 จากนั้นเราก็ได้โปรแกรมสำหรับควบคุมระบบผสมของเหลว

 

 

 

 

 

 

 

     จากตัวอย่างระบบผสมของเหลวนั้นเรานำคำสั่งเบื้องต้นของพีแอลซี MicroLogix มาใช้งานซึ่งคงจะพอเป็นแนวทางในการเขียนแลดเดอร์สำหรับควบคุมกระบวนการต่าง ๆ ในงานอุตสาหกรรม