ระบบควบคุม

กลับไปที่หน้าเริ่มต้น

 			ระบบควบคุม (Control System)
คำนำ  
คำว่าควบคุม ในบทความเรียงนี้ มีขอบเขตในด้านวิศวกรรม แต่ความหมายกว้าง ๆ อันอาจหมายถึง อำนาจที่สามารถกระทำให้สิ่งต่างๆ อยู่ภายไต้อำนาจนั่นเอง
ปัจจุบัน ระบบควบคุม (control system)  ได้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง      เมื่อมองย้อนอดีตไปนานเท่าไรก็จะพบว่า ระบบควบคุมมีมานานมากแล้วในอดีต
จะยกตัวอย่าง ให้มองเห็นภาพถึงความหมายในระบบควบคุมพอสังเขป ความว่า ในด้านวิศวกรรม เราใช้ กลไกทางด้านเครื่องกล (Machanic) และกลไกด้านไฟฟ้า ส่วนด้าน อื่นๆ คือ ด้านเคมี และ ฟิสิกส์อีกด้วย
สมมติว่า ในการเปิดปิดไฟฟ้าแสงสว่าง ให้กับถนน ทางสาธารณะ ในเวลาค่ำคืน แบบเปิดปิดอัตโนมัติ  ก็จะใช้ อุปกรณ์ตรวจจับแสงพระอาทิตย์ หากมืดลงก็สั่งให้สวิตช์ไฟ เปิดไฟให้  ครั้นพอถึงเวลาเช้าก็จะปิดไฟ
สมมติว่า  ถังบรรจุน้ำใช้ขนาดใหญ่ ให้มีระบบควบคุมระดับน้ำอัตโนมัติ  ก็จะสร้างระบบปั๊มน้ำให้มีอุปกรณ์ตรวจจับ ระดับน้ำ (level Sensor)  หากระดับน้ำลดลงถึงระดับที่กำหนด ก็จะสั่งให้เปิดปั๊มน้ำ หรือเปิดวาล์วน้ำเติมน้ำเป็นต้น  
สมมติว่า กาต้มน้ำร้อน มีการควบคุมความร้อนน้ำที่ 75 องศาC แล้วให้ตัดวงจรไฟฟ้า และถ้าต่ำกว่า 40 องศา C ให้ต่อวงจรไฟฟ้าฮีตเตอร์ ต้มน้ำเป็นต้น จะเห็นว่าเราจะต้องมีอุปกรณ์ในการควบคุมที่เรียกว่า ระบบควบคุมนั่นเอง
สมมติว่า ในบ้านใช้เครื่องปรับอากาศ เราจะต้องตั้งอุณหภูมิ ว่าจะให้ห้องมีอุณหภูมิเย็นเท่าไร  ในเครื่องปรับอากาศก็จะต้องมีวงจรไฟฟ้าควบคุมนั้นเอง
จากตัวอย่างที่ยกตัวอย่างมา ใกล้ตัวเราก็เต็มไปด้วยระบบควบคุมทั้งสิ้น แต่วิชาการด้านระบบควบคุมนั้นกว้างไกลหรือครอบคลุมไปในมิติใดบ้างนั้นการจะกล่าวถึงก็ไม่สามารถอธิบายได้หมดเสียทุกเรื่องไม่ จึงต้องตัดแต่ละแง่มุมนำมาศึกษา
เช่่น แบ่งประเภทการควบคุม ว่า เป็นประเภทไหน เช่่นแบ่งเป็น การควบคุมแบบไม่ป้อนกลับ (Open Loop control system ) และ การควบคุมป้อนกลับ (close loop Feed back control system) แล้ววิชาการแขนงนี้ก็เกิดจากการแบ่ง
ประเภทการควบคุมนี้นั่นเอง วงจรควบคุมป้อนกลับ (Close loop control) หรือการควบคุมอัตโนมัติในตำราเรียนก็จะมีบทเรียนหลาย บท รวมอยู่ในตำรา 1 เล่ม

ตัวอย่างในการใช้งานจริงในโรงงานอุตสาหกรรมหรือในชีวิตประจำวัน
1.) การควบคุมความเร็ว (Speed Control) มอเตอร์ตัวเดียวอิสระ
2.)การควบคุม ความร้อนเช่นเตาอบ ที่ความร้อนสูง 1,000 องศาเซลเซียส หรือการต้มน้ำให้ร้อน แต่ไม่ใช่น้ำเดือด
3.)การควบคุมชิ้นงานให้เคลื่อนที่ไปกับระบบสายพานลำเรียง
4.)เครื่องจักรผลิตชิ้นงานที่มีอุปกรณ์หลายชนิดทำงานพร้อมกันหรือมีจังหวะตามมุมการหมุนแต่ละ 1 รอบ มุม 360 องศาเช่นเครื่องขึ้นรูปชิ้นงาน หม้อ กะทะ ถ้วย เป็นต้น
5.)การควบคุมตำแหน่งของอุปกรณ์เช่น  ตำแหน่งปืนในรถถัง,  ตำแหน่งวาล์วควบคุมอัตราการไหลของของเหลว, ตำแหน่งของประตู ,ตำแหน่ง ปีกเครื่องบิน ฯ
	จากตัวอย่างจะเห็นความแตกต่าง และไม่สามารถใช้วิธีการควบคุมอัตโนมัติแบบเดียวกันได้ ต้องเลือกวิธีการควบคุมให้เหมาะสมกับลักษณะจำเพาะของงานนั้น ๆ
การแบ่งชนิดของกระบวนการ อาจแบ่งได้เป็น การที่โปรเซสทำงานต่อเนื่อง  และ การทำงานตามลำดับตามเวลาตามเงื่อนไขเรียงกันไป และ การที่ทำงานเรียลไทม์ทันทีทันใด
การควบคุมความเร็วในระบบควบคุมป้อนกลับอัตโนมัติ ก็จะต้องใช้ เซ็นเซอร์วัดความเร็วป้อนกลับมาที่ตัวควบคุม
การควบคุมความร้อนก็จะต้องใช้เซ็นเซอร์วัดค่าอุณหภูมิ ป้อนกลับมาที่ ตัวควบคุมเพื่อปรับแก้ค่าพลังงานให้เหมาะกับเวลานั้น ๆ ตลอดเวลาต่อเนื่อง แบบลิเนียร์
การควบคุมตำแหน่ง (Position) ก็จะต้องมีอุปกรณ์วัดตำแหน่งป้อนกลับมาที่ตัวควบคุมเพื่อปรับแก้ให้ได้มุมตำแหน่งที่กำหนดตลอดเวล หากตำแหน่งไม่ตรง ก็จะปรับอัตโนมัติ
มีการควบคุมอย่างหนึ่งที่กระบวนการเป็นแบบ มีขั้นตอนเรียงไปตามจังหวะเวลา  การควบคุมอาจจะเป็นแบบไม่ต้องป้อนกลับแต่จะเรียกตัวควบคุมว่า ซีเควนเซอร์ (Sequencer )
 หรือมีชื่อเรียก อีกอย่างว่า PLC (Programmable logic Controller)  จะทำงานตามเงื่อนไขเป็นขั้น ๆ เหมือนบันได จึงมีคำว่า Ladder ถูกใช้เรียกตัวโปรแกรมของ PLC นี้อีกด้วย
และบางระบบอาจต้องใช้ การควบคุมแบบเรียลไทม์เนื่องจากตัวแปรของอุปกรณ์การทำงานมีค่าตัวแปร เปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลา เช่นเครื่องบรรจุน้ำหวานใส่ขวดแล้วปิดฝา
ในบางเครื่องจักรในระบบDCS( Digital control system)  ทำงานแบบเรียลไทม์ มีอุปกรณ์เซ็นเซอร์และอุปกรณ์กำลังเช่นมอเตอร์ อยู่จำนวนมาก จะต้องใช้ระบบสื่อสารเครือข่าย
เช่นระบบ LAN (Local area network) การรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ หรือการสั่งงานเช่นความเร็วรอบมอเตอร์แต่ละตัว  จะมีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้น อุปกรณ์ทุกชนิด
บนระบบที่ว่านี้ จะส่งและรับข้อมูล เป็นดิจิตอลในเครือข่าย ระหว่างตัวควบคุมที่เป็นคอมพิวเตอร์ กับ อุปกรณ์ต่างๆ เช่น drive ที่จะขับมอเตอร์ ว่าให้หมุนด้วยความเร็วเท่าไร
ในเวลานั้น และ การสื่อสารกับอุปกรณ์วัดค่าความเร็วรอบมอเตอร์(Tacho meter, Encorder) ป้อนกลับมาที่คอมพิวเตอร์ก็จะส่งมาในระบบเครือข่าย LAN นี้นั่นเอง
ดังนั้น ในปัจจุบันการทำงานของระบบควบคุม จะทำงานในระบบเครือข่ายสื่อสารดิจิตอล ซึ่งมีศูนย์กลางเป็นคอมพิวเตอร์ ถ้าใหญ่มากอาจต้องใช้ซูปเปอร์คอมพิวเตอร์มา
เป็นตัวควบคุม และสื่อสารกับอุปกรณ์ต่างๆ ผ่านเครือข่ายสื่อสารเฉพาะ ๆ ของแต่ละผู้ผลิตสร้างขึ้นมาเฉพาะงานเช่นเดียวกับระบบ Lan ในช่วงเริ่มต้น  ปัจจุบันอุปกรณ์
ต่างๆ ในระบบควบคุมอัตโนมัติ จึงเป็นอุปกรณ์ สมาร์ท ที่มี พอร์ทสือสารnetwork  ติดตั้งมาด้วย  ทดแทนระบบอนาล็อก เดิมๆ ที่ใช้ สัญญาณ 4-20 มิลลิแอมป์
หรือ สัญญาณ 1-5 โวลท์หรือ ดิจิตอล สัญญาณอนุกรม RS-232  หรือ RS-485 

wording ในระบบควบคุม
SV   		Set Value
PV		Process Value
MV		Manipulate Value
P 		Proportional
I		Integrate
D		Differencial
Unit Step test
Lead
Lag
Trial and error Tune
Positioning Control 
Regulater
Govanor
Synchronus motor  3 phase
oscillation
Damp
disturbance
transportation time
Transmitter
Transducer
sensor
expert control system
Temperature control
level control
Pressure control
PLC 			Programmable Logic control
Sequencial control (PLC)
Final control Element (Equipment)
Positioner
air cylinder
Hydraulic cylinder
Solenoid Valve
Relay
Manetic contactor
thermal over load relay
MMI 			Man Machine Interface
DCS
Air motor
Hydraulic motor
Pneumatic
Electric
Hydraulic
Process control
response time
Photo electric sensor
Tacho Generator 
Actuator
limit switch
reed switch
Pressure transmitter
PI			Pressure Indicator
FI			Flow Indicator
Thermo couple
Volt meter
current Meter
HPU			Hydraulic power unit
Air compressure
single loop control
Steady state		สภาวะคงตัว	
	

ระบบไฮดรอลิกส์ Hydraulic System
ความหมายของระบบไฮดรอลิกส์ เป็นระบบที่มีแรงกำลังในการกระทำต่อ วัตถุรอบข้างให้เคลื่อนที่ แทนแรงกำลังของมนุษย์ โดยใช้ของเหลวชนิดไม่ยุบตัวในภาวะมีแรงดัน
ส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิกส์
1.) HPU   Hydraulic power unit  หน้าที่ของต้นกำลังในระบบไฮดรอลิกส์ เพื่อทำให้น้ำมันไฮดรอลิกส์มีแรงดัน(Pressure) จะประกอบด้วยปั๊มน้ำมันไฮดรอลิกส์  วาล์วต่างๆ  เกจวัดความดัน  ระบบระบายความร้อรน้ำมัน
หม้อกรองน้ำมัน  เกจวัดระดับน้ำมันไฮดรอลิกส์ในถังน้ำมัน อุปกรณ์ท่อน้ำมัน  มอเตอร์, Accumulator, อุปกรณ์ควบคุมความดันน้ำมันไฮดรอลิกส์ เป็นต้น
2.)วาล์วไฮดรอลิกส์ จะมีตั้งแต่ ปิดเปิดด้วยคน  เรียกแมนนวลวาล์ว (Mannaul Valve) , วาล์วที่เปิด ปิดด้วยไฟฟ้า เรียก โซลีนอยด์วาล์ว (Solenoid valve)
ลักษณะใช้งานของวาล์ว ขึ้นอยู่กับแต่ละงาน ส่วนมากจะใช้ในการควบคุมกระบอกไฮดรอลิกส์ ให้ทำหน้าที่ผลัก หรือดึงชิ้นงานเป้าหมาย หรือควบคุม มอเตอร์ไฮดรอลิกส์หมุนซ้าย หรือหมุนขวา เป็นต้นวา
นอกจากนี้ยังมีวาล์วไฮดรอลิกส์ที่ทำงานแบบพิเศษ อื่นๆ เช่น Proportional Valve  วาล์วชนิดนี้ สามารถควบคุมให้เปิดแบบสัดส่วนได้คือเปิดน้อยๆ ถึงเปิดมากมากเป็นต้น วาล์วบางชนิดจะเปิดเมื่อแรงดันเกินกว่าที่ตั้งไว้
เรียกวาล์วชนิดนี้ว่า Release Valve ในปัจจุบัน ขนาดจะกำหนดให้เป็นพื้นฐาน ISO Valve ทำให้สามารถทดแทนด้วยแบนด์ยี่ห้ออื่น ๆ ทดแทนกันได้
4.)กระบอกไฮดรอลิกส์ (Hydraulic Cylinder) เป็นอุปกรณ์ ที่ใช้น้ำมันป้อนเข้าไปในกระบอกเพื่อให้แกนของกระบอกไฮดรอลิกส์เคลื่อนที่ เข้า หรือเคลื่อนที่ออก เพื่อไป ผลักหรือดึงชิ้นงานให้เคลื่อนที่
5.)มอเตอร์ไฮดรอลิกส์ (Hydraulic Motor)  เป็นมอเตอร์ที่หมุนได้โดยน้ำมันไฮดรอลิกที่มีแรงดัน
6.)ไฮดรอลิกส์ปั๊ม  (Hydraulic Pump) ทำหน้าที่สร้างแรงดันไฮดรอลิกส์นั่นเอง  มีหลายชนิด เรียกตามวิธีการทำงาน เช่น Piston Pump, Vane Pump, Gear Pump, trochoid Pump เป็นต้น
บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ไฮดรอลิกส์
1.)Rexroth
2.)Vickers
3.)Parker
4.)Taiyo
5.)Horiuchi
6.)Yuken
7.)Continental
8.)MOOG 
9.)Enerpac
10.)Sun Hydraulics
11.)HYDAC
12.)Bosch
13.)Vogel
14.)Eaton
15.)Sauer Danfoss
16.)Linde Hydraulics
17.NOK
18.)SAKAGAMI
19.)Valqua
ข้อดีของระบบไฮดรอลิกเมื่อเทียบกับระบบลม (Pneumatic) และระบบไฟฟ้าแล้ว ระบบไฮดรอลิกส์จะให้กำลัง(power) มากกว่า
ตัวอย่างประยุกต์ใช้งาน บนระบบ เครื่องบินจะมีระบบไฮดรอลิกส์ใช้งานอยู่ เพื่อทำหน้าที่ ขยับอุปกรณ์ในตัวเครื่องบินให้เงยเชิดหัวเครื่องบิน (Pitch)ขึ้นหรือก้มลง ,  บังคับFlap ที่ปีกเครื่องบินให้ต้านลมมากน้อย , บังคับชุด เกียร์ (Gear) 
ให้กางล้อออกมาไต้เครื่องบิน หรือเก็บล้อเข้าในลำตัวเครื่องบิน , รวมถึงระบบปั่นไฟในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้ปั๊มไฮดรอลิกส์ติดใบพัด ยื่นออกมารับความเร็วลมส่งแรงดันไฮดรอลิกส์ไปขับที่มอเตอร์ไฮดรอลิกส์ให้ เป็นตัวขับ เจนเนอเรเตอร์ไฟฟ้า 
ผลิตไฟฟ้าให้เครื่องบินในภาวะฉุกเฉิน ได้อีกด้วย
ในโรงงานอุตสาหกรรม ใช้ไฮดรอลิกในการผลัก หรือดึงชิ้นส่วนของเครื่องจักร ให้เคลื่อนที่ตามกำหนด เช่นผลักให้ล้อกดชิ้นงาน  ยกอุปกรณ์ให้มีระดับสูงต่ำ ,  ให้ Clamp ปากจับ จับชิ้นงาน ,กดอัดชิ้นงานให้มีขนาดเล็กลง หรือใหญ่ขึ้น , ปิด เปิดประตูเครื่องจักร
ใช้ในอุปกรณ์ ลิฟเตอร์แบขากรรไกร ,ใช้ในเครื่องPress เพื่อกดอัดชิ้นงานโลหะให้เป็นรูปร่างตามกำหนด ,ใช้เป็นอุปกรณ์ผลักให้ใบเลื่อยขนาดใหญ่ ตัดชิ้นงานโลหะขนาดใหญ่ ,บางเครื่องจักร์ก็ใช้ดึงชิ้นงานให้เคลื่นที่ไปบนรางล้อเลื่อน 
บางเครื่องจักรก็ใช้ดันชิ้นงานให้เข้าไปในเตาอบชิ้นงาน , เรียกว่าจุดไหนที่เคลื่อนไหวได้ ก็จะมีระบบไฮดรลิกส์อยู่ที่นั้น เป็นต้น 

การเรียนในห้องทดลองวิชาระบบควบคุม มีภาพตัวอย่างการเรียนการสอน อุปกรณ์ ผลิตโดยบริษัท feedback ของปรเทศอังกฤษ