ระบบ PLC/PC

พื้นฐานการออกแบบระบบควบคุมที่ใช้ PLC/PC อย่างปลอดภัย
( Fundamental of Control safety )

ในการเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของเครื่องจักร หรือ กระบวนการผลิตต่างๆ สิ่งที่จำเป็นจะต้องคำนึงถึงเป็นอันดับแรกคือ ความปลอดภัย ของผู้ปฏิบัติงาน หรือผู้ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรหรือกระบวนการผลิต นั้นๆ ซึ่งจะต้องมีความปลอดภัยทุกสภาวะ เช่น ในสภาวะการทำงานปกติ , สภาวะที่เกิดความผิดปกติเกิดขึ้น หรือ ในสภาวะที่มีการหยุดแบบฉุกเฉิน (Emergency stop) นอกจากนั้นยังต้องคำนึงถึงความปลอดภัยของเครื่องจักร และกระบวนการผลิตด้วย

ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ผู้เขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของเครื่องจักรและกระบวนการผลิตเหล่านั้น ต้องทราบสถานะที่ปลอดภัยที่สุดของอุปกรณ์ทำงานแต่ละตัว และพิจารณาให้ไม่เกิดสภาวะที่เสี่ยงอันตรายเกิดขึ้น และถ้ามีสถานที่ ,ขั้นตอนการทำงานหรือกระบวนการใด มีความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายเกิดขึ้น จะต้องมีการใช้อุปกรณ์ในการป้องกันอันตรายที่จะเกิดขึ้นที่จุดนั้นด้วย ซึ่งในปัจจุบันได้มีการจัดทำมาตรฐาน European Machinery Safety Standard ขึ้น ซึ่งจะครอบคลุมระบบควบคุมการทำงานของเครื่องจักร ที่สามารถสรุปได้ดังนี้

1. วงจรการทำงานฉุกเฉิน เช่น สวิตช์หยุดฉุกเฉิน (Emergency stop button) และสวิตช์ที่ใช้สำหรับควบคุมอุปกรณ์ป้องกันอันตราย จะต้องเป็นอิสระจากการควบคุมของ PLC หรือ อิเลคทรอนิคส์ลอจิกเกท นั่นคือจะใช้สวิตช์ รีเลย์ หรือคอนแทคเตอร์ในการสร้าง วงจร และอาจจะมีการส่งสัญญาณต่างๆ ให้กับระบบ PLC ให้รับรู้การทำงานของระบบ Emergency stop
2. ผู้ออกแบบจะต้องจัดการไม่ให้มีการปฏิบัติการที่ไม่ปลอดภัย นอกจากนั้นในแต่ละขั้นตอนจะต้องมีการจัดทำเอกสารที่สามารถ อ้างอิงและ ตรวจสอบ ได้ตลอดเวลา
3. การทำการเปลี่ยนแปลง แก้ไขสิ่งใดก็ตามในระบบควบคุม ควรจะมีการเตรียมการที่ดีและมีระยะเวลาที่นานพอสมควร เพื่อลด อัตราการเกิดความเสี่ยงที่จะเกิดขึ้นภายในระบบควบคุม
4. ในกรณีที่ยังคงมีอัตราเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายขึ้นที่จุดใด ควรจะมีการใช้อุปกรณ์ป้องกันอันตรายในการทำงานที่จุดนั้น

รูปที่ 1 แสดงวงจรควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ โดยไม่ได้ใช้ระบบ PLC

จากรูปที่ 1 แสดงวงจรควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ โดยไม่ได้ใช้ระบบ PLC ในการควบคุม ซึ่งเราจะเห็นว่ามีลักษณะในการป้องกันอันตรายดังนี้

1. มีการใช้สวิตช์เพื่อตัดกำลังงานไฟฟ้าที่ MCC (MCC isolator)
2. มีการใช้สวิตช์เพื่อตัดกำลังไฟฟ้าที่จุดใกล้กับ มอเตอร์ (Local isolator) ซึ่งสวิตช์ในข้อ 1. และข้อ 2. จะใช้ป้องกันอันตรายในระหว่างที่มีการซ่อมที่มอเตอร์ หรือ ที่โหลดของมอเตอร์
3. จะใช้สวิตช์หน้าสัมผัสปกติปิด (NC) ที่สวิตช์สำหรับหยุดมอเตอร์ และสวิตช์สำหรับหยุดฉุกเฉินซึ่งในกรณีที่สายสัญญาณขาด จะทำให้มีลักษณะการทำงานคล้ายกับมีการกดสวิตช์เหล่านั้น เพื่อตัดแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์
4. ถ้ามีการกดสวิตช์สำหรับหยุดฉุกเฉินแล้ว ทำการปล่อย มอเตอร์จะต้องไม่เริ่มต้นทำงานอีกครั้ง
5. สวิตช์สำหรับตัดแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า และสวิตช์สำหรับหยุดฉุกเฉินจะต้องมีลำดับความสำคัญในวงจรการทำงานสูงสุดซึ่งจากวงจรควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ รูปที่ 1 อาจจะมีโอกาสที่จะเกิดความไม่ปลอดภัย ขึ้นได้ เนื่องมาจากหน้าสัมผัสของสวิตช์หยุดฉุกเฉิน มีปัญหาโดยมีสถานะอยู่ในลักษณะหน้าสัมผัสปิดเท่านั้น แต่ความผิดปกติเหล่านี้เกิดขึ้นได้ค่อนข้างยาก จึงถือว่าวงจรในรูปที่ 1 มีความปลอดภัยในการทำงาน

รูปที่ 2 แสดงวงจรควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ โดยใช้ระบบ PLC ควบคุมการทำงาน ที่ไม่ปลอดภัย

ในรูปที่ 2 เป็นวงจรที่มีหน้าที่การทำงานในลักษณะเดียวกันแต่ใช้ ระบบ PLC ในการควบคุมการทำงาน โดยการทำงานในลักษณะนี้มีความไม่ปลอดภัยเกิดขึ้น เราจะพิจารณารายละเอียด ได้ดังนี้

1. เราประหยัดในการใช้ MCC และ Local isolator ซึ่งเป็นสวิตช์แรงดันสูง โดยการใช้สวิตช์ธรรมดา ต่อเข้ากับระบบ PLC เพื่อสร้างสัญญาณ MCC และ Local isolator แทน ซึ่งสวิตช์ที่เราใช้แทนนี้ไม่สามารถตัดแหล่งจ่ายกำลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง
2. เราใช้สวิตช์หน้าสัมผัสปกติเปิด (NO) สำหรับสวิตช์ควบคุมการหยุดมอเตอร์ และ สวิตช์ควบคุมการหยุดฉุกเฉิน จะทำให้เกิดสภาวะที่ไม่สามารถควบคุมได้ในกรณีที่สายสัญญาณขาด
3. โปรแกรมควบคุมการทำงานของระบบ ดังภรูปที่ 2 (b) ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ไม่ปลอดภัย คือในกรณีที่เรากดสวิตช์ควบคุมการหยุด ฉุกเฉิน แล้วปล่อยมอเตอร์ยังสามารถที่จะเริ่มต้นทำงานได้อีกครั้ง
4. ในกรณีที่แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าของหน่วยอินพุทขาดหายไป ในระหว่างที่มอเตอร์กำลังทำงานอยู่ จะทำให้เกิดสภาวะที่ไม่สามารถควบคุมมอเตอร์ได้

รูปที่ 3 แสดงวงจรควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ โดยใช้ระบบ PLC ควบคุมการทำงาน ที่ปลอดภัย

รูปที่ 3 จะเป็นการใช้ระบบ PLC ในการควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ โดยพิจารณาพื้นฐานจากวงจรในรูปที่ 1 โดยเราจะใช้หน้าสัมผัสช่วย (Auxiliary contact) ของ MCC isolator และ Local isolator เป็นสัญญาณอินพุทให้กับระบบ PLC และใช้สวิตช์ควบคุมการหยุดมอเตอร์ และสวิตช์ควบคุมการหยุดฉุกเฉิน จะใช้สวิตช์หน้าสัมผัสปกติปิด นอกจากนั้นยังนำเอาสัญญาณเอ้าท์พุท จากหน้าสัมผัสช่วยมาต่อเป็นอินพุทของระบบ PLC ด้วย เพื่อใช้ในการแลทช์ โปรแกรม และจะเห็นว่าเราต่อสวิตช์ควบคุมการหยุดฉุกเฉินเพื่อควบคุม เอ้าท์พุท และเป็นอิสระจากการควบคุมของระบบ PLC และในกรณีที่เรากดสวิตช์ควบคุมการหยุดฉุกเฉิน แล้วปล่อยสวิตช์ จะเห็นว่ามอเตอร์ไม่สามารถที่จะเริ่มต้นทำงานต่อไปได้ (เนื่องจากหน้าสัมผัสช่วยที่ใช้แลทช์ มีสถานะเป็น “0”) และในกรณีที่แหล่งจ่ายกำลัง ไฟฟ้าของหน่วยอินพุทขาดหายไป ระบบ PLC ก็จะรับรู้โดยมีลักษณะคล้ายกับมีการกดสวิตช์ควบคุมการหยุดมอเตอร์ ทำให้มอเตอร์หยุดทำงาน