บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 Programmable Logic Controller (PLC) พแอลซเปนเครองควบคมอตโนมตในโรงงานอตสาหกรรมทสามารถปอนโปรแกรมไดถกสรางและพฒนาขนมาเพอทดแทนวงจรรเลยอนเนองมาจากความตองการทอยากจะไดเครองควบคมทมราคาถกสามารถใชงานไดอยางเอนกประสงคมความทนตอสภาพแวดลอมในโรงงานอตสาหกรรมโดยเฉพาะ และสามารถเรยนรการใชงานไดงาย พแอลซ จะประกอบดวยสวนส าคญหลก ๆ ดงน หนวยประมวลผล หนวยความจ าส าหรบเกบขอมล และหนวยชดอนพตและเอาทพต

2.1.1 โคงสรางพนฐาน PLC

รปท 2.1 โครงสรางของพแอลซ จากรปท 2.1 อธบายสวนหลก ดงน หนวยอนพต (Input Unit) ปจจบนพแอลซ ไดมการพฒนาใหมความสามารถและประสทธภาพสงขนมากซงสามารถรบสญญาณไดทงสญญาณในรปแบบ ON/OFF หรอสญญานแบบ Digital และสญญาณ Analog ทเปนสญญาณมาตรฐานตาง ๆ เชน 4-20mA 1-5V หรอ 0-10V

4

ซงอปกรณอนพตทใหสญญาณไดแก Proximity Switch, Photo Switch Sensor, , และ Temperature Sensor เปนตน หนวยเอาตพต (Output Unit) ท าหนาทรบขอมลจากตวประมวลผลแลวสงตอขอมลไปควบคมอปกรณภายนอกเชน ควบคมหลอดไฟ มอเตอร และโซลนอยดวาลว เปนตน

รปท 2.2 PLC Input and Output Unit.

หนวยประมวลผล (CPU) จะท าหนาทควบคมและจดการระบบการท างานทงหมดภายในระบบพแอลซเชนการสงใหระบบพแอลซท างานตามค าสง ทถกโปรแกรรมไวใน หนวยความจ า CPU หนวยความจ าและภาคอนพตและเอาทพทเปนตน หนวยความจ า เปนองคประกอบหนงทส าคญเพราะใชเปนทเกบโปรแกรมและขอมลหนวยความจ าภายในพแอลซ แบงออกเปน 2 สวนส าคญ - Program Memory (ROM) เกบโปรแกรมจดระบบงาน - Data Memory (RAM) เกบขอมลหรอโปรแกรมทมการเปลยนแปลงแกไข Peripheral Device เปนอปกรณทใชตอพวง เชน Port USB ซงใชตอรวมระหวาง พแอลซ กบอปกรณภายนอก ทใชดาวนโหลดลงพแอลซ หรอท าการแกไขโปรแกรม ซงจากรปท 2.1 จะเหนวาสามารถจดการในสวนทเปน Program Memory และ Data Memory ได 2.1.2 การท างานของพแอลซ (PLC Operation) การท างานครบหนงลปของพแอลซเรยกวาหนงสแกนไทมในการสแกน PLC จะมล าดบการสแกนคอ PLC จะท าการตรวจสอบสถานะของอนพตทเขามาในพแอลซ เสรจแลวกจะน าเอา

5

อนพตไปประมวณผลโปรแกรมวาอนพตทเขามาตรงกบเงอนไขอะไรบางเปนจรงเปนเทจอยางไรบาง หลงจากนนกปรบปรงสถานะเอาทพท เมอท างานสแกนคบหนงลปกจะท าการวนลปขนไปใหม การท างานครบหนงลปเรยกวาการสแกนไทม โดยปกตการท างานจะเรวมาก เปนมลลเซค ไมโครเซค อาจถงนาโนเซค ส าหรบพแอลซบางรน การท างานแสดงดงรปท 2.3

รปท 2.3 PLC Operation

2.1.3 PLC MITSUBISHI รน Q00CPU สวนประกอบของ PLC MITSUBISHI รน Q00CPU โมดลตาง ๆ และการก าหนด หมายเลยการเขาถง I/O พแอลซ หมายเลขชองสลอต แสดงดงรปท 2.4 และ รปท 2.5 ตามล าดบ

รปท 2.4 PLC Module Q00CPU

6

รปท 2.5 I/O Number and slot number.

QX42 DC Input Module (Positive Common Type) อนพต QX42 มอนพตใหตอใชงาน 64 จด ใชแรงดนอนพตต 24VDC .ใชกระแสอนพตตประมาณ 4mA. แสดงดงรปท 2.6

รปท 2.6 Appearance QX42

7

QX42 ใช โฟโตคปเปลอร (Photocoupler) ในการแยกสญญาณไฟฟาจากภายนอกกบสวนประมวณผลโปรแกรม เพอปองกนสญญานรบกวนจากภายนอกเขามารบกวนวงจรภายในของพแอลซ และใชแรงดนไฟตรงคอมมอนบวก แสดงการตอใชงานดงรปท 2.7

รปท 2.7 Input External Connections and Internal Circuit QX42 หมายเลข Pin ในการเขาถงอนพตต QX42 แสดงดงตารางทท 2.1

ตารางทท 2.1 Pin number specifies the connectors.

Pin Layout Pin No. Signal

No. Pin No.

Signal No.

Pin No. Signal

No. Pin No.

Signal No.

1B20 X00 1A20 X10 2B20 X20 2A20 X30

1B19 X01 1A19 X11 2B19 X21 2A19 X31

1B18 X02 1A18 X12 2B18 X22 2A18 X32

1B17 X03 1A17 X13 2B17 X23 2A17 X33

1B16 X04 1A16 X14 2B16 X24 2A16 X34

1B15 X05 1A15 X15 2B15 X25 2A15 X35

1B14 X06 1A14 X16 2B14 X26 2A14 X36

1B13 X07 1A13 X17 2B13 X27 2A13 X37

1B12 X08 1A12 X18 2B12 X28 2A12 X38

1B11 X09 1A11 X19 2B11 X29 2A11 X39

1B10 X0A 1A10 X1A 2B10 X2A 2A10 X3A

1B09 X0B 1A09 X1B 2B09 X2B 2A09 X3B

1B08 X0C 1A08 X1C 2B08 X2C 2A08 X3C

1B07 X0D 1A07 X1D 2B07 X2D 2A07 X3D

1B06 X0E 1A06 X1E 2B06 X2E 2A06 X3E

1B05 X0F 1A05 X1F 2B05 X2F 2A05 X3F

1B04 Empty 1A04 Empty 2B04 Empty 2A04 Empty

1B03 Empty 1A03 Empty 2B03 Empty 2A03 Empty

1B02 COM1 1A02 Empty 2B02 COM2 2A02 Empty

1B01 COM1 1A01 Empty 2B01 COM2 2A01 Empty

8

ขนาดภายนอกของโมดลอนพตต QX42 แสดงดงรปท 2.8

รปท 2.8 External Dimensions QX42 (Unit :mm.)

QY41P Transistor Output Module (Sink type) เอาทพตของ QY41P มเอาทพตใหตอใชงาน 32 จด ใชแรงดนจากภายนอก 24 VDC. และกระแส 20mA. การตอใชงานเอาทพตภายนอก แสดงดงรปท 2.9

รปท 2.9 Output External Connections and Internal Circuit QY41P

9

หมายเลข Pin ในการตอใชงานเอาทพต QY41P แสดงดงตารางทท 2.2 ตารางทท 2.2 Pin-Outs number specifies the connectors.

Pin-Outs Pin No. Signal

No. Pin No.

Signal No.

B20 Y00 A20 Y10

B19 Y01 A19 Y11

B18 Y02 A18 Y12

B17 Y03 A17 Y13

B16 Y04 A16 Y14

B15 Y05 A15 Y15

B14 Y06 A14 Y16

B13 Y07 A13 Y17

B12 Y08 A12 Y18

B11 Y09 A11 Y19

B10 Y0A A10 Y1A

B09 Y0B A09 Y1B

B08 Y0C A08 Y1C

B07 Y0D A07 Y1D

B06 Y0E A06 Y1E

B05 Y0F A05 Y1F

B04 Vacant A04 Vacant

B03 Vacant A03 Vacant

B02 12/24 VDC

A02 COM

B01 12/24 VDC

A01 COM

2.2 Relay Module Relay Module คอ ชดรเลยทใชตอกบเอาตพตของ PLC หรออปกรณอน ๆ เพอน า Contact Relay ไปใชงาน ใชพนทในการตดตงนอย ซอมแซมไดงาย เคลอนยายไดสะดวก รปทรงสวยงาม สามารถตดตง บนรางปกนก หรออาจเรยกวารางรเลย หรอรางเทอรมนอล ทตดตงภายในตไฟฟา และม LED โชวสภาวะการท างานของ Relay ใชกบสายขนาด 2.5mm×2.5mm สามารถทนอณหภมการตดตงได 0 ถง 50 องศา แสดงดงรปท 2.10

รปท 2.10 Relay Module

10

วงจรภายในบอรดรเลย SPDTx16 Relay แสดงดงรปท 2.11

รปท 2.11 Internal Circuit Relay Boards SPDTx16 2.3 มอเตอร ในปจจบนโรงงานตาง ๆ โดยเฉพาะอยางยงโรงงานอตสาหกรรมนยมใชมอเตอรไฟฟากระแสสลบ เพราะเหตวามอเตอรไฟฟากระแสสลบมราถกและมความคงทนตอการใชงาน ในปจจบนการควบคมความเรวรอบมอเตอรไฟฟากระแสสลบสามารถควบคมไดโดยงายโดยใชอนเวอรเตอร (Inverter) ในการควบคมมอเตอร โดยการปรบความถทเขามอเตอร มอเตอร คอ เครองทเปลยนพลงงานไฟฟา (Electrical Energy) ใหเปนพลงงานกล (Mechanical Energy) 1 hp =746 watts.

2.3.1 ชนดของมอเตอร มอเตอรทใชกนอยในปจจบน สามารถแบงตามหลกการท างาน ไดเปน 3 ชนดดวยกนคอ

1. มอเตอรเหนยวน า (Induction Motor) 2. มอเตอรซงโคนส (Synchronous Motor) 3. มอเตอรไฟฟากระแสตรง (DC Motor)

- มอเตอรเหนยวน า (Induction Motor) เปนมอเตอรทนยมใชกนมากทสด เนองจากมความทนทาน ราคาถก และไมตองการการบ ารงรกษามาก มอเตอรเหนยวน า มทงชนด 1 เฟสและชนด 3 เฟส และยงสามารถแบงไดเปน 2 ชนดตามลกษณะของโรเตอร

11

คอโรเตอรแบบกรงกระรอก (Squirrel Cage Rotor) และโรเตอรแบบวาวดโรเตอร (Wound Rotor)

- มอเตอรซงโคนส (Synchronous Motor) เปนมอเตอรชนด 3 เฟส โดยจะหมนท

ความเรวจ ากดคาหนง เรยกวา ความเรวซงโคนส (Synchronous Speed) ตวมอเตอรประกอบไปดวยขดลวดอารเมเจอร และ ขดลวดสนาม โดยจะตองจายไฟ AC ใหกบขดลวดอารเมเจอร เพอใหเกดสนามแมเหลกหมน สวนขดลวดสนามจะตองจายไฟ DC เพอสรางสนามแมเหลกตดกบสนามแมเหลกหมน ท าใหเกดแรงบดขน

- มอเตอรไฟฟากระแสตรง (DC Motor) เปนมอเตอรทใชกบไฟฟากระแสตรง โดยจะม

ขดลวดสนามทอยบนสเตเตอรและขดลวดอารเมเจอรทอยบนโรเตอร มอเตอรไฟฟากระแสตรงมขอดทสามารถควบคมความเรวไดด และ แรงบดเรมเดนเครองสง

นอกจากนมอเตอรชนดตาง ๆ ดงทกลาวไปแลว ยงสามารถแบงแรงดนออกตามระดบแรงดนเปน

- มอเตอรแรงดนต า (LV Motor) - มอเตอรแรงดนสง (HV Motor) ในปจจบนมความตองการใชมอเตอรทมก าลงขนาดใหญขน ดงนนเพอใหมประสทธภาพท

ดขน จงใชแรงดนสงจายใหมอเตอร โดยทวไปมอเตอรแรงดนสง จะมขนาดตงแต 100 kW ขนไป 2.3.2 พกดกระแสของมอเตอร ในการออกแบบหาขนาดสายวงจรมอเตอร หรอ หาขนาดอปกรณตาง ๆ ทใชในวงจรมอเตอรจ าเปนจะตองทราบพกดกระแสมอเตอร ส าหรบในประเทศไทย ขนาดของมอเตอรควรจะใชเปน kW มากกวา HP (แรงมา) เนองจากมอเตอรทใชในประเทศไทย สวนใหญมาจากประเทศทางยโรป หรอ แถบเอเชย เชน ญปน เกาหล ซงจะใชขนาดเปน kW สวน HP เปนขนาดมอเตอรของประเทศสหรฐอเมรกาเทานน แสดงพกดกระแสมอเตอรเหนยวน า 1 เฟส และ 3 แสดงดงตารางท 2.3

12

ตารางท 2.3 พกดกระแสมอเตอรเหนยวน า 1 เฟส และ 3

มอเตอร 1 เฟส มอเตอร 3เฟส 4 ขว, 50 Hz

kW HP 230V

A

240V

A kW HP

230V

A

380V

A

400V

A

0.37 0.5 3.9 3.6 0.37 0.5 2 1.0 0.98 0.55 0.75 5.2 4.8 0.55 0.75 2.8 1.6 1.5 0.75 1 6.6 6.1 0.75 1 3.6 2 1.9 1.1 1.5 9.6 8.8 1.1 1.5 5.2 2.6 2.5 1.5 2 12.7 11.7 1.5 2 6.8 3.5 3.4 1.8 2.5 15.7 14.4 2.2 3 9.6 5 4.8 2.2 3 18.6 17.1 3 4 11.5 6.6 6.3 3 4 24.3 14.4 3.7 5 15.2 7.7 7.4 4 5.5 29.6 17.1 4 5.5 - 8.5 8.1

4.4 6 34.7 22.2 5.5 7.5 22 11.5 11 5.2 7 39.8 27.1 7.5 10 28 15.5 14.8 5.5 7.5 42.2 31.8 9 12 - 18.5 18.1 6 8 44.5 40.8 11 15 42 22 21 7 9 49.5 45.4 15 20 54 30 28.5

7.6 10 54.4 50 18.5 25 68 37 35 22 30 80 44 42 30 40 104 59 57 37 50 130 72 69 45 60 154 85 81 55 75 192 104 100 75 100 248 138 131 90 125 312 170 162 110 150 360 205 195 132 180 - 245 233 147 200 480 273 222 160 220 - 300 285 185 250 600 342 - 200 270 - 370 352

13

2.3.3 วงจรควบคมมอเตอร โดยทวไปวงจรมอเตอรสามารถแบงออกเปน 2 สวน คอ วงจรก าลง (Power Circuit)และ วงจรควบคม (Control Circuit) วงจรก าลงคอ วงจรทจะจายก าลงไฟฟาใหแกมอเตอร เพอใหมอเตอรสามารถท างานไดตามวตถประสงค สวนวงจรควบคมคอ วงจรทใชควบคมการท างานของของตวเรมเดนเครองมอเตอร เพอใหสามารถท างานไดตามล าดบทก าหนด และจากการออกแบบจะใหหนาสมผสชวยของแมกเนตกคอนแทคเตอร (auxiliary magnetic contactor) เพอเชควาชดสตารทมอเตอรชดนนท างานหรอไมโดยจะใชหนาสมผส NO เมอแมกเนตกคอนแทคเตอรท างานหนาสมผสกจะเปลยนสถานะเปน NC เพอน าสญญานกลบเขาอนพตพแอลซเพอเปนการเชค และแสดงผลท Pilot lamp และสญญาณ Flashing เขาทหนาสมผสชวยของโอเวอรโหลด และ เมอเกดโอเวอรโหลดขน Pilot lamp กจะกระพรบแสดงการเกดโอเวอรโหลด พรอมสงเสยงเตอนท Buzzer ส าหรบวงจรก าลง วงจรควบคม จะม DOL (Direct on Line Starting) และการเรมเดนเครองแบบสตารเดลตา (Star – Delta Starting) แสดงดงรปท 2.12 และ 2.13 ตามล าดบ

รปท 2.12 Direct on Line Starting

14

รปท 2.13 Star -Delta Starting

2.4 คอนแทกเตอรแมเหลกไฟฟา (Magnetic Contactors) คอนแทกเตอรเปนอปกรณตดตอวงจรไฟฟาควมคมดวยแมเหลกไฟฟา เมอมกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดของคอนแทกเตอร คอนแทกเตอรจะท างานโดยทหนาสมผสของมนจะตดตอถงกนท าใหจายกระแสไฟฟาปรมาณมากใหกบโหลดไดถาไมมกระแสไฟฟาผานขดลวดหนาสมผสกจะแยกออกจากกนท าใหวงจรเปด 2.4.1 พกดและมาตรฐาน ตามมาตรฐาน IEC 60947-4 คาพกดทส าคญของ Magnetic Contactor มดงตอไปน 2.4.1.1 ชนการใชงาน (Utilization Category) หมายถง การใชงานของคอนแทกเตอรส าหรบโหลดทางไฟฟาทตางกนชนการใชงานของคอนแทกเตอรจะถกก าหนดโดย คากระแส แรงดน ตวประกอบก าลงและคาคงทเวลา

15

2.4.1.2 ชนการใชงานกระแสสลบ แบงไดดงน

- AC1 ส าหรบโหลดกระแสสลบทกชนด เชน ตวความตานทานทมตวประกอบก าลงไมต ากวา 0.95

- AC2 ส าหรบการเรมเดนเครอง Plugging หรอ Inching มอเตอรวงแหวนลน (Slip Ring Motor) ในการปดกระแสเรมตนจะมคาเปน 2.5 เทาของพกดมอเตอรและในการเปด คอนแทกเตอรจะตดกระแสเปน 2.5 เทาของพกดมอเตอร

- AC3 ส าหรบมอเตอรกรงกระรอก (Squirrel Cage) ซงจะหยดขณะเดนเครองปกต ในการเปด กระแสเรมตนจะมคาเปน 5-7 เทาและในการเปดคอนแทกเตอรจะตดกระแสเทากบกระแสพกดมอเตอร

- AC4 ส าหรบการเรมเดนเครอง Plugging หรอ Inching มอเตอรกรงกระรอก คอนแทกเตอรปดกระแสเปน 5-7 เทาของกระแสพกดมอเตอรและในการเปดคอนแทกเตอรจะตดกระแสเปน 5-7 เทาของกระแสพกดมอเตอรเชนเดยวกน

แสดงคอนแทกเตอรแมเหลกไฟฟา (Magnetic Contactors) แสดงดงรปท 2.14

รปท 2.14 Magnetic Contactors

16

รปท 2.15 Magnetic Contacts Arrangement 2.5 โซลนอยดวาลว (Solenoid Valve) โซลนอยด (Solenoid) เปนอปกรณแมเหลกไฟฟาชนดหนง ทมหลกการท างานคลายกบรเลย (Relay) ภายในโครงสรางของโซลนอยดจะประกอบดวยขดลวดทพนอยรอบแทงเหลกทภายในประกอบดวยแมเหลกชดบนกบชดลาง เมอมกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดทพนรอบแทงเหลก ท าใหแทงเหลกชดลางมอ านาจแมเหลกดงแทงเหลกชดบนลงมาสมผสกนท าใหครบวงจรท างาน เมอวงจรถกตดกระแสไฟฟาท าใหแทงเหลกสวนลางหมดอ านาจแมเหลก สปรงกจะดนแทงเหลกสวนบนกลบสต าแหนงปกต จากหลกการดงกลาวของโซลนอยดกจะน ามาใชในการเลอนลนวาลวของระบบนวแมกตกสไฟฟา โครงสรางของ Solenoid Valve โดยทวไปแบงออกเปน 2 ชนดคอ เลอนวาลวดวยโซลนอยดวาลวกลบดวยสปรง (Single Solenoid Valve) และเลอนวาลวดวยโซลนอยดวาลวกลบดวยโซลนอยดวาลว (Double Solenoid Valve) ทใชอยในปจจบน เชน โซลนอยดวาลว 2/2, 3/2, 4/2 , 5/2 เปนตน โซลนอยดวาลว (Solenoid Valve) แสดงดงรปท 2.16

รปท 2.16 Solenoid Valve

17

2.5.1 การเรยกชอโซลนอยดวาลว ชอโซลนอยดวาลว จะแสดงจ านวนต าแหนงท างาน จ านวนชองตอลม และชนดของการควบคมวาลว แสดงดงตารางท 2.4

ตารางท 2.4 การเรยกชอโซลนอยดวาลว สญลกษณ การเรยกชอวาลว

2/2 NO control valve ( 2 port , 2 positions , Normal Open)

2/2 NC control valve ( 2 port , 2 positions , Normal Close)

3/2 NO control valve ( 3 port , 2 positions , Normal Open)

3/2 NC control valve ( 3 port , 2 positions , Normal Close)

5/2 control valve ( 5 port , 2 positions )

5/3 control valve closed – center ( 5 port , 3 positions)

5/3 control valve open – center ( 5 port , 3positions)

2.6 ลมตสวตช (Limit Switch) เปนสวตชปมกดทท างานโดยอาศยแรงกดจากภายนอก เชน ลกเบยว (Cam) มาชนทปมกด หรอทลอกลม โครงสรางภายในคลายกบสวตชปมกด มทงคอนแทคปกตปด และปกตเปด และสามารถมคอนแทคไดหลายอน นอกจากนนแลวยงมความแตกตางในเรองของระยะกด และการท างานของคอนแทคอกดวย แสดงรปลมตสวตชดงรปท 2.17

รปท 2.17 Limit Switch