เครื่องมืออัตโนมัติมีกี่ประเภท?

หลายคนที่ไม่คุ้นเคยกับเครื่องมือวัดและควบคุมอาจรู้สึกท่วมท้นเมื่อเห็นเครื่องมือจำนวนมากในพื้นที่ปฏิบัติงาน

ด้วยชื่อต่างๆ เช่น เกจวัดแรงดัน เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องวัดอัตราการไหล เครื่องวัดระดับ วาล์วควบคุม ทรานสมิตเตอร์ PLC, DCS, สัญญาณเตือน และเครื่องวิเคราะห์ ทำให้เกิดความสับสนได้ง่ายว่าจะจัดหมวดหมู่เครื่องมือเหล่านี้อย่างไร

ในความเป็นจริง เครื่องมือวัดและควบคุมระบบอัตโนมัติไม่ได้ซับซ้อนขนาดนั้น จากมุมมองของพื้นที่ปฏิบัติงาน โดยหลักแล้วจะเกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์เดียว คือ การวัดพารามิเตอร์กระบวนการ การส่งสัญญาณ การแสดงผล และการควบคุม พร้อมทั้งให้สัญญาณเตือนและการป้องกันอุปกรณ์เมื่อจำเป็น

ตามหน้าที่ เครื่องมือวัดและควบคุมระบบอัตโนมัติสามารถแบ่งออกเป็น 6 หมวดหมู่หลักๆ ได้แก่:

เครื่องมือวัดภาคสนาม เครื่องมือควบคุมภาคสนาม แอคทูเอเตอร์ภาคสนาม เครื่องมือแสดงผลและบันทึก เครื่องมือควบคุม/ปรับแต่ง และเครื่องมือวัดพิเศษ

เครื่องมือวัดและควบคุมระบบอัตโนมัติไม่ใช่แค่อุปกรณ์สำหรับ "อ่านค่า"

ในวงจรควบคุมที่สมบูรณ์ เครื่องมือวัดจะรวบรวมพารามิเตอร์ภาคสนาม ตัวควบคุมจะทำการวิเคราะห์และคำนวณ แอคทูเอเตอร์จะดำเนินการ และเครื่องมือแสดงผล/บันทึกจะแสดงข้อมูลให้ผู้ปฏิบัติงานและจัดเก็บไว้สำหรับระบบ

ยกตัวอย่างวงจรควบคุมอุณหภูมิ: เทอร์โมคัปเปิลหรือเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานจะวัดอุณหภูมิ ทรานสมิตเตอร์อุณหภูมิจะส่งสัญญาณไปยัง PLC หรือ DCS ตัวควบคุมจะคำนวณการตอบสนองที่จำเป็นและส่งสัญญาณออก และสุดท้าย วาล์วควบคุมจะปรับการไหลของไอน้ำ น้ำร้อน หรือน้ำเย็น

ดังนั้น เครื่องมือต่างๆ จึงไม่ได้ทำงานแยกจากกัน เมื่อทำการแก้ไขปัญหาในพื้นที่ปฏิบัติงาน จะไม่สามารถมุ่งเน้นไปที่เกจเพียงตัวเดียวได้ ต้องวิเคราะห์เครื่องมือภายในบริบทของวงจรควบคุมทั้งหมด

เครื่องมือวัดภาคสนามทำหน้าที่เป็นแหล่งข้อมูลสำหรับระบบอัตโนมัติ หากการวัดไม่ถูกต้อง ฟังก์ชันการแสดงผล การบันทึก และการควบคุมทั้งหมดจะได้รับผลกระทบ

เครื่องมือวัดภาคสนามทั่วไป ได้แก่ เครื่องมือสำหรับวัดระดับของเหลว แรงดัน อุณหภูมิ และอัตราการไหล รวมถึงเครื่องมือวิเคราะห์ก๊าซและของเหลว

เครื่องมือวัดระดับใช้สำหรับวัดระดับของเหลว ระดับวัสดุ หรือตำแหน่งรอยต่อในถังเก็บ หอคอย เครื่องปฏิกรณ์ และไซโล ประเภททั่วไป ได้แก่ เกจวัดระดับแบบแม่เหล็กแบบพลิก เกจวัดระดับแบบลูกลอย เครื่องวัดระดับเรดาร์ เครื่องวัดระดับอัลตราโซนิก เครื่องวัดระดับแบบคาปาซิทีฟ เครื่องวัดระดับแบบแรงดันแตกต่าง และสวิตช์ระดับ

เครื่องมือวัดแรงดันใช้สำหรับวัดแรงดัน แรงดันแตกต่าง หรือระดับสุญญากาศในท่อ ถัง และอุปกรณ์ ประเภททั่วไป ได้แก่ เกจวัดแรงดัน ทรานสมิตเตอร์แรงดัน ทรานสมิตเตอร์แรงดันแตกต่าง เซ็นเซอร์แรงดัน และสวิตช์แรงดัน เกจวัดแรงดันส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอ่านค่าในพื้นที่ปฏิบัติงาน ทรานสมิตเตอร์แรงดันใช้สำหรับการส่งสัญญาณระยะไกล และสวิตช์แรงดันใช้สำหรับสัญญาณเตือนและการทำงานแบบอินเตอร์ล็อก

เครื่องมือวัดอุณหภูมิใช้วัดอุณหภูมิของตัวกลางหรือพื้นผิวอุปกรณ์ ประเภททั่วไป ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลลิก เทอร์โมมิเตอร์แก้ว เทอร์โมคัปเปิล ตัวตรวจจับอุณหภูมิแบบความต้านทาน (RTD) ทรานสมิตเตอร์อุณหภูมิ สวิตช์อุณหภูมิ และเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด เทอร์โมคัปเปิลเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่ RTD เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิระดับต่ำถึงปานกลาง

เครื่องมือวัดอัตราการไหลใช้วัดอัตราการไหลของก๊าซ ของเหลว หรือไอน้ำ ประเภททั่วไป ได้แก่ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กแบบอิเล็กโทรแมกเนติก แบบวอร์เท็กซ์ แบบเทอร์ไบน์ แบบอัลตราโซนิก แบบมวล แบบแผ่นออริฟิซ และแบบพื้นที่แปรผัน (โรตามิเตอร์) การเลือกต้องมีการตรวจสอบอย่างรอบคอบเกี่ยวกับตัวกลาง ช่วงอัตราการไหล แรงดันและอุณหภูมิ ความหนืด การนำไฟฟ้า และข้อกำหนดของท่อตรง

เครื่องมือวิเคราะห์ก๊าซตรวจจับองค์ประกอบและความเข้มข้นของก๊าซ ประเภททั่วไปในตลาด ได้แก่ เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจน เครื่องตรวจจับก๊าซไวไฟ เครื่องตรวจจับก๊าซพิษ เครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด เครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบนำความร้อน เครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบเลเซอร์ และเครื่องวิเคราะห์ก๊าซโครมาโทกราฟ

เครื่องมือวิเคราะห์ของเหลวใช้วัดพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น pH การนำไฟฟ้า ความขุ่น ความเข้มข้น ความหนาแน่น ความหนืด ออกซิเจนละลายน้ำ COD และไนโตรเจนแอมโมเนีย เครื่องมือเหล่านี้ต้องการการบำรุงรักษาค่อนข้างสูง การทำความสะอาด การสอบเทียบ และการตรวจสอบสายตัวอย่างเป็นงานที่จำเป็น

เครื่องมือควบคุมภาคสนามรับผิดชอบในการประมวลผลสัญญาณภาคสนาม การแปลงสัญญาณ และการควบคุมในพื้นที่

ประเภททั่วไป ได้แก่ เครื่องมือควบคุมแบบนิวแมติก แบบไฟฟ้า และแบบไฮดรอลิก

เครื่องมือควบคุมแบบนิวแมติกใช้ลมอัดเป็นแหล่งพลังงาน มีโครงสร้างค่อนข้างเรียบง่ายและยังคงมีคุณค่าในการใช้งานที่ต้องการป้องกันการระเบิด เครื่องมือควบคุมแบบไฟฟ้าใช้สัญญาณไฟฟ้า ทำให้ง่ายต่อการรวมเข้ากับ PLC, DCS และคอมพิวเตอร์ควบคุมดูแล เครื่องมือควบคุมแบบไฮดรอลิกให้แรงขับสูงและมักใช้ในการใช้งานที่ต้องการแรงสูงหรือภาระหนัก

ปัจจัยสำคัญในการเลือกเครื่องมือเหล่านี้ ได้แก่ สัญญาณอินพุต/เอาต์พุต ความแม่นยำในการควบคุม ความเร็วในการตอบสนอง สภาพแหล่งจ่ายไฟ ระดับการป้องกันการระเบิด สภาพแวดล้อมภาคสนาม และอินเทอร์เฟซระบบ

แอคทูเอเตอร์ภาคสนามเป็นส่วนประกอบในวงจรควบคุมที่ดำเนินการทางกายภาพจริง

หลังจากระบบควบคุมออกคำสั่ง แอคทูเอเตอร์จะดำเนินการโดยการปรับวาล์ว แดมเปอร์ ประตูระบายน้ำ หรือโครงสร้างทางกลอื่นๆ เพื่อเปลี่ยนแปลงสภาวะกระบวนการ เช่น อัตราการไหล แรงดัน ระดับของเหลว หรืออุณหภูมิ อุปกรณ์แอคทูเอเตอร์ทั่วไป ได้แก่ วาล์วควบคุมแบบนิวแมติก แบบไฟฟ้า และแบบไฮดรอลิก วาล์วปิด วาล์วผีเสื้อ วาล์วลูกบอล วาล์วประตู แอคทูเอเตอร์ ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์ว และตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วอัจฉริยะ

ระหว่างการบำรุงรักษาภาคสนาม ต้องมองให้ไกลกว่าแค่ว่าแอคทูเอเตอร์สามารถเปิด-ปิดได้หรือไม่ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องตรวจสอบการทำงานที่ราบรื่น การกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ สัญญาณตอบรับปกติ เวลาตอบสนองที่เหมาะสม และตำแหน่งที่ปลอดภัยตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการหรือไม่

ความผันผวนของการควบคุมหลายอย่างไม่ได้เกิดจากการตั้งค่าพารามิเตอร์ของตัวควบคุม แต่เกิดจากปัญหาต่างๆ เช่น วาล์วติด ตัวกำหนดตำแหน่งไม่แม่นยำ แรงดันอากาศจ่ายไม่เสถียร หรือการตอบสนองของแอคทูเอเตอร์ที่ล่าช้า

เครื่องมือแสดงผลและบันทึกแสดงพารามิเตอร์ภาคสนาม สถานะอุปกรณ์ และข้อมูลสัญญาณเตือน พร้อมทั้งจัดเก็บข้อมูลสำคัญ

ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ จอแสดงผลดิจิทัล จอแสดงผลแบบอนาล็อก จอแสดงผล-ตัวควบคุม เครื่องสแกนหลายจุด เครื่องบันทึกแบบกระดาษ เครื่องบันทึกแบบไร้กระดาษ HMI แบบหน้าจอสัมผัส เทอร์มินัลสถานีผู้ปฏิบัติงาน และอุปกรณ์สัญญาณเตือนเสียง/ภาพ

จอแสดงผลดิจิทัลเหมาะสำหรับการตรวจสอบพารามิเตอร์จุดเดียว จอแสดงผล-ตัวควบคุมสามารถรวมฟังก์ชันสัญญาณเตือนและการควบคุมพื้นฐานได้ เครื่องบันทึกแบบไร้กระดาษเหมาะสำหรับการติดตามแนวโน้มของพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ แรงดัน อัตราการไหล และระดับ HMI และสถานีผู้ปฏิบัติงานใช้สำหรับอินเทอร์เฟซภาพ การกำหนดค่าพารามิเตอร์ การตรวจสอบสัญญาณเตือน และการทำงานของอุปกรณ์

เกณฑ์การเลือกที่สำคัญ ได้แก่ สัญญาณอินพุต วิธีการแสดงผล ช่วงเวลาบันทึก ความจุในการจัดเก็บ อินเทอร์เฟซการสื่อสาร เอาต์พุตสัญญาณเตือน และการป้องกันการสูญเสียพลังงาน

เครื่องมือควบคุมและปรับแต่งทำหน้าที่เป็น "สมอง" ของระบบอัตโนมัติ จัดการการควบคุมอัตโนมัติ การควบคุมเชิงตรรกะ การควบคุมตามลำดับ และการป้องกันความปลอดภัย

อุปกรณ์ภาคสนามทั่วไป ได้แก่ ตัวควบคุม PID ตัวควบคุมแบบลูปเดี่ยวและหลายลูป PLC, DCS, FCS, ESD, SIS และคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม

ตัวควบคุม PID มักใช้สำหรับการควบคุมพารามิเตอร์ต่อเนื่อง เช่น อุณหภูมิ แรงดัน อัตราการไหล และระดับ PLC มักใช้สำหรับการสตาร์ท/หยุดอุปกรณ์ การควบคุมตามลำดับ การป้องกันแบบอินเตอร์ล็อก และการประมวลผลสัญญาณแบบไม่ต่อเนื่อง (เปิด/ปิด) DCS เหมาะสำหรับการตรวจสอบแบบรวมศูนย์และการควบคุมแบบกระจายของหน่วยการผลิตต่อเนื่องขนาดใหญ่ SIS และ ESD ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอินเตอร์ล็อกความปลอดภัยและการปิดฉุกเฉิน ไม่ควรถือว่าเป็นเพียงระบบควบคุมมาตรฐาน

ปัจจัยการเลือก ได้แก่ กระบวนการที่ควบคุม จำนวนจุด I/O กลยุทธ์การควบคุม โปรโตคอลการสื่อสาร ข้อกำหนดด้านความซ้ำซ้อน ระดับความสมบูรณ์ของความปลอดภัย (SIL) การจัดการสัญญาณเตือน และความสามารถในการบำรุงรักษาระยะยาว

เครื่องมือวัดพิเศษส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตรวจจับพารามิเตอร์เฉพาะ การตรวจสอบสุขภาพของอุปกรณ์ และการสอบเทียบภาคสนาม ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ เครื่องวัดการสั่นสะเทือนของเพลา เครื่องวัดการกระจัดของเพลา เครื่องวัดความเร็วรอบ เครื่องมือชั่งน้ำหนัก เครื่องวัดความหนา เครื่องสอบเทียบสัญญาณ เครื่องตรวจจับเปลวไฟ เครื่องวิเคราะห์ความชื้นออนไลน์ เครื่องวัดความหนาแน่นออนไลน์ และเครื่องมือตรวจสอบสภาพอุปกรณ์

เครื่องมือสำหรับวัดการสั่นสะเทือนของเพลา การกระจัดของเพลา และความเร็วรอบ มักใช้กับอุปกรณ์หมุน เช่น คอมเพรสเซอร์ กังหันไอน้ำ พัดลม และปั๊ม เครื่องมือชั่งน้ำหนักใช้ในไซโล สายพานชั่งน้ำหนัก และระบบชั่งตวงหรือบรรจุ เครื่องวัดความหนาใช้สำหรับวัดความหนาของแผ่น ท่อ และผนังถัง รวมถึงความหนาของสารเคลือบ เครื่องตรวจจับเปลวไฟมักใช้สำหรับการป้องกันการเผาไหม้ในหม้อไอน้ำ เตาเผาความร้อน และเตาเผาขยะ

การเลือกเครื่องมือเหล่านี้ต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทอุปกรณ์ พารามิเตอร์ที่วัด ตำแหน่งการติดตั้ง ความเร็วในการตอบสนอง สัญญาณเอาต์พุต และข้อกำหนดด้านการป้องกัน

เมื่อเลือกเครื่องมือวัดและควบคุมระบบอัตโนมัติ ไม่ควรมุ่งเน้นเพียงแค่หมายเลขรุ่นและราคา

ประการแรก ระบุพารามิเตอร์ที่จะวัด จากนั้นกำหนดช่วงการวัด ความแม่นยำ วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง วิธีการติดตั้ง แหล่งจ่ายไฟ และสัญญาณเอาต์พุต

หากตัวกลางมีฤทธิ์กัดกร่อน ส่วนที่สัมผัสกับตัวกลางต้องทำจากวัสดุที่เหมาะสม สำหรับตัวกลางที่มีอุณหภูมิสูง ให้พิจารณาการระบายความร้อน การควบแน่น การแยก และปลอกเทอร์โมมิเตอร์ หากตัวกลางมีแนวโน้มที่จะตกผลึกหรืออุดตัน หรือมีสิ่งเจือปน ให้พิจารณาใช้ไดอะแฟรม การไล่ การล้าง หรือการปรับสภาพตัวอย่าง ในบริเวณที่มีการสั่นสะเทือนมาก ให้พิจารณาการติดตั้งบนฉากยึดและตำแหน่งการติดตั้ง

เมื่อนำเครื่องมือไปใช้งานแล้ว ให้ตรวจสอบจุดศูนย์ สแปน การเดินสายไฟ แหล่งจ่ายไฟ การต่อลงดิน การสื่อสาร เอาต์พุตสัญญาณเตือน และสถานะอินเตอร์ล็อกอย่างสม่ำเสมอ

เมื่อทำการแก้ไขปัญหาในพื้นที่ปฏิบัติงาน ให้ทำตามลำดับนี้: ตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟ จากนั้นสัญญาณ จากนั้นการเดินสายไฟ จากนั้นการตั้งค่าพารามิเตอร์ และสุดท้ายองค์ประกอบเซ็นเซอร์และสภาวะกระบวนการ

การจำแนกประเภทเครื่องมือวัดและควบคุมระบบอัตโนมัติไม่ยากที่จะจดจำ เนื่องจากแต่ละประเภทมีหน้าที่เฉพาะ

ตัวอย่างเช่น เครื่องมือวัดจะรวบรวมข้อมูล เครื่องมือควบคุมจะจัดการการประมวลผลสัญญาณ แอคทูเอเตอร์จะดำเนินการทางกายภาพในภาคสนาม เครื่องมือแสดงผลและบันทึกจะแสดงและบันทึกข้อมูล เครื่องมือควบคุมและปรับแต่งจะจัดการการควบคุมและอินเตอร์ล็อก และเครื่องมือวัดพิเศษจะตรวจจับพารามิเตอร์เฉพาะ

เมื่ออยู่ในพื้นที่ปฏิบัติงานจริง อย่ามองเครื่องมือว่าเป็นอุปกรณ์ที่แยกจากกัน ให้พิจารณาภายในบริบทของวงจรควบคุมทั้งหมด และปัญหาจำนวนมากจะง่ายต่อการวินิจฉัย