ทุกโปรแกรม PLC อาศัยแนวคิดพื้นฐานง่าย ๆ นั่นคือการตัดสินใจโดยอิงตามเงื่อนไขจริงหรือเท็จ ไม่ว่าจะเป็นการเริ่มทำงานของสายพานลำเลียง การหยุดของมอเตอร์ หรือการทำงานของสัญญาณเตือน ตัวควบคุมจะประเมินชุดกฎทางลอจิกก่อนดำเนินการ กฎเหล่านี้อิงตามลอจิกบูลีน ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลและระบบคอมพิวเตอร์

การเขียนโปรแกรมด้วยไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน (FBD) ช่วยให้สามารถนำลอจิกบูลีนไปใช้ภายใน PLC ได้ในรูปแบบภาพ แทนที่จะใช้สัญลักษณ์ทางไฟฟ้า FBD ใช้บล็อกที่เชื่อมต่อกันเพื่อแทนการทำงานทางลอจิก วิธีนี้ช่วยให้มองเห็นการไหลของสัญญาณและเข้าใจได้ง่ายขึ้นว่าอินพุตส่งผลต่อเอาต์พุตอย่างไร

ทำความเข้าใจไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน

วิศวกรมักเปรียบเทียบไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชันกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แต่ละบล็อกทำหน้าที่เฉพาะอย่าง ขณะที่เส้นเชื่อมจะนำสัญญาณระหว่างฟังก์ชันต่าง ๆ อินพุตเข้าสู่ด้านหนึ่งของบล็อก จากนั้นระบบจะประเมินลอจิก และส่งเอาต์พุตที่ได้ไปยังฟังก์ชันถัดไป

รูปที่ 1. ชุดฝึก PLC ขนาดกะทัดรัดสำหรับเรียนรู้การเขียนโปรแกรมด้วยบล็อกฟังก์ชัน

รูปที่ 1 แสดงชุดฝึก PLC แบบง่าย แม้ฮาร์ดแวร์จะมีขนาดเล็ก แต่แนวคิดการเขียนโปรแกรมแบบเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้ในงานการผลิต การควบคุมกระบวนการ และการขนถ่ายวัสดุ

ก่อนศึกษาลอจิกเกต ควรทำความเข้าใจโปรแกรม FBD พื้นฐานที่สุด นั่นคือการเชื่อมต่ออินพุตเข้ากับเอาต์พุตโดยตรง

รูปที่ 2. ไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชันพื้นฐานที่เชื่อมต่ออินพุตของ PLC เข้ากับเอาต์พุตโดยตรง

ในตัวอย่างนี้ PLC เพียงถ่ายโอนสถานะของอุปกรณ์อินพุตไปยังเอาต์พุต โปรแกรมลักษณะนี้มักใช้ระหว่างการทดสอบเดินระบบและการแก้ไขปัญหา เพื่อตรวจสอบว่าสายไฟภาคสนามและโมดูล I/O ทำงานได้อย่างถูกต้อง

ลอจิก AND: การกำหนดให้ต้องเป็นไปตามหลายเงื่อนไข

เกต AND เป็นหนึ่งในฟังก์ชันลอจิกที่ใช้บ่อยที่สุดในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ฟังก์ชัน AND ต้องให้อินพุตทั้งหมดทำงานอยู่ก่อนที่เอาต์พุตจะทำงาน หากอินพุตใดไม่ทำงาน เอาต์พุตจะดับลงทันที

รูปที่ 3. ลอจิก AND ที่แสดงในรูปแบบลอจิกแลดเดอร์ ข้อความแบบมีโครงสร้าง และไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน

ลอจิก AND มักใช้สำหรับอินเตอร์ล็อกของเครื่องจักร มอเตอร์สายพานลำเลียงอาจต้องมีคำสั่งเริ่มทำงาน วงจรความปลอดภัยอยู่ในสถานะปกติ และการยืนยันว่าอุปกรณ์ปลายทางพร้อมใช้งาน เงื่อนไขทั้งสามข้อจะต้องเป็นจริงก่อนที่ PLC จะอนุญาตให้มอเตอร์ทำงาน

ตรรกะนี้ช่วยป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ และทำให้มั่นใจว่าเครื่องจักรจะทำงานเฉพาะเมื่อมีเงื่อนไขที่ปลอดภัยเท่านั้น

ตรรกะ OR: การรองรับอินพุตทางเลือก

ต่างจากเกต AND เกต OR ต้องการเพียงอินพุตเดียวที่ทำงานอยู่เพื่อให้เอาต์พุตทำงาน อินพุตอื่นที่ทำงานอยู่จะไม่เปลี่ยนผลลัพธ์ เนื่องจากเอาต์พุตเป็นจริงอยู่แล้ว

รูปที่ 4. การแสดงตรรกะ OR โดยใช้ลอจิกแบบแลดเดอร์และไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน

ตรรกะ OR มักใช้ในระบบสัญญาณเตือนภัย สัญญาณเตือนของเครื่องจักรอาจทำงานเมื่อเกิดข้อขัดข้องด้านความปลอดภัย มอเตอร์โอเวอร์โหลด หรือระบบตรวจพบข้อผิดพลาดในการสื่อสาร เนื่องจากเหตุการณ์ใด ๆ เหล่านี้ล้วนต้องให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าดำเนินการ ตรรกะ OR จึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการรวมเงื่อนไขความขัดข้องหลายรายการ

การใช้งานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งคือการสตาร์ตเครื่องจักร ผู้ปฏิบัติงานอาจสั่งเริ่มอุปกรณ์จากปุ่มกดที่หน้างานหรือหน้าจอ HMI คำสั่งใดคำสั่งหนึ่งก็ใช้ได้ ทำให้ตรรกะ OR เป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

ตรรกะ NOT: การอินเวิร์ตสัญญาณ

เกต NOT ทำหน้าที่เรียบง่ายแต่สำคัญ โดยกลับสถานะของสัญญาณ หากอินพุตเป็นจริง เอาต์พุตจะเป็นเท็จ หากอินพุตเป็นเท็จ เอาต์พุตจะเป็นจริง

รูปที่ 5. ตัวอย่างการแสดงตรรกะ OR สำหรับเอาต์พุตหนึ่งรายการ และตรรกะ NOT สำหรับเอาต์พุตอีกรายการ

ตรรกะ NOT ใช้อย่างแพร่หลายในงานด้านความปลอดภัยและการตรวจสอบความขัดข้อง วิศวกรมักตรวจสอบสัญญาณที่ควรคงสถานะทำงานไว้ระหว่างการทำงานปกติ หากสัญญาณหายไปโดยไม่คาดคิด คอนโทรลเลอร์จะตีความการเปลี่ยนแปลงนั้นว่าเป็นภาวะขัดข้อง

ตัวอย่างเช่น รีเลย์นิรภัยที่ทำงานปกติอาจส่งสัญญาณสถานะอย่างต่อเนื่อง การใช้ตรรกะ NOT ช่วยให้ PLC ระบุได้ทันทีเมื่อสัญญาณนั้นหายไป และหยุดเครื่องจักรหากจำเป็น

ตรรกะ NAND: การอินเวิร์ตฟังก์ชัน AND

ตรรกะ NAND สร้างขึ้นโดยวางอินเวอร์เตอร์ไว้ที่เอาต์พุตของเกต AND แทนที่จะต้องให้อินพุตทั้งหมดเปิดใช้งานเพื่อให้เอาต์พุตทำงาน ตรรกะ NAND ต้องให้อินพุตทั้งหมดปิดใช้งาน

รูปที่ 6. การใช้งานตรรกะ NAND โดยใช้ลอจิกแบบแลดเดอร์และการเขียนโปรแกรมแบบบล็อกฟังก์ชัน

ตรรกะ NAND อาจมองภาพได้ยากสำหรับโปรแกรมเมอร์มือใหม่ เนื่องจากการอินเวิร์ตเกิดขึ้นที่เอาต์พุตแทนที่จะเป็นอินพุต การทำความเข้าใจความแตกต่างนี้ช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการออกแบบที่พบบ่อยเมื่อต้องแปลงตรรกะระหว่างไดอะแกรมแลดเดอร์และไดอะแกรมบล็อกฟังก์ชัน

ในทางปฏิบัติ ตรรกะ NAND มีประโยชน์เมื่ออุปกรณ์ควรยังคงทำงานอยู่จนกว่าจะเกิดการรวมกันของเงื่อนไขที่กำหนด

ตรรกะ NOR และวงจรความปลอดภัย

ตรรกะ NOR รวมฟังก์ชัน OR เข้ากับเอาต์พุตแบบกลับค่า เอาต์พุตจะทำงานก็ต่อเมื่ออินพุตทุกตัวยังคงไม่ทำงาน

รูปที่ 7. ตรรกะ NOR ที่มักใช้ในวงจรหยุดฉุกเฉินและวงจรความปลอดภัย

ระบบหยุดฉุกเฉินเป็นตัวอย่างที่ใช้ได้จริง ภายใต้สภาวะปกติ ปุ่มหยุดฉุกเฉินทั้งหมดจะอยู่ในสถานะรีเซ็ต และวงจรความปลอดภัยจะยังคงจ่ายไฟอยู่ เมื่อกดปุ่มหยุดฉุกเฉินใด ๆ โซ่นิรภัยจะถูกตัดทันที และตัดกำลังไฟจากอุปกรณ์ที่เป็นอันตราย

แนวคิดการออกแบบเพื่อความปลอดภัยเมื่อเกิดความขัดข้องนี้ถือเป็นรากฐานสำคัญของระบบความปลอดภัยของเครื่องจักรสมัยใหม่

ตรรกะ XOR: เมื่ออินพุตต้องมีสถานะแตกต่างกัน

เกต Exclusive OR หรือ XOR มีการทำงานแตกต่างจากตรรกะ OR มาตรฐาน เอาต์พุตจะทำงานเมื่ออินพุตหนึ่งทำงานและอีกอินพุตไม่ทำงานเท่านั้น

รูปที่ 8. ตรรกะ XOR ที่แสดงเงื่อนไขอินพุตแบบเลือกอย่างใดอย่างหนึ่งในแอปพลิเคชัน PLC

หากอินพุตทั้งสองปิดอยู่ เอาต์พุตจะยังคงปิดอยู่ หากอินพุตทั้งสองเปิดอยู่ เอาต์พุตก็จะยังคงปิดเช่นกัน เอาต์พุตจะทำงานก็ต่อเมื่ออินพุตทั้งสองมีสถานะแตกต่างกัน

ตรรกะ XOR มักใช้ร่วมกับสวิตช์เลือก วงจรเลือกโหมด และเซนเซอร์สำรอง ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรอาจได้รับการออกแบบให้ทำงานได้ในโหมดอัตโนมัติหรือโหมดแมนนวลอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ไม่สามารถทำงานทั้งสองโหมดพร้อมกันได้ ตรรกะ XOR สามารถตรวจสอบได้ว่ามีการเลือกโหมดการทำงานเพียงโหมดเดียว

เหตุใดตรรกะบูลีนจึงมีความสำคัญต่อการเขียนโปรแกรม PLC

แม้ระบบอัตโนมัติสมัยใหม่จะมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ตรรกะบูลีนยังคงเป็นหัวใจสำคัญของการใช้งาน PLC ทุกประเภท ลอจิกเกตช่วยให้คอนโทรลเลอร์ประเมินสภาวะการทำงาน บังคับใช้ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ประมวลผลอินพุตจากเซนเซอร์ และควบคุมเอาต์พุตได้อย่างเป็นไปตามที่คาดการณ์

การเขียนโปรแกรมด้วย Function Block Diagram ช่วยแสดงความสัมพันธ์ทางตรรกะเหล่านี้ในรูปแบบภาพที่เข้าใจได้ชัดเจน เมื่อเข้าใจการทำงานของฟังก์ชัน AND, OR, NOT, NAND, NOR และ XOR วิศวกรจะสามารถสร้างระบบควบคุมที่เชื่อถือได้มากขึ้น และแก้ไขปัญหาในโปรแกรมที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

ไม่ว่าคุณจะทำงานกับเครื่องจักรแบบสแตนด์อโลนขนาดเล็กหรือโครงการระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การเชี่ยวชาญตรรกะบูลีนถือเป็นหนึ่งในทักษะที่มีคุณค่ามากที่สุดในการเขียนโปรแกรม PLC