การกำหนดขนาด PLC, I/O และเซนเซอร์สำหรับระบบอัตโนมัติเครื่องอบเมล็ดพืช
การออกแบบ PLC I/O สำหรับระบบอัตโนมัติของเครื่องอบเมล็ดพืชและถังเก็บ: นับจำนวน I/O แบบดิจิทัล/แอนะล็อก เลือกเซนเซอร์ Class II Div 1/2 เดินสายคอนแทคเตอร์ และเช...
ระบบอัตโนมัติของเครื่องอบเมล็ดพืชอยู่ตรงจุดตัดระหว่างการลำเลียงวัสดุจำนวนมาก การควบคุมการเผาไหม้หรืออากาศร้อน และแนวทางปฏิบัติด้านไฟฟ้าสำหรับฝุ่นที่ติดไฟได้ เครื่องอบและชุดลำเลียงขนาดกลางทั่วไปมีจุด PLC I/O ประมาณแปดสิบถึงสองร้อยจุด เมื่อนับรวมระดับในถัง อุณหภูมิ ความชื้น อุปกรณ์ตรวจสอบการหมุน สัญญาณป้อนกลับของมอเตอร์ ตัวขับแดมเปอร์ และอุปกรณ์สำหรับผู้ปฏิบัติงาน การจัดสรร I/O ต่ำเกินไปจะทำให้ต้องแก้ไขตู้ในช่วงท้าย ส่วนการจัดสรรเกินโดยไม่มีแนวคิดด้านเซนเซอร์ที่ชัดเจนจะสิ้นเปลืองงบประมาณ และยังทำให้มีช่องโหว่ด้านพื้นที่อันตรายอยู่ดี บทความนี้นำเสนอวิธีปฏิบัติในการกำหนดขนาด I/O และเซนเซอร์ให้เหมาะสม โดยสอดคล้องกับข้อกังวลด้านฝุ่น Class II Division 1 หรือ Division 2 Group G ตาม NFPA 61 และกฎการติดตั้งของ NEC
ตู้ควบคุมเครื่องอบเมล็ดพืชต้องผสานการนับจุด I/O อย่างแม่นยำเข้ากับวิธีตรวจจับและป้องกันที่เหมาะกับฝุ่น
วิธีการป้องกันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ตู้แบบป้องกันการจุดระเบิดของฝุ่น (DIP) แบริเออร์แบบความปลอดภัยภายใน (IS) สำหรับเซนเซอร์พลังงานต่ำ และวงจรแบบไม่ก่อประกายไฟ (NI) ในกรณีที่ระดับ Division อนุญาต โดยปกติแพลตฟอร์ม PLC จะติดตั้งอยู่ในห้องไฟฟ้าที่สะอาดหรือเป็นพื้นที่ใช้งานทั่วไป ขณะที่อุปกรณ์ภาคสนามและสถานีควบคุมเฉพาะที่ต้องมีพิกัดตาม Division อย่าสันนิษฐานว่าเซนเซอร์พร็อกซิมิตีมาตรฐาน 24 V DC สามารถใช้งานบนชั้นลอยที่มีฝุ่นได้โดยไม่ตรวจสอบแบบแสดงการจัดประเภทพื้นที่
ชุดเซนเซอร์สำหรับเครื่องอบ
การตรวจจับระดับมักใช้เทคโนโลยีทั้งแบบตรวจจับเป็นจุดและแบบต่อเนื่อง สวิตช์แบบคาปาซิทีฟหรือแบบใบพายใช้สร้างอินเตอร์ล็อกระดับสูงในถังพักและส่วนต่าง ๆ ของเครื่องอบ เรดาร์แบบคลื่นนำ (GWR) ให้ค่าระดับอย่างต่อเนื่องในกรณีที่การจัดการปริมาณวัสดุและตรรกะการเติมอัตโนมัติต้องใช้ค่าแอนะล็อก สวิตช์ตรวจการหมุนหรือความเร็วเป็นศูนย์บนขาและสายพานลำเลียงควรเป็นอุปกรณ์แบบปกติปิดที่ทำงานแบบปลอดภัยเมื่อเกิดความขัดข้อง เพื่อให้สายขาดถูกตีความว่าเพลาหยุดหมุน ลูปอุณหภูมิใช้เทอร์โมคัปเปิลหรือ RTD ในโซนให้ความร้อนและอากาศในพลีนัม ส่วนการวัดความชื้นมักใช้เซนเซอร์เฉพาะทางแบบ 4–20 mA ป้อนเข้าสู่การ์ดอินพุตแอนะล็อก ตัวเลือกแต่ละแบบส่งผลให้ต้องใช้โมดูล I/O ต่างชนิดกัน ได้แก่ ดิจิทัล DC เทอร์โมคัปเปิล RTD หรือกระแสแอนะล็อก
| ฟังก์ชัน | อุปกรณ์ทั่วไป | ประเภท I/O |
|---|---|---|
| ระดับสูง | คาปาซิทีฟ / ใบพาย | DI ควรเป็นแบบปลอดภัยเมื่อเกิดความขัดข้อง |
| ระดับต่อเนื่อง | เรดาร์แบบคลื่นนำ | AI 4–20 mA |
| ยืนยันการเคลื่อนไหว | ความเร็วเป็นศูนย์ / การหมุนแบบ NC | DI |
| อุณหภูมิ | TC หรือ RTD | โมดูล TC/RTD |
| ความชื้น | ทรานสมิตเตอร์วัดความชื้น | AI 4–20 mA |
| สถานะมอเตอร์ | หน้าสัมผัสช่วย + OL + ความเร็ว | DI (+ AI หากมีการวัดความเร็ว) |
มอเตอร์ต้องมีมากกว่าคำสั่งเดินเครื่องเพียงอย่างเดียว ควรเผื่ออินพุตดิจิทัลสำหรับสัญญาณป้อนกลับจากหน้าสัมผัสช่วยของคอนแทกเตอร์ การทริปของโอเวอร์โหลด และการตรวจความเร็วเป็นศูนย์หรือการเคลื่อนไหวจากเอ็นโคดเดอร์ ในกรณีที่การปนเปื้อนข้ามหรือความเสี่ยงจากไฟไหม้จำเป็นต้องยืนยันการไหล หากมี VFD ให้ตัดสินใจว่าจะรับสัญญาณความเร็วกลับผ่านค่าดิจิทัลตามเกณฑ์ เอาต์พุตแอนะล็อก หรือสถานะผ่านเครือข่าย และต้องนับจุดเหล่านั้นไว้อย่างชัดเจน
แรงดันเอาต์พุตดิจิทัลและความจุสำรอง
คอยล์คอนแทกเตอร์ในโรงงานเมล็ดพืชมักเป็น 120 V AC เพราะแรงดันนี้ตรงกับศูนย์ควบคุมมอเตอร์ที่มีอยู่ รีเลย์คั่นกลางจึงช่วยให้ PLC ใช้การ์ดเอาต์พุต 120 V AC หรือเอาต์พุต 24 V DC เพื่อขับคอยล์รีเลย์ได้ เอาต์พุต 24 V DC ช่วยให้การกำหนดมาตรฐานตู้เป็นเรื่องง่ายขึ้นและลดอันตรายจากไฟฟ้าช็อตภายในตู้ PLC แต่จำเป็นต้องเลือกรีเลย์และวงจรลดแรงดันกระชากให้เหมาะสม ควรกำหนดตัวเลือกนี้ไว้เป็นมาตรฐานของโรงงาน และไม่ควรใช้คอยล์ต่างแรงดันปะปนกันโดยไม่จำเป็นบนเทอร์มินัลสตริปเดียวกัน
การเผื่อความจุ I/O ร้อยละสิบห้าถึงยี่สิบเป็นหลักปฏิบัติที่เหมาะสมหลังจากได้จำนวนจุดเบื้องต้นที่ชัดเจนแล้ว ควรมีจุดสำรองในโมดูลแต่ละประเภทที่ใช้งานจริง ไม่ใช่เฉพาะแร็กดิจิทัลเท่านั้น เพราะการเพิ่มลูปความชื้นในช่วงท้ายจะไม่ช่วยอะไร หากทุกช่องสัญญาณแอนะล็อกถูกใช้หมดแล้ว ควรเว้นสล็อตว่างหรือสำรองความจุแชสซีไว้สำหรับการขยายเมื่อมีการเพิ่มส่วนของเครื่องอบ
หน้าจอ HMI สำหรับโซนเครื่องอบควรแสดงสุขภาพของเซนเซอร์ ไม่ใช่เฉพาะค่ากระบวนการ เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานแยกความขัดข้องจากฝุ่นออกจากการทริปของกระบวนการได้
ขั้นตอนการกำหนดขนาด HMI และกระบวนการ
การวางแผน HMI ควรรวมอยู่ในการประมาณการ I/O เพราะทุกจุดแอนะล็อกและจุดดิจิทัลสำคัญต้องมีการแจ้งเตือน การทำเทรนด์ และการแสดงเหตุขัดข้องรายการแรก ผู้ปฏิบัติงานเครื่องอบต้องพึ่งพาภาพรวมของแต่ละโซนที่ชัดเจน ได้แก่ ความชื้นขาเข้า ความชื้นขาออก อุณหภูมิพลีนัม การยืนยันการทำงานของพัดลม และสถานะระดับสูงของถัง ควรสร้างหน้าจออุปกรณ์ที่แสดงบิตความขัดข้องของเซนเซอร์แยกจากอินเตอร์ล็อกของกระบวนการอย่างชัดเจน เพื่อไม่ให้ GWR ที่เสียถูกตีความว่าเป็นถังว่าง
- จัดทำรายการอุปกรณ์กลไกและกำหนดฟังก์ชันการตรวจจับจากตารางด้านบน
- ใช้การจัดประเภทพื้นที่เป็นเกณฑ์ และเลือกอุปกรณ์ DIP, IS หรือ NI ให้เหมาะสม
- นับช่องสัญญาณ DI/DO/AI/AO/TC/RTD แล้วเผื่อสำรองร้อยละ 15–20 ในแต่ละประเภท
- เลือกแนวทางแรงดันของ DO (120 V AC โดยตรง เทียบกับ 24 V DC ร่วมกับรีเลย์คั่นกลาง)
- กำหนดแท็ก HMI เทรนด์ และการแจ้งเตือนเหตุขัดข้องรายการแรกสำหรับเซนเซอร์แต่ละตัวที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย
การนับ I/O และการตรวจสอบเซนเซอร์ในพื้นที่ฝุ่น
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย ได้แก่ นับเฉพาะมอเตอร์และลืมสัญญาณแอนะล็อกของระดับกับความชื้น ใช้สวิตช์ความเร็วเป็นศูนย์แบบ N.O. ซึ่งปกปิดสายที่ขาด ติดตั้งเซนเซอร์ที่ไม่มีพิกัดในพื้นที่ฝุ่น Class II และไม่เผื่อความจุแอนะล็อกสำรอง อีกข้อผิดพลาดที่มักเกิดขึ้นคือการละเลยการต่อลงดินของชีลด์ในวงจรความชื้นและ GWR แบบ 4–20 mA ซึ่งทำให้เกิดการทริปจากสัญญาณรบกวนจนผู้ปฏิบัติงานต้องปิดใช้งาน
การนับจุดอย่างเป็นระบบ การเลือกอุปกรณ์สำหรับพื้นที่อันตราย และความจุสำรอง จะทำให้ระบบควบคุมเครื่องอบรองรับการขยายในฤดูเก็บเกี่ยวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรกำหนดมาตรฐานแพลตฟอร์ม PLC และจัดเก็บ โมดูล PLC I/O และคอนโทรลเลอร์ ที่เข้ากันได้ไว้ เพื่อให้การหยุดทำงานในช่วงเก็บเกี่ยววัดเป็นชั่วโมง แทนที่จะต้องรอการจัดหาอุปกรณ์ทดแทนจากผู้ผลิตหลายราย
เกี่ยวกับผู้เขียน
Mark Townsend | วิศวกรระบบอัตโนมัติอาวุโส – ระบบ Allen-Bradley
Mark Townsend เป็นวิศวกรระบบอัตโนมัติอาวุโสที่มีประสบการณ์กับแพลตฟอร์ม Allen-Bradley มากกว่า 18 ปี ครอบคลุม ControlLogix, CompactLogix และ SLC-500 รุ่นเก่า งานประจำวันของเขาคือการเริ่มใช้งานลอจิก RSLogix / Studio 5000 และ HMI FactoryTalk View บนระบบที่มีอายุการใช้งานมากและระบบที่ใช้อุปกรณ์หลายรุ่นผสมกัน
