การควบคุมและวงจรนิวแมติกส์ไฟฟ้า

 

การควบคุมและวงจรนิวแมติกส์ไฟฟ้า

บทความนี้ยังคงอยู่ในส่วนของความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ วงจรนิวเมติกส์ นะครับ โดยเป็นเรื่องราวเกี่ยวกับพื้นฐานการควบคุมการทำงานของระบบนิวเมติกส์ และวงจรนิวเมติกส์ไฟฟ้า ไปลุยกันเลยครับ

ในระบบการควบคุมงานทางด้านนิวแมติกส์ไฟฟ้า สามารถแบ่งส่วนประกอบที่สำคัญออกได้เป็นสองส่วนด้วยกัน คือ

• วงจรนิวแมติกส์หรือวงจรกำลัง (Pneumatic Circuit)
• วงจรไฟฟ้าหรือวงจรควบคุม (Electric Circuit)

วงจรรักษาสภาพ (The Holding Circuit)
วงจรรักษาสภาพในความหมายก็คือ เมื่อมีการกดสวิทซ์สั่งงานทั่วไปแล้ววงจรจะมีการทำงานอยู่ตลอดเวลาแม้ว่าจะไม่ได้กดสวิทซ์แล้วก็ตาม

รูปที่ 2 หลักการของการรักษาสภาพ

จากวงจรในรูป 2 วงจรยังไม่สามารถเนื่องจากหลังจากที่กดสวิทซ์ “No” ไปแล้ววงจรจะทำงานตลอดเวลาไม่สามารถหยุดได้ นอกจากหยุดหรือปลดแหล่งจ่ายไฟ (แบตเตอรี่) ออกจากวงจร จากเหตุผลดังกล่าวจึงต้องมีสวิทซ์อีกตัวไว้สำหรับการหยุดการทำงาน โดยจะเป็นสวิทซ์แบบปกติปิด

รูปที่ 4 วงจรรักษาสภาพตามมาตรฐาน ISO

การประยุกต์ใช้งานวงจรรักษาสภาพ

รูปที่ 5

จากรูป : เมื่อกำหนดให้ a1 คือ ลิมิตสวิทซ์ที่ติดไว้ที่ปลายกระบอกสูบ เงื่อนไขของการควบคุมกล่าวคือเมื่อกดสวิทซ์สตาร์ทก้านสูบเคลื่อนที่ออกสุดแล้วเคลื่อนที่กลับเองโดยอัตโนมัติในส่วนของวงจรไฟฟ้า หรือวงจรควบคุมสามารถใช้ได้สองวงจรด้วยกัน คือ a และ b

จากวงจรของรูป a เมื่อกดสวิทซ์สตาร์ท กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเข้าคอยล์ของรีเลย์ R1 หน้าสัมผัสของรีเลย์ R1 ในแถวที่ 2 ต่อวงจร ดังนั้นเมื่อปล่อยมือกระแสไฟฟ้าก็ยังสามารถผ่านหน้าสัมผัส R1 ในแถวที่ 2 เข้าคอยล์ (เมื่อรีเลย์ R1 ทำงานหน้าสัมผัสปกติเปิดอีกชุดหนึ่ง จะไว้สำหรับควบคุมโซลินอยด์ A ของวาล์ว 5/2) ในช่วงนี้โซลินอยด์ A ทำงานเป็นผลให้เมนวาล์วเลื่อนความดันลมเปลี่ยนทิศทางก้านสูบเคลื่อนที่ออก เมื่อก้านสูบเคลื่อนที่ออก และไปชนกับลิมิตสวิทซ์ a1, a1 ปกติที่ปิดจะเปิดวงจรตัดไฟไม่ให้ไหลเข้าคอยล์ของรีเลย์ R1, รีเลย์ R1 หยุดทำงานหน้าสัมผัสกลับสู่สภาพเดิมส่งผลให้เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติก้านสูบเคลื่อนที่เข้า

วงจรของรูป b การทำงานจะเหมือนกับรูป a แต่แทนที่จะใช้ลิมิตสวิทซ์ a1 มาหยุดการทำงานโดยตรงจะเอาสัญญาณไปเข้ารีเลย์ R2 ก่อน

 

การควบคุมการทำงานด้วย TIMER
วงจรต่อไปนี้เป็นการนำ TIMER มาใช้ในการหน่วงเวลาทั้งตอนเคลื่อนที่ออกและเคลื่อนที่เข้า

รูปที่ 6

การทำงานของวงจรในรูปที่ 6 เมื่อกดสวิทซ์สตาร์ทซึ่งเป็นสวิทซ์แบบค้างตำแหน่งกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านลิมิตสวิทซ์ CO ซึ่งก้านสูบกดอยู่เข้าไปยังคอยล์ของตัวตั้งเวลา T1 เมื่อถึงเวลาที่ตั้งไว้หน้าสัมผัส T1 ในแถวที่ 2 จะต่อวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าโซลินอยด์ (C+) เป็นผลให้เมนวาล์วเลื่อนก้านสูบเคลื่อนที่ออกลิมิตสวิทซ์ CO ถูกปล่อย T1 ไม่มีไฟหน้าสัมผัสกลับสู่สภาพเดิม

เมื่อก้านสูบเคลื่อนที่ออกสุดกดให้สวิทซ์ C1 ต่อวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้า T2 และเมื่อถึงเวลาที่ตั้งไว้หน้าสัมผัส T2 ในแถวที่ 4 ซึ่งเป็นแถวสุดท้ายต่อวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าโซลินอยด์ (C-) เป็นผลให้เมนวาล์วกลับตำแหน่งปกติก้านสูบเคลื่อนที่เข้าและปล่อยลิมิตสวิทซ์ C1 ให้กลับสู่สภาพเดิม และหากมีการกดสวิทซ์สตาร์ทค้างไว้ การทำงานก็จะเป็นเช่นเดิมอีกครั้งหนึ่ง

 

การควบคุมการทำงานแบบอัตโนมัติ
เงื่อนไขของการทำงานดังกล่าวคือเมื่อกดสวิทซ์สตาร์ท (สวิทซ์กดค้าง) ไปแล้วก้านจะเคลื่อนที่เข้าออกเองโดยอัตโนมัติ จนกว่าจะปล่อยสวิทซ์สตาร์ทกลับสู่สภาวะปกติ

รูปที่ 7

การทำงานของวงจรในรูปที่ 7 : ในสภาวะปกติก้านสูบจะกดให้ลิมิตสวิทซ์ ao ต่อวงจร เมื่อมีการกดสวิทซ์สตาร์ทแบบค้างตำแหน่งจึงทำให้กระแสไหลเข้าคอยล์รีเลย์ R1 ส่งผลให้เมนวาล์วเลื่อนก้านสูบเคลื่อนที่ออก ลิมิตสวิทซ์ ao ถูกปล่อยและเมื่อก้านสูบเคลื่อนที่ออกไปกดลิมิตสวิทซ์ a1 หน้าสัมผัส a1 จะต่อไฟฟ้าเข้าคอยล์รีเลย์ R2 เมื่อรีเลย์ R2 ทำงานหน้าสัมผัสปกติปิดของ R2 ในแถวที่ 2 จะเปิดวงจรให้รีเลย์ R1 หยุดทำงานเมนวาล์วถูกเลื่อนกลับด้วยสปริง ก้านสูบเคลื่อนที่เข้าปล่อยลิมิตสวิทซ์ a1 สู่สภาพเดิม เมื่อก้านสูบเคลื่อนที่เข้ามาชนลิมิตสวิทซ์ ao หากกดสวิทซ์ค้างไว้ก้านสูบพร้อมที่จะเคลื่อนที่ออกไปใหม่

 

การควบคุมการทำงานแบบต่อเนื่อง (Sequence Control)
การนำระบบนิวแมติกส์ไฟฟ้าไปใช้ในงานอุตสาหกรรมนั้นโดยทั่วไปแล้วการควบคุมอุปกรณ์ทำงานหรือกระบอกสูบเพียงตัวเดียว การควบคุมแบบต่อเนื่องก็คือการควบคุมอุปกรณ์ทำงานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปโดยการทำงานมีความสัมพันธ์และเกี่ยวข้องกัน ในกรณีที่มีอุปกรณ์ทำงานหลายตัวเพื่อความสะดวกในการอธิบายการทำงานของวงจรรวมทั้งการออกแบบ จึงนิยมใช้แผนภาพการเคลื่อนที่ของก้านสูบมาใช้ในการแก้ปัญหาดังกล่าว

รูปที่ 8

จากรูปแผ่นไดอะแกรม (Displacement Step Diagram) เส้นในแนวตั้งที่มีหมายเลขกำกับจะหมายถึงจังหวะ หรือขั้นตอนในการทำงานของอุปกรณ์ทำงานหรือกระบอกสูบ ส่วนในแนวนอน “0” หมายถึงก้านสูบเคลื่อนที่เข้า ส่วน “1” หมายถึงกานสูบเคลื่อนที่ออก

ตัวอย่างจากรูปที่ 8 C มีกระบอกสูบ 2 ตัว คือ A และ B มีขั้นตอนการทำงาน 4 ขั้นตอน กล่าวคือ จังหวะที่ 1 กระบอกสูบ A เคลื่อนที่ออก จังหวะที่ 2 กระบอกสูบ B เคลื่อนที่ออก จังหวะที่ 3 กระบอกสูบ A เคลื่อนที่เข้า และจังหวะที่ 4 กระบอกสูบ B เคลื่อนที่เข้า

ตัวอย่าง : จากแผนภาพในรูป 8 อาจเขียนขั้นตอนในการทำงานได้อีกวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้คือ A+B+A-B- (เครื่องหมาย “+” หมายถึงการเคลื่อนที่ออก และเครื่องหมาย “-“ หมายถึงการเคลื่อนที่เข้า)

รูปที่ 9 วงจรนิวแมติกส์

รูปที่ 10 วงจรควบคุม

การทำงานของวงจร : เมื่อกำหนดให้ a0, a1 คือลิมิตสวิทซ์ที่กระบอกสูบ A a0 ทำงานเมื่อก้านสูบเคลื่อนที่เข้าสุด , a1 ทำงานเมื่อก้านสูบเคลื่อนที่ออกสุด b0, b1 คือ ลิมิตสวิทซ์ที่กระบอกสูบ B

ในสภาวะปกติก้านสูบ A และ B จะกดให้ลิมิตสวิทซ์ a0 และ b0 ต่อวงจร ดังนั้นในแถวที่ 4 จะมี กระแสไฟฟ้าไหลเข้าโซลินอยด์ (B-) เมนวาล์วของกระบอกสูบ B อยู่ในตำแหน่งปกติ

เมื่อกดสวิทซ์สตาร์ทเพื่อเริ่มต้นการทำงานกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเข้าโซลินอยด์ (A-) เมนวาล์วเลื่อนก้านสูบ A เคลื่อนที่ออกปล่อย a0 คืนตำแหน่งปกติ ก้านสูบ A เคลื่อนที่ออกสุดสั่งให้ a1 ทำงานต่อวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าโซลินอยด์ (B-) เมนวาล์วเลื่อนก้านสูบ B เคลื่อนที่ออกปล่อย b0 คืนตำแหน่งปกติ ก้านสูบ B เคลื่อนที่ออกสุดสั่งให้ b1 ทำงานต่อวงจรไฟฟ้าไหลเข้า โซลินอยด์ (A-) เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติ ก้านสูบ A เคลื่อนที่เข้าสั่งให้ a0 ต่อวงจรให้กระแสไฟไหลเข้า โซลินอยด์ (B-) เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติ ก้านสูบ B เคลื่อนที่เข้าและสั่งให้ b0 ต่อวงจรพร้อมที่จะทำงานใหม่อีกครั้งหนึ่งหากมีการกดสตาร์ท

 

ตัวอย่าง : วงจรการควบคุมนิวแมติกส์แบบต่าง ๆ ตามมาตรฐาน IEC (BS 3939)

ตัวอย่างที่ 1 วงจรรักษาสภาพ

การทำงานของวงจร : ในสภาวะปกติความดันลมจาก P ไปออกที่ B กันให้ก้านสูบเคลื่อนที่เข้า เมื่อกดสวิทซ์ P1 กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน P2 เข้าคอยล์รีเลย์ R1 หน้าสัมผัส R1 ทั้งหมดเปลี่ยนตำแหน่ง ดังนั้นเมื่อปล่อยมือจาก P1 กระแสไฟฟ้าก็ยังไหลผ่านทางหน้าสัมผัส R1 อยู่ และในแถวสุดท้ายหน้าสัมผัส R1 จะต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y1 ส่งผลให้เมนวาล์วเลื่อนลมจาก P ไปออกที่ A ก้านสูบเคลื่อนที่ออกและค้างอยู่จนกว่าจะกดสวิทซ์ P2 เพื่อตัดกระแสไฟที่เข้าไปยังเมนวาล์วจะเคลื่อนที่กลับตำแหน่งปกติด้วยสปริงลมจาก P ไปออกที่ B ก้านสูบเคลื่อนที่เข้า

 

ตัวอย่างที่ 2 การควบคุมแบบค้างตำแหน่ง

จากตัวอย่างที่ 1 ในกรณีที่ต้องการเงื่อนไขการทำงานเหมือนกันกล่าวคือ เมื่อกด P1 ก้านสูบเคลื่อนที่ออก และเมื่อกด P2 ก้านสูบเคลื่อนที่เข้า กรณีที่เปลี่ยนเมนวาล์วจากการใช้โซลินอยด์ด้าน (Single Solennoid) เป็นเมนวาล์วที่ใช้โซลินอยด์ทั้งสองด้าน (Double Solennoid) ซึ่งวาล์วแบบนี้บางครั้งจะเรียกว่า “MEMORY VALVE”

การทำงานของวงจร ในสภาวะปกติความดันลมจาก P ไปออกที่ B ทำให้ก้านสูบเคลื่อนที่เข้าที่กด P1 ไฟไหลเข้าคอยล์ของรีเลย์ R1 หน้าสัมผัส R1 เปลี่ยนตำแหน่งต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y1 เมนวาล์วเปลี่ยนตำแหน่งเป็นผลให้ก้านสูบเคลื่อนที่ออกหลังจากปล่อยมือที่กด P1 แล้วเมนวาล์วยังคงตำแหน่งอยู่ หากต้องการให้ก้านสูบเคลื่อนที่เข้าให้กด P2 กระแสไฟก็จะไหลเข้าคอยล์ของรีเลย์ R2 หน้าสัมผัส R2 ต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y2 เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติก้านสูบเคลื่อนที่เข้า

 

ตัวอย่างที่ 3 การควบคุมแบบกึ่งอัตโนมัติ (กรณีเมนวาล์วใช้โซลินอยด์ทั้งสองด้าน)

การทำงานของวงจร : มีลักษณะคล้ายกับวงจรในตัวอย่างที่ 2 แต่แทนที่จะใช้มือกด P2 จะให้หัวก้านสูบกดตัวลิมิตสวิทซ์ LS1 แทน การทำงานจึงมีลักษณะเป็นแบบกึ่งอัตโนมัติ

 

ตัวอย่างที่ 4 การควบคุมแบบกึ่งอัตโนมัติ (กรณีใช้เมนวาล์วแบบโซลินอยด์ด้านเดียว)

การทำงานของวงจร : มีลักษณะเช่นเดียวกับตัวอย่างที่ 1 แต่จะใช้ลิมิตสวิทซ์ LS1 แทนสวิทซ์ P2 เพื่อหยุดการทำงาน หรือต้องการให้ก้านสูบเคลื่อนที่เข้าตำแหน่งปกติ

 

ตัวอย่างที่ 5 การควบคุมแบบกึ่งอัตโนมัติ (กรณีใช้ REED SWITCH)

การควบคุมนิวเมติกส์ไฟฟ้า (กรณีใช้ REED SWITCH)

การทำงานของวงจร : ในกรณีที่เมนวาล์วเป็นแบบใช้โซลินอยด์ด้านเดียว การทำงานของวงจรจะมีลักษณะเหมือนกับลิมิตสวิทซ์ แต่เนื่องจาก REED SWITCH ไม่มีหน้าสัมผัสที่เป็นแบบปกติปิดของ R2 มาตัดวงจร

 

ตัวอย่างที่ 6 การควบคุมตำแหน่ง

การทำงานของวงจร : ในที่นี้จะใช้เมนวาล์ว 5/3 ตำแหน่งกลางปกติปิดเมื่อกด P1 ทำให้รีเลย์ R1 ทำงานส่งผลให้ Y1 งานเมนวาล์วเปลี่ยนตำแหน่งลมจาก P ไป a ก้านสูบเคลื่อนที่ออก และหากปล่อยมือจาก P1 เมนวาล์วจะเลื่อนกลับตำแหน่งกลางซึ่งเป็นปกติปิดโดยสปริง ดังนั้นก้านสูบจึงเคลื่อนที่ออกแล้วก็หยุด หากต้องการให้เคลื่อนที่ออกต่อก็ให้กด P1 ซ้ำใหม่อีกครั้งหนึ่ง และหากต้องการให้ก้านสูบเคลื่อนที่เข้าก็ให้กด P2

 

ตัวอย่างที่ 7 การควบคุมด้วย สวิทซ์ความดัน (Pressure Switch)

การควบคุมด้วย Pressure switch

การทำงานของวงจร : เมื่อกด P1 กระแสไฟไหลเข้าคอยล์ของรีเลย์ R1 หน้าสัมผัสของรีเลย์ R1 ต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y1 เมนวาล์วเปลี่ยนตำแหน่งลมจาก P ไปออก A ก้านสูบเคลื่อนที่ออก และความดันลมส่วนหนึ่งจะถูกส่งเข้าไปยังสวิทซ์ความดัน เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ตำแหน่งที่ติดตั้ง REED SWITCH (RS1) และความดันถึงค่าที่ตั้งไว้ทำให้หน้าสัมผัสของสวิทซ์ความดัน PS1 ต่อไฟเข้าคอยล์ของรีเลย์ R2 หน้าสัมผัสของ R2 ในแถวสุดท้ายต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y2 ส่งผลให้เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติก้านสูบเคลื่อนที่เข้า

 

ตัวอย่างที่ 8 การควบคุมการทำงานด้วย TIMER (ตั้งเวลาเมื่อก้านสูบเคลื่อนที่ออกสุด)

การควบคุมการทำงานด้วย TIMER

การทำงานของวงจร : เมื่อกด P1 กระแสไฟไหลเข้าคอยล์ของรีเลย์ R1 หน้าสัมผัสของรีเลย์ R1 ต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y1 เมนวาล์วเปลี่ยนตำแหน่งลมจาก P ไปออก A ก้านสูบเคลื่อนที่ออก และความดันลมส่วนหนึ่งจะถูกส่งเข้าไปยังสวิทซ์ความดัน เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ถึงตำแหน่งที่ติดตั้ง REED SWITCH (RS1) และความดันถึงค่าที่ตั้งไว้ทำให้หน้าสัมผัสของสวิทซ์ความดัน PS1 ต่อไฟเข้าคอยล์ของรีเลย์ R2 หน้าสัมผัสของ R2 ในแถวสุดท้ายต่อไฟเข้าโซลินอยด์ Y2 ส่งผลให้เมนวาล์วเลื่อนกลับตำแหน่งปกติ ก้านสูบจะเคลื่อนที่เข้า