การเขียนใช้งาน PLC เบื้องต้น
เตรียมความพร้อมก่อนเริ่มเขียนโปรแกรม
ก่อนจะไปเริ่มทำการเขียนโปรแกรมเบื้องต้นใน PLC นั้นต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวเครื่อง PLC เสียก่อนว่าส่วนไหนไว้ทำหน้าที่อะไร ซึ่งในบทความนี้จะใช้ PLC ของยี่ห้อ Amsamotion รุ่น AMX-FX3U-M26MR-E ในการทำสื่อการเรียนรู้และเป็นรุ่นที่น่าสนใจมากสำหรับผู้ที่ต้องการเริ่มต้นในการใช้งาน PLC รวมไปถึงสามารถนำไปใช้ในงานด้าน Automation ได้จริงอีกด้วย ที่สำคัญมีราคาที่ถูกเลยเมื่อเทียบกับแบรนด์อื่น
ลักษณะของ PLC ที่ใช้งาน
โดยที่ตัวอุปกรณ์ PLC รุ่นนี้ใช้ไฟฟ้า 24VDC ในการเลี้ยงวงจรภายในให้สามารถใช้งานได้ มีช่อง Input Interface แบบ Digital จำนวน 16 ช่อง (X0-X7, X10-X17) และ Output Interface แบบ Digital จำนวน 10 ช่อง (Y0-Y7, Y10-Y11) มีช่องทางการสื่อสารสามารถส่งข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นได้ ซึ่ง Protocol ที่รองรับคือ RS232, RS485 รวมไปถึง TCP/IP
องค์ประกอบโดยรวมของ PLC
ที่สำคัญจะลืมไม่ได้เลยคือ Switching Power Supply 24VDC เพราะต้องการแปลงไฟจาก 220VAC เป็น 24VDC เพื่อใช้งานของตัว PLC นั่นเอง
Switching Power Supply 24VDC
ก่อนที่จะนำ PLC ไปใช้งาน เราจะต้องเลือกรูปแบบการต่อ Input/Output ก่อน ซึ่งมี 2 รูปแบบหลัก คือ Sink และ Source การเลือกใช้งานขึ้นอยู่กับประเภท Output ของ Sensor ที่ใช้งาน คือ
1. การต่อแบบ Sinking จะใช้กับเซนเซอร์ชนิด NPN ที่มี Output เป็นสัญญาณขั้วลบ (0V) ซึ่งต้องต่อสายไฟ 24V เข้าช่อง S/S แล้วต่อสายไฟ 0V เข้าช่อง COM
2. การต่อแบบ Sourcing จะใช้กับเซนเซอร์ชนิด PNP ที่มี Output เป็นสัญญาณขั้วบวก (24V) ซึ่งต้องต่อสายไฟ 0V เข้าช่อง S/S แล้วต่อสายไฟ 24V เข้าช่อง COM
ถ้าไม่มีการใช้เซนเซอร์แต่มีการใช้ Switch อย่างเดียว จะต่อแบบไหนก็ได้เนื่องจาก Switch เป็นเพียงสะพานเชื่อมไฟเท่านั้น แต่ในบทความนี้ เราจะทำการต่อแบบ Sinking เพื่อการใช้งาน PLC
การต่อแบบ Sinking
การต่อแบบ Sourcing
โดยอุปกรณ์ที่จะใช้งานประกอบไปด้วย Push Button กับ Lamp ซึ่งอย่าลืมว่าเราต่อใช้งานแบบ Sinking เพราะฉะนั้นลักษณะการต่อใช้งานอุปกรณ์ เป็นดังนี้
1. Push Button จะต่อเข้ากับ Input X0 และอีกด้านต่อเข้ากับไฟ 0V (ถ้าใช้งานแบบ Sourcing ให้ต่ออีกด้านเข้ากับไฟ 24V)
2. Lamp จะต่อเข้ากับ Output Y0 และอีกด้านต่อเข้ากับไฟ 24V (ถ้าใช้งานแบบ Sourcing ให้ต่ออีกด้านเข้ากับไฟ 0V)
วิธีการต่อใช้งาน Input, Output แบบ Sinking
พื้นฐานภาษา Ladder
พื้นฐานในการเริ่มเขียนภาษา Ladder ต้องมีความเข้าใจในการทำงานเสียก่อน ซึ่งระบบจะทำงานในรูปแบบจากซ้ายไปขวา บนลงล่าง โดยต้องพยายามมองให้เส้นทางด้านซ้ายมือให้เป็นไฟขั้วบวกและเส้นทางด้านขวามือให้เป็นไฟขั้วลบ เพื่อให้เข้าใจง่ายยิ่งขึ้น
มุมมองของภาษา Ladder
โดยขั้นตอนนี้จะมีการเขียนวงจรแบบ SLD (Single Line Diagram) มาควบคู่กับการเขียนภาษา Ladder เพื่อให้ผู้ที่เริ่มต้นหรือผู้ที่มีประสบการณ์ทางด้านการทำไฟฟ้าคอนโทรลเข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น ซึ่งพื้นฐานในการทำไฟฟ้าคอนโทรลนั้นต้องรู้จักวงจรพื้นฐานเสียก่อนว่า Input แต่ละแบบทำงานอย่างไร ดังนี้
1. การใช้ Normally Open หรือ NO เป็นวงจรเปิดที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโดยที่ไม่ได้รับการกระทำ หากต้องการให้วงจรทำงานต้องมีอะไรสักอย่างในการทริกเกอร์วงจรให้ติดกันและหากต้องการให้วงจรหยุดทำงานต้องปล่อยทริกเกอร์ให้เป็นอิสระ ซึ่งการต่อวงจรแบบ NO จะเหมาะสำหรับทริกเกอร์วงจรเพื่อต้องการให้ทำงาน จะได้รูปแบบวงจรดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของการใช้วงจร NO เริ่มต้นจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น หากมีการกด Push Button ค้างไว้ ทำให้ Lamp ติด หากทำการปล่อยออกก็จะดับลง
ผลลัพธ์วงจรแบบ NO
2. การใช้ Normally Close หรือ NC เป็นวงจรปิดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโดยไม่ได้รับการกระทำ หากต้องการให้วงจรทำงานต้องปล่อยทริกเกอร์ให้เป็นอิสระและหากต้องการให้วงจรหยุดทำงานต้องมีอะไรสักอย่างในการทริกเกอร์วงจรให้แยกจากกัน ซึ่งการต่อวงจรแบบ NC จะเหมาะสำหรับทริกเกอร์วงจรเพื่อตัดการทำงาน จะได้รูปแบบวงจรดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของการใช้วงจร NC คือ เริ่มต้น Lamp จะติดขึ้นมา หากมีการกด Push Button ค้างไว้ ทำให้ Lamp ดับลง หากทำการปล่อยออกก็จะติดเหมือนเดิม
ผลลัพธ์วงจรแบบ NC
ในการใช้งานการต่อแบบ NO กับ NC จะทำงานแบบตรงกันข้ามกัน เมื่อรู้จักพื้นฐานการเลือกชนิด Input แล้วว่า รูปแบบไหนเหมาะสมกับสถานการณ์แบบไหน ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อีกมากมาย โดยต่อไปนี้จะเป็นการประยุกต์ใช้เบื้องต้นในการทำ PLC เบื้องต้น
การประยุกต์ใช้ในการเขียน PLC
ในที่นี้ก็จะนำการออกแบบทางตรรกะ (Logic Design) มาประยุกต์ใช้งานร่วมด้วย รวมถึงความรู้พื้นฐานในการใช้ระบบ Relay โดยจะเพิ่ม Push Button 1 ตัว ต่อเข้ากับช่อง Input X1 และเพิ่ม Lamp 1 ตัว ต่อเข้ากับช่อง Output Y1 จะกำหนดให้ Push Button สีเหลืองเป็น Input X0 แล้ว Push Button สีน้ำเงินเป็น Input X1 และ Lamp สีเขียวเป็น Output Y0 แล้ว Lamp สีแดงเป็น Output Y1 มีทั้งหมด 4 วิธีการแบบพื้นฐานใช้งานหลักๆ ดังนี้
1. การใช้ Input แบบ AND เป็นวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทุกจุดในเส้นทางเดียวกัน ถ้าต้องการให้วงจรนั้นทำงาน ทางฝั่ง Input แบบ NO จะต้องทำการทริกเกอร์วงจร ส่วน Input แบบ NC ไม่ต้องทำการทริกเกอร์วงจร ในตัวอย่างจะใช้การต่อแบบ NO จำนวน 2 จุดในการต่อวงจร ดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของวงจรนี้คือ หากต้องการให้ Lamp ติด ต้องกด Push Button พร้อมกันทั้งสองตัว
ผลลัพธ์วงจรแบบ AND
2. การใช้ Input แบบ OR เป็นวงจรให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอย่างน้อย 1 จุด ถ้าต้องการให้วงจรนั้นทำงาน ทางฝั่ง Input แบบ NO จะต้องทำการทริกเกอร์วงจร ส่วน Input แบบ NC ไม่ต้องทำการทริกเกอร์วงจร ในตัวอย่างจะใช้การต่อแบบ NO จำนวน 2 จุดในการต่อวงจร ดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของวงจรนี้คือ หากต้องการให้ Lamp ติด ต้องกด Push Button อย่างน้อย 1 ตัว
ผลลัพธ์วงจรแบบ OR
3. การใช้งานรูปแบบ Self-Holding เป็นเทคนิคที่ใช้ในวงจรควบคุมไฟฟ้าเพื่อให้สถานะของวงจรยังคงทำงานอยู่หลังจากที่มีการกด Push Button ครั้งแรก ถึงแม้จะมีการปล่อยแล้วก็ตาม หากมีการกดอีกครั้งก็จะไม่ส่งผล แต่ถ้าหากต้องการให้วงจรหยุดการทำงาน จำเป็นต้องใช้ Push Button อย่างน้อย 1 ตัวในการตัดวงจร หากเป็นวงจรแบบ SLD จำเป็นต้องใช้หน้าผิวสัมผัสของรีเลย์ (Relay Contact) แบบ NO เข้ามาช่วย ส่วนวงจรแบบ Ladder ไม่จำเป็นต้องใช้เพราะสามารถนำ Output มาใช้งานได้เลย ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้งานสำหรับล็อคสถานะการทำงานของมอเตอร์ มีลักษณะการต่อวงจรเป็นดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของวงจรนี้คือ หากกด Push Button สีเหลือง (X0) 1 ครั้ง วงจรจะทำงานแบบคงสถานะทำให้ Lamp ติดค้างไว้ หากต้องการให้วงจรหยุดการทำงาน ต้องกด Push Button สีน้ำเงิน (X1) เพื่อตัดการทำงาน จึงทำให้ Lamp ดับลง
ผลลัพธ์วงจรแบบ Self-Holding
4. การใช้งานรูปแบบ Interlock เป็นเทคนิคที่ใช้ในวงจรควบคุมไฟฟ้าเพื่อเพิ่มความปลอดภัยในการทำงานของระบบไฟฟ้าคอนโทรล โดยป้องกันการทำงานพร้อมกันซึ่งอาจก่อให้เกิดเป็นอันตรายได้ หากเป็นวงจรแบบ SLD จำเป็นต้องใช้หน้าผิวสัมผัสของรีเลย์ (Relay Contact) แบบ NC เข้ามาช่วย ส่วนวงจรแบบ Ladder ไม่จำเป็นต้องใช้เพราะสามารถนำ Output มาใช้งานได้เลย ส่วนใหญ่จะใช้งานสำหรับปกป้องการทำงานของมอเตอร์พร้อมกัน มีลักษณะการต่อวงจรเป็นดังนี้
วงจรของ SLD วงจรของ Ladder
ผลลัพธ์ของวงจรนี้คือ หากกด Push Button สีเหลือง (X0) ค้างไว้ ทำให้ Lamp สีเขียว (Y0) ติด ไม่ว่าจะกด Push Button สีน้ำเงิน (X1) กี่ครั้งก็ไม่สามารถทำให้ Lamp สีแดง (Y1) ติดได้ ต้องหยุดการทำงานก่อนถึงจะใช้งาน Lamp สีแดง (Y1) ได้ ในทางกลับกันหากใช้งาน Lamp สีแดง (Y1) อยู่ ก็ไม่สามารถใช้งาน Lamp สีเขียว (Y0) ได้เช่นกัน
ผลลัพธ์วงจรแบบ Interlock
ข้อควรระวังในการเขียน Ladder
การเขียนคำสั่ง Output ของโปรแกรมนั้นไม่ควรใช้ Output ให้ทำงานซ้ำกัน เพราะโปรแกรมจะทำงานบนลงล่าง ซึ่งจะตรวจจับการทำงานล่าสุดโดยไม่สนใจว่าก่อนหน้านี้จะมีคำสั่งอะไรก็ตาม ยกตัวอย่าง มี X0 กับ X1 ในการควบคุมการทำงานของ Y0 ดังภาพ
ผลลัพธ์ของวงจรนี้คือ หากกด Push Button สีเหลือง (X0) ค้างไว้จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าหากกด Push Button สีน้ำเงิน (X1) จะทำให้ Lamp สีเขียว (Y0) ติดขึ้น
วิธีแก้ไขคือ ให้ยุบ Y1 เข้าด้วยกันโดยต่อ X1 ในรูปแบบ OR กับ X0 นั่นเอง ทีนี้ก็สามารถใช้งานได้ตามปกติแล้ว
ซึ่งในการเขียนโปรแกรม PLC นั้นสามารถนำวิธีการเขียนข้างต้นมาประยุกต์ผสมร่วมกันได้ตามความเหมาะสม แล้วนำไปต่อยอดพัฒนาระบบควบคุมต่างๆได้ ไม่ว่าจะเป็นวงจรควบคุมมอเตอร์ ควบคุมปั๊มน้ำ เป็นต้น หวังว่าทุกคนที่เข้ามาศึกษาจะได้ความรู้และแนวทางในการเริ่มต้นใช้งาน PLC ไม่มากก็น้อย