PLC คืออะไร?
ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ PLC
คำว่า “PLC” นั้นย่อมาจาก “Programmable Logic Controller” เป็นอุปกรณ์ระบบคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อเป็นสมองควบคุมการทำงานของเครื่องจักรและกระบวนการผลิตต่างๆ ในอุตสาหกรรม ถูกพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1968 โดยบริษัท General Motors ในสหรัฐอเมริกา เพื่อใช้แทนระบบรีเลย์ที่ใช้ในการควบคุมเครื่องจักรในโรงงานผลิต ระบบ PLC นั้นออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเร็วในการเปลี่ยนแปลงกระบวนการทำงานและลดความซับซ้อนการบำรุงรักษาของเครื่องจักร
ปัจจุบัน PLC ถือเป็นหัวใจหลักสำคัญของระบบควบคุมอัตโนมัติและมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมหลายประเภททั่วโลกไม่ว่าจะเป็นไลน์การผลิต เครื่องจักรระบบอัตโนมัติ จนไปถึงทำงานร่วมกับหุ่นยนต์แขนกลอุตสาหกรรม แล้วได้รับการพัฒนาให้มีความสามารถที่หลากหลาย เช่น การรองรับภาษาโปรแกรมหลายภาษา การทำระบบ IoT (Internet of Things) การใช้งาน PLC หลายตัวร่วมกันและการใช้งานร่วมกับหน้าจอ HMI (Human Machine Interface) เป็นต้น
โดยจะต้องทำการเขียนโปรแกรมลงไปเพื่อให้ทำงานตามที่ออกแบบระบบไว้ ตัว PLC นั้นเป็นวงจรดิจิตอล (Digital) เป็นหลักมีช่องสัญญาณการใช้งานอยู่ 2 แบบคือ ช่องรับสัญญาณเข้า (Input) กับช่องส่งสัญญาณออก (Output) นอกจากนี้ยังมีช่องสัญญาณการสื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆอีกด้วย ขึ้นอยู่กับยี่ห้อและรุ่นที่สามารถรองรับได้
โครงสร้างของอุปกรณ์ PLC
จะโครงสร้างที่คล้ายกับคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรม มีทั้งหมด 6 ส่วนหลัก ได้แก่
1. หน่วยประมวลผลกลาง CPU (Central Processing Unit) ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของ PLC โดยอ่านคำสั่งจากหน่วยควบคุม (Control Unit) และประมวลผลข้อมูลต่าง ๆ ที่ได้รับจากช่องรับสัญญาณเข้า (Input) และสั่งควบคุมช่องส่งสัญญาณออก (Output)
2. หน่วยความจำข้อมูล (Memory) ในอุปกรณ์ PLC นั้นจะมีหน่วยความจำแบบ RAM (Random Access Memory) และ ROM (Read-Only Memory) ซึ่ง RAM จะมีแบตเตอรี่ขนาดเล็กเพื่อเป็นไฟเลี้ยงข้อมูลขณะเกิดไฟดับ การอ่านและการเขียนโปรแกรมจะทำการลงใน RAM ก่อนเพราะสามารถทำได้ง่ายและรวดเร็วจึงเหมาะกับการทดลองโปรแกรมบ่อยๆ หากมีความมั่นใจในโปรแกรมแล้วจึงค่อยลงใน ROM ทีหลังเพื่อให้โปรแกรมข้อมูลอยู่ถาวร ส่วน ROM นั้นไว้สำหรับต้องการเก็บข้อมูลแบบถาวรแม้ว่าไฟจะดับก็ตาม แต่ข้อเสียของ ROM นั้นคือมีความเร็วในการประมวลผลที่ช้า RAM มากและจำกัดจำนวนครั้งในการเขียนข้อมูล
3. หน่วยรับสัญญาณ Input จะเป็นส่วนที่รับข้อมูลจากสวิตซ์และเซนเซอร์ต่างๆ ในรูปดิจิตอล (Digital) เป็นหลัก ซึ่งบางรุ่นจะมีการรับข้อมูลแบบแอนาล็อค (Analog) ได้
4. หน่วยส่งสัญญาณ Output จะเป็นส่วนที่ส่งข้อมูลการทำงานต่างๆ ในรูปดิจิตอล (Digital) เป็นหลักไม่ว่าจะเป็นรีเลย์ (Relay) ควบคุมมอเตอร์ (Motor) รวมไปถึงไฟแสดงสถานะการทำงานต่างๆ ซึ่งบางรุ่นสามารถส่งข้อมูลแบบแอนาล็อค (Analog) ได้
5. หน่วยป้อนโปรแกรม จะเป็นส่วนที่แปลงข้อมูลสำหรับการเขียนโปรแกรมลงไปใน PLC เพื่อให้สามารถทำงานตามที่ออกแบบไว้ และยังสามารถดึงโปรแกรมที่มีอยู่ออกมาดูได้
6. แหล่งจ่ายไฟ (Supply) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญไม่แพ้กันเพื่อจ่ายไฟในการเลี้ยงทำงานของวงจรส่วนอื่นๆ
นอกจากที่กล่าวมาข้างต้นนั้นยังมีส่วนประกอบอื่นเพิ่มเติมมาช่วยในการทำงานคือ ช่องทางการสื่อสาร (Communications Interface) ในปัจจุบันมีโปรโตคอลสื่อสาร (Protocol) ที่หลากหลายไม่ว่าจะเป็น Modbus RTU, TCP/IP
โครงสร้างภายในของ PLC
ชนิดของ PLC
อุปกรณ์ PLC นั้นมีการพัฒนากันมาอย่างต่อเนื่อง แต่จะมีการแบ่งประเภทเพื่อให้มีความเหมาะสมกับการนำไปใช้งาน มีทั้งหมด 2 ประเภทหลักๆ ดังนี้
1. Compact PLC เป็นอุปกรณ์ลักษณะเป็นชิ้นเดียวกัน มีส่วนประกอบต่างๆภายในอุปกรณ์ เช่น ช่องรับสัญญาณเข้า (Input) ช่องส่งสัญญาณออก (Output) ส่วนที่ทำการประมวลผลข้อมูล (Microprocessor) และส่วนที่เป็นช่องทางการสื่อสาร (Communications Interface) เป็นต้น
ข้อดีของ Compact PLC คือ ราคาถูกกว่าแบบ Modular PLC มีขนาดที่เล็กกระทัดรัด เหมาะกับพื้นที่ในตู้คอนโทรลที่จำกัด ใช้งานง่าย ใช้เวลาติดตั้งรวดเร็ว เหมาะกับงานที่มีระบบประมวลผลขนาดเล็กจนถึงปานกลาง
ข้อเสียของ Compact PLC คือ ไม่เหมาะกับงานที่มีระบบขนาดใหญ่ อาจทำให้ความจำไม่เพียงพอ มีความหยืดหยุ่นน้อยในการเลือกใช้ I/O (Input/Output) เพราะไม่สามารถต่อเติมเพิ่มได้ และหน่วยประมวลผลช้ากว่าแบบ Modular PLC
2. Modular PLC เป็นอุปกรณ์ที่แยกแต่ละส่วนออกจากกัน มีแต่ส่วนภาคที่เป็นประมวลผลข้อมูล (Microprocessor) แต่จะมีโมดูล (Module) ต่างๆเข้ามาเสริมไม่ว่าจะเป็นช่องรับสัญญาณเข้า (Input) ช่องส่งสัญญาณออก (Output) รวมไปถึงช่องทางการสื่อสาร (Communications Interface)
ข้อดีของ Modular PLC คือ มีความหยืดหยุ่นสูงต่อการใช้งาน สามารถเพิ่มหรือลดโมดูลตามที่ต้องการได้ มีหน่วยประมวลผลที่เร็วกว่า Compact PLC เหมาะกับงานที่มีความซับซ้อนของระบบขนาดกลางจนถึงขนาดใหญ่
ข้อเสียของ Modular PLC คือ ราคาที่สูงกว่าแบบ Compact PLC ใช้พื้นที่ในการติดตั้งมากกว่าแบบ Compact PLC มีความซับซ้อนในการตั้งค่าการใช้งาน
ลักษณะโมดูลของส่งสัญญาณออกในโครงสร้างของ PLC
1. แบบรีเลย์ (Relay) เมื่อ PLC ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโมดูลของสัญญาณออกจะอยู่ในรูปแบบ Relay เวลาใช้งานจะเกิดเสียงหน้าสัมผัสเกิดขึ้น ในปัจจุบันมีการพัฒนาในส่วนที่ทำให้ Relay มีขนาดที่เล็กลง
2. แบบโซลิดสเตต (Solid State) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหมือน Relay แต่ไม่ได้หน้าสัมผัสในการตัดหรือต่อวงจร เป็นเทคโนโลยีของเซมิคอนดักเตอร์ (Semiconductor) คล้ายกับระบบคอมพิวเตอร์ เวลาทำงานจึงไม่มีเสียงเหมือนกับ Relay
Relay Output Type
Solid-State Output Type
ประโยชน์ในการใช้ PLC เมื่อเทียบกับระบบ Relay (Hard-Wired)
1. มีความเสถียรภาพมากกว่า เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่ได้มาตรฐานรองรับการทำงานในระดับอุตสาหกรรม
2. สามารถทำระบบการทำงานที่ซับซ้อนได้มากกว่า
3. สามารถแก้ไขหรือปรับเปลี่ยนระบบการทำงานได้หยืดหยุ่นกว่า
4. การบำรุงรักษาของอุปกรณ์ง่ายกว่า สามารถตรวจเช็คได้ว่าเซนเซอร์ตัวไหนเสีย
5. ใช้พื้นที่ในการวางอุปกรณ์น้อยกว่า เนื่องจากทำระบบการทำงานไว้ในรูปแบบ Software
6. ใช้พลังงานไฟฟ้าต่ำ สามารถช่วยประหยัดค่าไฟได้
7. สามารถพัฒนาระดับอุตสาหกรรมขึ้นไปถึง 4.0 ได้
งานที่เหมาะสมกับการใช้ PLC
1. งานที่ต้องการพัฒนาระดับอุตสาหกรรมให้สูงขึ้น เตรียมพร้อมในการรับมือยุคสมัยใหม่
2. งานที่มีความต้องการในการปรับ Parameter ต่างๆเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. งานที่ต้องใช้การคอนโทรลแปรผันตามค่าเซนเซอร์ เช่น PID Control เป็นต้น
4. งานที่มีการปรับเปลี่ยนระบบการทำงานอยู่เรื่อยๆ เพื่อให้สามารถทำได้ง่ายเพียงแค่เขียนโปรแกรมแล้วอัพข้อมูลลงไปใน PLC ใหม่
ตัวอย่างแบรนด์ของ PLC ในปัจจุบัน
ตัวอุปกรณ์ PLC ในปัจจุบันนั้นมีหลากหลายแบรนด์ ไม่ว่าจะเป็น Siemens, Mitsubishi, Omron, ABB, Allen-Bradley รวมไปถึง Amsamotion อีกด้วย มีแบรนด์ของญี่ปุ่น ยุโรป และจีนซึ่งตัวอย่างที่ยกไปนั้นเป็นแบรนด์ที่จะเคยผ่านหูผ่านตาของหลายคนในวงการ Automation มาแล้ว ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานของแต่ละคนว่าต้องการประสิทธิภาพมากน้อยเพียงใด ความคงทนของอุปกรณ์ และบางคนอาจจะคำนึงถึงความคุ้มค่าของราคาที่จ่ายไป เพราะฉะนั้นเลือกให้เหมาะสมกับงานจะดีที่สุด