Back

การควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วยพีแอลซี


การควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วยพีแอลซี

อาจารย์ณัฐพงศ์ แพน้อย  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมระบบวัดคุมและเมคคาทรอนิกส์ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
16 สิงหาคม 2558  

บทนำ
       ตัวควบคุมเชิงตรรกแบบโปรแกรม (Programmable Logic Controller) ได้หรือเรียกสั้นๆว่าพีแอลซีมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม  ซึ่งการเรียนรู้การใช้งานพีแอลซีให้เข้าใจเป็นอย่างดีควรจะต้องมีระบบตัวอย่างมาเชื่อมต่อกับพีแอลซีเพื่อใช้ประกอบการเรียนรู้การเขียนโปรแกรมควบคุม   นอกเหนือจากนั้นการใช้งานพีแอลซีควบคุมเครื่องจักรจะต้องมีองค์ประกอบอื่นอีกเช่น ส่วนติดต่อผู้ใช้งานหรืออาจเรียกว่า HMI (Human Machine Interface) ซึ่งก็คือโปรแกรมที่ทำหน้าที่แสดงผลและรับคำสั่งจากผู้ใช้งานระบบซึ่งมักจะทำงานบนจอแบบสัมผัส (Touch Screen) และอาจจะต้องมีซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่ SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) เพื่อสั่งงานหรือดูสถานะในระบบที่ควบคุมด้วยพีแอลซี เพื่อให้ผู้เรียนได้มองเห็นตัวอย่างองค์ประกอบต่างๆของระบบในงานอุตสาหกรรมบทความนี้จึงได้ออกแบบสร้างชุดสาธิตการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงโดยมีการสร้างวงจรขับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่สามารถสั่งงานได้จากพีแอลซีและมีเซนเซอร์คือทาโคเจนเนอเรเตอร์วัดความเร็วในการหมุนของมอเตอร์โดยสัญญาณจากเซนเซอร์จะเชื่อมต่อกับวงจรเปลี่ยนค่าแรงดันเป็นกระแสก่อนที่จะเชื่อมต่อแอนะล็อกอินพุตโมดูลของพีแอลซี  การควบคุมแบบวงปิดในระบบที่นำเสนอจะควบคุมด้วยตัวควบคุมแบบพีไอ (Proportional Integral Controller) ซึ่งเขียนขึ้นบนเครื่องพีแอลซี

องค์ประกอบพี้นฐานของระบบควบความเร็วมอเตอร์
       ระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์จะมีอุปกรณ์พื้นฐานที่สำคัญดังนี้ 
       1) ตัวขับมอเตอร์ (Driver) 
       2) ตัววัดความเร็วรอบ (Tachogenerator)
       
3) ตัวควบคุมสั่งการหรือตัดสินใจ (controller)และอุปกรณ์อื่นๆที่ประกอบกันเพื่อให้อุปกรณ์ข้างต้นทำงานร่วมกันได้



รูปที่ 1 โครงสร้างของระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์



รูปที่ 2 ตัวอย่างมอเตอร์ที่ใช้ควบคุม




รูปที่ ตัวอย่างพีแอลซีที่ใช้งาน Siement S7-300


วิธีการการควบคุม
       ในการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงในบทความนี้ใช้ตัวควบคุมแบบพีไอโดยมีเฉพาะการควบคุมในลูปความเร็วเท่านั้นไม่ได้มีลูปภายในที่เป็นการควบคุมกระแสแต่อย่างไรโดยขั้นตอนแรกก็คือการทดสอบระบบเพื่อหาทรานสเฟอร์ฟังก์ชันของระบบจากนั้นจึงนำทรานสเฟอร์ฟังก์ชันที่ได้มาทำการออกแบบตัวควบคุมด้วยวิธีการเส้นทางเดินราก (
Root Locus)  โดยใช้โปรแกรม winCC ได้ออกแบบหน้าจอเป็นส่วนของการแสดงผลตอบสนองการควบคุมความเร็วมอเตอร์และมีส่วนของการป้อนค่าพารามิเตอร์ตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์อยู่ด้วยซึ่งเมื่อเปลี่ยนที่หน้าจอก็จะส่งผลให้ค่ารีจิสเตอร์ของพีแอลซีนั้นเปลี่ยนซึ่งตัวควบคุมนั้นถูกเขียนเป็นภาษาแลดเดอร์ทำหน้าที่คำนวณสัญญาณควบคุมแล้วส่งออกแอนะล็อกเอาต์พุตเพื่อไปสั่งงานระบบขับเคลื่อนมอเตอร์โดยตัวอย่างหน้าจอแสดงผลของโปรแกรม winCC ที่พัฒนาขึ้นแสดงในรูปที่ 4




รูปที่ 4 ตัวอย่างหน้าจอโปรแกรม winCC




รูปที่ ผลตอบสนองการควบคุมเมื่อค่าคำสั่งคือ 1000 รอบต่อนาที


ผลตอบสนองการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
       ในการทดสอบระบบพัฒนาขึ้นนี้ได้มีการทดสอบในหลายลักษณะคือ ผลตอบสนองต่อคำสั่งแบบขั้นบันไดดังรูปที่ 5 ซึ่งเป็นกรณีที่สั่งให้มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ว 1000 รอบต่อนาทีโดยขณะนั้นที่เจนเนอเรเตอร์ที่ต่อกับมอเตอร์ไม่มีโหลดต่อยู่

สรุป
       ระบบที่พัฒนาขึ้นมาสามารถทำงานได้ดีเหมาะกับการเรียนรู้การใช้งานพีแอลซีและได้เห็นภาพรวมของระบบและอาจใช้ในการเรียนรู้ระบบวงปิดได้อีกด้วยเพราะง่ายในการเปลี่ยนค่าพารามิเตอร์ตัวควบคุม