หากพูดถึงระบบ Automation ทุกๆ คนอาจจะพอรู้จักกันเป็นส่วนใหญ่ แต่หากพูดถึงระบบการควบคุมแบบ Instrument แล้วหละก็อาจจะรู้จักกันในกลุ่มเฉพาะทาง เช่นกลุ่มธุรกิจพลังงาน โดยวันนี้ทางนายช่างมาแชร์จะขอมาเล่าเรื่องของระบบควบคุม Instrument และ Control loop กันนะครับ
โดยการปล่อยให้กระบวนการผลิตทำงานไปตามยถากรรม (Design Structure) โดยไม่มีระบบควบคุมที่ชัดเจน เท่ากับเปิดความเสี่ยงด้านคุณภาพ ,ความปลอดภัย และต้นทุน นี่คือเหตุผลที่ระบบ Control Loop และระบบควบคุมที่เราเรียกว่าระบบ Instrument กลายเป็นหัวใจของโรงงานยุคใหม่ เพราะกระบวนการผลิตทุกอย่างมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทั้งอุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล หรือระดับของของเหลวหากไม่มี Instrument คอยวัด และไม่มี Control Loop คอยปรับแก้ โรงงานจะไม่สามารถควบคุมกระบวนการให้เสถียรและแม่นยำได้นั่นเองครับ
ขอยกตัวอย่างให้เห็นภาพง่ายๆ นะครับ เช่น การควบคุมอุณหภูมิในถังผลิต โดยระบบ Instrument จะวัดอุณหภูมิจริง แล้วส่งข้อมูลให้ Controller จากนั้น Control Loop จะสั่งเปิดหรือปิดวาล์ว เพื่อรักษาอุณหภูมิให้อยู่ในค่าที่ต้องการ กระบวนการนี้เกิดขึ้นตลอดเวลาโดยอัตโนมัติ ดังนั้น การเข้าใจ ระบบ Instrument และ Control Loop ไม่ใช่แค่เรื่องของวิศวกรควบคุมกระบวนการแต่เป็นความรู้พื้นฐานที่จำเป็น สำหรับทุกโรงงานที่ต้องการความเสถียร คุณภาพ และความปลอดภัยในการผลิตนั่นเองครับ
ระบบ Instrument คืออะไร?
ระบบควบคุมแบบ Instrument หรือ Instrumentation คืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับ “วัด ตรวจจับ และส่งค่าทางกายภาพ”
จากกระบวนการผลิตในหน้างานเข้าสู่ระบบควบคุม
ค่าที่ทางระบบ Instrument ตรวจวัดได้ เช่น
- อุณหภูมิ (Temperature)
- ความดัน (Pressure)
- อัตราการไหล (Flow)
- ระดับของเหลว (Level)
- ความเร็ว หรือรอบการหมุน
หรือพากพูดง่ายๆ เลยนะครับ Instrument คืออุปกรณ์ที่ทำให้โรงงาน “รู้ว่ากระบวนการผลิตกำลังอยู่ในสภาพใด”
ตัวอย่างอุปกรณ์ Instrument ที่พบได้บ่อย
- Temperature Transmitter (วัดอุณหภูมิ)
- Pressure Transmitter (วัดความดัน)
- Flow Meter (วัดอัตราการไหล)
- Level Transmitter (วัดระดับ)
- Switch ต่าง ๆ เช่น Pressure Switch, Level Switch
ระบบควบคุม Instrument จะเปลี่ยนค่าทางกายภาพ ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า เช่น 4–20 mA หรือ Digital Signal เพื่อส่งต่อให้ระบบควบคุมต่อไปนั่นเองนะครับผม
ระบบการควบคุม (Control Loop) คืออะไร?
Control Loop
คือระบบที่ใช้ควบคุมตัวแปรของกระบวนการผลิต
ให้คงอยู่ในค่าที่ต้องการ (Set point) อย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ
อธิบายง่าย ๆ คือ
Control Loop คือวงจรที่ “วัด → เปรียบเทียบ → แก้ไข” ซ้ำไปเรื่อย ๆ
องค์ประกอบหลักของ Control Loop
มาดูในฝั่งระบบควบคุมกันบ้างนะครับ โดยที่ Control Loop หนึ่งวง จะประกอบด้วย 4 ส่วนหลักดังนี้
1. Process (กระบวนการ)
คือ สิ่งที่ต้องการควบคุม เช่น อุณหภูมิในถัง ความดันในท่อ ระดับน้ำในถัง
2. Instrument (ตัววัด)
ทำหน้าที่วัดค่าจริงของ Process แล้วส่งข้อมูลไปยัง Controller
3. Controller (ตัวควบคุม)
ทำหน้าที่เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับค่าที่ต้องการ (Set point) แล้วคำนวณว่าควรแก้ไขอย่างไร เช่น PLC, DCS
4. Final Control Element (ตัวทำ)
ทำหน้าที่ปรับกระบวนการจริงตามคำสั่งจาก Controller เช่น Control Valve, Motor, Pump
หลักการทำงานของ Control Loop
สมมุติว่าเพื่อนๆมีถังใบหนึ่งนะครับ แล้วมีความต้องการที่จะควบคุมระดับน้ำในถังด้วยค่า ๆ หนึ่ง
ตัวอย่างการควบคุมอุณหภูมิในถัง :
- Instrument หรือ Level Transmitter วัดระดับของน้ำในถัง
- ส่งค่าสัญญาณไปยัง Controller
- Controller เปรียบเทียบกับค่า Set point
- หากระดับน้ำต่ำเกินไป → สั่งเปิดวาล์วน้ำให้เติมน้ำเพิ่ม
- หากระดับสูงเกินไป → สั่งปิดวาล์ว
กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นแบบอัตโนมัติตลอดเวลาเพื่อรักษาอุณหภูมิให้ใกล้ค่าเป้าหมายมากที่สุด
ความสัมพันธ์ระหว่าง Instrument และ Control Loop
- Instrument ทำหน้าที่ “ตาและหู” ของระบบ
- Control Loop ทำหน้าที่ “คิดและแก้ไข” กระบวนการ
หาก Instrument วัดค่าไม่แม่น ระบบ Control Loop จะตัดสินใจผิด และกระทบต่อคุณภาพ ความปลอดภัย และต้นทุนของโรงงานนั่นเองครับผม
ทำไมระบบ Control Loop และ Instrument ถึงสำคัญมาก?
ในเชิงวิศวกรรม ระบบเหล่านี้ช่วยให้
- กระบวนการผลิตมีความเสถียร (Process Stability)
- ควบคุมคุณภาพสินค้าได้สม่ำเสมอ
- ลด Human Error
- เพิ่มความปลอดภัยในกระบวนการที่มีความเสี่ยง
- ลดการสูญเสียพลังงานและวัตถุดิบ
จึงถือเป็น “รากฐานของ Automation ในโรงงานอุตสาหกรรม”
