เซนเซอร์และแอคชูเอเตอร์อุตสาหกรรม

ทำไมต้องรู้

สถานีเปลี่ยนแบตเตอรี่ต้องรู้ว่าโดรนลงจอดแล้ว แบตเตอรี่อยู่บนสายพานหรือยัง และตู้ชาร์จร้อนเกินไปหรือไม่ ถ้าเลือกเซนเซอร์ผิดชนิด เช่น ใช้เซนเซอร์ที่ตรวจได้แต่โลหะกับกล่องแบตเตอรี่พลาสติก ระบบก็ “มองไม่เห็น” แบตเตอรี่ และถ้าต่อเซนเซอร์ผิดชนิดกับ PLC สัญญาณจะไม่เข้าเลย แม้เซนเซอร์ทำงานปกติ

เซนเซอร์ตรวจวัตถุ

เซนเซอร์โฟโตอิเล็กทริกมีสามแบบ แบบ through-beam ตัวส่งกับตัวรับแยกกัน วัตถุบังลำแสง แบบ retro-reflective ตัวส่งกับตัวรับอยู่ในตัวเดียว แสงสะท้อนกลับจากแผ่นสะท้อน และแบบ diffuse แสงสะท้อนจากตัววัตถุเอง

PNP กับ NPN

เซนเซอร์แบบสามสายมีสายไฟบวก สายไฟลบ และสายสัญญาณ เมื่อตรวจพบวัตถุ

• PNP (sourcing) ต่อสายสัญญาณเข้ากับไฟบวก กระแสไหล ออก จากเซนเซอร์เข้าอินพุต PLC
• NPN (sinking) ต่อสายสัญญาณลงไฟลบ กระแสไหล เข้า เซนเซอร์

อินพุตของ PLC ต้องเป็นชนิดที่เข้าคู่กัน อินพุตแบบ sinking ใช้กับเซนเซอร์ PNP และอินพุตแบบ sourcing ใช้กับเซนเซอร์ NPN ต้องตรวจจากคู่มือของทั้งเซนเซอร์และโมดูลอินพุตทุกครั้ง รวมทั้งแรงดันไฟเลี้ยงที่ระบุในเอกสารข้อมูลของเซนเซอร์รุ่นนั้น

สัญญาณ 4–20 mA

เซนเซอร์ที่วัดค่าต่อเนื่อง เช่น อุณหภูมิหรือความดัน ในงานอุตสาหกรรมนิยมส่งเป็น กระแส 4–20 mA เพราะกระแสในวงจรอนุกรมเท่ากันทุกจุด สายยาวจึงไม่ทำให้ค่าเพี้ยนเหมือนสัญญาณแรงดัน และเริ่มที่ 4 mA ไม่ใช่ 0 mA (live zero) เพื่อแยก “ค่าศูนย์จริง” ออกจาก “สายขาด” ได้

ข้อแนะนำ NAMUR NE 43 กำหนดระดับสัญญาณสำหรับแจ้งขัดข้องของเครื่องส่งสัญญาณ แหล่งข้อมูลทั่วไปอธิบายว่าค่าไม่เกิน 3.6 mA หรือตั้งแต่ 21 mA ขึ้นไปหมายถึงขัดข้อง ตัวเลขนี้ควรตรวจกับคู่มือของเครื่องส่งสัญญาณรุ่นที่ใช้

def to_temperature(ma, lo=0.0, hi=100.0):
    if ma <= 3.6:
        return None, "fault: low (open wire or dead sensor)"
    if ma >= 21.0:
        return None, "fault: high (sensor failure)"
    value = lo + (ma - 4.0) / 16.0 * (hi - lo)
    note = "ok" if 4.0 <= ma <= 20.0 else "outside range, check sensor"
    return value, note


for ma in (4.0, 8.8, 12.0, 20.0, 2.1, 21.5, 3.8):
    value, note = to_temperature(ma)
    shown = f"{value:6.1f} °C" if value is not None else "   ---  "
    print(f"{ma:5.1f} mA -> {shown}  {note}")

  4.0 mA ->    0.0 °C  ok
  8.8 mA ->   30.0 °C  ok
 12.0 mA ->   50.0 °C  ok
 20.0 mA ->  100.0 °C  ok
  2.1 mA ->    ---    fault: low (open wire or dead sensor)
 21.5 mA ->    ---    fault: high (sensor failure)
  3.8 mA ->   -1.3 °C  outside range, check sensor

แอคชูเอเตอร์

• วาล์วโซลินอยด์กับกระบอกลม ไฟฟ้าสั่งวาล์ว วาล์วปล่อยลมอัดไปดันลูกสูบ กระบอกลมแบบ single-acting ดันด้วยลมแล้วคืนด้วยสปริง แบบ double-acting ใช้ลมทั้งดันออกและดึงกลับ แขนกลจับแบตเตอรี่ของสถานีใช้แบบนี้
• Relay กับ contactor ใช้สัญญาณเล็กเปิดปิดวงจรใหญ่ contactor เป็นรีเลย์ขนาดใหญ่สำหรับโหลดกำลังสูง เช่น มอเตอร์
• Stepper กับ servo มอเตอร์ stepper หมุนเป็นขั้นตามจำนวนพัลส์ โดยทั่วไปไม่วัดตำแหน่งกลับ (วงเปิด) ส่วน servo มี encoder วัดตำแหน่งแล้วแก้ไข (วงป้อนกลับ) stepper ราคาถูกกว่า แต่ถ้าโหลดเกินอาจหลุดขั้นโดยตัวควบคุมไม่รู้

ปฏิบัติการประจำโมดูล

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

สรุป

• เซนเซอร์เหนี่ยวนำตรวจโลหะ ความจุตรวจได้ทั้งโลหะและอโลหะ โฟโตอิเล็กทริกใช้ลำแสงสามแบบ
• PNP ต่อสัญญาณกับไฟบวก NPN ต่อกับไฟลบ และต้องเข้าคู่กับอินพุต PLC
• 4–20 mA เริ่มที่ 4 mA เพื่อแยกค่าศูนย์ออกจากสายขาด และต้องแจ้งขัดข้องเมื่อสัญญาณหลุดช่วง
• เลือกแอคชูเอเตอร์ตามโหลดและความต้องการวัดตำแหน่ง

แบบฝึกตรวจความเข้าใจ

1. ต้องตรวจกล่องแบตเตอรี่พลาสติก ควรใช้เซนเซอร์ชนิดใด ระหว่างเหนี่ยวนำกับความจุ
2. เครื่องส่งสัญญาณช่วง 0–100 °C ส่ง 16 mA อุณหภูมิเท่าใด
3. เครื่องส่งสัญญาณช่วง 0–10 bar ส่ง 6 mA ความดันเท่าใด
4. อ่านได้ 0.5 mA ควรตีความอย่างไร
5. เซนเซอร์ PNP ต่อสายสัญญาณกับอะไรเมื่อตรวจพบวัตถุ