รูปแบบการทำงานแบบ ทำให้ปลอดภัยโดยการตัดพลังงาน (Loop Mode (1): De-Energized to Safe)

รูปแบบการทำงานของระบบควบคุมในกระบวนการผลิต/โรงงานมี2 แบบ คือแบบการทำงานแบบ ทำให้ปลอดภัยโดยการให้พลังงาน (Energized to safe) และทำให้ปลอดภัยโดยการตัดพลังงาน (De-energized to safe) หรือ เรียกอีกอย่างว่า ระบบปลอดภัยเมื่อผิดพลาด (fail safe mode)

แบบการทำงานแบบทำให้ปลอดภัยโดยการตัดพลังงาน (De-energized to safe) เป็นระบบที่ถ้าระบบทำงานปกติจะมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่อุปกรณ์ในระบบควบคุมเพื่อให้กระบวนการผลิตดำเนินการได้แต่ถ้าเมื่อใดก็ตามที่มีความผิดปกติเกิดขึ้นในกระบวนการผลิตระบบจะสั่งหยุดกระบวนการผลิต (Trip/shutdown)โดยการตัดพลังงานที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ควบคุมการผลิตทำให้กระบวนการผลิตไม่สามารถดำเนินต่อไปได้

ตามรูปที่แสดงข้างบน ระบบประกอบไปด้วย สวิตซ์ความดัน ตรวจจับด้านความดันสูง (Pressure Switch High High) และ วาล์วหยุดระบบ (shutdown valve) ในขณะที่กระบวนการผลิตปกติ หน้าคอนแทคภายในสวิตซ์ความดัน ตรวจจับด้านความดันสูง จะต่อสัญญาณให้มีกระแสไฟฟ้าไหลภายในวงจรไปเลี้ยงวาล์วลมไฟฟ้า (solenoid valve) อยู่ในตำแหน่งเปิดให้ลมไหลผ่านไปขับหัวขับลมของวาล์วหยุดระบบ (shutdown valve) และทำให้วาล์วหยุดระบบ เปิดอยู่ได้

ตราบเท่าที่วงจรควบคุมยังมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสวิตซ์ความดัน ตรวจจับด้านความดันสูงได้ กระบวนการผลิตจะยังคงดำเนินการต่อไปได้เป็นปกติ แต่ถ้าเมื่อใดก็ตามความดันสูงขึ้นจนถึงค่าที่ตั้งไว้ให้สวิตซ์ความดัน ตรวจจับด้านความดันสูงทำงาน หน้าคอนแทคภายในสวิตซ์ความดัน ตรวจจับด้านความดันสูง จะตัดสัญญาณไม่ให้มีกระแสไฟฟ้าไหลภายในวงจร และเกิด สัญญาณเตือนขึ้น รวมถึงทำให้กระบวนการผลิตหยุดทำงานอย่างปลอดภัย ได้แก่ การทำให้วาล์วลมไฟฟ้า (solenoid valve) ปิดไม่ให้ลมไหลผ่านไปขับหัวขับลมของวาล์วหยุดระบบ (shutdown valve) และทำให้วาล์วหยุดระบบปิด

เหตุผลที่ใช้รูปแบบการทำงานการทำให้ปลอดภัยโดยการตัดพลังงาน (De-energized to safe) เนื่องจากรูปแบบนี้ก่อให้เกิดความปลอดภัยมากกว่าในกรณีที่

-สายไฟฟ้าที่ต่อในวงจรระบบควบคุมขาด หรือหลุด โดยไม่ได้ตั้งใจ

-ไฟดับ
รูปแบบการทำงานการทำให้ปลอดภัยโดยการให้พลังงาน (Energized to safe) จะได้กล่าวถึงต่อไป


ขอขอบคุณ ข้อมูลต้นฉบับภาษาอังกฤษ จาก http://instrument-control.blogspot.com/


ข้อเขียนนี้ มีการดัดแปลง และขยายความเพิ่มเติมจากต้นฉบับเพื่อความเข้าใจของผู้อ่าน

รู้จัก วาล์วปฏิบัติงาน -Actuated Valve (Completing the Actuated Valve)

วาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve) หรือในชื่ออื่น ที่ถูกเรียกเช่น วาล์วหยุดระบบ (shutdown valve), วาล์วปล่อยทิ้ง(blow down valve), วาล์ว เปิด-ปิด (on-off valve) มีส่วนประกอบหลัก คือ ตัว วาล์ว (valve body)และหัวขับ (actuator)


ไดอะแกรมข้างบนแสดงส่วนประกอบอื่นๆในวงจรลมเพื่อให้วาล์วใช้งานได้



1.วาล์วลมไฟฟ้า (solenoid valve)

ประกอบไปด้วย ขดลวดไฟฟ้า(solenoid) และตัววาล์ว (valve) ซึ่งโดยทั่วไปชนิดที่ใช้กับวงจรขับลมของวาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve) มักเป็นชนิด 3 ทาง ( a three-way valve) ขดลวดไฟฟ้าทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกล หรือการเคลื่อนที่ ทำให้ก้านวาล์วขยับเปิด –ปิด ได้

ต่อไปนี้คือตัวอย่างวาล์วลมไฟฟ้า ที่ใช้งานกับวาล์วปฏิบัติงาน ในระบบปลอดภัยเมื่อผิดพลาด (fail safe mode) ตามไดอะแกรมข้างบน

พิจารณากล่องด้านล่างตามไดอะแกรมข้างบน เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายให้ขดลวดของวาล์วลมไฟฟ้า วาล์วจะอยู่ในสภาวะไร้พลังงาน(de-energized) สปริงในวาล์วจะทำให้ ทางลมเข้า (inlet port) (1a) ถูกกั้นไว้, ทางลมออก(outlet port) (1b)ถูก ต่อเชื่อมกับทางระบายลม (vent port) (1c) ทำให้ลมในหัวขับ(actuator) ของวาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve)ถูกปล่อยออก สู่อากาศ

เมื่อมีกระแสไฟฟ้าจ่ายให้ขดลวดของวาล์วลมไฟฟ้า (energized) สนามแม่เหล็กจากขดลวดจะขับก้านวาล์วให้ขยับ วาล์วจึงเปลี่ยนสถานะ ทางลมเข้า (inlet port) (1a) จะต่อกับ ทางลมออก(outlet port) (1b) ทำให้ลมเข้าสู่หัวขับ(actuator) ของวาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve)และทำให้ วาล์วปฏิบัติงาน สามารถทำงานได้ ส่วนทางระบายลม (vent port) (1c) จะถูกกั้นไว้ไม่ให้ลมไหลออกได้

ระบบปลอดภัยเมื่อผิดพลาด (fail safe mode) หมายถึง วาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve) จะทำให้ระบบปลอดภัยเสมอเมื่อ กำลังงานไฟฟ้า หรือแรงดันลม หายไป หรือไม่สามารถจ่ายได้ วาล์วหยุดระบบ (shutdown valve) จะปิด หรือ เรียกว่า ปิดเมื่อผิดพลาด (fail close)ส่วนวาล์วปล่อยทิ้ง(blow down valve) จะเปิด หรือ เรียกว่า เปิดเมื่อผิดพลาด (fail open)

ในกรณีที่ไม่ได้ใช้ไฟฟ้า แต่ใช้ลมล้วนๆในวงจรขับวาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve) จะไม่สามารถใช้วาล์วลมไฟฟ้า (solenoid valve)ได้ แต่จะใช้ วาล์วลมนำ (pneumatic pilot operated valve)แทน โดยใช้ลมแทนกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างของวาล์วลมนำ เช่น ยี่ห้อ ASCO, VERSA และ BIFOLD



2.สวิตช์บอกตำแหน่ง (Limit Switch ) /ตัวส่งสัญญาณ ตำแหน่ง (Position Transmitter)

สวิตช์บอกตำแหน่ง (Limit Switch ) /ตัวส่งสัญญาณ ตำแหน่ง (Position Transmitter) จะถูกติดตั้งกับหัวขับของวาล์ว สวิตช์บอกตำแหน่ง/ตัวส่งสัญญาณ ตำแหน่ง จะส่งสัญญาณไฟฟ้า เพื่อบอกตำแหน่งหรือสภาวะ การ เปิด หรือปิด ของวาล์ว ให้ห้องควบคุมทราบ โดยที่ สวิตช์บอกตำแหน่งจะสามารถส่งได้เฉพาะสภาวะ การ เปิด หรือปิด (0 เปอร์เซ็น หรือ 100 เปอร์เซ็น ) ของวาล์วเท่านั้น ในขณะที่ตัวส่งสัญญาณ ตำแหน่ง สามารถส่งตำแหน่งที่ละเอียดกว่า เช่น เปิด กี่เปอร์เซ็น

ตัวอย่างของสวิตช์บอกตำแหน่ง /ตัวส่งสัญญาณ ตำแหน่ง เช่น ยี่ห้อ WESTLOCK



3.ตัวกรองและรักษาแรงดันลม (Air filter regulator)

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้กรองสิ่งสกปรก เช่น ฝุ่น สนิม หรือ ละอองน้ำ ออก จาก ลม และ ขณะเดียวกันยังเป็นตัวรักษาแรงดันลมให้คงที่ ทำให้ลมที่ผ่านออกไป สะอาดและมีแรงดันลมคงที่

ตัวอย่างของตัวกรองและรักษาแรงดันลม เช่น ยี่ห้อ FISHER AFSR



4.วาล์ว ระบายลมอย่างรวดเร็ว ( Quick exhaust valve)

วาล์ว ระบายลมอย่างรวดเร็วสามารถช่วยให้หัวขับวาล์วแบบสปริง (spring actuator) ทำงานได้เร็วขึ้นเมื่อต้องการให้วาล์วทำงานแบบปลอดภัยเมื่อผิดพลาด (fail safe mode) ทั้งนี้เนื่องจากลมที่ค้างในหัวขับจะถูกปล่อยออกทาง รูระบายขนาดใหญ่ (4a) แทนที่ จะถูกปล่อยออกผ่านรู ปกติ (4a)ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า

ตัวอย่างของวาล์ว ระบายลมอย่างรวดเร็ว เช่น ยี่ห้อ VERSA



5.วาล์วรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่ (Flow regulator valve)

การที่จะให้ เวลาที่ใช้ ปิด หรือ เปิด วาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve) ช้า-เร็ว ตามต้องการ นั้น

1) วาล์วรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่ทางเดียว (Uni directional flow regulator)

วาล์วชนิดนี้ จะรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่ทิศทางเดียวเท่านั้น โดยหากป้อนลม ในด้านตรงข้ามกับด้านที่กำหนดไว้ วาล์วจะไม่สามารถรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่ได้ วาล์วชนิดนี้ มักใช้กับการกำหนด เวลาที่ใช้เปิด วาล์วหยุดระบบ (shutdown valve), หรือ การกำหนด เวลาที่ใช้ปิดวาล์วปล่อยทิ้ง(blow down valve), ทั้งนี้เนื่องจาก การเปิดของวาล์วหยุดระบบ (shutdown valve) และการปิดของวาล์วปล่อยทิ้ง(blow down valve)ต้องอาศัย ลม ดังนั้นปริมาณลม จึงเป็นตัวกำหนดความ เร็ว ในการ เปิด หรือ ปิด วาล์ว ในกรณีของวาล์วหยุดระบบปริมาณลมน้อย วาล์วย่อมเปิดช้า(ปิดด้วยแรงสปริง (spring to close)แต่เปิดด้วยแรงลม( air to open)) ทำนองเดียวกันในกรณีของวาล์วปล่อยทิ้ง ปริมาณลมน้อย วาล์วย่อมปิดช้า(เปิดด้วยแรงสปริง (spring to open) แต่ปิดด้วยแรงลม (air to close))

2) วาล์วรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่สองทาง (Bidirectional flow regulator)

วาล์วชนิดนี้ จะรักษา ปริมาณการไหลให้คงที่ไม่ว่าจะป้อนลมด้านใดก็ตาม การติดตั้งวาล์วชนิดนี้ในวงจรขับลมของวาล์วปฏิบัติงาน (actuated valve)จะทำให้สามารถตั้งเวลาการเปลี่ยนสถานะเข้าสู่สภาวะปลอดภัยเมื่อผิดพลาด (fail safe mode) ของวาล์วได้ ซึ่งก็คือ เวลาที่ใช้ปิด วาล์วหยุดระบบ (shutdown valve), หรือ การกำหนด เวลาที่ใช้เปิดวาล์วปล่อยทิ้ง(blow down valve)นั่นเอง



6.วาล์วกันการไหลย้อนกลับ (Check valve)

วาล์วชนิดนี้ จะยอมให้มีการไหลผ่านตัวมันเองเพียงทิศทางเดียวเท่านั้น เช่น จาก (6a) ไป (6b) ปกติวาล์วชนิดนี้จะติดตั้งไว้เพื่อป้องกันอุปกรณ์ต้นทางที่ต่ออยู่กับวาล์วจาก การไหลย้อนกลับ ซึ่งอาจทำความเสียหายให้อุปกรณ์ได้



7.ตระแกรงครอบกันแมลง / ตัวดักฝุ่น (Bug Screen/Dust Excluder)

ใช้ครอบ หรืออุดตามรูเปิดออกสู่อากาศ หรือ รูระบายลม ในวงจรลมเพื่อป้องกันแมลง และฝุ่น ไม่ให้เข้าไปในวงจรลม



ขอขอบคุณ ข้อมูลต้นฉบับภาษาอังกฤษ จาก http://instrument-control.blogspot.com/

ข้อเขียนนี้ มีการดัดแปลง และขยายความเพิ่มเติมจากต้นฉบับเพื่อความเข้าใจของผู้อ่าน

การออกแบบระบบลมสำหรับ การทดสอบวาล์วลมไฟฟ้าขณะระบบยังคงทำงาน

ความผิดพลาด (fails) ในระบบ ความปลอดภัย (Safety System) มี 2 ประเภท ประเภท แรกเป็นความผิดพลาดที่ไม่ก่อให้เกิดอันตรายใน กระบวนการผลิต/โรงงาน (plant) แต่ทำให้เกิดการสูญเสียกำลังการผลิตเนื่องจากการหยุดการผลิตโดยไม่จำเป็น (nuisance fail)อีกประเภทหนึ่งคือความผิดพลาดที่จะก่อให้เกิดอันตรายถ้ากระบวนการผลิต/โรงงานไม่สามารถหยุดกระบวนการผลิตอย่างทันท่วงที(fail danger)
ความผิดพลาดที่จะก่อให้เกิดอันตราย บ่อยครั้งเกิดจากอุปกรณ์ควบคุมขั้นสุดท้าย (final element) เช่น วาล์วสำหรับเปิด-ปิด การไหล ในกระบวนการผลิต (Actuated Valve) สาเหตุการผิดปกติของวาล์วอาจเกิดได้ หลายอย่าง เช่น วาล์วลมไฟฟ้า (solenoid valve)ไม่ทำงานเนื่องจากขดลวดไฟฟ้าเสียหาย หรือไม่ทำงานเนื่องจาก มีฝุ่นหรือเศาสิ่งสกปรกเข้าไปอุดตันทางเดินลม หรือสาเหตุอื่นๆ ทั้งนี้ความผิดปกติเหล่านี้จะทำให้ วาล์วหลักที่วาล์วลมไฟฟ้าต่ออยู่ ไม่ทำงาน เมื่อได้รับสัญญาณ
ความผิดปกติเหล่านี้เป็นความผิดปกติที่ไม่ แสดงอาการให้เห็นจนกว่า วาล์วลมไฟฟ้าจะถูกใช้งาน เราจะไม่มีทางรู้หรือสังเกตุเห็นได้ก่อน(undetected) เลยว่า วาล์วลมไฟฟ้า จะไม่สามารถทำงานได้ เมื่อถูกสั่งงาน วิธีการป้องกันปัญหากรณีดังกล่าว สามารถทำได้โดยตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตามการตรวจสอบที่จะให้ผลชัดเจนคือการทดลองสั่งให้อุปกรณ์ ทำงาน จริงแล้วดูว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้ตามที่สั่ง (เช่น สั่งเปิด วาล์ว แล้วดูว่า วาล์วสามารถเปิดได้จริง) ส่วนใหญ่ ไม่สามารถทำได้หากกระบวนการผลิตยังคงดำเนินการอยู่ เนื่องจากจะกระทบต่อกระบวนการผลิต บางครั้งการรอจนถึงเวลาที่ทำได้ก็มักจะไม่ทันการณ์

ไดอะแกรมข้างบนได้แสดงวิธีติดตั้งระบบลมสำหรับ การทดสอบวาล์วลมไฟฟ้าขณะระบบยังคงทำงาน

*วาล์วลม 5 ทาง ( 5 ways valve)เป็นอุปกรณ์ ที่ใช้ป้องกัน การใช้งานฟังก์ชั่นทดสอบโดยไม่ได้รับอนุญาติดังนั้นจึงต้องมี กุญแจล็อค ใช้ เปิด-ปิด การใช้งาน

โดยปกติในขณะที่กระบวนการผลิตยังดำเนินการอยู่นั้น ขดลวดของวาล์วลมไฟฟ้าจะมีไฟจ่ายทำให้มีลมไปขับ วาล์วลมนำ (Pneumatic pilot valve) ซึ่งต่อลมไปจ่ายหัวขับ (actuator) ของวาล์ว เปิด-ปิด หลัก (Actuated Valve) และมีแรงดันลมต่ออยู่กับสวิตช์ แรงดัน
เมื่อต้องการทดสอบการทำงานของวาล์วลมไฟฟ้า จะต้องไขกุญแจที่วาล์ว 5 ทาง ไปที่ตำแหน่งเปิด และค้างไว้ จนกว่าการทดสอบจะเสร็จสิ้น หลังจากไขกุญแจ ท่อลมเข้าวาล์วลมไฟฟ้าจะถูกต่อข้าม (bypassed) และ แรงดันลมในสวิตช์ แรงดันจะตกลง จนถึงค่าที่ตั้งไว้ และทำให้มีสัญญาณ ส่งไปบอกห้องควบคุมว่ากระบวนการทดสอบกำลังดำเนินการอยู่ ในเวลานี้ การสั่ง เปิด-ปิด วาล์วลมไฟฟ้า จะไม่ส่งผลกับสถานะการทำงานของวาล์วหลัก เนื่องจากวาล์วหลักจะยังคงมีลมไปเลี้ยงตลอดเวลาผ่านทางวาล์วลมนำ ผลการทดสอบ สามารถบอกได้จากค่าแรงดันที่อ่านได้จาก มาตรวัดแรงดัน(pressure gauge) ที่ต่ออยู่ ด้านหน้าและหลัง ของ วาล์วลมไฟฟ้า ขณะสั่งให้วาล์วทำงาน
ภายหลังทดสอบเสร็จ ให้ไขกุญแจกลับไปตำแหน่งก่อนการทดสอบ เพื่อให้ระบบกลับไป ทำงานตามปกติ
สวิตช์ แรงดันติดตั้งไว้เพื่อป้องกันการใช้งานฟังก์ชั่นทดสอบ โดยไม่ได้แจ้งห้องควบคุมในขณะที่กระบวนการผลิตยังคงดำเนินการอยู่ เนื่องจาก ฟังก์ชั่นทดสอบนี้ เป็นการระงับการทำงาน ของวาล์วหลักชั่วคราว(วาล์วหลัก จะรักษาสถานะเดิมตลอดเวลาขณะที่การทดสอบดำเนินการอยู่ เนื่องจาก หัวขับของวาล์วหลักจะได้รับลมจ่ายตลอดเวลา จาก การต่อลมข้ามวาล์วลมไฟฟ้า) ซึ่งอาจกล่าวได้ว่ากระบวนการผลิตจะอยู่ในภาวะไร้การป้องกัน เนื่องจากวาล์วหลักจะไม่ทำงาน (เปลี่ยนสถานะ) หาก มีเหตุฉุกเฉินที่ต้องให้วาล์วหลักทำงานเกิดขึ้นในกระบวนการผลิตระหว่างการทดสอบ

ขอขอบคุณ ข้อมูลต้นฉบับภาษาอังกฤษ จาก http://instrument-control.blogspot.com/
ข้อเขียนนี้ มีการดัดแปลง และขยายความเพิ่มเติมจากต้นฉบับเพื่อความเข้าใจของผู้อ่าน