PLC คืออะไร?

ทำความเข้าใจ PLC (Programmable Logic Controller)

PLC ย่อมาจาก Programmable Logic Controller ภาษาไทยคืออุปกรณ์ควบคุมเชิงตรรกะที่เขียนโปรแกรมได้ ซึ่งเข้ามาแทนที่วงจรรีเลย์แบบเดิมในระบบอัตโนมัติ

เหตุผลที่ต้องใช้ PLC

สมัยก่อนที่ยังไม่มี PLC ถ้าอยากได้ระบบอัตโนมัติต้องใช้วงจรรีเลย์ ซึ่งมีข้อเสียหลายข้อ

• ขนาดใหญ่
• Maintenance ยาก
• แก้ไขการเดินสาย (Wiring) ได้ยาก

PLC มาทำหน้าที่แทนวงจรรีเลย์และทำได้ดีกว่า

• เขียนโปรแกรมอะไรก็ได้
• สื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอกได้
• ขับอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เช่น Stepping Motor หรือ Servo Motor ได้ ซึ่งถ้าเป็นวงจรรีเลย์ต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะ

องค์ประกอบของ PLC

1. Input — รับสัญญาณขาเข้า
2. Processor — มันสมองที่อยู่ข้างใน PLC
3. Output — ขาออก
4. Power Supply — ส่วนมากเป็น 24V DC ถ้า PLC รุ่นไหนรับไฟบ้าน 220V AC แปลว่ามีหม้อแปลงอยู่ข้างใน เพราะบอร์ด PCB ของ PLC ข้างในรับไฟ 24V DC อยู่แล้ว
5. Programming Device — คอมพิวเตอร์ที่ใช้เขียนโปรแกรมหรือ Config ตัว PLC

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ต่อกับ PLC

ฝั่ง Input

• Sensor ตรวจจับวัตถุ
• ปุ่มกด
• Limit Switch
• Input ที่สัญญาณเข้ามาความเร็วสูง เช่น Encoder

ฝั่ง Output

• หลอดไฟธรรมดา
• Relay
• Solenoid Valve
• Servo Motor

แล้วแต่ระบบที่กำลังสร้าง

ลำดับการทำงานของ PLC (PLC Execution)

PLC ทำงานวนซ้ำ 3 ขั้นตอน

1. อ่าน Input — CPU อ่านสถานะ Input ทั้งหมด เช่น Input0 ติด Input2 ติด Input4 ติด แล้วคัดลอกค่าไปเก็บในหน่วยความจำ (กลุ่มรีจิสเตอร์ X และกลุ่มรีจิสเตอร์สัญญาณ Analog AI)
2. Execute Program — CPU รันโปรแกรม คำสั่งในโปรแกรมจะทำงานหรือไม่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่เขียนไว้
3. เขียน Output — CPU ดูว่าเงื่อนไขไหนสั่งให้ Output ไหนติด แล้วนำข้อมูลจากกลุ่มรีจิสเตอร์ Y ไปใช้กับ Output (และสัญญาณ Analog AO) ซึ่งเป็นผลที่ไปขับเคลื่อนระบบจริง

การทำงานขั้น 1 ถึง 3 คือ 1 Cycle ความเร็วของ Cycle ขึ้นกับยี่ห้อ รุ่น และโปรเซสเซอร์ข้างใน สำหรับ Samkoon 1 คำสั่งใช้เวลาประมาณ 7–10 ns ดังนั้นโปรแกรมยิ่งใหญ่ 1 Cycle ก็ยิ่งยาว

วงจรภาค Input

Input ของ PLC ใช้ตัวอักษร X ทำหน้าที่เอาสัญญาณภายนอกเข้ามาใน PLC ข้างๆ X จะมีขั้ว COM (จุดร่วม) และมีหลาย COM ตามรุ่น เช่น COM0, COM1, COM2 ในรูปตัวอย่าง COM0 เป็นจุดร่วมของ X0 กับ X1

วงจรภายในของแต่ละ X เป็น Opto Isolator เมื่อสัญญาณเข้ามา Opto Isolator จะส่งสัญญาณต่อเข้าวงจรภายใน และแสดงบน LED ด้านหน้า PLC

PLC แบรนด์อื่นอาจเขียนขั้วนี้ต่างไป เช่น S/S หรือ COM แต่ทำหน้าที่เดียวกัน คือใช้กำหนดการ Wiring Input ซึ่งมี 2 แบบ คือ Sink และ Source

วิธีจำ Sink / Source

วาดวงจรที่มีแหล่งจ่ายไฟ 24V อยู่ข้างบนและ 0V อยู่ข้างล่าง ตาม Conventional Current ไฟวิ่งจากฝั่งบวกไปฝั่งลบเพื่อครบวงจร ฝั่งที่อยู่ใกล้ 24V คือ Source (แหล่งจ่าย) อีกฝั่งคือ Sink แล้วดูว่าอุปกรณ์ตัวไหนอยู่ฝั่งไหน

1. Sink Input Wiring (ในไทยใช้ราว 80–90%)

24V (+) → S/S หรือ COM0 ของ PLC → ผ่านวงจรใน PLC → X0 → ปุ่ม/เซนเซอร์ → 0V (-)

ต่อ 24V เข้า COM แปลว่า PLC เป็น Source ส่วน Input (ปุ่มหรือเซนเซอร์) เป็น Sink จึงเรียกว่า Sink Input Wiring ไม่ใช่ Sink PLC Wiring

2. Source Input Wiring (พบในเครื่องจักรนำเข้า)

24V (+) → ปุ่ม/เซนเซอร์ → X0 → ผ่านวงจรใน PLC → S/S หรือ COM0 → 0V (-)

กลับกันกับแบบแรก ปุ่มอยู่ฝั่ง Source และ PLC อยู่ฝั่ง Sink คือเอา 0V ไปเข้า S/S หรือ COM แบบนี้เป็นฝั่งตะวันตกมากกว่า ในไทยไม่ค่อยเจอ แต่ถ้ามีเครื่องจักรนำเข้าก็อาจได้เจอ

ถ้างงให้วาดรูปนี้แล้วลองเขียนดู จะหายงงทันที

วงจรภาค Output

Output ของ PLC ใช้ตัวอักษร Y Load ภายนอก เช่นหลอดไฟหรือ Relay ภายนอก ต่อเข้ากับ Output Terminal ของ PLC และทำงานได้จากการสั่งงานจาก PLC เท่านั้น Output หลักๆ มี 2 แบบ คือ Relay และ Transistor

แกะ PLC ดูข้างใน

ในคลิปแกะ PLC Samkoon FAs สองตัวที่ภายนอกดูเหมือนกัน (ถ้าทำตามให้ระวังตอนดึงบอร์ดออก) บอร์ดของ Relay Type มีรีเลย์อยู่จริงๆ ซึ่งข้างในเป็นหน้าสัมผัสแผ่นเล็กๆ ส่วนบอร์ดของ Transistor Type ไม่มีรีเลย์ ภายนอกเหมือนกันแต่ภายในต่างกัน ซึ่งมีผลกับวิธีต่อไฟ

1. Relay Output

มองว่าภายใน PLC มีหน้าสัมผัสที่สั่งงานได้จากโปรแกรม เมื่อสั่ง Y1 ให้ติด วงจร Output จะทำงานและ LED แสดงผล

เพราะข้างในเป็นแค่แผ่นหน้าสัมผัส การต่อไฟเข้าจุดร่วมจึงไม่ต้องสนใจทิศทาง

• ต่อ 24V เข้า COM แล้วเอา 0V ไปต่อฝั่ง Load ก็ได้
• ต่อ 0V เข้า COM แล้วเอา 24V ไปต่อฝั่ง Load ก็ได้
• หรือใช้ไฟ AC 220V ขับ Load ก็ได้

2. Transistor Output

ถ้าเป็น Transistor ทิศทางการต่อไฟสำคัญ PLC แบบ AC ที่ซื้อในบ้านเราส่วนมากใช้ Transistor แบบ NPN ซึ่งในคู่มืออาจใช้คำว่า Sink Output Type

NPN — Sink Output Type

24V (+) → Load → Y0 → Transistor ใน PLC → COM0 → 0V (-)

ใช้วิธีจำเดิม ไฟ 24V ไหลผ่าน Load ก่อนแล้วจึงเข้า Y0 ของ PLC และออกที่ COM แปลว่า COM ต่ออยู่กับ 0V เมื่อเจอคำว่า Sink Output Type ให้ต่อ 0V เข้า COM ของ Output เสมอ ถ้าต่อ COM ผิด การทำงานจะไม่ปกติ

PNP — Source Output Type

24V (+) → COM0 → Transistor ใน PLC → Y0 → Load → 0V (-)

กลับกัน PLC เป็นแหล่งของไฟ 24V ต่อ 24V เข้า COM แทน เมื่อสั่งให้ Y ทำงาน ไฟจะวิ่งจาก PLC ไปที่ Load

สรุป

• PLC มาแทนวงจรรีเลย์ ประกอบด้วย Input, Processor, Output, Power Supply และ Programming Device
• ทำงานวนเป็น Cycle: อ่าน Input → Execute Program → เขียน Output
• Input แบบ Sink (24V เข้า COM) ใช้มากที่สุดในไทย ส่วน Source พบในเครื่องจักรนำเข้า
• Relay Output ไม่สนทิศทางไฟ ต่อได้ทั้ง DC และ AC ส่วน Transistor Output ต้องต่อให้ถูกทิศ NPN (Sink Output Type) ต่อ COM เข้า 0V และ PNP (Source Output Type) ต่อ COM เข้า 24V