บทท 2

ทฤษฎและหลกการ

2.1 พแอลซ

PLC ยอมาจากคาวา "Programmable Logic Controller" เปนอปกรณควบคม

อเลกทรอนกสทมหนวยความจาในการเกบโปรแกรมสาหรบควบคมการทางานของอปกรณตาง ๆ

ทตอกบขวเขาและขวออกของมน ดงแสดงไดดงรปท 2.1 PLC นยงมชอเรยกอยางอน เชน PC ซง

ยอมาจาก "Programmable Controller" และ SC ซงยอมาจาก "Sequence Controller" PLC ขนาดเลก

อาจเรยกวาซเควนเซอร (Sequencer) กม

พแอลซ ถอเปนอปกรณควบคมสาคญมากตวหนง ในการควบคมเครองจกรตาง ๆ ใน

โรงงานอตสาหกรรมใหทางานแบบอตโนมต ในระบบ FA (Factory Automation) พแอลซจะถกใช

ในการเพมประสทธภาพการทางานของเครองจกร ทาใหเครองจกรสามารถทางานไดเองโดย

อตโนมตเปนการลดภาระหนาทของคนงาน พแอลซนนมทงทมขนาดใหญหรออาจเปนระบบ

ควบคมสายพานลาเลยงในโรงงานจนกระทงถง พแอลซขนาดเลกซงใชในการควบคมเครองจกรแต

ละเครอง

รปท 2.1 พแอลซ

2.2 โครงสรางของพแอลซ

โครงสรางภายในของพแอลซแตละสวนนนจะประกอบกนทางานเปนระบบควบคม

หรอทเราเรยกวา พแอลซ ซงประกอบไปดวยสวนสาคญ 5 สวน ดงแสดงในรปท 2.2

ก) ซพย (CPU; Central Processing Unit)

ข) หนวยความจา (Memory Unit)

ค) ภาคอนพท (Input Unit)

ง) ภาคเอาทพท (Output Unit)

จ) ภาคแหลงจายพลงงาน (Power Supply Unit)

4

รปท 2.2 โครงสรางภายในพแอลซ

แตละสวนประกอบภายในพแอลซมหนาทตางกน ดงน

2.2.1 ซพย (CPU; Central Processing Unit)

ซพยหรอหนวยประมวลผลกลาง ทาหนาทประมวลผลกลางจะทางานตามคาสงของสวน

ตาง ๆ ตามทไดรบมา ผลจากการประมวลผลกจะถกสงออกไปยงสวนตาง ๆ ตามทไดระบไวดวย

คาสงนนเอง ซพยจะใชเวลาในการประมวลผลชาหรอเรวขนอยกบการเลอกขนาดของซพยและ

ความยาวของโปรแกรมทเขยนดวย ปกตแลวซพยจะใชไมโครโปรเซสเซอรขนาดตงแต 4 บต 8 บต

16 บต 32 บต 64 บต 128บต มาทางาน โดยทาใหซพยในแตละขนาดกจะมความสามารถไมเทากน

จงทาใหพแอลซในแตละรน แตละยหอนนจะมความสามารถแตกตางกนนนเอง หรอแมกระทงวา

ภายในพแอลซบางรนจะใชไมโครโปรเซสเซอรมากถง 2 ตวมาชวยกนทางาน จงทาใหเวลาปะมวล

ผลกจะเรวกวาพแอลซทใชไมโครโปรเซสเซอรเพยงแคตวเดยว โดยปกตแลวในการเลอกใชงานพ

แอลซนนจะเลอกจากการประยกตใชงานจงทาใหผใชงาน (User) ไมรวาผผลตไมโครโปรเซสเซอร

รนหรอเบอรอะไรในการสรางเครองพแอลซ เวลาพจารณาเลอกใชพแอลซซงไมมการระบเบอร

หรอรนของไมโครโปรเซสเซอร ดงนน ผทใชงานสามารถเลอกจากคณสมบตอน ๆ เชน จานวน

5

อนพท/เอาทพท ความเรวในการประมวลผลของคาสง ขนาดความจของโปรแกรม และขอมล เปน

ตน

2.2.2 หนวยความจา (Memory Unit)

หนวยความจาเปนอปกรณทใชเกบโปรแกรมและขอมลตาง ๆ ของ พแอลซ กรณท

ตองการสงให พแอลซทางาน (RUN) โดย พแอลซจะนาเอาโปรแกรมและขอมลในหนวยความจา

มาประมวลผลการทางาน สาหรบหนวยความจาทใชงานมดวยกน 2 ชนด คอ

หนวยความจาชวคราว (RAM: Random Access Memory)

หนวยความจาถาวร (ROM: Read Only Memory)

หนวยความจาชวคราว (RAM: Random Access Memory) เปนหนวยความจาทใชสาหรบ

เกบโปรแกรมและขอมลทถกสรางขนโดยผใช คณสมบตของ RAM นนเมอไมมไฟเลยงจะทาให

โปรแกรมและขอมลหายไปทนท ดงนนภายใน พแอลซ จะพบวามแบตเตอรสารองขอมล (Backup

Battery) เอาไวสารองขอมล (Backup Data) กรณทไฟหลก (Main Power Supply) ไมจายไฟใหกบ

พแอลซ ขอควรระวงคอ ไมควรทจะถอดแบตเตอรสารอง (Backup Battery) ในกรณทไมมไฟจาย

ให พแอลซ

หนวยความจาถาวร (ROM: Read Only Memory) เปนหนวยความจาอกชนดหนงโดยท

ขอมลใน ROM นนไมจาเปนตองมแบตเตอรสารองขอมล แตกมปญหาเรองเวลาในการเขาถงขอมล

(Time Access) ชากวา RAM จงปรากฏใหผใชเหนวา พแอลซ จะมหนวยความจาใชงานทง RAM

และ ROM รวมกนอย ใชเกบซอฟตแวรระบบ (System Software) และใชเปนชดสารองโปรแกรม

หรอขอมล (Backup Program and Data) เพอปองกนในกรณทโปรแกรมหรอขอมลใน RAM

หายไปผใชสามารถทจะถายโปรแกรมและขอมลเขาไปท RAM ใหมได

ROM แบงออกเปน 3 ชนดดงน

PROM (Programmable ROM)

EPROM (Erasable Programmable ROM)

EEPROM (Electrical Erasable Programmable ROM)

PROM จดเปน ROM รนแรก ๆ ทสามารถเขยนขอมลลงชฟไดเพยงครงเดยว ถาเขยน

แลวขอมลไมสมบรณชฟกจะเสยทนท โดยไมสามารถนากลบมาเขยนใหมไดอก

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) หนวยความจาชนด EPROM น

จะตองใชเครองมอพเศษในการเขยนโปรแกรม การลบโปรแกรมทาไดโดยใชแสงอลตราไวโอเลต

หรอตากแดดรอน ๆ นาน ๆ มขอดตรงทโปรแกรมจะไมสญหาย แมไฟดบจงเหมาะกบการใชงานท

ไมตองการเปลยนโปรแกรม

EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) หนวยความจาชนด

นไมตองใชเครองมอพเศษในการเขยนหรอลบโปรแกรม โดยจะใชวธการทางไฟฟาเหมอนกบ

6

RAM นอกจากนนกไมจาเปนตองมแบตเตอรสารองไฟเมอไฟดบซง EEPROM จะรวมคณสมบตท

ดของทง RAM และ EPROM เอาไวดวยกน

2.2.3 ภาคอนพท (Input Unit)

ภาคอนพตของพแอลซจะทาหนาทรบสญญาณอนพทเขามาแลวแปลงสญญาณเพอทจะ

สงเขาไปภายในพแอลซ อปกรณอนพท (Input Device) ตาง ๆ ทจะนามาตอกบภาคอนพทไดนน

เชน Relay, Limit Switch, Inverter, Encoder, Temperature Controller, Photoelectric Sensor เพอ

สงไปยง CPU เพอประมวลผลตามโปรแกรมคาสงของผใช โดยปกตแลวหนาทของหนวยอนพทคอ

แปลงระดบสญญาณเขาไปใหเปนระดบสญญาณทเหมาะสมใหกบระบบการทางานของ

CPU

แบงสญญาณภายนอกและภายในออกจากกน (Isolate) เพอทจะตองการปองกนไมให

หนวยประมวลผลไดรบความเสยหาย

แกปญหาการสนสะเทอนของหนาสมผส

2.2.4 ภาคเอาทพท (Output Unit)

ภาคเอาทพทของพแอลซทาหนาทสงสญญาณออกไปขบโหลดชนดตาง ๆ ตามเงอนไขท

ไดเขยนโปรแกรมเอาไว ซงหนวยเอาทพททาหนาทรบขอมลจากตวประมวลผลแลวสงตอขอมลไป

ควบคมอปกรณภายนอกเชน ควบคมหลอดไฟ มอเตอร และวาลว เปนตน

2.3 การทางานของพแอลซ

พแอลซสวนใหญจะมลาดบการทางานพนฐานอย 4 ขนตอนและจะทางานซา ๆ กนหลาย

ครงภายในเวลาหนงวนาท และเมอเรมตนจายไฟใหกบพแอลซ มนจะเรมตรวจสอบการทางานของ

ฮารดแวรและซอฟตแวรเพอทจะหาขอบกพรอง แตถาไมมปญหาใด ๆ มนจะนาเอาขอมลในอนพต

(สญญาณอนพทตาง ๆ) เขามาเกบไวในหนวยความจาซงเราจะเรยกวา สแกนอนพท (Input Scan)

หลงจากนน พแอลซกจะประมวลผลตามโปรแกรมแลดเดอร (Ladder Program) โดยจะใชขอมล

จากหนวยความจาการประมวลผลดงกลาวนเรยกวา สแกนลอจก (Logic Scan) ในขณะทพแอลซ

ประมวลผลตามโปรแกรมแลดเดอรนนคาเอาทพทของโปรแกรมแลดเดอร กจะเปลยนแปลงไปตาม

เงอนไขตาง ๆ ของโปรแกรม แตการเปลยนแปลงนจะอยในหนวยความจาชวคราว (Temporary

Memory) เทานน เมอการสแกนแลดเดอรทางานเสรจแลวขอมลดาน เอาทพทในหนวยความจา

ชวคราวนจะถกสงไปทยนตเอาทพททาใหอปกรณทตออยภายนอกทางานหรอไมทางานตาม

ผลลพธทไดจากการประมวลผล ซงเรยกวา สแกนเอาทพท (Output Scan) เมอสนสดการสแกน

เอาทพทพแอลซจะกลบไปเรมตนการทางานใหม ซงกระบวนการดงกลาวนจะใชเวลา 5–10 mS

หรอเรวกวาขนอยกบความเรวในการทางานของ CPU ตามรปท 2.3

7

รปท 2.3 วงรอบการสแกนของพแอลซ

2.3.1 การสแกนอนพทและเอาทพท

เมออนพทตาง ๆ ทตอเขากบพแอลซ นนจะถกสแกน มนจะเกบคาหรอสถานะตาง ๆ ไว

ในหนวยความจาและเมอเอาทพททตอกบพแอลซถกสแกนมนกจะทาการคดลอก (Copy) ขอมล

จากหนวยความจาสงออกไปใหเอาทพท และเมอทาการสแกนแลดเดอรหรอประมวลผลแลดเดอรพ

แอลซมนจะใชคาหรอขอมลในหนวยความจาเทานน โดยไมสนใจคาหรอขอมลจรงของอนพทและ

เอาทพทในขณะนน

ในทานองเดยวกนถาเอาทพทตองเปลยนแปลงอยตลอดเวลา เมอประมวลผลในแตละ

คาสงของโปรแกรมแลดเดอรแทนทจะประมวลผลใหจบทงโปรแกรม มนจะทาใหพแอลซทางาน

ไดชามาก เพราะตองคดลอกขอมลไปทยนตเอาทพททกครงทคามนเปลยนแปลงจากการ

ประมวลผล

สญญาณอนพททดจะตองมคณสมบตและหนาทดงน

ทาใหสญญาณทเขาไดระดบทเหมาะสมกบพแอลซ

การสงสญญาณระหวางอนพทกบ CPU จะตดตอกนดวยลาแสง โดยอาศยอปกรณประเภท

โฟโตทรานซสเตอร เพอตองการจะแยกสญญาณ (Isolate) ทางไฟฟาใหออกจากกน เปนการ

ปองกนไมให CPU เสยหายเมออนพทเกดลดวงจร

หนาสมผสจะตองไมสนสะเทอน (Contact Chattering)

ในสวนของเอาทพทจะทาหนาทรบคาสภาวะทไดจากการประมวลผลของ CPU แลวนา

คาเหลานไปควบคมอปกรณตาง ๆ เชน รเลย หรอหลอดไฟ เปนตน นอกจากนนแลว ยงทาหนาท

แยกสญญาณของหนวยประมวลผลกลาง (CPU) ออกจากอปกรณดานเอาทพท ซงปกตแลวเอาทพท

8

นจะสามารถขบโหลดไดดวยกระแสไฟฟาประมาณ 1–2 แอมแปร แตถาโหลดนนตองการ

กระแสไฟฟามากกวาน จะตองตอเขากบอปกรณขบอนเพอขยายใหรบกระแสไฟฟามากขน เชน

รเลย แมกเนตก-คอนแทกเตอร เปนตน

2.3.2 การแสดงสถานะของพแอลซ (PLC Status)

เนองจากพแอลซมขอจากดเครองอปกรณอนพทและเอาทพท และทดานหนาของพแอล

ซ จะมไฟแสดงสถานะทจากดเพยงไมกดวงเทานน เชน

Power: ไฟนจะตดตลอดเวลาเมอจายไฟใหกบพแอลซ

Run : ไฟนจะใชแสดงวาโปรแกรมกาลงทางานอยหรอไม

Error : ไฟนจะตดเมอพแอลซพบวาฮารดแวรทสาคญหรอโปรแกรมมขอบกพรอง

2.4 ภาษาทใชสาหรบพแอลซ

2.4.1 ภาษาแลดเดอร (Ladder Language)

ภาษาแลดเดอรจะประกอบดวยสญลกษณหนาสมผส ซงรปแบบจะมลกษณะคลายวงจร

ของรเลยจงทาใหการเขยนโปรแกรมดวยภาษาแลดเดอรจะมความสะดวกในการเขยนและตรวจได

งายจงทาใหการเขยนแบบนเปนทนยม ระดบงานทใชควบคมจะมทงจากวงจรแบบธรรมดาจนถง

แบบซเควนซในลกษณะเปด-ปด ภาษาแลดเดอรจะเปนภาษาพนฐานทใชงานตงแตพแอลซขนาด

เลกเปนตนไป

2.4.2 ภาษาบลลน (Boolean Language)

ภาษาบลลนเปนภาษาทมไวสาหรบอธบายความสมพนธทางลอจก ทาใหสามารถเขาใจ

งายภาษาบลลน จะสมพนธกบ AND, OR, และ NOT Gate สญญาณอนพทจะเขยนดวยตวอกษร A

B C เปนตน ในสวนสญญาณทางเอาทพทนนจะแทนดวย Y และเครองหมายคณหรอจด หมายถง

AND เครองหมายบวก หมายถง OR และขดขางบน หมายถง NOT

9

ตารางสญลกษณของลอจกและสมการบลลน

ตารางท 2.1 ตารางสญลกษณของลอจกและสมการบลลน

2.4.3 ภาษาสเตจ (Stage Language)

ภาษาสเตจนเปนภาษาทถกพฒนาขนโดยบรษท Koyo Electronic ในป ค.ศ.1977 โดยท

ผออกแบบวงจรไมจาเปนตองมความรเรองการออกแบบวงจรไฟฟา แตตองเขาใจขนตอนการ

ทางานของเครองจกรอยางลกซง ดงนนโปรแกรมทถกสรางใหทางานไดถกตองมากนอยเพยงไรจง

ขนอยกบการเขาใจลาดบการทางานของเครองจกร ซงภาษาสเตจมขอดดงน

ลดเวลาการออกแบบวงจรได 1 ใน 3 ถาเปรยบเทยบกบภาษาแลดเดอร

ใหความแมนยาในการสงการทางานสง

แกไขโปรแกรมระหวางขนตอนการทางานไดงาย

ภาษาสเตจประกอบดวยองคประกอบสาคญ 4 ประการ คอ

1. การกาหนดหมายเลขในสเตจ (Stage Number Registration, SG) จะตองไมซ ากนในหนง

โปรแกรมปกตแลวจะม 2 สถานะ คอ

“ON” เมอถกเลอกใหทางานจากสเตจอน ๆ

10

“OFF” เมอมเงอนไขการทางาน หรอเงอนไขการเปลยนแปลงสเตจ หรอทเรยกวา Jump Condition

2. Transaction เปนการกาหนดรายละเอยดของการทางาน หรอเอาทพทของสเตจ หรอ

กระบวนการทางานนน ๆ เอาทพทของสเตจหนง ๆ จะทางานเมอสเตจนนมสภาวะ “NO”

3. Jump Condition เปนการกาหนดเงอนไขหรออนพททจะทาใหมการเปลยนสเตจจากส

เตจททางานอยไปยงสเตจอน ๆ เมอเงอนไขหรออนพททเปนจรง จะทาใหสเตจนนกจะมสถานะ

เปน “OFF” และมผลทาใหเอาทพทของสเตจนนหยดการทางาน

4. Jump Destination หมายถง สเตจทถกเลอกหรอถกเปลยน จะมสถานะเปน “NO” เมอ

เงอนไขหรออนพทเปนจรง

11

2.5 คาสงแลดเดอร

ตารางท 2.2 คาสงตาง ๆ ของแลดเดอร

คาสงพนฐาน

สญลกษณ คาสงแลดเดอร ชอ รายละเอยด

LD Load หนา Contact NO

ถาเรมบลอกจะใช

LD

AND And

OR Or

LD NOT Load Not หนา Contact NC

ถาเรมบลอกจะใช

LD NOT

AND NOT And Not

OR NOT Or Not

OUT Out Relay รเลยทางานเมอม

ไฟจายคอยลทางาน

LATCH

Latch Relay

รเลยทางานคาง

สถานะกระตนแค

ครงเดยวเปน ขา L

เซต

UNLATCH

Unlatch Relay

รเลยทางานคาง

สถานะกระตนแค

ครงเดยวเปน ขา U

รเซต

CTU

Counter Up

ตวนบขา CTU เปน

นบขน เซทคาสงสด

99999ใชคกบ

(RES)

เมอตองการรเซต

RES

Reset Counter

ใชรเซต CTU ตาม

เบอรทใชคกน

TON

Timer

ตวจบเวลา จบเวลา

สงสด 99999

12

2.5.1 ตวอยางการเขยนโปรแกรมคาสงบลลนจาก Ladder Diagram

- Ex.1 การสตารทมอเตอรโดยตรง ดงรปท 2.4

คาสง Ladder Diagram

รปท 2.4 Ladder Diagram ของวงจรการสตารทมอเตอรโดยตรง

คาสง บลลน

ตารางท 2.3 ตารางแสดงคาสงบลลนของวงจรการสตารทมอเตอรโดยตรง

Address Instruction Data

0 LD START

1 AND NOT STOP

2 AND NOT OVERLOAD

3 OUT MOTOR

4 OUT LAMP

5 END -

13

2.6 อปกรณทใช

2.6.1 เบรกเกอร (Breaker)

เบรกเกอรเปนสวทซเปด - ปดทใชในงานไฟฟาทว ๆ ไปแตมคณภาพทสงกวาเพราะวา

เบรกเกอรนอกจากจะทาหนาทเปนสวทซเปด - ปดวงจรไฟฟาแลวยงสามารถควบคมและปองกน

กระแสไฟฟาเกนในวงจรและการลดวงจรทางานโดยอาศยความรอนและสนามแมเหลกไฟฟาเมอ

เบรกเกอรตดวงจรแลวมนยงสามารถใชงานไดอก ดงรปท 2.5

รปท 2.5 เบรกเกอร (Breaker)

2.6.2 ไพลอต แลมป (Pilot Lamp)

หลอดไฟเลกทตดไวหนาแผง เปนหลอดสญญาณแสดงการดาเนนงานตาง ๆ หรอแสดง

วาสวนนนยงคงมกระแสไฟผาน เรยกไดอกชอวา "Pilot Light" ดงรปท 2.6

รปท 2.6 ไพลอต แลมป (Pilot Lamp)

14

2.6.3 ฟวส (Fuse)

เปนอปกรณนรภยชนดหนงทอยในเครองใชไฟฟาโดยจะปองกนการลดวงจร กนการใช

กระแสเกนในวงจรไฟฟา โดยจะหลอมละลาย และตดกระแสไฟออกจากวงจรเพอปองการอปกรณ

เสยหาย โดยฟวสจะเปนเสนลวดเลก ๆ ทาจากตะกวผสมดบก มจดหลอมเหลวทตา มหลายชนดให

เลอกใชตามความเหมาะสมของการใชงาน ดงรปท 2.7

รปท 2.7 ฟวส (Fuse)

2.6.4 วงจรบรดจกระแสตรง (DC Bridge)

วงจรอเลกทรอนกสตาง ๆ จะตองใชแรงดนเลยงวงจรเปนแรงดนไฟตรง DC) โดยทาการ

แปลงแรงดนไฟสลบ (AC) ใหเปนแรงดนไฟตรง DC) วงจรททาหนาทดงกลาวนเรยกวาวงจรเรกต

ไฟรเออร Rectifier Circuit) หรออาจเรยกวาวงจรเรยงกระแส อปกรณททาหนาทนคอไดโอด

ไดโอดทนยมนามาใชงานในวงจรเรกตไฟรเออรเปนไดโอดชนดซลกอน

การทางานของไดโอดเรกตไฟรเออรใชหลกการจายไบอสตรง และการจายไบอสกลบใหตวไดโอด

เพอทาใหไดโอดนากระแสและหยดนากระแสตามสภาวะไบอสทจายแรงดนทผานการเรกตไฟร

เออรแลว ไดแรงดนออกมาเปนไฟตรงซกบวกหรอแรงดนไฟตรงซกลบ แรงดนไฟตรงจะได

ออกมาซกใดขนอยกบการจดวงจรไดโอดเรกตไฟรเออร ถาไดโอดจดใหขาแคโถด K) ออกเอาตพต

ไดแรงดนซกบวกออกมา และถาไดโอดจดใหขาแอโนด A) ออกเอาตพตไดแรงดนซกลบออกมา

ดงรปท 2.8

รปท 2.8 วงจรบรดจกระแสตรง (DC Bridge)

15

2.6.5 โวลตมเตอร (Volt Meter)

เครองมอทใชวดความตางศกยระหวางจด 2 จด ในวงจรความตานทานภายในของเครอง

โวลตมเตอรมคาสง วธใชตองตอขนานกบวงจร เครองมอทใชวดคาความตางศกยในวงจรไฟฟา

คาทวดไดมหนวยโวลต ดงรปท 2.9

รปท 2.9 โวลตมเตอร (Volt Meter)

2.6.6 แอมมเตอร (Am Meter)

เครองมอสาเรจรปทใชวดกระแสไฟฟาทไหลผานวงจร ความตานทานภายในของเครอง

แอมมเตอรมคานอยมาก วธใชตองตอแบบอนกรมกบวงจร มหนวยวด คอ แอมแปร แอมมเตอร

(Ammeter) เปนมเตอรไฟตรงทสรางขนมาเพอใชวดกระแสไฟตรง โดยดดแปลงมาจาก ดารสนวาล

มเตอร เพราะดารสนวาลมเตอรเปนมเตอรเบองตนทโครงสรางมเตอรสวนของการรบกระแสจาก

ภายนอกมเพยงขดลวดเคลอนททมขนาดของขดลวดเสนเลกจานวนรอบขดลวดนอย ทาใหเมอ

นาไปวดกระแสไฟตรงสามารถวดกระแสไฟตรงไดในจานวนเลกนอย ไมสะดวกในการนาไปใช

งาน เพอใหการใชงานเกดความคลองตวและสามารถใชงานไดอยางกวางขวางเพมขน จงตอง

ดดแปลงดารสนวาลมเตอรใหใชงานเปนแอมมเตอรไฟตรง วดกระแสไฟตรงไดสงขนดวยการเพม

สวนประกอบของอปกรณเขาไปในวงจรมเตอรตอรวมใชงานกบดารสนวาลมเตอรชวยใหสามารถ

เพมแอมมเตอรไฟตรงใชงานไดเพมขน แบงออกเปนไมโครแอมมเตอร (Microammeter) มลล

แอมมเตอร (Milliammeter) ดงรปท 2.10

รปท 2.10 แอมมเตอร (Am Meter)

16

2.6.7 รเลย (Relay)

รเลยเปนอปกรณอเลกทรอนกสทใชในการตด-ตอวงจรคลายกบสวตช โดยทวไปจะเปน

แบบ Electromagnetic Relay หรอเรยกวาแบบหนาสมผส ประกอบดวยชดหนาสมผส (Contacts) ท

ตอกบแทงอารเมเจอร (Armature) และคอยล (Coil) ทถกพนดวยขดลวด เมอมการจายแรงดนไฟฟา

ใหกบคอยล (Energize) จะทาใหเกดสนามแมเหลกแทงอารเมเจอรทตอกบหนาสมผสจะถกดดทา

ใหหนาสมผสเปลยนการเชอมตอเปนตรงกนขาม กลาวคอ ปกตเปด (NO-Normally Open) เปนปด

หรอปกตปด (NC-Normally Closed) เปนเปด และเมอตดไฟทจายใหคอยล (De Energize) จะทาให

รเลยกลบสสถานะปกต กลาวคอ หนาสมผสตาง ๆ จะกลบสสภาวะแรกกอนการจายไฟดวยแรงจาก

สปรง ดงรปท 2.11

รปท 2.11 การทางานของรเลย

รปท 2.12 รเลย (Relay)

17

2.7 มอเตอรไฟฟากระแสสลบชนด 3 เฟส

มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส มขอดทความเรวรอบคงทเนองจากความเรวรอบจะ

ขนอยกบความถของแหลงกาเนดไฟฟากระแสสลบ ซงมราคาถก โครงสรางไมซบซอน สะดวกใน

การบารงรกษา เพราะไมมคอมมวเตเตอรและแปรงถานเหมอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอร

ไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส สามารถแบงออกตามโครงสรางและหลกการทางานของมอเตอรได 2

แบบคอ

1. มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส แบบอนดกชน (3 Phase Induction Motor)

2. มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส แบบซงโครนส (3 Phase Synchronous Motor)

2.7.1 มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส แบบอนดกชน (3 Phase Induction Motor)

หลกการทางานของอนดกชนมอเตอร เมอจายไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสใหทขดลวดทง 3

ของตวสเตเตอรจะเกดสนามแมเหลกหมนรอบ ๆ ตวสเตเตอรทาใหตวหมน (โรเตอร) จะไดรบการ

เหนยวนา ทาใหเกดขวแมเหลกทตวโรเตอร และขวแมเหลกนจะดงดดสนามแมเหลกทหมนอยรอบ

ๆ แกนแมเหลกนน ทาใหมอเตอรของอนดกชนมอเตอรหมนไปได ความเรวของสนามแมเหลก

หมนทตวสเตเตอรนจะคงทตามความถของไฟฟากระแสสลบ ดงนน โรเตอรของอนดกชนมอเตอร

นจงหมนตามสนามแมเหลกดงกลาวดวยความเรวเทากบความเรวของสนามแมเหลก โดยอนดกชน

มอเตอรม 2 แบบ ซงแบงตามลกษณะของตวหมนคอ

อนดกชนมอเตอรทมโรเตอรแบบกรงกระรอก (Squirrel Cage Induction Motor)

อนดกชนมอเตอรแบบน จะมโรเตอรทใหกาลงแรงมาตาเมอเทยบกบมอเตอรแบบอนๆ

แตกจะมขอดคอจะมความเรวรอบการทางานคงทในโหลดทมขนาดตาง ๆ กน และในการ

บารงรกษามอเตอรแบบนไมยงยาก จงเปนทนยมใชอยางแพรหลาย ดงรปท 2.13

รปท 2.13 อนดกชนมอเตอรทมโรเตอรแบบกรงกระรอก

(Squirrel Cage Induction Motor)

18

2.8 การเปลยนแปลงความถทจายเขามอเตอร

การควบคมความเรวโดยการเปลยนแปลงความถทจายเขามอเตอรและการควบคมสลปท

ใชกบมอเตอรเหนยวนา 3 เฟส โรเตอรแบบกรงกระรอก ควบคมความเรวโดยการเชอมโยงดวย

แรงเคลอนไฟฟากระแสตรง และเชอมโยงดวยกระแสไฟฟากระแสตรง แบงออกไดเปน 3 แบบ

คอ อนเวอรเตอรแบบ PAM (Pulse Amplitude Modulation) อนเวอรเตอรแบบ PWM (Pulse Width

Modulation) และอนเวอรเตอรแบบ CSI (Current Source Inverter) แตในหนวยนจะกลาวถงเฉพาะ

อนเวอรเตอรแบบ PWM เทานน

2.8.1 อนเวอรเตอรแบบ PWM หมายถง อนเวอรเตอรททาหนาทแปลงแรงเคลอนไฟฟา

กระแสตรงทมคาคงทใหเปนแรงเคลอนไฟฟากระแสสลบทสามารถปรบคาความถและคา

แรงเคลอนไฟฟาไดโดยการปรบรปแบบการสวตชทอนเวอรเตอรเพยงอยางเดยว ดวยเทคนคการ

มอดเลตความกวางของพลส (Pulse Width Modulation) เนองจากการมอดเลตความกวางของพลส

จะสามารถเปลยนแปลงคาแรงเคลอนไฟฟา ( rms) ทางดานเอาตพตของอนเวอรเตอรไดพรอมกน

กบการปรบเปลยนความถของแรงเคลอนดงกลาว ดงนนวธนจงสามารถควบคมเสนแรงแมเหลกใน

ชองวางอากาศของมอเตอรเหนยวนาใหคงทได นนกคอการรกษาอตราสวนของ fV ใหคงทเพอ

ผลของการควบคมคาแรงบดของมอเตอรใหคงทในยานความเรวตางๆ ดงในรปท 2.14

รปท 2.14 อนเวอรเตอรแบบ PWM ทนยมใชในงานอตสาหกรรม

19

สาหรบวธการมอดเลตความกวางพลสทจะนาไปกาหนดรปแบบการสวตชของอนเวอรเตอรแบบ

PWM ใชหลกการงายๆ คอ นาคลนไซนมาเปรยบเทยบกบคลนสามเหลยมผานวงจรเปรยบเทยบ

ในรปท 2.15ก. เอาตพตทไดจะเปนรปสามเหลยมทมความกวางไมเทากน เพราะถกการมอดเลต

แลว พลสดงกลาวจะถกสงไปจดชนวนเกตสวตชอเลกทรอนกสกาลงในตวอนเวอรเตอร โดย

สวตชชดบนทางานดวยสญญาณ PWM ชดบน และสวตชชดลางทางานดวยสญญาณ PWM ชดลาง

ทมเฟสตรงกนขามกบสญญาณ PWM ชดบนในรปท 2.15ก. เปนตวอยางเฉพาะเฟส A เพยงเฟส

เดยวผลของการมอดเลตจะทาใหสวตชทางานกาเนดไฟฟากระแสสลบไดดงรปท 2.15ข. จะเหนได

วารปคลนไซนของกระแสเขามอเตอรเฟส A ทไดจากการมอดเลตความกวางพลส มความสมบรณ

กวาอนเวอรเตอรแบบ PAM

ตวเปรยบเทยบ

กลบเฟส

และกาหนด

Deadtime

วงจร

Iso

latio

n

วงจรขบเกตPWM ชดลาง

ON ON

ON ON

PWM ชดบนชดบน

ชดลาง

จดรวม

IGBT

IGBT

แรงเคลอนไฟฟ�า +

ของแหลงจายไฟตรงมอเตอร 3 เฟส

B

C

วฏจกรหนาทเปลยนไป

ตามความถของคลนไซน

คลนสามเหลยมคลนไซน

แหลงจายไฟฟ�า

เฟส A

วงจรขบเกต

A

ก. วงจรการมอดเลตความกวางของพลสสาหรบควบคมรปแบบการสวตช

ของอนเวอรเตอรแบบ PWM (เฉพาะเฟส A)

คาบเวลา, ∆t

วฏจก

รหน

าทข

องส

ญญ

าณ P

WM

0 %

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %

ผลของ PWM

ข. รปคลนไซนของกระแสทไดจากการมอดเลตความกวางพลสของอนเวอรเตอรแบบ PWM

รปท 2.15 การมอดเลตความกวางของพลสเพอกาหนดรปแบบการสวตช

ของอนเวอรเตอรแบบ PWM

20

บลอกไดอะแกรมของวงจรมอดเลตความกวางพลส สาหรบอนเวอรเตอรแบบ PWM 3 เฟส แสดง

ดงรปท 2.16ก. ประกอบไปดวยเครองกาเนดคลนไซน 3 เฟส และเครองกาเนดคลนสามเหลยมและ

วงจรเปรยบเทยบแรงเคลอน ในทางปฏบตวงจรดงกลาวจะถกออกแบบใหบรรจใน

ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller Unit) หรอ MCU ดงแสดงในรปท 2.16ข. ซง MCU เปน

วงจรรวมขนาดใหญทบรรจหนวยประมวลผล หนวยอนพต เอาตพต

วงจรเปรยบเทยบ

วงจรเปรยบเทยบ

วงจรเปรยบเทยบ

+-

+-

+-

กาเนด

คลนไซน

แรงดน

ความถ

(rpm)

กาเนดคลน

สามเหลยม

Sin A

Sin B

Sin C

PMW ชด A

PMW ชด B

PMW ชด C

A_บนA_ลาง

B_บนB_ลาง

C_บนC_ลาง

คลนสามเหลยม

คลนไซน

เอาตพต PWM

วงจรลอจกควบคม

Deadtime

วงจรลอจกควบคม

Deadtime

วงจรลอจกควบคม

Deadtime

ก. วงจรอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบ PWM

CPU

หนวยความจา

PWM ชด Aวงจรลอจกควบคม

Deadtime

PWM ชด B

PWM ชด C

วงจรลอจกควบคม

Deadtime

วงจรลอจกควบคม

Deadtime

หนวย PWMA_High

B_High

C_High

MCU

A_บน

A_ลาง

B_บน

B_ลาง

C_บน

C_ลาง

แรงดน

ความถ

(rpm)

เอาตพต PWM

PWM ทสรางดวยไมโครคอนโทรลเลอร

ข. วงจรอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบ PWM ทสรางดวยไมโครคอนโทรลเลอร (MCU)

รปท 2.16 บลอกไดอะแกรมของวงจรมอดเลตความกวางพลสของอนเวอรเตอรแบบ PWM

21

เมอนาชดควบคมการมอดเลตความกวางของพลสมาตอกบวงจรกาลง (Power State) ของ

อนเวอรเตอร PWM ซงประกอบดวย IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) จานวน 6 ตว และ

นาเอาตพต 3 เฟสไปขบมอเตอรเหนยวนา 3 เฟส ดงแสดงในรปท 2.17

ชดควบคม PWMทาหนาทกาเนดสญญาณ PWM 3 เฟส

เพอกาหนดรปแบบการสวตช

ของชด Power State ใหสง AC Output

ไปขบมอเตอร 3 เฟส

วงจรกาลง (Power State)ทาหนาทแปลงไฟฟ�ากระแสตรงใหเป�น

ไฟฟ�ากระแสสลบทปรบ V และ f

ไดตามรปแบบทชดควบคม PWM กาหนด

อนเวอรเตอร 3 เฟส

ระบบ

อนเตอรเฟสแรงเคลอนไฟฟ�า

ความเรวรอบกระแส

Control Unit

φΑ φΒ φC Faults

มอเตอรไฟฟ�าเหนยวนา หรอ

มอเตอรซงโครนส

DC Input

AC

Output

Power State

รปท 2.17 วงจรกาลงและวงจรควบคมการมอดเลตความกวางพลส

สาหรบรปคลนแรงเคลอนไฟฟาระหวางสายและกระแสไฟฟาในสายทอนเวอรเตอร

แบบ PWM ปอนใหกบมอเตอรเหนยวนา 3 เฟส เมอพจารณาเฉพาะเฟส A แสดงใหเหน

แรงเคลอนไฟฟาระหวางสาย ( abV ) เปนสเหลยมทมการมอดเลตความกวาง และกระแสไฟฟา

ในสาย ( aI ) ใกลเคยงกบรปคลนไซนมากทสด ดงแสดงในรปท 2.26 จะเหนวาแตกตางจากรปคลน

abV และ aI ทไดจากอนเวอรเตอรแบบ PAM เปนอยางมาก แสดงวากระแสฮารมอนกสถกลดลง

อยางมาก ผลคอ แรงบดทเกดขนจากการสรางของมอเตอรจะไมเปนคลน การสญเสยจงลดลง

มอเตอรทขบโดยอนเวอรเตอรแบบ PWM จะมประสทธภาพสงกวาทถกขบโดยอนเวอรเตอรแบบ

PAM

อนเวอรเตอรแบบ PWM สามารถปรบแรงเคลอนไฟฟาและความถเอาตพตใหดวย

รปแบบการสวตชแบบมอดเลตความกวางพลส จงไมจาเปนตองใชแหลงจายแรงเคลอนไฟฟา

กระแสตรงทปรบคาได ดงนนอนพตของอนเวอรเตอร PWM จงใชวงจรเรยงกระแส 1 เฟส หรอ 3

เฟส แปลงไฟฟากระแสสลบเปนไฟฟากระแสตรงทมคาคงทและมตวเกบประจทาหนาทประจแรง

เคลอนในลกษณะของแหลงจายแรงเคลอนไฟฟา (Voltage Source) จงเรยกวาอนเวอรเตอรทม

อนพตตอดวยตวเกบประจวา อนเวอรเตอรชนดปอนแรงเคลอนไฟฟา (Voltage Source Inverter)

ดงรปท 2.19

22

Vab

Ia

Van 1

1

2

รปท 2.18 แรงเคลอนเอาตพตและกระแสของอนเวอรเตอร

ACφ3

หรอ ACφ1

วงจรเรยงกระแส อนเวอรเตอร 3 เฟส แบบ PWMบสไฟตรง

C

AC 3φ

มอเตอรไฟฟ�าเหนยวนา หรอ

มอเตอรซงโครนส

ไมโครคอนโทรลเลอร วงจรขบเกตแหลงจาย

แรงเคลอนตาวงจรตรวจจบ

กระแสไฟฟ�า ความเรว

รปท 2.19 อนเวอรเตอรแบบ PWM ทควบคมการมอดเลตความกวางพลส

ดวยไมโครคอนโทรลเลอร ขบมอเตอรเหนยวนา 3 เฟส

อนเวอรเตอรแบบ PWM เปนทนยมใชกนอยางแพรหลายในปจจบน เชนใชในงาน

อตสาหกรรมเครองปรบอากาศขนาดใหญทใชกบพดลมแบบแรงเหวยงหนศนยกลางปมน า

รถไฟฟา และในโรงงานอตสาหกรรมกระดาษ เปนอนเวอรเตอรทมประสทธภาพสง การควบคม

ใชเทคโนโลยชนสง มยานความถทปรบความเรวของมอเตอรในยานทกวางมากทสดและมขนาด

เลก