บทความ

วงจรการควบคุมทำงานของกระบอกลม

วงจรการควบคุมทำงานของกระบอกลม
การควบคุมในระบบนิวเมติคแบ่งเป็นสองชนิด
1. การควบคุมโดยทางตรง
2. การควบคุมโดยทางอ้อม
การควบคุม โดยทางตรง
การควบคุมโดยทางตรงเป็นการต่อลมจากแหล่งจ่ายผ่านวาล์วควบคุมทิศทางไปกระบอกสูบโดยตรง เหมาะสำหรับงาน
ที่ตำแหน่งการควบคุมอยู่ใกล้ออุปกรณ์ทำงาน คือกระบอกสูบ (กระบอกลม)
วงจรควบคุมกระบอกสูบทางเดียว
กระบอกสูบทางเดียว ใช้วาล์ว 2/2 ปกติปิด เลื่อนลิ้นไปด้วยมือ เลื่อนลิ้นกลับด้วยสปริงตามภาพ

หลักการทำงาน
เมื่อกดวาล์ว 2/2 ทำให้ลมไหลจาก 1(P) ไป 2(A) จะเข้ากระบอกสูบ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ออก เมื่อปล่อยมือ วาล์ว 2/2 จะเลื่อนกลับด้วยสปริง แต่อยู่ในตำแหน่งปิด ทำให้ลมจากกระบอกสูบไม่สามารถระบายออกได้ลูกสูบจึงยังค้างอยู่

กระบอกสูบทางเดียว ใช้วาล์ว 2/2 ปกติปิด เลื่อนลิ้นไปด้วยมือ เลื่อนลิ้นกลับด้วยสปริง ควบคุมจำนวน 2 ตัว

หลักการทำงาน
เมื่อกดวาล์ว 2/2 ทำให้ลมไหลจาก 1(P) ไป 2(A) เข้ากระบอกสูบ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ออก เมื่อปล่อยมือ วาล์ว 2/2 จะเลื่อนกลับด้วยสปริง แต่ลูกสูบยังคงค้างอยู่ ต่อมากดวาล์ว 2/2 ทำให้ลมไหลจากกระบอกสูบออกทาง 2(A) ไป 1(P) ระบายสู่บรรยากาศ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่กลับด้วยแรงสปริงภายใน
วงจรควบคุมกระบอกสูบสองทาง
กระบอกสูบทำงานสองทาง ใช้วาล์ว 4/2 เลื่อนลิ้นไปด้วยมือ เลื่อนลิ้นกลับด้วยปริง

หลักการทำงาน
ตำแหน่งปกติ วาล์ว 4/2 จะต่อลมจาก 1(P) ไป 2(B) เข้ากระบอกสูบด้านก้านสูบเพื่อบังคับให้ลูกสูบอยู่ภายในกระบอกสูบ
ตำแหน่งการทำงาน เมื่อกดวาล์ว 4/2 ลมจะไหมจาก 1(P) ไป 4(A) เข้ากระบอกสูบด้านลูกสูบ ลูกสูบจะเคลื่อนที่ออกพร้อมๆกันนั้น ลมจากด้านก้านลูกสูบจะไหลผ่าน (2B) ไป (3R) สู่บรรยากาศ เมื่อปล่อยมือจากวาล์ว สปริงจะดันวาล์วให้เลื่อนกลับตำแหน่งปกติ

การควบคุมโดยทางอ้อม
การควบคุมโดยทางอ้อมเป็นการต่อลมจากแหล่งจ่ายผ่านวาล์วควบคุมทิศทางไปบังคับให้วาล์วหลักทำงาน แล้วลมจากแหล่งจ่ายจะไหลผ่านวาล์วหลักกลับไปกระบอกสูบ เหมาะสำหรับงานที่จุดควบคุมอยู่ห่างจากอุปกรณ์ทำงานคือกระบอกสูบ เป็นการแก้ความดันตกในสาย ซึ่งทำให้ความดันลมไปดันกระบอกสูบลดลง และกรณีกระบอกสูบขนาดใหญ่ เมื่อใช้วาล์วควบคุมทิศทางซึ่งมีขนาดเล็กความดันที่ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่มีน้อย. ไม่เพียงพอที่จะเคลื่อนที่ทันทีทันใด จึงต้องรอเวลาสะสิปริมาณลม ดั งนั้นจึงใช้วาล์วหลักซึ่งมีขนาดท่อลมใหญ่กว่าและสามารถต่อใกล้กับอุปกรณ์ทำงาน

วงจรควบคุมกระบอกสูบทางเดียว
กระบอกสูบทางเดียว ใช้วาล์ว 3/2 เลื่อนลิ้นไปด้วยมือ ควบคุมวาล์ว 3/2 เลื่อนลิ้นไปด้วยลมดัน เลื่อนลิ้นกลับด้วยสปริง

หลักการทำงาน
ตำแหน่งปกติ ลูกสูบจะอยู่ในกระบอกสูบด้วยแรงสปริงภายใน ลมจากแหล่งจ่ายจึงถูกปิด
ตำแหน่งการทำงาน เมื่อกดวาล์ว 3/2 ลมจะไหลจาก 1(P) ไป 2(A) เข้าท่อ 10(Z) ของวาล์ว 3/2 เลื่อนด้วยลม(กลับด้วยสปริง) ทำให้วาล์วหลัก 3/2 เลื่อน ลมไหลจาก 1(P) ไป 2(A) เข้ากระบอกสูบ ทำให้กระบอกสูบเคลื่อนที่ออก เมื่อปล่อยมือจากวาล์ว3/2 จะเลื่อนกลับด้วยสปริง ลม 10(Z) ก็สามารถระบายออกโดยผ่าน 2(A) ไป 3(R) ทำให้วาล์วหลัก 3/2 เคลื่อนกลับด้วยสปริง ลมจากกระบอกสูบระบายออกโดยผ่าน 2(A) ไป 3(R) ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่กลับด้วยสปริงภายใน

วงจรควบคุมกระบอกสูบสองทาง
กระบอกสูบทำงานสองทาง ใช้วาล์ว 3/2 เลื่อนลิ้นไปด้วยมือ 2 ตัว และวาล์ว 4/2 เลื่อนลิ้นไปและเลื่อนลิ้นกลับด้วยลม

หลักการทำงาน
ตำแหน่งปกติ ลูกสูบจะอยู่ในกระบอกสูบ โดยลมจากแหล่งจ่ายผ่านวาล์วหลัก 1(P) ไป 2(B) เข้ากระบอกสูบด้านก้านสูบ และลมจากด้านก้านระบายทิ้งผ่าน 2(B) ไป 3(R) ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ออก เมื่อปล่อยวาล์ว 3/2 เลื่อนกลับด้วยสปริง แต่ลูกสูบยังคงค้างอยู่ เพราะวาล์ว 4/2 ไม่มีความดันให้เลื่อนกลับ ต้องกดวาล์ว 3/2 อีกตัว ทำให้ลมไหลจาก 1(P) ไป 2(A) เข้า 12(Y)
ทำให้วาล์วหลัก 4/2 เลื่อน กลับลมเข้ากระบอกสูบ ลมด้านลูกสูบระบายทิ้ง ลูกสูบจึงเคลื่อนที่กลับ

 

ลักษณะเฉพาะของวาล์วควบคุมและการซ่อมบำรุง

วาล์วควบคุมประกอบด้วยอุปกรณ์หลายชนิด ทำงานร่วมกันเช่น วาล์ว( Valve Body) ตัวขับวาล์ว (Actuator)

ตัวควบคุมตำแหน่ง (Positioner) ตัวปรับระดับความดัน (Regulator) ฯลฯซึ่งอุปกรณ์แต่ละตัวนี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนย่อยมากมายและจำเป็นต้องซ่อมบำรุงแตกต่างกัน

ตัววาว์ล (Valve Body) จะเป็นส่วนที่เกิดความเสียหายมากที่สุดและต้องทำการซ่อมบำรุงมากที่สุด

เพราะเป็นส่วนที่ของไหลไหลผ่าน และต้องทำงานเคลือนที่ขึ้นลงตลอดเวลา ส่วนอุปกรณ์อื่นจะเป็นส่วนประกอบที่ใช้สั่งการให้วาล์วทำงานเท่านั้น โอกาสที่จะเสียหายจึงมีน้อยมาก ชิ้นส่วนที่จำเป็นต้องเปลี่ยนเมื่อเกิดการสึกหรอเนื่องจากการทำงาน ได้แก่

Seat Ring  ซึ่งเป็นช่องทางผ่านของของไหล

Plug         เป็นชิ้นส่วนบังคับให้ของไหลไหลมากน้อย

Stem        เป็นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ขึ้นลง เมื่อต้องการเปิด-ปิดวาล์ว

  • ประเก็นกันรั่วเป็นชิ้นส่วนที่อยู่ระหว่างโลหะใช้ป้องกันการรั่วซึมระหว่างชิ้นส่วนโลหะวาล์วควบคุมแต่ละตัวจะมีประเก็นกันรั่วหลายตำแหน่งตามแต่การออกแบบประเก็นกันรั่วเป็นอะไหล่ประเภทอะไหล่สิ้นเปลือง(Consumer Part) จะต้องเปลี่ยนทุกครั้งเมื่อถอดวาล์วควบคุม

การรั่วของของไหลบริเวณ Bonnet เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุด และเกิดขึ้นได้กับวาล์วทุกตัว ซึ่งการรั่วนี้จะทำให้เกิดการสูญเสียของไหลสู่บรรยากาศ หากของไหลนั้นเป็นสารกัดกร่อน หรือเป็นแก๊ส อาจทำให้เกิดอันตรายต่อพนักงานในบริเวณนั้นได้

  • ตัวควบคุมตำแหน่ง (Positioner) เป็นอุปกรณ์เครื่องมือวัดเมื่อทำงานไปอาจเกิดการเลื่อนช่วงของการควบคุมจึงจำเป็นต้องปรับแต่ง (Calibrate) เป็นระยะๆตามความเหมาะสม

สาเหตุที่ทำให้วาล์วควบคุมหยุดทำงาน (Failure) สามารถเกิดขึ้นได้หลายสาเหตุ สาเหตุใหญ่ คือการรั่ว (Leakage) เกิดการรั่วที่ภายในวาล์วหรือรั่ว ออกมาภายนอก ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนที่อยู่ในบริเวณนั้นเกิดการเสียหาย และส่งผลให้วาล์ว Fail การรั่วที่มักเกิดขึ้นบ่อยๆได้แก่ บริเวณ Trim, Body หรือ Packing เป็นต้น

  1. การเปลี่ยนแปลงกระบวนการผลิต (Process Upset) เช่นการเพิ่ม/ลดความดันหรืออุณหภูมิการเพิ่มอัตราการไหลหรืออื่นๆซึ่งอาจไม่เหมาะสมกับวาล์วควบคุมที่ใช้งานอยู่
  2. คุณภาพของเหลวหรือก๊าซในกระบวนการผลิต (Fluid Quality) เช่นการมีฝุ่นหรือเศษโลหะปะปนในของเหลวหรือการที่ก๊าซมีการเปลี่ยนสถานะจากก๊าซเป็นของเหลวบางส่วนซึ่งการเปลี่ยนสถานะนี้อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนได้
  3. ปัญหาทางเครื่องกล (Mechanical Problem) เป็นปัญหาที่เกิดจากตัวอุปกรณ์หรือวาล์วควบคุม เกิดจากการใช้งานบ่อยหรือหมดอายุการใช้งานของอุปกรณ์บางส่วนสามารถแบ่งเป็นบริเวณที่เกิดได้ดังนี้

–    ตัววาล์วควบคุม เช่นเกิดการสึกบริเวณ Trim หรือการรั่วของตัว Valve Body เป็นต้น

–   อุปกรณ์อื่นๆ เช่น แผ่น Diaphragm ใน Actuator เกิดการขาด หรือ Spring หัก เป็นต้น

–  แหล่งจากพลังงาน (Supply) เช่นขาดสัญญาณสั่งงานทั้งสัญญาณลมหรือสัญญาณไฟฟ้า

ทำให้วาล์วไม่สามารถทำงานได้ เป็นต้น

หากวาล์วที่ใช้อยู่นั้น ถูกต้องและเหมาะสมกับ Process และวาล์วไม่ได้เคลื่อนที่บ่อย วาล์วนั้นจะทำงาน

ได้ดีมาก อาจไม่ต้องทำการซ่อมบำรุงหรือเปลี่ยนอะไหล่ นอกจากการตรวจเช็คตามคาบเวลาเท่านั้น

การติดตัววาล์วควบคุมในสายการผลิต จะต้องติดตั้ง Block Valve ด้านหน้าและหลังวาล์วควบคุม เพื่อกั้น

ของไหลในกระบวนการผลิตออกจากวาล์วควบคุม เมื่อต้องการถอดวาล์วออก จะสามารถถอดได้โดยการปิด Block Valve ทั้งสอง แล้วจึงถอดวาล์วควบคุมออกได้

ระบบการติดตั้งวาล์วควบคุมในสายการผลิต การออกแบบจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน

และการวางแผนการผลิตด้วย สามารถติดตั้งได้ดังนี้คือ

  • In Line System เป็นระบบที่ใช้อยู่ทั่วไปสำหรับวาล์วที่ไม่ต้องการการซ่อมบำรุงมากนักและใช้ในระบบ

ที่หากเกิดการขัดข้องแล้ว ไม่กระทบกับกระบวนการผลิต

  • Bypass System เป็นระบบที่นิยมใช้เหมาะสำหรับวาล์วควบคุมที่จำเป็นต้องทำการซ่อมบำรุงตาม

คาบเวลา เพราะสามารถทำการถอดวาล์วออกมาเพื่อซ่อมได้ในที่กระบี่ยังคงเดินได้อยู่ (ไม่ต้องหยุดการผลิต) หากวาล์วควบคุมเกิดการขัดข้อง ยังคงสามารถเปลี่ยนมาใช้งานที่วาล์วที่เป็น Bypass แทนได้ โดยจะเป็นระบบ Manual

  • Back up System ระบบที่เหมาะสำหรับกระบวนการผลิตแบบต่อเนื่องระบบที่ความเสี่ยงต่อการขัดข้อง

ของวาล์วควบคุมสูง คือ หากเกิดการขัดข้องที่วาล์วตัวหนึ่ง สามารถเปลี่ยนใช้วาล์วอีกตัวหนึ่งแทนได้ โดยไม่กระทบกับกระบวนการผลิต ซึ่งระบบนี้จะดีกว่าระบบ Bypass ตรงที่ วาล์วตัวที่ทำงานแทน สามารถทำงานได้เสมือนกับวาล์วตัวแรก แต่สำหรับระบบ Bypass วาล์วที่เป็น Bypass จะเป็นแค่ On-Off Valve (ไม่ใช่วาล์วควบคุม) ที่ต้องใช้คนเป็นคนบังคับให้เปิดปิดมากน้อย