Top 50 Popular Supplier
1 100,000D_อินเวอร์เตอร์ 175,366
2 100,000D_มิเตอร์วัดไฟฟ้า 173,518
3 100,000D_เครื่องมือช่าง 172,934
4 100,000D_อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเลคทรอนิกส์ 172,688
5 100,000D_เอซีมอเตอร์ 170,413
6 100,000D_ดีซีมอเตอร์ 169,491
7 100,000D_อุปกรณ์แคมป์ปิ้ง 168,456
8 100,000D_เครื่องดื่มและสมุนไพร 167,764
9 เคอีบี (KEB ) ประเทศไทย 160,251
10 100,000D_เครื่องใช้ไฟฟ้าครัวเรือน 158,387
11 100,000D_ของใช้จำเป็นสำหรับผู้หญิง 158,308
12 100,000D_ขายของเล่นเด็ก 157,450
13 E&L INTERNATIONAL CO., LTD. 67,490
14 T.N. METAL WORKS Co., Ltd. 62,072
15 ฟิลิปส์อิเล็กทรอนิกส์ (ประเทศไทย) จำกัด 50,421
16 บ.ไทนามิคส์ จำกัด 43,496
17 Industrial Provision co., ltd 39,162
18 ลาดกระบัง ทูลส์ แอนด์ ดาย จำกัด 38,320
19 Infinity Engineering System Co.,Ltd 36,240
20 สยาม เอลมาเทค (siam elmatech) 34,566
21 ไทยเทคนิค อีเล็คตริค จำกัด 33,384
22 ฟอร์จูน เมคคานิค แอนด์ ซัพพลาย 31,800
23 เอเชียเทค พาวเวอร์คอนโทรล จำกัด 31,156
24 บริษัท เวิลด์ ไฮดรอลิคส์ จำกัด 30,904
25 โปรไดร์ฟ ซิสเต็ม จำกัด 27,521
26 ซี.เค.แอล.โพลีเทค เอ็นจิเนียริ่ง 26,460
27 P.D.S. Automation co.,ltd 22,890
28 AVERA CO., LTD. 22,535
29 เลิศบุศย์ 21,635
30 ห้างหุ้นส่วนสามัญ เอ-รีไซเคิล กรุ๊ป 20,318
31 เทคนิคอล พรีซิชั่น แมชชีนนิ่ง 20,186
32 แมชชีนเทค 19,836
33 Electronics Source Co.,Ltd. 19,804
34 อีดีเอ อินเตอร์เนชั่นเนล จำกัด 19,128
35 มากิโน (ประเทศไทย) 19,080
36 ทรอนิคส์เซิร์ฟ จำกัด 18,742
37 Pro-face South-East Asia Pacific Co., Ltd. 18,551
38 SAMWHA THAILAND 18,238
39 วอยก้า จำกัด 17,828
40 CHEMTEC AUTOMATION CO.,LTD. 17,416
41 IWASHITA INSTRUMENTS (THAILAND) LTD. 17,277
42 ดีไซน์ โธร แมนูแฟคเจอริ่ง 17,242
43 I-Mechanics Co.,Ltd. 17,187
44 เอส.เอส.บี สยาม จำกัด 17,139
45 Intelligent Mechantronics System (Thailand) 17,079
46 ศรีทองเนมเพลท จำกัด 17,006
47 Systems integrator 16,656
48 เอ็นเทค แอสโซซิเอท จำกัด 16,576
49 ดาต้า เอ็นทรี่ กรุ๊ป จำกัด 16,398
50 Advanced Technology Equipment 16,383
10/10/2552 07:43 น. , อ่าน 17,480 ครั้ง
Bookmark and Share
Standard 4-20mA
โดย : Admin

              เป็นเวลานานมาแล้วที่อุปกรณ์เ์ครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลแิอมป์ (4-20mA Transmitters) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลแิอมป ์ในการส่งผ่านข้อมลู และเป็นที่ยอมรับในการนำไปใช้งานส่งผา่นข้อมลู ระหว่างอุปกรณ์เครื่องมือวัดอื่นๆที่อยู่ในกระบวนการผลิตและระบบควบคุมที่ในห้องควบคุมกลาง (Central Control Room) ถึงแม้ในปัจจุบันได้มีการนำเสนอการส่งผา่นข้อมูลแบบใหม่ระหว่างงอุปกรณเ์ครื่องมือวัดและระบบควบคุมเพื่อพยายามผลดันให้เ้ป็นมาตรฐานการส่งผา่นขอ้มลู แบบใหมใ่นอนาคต ซึ่งยังคงต้องใช้เวลานานพอสมควร เช่นการสงผ่า่นข้อมูลแบบดิจิตอลในรูปแบบต่างๆ หรือที่รู้จักกันในชื่อของของ FieldBus เป็นต้น  แต่อย่างไรก็ตามยังมีระบบควบคมุ และอุปกรณ์เครื่องมือวัดอีก เป็นจำนวนมากที่ยังคงใช้ในการส่งผา่นขอ้มูลด้วยสัญญาณกระแส (Current Loop) มาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ เนื่องจากจากผู้ใช้ส่วนมากจะมีความเข้า้ใจการทำงานและการใช้งานอุปกรณ์เครื่องมือวัดวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์เป็นอย่างดีและใช้งานกันมาเป็นเวลานานแล้ว ส่วนใหญ่แล้วผู้ใช้งานส่วนมากจะมีความเข้า้ใจการเลือกใช้งานและติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ แต่ก็ยังคงมีํถามเกี่ยวกับอุปกรณ์แบบนี้บ้าง เช่นความแตกต่างระหว่างอุปกรณเ์ครื่องมือวัดแบบ  4-20 มลิ ลแิอมป์ แบบ2 สาย 3 สาย และ 4 สาย หรือมีข้อจกำกัดในการใชง้านอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ แบบ 4- 20 มิลลแิอมป์เป็นต้น


     ในการควบคุมกระบวนการผลิตสามารถแสดงแผนภาพกระบวนการผลิตไดด้รูปที่ 1 ซึ่งจะประกอบด้วยส่วนต่างๆ 3 ส่วนคือ อุปกรณ์การวัด (Sensing Element) ระบบควบคุม (Control System) และวาล์วควบคุม (Control Valve) ในการควบคุมจะมีการทำงานอยู่ 3 ขั้นตอนดังนี้           

รูปที่ 1 ระบบควบคุมบนแผนภาพกระบวนการผลิต

ขั้นตอนแรก อุปกรณ์การวัดวัดจะทาํการแปลงตัวแปรจากกระบวนการผลิตไปเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์และส่งไปยังระบบควบคุม

ขั้นตอนที่สอง  ระบบควบคุมจะทำการประมวลผลและส่งเอาต์พุตออกเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ไปยังวาล์วควบคุม

ขั้นตอนที่สาม วาล์วควบคุมรับสัญญาณมาจากระบบควบคุมและจะเปลี่ยนเป็นการกระทำต่อตัวแปรกระบวนการโดยการปิดหรือเปิดวาล์วควบคมุ เพื่อทำให้ตัวแปรกระบวนการเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณที่ได้รับมาจากระบบควบคุม



       อุปกรณ์การวัดและวาล์วควบคุมของระบบควบการผลิตจะถูกติดตั้งกระจายอยุ่ตามพื้นที่ต่างๆของกระบวนการผลิตและส่งผ่านข้อมูลด้วยสัญญาณมาตรฐานแบบต่างๆ เป็นระยะทางไกลไปยังระบบควบคุมกลางในบางครั้งปัญหาหลักๆที่เกิดขึ้น กับระบบควบคุมก็จะพบได้ใ้นการส่งผ่านข้อมูลเหล่านี้การสื่อสารข้อมูล แบบต่างๆกับอุปกรณ์เกี่ยวข้องกับสามารถทำให้เชื่อถือได้โดยการใช้อิเลคทรอนิกส์แบบอัจฉะริยะ (Smart)ในอุปกรณ์การวัดหรืออุปกรณ์ควบคุมซึ่งมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

       ในอดีตที่ผ่านมามาระบบการควบคุมแบบนิวแมติก(Pneumatic)  ได้ถูกนำมาใช้ในการควบคุมการผลิตก่อนที่จะมีการระบบอิเลค ทรอนิกส์มาใช้งานในระบบการควบคุมแบบนิวแมติกจะมีอุปกรณ์ต่างๆเหมือนกับระบบควบคุมแบบเล็กทรอนิกส์ เช่นตัวควบคุมแบบอัตราส่วน(Ratio Controller) ตัวควบคุมแบบ PID (PIDController)เป็นต้นโดยอุปกรณ์ทั้งหมดจะส่งผา่นสัญญาณความดันมาตรฐาน 3-15 psiไปเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลิแอมป์เพื่อให้เ้หมาะสมกับระบบควบคุมแบบอิเลคทรอนิกส์  และสำหรับในบทความนี้จะเป็นการแสดงรายละเอียดและมาตรฐานของอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแิอมป์  นอกจากนั้นยังแสดงข้อจำกัดต่างๆเพื่อเป็นพื้นฐานในการนำไปใช้งาน


      อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์

รูปที่ 2 วงจรกระแสอย่างง่าย

 อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์สามารถเขียนเป็นวงจรกระแสอย่างง่ายได้ดังรูปที่ 2  ซึ่งจะมีแีหล่งจ่ายกระแสตามอุดมคติของนอร์ตัน ซึ่งประกอบไปด้วยแหลง่จ่ายกระแส(ISignal) และความต้านทาน (RSignal) มีความต้านทานของสายสัญญาณ(RLine) และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน (VNoise) สำหรบใช้แทนสัญญาณรบกวนทึ่ถูกเหนี่ยวนำมาจากส่วนอื่นๆ 
 
  สำหรับวงจรกระแสในรูปที่2  จะมีความต้านทาน (RLoad)ต่ออนุกรมกับวงจรกระแสนี้ 2 ค่า่คือความต้านทานของชุดอินพุตของระบบควบคุม(RController)และความต้านทานของชุดแสดงผล (RDisplay)โดยวงจรนี้จะถูกจ่ายพลังงานด้วยแหล่งจ่ายแรงดันที่ 24 VDCอนแรก


  จากรูปที่ 2 จะสามารถแสดงข้อดีของอุปกรณเ์ครื่องมือวัดแบบวัดแบบ 4-20 มิลลแิอมป์ ได้ดงันี้

สัญญาณแรงดันที่โหลดใดๆจะมีค่าเท่ากับ (ISignal)*(RLoad) ซึ่งจะเป็นอิสระต่อแหล่งจ่ายแรงดันและความต้านทานของสายไฟซึ่งอาจจะมีการเปลี่ยนแปลงความยาวได้ในการติดตั้ง

 
สัญญาณรบกวนที่โหลดใดๆจะมีค่า่ลดลงด้วยตัวแปรดังนี้ (RLoad)/(SumRLoad +RLine + RSignal) ดังตัวอย่างที่แสดงต่อไปนี้ เมื่อมีแรงดันสัญญาณรบกวนเกิดขึ้นเป็น 15 โวลต์ จะทำใหเ้กิดแรงดันอีิ่นพุตของชุดควบคุมเป็น 0.75 มิลลิโวลต์ 500(15/10E6+10 +250+500) และสัญญาณแรงดันเต็มย่าน (Full Scale) ที่อินพุตของระบบจะมีค่าเป็น 10 โวลต(20 มิลลโิวลต์ * 500 โอห์ม) และสัญญาณแรงดันจะมีค่ารบกวน 0.75 มิลลิโวลต์ จะทำให้เกิดความผิดพลาดที่อินพุตของระบบควบคุมเป็น 0.075 %
 
สามารถต่อโหลดความต้านทานได้หลายตัวโดยการต่ออนุกรมเข้าไปกับวงจรกระแส เชน่ ระบบควบคุม ชุดแสดงผล หรือบันทึกข้อมูลเป็นต้น แต่เมื่อทำการต่อโหลดหลายตัวเขา้ไปในวงจร จะเป็นผลทำให้แรงดันที่ขั้วของอุปกรณ์การวัดมีค่าลดลง จนเป็นสาเหตุทำให้อุปกรณ์การวัดไม่สามารถทำงานได้ดังตัวอย่างในรูปที่ 2 แรงดันที่ขั้วของอุปกรณ์การวัดทีสัญญาณกระแสเป็น 20 มิลลแิอมป์จะมีคา่เท่ากับ 24 โวลต์ – 760โอห์ม x 20 มิลลิแอมป์ = 24-15.2 = 8.8 โวลต์ ดังนั้นอุปกรณ์การวัดที่นำมาใช้จะต้องทำงานได้ที่แรงดันที่ขั้วต่ำสุด(Minimum working Voltage)เป็น 8.8 โวลต์ เพราะไม่เช่นนั้นแล้วอุปกรณ์การวัดจะไม่สามารถทำงานได้ที่ สัญญาณกระแสเต็มย่านการวัดหรือไม่สามารถอ่านค่าการวัดได้ตามย่านที่ต้องการ
 

 

 

 

 

 

 

 

 

      ต่อไปนี้เป็นการแสดงตัวอย่างรายละเอียดวงจรภายในพื้นฐานของอุปกรณ์การวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ ดังแสดงได้ดังรูปที่ 3


รูปที่ 3 วงจรภายในพื้นฐานของอุปกรณ์การวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์


จากรูปที่ 3 สามารถแสดงรายละเอียดของวงจรภายในพื้นฐานของแต่ละส่วนได้ดังนี้

  • วงจรอินพุตจะใชใ้นการเชื่อมตอ่ กับเซ็นเซอรช์ นิดต่างๆ เช่น เทอร์โมคับเปิ๊ล,RTD, แหล่งกำเนิดสัญญาณแรงดันหรือกระแส เป็นต้น ในส่วนนี้จะมีวงจรในการปรับความเป็นเชิงเส้น (Linearization) และฟังกชั่นการคำนวณต่างๆ
  • แหล่งจ่ายพลังงานจะใช้สำํหรับจ่า่ยพลังงานที่ต้องการในอุปกรณ์
  • วงจรเอาต์พตุจะใช้วงจรในการแปลงสัญญาณเพื่อเป็นแหลง่กำเนิดสัญญาณ 4-20 มิลลแิอมป์ให้กับลูปกระแสที่จุดเอาท์พุตของอุปกรณ์การวัด
     

 

 มาตรฐานอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์
     เนื่องจากการใช้งานกับอย่างแพร่หลายและมีผู้ผลิตจำนวนมาก ดังนั้นจึงต้องมีการกำหนดมาตรฐานของอุปกรณ์วัดประเภทนี้ เพื่อใช้เป็นการการหนดคุณลักษณะของอุปกรณเ์ครอื่งมือวัดเพื่อให้ใช้สามารถเลือกใช้อุปกรณ์ได้อย่างสะดวกและสามารถนำไปทดแทนกันได้ มาตรฐาน ANSI/ISA-S50.1-1982 ได้กำหนดมาตรฐานแบบน้ไีดเ้ป็น3 แบบดังแสดงในรูปที่4




รูปที่ 4 อุปกรณ์การวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์

 

 1.อุปกรณ์ Type
    เป็นอุปกรณ์การวัดแบบ 2 สายโดยพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ภายในอุปกรณ์ ประเภทนี้จะถูกจ่ายมาจากลูปกระแส(Loop Powered) ดังนั้นแหล่งจ่ายแรงดันสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้จะถูกติดตั้งรวมอยู่ที่ชุดรับสัญญาณและการต่อลงดินของสัญญาณจะอยู่ที่ชุดรับสัญญาณเช่นกันอุปกรณ์เครื่องมือวัดโดยทั่วไปจะใช้มาตรฐานแบบนเี้ป็นมาตรฐานในการเชื่อมต่อกับระบบควบคุม 

2.อุปกรณ์ Type 3
    เป็นอุปกรณ์การวัดแบบ 2 สายโดยพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ภายในอุปกรณ์ ประเภทนี้จะถูกจ่ายมาจากแหล่งจ่ายแรงดันที่แยกออกจากลูปกระแสดังนั้นจึงต้องการสายเพิ่มอีก 1 เส้น  สำหรับจ่า่ยอุปกรณไ์ฟฟ้า้ให้กับอุปกรณ์ประเภทนี้ แต่จะใช้การต่อลงดินของสัญญาณจะอยู่ที่จุดเดียวกันอุปกรณเ์ครื่องมือวัดแบบนี้จะพบได้บ่อยครั้งในอุปกรณ์ี่ตรวจจับก๊าซรั่วและเพลิงไหม้ เช่นGas Detector, Flame Detector เป็นต้น

 3.อุปกรณ์ Type 4
    เป็นอุปกรณ์การวัดแบบ 2 สายโดยพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ภายในอุปกรณ์ ประเภทนี้จะถูกจากแหล่งจ่ายแรงดันที่แยกแยกออกจากลูปกระแสดังนั้นจึงต้องต้องการสายเพิ่มอีก 1 คู่สำหรับจ่ายอุปกรณ์ไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ประเภทนี้ และจะใช้การต่อลงดินของสัญญาณกับแหล่งจ่ายแรงดันแยกออกจากกัน   ตัวอย่างอุปกรณเ์ครื่องมือวัดแบบนี้ เช่น Magnetic Flow Meter,Coriolis Flow Meter เป็นต้น ซึ่งชุดเซ็นเซอร์และชุดแปลงสัญญาณของอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องการแหล่งจ่ายพลังงานที่แยกออกจากกัน

 
 การขับกระแสของอุปกรณ์
     จากรายละเอียดต่างๆที่ได้แสดงมาในหัวข้อที่ผ่านมาจะเห็นว่าจะใชอุ้ปกรณ์ในการขับสัญญาณกระแสให้กับวงจร ดังนั้นเป้าหมายหลักในการนำไปใช้งาน จะต้องออกแบบให้มีการตอบสนองต่อตัวแปรที่ต้องการวัดได้ตลอดย่าน รวมไปถึงการติดตั้งและการจ่ายสัญญาณกระแส 4-20 มิลลิแอมป์ด้วยแหล่งจ่ายกระแสที่เพียงพอพอทุกย่านการวัด มาตรฐาน ISA S50.1 ได้กำหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์เครื่องมือวัดสำหรับนำไปใช้งานกับโหลดความตา้นทานที่คา่แหล่งจ่ายแรงดันตามที่กำหนดในแสดงในตารางที่1

Transmitter Class Suffix Classifications

  H L U
Load Resistance (Ohms) 300  800 300 to 800
Minimum Supply Voltage 23 VDC 32.7 VDC 23-32.7 VDC

  ตารางที่ 1 ค่าโหลดความต้านทานและค่าแหล่งจ่ายแรงดัน

    

 จากตารางที่ 1 เป็นมาตรฐานของอุปกรณ์ในการขับกระแสทำให้ผู้ใช้งานสามารถแน่ใจได้

      ว่า่อุปกรณ์ประเภทตา่งๆจากผู้ผลิตที่แี่ตกต่างกันสามารถนาํไปใช้งานทดแทนกันได้โดยไม่ต้องมีการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์อื่นๆที่เกี่ยวข้องและเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในการขับสัญญาณ กระแสของอุปกรณ์ควรจะมีความพิจารณาความต้านทานโหลดในลูปกระแสของอุปกรณ์การวัดเมื่อม่การเพิ่มเติมมีอุปกรณ์ใ์ดเขา้ไปในลูปกระแส เช่น  ถ้าเลือกการป้องกันการระเบิดในพื้นที่อันตรายเป็นแบบ I.S (Intrinsically Safe) ต้องมีการใส่ Barrier เข้าไปในวงจรกระแสหรือมีการเพิ่มส่วนแสดงเพิ่มเติมที่บริเวณกระบวนการ เป็นต้น

 ดังสามารถแสดงตัวอย่าง การใส่ Barrier เขา้ไปในลปูกระแสที่ต้องการการใช้การป้องกันการ ระเบิดในพื้นที่อันตรายแบบ I.S (Intrinsically Safe) ได้ดังรูปที่5


 รูปที่ 5 อุปกรณ์การวัดแบบ I.S (Intrinsically Safe)

จากรูปที่ 5 สามารถแสดงการหากระแสในลูปของอุปกรณ์กรวัดเมื่อมีการเพิ่มเติม Barrier เข้าไปในลูปกระแสได้ดังนี้
 
ความตา้นทานที่สามารถมีไีด้ในลูปนี้จะเท่ากับ RLoop = 24 Volts / 20 mA = 1200 Ohms
ความต้านทานก่อนใส่ Barrier เท่ากับ
  - RTrans = 12 Volts / 20 mA = 600 Ohms
  -  RLoad = 250 Ohms
  -  RLine = 10 Ohms]
 ความต้านทานของ Barrier จะเท่ากับ
 RMAx = 1200 – (600+250+10) = 340 Ohms
 จากการคำนวณดังกล่าวข้างต้นจะเห็นได้ว่าค่าความต้านทานสูงสุดของ Barrier ที่จะใส่เข้าไปในลูปจะต้องมีค่าไม่มากกว่า 340 โอห์ม เพราะถ้าใช้ Barrier ที่มีค่าความต้านทานที่ มากกว่าค่านี้แล้วจะทำให้สัญญาณกระแสไม่สามารถไปถึงค่า 20 มิลลิแอมป์ได้เลย เพราะจะทำให้ อุปกรณก์ารวัดหยุดการทำงานก่อนเนื่องจากแรงดันที่ขั้วตำ่กว่า 12 โวลต์ ดงัตัวอย่างเช่น
 

  ถ้าความต้านทานของ Barrier ที่มีค่าเท่ากับ 400 โอห์ม กระแสสูงสุดของลูปจะเท่ากับ 24 Volts / (860 Ohms + 400 Ohms) = 19.04 mA
 จากรายละเอียดที่แี่สดงมาทั้งหมดข้า้งต้นเป็นการทำงานพื้นฐาน, ข้อจำกัดและมาตรฐานของอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลแิอมป์ ซึ่งจะยังคงมีใช้งานกันอีกต่อไปเนื่องจากมีความเชื่อมั่นในการทำงานได้สูงและมีการใช้งานกันมายาวนาน ถึงแม้ในปัจจุบันอุปกรณ์ที่มีการสื่อสารแบบดจิิตอลกำลังเข้ามามีบทบาทเพิ่มขึ้น ซึ่งคงต้องใชเ้วลาพอสมควรในการที่จะเข้ามาแทนทอีุ่ปกรณเ์ครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแิอมป์ได้ทั้งหมด ทั้งในแง่ความเชื่อมั่นในการทำงานและการใช้งานทดแทนกันได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งการ นำเข้าไปใช้งานในระบบวัดคุมนิรภัย (Safety Instrumented System) สำหรับอุตสาหกรรมการผลิต


 

 
 ที่มา:  หนังสือขา่วสารเพื่อการปรับตัวก้าวทันเทคโนโลยีอุตสาหกรรม INDUSTRIAL TECHNOLOGY REVIEW

 

========================================================