หน้าแรก
คลังความรู้
PLC
PLC คืออะไร · สแกน

// บทที่ 22.1 · PLC · What Is a PLC

PLC คืออะไร: โครงสร้าง CPU หน่วยความจำ I/O วงรอบการสแกน เวลาสแกน มาตรฐาน IEC 61131 และการเลือก PLC

Q: ถ้ากดปุ่มเร็วกว่าเวลาสแกน PLC จะเห็นไหม?

อาจไม่เห็น อินพุตถูกอ่านครั้งเดียวตอนต้นสแกน ถ้าพัลส์สั้นกว่าเวลาสแกนบวกเวลากรองอินพุต อาจเกิดและหายไประหว่างการอ่านสองครั้ง สัญญาณเร็ว (เอนโค้ดเดอร์ เซนเซอร์นับชิ้นงานความเร็วสูง) ต้องใช้อินพุตความเร็วสูง ตัวนับฮาร์ดแวร์ หรืออินเตอร์รัปต์

Q: ทำไมเขียนคอยล์เดียวกันสองที่แล้วโปรแกรมทำงานผิด?

เพราะ PLC ประมวลผลจากบนลงล่าง ค่าที่คอยล์ตัวล่างเขียนจะทับค่าจากตัวบนก่อนเอาต์พุตถูกส่งออกตอนจบสแกน ผลคือคอยล์ตัวบนดูเหมือนไม่ทำงาน (double coil syndrome) ให้รวมเงื่อนไขไว้ในรังเดียว หรือใช้ SET/RESET อย่างตั้งใจ

ปี 1968 โรงงานเกียร์ของ General Motors ต้องการเลิกต่อสายตู้รีเลย์ใหม่ทุกครั้งที่เปลี่ยนรุ่นรถ โจทย์นั้นทำให้เกิด PLC เครื่องแรก (Modicon 084) ความคิดหลักยังเหมือนเดิมจนถึงวันนี้: คอมพิวเตอร์ที่ทนสภาพโรงงาน อ่านอินพุตจากสวิตช์และเซนเซอร์ ตัดสินใจด้วยโปรแกรมที่ช่างไฟอ่านเข้าใจ แล้วสั่งเอาต์พุต — ทำซ้ำอย่างคาดเดาได้ไม่รู้จบ

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 14 ต.ค. 2569

สรุปใน 30 วินาที

PLC = แหล่งจ่ายไฟ + CPU + หน่วยความจำ + โมดูล I/O + พอร์ตสื่อสาร
หนึ่งสแกน: อ่านอินพุตเข้าอิมเมจ → รันโปรแกรมบนลงล่าง → เขียนเอาต์พุต → งานระบบ
เวลาสแกนทั่วไป 1–20 ms · เวลาตอบสนองแย่ที่สุด ≈ หน่วงอินพุต + 2 สแกน + หน่วงเอาต์พุต
จุดแข็งคือความทนทานและการทำงานที่คาดเดาได้ (deterministic) ไม่ใช่ความเร็ว

โครงสร้างของ PLC พื้นฐาน

รูป 1 · PLC เป็นตัวกลางระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามสองฝั่ง: ฝั่งที่ “บอก” (ปุ่ม เซนเซอร์) และฝั่งที่ “ทำ” (คอนแทกเตอร์ วาล์ว ไฟ)

ส่วน	หน้าที่	สิ่งที่ควรรู้
Power supply	แปลง 230 VAC เป็น 24 VDC ให้ CPU และ I/O	ใช้แหล่งแยกสำหรับโหลดภาคสนามที่กินกระแสมาก (โซลินอยด์)
CPU	รันโปรแกรม จัดการ I/O และการสื่อสาร	ดูความเร็วต่อคำสั่ง ขนาดหน่วยความจำ ฟังก์ชันพิเศษ (PID ตัวนับเร็ว)
Memory	เก็บโปรแกรม ข้อมูล ค่าตั้ง	ข้อมูลแบบ retentive คงค่าเมื่อไฟดับ (แบตเตอรี่/แฟลช)
Digital I/O	สัญญาณ 0/1 จากสวิตช์และไปยังคอยล์	24 VDC ซิงก์/ซอร์ส เอาต์พุตรีเลย์/ทรานซิสเตอร์
Analog I/O	สัญญาณต่อเนื่อง 4–20 mA, 0–10 V	ความละเอียด 12–16 บิต ต้องสเกลเป็นหน่วยวิศวกรรม
Communication	คุยกับ HMI SCADA ไดรฟ์ PLC อื่น	Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP) RS-485 (Modbus RTU)

วงรอบการสแกน กลาง

PLC ไม่ได้ “ดู” อินพุตตลอดเวลา ตอนต้นสแกนมันถ่ายรูปสถานะขั้วอินพุตทั้งหมดลงตาราง อิมเมจอินพุต จากนั้นรันโปรแกรมทีละรังจากบนลงล่างโดยอ่านจากรูปนั้น ผลของคอยล์เขียนลง อิมเมจเอาต์พุต ซึ่งส่งไปที่ขั้วเอาต์พุตพร้อมกันตอนจบสแกน การทำงานแบบนี้ทำให้ตลอดสแกนหนึ่งค่าอินพุตไม่เปลี่ยนกลางคัน ผลลัพธ์จึงคาดเดาได้

รูป 2 · ขวา: ปุ่ม I0.0 เปลี่ยนกลางสแกนที่ 0 ถูกอ่านเข้าอิมเมจตอนต้นสแกนที่ 1 และเอาต์พุต Q0.0 เปลี่ยนตอนจบสแกนที่ 1 (เห็นที่ขั้วสแกนที่ 2)

F1 Scan time เวลาสแกน

t_{scan} = t_{read\,I} + t_{program} + t_{write\,Q} + t_{comm/diag}

F2 Program execution estimate เวลารันโปรแกรมโดยประมาณ

t_{program} \approx N_{bit}\,t_{bit} + N_{word}\,t_{word} + N_{real}\,t_{real}

F3 Response time เวลาตอบสนองของระบบ

t_{in} + t_{scan} + t_{out} \;\le\; t_{resp} \;\le\; t_{in} + 2\,t_{scan} + t_{out}

F4 Shortest pulse surely seen พัลส์สั้นสุดที่ PLC จับได้แน่นอน

t_{pulse} > t_{scan} + t_{in}

ตัวอย่าง F-1

สายพานวิ่ง 1.2 m/s ชิ้นงานยาว 30 mm ผ่านเซนเซอร์แสง PLC สแกน 10 ms ตัวกรองอินพุต 3 ms

เวลาที่ชิ้นงานบังเซนเซอร์ $t = 0.030/1.2 = 25$ ms
F4: ต้องมากกว่า $10 + 3 = 13$ ms → 25 ms จับได้ ✓ (เผื่อเกือบสองเท่า)
ถ้าสายพานเร่งเป็น 3 m/s: $t = 10$ ms < 13 ms → อาจหลุด ต้องใช้อินพุตความเร็วสูงหรือตัวนับฮาร์ดแวร์
F3: เวลาตั้งแต่ชิ้นงานถึงเซนเซอร์จนลมเป่าคัดแยก (เอาต์พุตทรานซิสเตอร์ 0.1 ms + โซลินอยด์ 15 ms) แย่สุด ≈ 3 + 20 + 0.1 + 15 = 38 ms → ชิ้นงานเคลื่อนไป 46 mm ระหว่างนั้น ต้องติดหัวเป่าเลยเซนเซอร์ตามระยะนี้

ชนิดของ PLC พื้นฐาน

ชนิด	ลักษณะ	เหมาะกับ
Nano/Compact (ตัวเดียวจบ)	CPU และ I/O ในกล่องเดียว 10–60 จุด ขยายได้เล็กน้อย	เครื่องจักรเดี่ยว ปั๊ม งานอาคาร
Modular (แร็ค)	เลือก CPU และโมดูล I/O สื่อสาร ตามต้องการ หลายร้อยถึงหลายพันจุด	ไลน์ผลิต โรงงานกระบวนการ
Safety PLC	CPU คู่ ตรวจสอบตัวเอง ได้รับรอง SIL/PL	หยุดฉุกเฉิน ม่านแสง ประตูนิรภัย ระบบเผาไหม้
PAC / IPC (soft PLC)	คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมรันรันไทม์ IEC 61131-3	งานที่ต้องการคำนวณหนัก การเคลื่อนที่หลายแกน ข้อมูลมาก
Smart relay	รีเลย์โปรแกรมได้ จอเล็ก ฟังก์ชันบล็อก	งานเล็กมาก แทนรีเลย์ไม่กี่ตัว

PLC เทียบรีเลย์และไมโครคอนโทรลเลอร์

เกณฑ์	ตู้รีเลย์	PLC	ไมโครคอนโทรลเลอร์
แก้ลอจิก	เดินสายใหม่	แก้โปรแกรม	แก้โปรแกรม (ต้องเขียน C)
ทนสภาพโรงงาน	สูง	สูง (IEC 61131-2 ทดสอบ EMC อุณหภูมิ การสั่น)	ผู้ใช้ต้องออกแบบเอง
การวินิจฉัย	ไล่วัดทีละจุด	ดูสถานะออนไลน์ บันทึกเหตุการณ์	ขึ้นกับผู้เขียน
ความคาดเดาได้	สูง	สูง (สแกนคงที่ watchdog)	ขึ้นกับการออกแบบ
ราคา/จุด	ต่ำเมื่องานเล็กมาก	ปานกลาง	ต่ำมาก

มาตรฐาน IEC 61131 กลาง

IEC 61131 ทำให้ความรู้ PLC ข้ามยี่ห้อได้ ส่วนที่ช่างและวิศวกรใช้บ่อย:

ส่วนที่ 2 (อุปกรณ์): ชนิดอินพุต 24 VDC Type 1/2/3 ช่วงแรงดัน ON/OFF การทดสอบ EMC — รายละเอียดใน ต่อสาย I/O
ส่วนที่ 3 (ภาษา): LD FBD ST SFC (และ IL ที่ถูกยกเลิกในฉบับ 2013) ชนิดข้อมูล ไทเมอร์ เคาน์เตอร์มาตรฐาน — ดู ภาษา IEC 61131-3

เลือก PLC อย่างไร กลาง

F5 I/O count with spare จำนวนจุด I/O พร้อมสำรอง

N_{I/O} = \left\lceil 1.2\,N_{required} \right\rceil \quad (\text{สำรอง 15–25 \%})

ทำรายการ I/O: นับอินพุต-เอาต์พุตดิจิทัล แอนะล็อก อินพุตความเร็วสูง พร้อมชนิด (PNP/NPN, 4–20 mA)
เวลาตอบสนองที่ต้องการ (F3) และฟังก์ชันพิเศษ (PID, ตัวนับ, การเคลื่อนที่)
การสื่อสารกับ HMI ไดรฟ์ ระบบ SCADA ที่มีอยู่ในโรงงาน
ความปลอดภัย: ต้องการ safety PLC/รีเลย์เซฟตี้หรือไม่
สภาพแวดล้อม: อุณหภูมิตู้ ความชื้น การสั่น
มาตรฐานของโรงงานและอะไหล่ที่มีอยู่ — ยี่ห้อที่ช่างดูแลเป็นอยู่แล้วมักคุ้มกว่ายี่ห้อที่ถูกกว่า

คำถามที่พบบ่อย

ถ้ากดปุ่มเร็วกว่าเวลาสแกน PLC จะเห็นไหม?

อาจไม่เห็น อินพุตถูกอ่านครั้งเดียวตอนต้นสแกน ถ้าพัลส์สั้นกว่าเวลาสแกนบวกเวลากรองอินพุต อาจเกิดและหายไประหว่างการอ่านสองครั้ง สัญญาณเร็ว (เอนโค้ดเดอร์ เซนเซอร์นับชิ้นงานความเร็วสูง) ต้องใช้อินพุตความเร็วสูง ตัวนับฮาร์ดแวร์ หรืออินเตอร์รัปต์

ทำไมเขียนคอยล์เดียวกันสองที่แล้วโปรแกรมทำงานผิด?

เพราะ PLC ประมวลผลจากบนลงล่าง ค่าที่คอยล์ตัวล่างเขียนจะทับค่าจากตัวบนก่อนเอาต์พุตถูกส่งออกตอนจบสแกน ผลคือคอยล์ตัวบนดูเหมือนไม่ทำงาน (double coil syndrome) ให้รวมเงื่อนไขไว้ในรังเดียว หรือใช้ SET/RESET อย่างตั้งใจ

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์