// บทที่ 20.20 · Sensors & Transducers · Virtual Instrumentation Lab

ห้องแล็บวัดคุมเสมือน ถังน้ำ ปั๊ม วาล์ว ทรานสมิตเตอร์ และ PID ในหน้าเดียว

ภาควิชาวัดคุมมีโต๊ะแล็บที่นักศึกษาต่อทรานสมิตเตอร์เข้า PLC แล้วจูนลูปควบคุม แล็บนี้นำประสบการณ์นั้นมาไว้ในเบราว์เซอร์ และเพิ่มสิ่งที่แล็บจริงทำไม่ได้: ทำให้อุปกรณ์เสียได้ทุกแบบโดยไม่มีอะไรพังจริง

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 14 ต.ค. 2569

เปิดแล็บ แบบจำลอง ใบงาน เครื่องมืออื่นในบทนี้

แล็บ: ควบคุมระดับและอุณหภูมิของถัง TK-101

วิธีใช้: เลื่อน SP ของ LIC-101 แล้วดูเทรนด์ · กด MAN เพื่อสั่งปั๊มเอง · เปลี่ยน Kp, Ti, Td แล้วกด Enter · ขยับวาล์ว FV-102 เพื่อสร้างภาระรบกวน · เลือกความเร็วจำลอง ×1 ถึง ×30 · เปิดหัวข้อ "รีจิสเตอร์ Modbus" ด้านล่างแล็บเพื่อดูข้อมูลที่ SCADA จะอ่าน

แบบจำลองเบื้องหลัง

ส่วน	แบบจำลอง (ค่าเพื่อการเรียนรู้)
ถัง TK-101	ถังเปิดพื้นที่หน้าตัด A = 0.5 m² สูง 3 m · $A\,dh/dt = Q_\text{in} - Q_\text{out}$
ปั๊ม P-101 + VFD	$Q_\text{in} = 20\ \text{m}^3/\text{h} \times$ ความเร็ว · ไดรฟ์เร่ง/ลดความเร็วด้วยค่าคงตัวเวลา 5 s · ความดันขาออก $\approx 4.5s^2 - Q^2/300$ bar
วาล์ว FV-102	เชิงเส้น $Q_\text{out} = K_v\,u\sqrt{h}$ โดย $K_v = 9.8$ · เคลื่อนที่ด้วยค่าคงตัวเวลาราว 2 s
ฮีตเตอร์ E-104	0–150 kW · น้ำเข้า 30 °C · สมดุลพลังงาน $\rho c_p V\,dT/dt = \dot m c_p (T_\text{in} - T) + P - UA(T - 30)$
LT-101	DP ช่วง 0–3 m (ตั้งค่าที่ SG 1.0) · damping ตั้งได้
FT-102	magmeter ขาออก 0–15 m³/h · τ ≈ 0.5 s
PT-103	ความดันขาออกปั๊ม 0–6 bar
TT-104	Pt100 ในปลอก τ ≈ 15 s · ช่วง 0–100 °C
PLC	สเกล 4–20 mA · คุณภาพสัญญาณตาม NE 43 · PID แบบตำแหน่ง อนุพันธ์จากค่า PV และกันอินทิกรัลล้น · bumpless transfer · LAH 85 % · LAL 15 % · LAHH 95 % ทริปปั๊ม · TAH 80 °C

ทรานสมิตเตอร์ทุกตัวส่งกระแสที่อิ่มตัวในช่วง 3.8–20.5 mA และแจ้งความผิดพลาดที่ ≤ 3.6 หรือ ≥ 21 mA เมื่อ PLC เห็นสัญญาณ BAD จะสลับลูปเป็น manual ค้างเอาต์พุตเดิม (สำหรับระดับ) หรือปิดฮีตเตอร์ (สำหรับอุณหภูมิ) ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่พบบ่อยในระบบจริง พื้นฐานการจูน PID ดูได้ที่ PID และ การจูน PID

ใบงานสำหรับห้องเรียน

ใบงาน 1 · สเกลและสัญญาณ 4–20 mA

ตั้ง LIC-101 เป็น MAN ให้ปั๊ม 30 % (วาล์ว 50 %) รอให้ระดับนิ่ง จดกระแสของ LT-101 แล้วคำนวณระดับด้วยมือจากช่วง 0–3 m เทียบกับค่าที่ PLC แสดง
คำนวณว่ากระแสจะเป็นเท่าไรที่ระดับ 2.25 m แล้วปรับปั๊มจนถึงระดับนั้นเพื่อตรวจคำตอบ
เปิดตารางรีจิสเตอร์ Modbus อ่านไบต์ของ LT-101 แล้วแปลง float32 ด้วยมือ (ใช้ เครื่องมือ Float32 ตรวจ)

ใบงาน 2 · จูน PID ลูประดับ

สถานการณ์ "ควบคุมระดับด้วย PID": เปลี่ยน SP จาก 50 % เป็น 70 % จดเวลาเข้าสู่ค่า overshoot และค่าคลาดคงตัว
เปลี่ยน Ti เป็น 0 (ปิดอินทิกรัล) ทำซ้ำ อธิบายว่าทำไมระดับไม่ถึง SP
สถานการณ์ "จูนแรงเกิน": อธิบายการแกว่งจากมุมมอง Kp และ Ti แล้วหาชุดค่าที่ดีขึ้นด้วยตัวเอง
ขณะลูปนิ่ง ขยับวาล์ว FV-102 จาก 50 % เป็น 80 % (ภาระรบกวน) บันทึกการตอบสนอง

ใบงาน 3 · วินิจฉัยความผิดพลาด

ใส่ "LT-101 ค่าศูนย์เลื่อน +6 %" ระดับจริงที่เห็นในถังต่างจาก PV เท่าไร PID รู้ตัวหรือไม่ วิธีตรวจหน้างานคืออะไร (ดู การสอบเทียบ)
ใส่ "ของเหลวหนักขึ้น SG 1.10" คำนวณระดับจริงจาก PV ด้วยสูตร $h = P/(\rho g)$ และอธิบายว่าเรดาร์จะได้รับผลแบบเดียวกันหรือไม่
สถานการณ์ "สายขาดขณะควบคุม": อ่านกระแส สถานะ NE 43 และพฤติกรรมของลูป ถ้าระบบไม่สลับเป็น MAN จะเกิดอะไรขึ้น
ใส่ "LT-101 สัญญาณสั่น" แล้วเพิ่ม damping จาก 1 s เป็น 5 s ผลดีและผลเสียต่อการควบคุมคืออะไร
ใส่ "TT-104 เซนเซอร์ขาด" ในสถานการณ์ "ระดับ + อุณหภูมิ" ทำไมจึงเลือกแจ้งด้านสูงสำหรับวงจรฮีตเตอร์

ใบงาน 4 · ความปลอดภัยและอินเตอร์ล็อก

ตั้ง MAN ปั๊ม 100 % ปิดวาล์วขาออก 10 % ดูลำดับ LAH → LAHH → ทริปปั๊ม และระดับที่ปั๊มกลับมาทำงาน
อภิปราย: ทำไม LSHH ในระบบจริงควรเป็นอุปกรณ์แยกจาก LT-101 (อ่าน SIL)

เครื่องมือโต้ตอบทั้งหมดในบทนี้

เครื่องมือ	อยู่ที่
ห่วงโซ่การวัด · ความคลาดคงตัว · การตอบสนองเวลา	หลักการเบื้องต้น
แปลงหน่วย · สเกล 4–20 mA · เดซิเบล	เครื่องมือแปลงหน่วย
งบความไม่แน่นอน	มาตรวิทยา
Pt100 · เทอร์โมคัปเปิล · CJC · NTC	การวัดอุณหภูมิ
เลือกช่วงทรานสมิตเตอร์ความดัน	การวัดความดัน
ออริฟิซ ISO 5167 · magmeter · อัลตราโซนิก · วอร์เท็กซ์	การวัดอัตราการไหล
ไฮโดรสแตติก · DP ขาเปียก · เรดาร์ FMCW · ปริมาตรถังนอน	การวัดระดับ
บริดจ์สเตรนเกจ · โหลดเซลล์ · เอนโค้ดเดอร์	แรง · ตำแหน่ง
ชันต์ · ภาระ CT	กระแส · แรงดัน
ADC · ENOB	ปรับสภาพสัญญาณ
ซิมูเลเตอร์ลูป 4–20 mA · โมเด็ม HART · งบลูป	4–20 mA และ HART
เครื่องสร้างเฟรม Modbus · CRC-16 · Float32 · เวลาโพล	Modbus
งบเซกเมนต์ฟิลด์บัส	ฟิลด์บัส
อายุแบตเตอรี่เซนเซอร์ไร้สาย	IIoT
ถอดรหัสแท็ก ISA-5.1	P&ID
ใบบันทึกการสอบเทียบ 5 จุด	สอบเทียบ

คำถามที่พบบ่อย

แล็บนี้จำลองอะไรบ้าง?

ถังเปิดพื้นที่หน้าตัด 0.5 ตารางเมตร สูง 3 เมตร ปั๊มป้อนน้ำที่ปรับความเร็วได้ วาล์วขาออก และฮีตเตอร์ 150 kW ทรานสมิตเตอร์สี่ตัว (ระดับ อัตราไหล ความดัน อุณหภูมิ) ส่งกระแส 4–20 mA ที่อิ่มตัวและแจ้งความผิดพลาดตาม NAMUR NE 43 PLC จำลองทำการสเกล สัญญาณเตือน อินเตอร์ล็อก และควบคุม PID สองลูป พร้อมแสดงรีจิสเตอร์ Modbus แบบสด แบบจำลองเป็นค่าเพื่อการเรียนรู้ ไม่ได้แทนกระบวนการจริงเฉพาะแห่งใด