ปรับปรุงระบบควบคุมอุณหภูมิหม้ออุ่นครีมด้วย SIPIN SCR และ PID

Last updated: 12 ก.ย. 2569 | 5 จำนวนผู้เข้าชม |

ตู้ควบคุมอุณหภูมิหม้ออุ่นครีมด้วย SIPIN W6 SCR และ SC62 Temperature Controller ในโรงงานเครื่องสำอาง

ปรับปรุงระบบควบคุมอุณหภูมิหม้ออุ่นครีมและสารเคมี ด้วย SIPIN SCR และ PID Controller

ในกระบวนการผลิตเครื่องสำอาง การอุ่นครีมหรือสารเคมีสำหรับเตรียมส่วนผสมต้องควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะกับขั้นตอนการผลิต หากอุณหภูมิแกว่งสูงหรือต่ำกว่าช่วงที่ต้องการ อาจกระทบต่อความสม่ำเสมอของกระบวนการและทำให้ผู้ปฏิบัติงานต้องคอยปรับตั้งระบบบ่อยครั้ง

ทีมวิศวกร บริษัท อีเอสโอ เทค จำกัด ได้เข้าปรับปรุงชุดควบคุมอุณหภูมิหม้ออุ่นครีมและสารเคมีให้กับโรงงานผู้ผลิตเครื่องสำอางแห่งหนึ่งในจังหวัดปทุมธานี โดยออกแบบระบบใหม่ให้ควบคุมกำลังไฟที่จ่ายให้ฮีตเตอร์ได้สอดคล้องกับอุณหภูมิที่วัดได้ พร้อมปรับตั้งระบบและอบรมการใช้งานให้กับผู้ปฏิบัติงาน

ปัญหาของระบบควบคุมเดิม
ระบบเดิมใช้แมกเนติกคอนแทคเตอร์สั่งเปิด–ปิดฮีตเตอร์ เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ ระบบจะจ่ายไฟให้ฮีตเตอร์ และเมื่อถึงเงื่อนไขที่กำหนดจึงตัดไฟ วิธีนี้เหมาะกับงานให้ความร้อนบางประเภท แต่สำหรับหม้ออุ่นที่ต้องการรักษาอุณหภูมิอย่างสม่ำเสมอ การสั่งงานแบบเปิด–ปิดอาจทำให้อุณหภูมิแกว่ง โดยเฉพาะเมื่อความร้อนจากฮีตเตอร์ยังถ่ายเทเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ต่อหลังตัดไฟ

ลูกค้าจึงต้องการปรับปรุงการควบคุม เพื่อให้อุณหภูมิเข้าสู่ค่าที่ตั้งไว้และรักษาระดับได้ดีขึ้นระหว่างใช้งาน

ออกแบบระบบใหม่โดยใช้ตู้ควบคุมเดิม
ทีมงานเลือกใช้โครงสร้างและตู้ควบคุมเดิม แล้วปรับปรุงอุปกรณ์ควบคุมภายใน โดยติดตั้ง SIPIN W6 Series SCR Power Regulator สำหรับควบคุมกำลังไฟที่จ่ายให้ฮีตเตอร์ ร่วมกับ SIPIN SC62 Temperature Controller ขนาดหน้าปัด 48 × 48 มม. ซึ่งรับค่าอุณหภูมิจากเซนเซอร์ภายในหม้อ

หลักการทำงานคือ SC62 เปรียบเทียบอุณหภูมิที่วัดได้กับค่าที่ผู้ใช้งานตั้งไว้ หรือ Setpoint แล้วคำนวณคำสั่งควบคุมด้วย PID จากนั้นส่งสัญญาณให้ SCR ปรับกำลังไฟของฮีตเตอร์ตามความต้องการของระบบ ขณะเริ่มอุ่นหม้อ ระบบสามารถจ่ายกำลังเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ และเมื่อเข้าใกล้ Setpoint จะลดกำลังลงตามการตอบสนองที่ปรับตั้งไว้ ช่วยลดการจ่ายความร้อนเกินความจำเป็น

ทีมวิศวกรได้ทำ PID Tuning ให้เหมาะกับการตอบสนองของหม้ออุ่นและติดตั้งการแจ้งเตือนผ่าน Buzzer เพื่อช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานทราบเมื่อเกิดเงื่อนไขเตือนที่กำหนด

SCR Power Regulator และ Temperature Controller ทำหน้าที่ต่างกันอย่างไร?
Temperature Controller เป็นส่วนที่วัดและตัดสินใจควบคุมอุณหภูมิ ส่วน SCR Power Regulator เป็นส่วนที่รับคำสั่งไปควบคุมกำลังไฟให้ฮีตเตอร์ กล่าวอย่างง่ายคือ Controller คำนวณว่าควรให้ความร้อนมากหรือน้อยเพียงใด แล้ว SCR ทำหน้าที่ปรับการจ่ายพลังงานตามคำสั่งนั้น

SIPIN W6 Series รองรับรูปแบบการควบคุมกำลัง เช่น Phase Angle Control และ Zero Crossing Control โดยการเลือกรูปแบบใช้งานต้องพิจารณาชนิดของโหลดและความต้องการของระบบไฟฟ้า สเปกที่แนบมายังระบุคุณสมบัติด้านการป้องกันและการใช้งาน เช่น ฟิวส์ความเร็วสูงในตัว การแสดงสถานะด้วย LED และการปรับเวลาเพิ่มกำลังไฟอย่างค่อยเป็นค่อยไปสำหรับรุ่นที่รองรับ ในงานนี้เราเลือกใช้หลักการควบคุมแบบ Phase Angle Control สำหรับควบคุมอุณหภูมิแบบต่อเนื่องและแม่นยำให้กับตัวฮีตเตอร์

Phase Angle Control ควบคุมกำลังฮีตเตอร์อย่างไร?
ไฟฟ้ากระแสสลับมีรูปคลื่นที่เปลี่ยนทิศทางทุกครึ่งรอบ การควบคุมแบบ Phase Angle ใช้ SCR เลือกจังหวะเริ่มจ่ายไฟในแต่ละครึ่งรอบของคลื่นไฟฟ้า หากเริ่มจ่ายไฟเร็ว ฮีตเตอร์จะได้รับพลังงานมากขึ้น หากเลื่อนจังหวะให้เริ่มจ่ายไฟช้าลง ฮีตเตอร์จะได้รับพลังงานน้อยลง จึงสามารถปรับกำลังความร้อนได้หลายระดับตามคำสั่งจาก Temperature Controller

ตัวอย่างเช่น เมื่อหม้ออุ่นยังมีอุณหภูมิต่ำกว่า Setpoint มาก ระบบอาจสั่งให้จ่ายกำลังสูงเพื่อเร่งการอุ่น เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้ Setpoint ก็ลดกำลังลงเพื่อไม่ให้ความร้อนสะสมจนเกิดอุณหภูมิเกิน วิธีนี้ทำให้ปรับกำลังไฟได้ละเอียดกว่าการสั่งฮีตเตอร์ เปิดเต็มกำลังหรือปิดทั้งหมด ด้วยแมกเนติกคอนแทคเตอร์

อย่างไรก็ตาม Phase Angle อาจสร้างฮาร์มอนิกและสัญญาณรบกวนในระบบไฟฟ้า จึงควรเลือกโหมดควบคุมให้เหมาะกับชนิดฮีตเตอร์และสภาพระบบไฟฟ้า โดย SIPIN W6 มีตัวเลือกการควบคุมทั้ง Phase Angle และ Zero Crossing ตามรุ่นที่สั่งซื้อ

ส่วน SIPIN SC62 เป็นเครื่องควบคุมอุณหภูมิและกระบวนการที่รองรับการควบคุมแบบ PID และ Auto-Tuning รวมถึงการรับสัญญาณจากเซนเซอร์หลายประเภทตามการกำหนดค่าของเครื่อง สำหรับงานนี้ทีมงานใช้ SC62 ร่วมกับเซนเซอร์วัดอุณหภูมิในหม้อ เพื่อควบคุมฮีตเตอร์ผ่าน SCR และตั้งค่าการแจ้งเตือนตามความต้องการของลูกค้า

PID Control ช่วยให้อุณหภูมิคงที่ขึ้นได้อย่างไร?
PID เป็นวิธีคำนวณคำสั่งควบคุมจากความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่วัดได้กับ Setpoint โดยพิจารณา 3 ส่วนร่วมกัน

P – Proportional ปรับกำลังความร้อนตามขนาดของความต่างอุณหภูมิ ยิ่งห่างจาก Setpoint มาก ก็ยิ่งตอบสนองมาก
I – Integral พิจารณาความต่างที่สะสมตามเวลา เพื่อช่วยแก้กรณีอุณหภูมิค้างอยู่ต่ำหรือสูงกว่า Setpoint เล็กน้อย
D – Derivative พิจารณาแนวโน้มว่าอุณหภูมิกำลังเปลี่ยนเร็วเพียงใด เพื่อช่วยชะลอการตอบสนองก่อนเกิดอุณหภูมิเกิน
ในงานหม้ออุ่นครีม เซนเซอร์จะส่งค่าอุณหภูมิให้ SIPIN SC62 อย่างต่อเนื่อง ตัว Controller คำนวณกำลังความร้อนที่ต้องการด้วย PID แล้วส่งคำสั่งให้ SCR ปรับไฟที่จ่ายให้ฮีตเตอร์ เมื่อมีการเติมวัตถุดิบหรือเกิดการสูญเสียความร้อน ระบบก็ปรับการจ่ายกำลังเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนไป

ข้อดีของ PID สำหรับงานนี้ คือช่วยให้อุณหภูมิเข้าสู่ Setpoint อย่างเหมาะสม ลดการแกว่งและการจ่ายความร้อนเกินหลังเข้าใกล้ค่าที่ตั้งไว้ รวมถึงรักษาอุณหภูมิระหว่างกระบวนการได้สม่ำเสมอขึ้น ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งเซนเซอร์ การถ่ายเทความร้อนในหม้อ และการทำ PID Tuning ให้เหมาะกับเครื่องจักรจริง

ผลหลังการปรับปรุงระบบ
หลังติดตั้งและทดสอบใช้งาน ลูกค้าพบว่าอุณหภูมิภายในหม้อควบคุมได้คงที่ขึ้นเมื่อเทียบกับระบบเดิม เข้าสู่ Setpoint ได้เร็วขึ้นในช่วงเริ่มทำงาน และตั้งค่าใช้งานได้สะดวกขึ้น ทีมงานยังได้สอนวิธีปรับตั้งค่าที่จำเป็นให้กับผู้ใช้งาน เพื่อให้สามารถดูแลระบบในการทำงานประจำวันได้

แนวทางควบคุมลักษณะนี้สามารถพิจารณาประยุกต์ใช้กับงานให้ความร้อนอื่น ๆ เช่น หม้อผสมผลิตภัณฑ์ ถังอุ่นวัตถุดิบ เครื่องอบ และกระบวนการที่ใช้ฮีตเตอร์ไฟฟ้า ทั้งนี้ การเลือกขนาด SCR เซนเซอร์ และวิธีควบคุมควรอ้างอิงกำลังฮีตเตอร์ ระบบไฟฟ้า และลักษณะการถ่ายเทความร้อนของแต่ละเครื่องจักร

ขอขอบคุณลูกค้าที่ไว้วางใจให้ทีมงานอีเอสโอ เทค ดูแลการปรับปรุงระบบในครั้งนี้