- คำจำกัดความพื้นฐานของช่วงการวัด (range), ระยะการวัด (span) และมาตราส่วนเต็ม (full scale) สำหรับการวัดทางอุตสาหกรรม
- กระบวนการปรับขนาดสัญญาณจากเซ็นเซอร์ไปยังจอแสดงผลในระบบควบคุม
- ความสำคัญของการสอบเทียบและการตรวจสอบวงจรเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องแม่นยำในการทำงาน
- การระบุข้อผิดพลาดในการวัดทั่วไปและปัจจัยสำคัญในการติดตั้งเครื่องมือวัด
เมื่อเราเจาะลึกเข้าไปในโลกของระบบอัตโนมัติในกระบวนการ อุตสาหกรรม สิ่งสำคัญคืออย่ามองข้ามพื้นฐานการวัดและควบคุมในระดับใหญ่เป็นเพียงศิลปะของการแปลงปริมาณทางกายภาพ เช่น ความดันในถังหรือความร้อนในเตาหลอม ให้เป็นสัญญาณที่เครื่องจักรสามารถเข้าใจได้ และผู้ปฏิบัติงานสามารถอ่านได้โดยไม่รู้สึกสับสน
เพื่อให้ทุกอย่างดำเนินไปอย่างราบรื่น เราจำเป็นต้องมีภาษาที่เข้าใจตรงกัน การบอกเพียงแค่ว่าบางสิ่งวัดได้ "มาก" หรือ "น้อย" นั้นไม่เพียงพอ เราจำเป็นต้องกำหนดขอบเขตการทำงานและพฤติกรรมของอุปกรณ์ในช่วงนั้นอย่างแม่นยำ เพื่อหลีกเลี่ยงเหตุการณ์ไม่คาดฝันในโรงงาน
แนวคิดหลัก: ขอบเขต, ช่วง และความลึกของมาตราส่วน
เพื่อให้เราเข้าใจภาษาเดียวกับช่างซ่อมเครื่องมือวัด เราต้องแยกแยะคำศัพท์สามคำที่มักทำให้สับสน แต่จริงๆ แล้วแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ประการแรก คือ ช่วงการวัดซึ่งโดยพื้นฐานแล้วบอกถึงขีดจำกัดที่เครื่องมือวัดนั้นถูกผลิตขึ้นมา โดยกำหนดจากค่าต่ำสุด (LRV หรือ Lower Range Value) และค่าสูงสุด (URV หรือ Upper Range Value) เรียกได้ว่าเป็น "ขอบเขตการใช้งาน" ของเครื่องมือวัดนั่นเอง
ถัดมาคือช่วงการวัด (span ) ซึ่งตามมาตรฐาน ANSI/ISA S51.1 นั้น คือผลต่างทางพีชคณิตระหว่างค่าขีดจำกัดทั้งสอง การคำนวณนั้นง่ายมาก: เราลบค่าบนออกจากค่าล่าง ตัวอย่างเช่น ถ้าเรามีเทอร์โมมิเตอร์ที่วัดได้ตั้งแต่ -20 ถึง 60 องศาฟาเรนไฮต์ช่วงการวัดของมันคือ 80 องศาฟาเรนไฮต์หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐาน 4-20 mA ซึ่งช่วงการวัดคือ 16 mA พอดี
สุดท้ายนี้ค่าเต็มสเกลหมายถึงค่าสูงสุดสัมบูรณ์ที่เครื่องมือสามารถบันทึกหรือแสดงได้ เช่น ถ้าเราใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลลิกที่มีช่วงการวัด 200 ถึง 1000 องศาฟาเรนไฮต์ ค่าเต็มสเกลก็จะเป็น1000 องศาฟาเรนไฮต์ตาม หลักการ
การไหลของสัญญาณและการปรับขนาดในระดับอุตสาหกรรม
ในโรงงานสมัยใหม่ส่วนใหญ่ ข้อมูลจะถูกส่งจากภาคสนามไปยังห้องควบคุมผ่านทางเครื่องส่งสัญญาณ อุปกรณ์เหล่านี้จะวัดตัวแปรพื้นฐาน เช่นอัตราการไหล ระดับ อุณหภูมิ และความดันรวมถึงตัวแปรที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เช่น ค่า pH และความหนาแน่น เป้าหมายคือการเข้ารหัสการวัดทางกายภาพนี้และปรับขนาดเพื่อให้สามารถส่งผ่านสายเคเบิลได้โดยไม่สูญหายระหว่างทาง
ในการเดินทางครั้งนี้ เราต้องตรวจสอบค่าหลักๆ สามค่า ค่าแรกคือแรงดันกระบวนการจริง (เช่น 0 ถึง 5 บาร์) ค่าที่สองคือค่ากระแสในวงจร ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นกระแส4 ถึง 20 มิลลิแอมป์และสุดท้ายคือค่าที่ผู้ปฏิบัติงานเห็นบนหน้าจอ ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ตั้งแต่ 0 ถึง 100 %
กระบวนการทางเทคนิคนั้นน่าทึ่งมาก: เซ็นเซอร์ตรวจจับความดัน ตัวแปลง ADC แปลงเป็นดิจิทัล ไมโครโปรเซสเซอร์ปรับขนาดตามค่า URV และ LRV ที่กำหนดไว้และสุดท้ายตัวแปลง DAC แปลงกลับเป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้าเพื่อส่งไปยังห้องควบคุมทางเทคนิค
บทบาทของช่างเทคนิคและความสำคัญของการสอบเทียบ
ช่างเทคนิคเครื่องมือวัดมีหน้าที่รับผิดชอบในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบทั้งหมดนี้ทำงานได้อย่างถูกต้อง งานประจำวันของพวกเขารวมถึงการปรับช่วงการทำงานของอุปกรณ์ใหม่ให้ตรงกับข้อกำหนดของโครงการ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ พวกเขาต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในทุกสิ่ง ตั้งแต่แผนภาพ P&IDไปจนถึงทฤษฎีการควบคุมแบบอนาล็อกและดิจิทัล
นี่คือจุดที่ การสอบเทียบเข้ามามีบทบาท ซึ่งก็คือการเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้จากเครื่องมือกับมาตรฐานการวัดที่แม่นยำกว่ามาก การสอบเทียบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อได้รับอุปกรณ์ใหม่ เพื่อตรวจสอบปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับการตั้งค่าของอุปกรณ์ระหว่างการขนส่ง หรือเมื่อกระบวนการเปลี่ยนแปลงและช่วงการวัดเดิมไม่เหมาะสมอีกต่อไป การสอบเทียบที่ถูกต้องจะช่วยให้ มั่นใจได้ ถึงความไวและความแม่นยำที่เพียงพอ
การตรวจสอบลูปและความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้น
เมื่อติดตั้งอุปกรณ์แล้ว ไม่สามารถสันนิษฐานได้ว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องตรวจสอบวงจร ซึ่งเกี่ยวข้องกับการป้อนสัญญาณที่ทราบค่า (โดยปกติใช้เครื่องกำเนิดกระแส 4 ถึง 20 มิลลิแอมป์) จากภาคสนาม และตรวจสอบว่าหน้าจอแสดงผลของระบบควบคุม (HMI) แสดงค่าที่คาดหวังไว้อย่างถูกต้อง เป็นงานที่ต้องทำร่วมกันเป็นทีม โดยมีช่างเทคนิคหนึ่งคนอยู่ในภาคสนามและอีกคนหนึ่งอยู่ในห้องควบคุม
อย่างไรก็ตาม การวัดก็ไม่ได้ราบรื่นเสมอไป ข้อผิดพลาดหลายอย่างอาจทำให้การวัด ผิดพลาดได้ ข้อผิดพลาดจากพารัลแล็กซ์เกิดขึ้นเมื่อผู้ใช้งานมองมาตราส่วนจากมุมที่ไม่ถูกต้อง ในขณะที่ข้อผิดพลาดจากมาตราส่วนเกิดขึ้นเมื่อดัชนีไม่ตรงกับขีดบอกค่าอย่างสมบูรณ์ ทำให้ได้ค่าที่ปัดเศษ นอกจากนี้ยังมีข้อผิดพลาดจากกระบวนการซึ่งเกิดจากความเหนื่อยล้าหรือความประมาทของผู้ใช้งาน และข้อผิดพลาดจากการสอบเทียบ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อความสัมพันธ์ระหว่างค่าจริงและค่าที่อ่านได้ไม่เป็นเส้นตรงอีกต่อไป
ข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับการติดตั้ง
หากเราต้องการหลีกเลี่ยงปัญหา เราไม่สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์อย่างไม่ระมัดระวังได้ เราต้องพิจารณาคุณสมบัติของของเหลว (ความหนืด ความเป็นกรด อนุภาค) และสภาพแวดล้อมที่จะติดตั้งอุปกรณ์อย่างรอบคอบ การละเลยเรื่องนี้หรือการเปลี่ยนอุปกรณ์โดยไม่มีเหตุผลทางเทคนิคที่เหมาะสม อาจนำไปสู่การสูญเสียผลผลิต รวมถึงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างร้ายแรงหรือความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมได้
เพื่อลดความเสี่ยงเหล่านี้ ปัจจุบันจึงมีการใช้เครื่องจำลองวงจรควบคุม เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้สามารถทดลองกับกระบวนการและขนาดของกระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัย ประเมินการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นโดยไม่ทำให้โรงงานตกอยู่ในอันตรายหรือต้องคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ยุ่งยาก
การจัดการช่วงการวัดที่เหมาะสม การกำจัดข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ และการสอบเทียบอย่างเข้มงวด คือเสาหลักที่สนับสนุนประสิทธิภาพของโรงงานอุตสาหกรรมใดๆ ก็ตาม ทำให้การสื่อสารระหว่างเซ็นเซอร์และผู้ปฏิบัติงานมีความน่าเชื่อถือและแม่นยำอย่างสมบูรณ์
