DCS - Distributed Control System

ၿမန္မာအင္ဂၽင္နီယာဖိုရမ္မွာ 'PLC ႏွင့္ DCS ဘာကြြာျခားလဲဆိုတာ သိခ်င္ပါတယ္' လို႔ ေမးလာတဲ႔အခါ၊ ေၿဖႀကားၿဖစ္တဲ႔ post  ေလးကို ၿပန္လည္ကူးယူေဖာ္ၿပလိုက္ပါတယ္။

'DCS' အေႀကာင္းေၿပာမယ္ဆိုလၽွင္၊ Basic Control Theory မွ စေၿပာဖို႔ လိုအပ္ပါလိမ္႔မယ္။ ဒီေနရာမွာ Basic Control Theory နဲ႔ပက္သက္လို႔ ေရးသား ေဖာ္ၿပထားတာရိွပါတယ္။ 'PLC' ဟာ controller အမၽိဳးအစားတခုၿဖစ္ၿပီး၊ 'DCS' ကေတာ႔ controllers အမၽားအၿပားကို networks နဲ႔ ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ communication နဲ႔ monitoring အၿဖစ္ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ system လို႔ အလြယ္တကူ ေၿပာနိဳင္ပါတယ္။ DCS ကို စက္မွဳကုန္ထုတ္လုပ္ငန္း manufacturing system ေတြရဲ႕ production line ေတြမွာ၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ monitor and control distributed equipment အၿဖစ္ Electrical power grids and electrical generation plants, Environmental control systems, Traffic signals, Radio signals, Water management systems, Oil refining plants, Metallurgical process plants, Chemical plants, Pharmaceutical manufacturing, Sensor networks အစရိွတဲ႔ လုပ္ငန္း နယ္ပယ္ေတြမွာလည္း၊ တတ္ဆင္ႀကသလို၊ Dry cargo bulk နဲဲ႔ oil carrier ships ဆိုတဲ႔ သေဘ္ာေတြ မွာလည္း၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Fig. Distributed Control System

DCS မွာ custom designed ဆိုတဲ႔  အသံုးၿပဳမယ္႔သူရဲ႕ လုပ္ငန္းလိုအပ္ခၽက္အတိုင္း ေရးဆြဲထားတဲ႔ processors ေတြကို၊ controllers ေတြအၿဖစ္၊ တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ interconnections နဲ႔ communications အတြက္၊ communication protocol အေနနဲ႔၊ ေရးဆြဲ သတ္မွတ္ အသံုးၿပဳၿခင္းလို႔ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ input နဲ႔ output modules ေတြဟာ DCS ရဲ႕ component parts ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ input modules ေတြဟာ၊ process သို႔မဟုတ္ field ထဲမွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔ input instruments ေတြမွ အခၽက္အလက္ information ေတြကို၊ လက္ခံရယူၿပီး၊ output modules ေတြမွတဆင္႔ field ထဲမွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔ output instruments ေတြသို႔၊ transmit instructions ေတြ ၿပန္လည္ေပးပို႔ပါတယ္။ processor ေတြကို computer bus သို႔မဟုတ္ electrical bus ေတြ အသံုးၿပဳကာ ဆက္သြယ္ၿပီး၊ modules တခုနဲ႔တခုကိုေတာ႔ multiplexer သို႔မဟုတ္ demultiplexers ေတြကို၊ အသံုးၿပဳကာ ဆက္သြယ္ထားပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ central controller နဲ႔ distributed controllers ေတြ အပါအဝင္၊ HMI လို႔ေခါါတဲ႔ human–machine interface တနည္းအားၿဖင္႔ control consoles တို႔ကိုလည္း bus ေတြ အသံုးၿပဳကာ၊ ဆက္သြယ္ထားပါတယ္။

DCS ကို switches ေတြ, pumps ေတြနဲ႔ valves ေတြကဲ႔သို႔ physical equipment ေတြၿဖင္႔၊ တိုက္ရိုက္ ခၽိတ္ဆက္ အသံုးၿပဳသလို၊ SCADA system ကဲ႔သို႔ တဆင္႔ခံ intermediate system မွ တဆင္႔ ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ တခါတရံ DCS နဲ႔ SCADA လို႔ေခါါတဲ႔ supervisory control and data acquisition တို႔ကို subtle အေနနဲ႔ ေရာေထြးတတ္ပါတယ္။ DCS ဟာ control manufacturing processes မွာ တိကၽေစဖို႔ dedicated system အၿဖစ္၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳထားတဲ႔ စနစ္တခုၿဖစ္ပါတယ္။ အထူးသၿဖင္႔ batch-oriented လို႔ေခါါတဲ႔ အဆက္မၿပတ္ continuous အေနနဲ႔ ထုတ္လုပ္ေနရတဲ႔ oil refining, petrochemicals, central station power generation, fertilizers, pharmaceuticals, food and beverage manufacturing, cement production, steel making နဲ႔ paper making တို႔လို၊ ကုန္ထုတ္လုပ္မွဳ manufacturing processes ေတြမွာ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

DCS ကို sensors ေတြ၊ actuators ေတြနဲ႔ ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ plant မွာၿဖတ္သန္းသြားမယ္႔ material ရဲ႕ flow control ကို၊ set point control အၿဖစ္၊ ထိန္းသိမ္းေပးပါတယ္။ control loop အတြင္းမွ pressure sensors ေတြ controllers ေတြနဲ႔ control valves ေတြကို ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ အသံုးၿပဳၿခင္းလည္း ၿဖစ္ပါတယ္။ controller မွ signal conditioning input/ output (I/O) device သို႔ pressure သို႔မဟုတ္ flow measurements ဝင္ေရာက္လာပါတယ္။ ဝင္ေရာက္လာတဲ႔ measured variable ဟာ certain point ေရာက္ရိွသြားတဲ႔အခါ၊ controller မွ valve သို႔မဟုတ္ actuation device အား၊ fluidic flow process ရဲ႕ desired set point သို႔ေရာက္ရိွသည္အထိ၊ အဖြင္႔အပိတ္ ေဆာင္ရြက္ေစပါတယ္။ ေရနံခၽက္စက္ရံုႀကီးေတြမွာေတာ႔ အရည္အတြက္ ေထာင္ခၽီတဲ႔ I/ O points ေတြနဲ႔ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ DCS ေတြကို၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

စကၠဴစက္ရံုေတြ၊ လည္ပတ္နံွဳးအမၽိဳးမၽိဳးရရိွေစရန္ variable speed drives အေၿမာက္အမၽား တတ္ဆင္ထားတဲ႔ motor control centers ေတြ၊ cement kilns ကဲ႔သို႔ ဘိလပ္ေၿမ စက္ရံုေတြနဲ႔ သတၱဳတူးေဖာ္ၿခင္း mining operations မွ သတၱဳထုတ္လုပ္မွဳနည္းစဥ္ processing facilities ေတြ အစရိွတဲ႔ စက္မွဳကုန္ထုတ္လုပ္ငန္းေတြမွာ၊ သက္ဆိုင္ရာ ထုတ္ကုန္ ပစၥည္း products အတြက္၊ သီးသန္႔သတ္မွတ္ထားတဲ႔ associated quality အရည္အေသြးကို၊ ထိန္းညွိထားရန္လိုအပ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ QCS ဆိုတဲ႔ quality control system အၿဖစ္၊ associated quality အရည္အေသြးအေနနဲ႔ ထိန္းညွိထားရန္ DCS ကိုအသံုးၿပဳႀကတယ္လို႔ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ သမရိုးကၽ typical DCS ေတြမွာ၊ အခၽိတ္အဆက္မိမိ functionally ဒါမွမဟုတ္ လိုက္ေလၽွာညီေထြ geographically ေဆာင္ရြက္ေပးမယ္႔ distributed digital controllers ေတြကို၊ networks နဲ႔ ခၽိတ္ဆက္ၿပီး၊ communication နဲ႔ monitoring system အၿဖစ္ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

distributed digital controllers ေတြကို၊ control box တခုတည္းမွာ တတ္ဆင္ထားေလ့ရိွၿပီး၊ အရည္အတြက္ (၁) ခုမွ (၂၅၆) ခုထက္ပိုတဲ႔ control loops ေတြကို၊ ထိေရာက္စြာ executing အေနနဲ႔ regulatory အၿဖစ္ ထိန္းသိမ္းေပးနိဳင္ပါတယ္။ input/ output (I/ O) devices ေတြကို controller ၿဖင္႔အတူတြဲကာ integral အေနနဲ႔ တတ္ဆင္ထားတတ္သလို၊ အေဝးတေနရာမွာ remotely အေနနဲ႔တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ field network မွတဆင္႔ ဆက္သြယ္ေစတာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရတတ္ပါတယ္။ လက္ရိွအသံုးၿပဳေနတဲ႔ controllers အမၽားစုဟာ အခၽက္အလက္ေပါင္း ေၿမာက္မၽားစြာကို extensive computational capabilities အေနနဲ႔ လက္ခံရယူၿပီး၊ တခၽိန္တည္းမွာ transmit instructions ေတြ ၿပန္လည္ေပးပို႔ နိဳင္သလို၊ proportional, integral နဲ႔ derivative ဆိုတဲ႔ PID control ကိုအသံုးၿပဳကာ၊ အစီအစဥ္တကၽ logically and sequentially control အေနနဲ႔ ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ သာမန္ neural networks ေတြနဲ႔ ဆက္သြယ္ရံုသာမက ရွဳပ္ေထြးနက္နဲတဲ႔ fuzzy applications ေတြ အတြက္ပါ၊ ဆက္သြယ္ေပးနိဳင္ပါတယ္။ DCS systems ေတြမွာ အခၽက္အလက္ေတြနဲ႔ စြမ္းေဆာင္မွဳေတြ ေပၽာက္ကြယ္မသြားနိဳင္မယ္႔ redundant processors ေတြကိုသာ အသံုးၿပဳႀကၿပီး၊ control system ကို reliability အေနနဲ႔ လိွဳက္ေလၽွာညီေထြစြာ၊ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။


Reference and image credit to : "Introduction to Industrial Control Networks". IEEE Communications Surveys and Tutorials. 2012., Stout, T. M. and Williams, T. J. (1995). "Pioneering Work in the Field of Computer Process Control". IEEE Annals of the History of Computing 17 (1)., http://www.isa.org/

Remark : All publications and images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

ဒူဒူႀကားဖူးတဲ႔ PLC (၂)

PLC Unit ဟာ user programs, I/O Memory data, user comments, CPU unit, special I/O unit parameters နဲ႔ registered I/O table information အစရိွတဲ႔ အခၽက္အလက္ data ေတြကို၊ ခြဲၿခားၿပီး လက္ခံထားပါတယ္။ လက္ခံထားတဲ႔ data ေတြကို battery နဲ႔ backed up လုပ္ကာ၊ CPU Unit ရဲ႕ memory area မွာသိမ္းဆည္းထားပါတယ္။ တခၽိဳ႕ PLC ေတြမွာေတာ႔ flash memory နဲ႔ backed up လုပ္ကာ သိမ္းဆည္းထားၿပီး၊ battery power fails ၿဖစ္သြားေပမယ္႔ user programs ေတြနဲ႔ parameters ေတြေပၽာက္ဆံုး ပၽက္စီးမွဳ မၿဖစ္နိဳင္ေတာ႔တာေတြ႔ရပါတယ္။

data ေတြကိုသိမ္းဆည္းထားတဲ႔၊ CPU unit memory area ကို user program area, I/O memory area နဲ႔ parameter area ဆိုၿပီးခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ user program area မွာ၊ ေပးသြင္း ထားတဲ႔ designed programs ေတြကိုသိမ္းဆည္းထားပါတယ္။ I/O memory area မွာ CIO, internal I/O area, holding area, auxiliary area, DM Area, EM Area, Timer Completion Flags/Present Value, Completion Flag/Present Value, Task Flags, Index Register, Data Register, Condition Flags နဲ႔ Clock Pulse အစရိွတဲ႔၊ information ေတြကို၊ သိမ္းဆည္း ထားၿပီး၊ access command ေပးသြင္းကာ၊ ဝင္ေရာက္ဖတ္ရွဳ နိဳင္ပါတယ္။ Parameter Area မွာေတာ႔၊ initial parameters ေတြၿဖစ္တဲ႔၊ PLC System Parameters, Registered I/O Table, Routing Table နဲ႔ CPU Bus unit ရဲ႕ PLC Setup ေတြကို၊ information အေနနဲ႔ သိမ္းဆည္းထားပါတယ္။

Fig. System Configuration of PL-based Process Control

PLC Installation System မွာ loop control section သို႔မဟုတ္ loop control unit/ board လို႔ေခါါတဲ႔ "loop controller" ေတြမွ၊ analog processing ကိုေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ "ladder processing" ကိုေတာ႔ CPU မွ၊ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ loop controller မွာ၊ external analog I/O သို႔မဟုတ္ external contact I/O function ေတြပါဝင္ၿခင္း မရိွပဲ၊ analogue I/O unit မွ interface function ေတြကို၊ လုပ္ေဆာင္ေပးပါတယ္။ programming ၿပဳလုပ္တဲ႔အခါ၊ CPU Unit အတြက္၊ additional programming software ကိုအသံုးၿပဳဖို႔လိုအပ္ၿပီး၊ Function block data အေနနဲ႔ addition software ကိုအသံုးၿပဳၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ monitoring နဲ႔ operation ၿပဳလုပ္ေနစဥ္၊ setting ေတြထည္႔သြင္းတဲ႔အခါ၊ combination အေနနဲ႔ တြဲဖက္နိဳင္ဖို႔၊ HMI section ကိုအသံုးၿပဳပါတယ္။

Fig. System Configuration of PL-based Process Control

PLC ဆိုတဲ႔ Programmable Logic Controller တလံုးဟာ၊ Program Creation Section, HMI Section, Control Section, Signal I/O Section, Signal Conversion - Signal Conditioner နဲ႔ Field Device ဆိုတဲ႔အစိတ္အပိုင္းေတြကို၊ တဆင္႔ၿခင္းေပါင္းစပ္ကာ၊ control functions ေတြကို၊ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ programming လို႔ေခါါတဲ႔ Program Creation Section ဟာ PLC controller တခုလံုးရဲ႕Operation/ Display Screen Creation နဲ ႔ Control Block/ Sequence Creation ကိုေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

HMI Section ကိုထပ္မံခြဲၿခားႀကည္႔ရင္ Application Section နဲ႔ Operation/ Display Section တို႔ကိုေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ Application Section ဟာ Batch management, brand management, remote surveillance (Web) Data gathering နဲ႔ data analysis တို႔ကိုေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ Operation/ Display Section ကေတာ႔ Meter screen, graphics screen, trends, Warning history, operational history နဲ႔ operational guide တို႔ကို၊ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ control section ကိုလည္း၊ Loop Control Section နဲ႔ Sequence Control Section ဆိုၿပီးခြဲၿခားနိဳင္ ပါတယ္။ Loop Control Section မွာ FBD လို႔ေခါါတဲ႔ Function Block, Sequence Table နဲ႔ Step ladder တို႔ပါဝင္ၿပီး၊ Sequence Control Section မွာေတာ႔ Ladder ပါဝင္ပါတယ္။ Signal I/O Section မွာ၊ Analog I/O, Digital I/O နဲ႔ Pulse Input unit တို႔ပါဝင္ၿပီး၊ Signal Conversion ဆိုတဲ႔ Signal Conditioner ကေတာ႔၊ Temperature, Current/ Voltage နဲ႔ Pulse တို႔ကို လက္ခံၿပီး၊ Distributor အေနနဲ႔ I/O Section သို႔ေပးပို႔ ပါတယ္။ Sensors နဲ႔ Actuator ေတြတည္ရိွတဲ႔ section ကိုေတာ႔ Field Device အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။

PLC ေတြအေပါါ၊ သက္ေရာက္နိဳင္မယ္႔ stress ေတြကို တတ္နိဳင္သေလာက္ေလၽွာ႔ခၽဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ သက္ေရာက္နိဳင္မယ္႔ stress ေတြကေတာ႔ temperature, humidity, vibrations, shocks, corrosive gases, over current နဲ႔ noise တို႔ၿဖစ္ပါတယ္။ PLC ရဲ႕ element parts ေတြ အတြက္၊ operating temperature ဟာ၊ (5°C ~ 40°C) အတြင္းမွာ ရိွသင္႔ပါတယ္။ PLC unit တတ္ဆင္ထားတဲ႔ panel မွာ operating temperature ကိုေလၽွာ႔ခၽေလ႔ရိွပါတယ္။ operating temperature ကိုေလၽွာ႔ခၽတဲ႔အခါ၊ natural cooling system, forced ventilation system, controlled circulation system နဲ႔ full room cooling system တို႔ကို အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ 

dust အနည္းငယ္သာရိွနိဳင္မယ္႔ ပတ္ဝန္းကၽင္မၽိဳးမွာ၊ natural cooling နဲ႔ forced ventilation တို႔ကို သံုးကာ၊ operating temperature ကိုေလၽွာ႔ခၽၿပီး၊ dust အမၽားအၿပားရိွနိဳင္မယ္႔ ပတ္ဝန္းကၽင္ မၽိဳးမွာေတာ႔၊ controlled circulation နဲ႔ full room cooling တို႔ကိုသံုးကာ operating temperature ကိုေလၽွာ႔ခၽ ပါတယ္။ 0°C ေအာက္မွာေတာ႔၊ panel အတြင္းမွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔ internal heater ကိုအသံုးၿပဳ ၿပီး၊ 5°C အထက္ မွာရိွေနမယ္႔ ပတ္ဝန္းကၽင္မၽိဳးအၿဖစ္၊ ဖန္တည္းေပးဖို႔လိုအပ္ပါတယ္။ humidity ဆိုတဲ႔ စိုထိုင္းဆကလည္း၊ PLC ေတြကိုထိခိုက္ပၽက္စီးေစနိဳင္ပါတယ္။ 35 ~ 85 % အတြင္း စိုထိုင္းဆရိွတဲ႔ ပတ္ဝန္းကၽင္မၽိဳးမွာ သာ PLC ေတြကိုအသံုးၿပဳသင္႔ပါတယ္။ ေအးတဲ႔ ရာသီမွာ heater ကို မႀကာခဏ အဖြင္႔အပိတ္လုပ္တဲ႔အခါ၊ အပူခၽိန္ရုတ္တရက္ေၿပာင္းလဲမွဳေတြမွတဆင္႔၊ condensation ဆိုတဲ႔ ေရေငြ႔ပၽံမွဳေတြ၊ panel အတြင္းမွာၿဖစ္ေပါါနိုင္ပါတယ္။ condensation ဟာ PLC ေတြကို၊ malfunctioning ၿဖစ္ေပါါေစနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ ေအးတဲ႔ရာသီမွာ၊ ညအခၽိန္ heater ဖြင္႔ထားသင္႔ပါတယ္။

 Fig. PLC product range

PLC ေတြကိုထုတ္လုပ္တဲ႔အခါ၊ "the environmental (electricity and electrons) the sine wave vibration test method" နဲ႔ စမ္းသတ္ၿပီး မွ၊ ေစၽးကြက္တင္ေရာင္းခၽ ပါတယ္။ ဥပမာအၿဖစ္ OMRON Programmable Controllers ေတြကို၊ JIS C0040/ IEC68-2-6 ဆိုတဲ႔ the environmental (electricity and electrons) the sine wave vibration test method နဲ႔ JIS C0041/ IEC68-2-27 ဆိုတဲ႔ shock test method တို႔ကိုသံုးၿပီး၊ ထုတ္လုပ္တာေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ PLC ေတြမွာ ပါဝင္တဲ႔ I/O unit အရည္အတြက္ေပါါမူတည္ၿပီး၊ micro PLC, small PLC, medium PLC, large PLC နဲ႔ very large PLC ဆိုၿပီးခြဲၿခားပါတယ္။ PLC ေတြမွာပါဝင္တဲ႔ I/O unit အရည္အတြက္ေပါါမူတည္ၿပီး၊ micro PLC, small PLC, medium PLC, large PLC နဲ႔ very large PLC ဆိုၿပီးခြဲၿခားပါတယ္။ I/O unit အရည္အတြက္ (၃၂) ခုထက္နည္းလၽွင္  micro PLC,  (၃၂) ခုမွ (၁၂၈) ခု အထိပါရိွလၽွင္ small PLC,  (၆၄) ခုမွ (၁၀၂၄) ခုအထိပါရိွလၽွင္ medium PLC, (၅၁၂) ခုမွ (၄၀၉၆) ခုအထိ ပါရိွလၽွင္ large PLC နဲ႔ (၂၀၄၈) ခုမွ (၈၁၉၂) ခုအထိပါရိွလၽွင္ very large PLC ဆိုၿပီး သတ္မွတ္ပါတယ္။ PLC အရြယ္အစားေပါါမူတည္ၿပီး၊  I/O unit အရည္အတြက္၊ memory အရြယ္အစား၊ programming language နဲ႔ software function အမၽိဳးအစားတို႔၊ ကြာၿခားပါတယ္။

 

Fig. Simple electrical ladder diagram

PLC ေတြမွာအသံုးၿပဳတဲ႔ ladder diagram ဟာ field devices ေတြတခုနဲ႔တခု၊ အၿပန္အလွန္ခၽိတ္ဆက္ အလုပ္လုပ္ပံု operation sequences ေတြကို၊ electrical နည္းၿဖင့္ေဖာ္ၿပၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ device တခုဟာ activation အေနနဲ႔ turning 'On' ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ ႀကိဳတင္သတ္မွတ္ထားတဲ႔ predetermined sequence အတိုင္း၊ အၿခား device တခုအား၊ 'On' သို႔မဟုတ္ 'Off' အေနနဲ႔ activation ၿဖစ္ေပါါေစတဲ႔ logic အား၊ ladder diagram ၿဖင္႔ေဖာ္ၿပၿခင္းလို႔ ဆိုနိုင္ပါတယ္။ ladder diagram ေတြကို၊ hardwired Logic circuit မ်ားအား represent အေနနဲ႔ ကိုယ္စားၿပဳေဖာ္ၿပရန္၊ အသံုးၿပဳခဲ႔ရာမွ၊ industrial standard တခုအျဖစ္၊ တြင္တြင္ကၽယ္ကၽယ္ အသံုးၿပဳလာႀကပါတယ္။ ယခင္အသုံးၿပဳခဲ႔တဲ႔ ဝါယာႀကိဳး wires ေတြ အစား၊ software instruction အေနနဲ႔ PLC ေတြမွာအသံုးၿပဳၿခင္းၿဖစ္သလို၊ panel အတြင္းမွ ဝါယာႀကိဳး hard wired ေတြအစား၊ CPU အတြင္းမွ soft wired အျဖစ္အသံုးၿပဳၿခင္းလည္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. PLC implementation ladder diagram

Fig. Possible configuration of inputs and corresponding outputs

CPU ဟာ input ေတြရဲ႕ တန္ဘုိး status ေတြကိုဖတ္ယူကာ၊ ထည္႔သြင္းထားတဲ႔ program အတိုင္း၊ သက္ဆုိင္ရာ circuit element ေတြကို energize ၿဖစ္ေစၿပီး၊ output interface မ်ားမွတဆင့္ output devices ေတြကို၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းေႀကာင္းေပးပါတယ္။ CPU ရဲ႕ memory အတြင္းမွာ storing instructions အေနနဲ႔၊ ထည္႔သြင္းထားတဲ႔အခၽက္အလက္တိုင္းကို၊ reference address ေတြနဲ႔ ေဖာ္ၿပထား ပါတယ္။ ဥပမာ push button 'PB 1' ကို CPU အတြင္း၊ 'PB 1' အၿဖစ္နဲ႔သာေဖာ္ၿပထားၿပီး၊ limit switch 'LS 1' နဲ႔ 'LS 2' တို႔ကိုလည္း၊ CPU အတြင္း၊ 'LS 1' နဲ႔ 'LS 2' အၿဖစ္နဲ႔သာေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ ဥပမာအၿဖစ္ pilot light 'PL' ကို "On" ေစမယ္႔၊ input configurations ေတြနဲ႔၊ corresponding outputs ေတြကို၊ hardwired နဲ႔ PLC တို႔အတြက္၊ နိွဳင္းယွဥ္ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ အၿပာေရာင္ line ဟာ 'power' ရိွေနတဲ႔ အေၿခအေနကို၊ ေဖာ္ၿပထားတဲ႔ line ၿဖစ္ၿပီး၊ ladder diagram ကိုအသံုးၿပဳကာ၊ monitoring ၿပဳလုပ္ၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ pilot light 'PL' ကို "On" ေစမယ္႔၊ configuration နည္းလမ္းအနည္းဆံုး (၂) မၽိဳး ရိွတာ၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Possible configuration of inputs and corresponding outputs

hard-wired control ေတြကိုအသံုးမၿပဳပဲ၊ soft-wired control ၿဖစ္တဲ႔ PLC ေတြကိုအသံုးၿပဳၿခင္းကို 'flexible control system' အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ field input devices ေတြနဲ႔ field output devices ေတြကို၊ ဝါယာႀကိဳး hard-wires ေတြကို၊ physical wiring connection အေနနဲ႔ ဆက္သြယ္ထားၿခင္း မရိွသလို၊ soft-wired ဆိုတဲ႔ control program ျဖင့္သာဆက္သြယ္ထားတဲ႔အတြက္၊ အလြယ္တကူ ေျပာင္းလဲျပင္ဆင္ႏုိင္တဲ႔ 'flexible control system' အၿဖစ္သတ္မွတ္ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Example of hard-wiring changes as opposed to soft-wiring changes

solenoid အဖြင္႔အပိတ္၊ On/ Off operation အတြက္၊ limit switch (၂) ခုကို အတန္း series နဲ႔အၿပိဳင္ parallel ဆက္ၿပီး၊ control လုပ္တဲ႔ ဥပမာကိုေဖာ္ၿပထားပါတယ္။  စကၠန္႔ပုိင္းအခ်ိန္အတြင္း ေနာက္ထပ္ limit switch တလံုးကုိ၊ ရိွၿပီးသား PLC control circuit ထဲမွာ၊ ထပ္မံထည္႔သြင္းနိဳင္ပါတယ္။ အလားတူ PLC control circuit ထဲမွ software timer ေတြဟာ၊ (၅) စကၠန္႔အတြင္း လုိသလုိ ျပဳျပင္ေျပာင္းလဲႏုိင္ပါတယ္။ သာမာန္ ရိုးရွင္းတဲ႔ program ေတြကို၊ ေၿပာင္းလဲၿပင္ဆင္ရာမွာ system တစ္ခုလုံးကုိ shutdown လုပ္ရန္ မလိုအပ္ေတာ႔တာ၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ hard-wired control ေတြကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါမွာေတာ႔ အလားတူ ေၿပာင္းလဲၿပင္ဆင္မွဳမၽိဳးအတြက္၊ အနည္းဆုံးနာရီဝက္ခန္႔ system တစ္ခုလုံးကုိ shutdown လုပ္ရန္ လိုအပ္ပါတယ္။ အေရးႀကီးတဲ႔ စက္ကရိယာေတြနဲ႔ processes ဆိုတဲ႔ ကုန္ထုတ္လုပ္ငန္းစဥ္ေတြမွာ၊ နာရီဝက္ခန္႔ system တစ္ခုလုံးကုိ shutdown လုပ္တဲ႔အခါ၊ ထုတ္လုပ္မႈ production ရပ္ဆုိင္းၿခင္းမွတဆင္႔၊ ဆုံးရႈံးမွဳေတြၿဖစ္ေပါါလာနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Remote I/ O installation

အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ စက္ရံုအလုပ္ရံုနဲ႔ ကုန္ထုတ္လုပ္ငန္းေတြမွာ၊ process control အတြက္ လုိအပ္တဲ႔ေနရာအလိုက္၊ remote input/ output station ေတြအၿဖစ္၊ အေဝးတေနရာမွာ တတ္ဆင္ထားေလ့ ရိွပါတယ္။ hard-wired control ေတြကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါမွာ၊ remote input/ output station ေတြအတြက္၊ ဝါယာႀကိဳး hard-wires ေတြကို၊ physical wiring connection အေနနဲ႔ ဆက္သြယ္တဲ႔အခါ၊ တတ္ဆင္သြယ္တန္းစားရိတ္ ၿမင္႔မားစြာကုန္ကၽမွာၿဖစ္ပါတယ္။ soft-wired control ကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ PLC မွတဆင္႔ ရဲ႕ CPU မွတဆင္႔၊ coaxial cable သုိ႔မဟုတ္ twisted pair wire ေတြကို သံုးၿပီး၊ remote input/ output station ေတြနဲ႔ ဆက္သြယ္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ တတ္ဆင္သြယ္တန္းစားရိတ္ ကုန္ကၽမွဳလည္းကၽဆင္းသြားပါတယ္။

 Fig. Failure in PLC based system

PLC ေတြဟာ တတ္ဆင္တဲ႔အခါလြယ္ကူတဲ႔အတြက္ ကုန္ကၽစားရိတ္၊ သက္သာပါတယ္။ PLC ေတြဟာ အရြယ္အစားေသးငယ္ၿပီး၊ hard-wired control အၿဖစ္ relays ေတြကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔ မူလ control panel ဧရိယာရဲ႕ တဝက္ေလာက္သာေနရာယူပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ သီးၿခား modular ပံုသ႑န္ တည္ေဆာက္ထားတဲ႔အတြက္၊ အလြယ္တကူလဲလွယ္အစားထိုးနိဳင္ပါတယ္။ components ေတြ အားလံုးဟာ solid state components ေတြၿဖစ္ၿပီး၊ fault detection circuit နဲ႔ diagnostic indicator ေတြပါဝင္ေနတဲ႔အတြက္၊ ပံုမွန္အလုပ္လုပ္ေဆာင္ေနၿခင္းရိွ မရိွကိုအလြယ္တကူ၊ သိနိဳင္ပါတယ္။ PLC ကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔ control system ေတြ malfunction အေနနဲ႔ ပံုမွန္အလုပ္လုပ္ေဆာင္ေနၿခင္း မရိွတဲ႔ အဓိကအေႀကာင္းရင္းဟာ field devices ေတြပံုမွန္အလုပ္မလုပ္လို႔ပဲၿဖစ္ပါတယ္။ field device ေတြ ပံုမွန္အလုပ္မလုပ္သၿဖင္႔ fault ၿဖစ္ေပါါမွဳဟာ (၈၅) % ခန္႔ရိွၿပီး၊ CPU ေႀကာင္႔ fault ၿဖစ္ေပါါမွဳဟာ (၅) ခန္႔နဲ႕  I/O interface ေတြေႀကာင္႔  fault ၿဖစ္ေပါါမွဳကေတာ႔ (၁၀) % ခန္႔ရိွတာေတြ႔ရပါတယ္။

Reference and Image credit to : Programmable Controllers (၁) - ကိုထြန္း, Programmable Logic Controllers - ကိုေကာင္းၿမတ္ညြန္႔, http://www.plcdev.com/, http://plc-installation.blogspot.sg/, http://www.omron.com.au, PLC – Theory and Implementation by L.A. Bryan and E.A. Bryan, 1997, Second Edition, An Industrial Text Company Publication, Atlanta, Georgia, US., SYSMAC PLC - OMRON Technical Guide, Programmable Controller Maintenance/ Inspection - NECA, May 2002 Edition, OMRON SYSMAC CS Series PLC User Manual Setup, 2010 Edition.

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

ဒူဒူႀကားဖူးတဲ႔ PLC (၁)

စက္ကရိယာေတြနဲ႔ processes ဆိုတဲ႔ ကုန္ထုတ္လုပ္ငန္းစဥ္ေတြကို၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းေႀကာင္းရာမွာ၊ relays ေတြ၊ timers ေတြနဲ႔ magnetic contractors ေတြလို၊ electromechanical devices ေတြကို အသံုးၿပဳခဲ႔ရာမွ၊  integrated circuits ေတြနဲ႔တည္ေဆာက္ထားတဲ႔ "PLC"  ေတြကို၊ အသံုးၿပဳလာႀက ပါတယ္။ PLC လို႔ေခါါတဲ႔ "Programmable Logic Controller" ေတြကို၊ microprocessor ေတြနဲ႔ တည္ေဆာက္ထားပါတယ္။

 Fig. PLC conceptual application diagram

PLC ေတြဟာ 'storing instructions' အေနနဲ႔၊ ထည္႔သြင္းထားတဲ႔အခၽက္အလက္ေတြကို၊ သိုေလွာင္ ထားၿပီး၊ sequencing, timing, counting, arithmetic, data manipulation နဲ႔ communication တို႔ကိုေဆာက္ရြက္ကာ၊ စက္ကရိယာေတြနဲ႔ processes ဆိုတဲ႔ ကုန္ထုတ္ လုပ္ငန္းစဥ္ေတြကို၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းေႀကာင္းေပးပါတယ္။ microprocessor ေတြနဲ႔ တည္ေဆာက္ထားတဲ႔အတြက္၊ CPU လို႔ေခါါတဲ႔ စက္မွဳလုပ္ငန္းသံုး industrial central process unit အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိင္ၿပီး၊ input/ output connections ေတြမွတဆင္႔၊ field devices ေတြကို၊ interfacing circuitry အေနနဲ႔၊ ဆက္သြယ္ပါတယ္။
Automation နဲ႔ Instrumentation နည္းပညာေတြ၊ တိုးတက္လာတာနဲ႔အမၽွ၊ control system တခုလံုး အေပါါမွာရွဳၿမင္တဲ႔ သံုးသတ္ခၽက္၊ philosophical approach ေတြလည္း၊ ေၿပာင္းလဲလာသလို၊ hardware နဲ႔ software နည္းပညာေတြေႀကာင္႔ PLC ေတြရဲ႕ ဖြဲ႔စည္းတည္ေဆာက္ပံု design ေတြလည္းေၿပာင္းလဲ လာခဲ႔ပါတယ္။

 Fig. Basic PLC

hardware လို႔ေခါါတဲ႔ integrated electronics နည္းပညာေတြေႀကာင္႔ PLC ရဲ႕ scan time လို႔ေခါါတဲ႔၊ လုပ္ေဆာင္ခၽက္ေတြ ပိုမိုလၽွင္ၿမန္လာၿခင္း၊ PLC ရဲ႕ အရြယ္အစားပိုမိုေသးငယ္လာၿပီး၊ ေစၽးနံွဳးသက္သာ လာၿခင္း၊ PLC မွာ input/ output လို႔ေခါါတဲ႔ I/O unit ေတြ ပိုမိုထည္႔သြင္းလာနိဳင္ၿခင္း၊ PLC ရဲ႕ interfacing circuitry မွာ PID loop ေတြ၊ ထည္႔သြင္းလာနိဳင္ၿခင္း၊ PLC ကို 'protocol' မၽားစြာၿဖင္႔ ခၽိတ္ဆက္ အသံုးၿပဳလာနိဳင္ၿခင္းနဲ႔ special interface devices ေတြ ၿဖစ္တဲ႔ thermocouples ေတြနဲ႔ strain gauges ေတြလို၊ fast response input ေတြ နဲ႔လည္း၊ တိုက္ရိုက္ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ အသံုးၿပဳလာနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ software လို႔ေခါါတဲ႔ computer programming နည္းပညာေတြေႀကာင္႔၊ PLC မွာ high level computer language ေတြၿဖစ္တဲ႔ "BASIC", "C" နဲ႔ "Pascal" တို႔လို၊ language ေတြကိုသံုးကာ၊ 'storing instructions' အေနနဲ႔ program ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းေရးဆြဲ လာနိဳင္တာကိုလည္းေတြ႔ရပါတယ္။ PLC ေတြမွာ 'storing instructions' အေနနဲ႔ program ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းေရးဆြဲတဲ႔အခါ၊ IEC 1131-3 standard ကုိိ အေျခခံထားတဲ႔ languages ေတြနဲ႔၊ object oriented programming tools ေတြကို၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ programming device ေတြၿဖစ္ႀကတဲ႔ personal computers ေတြနဲ႔ mini-programming units ေတြနဲ႔ ခၽိတ္ဆက္ၿပီး၊ storing instructions ေတြ၊ ထည္႔သြင္းႀကပါတယ္။ 'IEC 1131-3' ဟာ sequential function chart ေတြကို အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ "graphic representation language" ၿဖစ္ပါတယ္။

အေသးဆံုး PLC ေတြမွာ၊ I/O unit (၃၂) ခုခန္႔ပါဝင္ၿပီး၊ ႀကီးမားတဲ႔ PLC ေတြမွာေတာ႔ I/O unit (၈၀၀၀) ခုခန္႔အထိ ပါဝင္ေလ့ရိွပါတယ္။ PLC ေတာ္ေတာ္မၽားမၽားကို၊ စက္မွဳလုပ္ငန္းသံုးအၿဖစ္၊ ရည္ရြယ္ တည္ေဆာက္ထားတာတဲ႔အတြက္၊ industrial used I/ O systems ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းထားသလို၊ programming လုပ္နိဳင္တဲ႔ features ေတြနဲ႔ LAN ဆိုတဲ႔ 'Local Area Network' ေတြနဲ႔ခၽိတ္ဆက္နိဳင္မယ္႔၊ "interfaces" ေတြ ကိုလည္း၊ ထည္႔သြင္းထားပါတယ္။ 'BASIC' ႏွင့္ 'C' တုိ႔လို high-level language ေတြ လက္ခံႏုိင္တဲ႔ PLC ေတြကုိ၊ peripheral device ေတြနဲ႔ခၽိတ္ဆက္ၿပီး၊ ပုိမို လြယ္ကူစြာနဲ႔ program ေရးသား ထည္႔သြင္းနိဳင္ ပါတယ္။ PLC ေတြဟာ၊ အခၽက္အလက္ data ေတြကုိ၊ ပုိမိုလြယ္ကူစြာ ကိုင္တြယ္နုိင္သလို၊ 'manipulating' ကိုလည္း၊ ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။ program ေရးသားထည္႔သြင္းရာမွာ၊ 'ladder diagram instruction' ေတြကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ functional block ေတြ၊ instruction list ေတြနဲ႔ structured text ေတြအၿပင္၊ 'advanced functional block instruction' ေတြကိုပါထည္႔သြင္းထားပါတယ္။ ခ်ိဳ႕ယြင္းခ်က္မ်ားရွာေဖြၿခင္း diagnostics နဲ႔ ၿပစ္ခၽက္ရွာေဖြၿခင္း fault detection တို႔ကိုလည္းေဆာင္ရြက္နိဳင္ၿပီး၊ PLC မွာၿဖစ္ေပါါေနတဲ႔ faults ေတြ အပါအဝင္၊ machines ေတြနဲ႔ field devices ေတြမွာ၊ ၿဖစ္ေပါါေနတဲ႔ faults ေတြနဲ႔ process အတြင္းမွာ၊ ၿဖစ္ေပါါေနတဲ႔ faults ေတြကိုလည္း၊ သိနိဳင္ပါတယ္။ လက္ရိွအသံုးၿပဳေနတဲ႔ PLC ေတြဟာ၊ complex calculation ေတြၿဖစ္ႀကတဲ႔  gauging ၊ balancing နဲ႔ statistical computation ေတြကို၊ တြက္ခၽက္ေပးနိဳင္သလို၊ data handling, manipulation instruction, data storage, data tracking, data retrieve နဲ႔ data acquisition တို႔ကိုလည္း၊ ပိုမို တုိးတက္ေကာင္းမြန္စြာ၊ ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္တာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

 Fig. PLC conceptual application diagram

PLC တခုမွာ CPU လို႔ေခါါတဲ႔ central processing module unit နဲ႔ I/ O လို႔ေခါါတဲ႔ Input/ output interface module unit ဆိုၿပီး၊ အဓိကအစိတ္အပိုင္း၊ (၂) ခုပါရိွပါတယ္။ CPU မွာေတာ႔ processor, memory နဲ႔ power supply ဆိုတဲ႔ component (၃) ခု ပါဝင္ပါတယ္။ power supply module ကေတာ႔ PLC တခုလံုအတြက္၊ လိုအပ္မယ္႔ power ကုိ လုံေလာက္စြာ၊ ပံ့ပုိးေပးပါတယ္။ process အတြင္းမွာရိွတဲ႔ limit switches ေတြ၊ pressure traducers ေတြ၊ push buttons ေတြ၊ motor starter ေတြ၊ solenoid ေတြ၊ sensors ေတြနဲ႔ actuators ေတြၿဖစ္ႀကတဲ႔ field devices ေတြကို၊ wires ေတြအသံုးၿပဳၿပီး၊ Input/ output interface unit ေတြနဲ႔ ခၽိတ္ဆက္ထားပါတယ္။ field devices ေတြဟာ၊ discrete devices ေတြလို႔ေခါါတဲ႔၊ analog input/ output devices ေတြၿဖစ္ပါတယ္။

  

Fig. Input/ Output interface

Fig. PLC

I/ O interface module unit ဟာ၊ information provider ေတြၿဖစ္ႀကတဲ႔၊ inputs ေတြနဲ႔ controllable devices ေတြၿဖစ္ႀကတဲ႔ outputs ေတြအႀကား၊ အျပန္အလွန္ဆက္သြယ္ႏိုင္ေအာင္ ၾကားခံအျဖစ္ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ external device မ်ားထံမွလက္ခံရရိွလာတဲ႔ data ေတြကုိ incoming signal လို႔ေခါါၿပီး၊ ရရိွလာတဲ႔ အမ်ိဳးမ်ိဳးေသာ incoming signals ေတြနဲ႔၊ external device သုိ႔ေပးပုိ႔မယ္႔ အမ်ိဳးမ်ိဳးေသာ၊ outgoing signals ေတြကို၊ conditioning အေနနဲ႔ လိုအပ္သလိုၿပဳၿပင္၊ စီမံၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Operation cycle

PLC ဟာ operation အေနနဲ႔ input field device မွ input data ကုိလက္ခံၿခင္း သုိ႔မဟုတ္ data ကုိ input interface unit မွတဆင့္ဖတ္ယူၿခင္း၊ memory အတြင္းသိုေလွာင္သိမ္းဆည္းထားတဲ႔၊ control program သုိ႔မဟုတ္ instruction အတိုင္း execute ဒါမွမဟုတ္ perform ဆိုတဲ႔ 'control action' ေတြကို၊ ေဆာင္ရြက္ေပးၿခင္းနဲ႔ output interface unit မွတဆင့္၊  write သို႔မဟုတ္ update အေနနဲ႔ output field device သို႔ output signal ထုတ္ေပးၿခင္း တို႔ကို၊ လုပ္ေဆာင္ပါတယ္။ အစီအစဥ္အတုိင္း input ကိုလက္ခံရယူကာ၊ ဖတ္ယူၿခင္း 'reading'၊ memory အတြင္း သိုေလွာင္ သိမ္းဆည္းထားတဲ႔၊ program အတိုင္းေဆာင္ရြက္ၿခင္း 'execute' နဲ႔ output ထုတ္ေပးၿခင္း 'update' တို႔ကို၊ “scanning" လုိ႔ေခါါပါတယ္။

စက္ကရိယာေတြနဲ႔ processes ဆိုတဲ႔ ကုန္ထုတ္လုပ္ငန္းစဥ္ေတြကို၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းေႀကာင္းေပးနိုင္ဖို႔ PLC based system နဲ႔ hardwired relay system တို႔ကို၊ ေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ အသံုးၿပဳမယ္႔ 'control logic' ဟာ၊ မႀကာခဏၿပဳၿပင္ေၿပာင္းလဲရန္ လိုအပ္ၿခင္းရိွ၊ မရိွ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ high reliability စြမ္းေဆာာင္ရည္လုိအပ္ျခင္းရိွ၊ မရိွ၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳမယ္႔ ေနရာ အက်ယ္အဝန္း၊ ေနာင္ တခၽိန္မွာ ပိုမိုၿမင္႔မားတဲ႔  reliability စြမ္းေဆာာင္ရည္လိုအပ္လာနိဳင္ၿခင္းရိွ၊ မရိွ၊ တိုေတာင္းတဲ႔အခၽိန္ ခဏတာအတြင္း၊ control logic တခုလုံးကုိ ျပဳျပင္ရန္လုိအပ္မႈရိွ၊ မရိွ၊  အျခားစက္ကရိယာေတြမွာလည္း၊ တူညီတဲ႔ control logic တမ်ိဳးတည္းနဲ႔၊ အသံုးၿပဳရန္  လိုအပ္ၿခင္းရိွ၊ မရိွနဲ႔  ေနာက္တခ်ိန္မွာ ထပ္မံ တုိးခ်ဲ႕ရန္လိုအပ္ၿခင္းရိွ၊ မရိွတို႔အၿပင္၊ စုစုေပါင္း ကုန္ကၽစရိတ္အစရိွတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြအေပါါ အေၿခခံၿပီး၊ နိွဳင္းယွဥ္ႀကပါတယ္။ အသံုးၿပဳမယ္႔ 'control logic' ဟာ၊ flexibility အေနနဲ႔ မႀကာခဏ ၿပဳၿပင္ေၿပာင္းလဲရန္လိုအပ္ၿခင္းနဲ႔ future growth အေနနဲ႔ ေနာင္တခၽိန္မွာ ပိုမိုၿမင္႔မားတဲ႔ reliability စြမ္းေဆာာင္ရည္ လိုအပ္လာနိဳင္ၿခင္း၊ အစရိွတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြရိွပါက၊ "PLC" ကိုသာအသံုးၿပဳသင္႔ၿပီး၊ အကယ္၍ အလြန္တိုေတာင္းတဲ႔ cycle time ဒါမွမဟုတ္ အလြန္ၿမန္တဲ႔ scan time ကိုလိုအပ္လၽွင္ေတာ႔ electromechanical device ၿဖစ္တဲ႔ "relays" ေတြကိုသာ၊ အသံုးၿပဳသင္႔ပါတယ္။

controllers ေတြကို၊ single loop controllers နဲ႔ multi loop controllers ဆိုၿပီးခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ single loop controllers ေတြဟာ sensor တခုတည္းမွ၊ valve သို႔မဟုတ္ actuator တခုတည္းကိုသာ၊ control လုပ္ၿပီး၊ multi loop controllers ေတြကေတာ႔ sensor အမၽားအၿပားကိုအသံုးၿပဳကာ၊ valve သို႔မဟုတ္ actuator အရည္အတြက္အေၿမာက္အမၽားကို၊ control လုပ္နိဳင္ပါတယ္။ PLC ဆိုတဲ႔ programmable logic controllers ေတြမွာ user command ကို I/O memory လို႔ေခါါတဲ႔၊ internal PLC memory area အတြင္းသို႔၊ program အေနနဲ႔တခုၿပီး တခုေပးသြင္း နိဳင္ေစဖို႔စီစဥ္ တည္ေဆာက္ထားပါတယ္။ ေပးသြင္း ထားတဲ႔ user command ေတြကို၊ I/O memory မွာ၊ execution တနည္းအားၿဖင္႔ process လုပ္ဖို႔၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာတခု ယူရပါတယ္။ အလားတူ ၿပင္ပမွ sensors သို႔မဟုုတ္ switches ေတြမွ၊ data ေတြဟာ၊ basic I/O unit မွတဆင္႔ internal PLC memory area အတြင္းကို၊ ဝင္ေရာက္ေပးသြင္းေစဖို႔ တည္ေဆာက္ထားပါတယ္။ basic I/O unit မွ data ေတြ internal I/O memory အတြင္းသို႔ဝင္ေရာက္ဖို႔ specific time သို႔မဟုတ္ exchange time ဆိုတဲ႔အခၽိန္ အတိုင္းအတာ တခုလိုအပ္ၿပီး၊ I/O refresh လို႔ေခါါပါတယ္။

Fig. PLC processing cycle

PLC တခုလံုး processing လုပ္ၿခင္းကို၊ processing cycle လို႔ေခါါပါတယ္။ processing cycle ဟာ အခၽိန္အတိုင္းအတာတခုႀကာၿမင္႔ပါတယ္။၊ processing cycle ဆိုတဲ႔ cycle time မွာ၊ over head processing time (self-diagnosis), user program execution time, I/O refresh processing time နဲ႔ peripheral service processing time တို႔ပါဝင္ၿပီး၊ " cycle time = Overhead Processing Time + Total Command Execution Time + I/O Refresh Time + Peripheral Service Time" လိို႔ု႔ သတ္မွတ္ပါတယ္။ time cycle ဟာ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခုအေနနဲ႔ႀကာၿမင္႔တဲ႔တခါ၊ အၿပင္ဖက္မွေပးသြင္းလိုက္တဲ႔ data ေတြကို၊ update လုပ္တဲ႔ updating time နဲ႔ I/O response time တို႔ဟာလည္း အခၽိန္အတိုင္း အတာတခုႀကာၿမင္႔မွာၿဖစ္ပါတယ္။ time cycle အခၽိန္တိုေတာင္းတဲ႔အခါ I/O response time ဟာလည္း တိုေတာင္းၿပီး၊ processing ရဲ႕အခၽိန္အတိုင္းအတာဟာ၊ ပိုၿမန္လာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ time cycle ေၿပာင္းလဲတဲ႔ အခါမွာေတာ႔ command execution time နဲ႔ I/O refresh time တို႔ပါလိုက္ပါေၿပာင္း လဲပါတယ္။

တခါတရံ 'interrupt tasks' ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ interrupt programs အေနနဲ႔ process လုပ္ၿပီးမွ၊ processing cycle ကိုစတင္ပါတယ္။ interrupt tasks ေတြမွာ power off interrupt, scheduled interrupts, I/O interrupts, internal timer ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ interrupts နဲ႔ external interrupts တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ power off interrupt ကို၊ power break interrupt tasks လို႔သတ္မွတ္နိဳင္သလို၊ power break ၿဖစ္ေနစဥ္မွာ၊ PLC ဟာ execution လို႔ေခါါတဲ႔ process အၿဖစ္လုပ္ေဆာင္ေနမွာၿဖစ္ ပါတယ္။ အလားတူ scheduled interrupt tasks မွာလည္း၊ specific schedule ေပါါမူတည္ၿပီး၊ အခၽိန္ အတိုင္းအတာတခုအထိ process အေနနဲ႔၊ လုပ္ေဆာင္ေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ I/O interrupt tasks ကေတာ႔ input unit မွာ start-up လုပ္စဥ္၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာတခုအထိ process အၿဖစ္ရိွေနတဲ႔ interrupt ၿဖစ္ပါတယ္။ special I/O unit, CPU bus unit နဲ႔ INNER board တို႔မွ၊ အေႀကာင္းတစံုတခုေႀကာင္႔ requests လုပ္တဲ႔အခါ၊ အခၽိန္အတိုင္းအတာ တခုအထိ process အၿဖစ္ ရိွေနတဲ႔ interrupt ကိုေတာ႔၊ external interrupt tasks လို႔ေခါါပါတယ္။ PLC မွာရိွတဲ႔ I/O units အတြင္းသို႔၊ user programs ေတြကို၊ I/O signals အၿဖစ္ေပးသြင္းတဲ႔အခါ၊ PLC ရဲ႕ I/O memory မွာ ပထမဆံုး၊ address အေနနဲ႔ first assign အၿဖစ္ေပးသြင္းရၿပီး I/O allocation လို႔ေခါါပါတယ္။ CPU unit ဟာ အၿခား units ေတြမွ ဆက္သြယ္ေပးပို႔လာတဲ႔ data ေတြနဲ႔အတူ၊ I/O refresh ၿပဳလုပ္စဥ္မွာ၊ I/O allocation information ေတြကို အသံုးၿပဳပါတယ္။

I/O allocation information ေတြကို၊ PLC ဟာ "Registered I/O Table" အၿဖစ္သိမ္းဆည္းထား ပါတယ္။ I/O allocation ကို I/O registration လို႔လည္းေခါါၿပီး၊ online automatic registration နဲ႔ offline automatic registration ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ programming tools ေတြကိုသံုးကာ၊ online မွတဆင္႔ registration ၿပဳလုပ္ၿခင္းဟာ၊ online automatic registration ၿဖစ္ၿပီး၊ programming tools ေတြကိုသံုးကာ type လုပ္ၿပီး၊ registration ၿပဳလုပ္ၿခင္းဟာ၊ offline automatic registration ၿဖစ္ပါတယ္။ တခၽိဳ႕ PLC ေတြမွာေတာ႔ registration I/O table ေပးသြင္းရန္မလိုအပ္သလို၊ တခၽိဳ႕ PLC ေတြမွာ offline automatic registration အေနနဲ႔၊ registration I/O table ေပးသြင္းလို႔မရတာကို လည္းေတြ႔ရပါတယ္။

Reference and Image credit to : Programmable Controllers (၁) - ကိုထြန္း, Programmable Logic Controllers - ကိုေကာင္းၿမတ္ညြန္႔, http://www.plcdev.com/, http://plc-installation.blogspot.sg/, http://www.omron.com.au, PLC – Theory and Implementation by L.A. Bryan and E.A. Bryan, 1997, Second Edition, An Industrial Text Company Publication, Atlanta, Georgia, US., SYSMAC PLC - OMRON Technical Guide, Programmable Controller Maintenance/ Inspection - NECA, May 2002 Edition, OMRON SYSMAC CS Series PLC User Manual Setup, 2010 Edition.

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

Control Valves (၁၃) - Self-acting actuation - Self-acting Temperature Controls

self-acting temperature control valves ေတြမွာ၊ required temperature ကို၊ sensor adjustment, actuator adjustment နဲ႔ remote adjustment ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခား ခၽိန္ညွိ နိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ control valve နဲ႔ sensor တို႔ကို၊ တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ ေနရာအကၽယ္အဝန္းအရ accessible အေနနဲ႔ လိုအပ္သလို၊ ခၽိန္ညွိနိဳင္ဖို႔ ခြဲၿခားတတ္ဆင္ထားၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Sensor adjustment type temperature control valve
  

Fig. Actuator adjustment type temperature control valve

Fig. Remote adjustment type temperature control valve

sensor adjustment type ဟာ အသံုးမၽားတဲ႔၊ self-acting temperature control configuration ၿဖစ္ပါတယ္။ actuator adjustment type မွာတာ႔ actuator end ေနရာမွ၊ required temperature ကို ခၽိန္ညွိနိဳင္ၿပီး၊ အရြယ္အစားအေနနဲ႔ 1" (DN25) ရိွတဲ႔ temperature control valves ေတြမွာ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ remote adjustment type ဟာ၊ required temperature ကို control valve actuator နဲ႔ sensor တို႔ႀကား၊ ေနရာတခုမွ ခၽိန္ညွိေပးၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Capillaries - အလၽွား 10 meters နွင္႔ အထက္ရွည္တဲ႔အခါ၊ accuracy effect အနည္းငယ္နဲ႔၊ control မွာ အေနွာက္အယွက္ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ အလၽွားရွည္တဲ႔အတြက္၊ capillary fluid ရဲ႕ amount ပမာဏလည္း မၽားလာၿပီး၊ ambient temperature ေႀကာင္႔ အေၿပာင္းအလဲေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။ ပတ္ဝန္းကၽင္မွ ambient temperature changes အေၿပာင္းအလဲမၽားတဲ႔အခါ၊ required temperature setting ကိုထိခိုက္နိဳင္ၿပီး၊ capillary ကို အပူကာ lagging ေတြနဲ႔ပတ္ကာ ဖုံးအုပ္ကာကြယ္ထားသင္႔ ပါတယ္။

Pockets - 'thermowell' လို႔ေခါါတဲ႔ pockets ေတြကို၊ pipework နဲ႔ vessels ေတြမွာတတ္ဆင္ထားေလ့ ရိွၿပီး၊ pocket အတြင္း sensor တတ္ဆင္ထားတဲ႔အတြက္၊ control medium ကို drain အေနနဲ႔ေဖာက္ခၽဖို႔၊ မလိုအပ္ေတာ႔ပဲ sensor ကို အလြယ္တကူလဲလွယ္နိဳင္ပါတယ္။ heat load အေၿပာင္းအလဲၿမန္တဲ႔ applications ေတြမွာေတာ႔၊ pocket ေႀကာင္႔ system response ေနွးသြားနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ conducting medium နဲ႔ တိုက္ရိုက္ထိေတြ႔နိဳင္မယ္႔ေနရာကို၊ အတိအကၽေရြးခၽယ္တတ္ဆင္မွသာ၊ sensor မွာလက္ခံ ရရိွမယ္႔ heat transfer အပူ ကူးေၿပာင္းမွဳလည္း၊ ၿမန္လာမွာၿဖစ္ပါတယ္။

pockets ေတြကို mild steel, copper, brass နဲ႔ stainless steel pocket ဆိုၿပီးေတြ႔ရသလို၊ conducting medium အမၽိဳးအစားေပါါ မူတည္ၿပီး၊ ေရြးခၽယ္အသံုးၿပဳပါတယ္။ corrosive applications ေတြအတြက္၊ glass pockets ေတြကိုအသံုးၿပဳသလို၊ special applications တခၽိဳ႕မွာ အလၽွား 1 meter ခန္႔ ရွည္တဲ႔၊ pockets ေတြကို အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ အလၽွားရွည္တဲ႔၊ pockets ေတြကိုတတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ required temperature adjustment အတြက္၊ sensor end ေနရာမွာ၊ adjustment တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ sensor adjustment type ကိုအသံုးမၿပဳပဲ၊ actuator adjustment သို႔မဟုတ္ remote adjustment type တို႔ကိုသာ၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

High limit cut-out device - industrial process applications အၿဖစ္အသံုးၿပဳထားတဲ႔ self-acting temperature control system မွာ overheat ၿဖစ္ၿပီး product spoilage အေနနဲ႔၊ ၿပင္ပသို႔ယိုစိမ္႔ ထြက္လာၿခင္းကို တားဆီးဖို႔၊ health and safety regulations ေတြအရ၊ overheat protection system ကိုထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ဖို႔လိုအပ္တဲ႔အခါ၊ high limit cut-out device ကို၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ high limit cut-out device ဟာ process မွာ overheating အေနနဲ႔ အေနနဲ႔ အပူခၽိန္တက္လာတဲ႔အခါ၊ heating medium အတြင္းမွ၊ flow ကို shut off အၿဖစ္ တားဆီးလိုက္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ 

  

Fig. High limit cut-out unit with fail-safe control system

high limit cut-out device ကို၊ self-acting control system မွတဆင္႔ အလုပ္လုပ္ေစၿပီး၊ fail-safe control system လို႔လည္းေခါါပါတယ္။ pre-set high limit temperature ကိုေကၽာ္လြန္ သြားတဲ႔အခါ၊ compressed spring ကို၊ releases လုပ္လိုက္ၿပီး၊ high limit cut-out unit မွတဆင္႔ isolating valve ကို၊ shut off အၿဖစ္ပိတ္ေစပါတယ္။ fail-safe actuator unit မွ၊ control valve ကိုတိုက္ရိုက္ပိတ္ၿခင္း မဟုတ္ပဲ၊ high limit cut-out unit အတြင္းမွ shuttle mechanism မွသာ၊ ပိတ္ေစၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ temperature ဟာ set point ေအာက္မွာရိွေနစဥ္၊ shuttle mechanism အေနနဲ႔ dormant အၿဖစ္ လွဳပ္ရွားမွဳမရိွသလို၊ high limit temperature ကိုေကၽာ္လြန္သြားၿပီးမွသာ၊ activation အေနနဲ႔ shuttle လွဳပ္ရွားပါတယ္။

shuttle ဟာ direction အေနနဲ႔ ဟိုဖက္ဒီဖက္၊ နွစ္ဖက္စလံုးသို႔ ေရြွ႕လၽွားနိဳင္ပါတယ္။ high limit temperature မွာ fail-safe actuator ေႀကာင္႔၊ high limit cut-out unit အတြင္းမွ shuttle ေရြွ႕လၽွားၿပီး၊ actuator မွတဆင္႔ spring ကို releases လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ valve ကို၊ snap shut အၿဖစ္ပိတ္ၿခင္း ၿဖစ္တဲ႔ အတြက္၊ အပူခၽိန္ဟာ set temperature ေအာက္သို႔ၿပန္ကၽသြားတဲ႔ အခါ၊ shuttle ကို reset ၿပန္လုပ္နိဳင္ ပါတယ္။ shuttle ကို reset လုပ္ဖို႔အတြက္၊ small lever ကိုတတ္ဆင္ထားသလို၊ shuttle ေရြွ႕လၽွားမွဳ အတြက္ micro-switch ကဲ႔သို sensor တခုခုကို၊ တတ္ဆင္ၿပီး alarm and monitoring system မွာေဖာ္ၿပအသိေပးနိဳင္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ fail-safe actuator unit နဲ႔ ဆက္သြယ္ထားတဲ႔၊ capillary damaged ေႀကာင္႔ fluid ေတြ ယိုစိမ္႔ထြက္သြားတဲ႔အခါ၊ shuttle ဟာ အၿခား direction တခု ဖက္သို႔၊ ေရြွ႕လၽွားသြားၿပီး၊ spring ကို releases လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ valve ကို၊ snap shut အၿဖစ္ပိတ္ေစပါတယ္။ 

Fig. High limit cut-out arrangement on heat exchanger

high limit cut-out unit ေတြကို၊ control valve နဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳသလို၊ control valve နဲ႔ ခြဲၿခား တတ္ဆင္ၿပီး အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။ heating applications ေတြမွာ high limit cut-out unit နဲ႔ self-acting temperature control valve တို႔ကို၊ series အေနအထားၿဖင္႔တတ္ဆင္ပါတယ္။ high limit cut-out unit ကို၊ control valve ရဲ႕ အဝင္ဖက္ upstream ေနရာမွာ တတ္ဆင္ၿခင္း ၿဖစ္ၿပီး၊ control valve နဲ႔ အနီးစပ္ဆံုး တတ္ဆင္ဖို႔လိုပါတယ္။ normal operation အေၿခအေနမွာ high limit cut-out unit ဟာ၊ အၿမဲတမ္း ပြင္႔ေနမွာၿဖစ္ၿပီး၊ harbor dirt ေတြဟာ high limit cut-out unit ရဲ႕ vale seat မွာကပ္ေနနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ high limit cut-out unit အဝင္ upstream ေနရာမွာ၊ strainer ကိုတတ္ဆင္ထားပါတယ္။

cooling applications ေတြမွာေတာ႔၊ normally-open type high limit cut-out unit valves ေတြနဲ႔ normally-open type self-acting temperature control valves ေတြကို၊ parallel အေနအထားၿဖင္႔ တတ္ဆင္ပါတယ္။

Fig. Typical self-acting 2-port temperature control valves

 2-port temperature control valves ေတြကို၊ normally open medium capacity valve, normally open low capacity valve, reverse acting medium capacity valve, reverse acting high capacity valve, bellow balanced valve, double seated valve နဲ႔ double seated reverse acting valve ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ 2-port temperature control valves ေတြကို high limit cut-out unit valve အၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ heating systems ေတြအတြက္၊ normally open type ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ cooling systems ေတြအတြက္၊ normally closed type ကို အသံုးၿပဳပါတယ္။ တခါတရံ application requirements ေတြအရ၊ Three-port valves ေတြကိုလည္း၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။ double seated valves ေတြဟာ tight shut-off အေနနဲ႔ မပိတ္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ high limit cut-out unit မွာ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳလို႔မရသလို၊ ball shaped plug type valves ေတြဟာလည္း၊ closing operation မွာ seat ပၽက္စီးနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ အသံုးမၿပဳတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Self-acting temperature control ancillaries - self-acting temperature control system မွာ ancillaries အၿဖစ္၊ win sensor adapter, manual actuator နဲ႔ spacer ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ႀက ပါတယ္။ self-acting temperature control system မွာ ancillaries ေတြအၿဖစ္၊ win sensor adapter, manual actuator နဲ႔ spacer ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ႀကပါတယ္။ self-acting temperature control valve ကို၊ manual isolation facility နဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ twin sensor adapter ကို တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳပါတယ္။

Fig. Twin sensor adapter

Fig. Manual actuator

Fig. Spacer

twin sensor adapters ေတြကို၊ 2-port self-acting temperature control valves ေတြမွာသာမက၊ 3-port self-acting temperature control valves ေတြမွာပါတတ္ဆင္ အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။ adapter ကို အသံုးၿပဳတဲ႔အတြက္၊ သီးၿခား separate valves ေတြထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ဖို႔၊ မလိုအပ္ေတာ႔ေပမယ္႔၊ adapter မွတဆင္႔ high limit cut-out unit အေနနဲ႔ အသံုးမၿပဳ နိဳင္တာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ control setting ကိုအသံုးမၿပဳပဲ၊ manual shutdown အေနနဲ႔ ပိတ္ဖို႔အတြက္၊ manual actuator ေတြကို တတ္ဆင္ေလ့ရိွၿပီး၊ twin sensor adapter နဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။ control valve နဲ႔ temperature control system ေတြကို၊ maximum 350° C ခန္႔ရိွၿပီး အပူခၽိန္ၿမင္႔မားလြန္းတဲ႔ higher temperature applications ေတြမွာ အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါ၊ spacer ကို valve နဲ႔ system ႀကားမွာတတ္ဆင္ေလ့ရိွပါတယ္။

Typical environments and applications - dirty and hazardous areas ေတြၿဖစ္တဲ႔ ညစ္ညမ္းၿပီး၊ မီးေလာင္မွဳနဲ႔ ေပါက္ကြဲမွဳေဘးအနၲရာယ္ အလြယ္တကူ၊ ေပါါေပါက္နိဳင္တဲ႔ေနရာေတြမွာ၊ electrical နဲ႔ pneumatic actuation control valves ေတြကိုမသံုးပဲ၊ self-acting actuation control valves ေတြကိုသာ၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ self-acting actuation control valves ေတြဟာ၊ storage နဲ႔ constant load applications ေတြမွာ၊ accuracy အေနနဲ႔တိကၽေပမယ္႔၊ variable load applications ေတြမွာေတာ႔၊ အနီးစပ္ဆံုး accuracy ကိုသာ၊ ရရိွနိင္ေစတာေတြ႔ရပါတယ္။

Reference and image credit to : Steam Engineering Tutorials,

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party. 

Control Valves (၁၂) - Self-acting actuation - Self-acting Temperature Controls

control valves ေတြကိုခြဲၿခားႀကည္႔လၽွင္၊ pneumatic actuation, Electric actuation, hydraulic actuation နဲ႔ self-acting actuation ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အထက္မွာ pneumatic actuation နဲ႔ electric actuation control valves ေတြကိုေဖာ္ၿပခဲ႔ၿပီး၊ self-acting actuation control valves ေတြကို၊ ဆက္လက္ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။ self-acting actuation control valves ေတြ ကို self-acting temperature control valves နဲ႔ self-acting pressure control valves ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ control valves ေတြေရြွ႕လၽွားဖို႔၊ pneumatic, electric နဲ႔ hydraulic အစရိွတဲ႔၊ ၿပင္ပမွ power ကိုေပးသြင္းစရာ မလိုပဲ၊ self-powered နဲ႔သာ၊ အလုပ္လုပ္ၿပီး၊ sensor, capillary tubing နဲ႔ actuator တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ self-acting control valves ေတြကို liquid filled system control valves နဲ႔ vapor tension system control valves ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။

Self-acting Temperature Controls - temperature sensitive fluid ကို၊ အပူေပးတဲ႔အခါ expand အေနနဲ႔ကၽယ္ၿပန္႔သြားမွာ ၿဖစ္သလို၊ အေအးၿပန္ခံတဲ႔၊ အခါမွာလည္း contract အေနနဲ႔၊ ကၽံဳ႕သြားမွာပါတယ္။ self-acting temperature control မွာ၊ sensor နဲ႔ capillary အတြင္းၿဖည္႔ထားတဲ႔၊ temperature sensitive fluid ဟာ၊ temperature တက္လာတဲ႔အခါ၊ expand အေနနဲ႔ ကၽယ္ၿပန္႔လာပါတယ္။

Fig. Expansive action of the liquid fill when heat is applied to the sensor

expansion နဲ႔ contraction တို႔ေႀကာင္႔၊ ေပါါေပါက္လာတဲ႔ force ဟာ capillary မွတဆင္႔ၿဖတ္သန္းကာ၊ control valve ကို၊ အဖြင္႔နဲ႔အပိတ္ opening or closing အၿဖစ္၊ ေရြွ႕လၽွားေစပါတယ္။ sensor မွာ ၿဖစ္ေပါါတဲ႔ temperature changes နဲ႔ actuator movement တို႔ဟာ၊ တခုနဲ႔တခု linear relation အေနနဲ႔၊ ဆက္သြယ္ေနတဲ႔အတြက္၊ self-acting temperature control system ကို 'proportional control' အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ heating သို႔မဟုတ္ cooling အေနနဲ႔၊ အသံုးၿပဳမယ္႔ application အေပါါမူတည္ၿပီး၊ set point ရဲ႕ အေပါါဖက္ above နဲ႔ ေအာက္ဖက္ below မွာ၊ full range proportional band ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။

self-acting heating control system တခုမွာ၊ proportional band ဟာ (5° C) မွာရိွၿပီး၊ set point အေနနဲ႔ (70° C) မွာရိွခဲ႔လၽွင္၊ control valve ဟာ၊ (70° C) မွာ၊ fully closed 'ပိတ္' မွာၿဖစ္ၿပီး၊ (65° C) မွာ fully open 'ပြင္႔' မွာၿဖစ္ပါတယ္။ အလားတူ cooling control set အေနနဲ႔ (70° C) မွာ ရိွခဲ႔လၽွင္၊ control valve ဟာ၊ (70° C) မွာ၊ fully open 'ပြင္႔' မွာၿဖစ္ၿပီး၊ (65° C) မွာ fully closed 'ပိတ္' မွာၿဖစ္ပါတယ္။

proportional band ဟာ၊ control valve ရဲ႕ size အရြယ္အစားေပါါမူတည္ၿပီး၊ ေၿပာင္းလဲပါတယ္။ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ larger valves ေတြ မွာ၊ ကၽယ္ၿပန္႔တဲ႔ larger P-bands ေတြ ရိွပါတယ္။ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔ control valve ဟာ၊ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ valve ၿဖစ္ခဲ႔လၽွင္၊ valve orifice ရဲ႕ အရြယ္အစားလည္းႀကီးမားမွာၿဖစ္သလို၊ flow ကို၊ too large changes အေနနဲ႔ေၿပာင္းလဲေစနိဳင္ပါတယ္။ modulating အေနနဲ႔ လုပ္ေဆာင္ၿခင္းမဟုတ္ပဲ၊ on/ off function နဲ႔ လုပ္ေဆာင္ပါတယ္။

To lower the set temperature - adjustment knob ကို၊ clockwise အေနနဲ႔လွည္႔တဲ႔အခါ၊ piston ဟာ sensor အတြင္းသို႔ ပိုမို ဝင္ေရာက္မွာ ၿဖစ္သလို၊ sensor အတြင္း liquid fill ဧရိယာရဲ႕ space ဟာလည္း၊ ပိုမိုေလၽွာ႔နည္းသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ liquid fill ဧရိယာရဲ႕ space နည္းသြားတဲ႔ အခါ၊ lower temperature မွာ၊ control valve ကိုပိတ္နိဳင္ၿပီး၊ set temperature ဟာလည္းေလၽွာ႔နည္းသြားပါတယ္။ dial-type adjustments အေနနဲ႔ screwdriver အသံုးၿပဳကာလွည္႔ရတဲ႔၊ self-acting temperature controls sensors ေတြမွာလည္း၊ clockwise အေနနဲ႔လွည္႔တဲ႔အခါ၊ set temperature လည္းေလၽွာ႔နည္း သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

To raise the set temperature - self-acting temperature control sensors ေတြမွာ၊ adjustment knob ကို၊ anticlockwise အေနနဲ႔ လွည္႔တဲ႔အခါ၊ piston ဟာ sensor အတြင္းမွ အၿပင္ဖက္သို႔ပိုမို၊ ထြက္လာၿပီး၊ liquid fill ဧရိယာရဲ႕ space ဟာလည္း၊ ပိုလာမွာၿဖစ္ပါတယ္၊ sensor မွာ higher temperature ရရိွမွသာ၊ space အတြင္း sufficiently expand အေနနဲ႔ liquid ကၽယ္ၿပန္႔လာၿပီး၊ control valve ပိတ္မွာ ၿဖစ္သလို၊ set temperature ဟာလည္း၊ ၿမင္႔မားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Protection against high temperatures - control system မွာ rupturing မၿဖစ္ေစဖို႔၊ sensor ရဲ႕ piston အတြင္းမွာ၊ disc springs ေတြ ကိုတတ္ဆင္ထား ပါတယ္။ တခါတရံ control valve leaking, incorrect adjustment နဲ႔ additional heat source စတဲ႔ အေၿခအေနေတြေႀကာင္႔၊ အပူခၽိန္ဟာ set temperature ထက္ပိုၿပီး၊ temperature overrun အၿဖစ္ရိွေနတတ္ပါတယ္။ temperature overrun ၿဖစ္ေပါါကာ၊ ceased အေနနဲ႔ ၿပန္ၿငိမ္သြားတဲ႔အခါ disc springs ေတြဟာ၊ မူလ position သို႔ေရြွ႕လၽွားသြားၿပီး၊ control system ကို normal အေၿခအေနမွာ ရိွေနေစဖို႔ ထိမ္းေပးမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control type အေပါါမူတည္ၿပီး၊ set temperature ရဲ႕ အထက္၊ ( 30° C ~ 50° C) အတြင္းမွ၊ temperature ကို၊ temperature overrun အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။

Vapor tension system control valve - အပူေပးတဲ႔အခါ၊ vapor အၿဖစ္၊ အလြယ္တကူ အေငြ႔ပၽံနိဳင္မယ္႔ liquid ကို၊ sensing system အတြင္းမွာ၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ control valve ကို vapor tension system control valve အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။ ေရ, methyl alcohol နဲ႔ benzene တို႔ဟာ၊ အပူေပးတဲ႔အခါ၊ vapor အၿဖစ္၊ အလြယ္တကူ အေငြ႔ပၽံနိဳင္တဲ႔၊ liquid ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ boiling temperature လို႔ေခါါတဲ႔၊ saturation temperature နိမ္႔ၿပီး၊ vapor အၿဖစ္အလြယ္တကူ၊ အသြင္ေၿပာင္းသြားမယ္႔ liquid ေတြလို႔ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

sensor temperature ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ၊ liquid အတြင္းမွ vapor ဟာ၊ expand ၿဖစ္လာၿပီး၊ sensor နဲ႔ capillary system အတြင္းမွာလည္း၊ pressure ၿမင္႔တက္လာပါတယ္။ တိုးလာတဲ႔ increasing pressure ဟာ၊ capillary အဆံုးမွာရိွတဲ႔ bellow သို႔မဟုတ္ diaphragm assembly ေပါါကို၊ သက္ေရာက္ပါတယ္။ vapor tension system ဟာ fluid နဲ႔အတူ unique pressure/ temperature saturation အေနနဲ႔ increasing pressure ကိုရရိွေစပါတယ္။

Fig. Vapor tension temperature control system

Fig. Vapor pressure curve for water

fluids ဆိုတာကေတာ႔ liquid နဲ႔ gases ေတြကို၊ ေခါါဆိုၿခင္းၿဖစ္သလို၊ liquid ကို saturation temperature ေရာက္တဲ႔ အထိ၊ အပူေပးတဲ႔အခါ၊ vapor ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ liquid နဲ႔ vapor တို႔ရဲ႕ pressure နဲ႔ boiling temperature ဟာဆက္သြယ္ေနပါတယ္။ sensor အတြင္းမွာ ေရကို liquid အေနနဲ႔ ၿဖည္႔ထားၿပီး၊ saturation temperature ေရာက္တဲ႔အထိအပူေပးတဲ႔အခါ၊ ၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔ saturation curve ကို၊ ဥပမာၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ curve ရဲ႕ ေအာက္ေၿခ bottom မွ scale ကိုႀကည္႔လၽွင္၊ temperature 5° C ေၿပာင္းလဲတိုင္း၊ pressure အေနနဲ႔ 0.18 bar ခန္႔သာေၿပာင္းလဲတာ၊ ေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္သလို၊ temperature ဟာ 150° C ခန္႔၊ ေရာက္သြားတဲ႔ အခါမွာေတာ႔ 5° C တိုးတိုင္း၊ 0.65 bar ခန္႔ pressure တိုးလာတာ၊ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။

curve ရဲ႕ အေပါါ၊ top end နားနီးလာတဲ႔အခါ၊ pressure တိုးနံွဳးၿမန္လာတဲ႔အတြက္ control valve ဟာ၊ ႀကီးမားတဲ႔ greater amount ၿဖင္႔၊ ပိုမိုေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ valve ဟာ fully open position မွ fully closed position အၿဖစ္၊ ၿပန္ပိတ္တဲ႔ အခါ၊ sensing system မွာ၊ saturation curve ရဲ႕ bottom end ေအာက္ေၿခနဲ႔ နီးလာတိုင္း၊ top end ထက္ပိုၿပီးၿမင္႔တဲ႔ greater temperature ရရိွမွသာ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ greater amount pressure ရရိွနိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

vapor tension control system ဟာ top end range အတြင္းမွာသာ၊ control အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳသင္႔တဲ႔ system ၿဖစ္ပါတယ္။ vapor tension control valves ေတြမွာ stem seal အၿဖစ္၊ mechanical seal ကိုအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ mechanical seal ဟာ loose အေနနဲ႔ ေခၽာင္သြားတဲ႔အခါ၊ ယိုစိမ္႔မွဳ leakage ၿဖစ္ေပါါတတ္သလို၊ too tight အေနနဲ႔ ႀကပ္လြန္းလၽွင္လည္း၊ spindle friction ေႀကာင္႔၊ valve stick အေနနဲ႔ control application ကိုအေနွာက္အယွက္၊ ေပးတတ္ပါတယ္။ vapor tension control valves ေတြမွာ၊ valve ရဲ႕ stem မွတဆင္႔ vapor ယိုစိမ္႔မွဳ leakage ၿဖစ္ေပါါတတ္တဲ႔အတြက္၊ bellows sealing mechanism ကိုထည္႔သြင္းထားေလ့ရိွပါတယ္။

Liquid filled system control valve - liquid filled system မွာအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ incompressible liquid ေတြဟာ၊ compressible vapor ေတြနဲ႔မတူပဲ၊ temperature နဲ႔ valve movement ဟာ၊ linear relationship အေနနဲ႔ လိုက္ပါေၿပာင္းလဲပါတယ္။ valve movement ဟာ temperature changes နဲ႔ truly proportional အၿဖစ္ တိုက္ရိုက္အခၽိဳးကၽေၿပာင္းလဲသလို၊ stem seal အၿဖစ္ frictionless valve seal ေတြကိုအသံုးၿပဳပါတယ္။ liquid filled system control valves ေတြကို၊ 'Liquid self-acting temperature control valves' လို႔ေခါါပါတယ္။ 'Liquid self-acting temperature control valves' ေတြကို self-acting temperature control system မွာ တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ Normally open two-port valve, Normally closed two-port valve နဲ႔ Three-port mixing or diverting valve ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားအသံုးၿပဳပါတယ္။

Normally open two-port control valves ေတြကို၊ heating applications ေတြအတြက္၊ အသံုးၿပဳ ပါတယ္။ valve ရဲ႕ အဖြင္႔ open position ကို၊ spring မွေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ sensor မွာ temperature ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ၊ liquid ဟာ expand ၿဖစ္ကာ၊ valve ကိုပိတ္ေစပါတယ္။ Normally closed two-port control valves ေတြကိုေတာ႔ cooling applications ေတြမွာ၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ valve ကို၊ spring held အေနနဲ႔ closed position ၿဖင္႔ပိတ္ထားၿပီး၊ sensor မွာ temperature ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ၊ liquid ဟာ expand ၿဖစ္ကာ၊ valve ပြင္႔သြားပါတယ္။

 d = Diameter of valve orifice (mm)
ΔP = Differential pressure (bar)

Fig. Required closing force on the valve plug

self-acting control valve ပိတ္ဖို႔၊ closing force လိုအပ္ၿပီး၊ required closing force ဟာ၊ valve plug အေပါါမွာသက္ေရာက္ပါတယ္။ valve orifice area နဲ႔ differential pressure ΔP တို႔ေႀကာင္႔ required closing force ကိုရရိွလာပါတယ္။ two-port steam valves ေတြမွာ၊ differential pressure ΔP ဟာ၊ valve အဝင္ upstream absolute steam pressure ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ two-port water valves ေတြမွာေတာ႔၊ maximum pump gauge pressure ထဲမွ pump နဲ႔ valve inlet ႀကား၊ pipeline တေလၽွာက္မွာ ၿဖစ္ပါါတဲ႔ pressure loss ကိုနွဳတ္ၿခင္းၿဖင္႔ differential pressure ΔP ကို ရရိွပါတယ္။ valve orifice diameter ရဲ႕ နွစ္ထပ္ကိန္းနဲ႔၊ required closing force တို႔ဟာ၊ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽၿပီး၊ valve ရဲ႕ အရြယ္အစား ႀကီးမားလာတာနဲ႔အမၽွ၊ required closing force ပိုမိုလိုအပ္မွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Bellow balanced valve - အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ valves ေတြကို၊ liquid filled system control valve အၿဖစ္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါ၊ sensing system မွတိုက္ရိုက္ actuation အေနနဲ႔ တိုက္ရိုက္ အသံုးမၿပဳတာေတြ႔ရ ပါတယ္။ လံုေလာက္တဲ႔ required closing force ကိုရရိွဖို႔ bellow သို႔မဟုတ္ double seat arrangement အစရိွတဲ႔၊ balancing mechanism ေတြတတ္ဆင္ထားတဲ႔ Bellow balanced valves, Double-seated control valves နဲ႔ Fixed bleed control valves ေတြကိုသာ၊ Liquid filled system control valve အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳပါတယ္။ 

Fig. Two-port, normally open, bellows balanced valve

balancing bellow မွာ valve plug area နဲ႔ အရြယ္အစားတူ၊ same effective area ရိွတဲ႔ seat orifice ကိုတတ္ဆင္ထားပါတယ္။ valve stem ရဲ႕ အလယ္ဗဟို center မွ အေပါက္ေဖာက္ၿပီး၊ valve housing နဲ႔ bellow housing တို႔ကို၊ balance tube ၿဖင္႔ဆက္သြယ္ထားပါတယ္။ valve housing မွ upstream pressure ဟာ၊ balance tube မွတဆင္႔ bellow housing အတြင္းသို႔၊ ဝင္ေရာက္ၿပီး၊ valve plug area နဲ႔ အရြယ္အစားတူ၊ same effective area ရိွတဲ႔ seat orifice မွာ pressurized အေနနဲ႔ သက္ေရာက္ေန ပါတယ္။ bellow housing မွ seat orifice ဟာ၊ counteract forces acting ၿဖင္႔ valve housing အတြင္းရိွ valve plug အေပါါကို၊ သက္ေရာက္ပါတယ္။ valve plug မွာသက္ေရာက္ေနတဲ႔ differential pressure ΔP ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔ force နဲ႔ bellow housing မွ seat orifice မွာသက္ေရာက္ေနတဲ႔ differential pressure ΔP ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔ force တန္ဘိုးတို႔ဟာ၊ တူညီၿပီး၊ တခုနဲ႔တခု ဆန္႔ကၽင္ဖက္လားရာ opposite directions ေတြနဲ႔ သက္ေရာက္ေနတဲ႔အတြက္၊ ေႀကပၽက္သြားပါတယ္။

sensor temperature ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ၊ liquid ဟာ expand ၿဖစ္ကာ sensor နဲ႔ capillary system အတြင္းမွာလည္း၊ pressure ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အတြက္၊ seat orifice မွာ သက္ေရာက္ေနတဲ႔ differential pressure နဲ႔ ေပါင္းစပ္ၿပီး၊ valve ပိတ္ေစနိဳင္မယ္႔၊ required closing force ရရိွလာပါတယ္။ ပံုမွန္ normal balancing bellows အၿဖစ္၊ phosphor bronze ကို၊ သံုးထားၿပီး၊ higher pressure နဲ႔ higher temperature applications ေတြအတြက္၊ stainless steel ကို၊ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။

Double-seated control valve - ၿမင္႔မားတဲ႔ higher differential pressure မွာ၊ valve ကိုပိတ္နိဳင္တဲ႔ အတြက္၊ high capacity flow မွာ၊ tight shut-off အေနနဲ႔ ပိတ္ဖို႔လိုအပ္တဲ႔အခါ၊ double-seated control valves ေတြကိုအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ valve plug (၂) ခုကို control valve ရဲ႕ common spindle မွာ တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ valve seat (၂) ခု အေပါါထိုင္ေစပါတယ္။ differential pressure ဟာ seat တခုေပါါနဲ႔ plug တခုေပါါသက္ေရာက္ေနတဲ႔အတြက္၊ force acting ဟာ၊ balanced အေနနဲ႔ညီမၽွေနပါတယ္။

Fig. Double seated (normally closed) self-acting control valve  

double-seated control valve ရဲ႕ component parts ေတြမွာ manufacturing tolerances ေတြရိွတဲ႔ အတြက္၊ tight shut-off ကိုအၿပည္႔အဝရရိွဖို႔မလြယ္သလို၊ valve ေအာက္ေၿခ၊ lower valve plug နဲ႔ seat အရြယ္အစားကို၊ valve ရဲ႕ အေပါါဖက္ upper counterpart valve plug နဲ႔ seat အရြယ္အစား ထက္ေသးငယ္ၿပီး၊ တတ္ဆင္ထားေပမယ္႔လည္း၊ tight shut-off ကို အၿပည္႔အဝ မရရိွနိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရ ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ valve ကိုလိုအပ္သလို၊ ၿပဳၿပင္ထိမ္းသိမ္းရာမွာ plug assembly တခုလံုးကို၊ valve body ရဲ႕အၿပင္ဖက္သို႔ထုတ္ၿပီး၊ servicing လုပ္လို႔ မၿဖစ္နိဳင္သလို၊ high limit safeguard အေနနဲ႔ အသံုးမၿပဳႀကတာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Fixed bleed control valve - normally closed valves ေတြကို၊ fully shut အေနနဲ႔ ပိတ္လိုက္တဲ႔အခါ၊ valve အတြင္းမွ၊ ေသးငယ္တဲ႔ small amount flow ထြက္သြားေစဖို႔၊ internal fixed bleed hole ကိုထည္႔သြင္းထားေလ့ရိွပါတယ္။ RA ဆိုတဲ႔ reverse acting ရရိွဖို႔၊ bleed hole ကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔ normally closed self-acting control valves ေတြကို၊ fixed bleed control valve လို႔ေခါါပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ fixed bleed control valves ေတြကို၊ reverse acting control valve လို႔လည္း၊ ေခါါႀကပါတယ္။ 

Fig. Normally closed fixed bleed control valve  

Fig. Engine or compressor cooling system

reverse acting control valves ေတြကို၊ စက္ရံုအလုပ္ရံုသံုး industrial used engine ေတြၿဖစ္တဲ႔ stationary engines ေတြနဲ႔ air compressor ေတြမွာ၊ coolant ဆိုတဲ႔ cooling water ရဲ႕ flow ကို၊ control လုပ္ဖို႔ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ reverse acting control valve ကို၊ coolant ရဲ႕ upstream မွာ တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ engines သို႔မဟုတ္ air compressor ရဲ႕ coolant အထြက္၊ downstream မွာေတာ႔၊ sensor ကိုတတ္ဆင္ထားပါတယ္။ engines သို႔မဟုတ္ air compressor မွ၊ ထြက္လာတဲ႔ coolant ဟာ၊ set point temperature ထက္ပိုတဲ႔အခါ၊ control valve ပြင္႔သြားၿပီး၊ coolant ေပးသြင္းမွာၿဖစ္သလို၊ required set temperature ေရာက္သြားတဲ႔အခါ၊ control valve ပိတ္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control valve ပိတ္သြားတဲ႔ အတြက္ coolant ဟာ ဆက္လက္မစီးဆင္းေတာ႔ပဲ၊ engines သို႔မဟုတ္ air compressor မွာ၊ temperature ၿပန္လည္ၿမင္႔တက္လာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍ downstream sensor ဟာ၊ ၿမင္႔တက္ လာတဲ႔ temperature rise ကို၊ အေႀကာင္းတစံုတခုေႀကာင္႔ detecting မလုပ္နိဳင္ခဲ႔လၽွင္၊ engines သို႔မဟုတ္ air compressor ဟာ overheat အၿဖစ္၊ အပူလြန္သြားတဲ႔ အေၿခအေနသို႔၊ ေရာက္သြား နိဳင္ပါတယ္။

control valve မွာ၊ fixed diameter bleed hole ထည္႔သြင္းထားတဲ႔အခါ၊ valve ပိတ္ေနေပမယ္႔လည္း၊ cooling water အနည္းငယ္စီးဆင္းေနပါတယ္။ coolant ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ required set temperature ကိုေရာက္ဖို႔၊ အခၽိန္ပိုႀကာလာမွာၿဖစ္သလို၊ valve အဖြင္႔အပိတ္ၿပဳလုပ္ရတဲ႔၊ အႀကိမ္အရည္အတြက္လည္း နည္းသြားပါတယ္။ reverse acting control valves ေတြမွာ၊ fusible device ကိုတတ္ဆင္ထားပါတယ္။ အကယ္၍ sensor အလုပ္မလုပ္တဲ႔အခါ၊ downstream မွ၊ coolant ဟာ၊ အပူခၽိန္တက္လာၿပီး၊ excess heat ေႀကာင္႔ valve အတြင္းမွ fusible device ဟာ အရည္ေပၽာ္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ fusible device အရည္ေပၽာ္သြားတဲ႔အခါ၊ spring tension မရိွေတာ႔တဲ႔အတြက္၊ valve plug ဟာ၊ seat ေပါါမွႀကြသြားၿပီး၊ valve ပြင္႔ သြားပါေတာ႔တယ္။ fusible device ကို၊ safety device အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ melted အၿဖစ္ အရည္ေပၽာ္သြားတဲ႔အခါ၊ အသစ္နဲ႔လဲလွယ္အစားထိုးနိဳင္ပါတယ္။

Three-port control valves - self-acting control systems ေတြမွာ၊ two-port control valves ေတြကိုအသံုးၿပဳသလို၊ three-port control valves ေတြၿဖစ္တဲ႔၊ self-acting piston type three-port control valves ေတြနဲ႔ self-contained three port control valves ေတြကိုလည္း၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ electric နဲ႔ pneumatic actuators ေတြကို၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳစရာမလိုတဲ႔ mixing နဲ႔ diverting water applications ေတြမွာ၊ self-acting piston type three-port control valves ေတြကို၊ တတ္ဆင္ႀကပါတယ္။

Fig. Self-acting piston type three-port control valve

Fig. Self-acting piston type three-port control valve used in a mixing application
  

Fig. Self-acting piston type three-port control valve used in a diverting application

piston type three-port control valves ေတြ ကို heating အတြက္သာမက၊ air chillers ေတြနဲ႔ air conditioning applications မွ pumped circuits ေတြရဲ႕ cooling applications ေတြ မွာလည္း၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ mixing နဲ႔ diverting applications ေတြမွာ constant volume port 'O' ကို၊ common outlet အၿဖစ္အသံုးၿပဳၿပီး၊ အသံုးၿပဳမယ္႔ applications ေပါါမူတည္ၿပီး၊ valve တတ္ဆင္ပံုသာ ကြာၿခားပါတယ္။

Self-contained three port control valve - integral temperature sensing device ကို valve အတြင္း ထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ three port control valves ေတြကို၊ self-contained three port control valve အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။ integral temperature sensing device ကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔အတြက္၊ sensor သို႔မဟုတ္ external temperature controller တတ္ဆင္အသံုးၿပဳဖို႔ မလိုအပ္ေတာ႔တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Self contained three-port control valve reducing fire tube corrosion

Fig. Self-contained three-port valves used to control water and oil cooling systems on an air compressor

self-contained three port control valve ကို၊ Low Temperature Hot Water (LTHW) boiler ရဲ႕ corrosion control နဲ႔ air compressor ရဲ႕ cooling system တို႔မွာတတ္ဆင္ အသံုးၿပဳပံုအား၊ ဥပမာ အၿဖစ္ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။


Reference and image credit to : Steam Engineering Tutorials,

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party. 

Operation of Servo-valve in a hydraulic actuator (၂)

servo systems ေတြကိုခြဲၿခားႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ load positioning servo system, velocity servo system နဲ႔ force servo system ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ applications ေတြေပါါ မူတည္ၿပီး၊ servo systems ေတြ ကြဲၿပားေပမယ္႔၊ flapper nozzle type နဲ႔ jet pipe type servo-valve (၂) မၽိဳးထဲမွ၊ တမၽိဳးကိုအဓိက main component အၿဖစ္တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳရပါတယ္။ jet pipe type servo-valve မွာ spool ေရြွ႕လၽွားမွဳ ၿဖစ္ေပါါေစဖို႔၊ jet pipe ကိုအသံုးၿပဳထားၿပီး၊ torque motor အလုပ္လုပ္ပံုကေတာ႔ ၊ flapper nozzle type servo-valve အလုပ္လုပ္ပံုနဲ႔ တူပါတယ္။

Jet pipe servo-valve - jet pipe ဟာ hydraulic fluid moving ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔ kinetic energy ကို၊ static pressure အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲေပး ပါတယ္။ servo-valve ရဲ႕ receiver block မွာ အေပါက္ hole (၂) ခုပါဝင္ၿပီး၊ jet pipe ဟာ၊ hole (၂) ခုရဲ႕ center အလယ္ဗဟိုမွာရိွေနတဲ႔အခါ၊ servo ဆိုတဲ႔ spool ရဲ႕ ဟိုဖက္ဒီဖက္ both end မွာ သက္ေရာက္ေနမယ္႔ hydraulic pressure ေတြ၊ ညီမၽွေနပါတယ္။ receiver hole တခုဖက္ဆီသို႔၊ jet pipe လည္ပတ္ကာေရြွ႕လၽွားသြားတဲ႔အခါ၊ receiver hole ရဲ႕ hydraulic pressure ဟာ၊ jet pipe နဲ႔ ေဝးသြားတဲ႔ receiver hole ရဲ႕ hydraulic pressure ထက္ ပိုမၽားလာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ servo ဆိုတဲ႔ spool မွာ pressure unbalanced condition တခုေပါါေပါက္လာၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ 

Fig. Jet pipe centered position and Jet pipe rotate to right side position

Fig. Bernoulli's equation

'Bernoulli’s equation' ကို၊ သံုးၿပီး၊ jet pipe ရဲ႕ rotational movement ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔ stagnation pressure (Ps) ကို တြက္ယူနိဳင္ပါတယ္။ stagnation pressure ဟာ၊ hydraulic fluid ရဲ႕ အလယ္ midstream မွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔ maximum fluid pressure ၿဖစ္ပါတယ္။ jet stream ဟာ၊ receiver block ရဲ႕ အလယ္ဗဟိုကို၊ သက္ေရာက္ေနစဥ္၊ spool ရဲ႕ ဟိုဖက္ဒီဖက္ both end မွာ သက္ေရာက္ေနမယ္႔ hydraulic pressure ေတြ၊ ညီမၽွေနတဲ႔အတြက္၊ (Δp = 0) အေနနဲ႔၊ differential pressure ၿဖစ္ေပါါၿခင္း မရိွနိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ jet pipe ဟာ၊ receiver block ရဲ႕ ညာဖက္ 'right side' ကိုေရြ႔ွ႕လၽွားသြားတဲ႔ အခါ၊ jet stream ေႀကာင္႔ ညာဖက္ receiver hole မွာ hydraulic fluid pressure ၿမင္႔တက္လာၿပီး၊ ဘယ္ဖက္ left side မွာရိွေနတဲ႔ receiver hole မွာေတာ႔ pressure ကၽဆင္းသြားပါတယ္။ differential pressure 'Δp' ေပါါေပါက္လာၿခင္းၿဖစ္သလို၊ jet pipe ရဲ႕ ေရြွ႕လၽွားမွဳ အကြာအေဝးဟာ၊ ေသးငယ္လြန္းေပမယ္႔ differential pressure ဟာ jet pipe travel range နဲ႔ linear relation အေနနဲ႔ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽပါတယ္။

Fig. Jet pipe servo-actuator

jet pipe ရဲ႕ nozzle diameter နဲ႔ receiver hole diameters ေတြဟာ၊ relationship အေနနဲ႔ ဆက္သြယ္မွဳ ရိွသလို၊ jet pipe nozzle ရဲ႕ performance လို႔ေခါါတဲ႔ optimization ဟာလည္း၊ servo-valve အတြက္ အေရးႀကီးပါတယ္။ 'maximum L = 2 Dn' ဆိုတဲ႔ nozzle နဲ႔ receiver hole အကြာအေဝးဆက္သြယ္ခၽက္ အရ၊ အကြာအေဝး အမၽားဆံုးအကြာအေဝး maximum 'L' ဟာ၊ receiver hole diameter ထက္၊ (၂) ဆ ခန္႔သာ ရိွသင္႔ပါတယ္။ nozzle နဲ႔ receiver hole တို႔ဟာ၊ တတ္နိဳင္သမၽွ အနီးကပ္ဆံုး၊ အကြာအေဝးမွာ ရိွတဲ႔အခါ၊ optimization ပိုမိုေကာင္းမြန္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ optimization ေကာင္းမြန္မွသာ၊ actuator chamber 'A' နဲ႔ 'B' တို႔အေပါါ တလွည္႔စီသက္ေရာက္မယ္႔ hydraulic pressure 'P1' နဲ႔ 'P2' တို႔ကိုလည္း၊ maximum pressure အေနနဲ႔ ရရိွနိဳင္ပါတယ္။ Jet pipe servo-valve ရဲ႕ spool မွာ differential pressure 'Δp' သက္ေရာက္ေနစဥ္၊ stabilizing force ရရိွဖို႔၊ Flapper nozzle servo-valve ေတြကဲ႔သို႔၊ feed back spring wire သို႔မဟုတ္ linear variable differential transducer ေတြကိုတတ္ဆင္ အသံုးၿပဳပါတယ္။

jet pipe servo-valve ရဲ႕ receiver block hole diameter ဟာ၊ ႀကီးမားပါတယ္။ hole diameter ႀကီးမားတဲ႔ အတြက္၊ hydraulic fluid မွာ ေရာေနွာပါဝင္ေနတဲ႔ အမွဳန္၊ အနည္နဲ႔ အညစ္အေႀကးေတြေႀကာင္႔ contamination ရိွေနေပမယ္႔၊ jet pipe servo-valve ရဲ႕ servo operation ကို၊ ထိခိုက္နိဳင္ၿခင္း မရိွတာေတြ႔ရပါတယ္။ jet pipe orifices ဆိုတဲ႔ jet pipe nozzles ေတြရဲ႕ diameter ဟာ၊ flapper nozzle diameter ထက္၊ ပိုႀကီးပါတယ္။ jet pipe nozzle diameter ႀကီးမားတဲ႔အတြက္ jet pipe servo-valve မွာ leakage flow ဆိုတဲ႔၊ internal leakage ၿဖစ္ေပါါတတ္သလို၊ flapper nozzle servo-valve မွာေတာ႔ flapper nozzle diameter ေသးငယ္တဲ႔အတြက္၊ hydraulic fluid contamination ေႀကာင္႔၊ ပိတ္ဆို႔တတ္ ပါတယ္။ flapper nozzle ပိတ္ဆို႔တဲ႔အခါ၊ spool ဟာ direction တဖက္တည္းကိုသာေရြွ႕လၽွားၿပီး၊ အၿခားတဖက္ကို မေရြွ႕နိဳင္ပဲ၊ ရပ္ေနတတ္ပါတယ္။

Servo - spool ကို၊ hydraulic fluid pressure ေပးသြင္းၿပီး၊ ဟိုဖက္ဒီဖက္ လိုအပ္သလိုေရြွ႕လၽွားေစၿခင္းကို 'servo movement' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ servo movement ရရိွေစဖို႔ အသံုးၿပဳတဲ႔ spool ဟာ rod တခုနဲ႔ ဆက္ထားတဲ႔ lands (၂) ခုပါဝင္တဲ႔ spool ၿဖစ္ၿပီး၊ bushing လို႔ေခါါတဲ႔ outer sleeve အတြင္းမွာေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ sleeve မွာ hydraulic fluid စီးဝင္နိဳင္ဖို႔ flow port ေတြေဖာက္ထားၿပီး၊ spool နဲ႔ outer sleeve တို႔ကို၊ ေပါင္းစပ္ကာ 'servo' လို႔ေခါါပါတယ္။ 'servo' ဟာ၊ hydraulic paths ရဲ႕ actuation component တခုၿဖစ္ပါတယ္။ spool ရဲ႕ position ေရြွ႕လၽွားမွဳဟာ၊ valve အတြင္း ၿဖတ္သန္းစီးဆင္းသြားမယ္႔ hydraulic fluid ရဲ႕ flow area ေပါါမူတည္ပါတယ္။ flow area ကို control လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ spool ရဲ႕ position ေရြွ႕လၽွားေၿပာင္းလဲမွဳ ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ open/ closed ဆိုတဲ႔ 'two position solenoid controlled', applied current ကိုလိုအပ္သလိုေၿပာင္းလဲေပးတဲ႔ 'proportional solenoid controlled' နဲ႔ 'mechanical lever controlled' အစရိွတဲ႔ နည္းလမ္းေတြကိုသံုးၿပီး၊ flow area ကို control လုပ္ႀကပါတယ္။  

Fig. Basic servo

Fig. Servo flow characteristic equation

'Servo flow characteristic equation' လို႔ေခါါတဲ႔ 'Turbulent orifice flow equation' အရ၊ valve spool position 'Xv' ဟာ၊ flow cross-sectional area 'Av' နဲ႔ဆက္သြယ္ေနပါတယ္။ flow cross sectional area ေႀကာင္႔ valve spool position ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ servo ရဲ႕ flow rate ကိုေတာ႔၊ outlet flow area မွ controlled လုပ္ၿပီး၊ outlet flow area ဟာ၊ inlet flow area ထက္ေသးငယ္ပါတယ္။ 

Fig. Servo lapping  

bushing လို႔ေခါါတဲ႔ outer sleeve အတြင္းမွာ spool တည္ရိွေနပံု အေနအထားကို 'lapped' လို႔ေခါါပါတယ္။ spool တည္ရိွေနပံု အေနအထားအေပါါမူတည္ၿပီး၊ servo ေတြကို zero lapped servo, over lapped servo နဲ႔ under lapped servo အၿဖစ္ခြဲၿခား၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ 'zero lapped servo' ရဲ႕ land width အကၽယ္နဲ႔ flow port ေတြရဲ႕ width ဟာတူညီပါတယ္။ land width နဲ႔ port width တူညီေနတဲ႔အတြက္၊ outlet မွာ zero flow position ၿဖစ္ေပါါေနၿပီး၊ tightest control အေနနဲ႔ တိကၽမွဳရိွတဲ႔ high precision servo-valves ေတြအၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ 'over lapped servo' မွာေတာ႔ land width ဟာ flow port width ထက္ပိုႀကီးပါတယ္။ spool ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ flow area vs pressure curve ဆိုတဲ႔ flow area နဲ႔ pressure ဆက္သြယ္ခၽက္မွာ၊ dead-band အေနနဲ႔ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ minimum spool movement ဟာ overlap dimension နဲ႔ညီမၽွၿပီး၊ spool ေရြွ႕လၽွားၿပီးမွသာ outlet flow စီးဆင္းပါတယ္။ overlapped servo ေတြရဲ႕'noise' factors tolerant ဟာႀကီးမားပါတယ္။ 'noise' factors tolerant ႀကီးမားတဲ႔အတြက္၊ တိကၽတဲ႔ control accuracy ရရိွနိဳင္မွဳ ကၽဆင္းသြားပါတယ္။ under lapped servo ရဲ႕ land width ဟာ၊ port width ထက္ငယ္တဲ႔အတြက္၊ spool position အကုန္လံုးမွာ၊ outlet flow စီးဆင္းေနပါတယ္။ outlet flow ႀကိဳတင္ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ control response ပိုၿမန္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Flow rate behavior 

'Turbulent orifice flow equation' အရ၊ servo port ရဲ႕ flow area ကို၊ 'A (Xv)' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ flow area ဟာ valve တည္ေဆာက္ပံု type ပံုသ႑န္နဲ႔ spool position တို႔ အေပါါမူတည္ပါတယ္။ differential pressure Δp ဟာ၊ constant အေနနဲ႔တည္ၿငိမ္ေနတဲ႔အခါ၊ flow rate နဲ႔ flow area တို႔ဟာ၊ proportionally varies အေနနဲ႔ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽေၿပာင္းလဲေနမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ flow area ဟာ constant အေနနဲ႔ အေၿပာင္းအလဲမရိွတဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ flow rate နဲ႔ differential pressure Δp တို႔ဟာ၊ square root varies ဆိုတဲ႔ နွစ္ထပ္ကိန္းရင္းဆက္သြယ္ခၽက္နဲ႔ လိုက္ပါေၿပာင္းလဲေနပါတယ္။

Fig. Effects of valve lapping on flow

အေပါါမွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔ 'flow curve' ဟာ၊ differential pressure Δp ဟာ၊ constant အေနနဲ႔ တည္ၿငိမ္ေနတဲ႔အေၿခအေနမွာ၊ servo မွ sleeve port အတြင္းသို႔ဝင္ေရာက္လာမယ္႔ hydraulic fluid ရဲ႕ controlled flow နဲ႔ valve position တို႔ရဲ႕ဆက္သြယ္ခၽက္ၿဖစ္ပါတယ္။ zero lapped spool မွာ curve ဟာ controlled flow နဲ႔ valve position တို႔ရဲ႕ origin point ကိုတေၿဖာင္႔တည္း ၿဖတ္သန္းသြားတာ၊ ေတြ႔ရ ပါတယ္။ overlapped servo မွာ၊ flow ဟာ zero အေနနဲ႔ ရိွေနၿပီး၊ sufficiently moved အေနနဲ႔ spool ေရြွ႕လၽွားသြားမွ flow စတင္ စီးဆင္းပါတယ္။ under lapped valve မွာေတာ႔ flow ဟာ servo ရဲ႕ directions (၂) ဖက္စလံုးသို႔စီးေနၿပီး၊ spool စတင္ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ၊ zero flow အေနနဲ႔ ရပ္တန္႔ သြားပါတယ္။ spool စတင္ေရြွ႕လၽွားၿခင္းကို load စတင္ ထမ္းေဆာင္ၿခင္းအၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ zero flow အေနနဲ႔ servo မွ hydraulic fluid စီးဆင္းၿခင္းမရိွတဲ႔အေၿခအေနကို၊ 'null' position လို႔ေခါါပါတယ္။ spool ဟာ null position ကိုေကၽာ္လြန္သြားတာနဲ႔ လၽွင္ၿမန္စြာေရြွ႕လၽွားသြားၿပီး၊ sleeve ရဲ႕ outlet port ကို အလၽွင္အၿမန္ပိတ္လိုက္ပါတယ္။

Fig. Flow rate behavior for a two position servo

Fig. Mechanically positioned servo

open/ closed ဆိုတဲ႔ 'two position solenoid controlled' servo ေတြမွာ၊ spool မေရြွ႕လၽွားခင္ minimum flow area 'Amin' မွာ၊ zero flow အေနနဲ႔ servo မွ hydraulic fluid စီးဆင္းၿခင္း မရိွပဲ၊ spool ေရြွ႕လၽွားမွဳေႀကာင္႔ maximum flow area 'Ama' ကို၊ 100 mili-seconds ေအာက္အခၽိန္တိုေလး အတြင္းမွာ၊ ခၽက္ၿခင္းရရိွနိဳင္ပါတယ္။ 'mechanical lever controlled' ဆိုတဲ႔ mechanically positioned servo ေတြမွာေတာ႔၊ flow area ဟာ၊ mechanically input force 'F' နဲ႔ ညီမၽွပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ mechanically input force အေပါါမွာတိုက္ရိုက္မွီခိုၿပီး၊ flow area ေၿပာင္းလဲတယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Spool grooves servo

spool outer diameter နဲ႔ bushing လို႔ေခါါတဲ႔ sleeve ရဲ႕ inner diameter အႀကားေသးငယ္တဲ႔၊ small clearance ေနရာေလးမွာ မညီညာတဲ႔ unequal pressure ၿဖစ္ေပါါတတ္ၿပီး၊ 'lateral force' လို႔ေခါါပါတယ္။ lateral force ဟာ spool ေရြွ႕လၽွားမွဳအေပါါအေနွာက္အယွက္ေပးတတ္ၿပီး၊ 'hydraulic lock' ၿဖစ္ေပါါေစတတ္ပါတယ္။ lateral force ပမာဏႀကီးမားတဲ႔အခါ၊ applied hydraulic pressure ကို ပိုမိုေပးသြင္းေပမယ္႔၊ servo ဟာ၊ ေရြွ႕လၽွားၿခင္းမရိွပဲ ရပ္တန္႔ေနတတ္ပါတယ္။ spool ရဲ႕ outer diameter မွ minor machining tolerances ေတြေႀကာင္႔၊ spool periphery လို႔ေခါါတဲ႔ external surface မွာ varying leakage flow အနည္းငယ္ ရိွေနရာမွတဆင္႔၊ unequal pressure ေပါါေပါက္ၿပီး၊ lateral force ၿဖစ္ေပါါလာတာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရတတ္ပါတယ္။ spool outer diameter မွာ၊ machined grooves ေတြ ၿပဳလုပ္ၿပီး၊ lateral force ကိုေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။ lands ေတြေပါါမွာ grooves ေတြ ၿပဳလုပ္ထားတဲ႔အခါ၊ spool periphery မွာ equalized pressure ရရိွနိဳင္ပါတယ္။

Reference and Image credit to : http://www.daerospace.com/

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.