ข้ามไปยังเนื้อหา
Valve Island Basics: Definition, Design, and Advantages
Bürkert เป็นผู้เชี่ยวชาญที่น่าเชื่อถือในด้านการผลิตฐานยึดวาล์ว หรือ Valve Islands มาตั้งแต่ปี 1992 บทความนี้จะอธิบายความหมาย การออกแบบดีไซน์ และข้อดีของฐานตั้งวาล์ว และชี้แจงข้อดีที่ Valve Island มีเมื่อเทียบกับโครงสร้างของวาล์วเดี่ยว (Single Valve Architecture or Assembly)
ฐานตั้งวาล์วคืออะไร?
What is a Valve Island?
ในระบบนิวเมติกส์ Valve Island เรียกอีกอย่างว่า แมนิโฟลด์วาล์ว (Manifold Valve) ฐานตั้งวาล์ว ฐานยึดวาล์ว เกาะวาล์ว ฐานวาล์ว (Sub-Base Valves) ซัพเพทวาล์ว (Sub-Plate Valves) หรือ Plug In Type Manifold คือ อุปกรณ์ที่ทำมาจากวัสดุเช่น อลูมิเนียมหรือเหล็ก สำหรับร่วมวาล์วบนฐานยึด เป็นแมนิโฟลด์หรือฐานตั้งที่รวมวาล์วเดี่ยวหลายตัวไว้ด้วยกันในที่เดียว ซึ่งรวมกันโดยแหล่งจ่ายไฟกลาง (Central Power) และแหล่งจ่ายอากาศ (Air Supply) และถูกเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ อย่างโปรแกรมเมเบิลลอจิกคอลโทรลเลอร์ (Programmable Logic Controller, PLC)
ฐานยึดวาล์วมักถูกใช้ตอนติดตั้งเครื่องจักรเพื่อลดขั้นตอนการประกอบ (Assembly Process) ลดระยะเวลาที่การปฏิบัติงานไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ (Downtime) และช่วยให้สามารถวินิจฉัยข้อผิดพลาด (Fault Diagnosis) ได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ ฐานตั้งวาล์วยังช่วยลดการเชื่อมต่อทางกลและทางไฟฟ้า เดินสายไฟ งานท่อ และความซับซ้อน ฐานยึดวาล์วนั้นมีการกำหนดค่าคอนฟิกูเรชันแยกกันเพื่อให้เหมาะกับความต้องการและแอปพลิเคชันเฉพาะ
การออกแบบและฟังก์ชั่นของฐานยึดวาล์ว
Valve Island: Design & Function
ฐานยึดวาล์วถูกใช้เพื่อควบคุมวาล์วจำนวนหนึ่งและควบคุมการประมวลผลสัญญาณของวาล์วเหล่านั้น โดยทั่วไป ฐานยึดวาล์วจะประกอบด้วยโมดูลสื่อสาร (Communication Module) โมดูลนิวแมติกส์ (Pneumatic Module) และพอร์ตต่างๆ
โมดูลและพอร์ตต่างๆ (Modules and Ports)
โมดูลนิวเมติกส์ประกอบด้วยวาล์ว ซึ่งจำนวนของวาล์วขึ้นอยู่กับการออกแบบของ Island ที่เกี่ยวข้อง ฟังก์ชั่นวาล์วต่างๆ เช่น ฟังก์ชัน 3/2-Way 2x 3/2 -Way และ 5/2 ทาง ซึ่งสามารถนำไปใช้ได้อย่างคล่องตัวโดยการร้อยวาล์วเข้าด้วยกัน
โมดูลการสื่อสารจะเข้ารหัสข้อความ (Encode) บนสื่อทางกายภาพ (Physical Medium) ของเครือข่ายซึ่งแสดงถึงการเชื่อมโยงไปยังระบบอื่น โมดูลสื่อสาร คือ อินเทอร์เฟซของตัวควบคุมกลางและอุปกรณ์ฟิลด์บัสอื่นๆ เช่น ระบบคอมพิวเตอร์เเละการประมวลผลต่อพ่วงแบบกระจาย (Distributed Peripheral Systems)
การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าสามารถทำได้ทั้งทางอินเทอร์เฟซฟิลด์บัส อินเทอร์เฟซแบบหลายขั้ว หรือซ็อกเก็ตรวมโปรโตคอลฟิลด์บัสทั่วไป ยกตัวอย่างเช่น PROFIBUS DP Profinet I/O Modbus/TCP และ Ethernet I/P เป็นต้น ในกรณีนี้ ระบบอัตโนมัติแบบบูรณาการ (Integrated Automation) สามารถนำไปใช้ได้ตั้งแต่วาล์วกระบวนการ (Process Valve) ไปจนถึงระดับการควบคุม คอนโทรลวาล์ว (Control Valve)
นอกจากโมดูลนิวเมติกส์และโมดูลสื่อสารแล้ว ฐานยึดวาล์วยังมีพอร์ตต่างๆ สำหรับจ่ายและระบายอากาศแล้ว ยังมีพอร์ตใช้งานอีกมากมาย Working Port นแสดงถึงการเชื่อมต่อแบบนิวแมติกกับแอคชูเอเตอร์เพื่อให้สามารถควบคุมผ่านแรงดันอากาศได้ นอกจากนี้ยังมีอินพุตการป้อนข้อมูลกลับอีกด้วย ด้วยความช่วยเหลือของอินพุตไฟฟ้าในตัวเหล่านี้ สถานะของแอคชูเอเตอร์สามารถถูกแสดงที่ฐานยึดวาล์วและถ่ายโอนไปยังตัวควบคุมลอจิก (PLC) ที่ตั้งโปรแกรมได้ในระดับที่สูงกว่า
ขอบเขตการใช้งานของฐานตั้งวาล์ว
Areas of Application
ฐานตั้งวาล์วถูกใช้ในกระบวนการ (Process Automation) และระบบอัตโนมัติ (Factory Automation) ในโรงงานอุตสาหกรรม ในด้านของกระบวนการอัตโนมัติ อุตสาหกรรมยาและเครื่องสำอาง รวมจนถึงอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม เป็นไปได้ยากถ้าขาดเทคโนโลยีนี้
ในบริบทของอุตสาหกรรม 4.0 ฐานตั้งวาล์วกำลังถูกใช้เป็นระบบอัตโนมัติแบบไฟฟ้า-นิวแมติกส์ (Electro-Pneumatic Automation Systems) มากขึ้น โดยใช้ร่วมกับฟังก์ชันการวินิจฉัยต่างๆ ด้วยเหตุนี้ Valve Island จึงถูกนำมาใช้เสมอเมื่อระบบอัตโนมัติ (Automation) หรือความปลอดภัยในการดำเนินงาน (Operational Safety) มีความต้องการสูง ข้อได้เปรียบของ “หน่วย (Units)” เหล่านี้ ทำให้เป็นที่ปรารถนาในทั้งเครื่องจักรขนาดกะทัดรัด (Compact Machines) และในโรงงานขนาดใหญ่ที่มีวาล์วหลากหลายแบบ
โดยปกติแล้ว จะมีการติดตั้งฐานวาล์วในตู้ควบคุม (Control Cabinets) ในลักษณะที่ประหยัดพื้นที่ในกรอบของระบบอัตโนมัติแบบรวมศูนย์หรือแบบกระจาย (Framework of Central or Distributed Automation Concepts) เช่น วาล์วกระบวนการและแอคทูเอเตอร์อื่นๆ สามารถควบคุมได้จากตำแหน่งศูนย์กลาง
การใช้งานในพื้นที่เสี่ยงต่อการระเบิด (Use in Areas At Risk of Explosion)
การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า (Electrotechnical Devices) ในพื้นที่เสี่ยงต่อการระเบิดสามารถทำได้ในขอบเขตที่จำกัดเท่านั้น เมื่อเปิดสวิตช์ สลับ หรือเปลี่ยนตำแหน่งอุปกรณ์ อาจทําให้เกิดประกายไฟซึ่งนำไปสู่การระเบิดได้ เนื่องจากมีส่วนผสมของวัตถุไวไฟหรือสารที่สามารถระเบิดได้ในอากาศและก๊าซ (Explosive Air-Gas Mixtures) ในลักษณะกระจายโดยใช้ลม ฐานตั้งวาล์วสามารถถูกติดตั้งได้ใน ATEX Zone 2 หากได้รับการอนุมัติที่เหมาะสม
ฐานยึดวาล์ว Type 8650 – AirLINE Ex Electro-Pneumatic Automation System for Hazardous Areas ยี่ห้อ Burkert ได้รับการรับรองให้ใช้ในพื้นที่โซน 1 ที่เสี่ยงต่อการระเบิดตามมาตรฐาน ATEX
คำว่า ATEX นั้นมาจากคำว่า ATmosphere EXplosibles และอ้างถึงกฎระเบียบของยุโรปเกี่ยวกับการทำงาน ซึ่งรวมถึงเครื่องมืออุตสาหกรรมและเครื่องมือในบรรยากาศที่สามารถหาจุดระเบิดหรือจุดที่เล็งหาจุดระเบิด มาตรฐานเอเท็กซ์เป็นชื่อเรียกทั่วไปของระเบียบมาตรฐานควบคุมบรรยากาศที่สามารถเกิดการระเบิดได้ในยุโรป (European Directives) สองฉบับ คือ Directive 99/92/EC (หรือที่เรียกว่า ‘ATEX 137’ หรือ ‘ATEX Workplace Directive’) และ Directive 2014/34/EU (หรือที่เรียกว่า ‘ATEX 114’ หรือ ‘the ATEX Equipment Directive’)
การจำแนกพื้นที่ที่อาจเกิดการระเบิดได้เรียกว่าโซน (Zone) พื้นที่ในโซน 1 (Zone 1) คือ พื้นที่อันตรายเนื่องจากมีการรั่วไหลก๊าซหรือไอระเหยของสารไวไฟออกมาผสมอยู่ในบรรยากาศที่จุดติดไฟได้อยู่บ่อยครั้งในกระบวนการทำงานตามปกติ หรือเมื่อทำการซ่อมแซมเครื่องมืออุปกรณ์ในบริเวณดังกล่าว พื้นที่ใน โซน 2 (Zone 2) จะมีโอกาสที่จะมีความเข้มข้นของไอระเหยของสารไวไฟเกินกว่า 100% ของค่า Lower Explosive Limit (LEL) ของสารนั้นในภาวะปกติ น้อยกว่า 10 ชั่วโมงต่อปี โซน 2 คือ พื้นที่อันตรายเนื่องจากมีการรั่วไหลของก๊าซหรือไอระเหยของสารไวไฟ (Flammable Gases or Vapors) ออกมาผสมอยู่ในบรรยากาศ
การใช้งานในระบบนํ้าประปา (Valve Island Application in Waterworks)
ตามกฎแล้ว ในการประปา ขั้นตอนการบำบัดน้ำแต่ละขั้นตอนจะดำเนินการโดยอัตโนมัติ โดยอิสระ โดยใช้ส่วนประกอบและตู้ควบคุมของตนเองเพื่อรับประกันความพร้อมใช้งานอย่างถาวรและการควบคุมคุณภาพของน้ำดื่ม
ฐานรวมวาล์วสำหรับโรงงานผลิตที่มีกระบวนการทำความสะอาด (Valve Islands for Production Plants with Cleaning Processes)
กลุ่มวาล์วกระบวนการมีอยู่ทั่วไปในโรงงานผลิตที่มีกระบวนการทำความสะอาดแบบ Clean in Place (CIP) ซึ่งการใช้ฐานตั้งวาล์วเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานนี้ เพราะสามารถควบคุมวาล์วกระบวนการหลายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องจักรและระบบจำเป็นต้องมีการปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จากสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เกาะวาล์วจึงถูกติดตั้งในตู้ควบคุมเพื่อการป้องกันที่เพียงพอ นอกจากนี้ การรวมศูนย์ยังช่วยลดความพยายามในการติดตั้ง
การผสานการทำงานของแมนิโฟลด์วาล์ว
Functional Integration on the Manifold Valve
ด้วยความช่วยเหลือของระบบบัส ฟังก์ชันไฟฟ้า นิวแมติกส์ และกลไกต่างๆ สามารถรวมเข้ากับเกาะวาล์วได้ Functional Integration ช่วยให้วงจรวาล์วพร้อมฟังก์ชันการวินิจฉัยและเซ็นเซอร์ความดันถูกจับรวมอยู่ในอุปกรณ์เดียวและเชื่อมต่อกับตัวควบคุม (Electro-Pneumatic Automation System) ระดับที่สูงกว่า และขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเป้าหมาย (Target Application) สามารถเลือกและรวมฟังก์ชันที่เหมาะสมโดยเฉพาะได้ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนลดลง
ซัพเพทวาล์วของ Burkert หรือ เกาะวาล์วนิวแมติก (Pneumatic Valve Island) Bürkert Type 8647 สามารถรวมเข้ากับระบบอุปกรณ์ต่อพ่วงแบบกระจายได้โดยตรง อย่างเช่น SIMATIC ET 200SP และ ET 200SP HA นี่ช่วยให้การเริ่มต้นใช้งานสะดวกขึ้นและยังปรับปรุงการตรวจสอบระบบอีกด้วย ห่วงโซ่กระบวนการ (Process Chain) ทั้งหมดจึงได้รับประโยชน์จากการรวมการทำงานของวาล์วหลายตัวในที่เดียว
ข้อดี
Advantages
เมื่อเทียบกับระบบอัตโนมัติที่ใช้วาล์วเดี่ยว ซัพเพทวาล์วมีข้อได้เปรียบมากมาย ไม่เพียงแค่ขั้นตอนการติดตั้งจะลดลงและง่ายขึ้นเท่านั้น แต่ต้นทุนยังลดลอีกด้วย อาทิเช่น มีเพียงความจำเป็นในการแจกจ่ายลมอัดไปสู่วาล์วหลายตัวจากแหล่งจ่ายอากาศกลางแหล่งเดียวเท่านั้น
เนื่องจากซัพเพทวาล์วรวมการสื่อสารและการทำงานอัตโนมัติของวาล์วหลายตัวไว้ในอุปกรณ์เพียงเครื่องเดียว การติดตั้งซอฟต์แวร์และการตั้งโปรแกรมจึงง่ายกว่ามาก ตัวอย่างเช่น วาล์วไม่จำเป็นต้องกำหนดพารามิเตอร์ทีละตัว แต่สามารถกำหนดค่าภายในเครือข่ายได้ภายในทันที
ฟังก์ชันการวินิจฉัยที่ครอบคลุม เช่น การตรวจสอบการหักของสายไฟและการลัดวงจร หรือการนับรอบการเปลี่ยน (Switching Cycles) ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโรงงานอีกด้วย ซึ่งช่วยให้สามารถซ่อมบำรุงวาล์วได้ในเวลาที่เหมาะสม และในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด สามารถระบุและแก้ไขปัญหาได้อย่างรวดเร็ว
Bürkert – ผู้เชี่ยวชาญสำหรับฐานตั้งวาล์ว
Bürkert – Your Expert for Valve islands
ตั้งแต่ปี พ.ศ. ๒๕๓๕ Burkert เป็นผู้เชี่ยวชาญที่เชื่อถือได้สำหรับการออกแบบและการผลิตฐานวาล์ว และได้สร้างอุปกรณ์มากมายที่มีฟังก์ชั่นเฉพาะ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมและกระบวนการอัตโนมัติหลากหลาย นอกจากนี้ เนื่องจากร่วมมือกับ Siemens (ซีเมนส์) หลายปี ส่งผลให้มีการผลิตคิดค้นฐานใช้งานเฉพาะทาง (Application-Specific) มากมายหลายรุ่น Sub-Base Valve รุ่นล่าสุดมีฟังก์ชันเพิ่มเติมที่เป็นประโยชน์อย่างมาก สามารถตรวจสอบและแสดงฟังก์ชันการวินิจฉัยจำนวนมากได้ทั้งบนจอแสดงผล LC และใน PLC
เลือกดูผลิตภัณฑ์ของเราการอ้างอิงของลูกค้า (Customer Reference) – Bürkert Valve Islands in Practice
ลูกค้าจำนวนมากของเราไว้วางใจ Bürkert สำหรับระบบอัตโนมัติในโรงงานของพวกเขา:
โซลูชันระบบอัตโนมัติใหม่สำหรับการผลิตอินซูลิน – ZETA Biopharma GmbH พึ่งพาอาศัยเทคโนโลยีและโซลูชั่นจาก Bürkert สำหรับโรงงานผลิตอินซูลินที่ใช้กระบวนการหมักเชิงอุตสาหกรรม หรือ กระบวนย่อยน้ำตาล หรือสารประกอบทางชีวภาพอื่นๆ ลูกค้าใช้ฐานตั้งวาล์ว Type 8647 กว่า 20 ตัวในสายการผลิตอินซูลินของพวกเขา
ในฐานะซัพพลายเออร์ในโครงการโรงงาน F3 Factory Project หรือ F³ Factory Projekt ที่ย่อมาจาก Flexible, Fast, and Future Factory ทาง Bukert ได้พัฒนาแนวคิดแบบองค์รวมสำหรับระบบอัตโนมัติของกระบวนการที่มีฐานยึดวาล์วและระบบ I/O ทางไกลโดยร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับ Bayer Technology Services GmbH
การปรับปรุงโรงงานให้ทันสมัยขึ้นในสภาพแวดล้อมการป้องกันการระเบิดด้วย Type 8650 – บริษัท ฮันทส์แมน (Huntsman) เป็นผู้สารเคมีและผลิตเคมีภัณฑ์สำหรับสิ่งทอต่างๆ Burkert ช่วยให้ลูกค้าประหยัดพื้นที่ในตู้คอนโทรล และในเวลาเดียวกันความปลอดภัยในการดำเนินงานของโรงงานก็ดีขึ้น