229 - 313 Industrial Automatic Control
Hydraulic and Pneumatic System
อ.ศิวศิษย์ วิทยศิลป์
1
ระบบไอดรอลิกส์ (Hydraulic)
ระบบไฮดรอลิกส์ เป็ นระบบที่มีการส่ งถ่ายพลังงาน
(Transmission) ของของไหลให้เป็ นพลังงานกล โดยผ่านตัว
กระทา (Actuators) เช่น กระบอกสู บ (Cylinder) มอเตอร์
ไฮโดรลิกส์ (Hydraulic Motor)
ในทางอุตสาหกรรม นิยมใช้น้ ามันไฮดรอลิกส์เป็ น
ตัวกลางในการส่ งถ่ายพลังงาน เพราะน้ ามันไฮดรอลิกส์มี
คุณสมบัติที่สาคัญคือ ไม่ สามารถยบุ ตัวได้ (Incompressible)
จึงทาให้มีการสู ญเสี ยพลังงานน้อยในการส่ งถ่ายพลังงาน
2
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์
ในปัจจุบนั ได้มีการนาเอาระบบไฮดรอลิกส์ไปใช้
งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ หลากหลาย แยกตามประเภท
อุตสาหกรรม คือ





อุตสาหกรรมเหล็ก
อุตสาหกรรมประเภท เครื่ องอัดขึ้นรู ป (Press) งานตัด
(Cutting) งานดัด (Bending)
อุตสาหกรรมอาหาร เช่น เครื่ องบด
อุตสาหกรรมยานยนต์และชิ้นส่ วน
อุตสาหกรรมบรรจุภณั ฑ์ และการพิมพ์
3
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)




งานด้านวิศวกรรมโยธา
งานด้านการเดินเรื อทะเล และงานสารวจแหล่งแร่ การ
ขุดเจาะน้ ามันและก๊าซธรรมชาติ
อุตสาหกรรมยาง ไม้
อุตสาหกรรมพลาสติก
นอกจากนี้ยงั มี เครื่ องมือลาเลียง ขนถ่าย เครื่ องบรรจุ
เครื่ องมือขุดเจาะ อุปกรณ์การยกเคลื่อนย้าย เป็ นต้น
4
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
ระบบเบรครถยนต์
5
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
แม่แรงยกรถ
6
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
อุปกรณ์ขนถ่าย
7
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
เครื่ องอัดไฮดรอลิกส์
8
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
เครน และ อุปกรณ์ช่วยก่อสร้าง
9
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
ไฮดรอลิกส์ในอุตสาหกรรมเหล็ก
10
การใช้ งานของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
Sausage filler
ไฮดรอลิกส์ในอุตสาหกรรมอาหาร
11
โครงสร้ างของระบบไฮดรอลิกส์
12
โครงสร้ างของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
 ส่ วนจ่ ายกาลัง
ทาหน้าที่ส่งถ่ายพลังงานผ่านน้ ามันเข้าสู่ ระบบ โดยมี
มอเตอร์ไฟฟ้าหรื อเครื่ องยนต์เป็ นตัวขับ (drive) ไฮดรอลิกส์
ปั๊มให้หมุน เพื่อที่จะดูดน้ ามันจากถังพักเข้ามาในตัวเสื้ อของ
ปั๊ม และส่ งออกไปสู่ ระบบ โดยส่ วนมากเรี ยนส่ วนนี้วา่
Power Unit ซึ่งจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น
1. Hydraulic pump
2. มอเตอร์ไฟฟ้า หรื อ เครื่ องยนต์ขบั
3. ถังพักน้ ามัน
4. ไส้กรองน้ ามัน
13
โครงสร้ างของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
 ส่ วนจ่ ายกาลัง
5. ที่ดูระดับน้ ามัน (Level guage)
6. ฝาเติมน้ ามัน และระบายอากาศ (Air breather)
7. ข้อต่อส่ งกาลัง (Drive Coupling)
 ระบบควบคุมการทางาน
เป็ นระบบที่ใช้ควบคุมการทางานของกระบอกไฮ
ดรอลิกส์ หรื อไฮดรอลิกส์มอเตอร์ โดยควบคุม
1. ทิศทางการไหลของน้ามัน (Directional Control) ทา
ให้กระบอกเคลื่อนที่เข้าออกได้ เช่น โซลินอยด์วาล์ว
(Solenoid Valve) เป็ นต้น
14
โครงสร้ างของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
2. ความดันของน้ามันในระบบ (Pressure Control) เพือ่
จากัดความดันในการใช้งานต่างๆ ให้เป็ นไปตาม
ต้องการ อุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมความดัน ได้แก่
1. วาล์วปลดความดัน (Pressure relief valve)
2. วาล์วลดความดัน (Pressure reducing valve)
3. วาล์วจัดลาดับความดัน (Pressure sequence valve)
4. วาล์วกันตก (Counter balance valve)
5. วาล์วลดโหลด (Unloading valve)
15
โครงสร้ างของระบบไฮดรอลิกส์ (ต่ อ)
3. ปริ มาณการไหลของน้ามัน (Flow Control) เพื่อจากัด
ปริ มาณการไหลของน้ ามันให้มากหรื อน้อย ทาให้
สามารถควบคุมความเร็ วของอุปกรณ์การทางานได้
 ส่ วนเคลื่อนที่ (Actuator)
ทาหน้าที่เปลี่ยนแปลงพลังงานจากพลังงานจาก
ของเหลวเป็ นพลังงานกล เพื่อกระทาต่อภาวะโหลด เช่น
กระบอกสู บจะส่ งถ่ายพลังงานในแนวเชิงเส้น (Linear)
หรื อ ไฮดรอลิกส์มอเตอร์ จะส่ งถ่ายพลังงานในแนวเชิง
หมุน (Rotary) กระทาต่อโหลด
16
หลักพืน้ ฐานของระบบไฮดรอลิกส์
F2
F1
P1
P2
P1
= P2
F = P
×
A
17
ข้ อดีและข้ อด้ อยของระบบไฮดรอลิกส์
ข้ อดี
1. สามารถรับ load ได้สูง ทั้งในแนวเส้นตรงและแนว
หมุน โดยให้แรงที่คงที่ทุกความเร็ ว
2. สามารถส่ งถ่ายพลังงานไปได้ไกลโดยผ่านทาง
ท่อไฮดรอลิกส์ไปยังกระบอกลูกสู บหรื อมอเตอร์ได้
โดยไม่ตอ้ งใช้ระบบทางกล เช่น โซ่ หรื อ เพลา
3. สามารถควบคุมความเร็ วในการเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่า
ระบบนิวแมติกส์และระบบไฟฟ้า
4. ราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับภาระโหลดที่เท่ากัน
18
ข้ อดีและข้ อด้ อยของระบบไฮดรอลิกส์
ข้ อด้ อย
1. อุปกรณ์ทางาน จะเคลื่อนที่ชา้ กว่าระบบนิวแมติกส์
และไฟฟ้า
2. การออกแบบวงจร และการติดตั้งเดินท่อจะทาได้ยาก
กว่าระบบนิวแมติกส์
3. สามารถเกิดการรั่วซึมของน้ ามันได้ตามจุดข้อต่อต่างๆ
4. การบารุ งรักษายุง่ ยากกว่าระบบนิวแมติกส์และไฟฟ้า
19
ระบบนิวแมติกส์ (Pneumatics)
ความหมาย
 นิวแมติกส์มาจากคาศัพท์ภาษากรีกว่า“Pneuma” หมายถึง
หายใจหรือลม
 ระบบนิวแมติกส์ หมายถึง ระบบการส่งกาลังจากต้นทางไปยัง
ปลายทางโดยอาศัยลมเป็นตัวกลางในการส่งกาลังและควบคุม
การทางาน
 ลักษณะการควบคุมโดยส่วนใหญ่แล้วจะเป็นการควบคุมแบบ
เปิด-ปิด
20
21
การใช้ งานของระบบนิวแมติกส์ ในอุตสาหกรรม





อุตสาหกรรมการผลิต
เครื่ องมือวัด
งานก่อสร้าง
งานขนถ่ายอุตสาหกรรม
อื่นๆ เช่น อุปกรณ์ภายในรถยนต์ รถไฟ งานแพทย์
อุปกรณ์กีฬา เป็ นต้น
22
การใช้ งานของระบบนิวแมติกส์ ในอุตสาหกรรม (ต่ อ)
23
การใช้ งานของระบบนิวแมติกส์ ในอุตสาหกรรม (ต่ อ)
นิวแมติกส์ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง
24
การใช้ งานของระบบนิวแมติกส์ ในอุตสาหกรรม (ต่ อ)
25
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์
26
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Air comporessor (เครื่ องอัดลม)
◦ ทำหน้ ำที่ผลิตลมอัดให้ ได้ ควำมดันตำมที่ต้องกำร โดยจะดูดอำกำศที่
ควำมดันบรรยำกำศแล้ วอัดให้ มีควำมดันเพิ่มสูงขึ ้น ลมอัดที่ผลิตได้ จะ
ถูกเก็บไว้ ที่ถงั พักลมอัดก่อนที่จะจ่ำยให้ ระบบ
27
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Receiver (ถังพักลมอัด)
◦ มีหน้ ำที่เก็บปริ มำณลมอัดที่ผลิตได้ จำกเครื่ องอัดลม ให้ มีปริ มำณลมอัด
ที่เพียงพอกับกำรจ่ำยให้ กบั ระบบและยังช่วยรักษำระดับควำมดันให้
คงที่
◦ ยังช่วยระบำยควำมร้ อนจำกลมอัด ซึง่ จะทำให้ ไอน ้ำที่ผสมเข้ ำมำกับลม
อัดเกิดกำรควบแน่นเป็ นน ้ำอยู่ที่ถงั พัก และสำมำรถระบำยออกได้ ที่
วำล์วระบำยด้ ำนล่ำง
28
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

After cooler (เครื่ องระบำย
ควำมร้ อนลมอัด)
◦ ทำหน้ ำที่ระบำยควำมร้ อนลมอัดให้ มี
อุณหภูมิลดลงทำให้ ไอน ้ำหรื อ
ควำมชื ้นที่ผสมกับลมอัดกลัน่ ตัวเป็ น
หยดน ้ำ จึงเป็ นตัวดึงเอำไอน ้ำออก
จำกลมอัด
29
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Main Air Filter (เครื่ องกรองลมหลัก)
◦ มีหน้ ำที่กรองเศษฝุ่ นละออง และไอน ้ำที่ผสมมำกับลมอัดให้ สะอำดก่อนนำลม
อัดไปใช้ งำน ซึง่ ลมอัดที่เข้ ำมำจะมีควำมดันและจะไหลลงไปที่ตวั กรองที่เป็ นรูป
กรวย ทำให้ เกิดกำรหมุนเหวี่ยงเศษฝุ่ นผงซึง่ จะไปติดค้ ำงที่ไส้ กรอง และน ้ำจะ
ตกลงด้ ำนล่ำงซึง่ มีรูระบำยออก จึงทำให้ ลมอัดที่ไหลออกไปมีควำมแห้ งและ
สะอำดยิ่งขึ ้น
30
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Air Dryer (เครื่ องกำจัดควำมชื ้น)
◦ ทำหน้ ำที่กำจัดควำมชื ้นออกจำกลมอัด โดยปกติเครื่ องระบำยควำมร้ อนไม่
สำมำรถที่จะกำจัดควำมชื ้นหรื อไอน ้ำออกได้ หมดจึงจำเป็ นจะต้ องมีอปุ กรณ์ที่
ทำให้ ลมอัดแห้ งปรำศจำกควำมชื ้น เพื่อไม่ให้ เกิดสนิมภำยในอุปกรณ์
31
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Service Unit (ชุดปรับสภำพของลมอัด)
◦ ในระบบนิวแมติกส์ก่อนนำลมอัดไปใช้ งำน จะต้ องมีอปุ กรณ์ช่วยทำ
ควำมสะอำดลมอัดอีกครัง้ หนึง่ รวมทังจะต้
้ องรักษำแรงดันลมอัดให้ ได้
ตำมต้ องกำร และบำงครัง้ ต้ องผสมละอองหล่อลื่นให้ กบั อุปกรณ์ใน
วงจรนิวแมติกส์ด้วยประกอบด้ วย
32
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

Service Unit (ชุดปรับสภำพของลมอัด)
◦ Filter (ตัวกรองลมอัด) มีหน้ ำที่กำจัดสิ่งสกปรกฝุ่ นละอองและไอน ้ำ
ที่ผสมมำกับลมอัด
◦ Pressure Regulator (ตัวควบคุมควำมดัน) มีหน้ ำที่ควบคุม
ควำมดันลมอัดด้ ำนใช้ งำนให้ คงที่ และรักษำปริ มำณลมอัดในกำรใช้
งำนให้ คงที่
◦ Lubricator (ตัวผสมละอองน ้ำมันหล่อลื่น) มีหน้ ำที่จ่ำยสำรหล่อ
ลื่นให้ กบั อุปกรณ์นิวแมติกส์ เพื่อช่วยลดกำรสึกหรอและป้องกันกำรเกิด
สนิมในอุปกรณ์ตำ่ งๆ
◦ Pressure Gauge (เกจวัดควำมดัน) ใช้ สำหรับวัดควำมดัน
ปกติจะติดตังอยู
้ ่ทำงออกของตัวควบคุมควำมดันลมอัด
33
Pneumatic Application
Compressed Air Systems
34
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

อุปกรณ์ ควบคุมการทางาน หมำยถึง ลิ ้นควบคุมชนิดต่ำง ๆ
ในระบบนิวแมติกส์ซงึ่ ทำหน้ ำที่ควบคุมกำรเริ่ มและหยุดกำร
ทำงำนของวงจร ควบคุมทิศทำงกำรไหลของลมอัด ควบคุมอัตรำ
กำรไหลของลมอัดและควบคุมควำมดัน
o Directional Control Valve (วำล์วควบคุมทิศทำง) มี
หน้ ำที่เปลี่ยนทิศทำงกำรไหลของลมอัดทำให้ อปุ กรณ์
ทำงำนของระบบนิวแมติกส์เคลื่อนที่ตำมทิศทำงที่ต้องกำร
o Flow Control Valve (วำล์วควบคุมอัตรำกำรไหล) มี
หน้ ำที่ควบคุมกำรเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ทำงำน ให้ ช้ำหรื อ
เร็ว โดยกำรปรับอัตรำกำรไหลของลมอัด
35
อุปกรณ์ของระบบนิวแมติกส์

อุปกรณ์ ทางานในวงจรควบคุมนิวแมติกส์ ประกอบด้ วย
ระดับกำรควบคุมดังต่อไปนี ้
1.0
1.3
Actuating
devices
1.1
A (4)
Z (14)
1.6
A (2)
S 1.2
Final control
element
Y (12)
S (5)
P (1)
A
X
B (2)
R (3)
Y
Processing
element
A (2)
S 1.4
A (2)
1.3
Input element
Sensor
P (1)
R (3)
P (1)
R (3)
P (1)
R (3)
0.1
Energy supply
36
อุปกรณ์ทำงำนในระบบนิวแมติกส์

ทำหน้ ำที่เปลี่ยนพลังงำนของแรงดันลมให้ เป็ นพลังงำนกลใน
รูปแบบต่ำงๆ ในที่นี ้จะอธิบำยอุปกรณ์ทำงำนเคลื่อนที่ในแนว
เส้ นตรง
 Single Acting Cylinder (กระบอกสูบทำงำนทำงเดียว)
จะใช้ ลมอัดลูกสูบด้ ำนเดียวเพื่อดันลูกสูบให้ วิ่งออก ส่วนอีกด้ ำนจะ
เป็ นด้ ำนระบำย ลูกสูบจะถอยกลับด้ วยแรงของสปริ งภำยใน
37
37
 Double Acting Cylinder (กระบอกสูบทำงำนสอง
ทำง) ใช้ ลมอัดดันให้ ก้ำนสูบเลื่อนออกและเลื่อนเข้ ำทังสอง
้
ด้ ำน กำรให้ ลกู สูบวิ่งออกจึงต้ องเอำลมอัดใส่เข้ ำไปทำงด้ ำน
ลูกสูบและกำรให้ ลกู สูบเคลื่อนที่กลับตำแหน่งเดิมก็ต้องเอำ
ลมอัดใส่เข้ ำไปทำงด้ ำนก้ ำนสูบ
38
อุปกรณ์ทำงำนในระบบนิวแมติกส์
 Cushion Cylinder (กระบอกสูบทำงำนสองทำงแบบ
มีตวั กันกระแทก) ออกแบบให้ มีเบำะลมต้ ำนกำรกระแทก
ของลูกสูบก่อนจะสุดช่วงชัก โดยกำรบังคับให้ ลมไหลผ่ำน
ช่องแคบๆ ที่อำจจะปรับค่ำได้
39
39
อุปกรณ์ทำงำนในระบบนิวแมติกส์
 Rod less Cylinder (กระบอกสูบแบบไม่ มีก้านสูบ) เหมาะกับ
งานที่ต้องการช่ วงชักยาว พืน้ ที่ใช้ งานจากัด การทางานจะใช้ ลมอัดไป
ดันลูกสูบที่มีแม่ เหล็กติดไว้ กับลูกสูบให้ เคลื่อนที่ เป็ นผลทาให้ ปลอก
เลื่อนภายนอกซึ่งก็มีแม่ เหล็กติดอยู่เคลื่อนที่ตามไปด้ วย
40
40
วิธีกำรควบคุมระบบนิวแมติกส์
1.
กำรควบคุมด้ วยลมอัด (Pneumatic)
 จะใช้ ลมอัดเป็ นต้ นกำลังและเป็ นสัญญำณให้ กำรควบคุม
อุปกรณ์นิวแมติกส์ให้ ทำงำนตำมที่ต้องกำร เหมำะกับลักษณะ
งำนที่จะก่อให้ เกิดอันตรำย ไม่สำมำรถใช้ สญ
ั ญำณไฟฟ้ำในกำร
ควบคุมได้
2.
กำรควบคุมนิวแมติกส์ด้วยไฟฟ้ำ (Electro Pneumatic)
 ใช้ ลมอัดเป็ นต้ นกำลังและสัญญำณไฟฟ้ำในกำรควบคุมอุปกรณ์
นิวแมติกส์ให้ ทำงำน โดยอำศัยรี เลย์เป็ นอุปกรณ์หลักในกำร
ควบคุม ข้ อเสีย มีควำมยุ่งยำกในกำรต่อวงจรควบคุม ไม่เหมำะ
กับงำนที่มีกำรเปลี่ยนแปลงกำรทำงำนอยู่บอ่ ยๆ
41
วิธีกำรควบคุมระบบนิวแมติกส์
3.
กำรควบคุมนิวแมติกส์ด้วย PLC
 คล้ ำยกับกำรควบคุมนิวแมติกส์ไฟฟ้ำ แต่ใช้ PLC เป็ นตัว
ควบคุมแทนระบบควบคุมด้ วยรี เลย์ ข้ อดี สำมำรถควบคุมกำร
ทำงำนที่ย่งุ ยำก ซับซ้ อนได้ ดี เหมำะกับงำนที่มีกำรเปลี่ยนแปลง
แก้ ไขบ่อยๆ
42
ข้ อดีและข้ อด้ อยของระบบนิวแมติกส์
ข้ อดี
1. ทนต่อการระเบิด ไม่มีอนั ตรายจากการระเบิดหรื อติดไฟ
อุปกรณ์ราคาไม่แพง
2. รวดเร็ ว ลูกสู บมีความเร็ วในการทางาน1 ถึง 2 m/s ถ้าเป็ น
ลูกสู บแบบพิเศษสามารถทางานได้ถึง 10 m/s
3. การส่ งถ่ายง่าย สามารถเดินท่อในระยะทางไกลได้ และลม
ที่ใช้แล้วไม่ตอ้ งนากลับ สามารถปล่อยทิ้งออกสู่บรรยากาศได้
เลย(เป็ นระบบเปิ ด)
4. การเตรี ยมและรักษาง่าย สามารถอัดลมไว้ในถัง เพื่อ
นาไปใช้งานได้ต่อเนื่อง
43
ข้ อดีและข้ อด้ อยของระบบนิวแมติกส์ (ต่ อ)
ข้ อดี
5. ความปลอดภัย อุปกรณ์ที่ใช้กบั ระบบนิวเมติก จะ
ไม่เกิดการเสี ยหายจากงานที่เกินกาลัง
6. สะอาด นิวเมติกมีความสะอาด ทาให้อุปกรณ์
เครื่ องใช้สะอาดหมดจด
7. โครงสร้างง่ายต่อการใช้และดูแล
44
ข้ อดีและข้ อด้ อยของระบบนิวแมติกส์ (ต่ อ)
ข้ อด้ อย
1. นิวเมติกส์สามารถอัดตัวได้ ทาให้การเคลื่อนที่ของอุปกรณ์
ไม่สม่าเสมอ
2. มีความชื้น เมื่อเย็นตัวจะเกิดการกลัน่ ตัวของหยดน้ าในถัง
เก็บลมและท่อลม
3. ต้องการเนื้อที่มาก เมื่อต้องการใช้แรงมากต้องใช้กระบอก
สู บขนาดใหญ่
4. มีเสี ยงดัง เมื่อมีการระบายลมออกจากอุปกรณ์ จาเป็ นต้อง
ใช้ตวั เก็บเสี ยง
5. ความดันเปลี่ยนแปลงได้ ความดันของลมจะเพิ่มขึ้นและ
ลดลง เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
45
ปัจจัยในการเลือกใช้ งานระบบนิวเมติกและไฮดรอลิก
1. ระดับของกาลัง ระบบนิวเมติกส์ให้กาลังอยูร่ ะหว่าง 0.25~1.5 แรงม้า
ส่ วนไฮดรอลิกให้กาลังของนิวเมติกสามารถกระจายให้อุปกรณ์ทางานได้
หลายจุด แต่ไฮดรอลิกทางานได้จุดเดียวเนื่องจากเป็ นระบบปิ ด
2. ระดับเสี ยง นิวเมติกจะมีที่เก็บเสี ยง จึงเงียบกว่าที่แรงม้าเท่ากัน
เนื่องจากปั้ มน้ ามันจะต้องทางานอยูต่ ลอดเวลา
3. ความสะอาด นิวเมติกจะสะอาดกว่าไฮดรอลิกส์
4. ความเร็ ว นิวเมติกจะทางานได้เร็ วกว่าไฮดรอลิกที่กาลังน้อย
5. ต้นทุนการทางาน ของไฮดรอลิกส์จะต่ากว่า
6. ต้นทุนขั้นแรก อุปกรณ์นิวเมติกจะราคาต่ากว่า
7. ความแข็งแรง ไฮดรอลิกจะแข็งแรงกว่า รับโหลดได้มากกว่า
8. การควบคุมตาแหน่ง แม้ไฮดรอลิกจะเคลื่อนที่ได้ชา้ กว่า แต่จะมีความ
แม่นยาในการหยุดมากกว่า
46