Digital Electronic Speed Governor

บทนำ                

          GOVERNOR ในด้านวิศวกรรมหมายถึง เครื่องควบคุมความเร็วเครื่องจักร ซึ่งรถจักรดีเซลไฟฟ้าที่ใช้งานในการรถไฟแห่ง-ประเทศไทย   จะใช้อุปกรณ์ซึ่งเรียกว่า Governor มาควบคุมความเร็วรอบของเครื่องยนต์ รถจักรดีเซลไฟฟ้า ALSTHOM เริ่มเข้ามาใช้งานในการรถไฟแห่งประเทศไทยเมื่อปี2517โดยใช้เครื่องยนต์PIELSTICK 16PA4V185 CP,VG เป็นต้นกำลังมี PGAV Governor ควบคุมความเร็วรอบของเครื่องยนต์ โดยอาศัยระบบกลไกทางกลควบคุมการทำงาน จนถึงประมาณปี 2538 PGAV Governor มีความชำรุดเพิ่มมากขึ้นเนื่องจาก PGAV Governor ประกอบด้วยระบบกลไกหลายๆชิ้น ต้องทำงานสัมพันธ์กัน  เมื่อใช้งานไประยะหนึ่งความสึกหรอของชิ้นส่วนต่างๆจะเกิดขึ้นทุกๆส่วนพร้อมกัน ความมีเสถียรภาพของระบบย่อมลดลงทำให้เกิดความชำรุดขณะใช้งาน   เมื่อ PGAV Governor ถูกส่งเข้ารับการซ่อมไม่ว่าจะเป็นการซ่อมในวาระปกติหรือนอกวาระ การจัดหาอะไหล่สำหรับสนับสนุนงานซ่อมให้ได้มาทุกชิ้นส่วนนั้นทำได้ลำบาก  ราคา Complete  Set และ Overhaul Kit มีราคาสูงประกอบกับบริษัทผู้ผลิตได้ลดจำนวนการผลิตลง และเปลี่ยนนโยบายผลิต Digital Electronic Speed Governor  ซึ่งเป็นระบบใหม่มาใช้ทดแทนระบบเดิม เนื่องจากมีข้อดี คือ ระบบทำงานได้อย่างถูกต้องมีเสถียรภาพของระบบสูง บำรุงรักษาง่าย และราคาถูกกว่าแบบเดิมมาก  และการว่าจ้างให้เอกชนภายนอกรับ PGAV Governor ไปทำการซ่อมเมื่อนำมาใช้งานเกิดความชำรุดบ่อยเช่นเดียวกัน   ฝ่ายการช่างกลเล็งเห็นผลกระทบที่อาจจะก่อให้เกิดความเสียหายในอนาคต    จึงมีนโยบายนำ Digital Electronic Speed Governor  เข้ามาทดลองติดตั้งใช้งานในรถจักร ALSTHOM ประมาณปี 2540 อันเนื่องมาจากในขณะนั้นระบบการ Control รอบของเครื่องยนต์ที่ใช้ในงานด้านต่างๆ เช่น ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator set), ระบบการลำเลียงในโรงงานอุตสาหกรรม (Industrial Vehicles),เครื่องยนต์รถจักร(Locomotive engine), เรือเดินทะเล(Marine) ในหลายประเทศได้หันมาใช้ Digital Electronic Speed Governor อันเนื่องมาจากข้อดีดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น

          เนื่องจาก HEINZMANN Governor และ WOODWARD Governor มีลักษณะการทำงานที่คล้ายกันจึงขออธิบายเฉพาะของ HEINZMANN Governor คร่าวๆซึ่งได้ติดตั้งใช้งานในรถจักร พอให้ผู้อ่านเข้าใจถึงหลักการทำงานเป็นอย่างไร   Digital Electronic Speed Governor ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆ  คือ Hardware และ Software

          Hardware ประกอบไปด้วย กล่อง Control Unit  เป็นกล่องที่เก็บอุปกรณ์ที่สำคัญ เช่น ชุด Control Unit เปรียบเสมือนสมองของระบบอุปกรณ์ที่สำคัญภายในประกอบไปด้วย Microprocessor Motorola 68332 และหน่วยความจำ (Memory), DC/DC Converter ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟให้กับระบบและชุด Interface ประกอบด้วย Card อิเลคทรอนิคส์ จำนวน 6 Card ได้แก่ X1, X2, X3, X6, X7, X9

         ชุด Sensor ประกอบด้วย

1.Sensor ชนิดตรวจวัดแรงดันของลมเร่งรอบเครื่องยนต์ (Speed set point)
2.Sensor ชนิดตรวจวัดแรงดันของน้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์(Oil pressure)
3.Sensor ชนิดตรวจวัดแรงดันของ Boost Pressure (Turbocharger)
4.Sensor ชนิดตรวจวัดอุณหภูมิของน้ำระบายความร้อนของเครื่องยนต์   
5.Magnetic pickup เป็นชนิด Inductive sensor ทำหน้าที่สร้างความถี่เพื่อส่งสัญญาณกลับไปที่กล่อง Control Unit เสมือนเป็นอุปกรณ์สำหรับตรวจวัดรอบของเครื่องยนต์
Actuator เป็นแบบ DC disk motor มีหน้าที่ดึงเพลา (Linkage) ของปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง (Injection pump) เพื่อเพิ่มหรือลดปริมาณของน้ำมันเชื้อเพลิงตามการสั่งการของ ชุด  Control Unit รูปด้านบนแสดง Block Diagram อธิบายระบบการควบคุมสำหรับรถจักรดีเซลไฟฟ้า   Digital Control หรือ กล่อง Control Unit จะอาศัยแรงดันไฟฟ้าขนาด 24 Volt. เป็นแหล่งจ่ายไฟ

          Sensors ทั้งหลาย เช่น Magnetic pickup ส่งสัญญาณให้กับ Control Unitเพื่อประมวลผลรอบของเครื่องยนต์ , Boost pressure sensor ส่งสัญญาณให้กับControl Unit เพื่อตรวจวัดแรงดันอากาศที่ Turbocharger อัดอากาศมานั้น ประมวลผลว่าเพียงพอหรือไม่เพื่อควบคุมไม่ให้ควันไอเสียดำมากในกรณีที่ Turbocharger ชำรุด, Temperature sensorส่งสัญญาณให้กับ Control Unit เพื่อตรวจวัดอุณหภูมิของน้ำระบายความร้อน เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจจะเกิดกับเครื่องยนต์ในกรณีที่
อุณหภูมิของน้ำระบายความร้อนสูงเกิดพิกัดที่กำหนดไว้,Oil pressure sensor มีหน้าที่คล้ายกับTemperature sensor แตกต่างกันตรงที่ Oil pressure sensor ตรวจวัดแรงดันของน้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์ เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจจะเกิดกับ เครื่องยนต์ในกรณีที่แรงดันของน้ำมันหล่อลื่นต่ำกว่าพิกัดที่กำหนดไว้ , Speed set point เป็น Sensor ที่ตรวจวัดแรงดันของลมเร่งรอบแล้วส่งสัญญาณกลับไปที่ Control Unit เพื่อประมวลผลแล้วสั่งการไปที่ Actuator ให้ควบคุมปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงทำการเพิ่มหรือลดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิง  สัญญาณ Digital signal การกดปุ่ม Start เครื่องยนต์จะมีสัญญาณส่งไปที่ Control Unit เพื่อให้เกิดการควบคุมให้ Actuator บวกน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อให้สามารถติดเครื่องยนต์ได้  ในทางตรงกันข้ามเมื่อกดปุ่มดับเครื่องยนต์ จะมีสัญญาณส่งไปที่ Control Unit เพื่อให้เกิดการควบคุมให้ Actuator ควบคุมปิดทางน้ำมันเชื้อเพลิงทำให้เครื่องยนต์ดับในกรณีที่เกิดเหตุการณ์ล้อของรถจักรหมุนฟรี  (Wheel slip) จะมีสัญญาณส่งไปที่ Control Unit เพื่อให้เกิดการควบคุมให้ลดการ Excite field ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า(Alternator) ทำให้มีการจ่ายกระแสไฟไปที่มอเตอร์ขับเคลื่อน(Traction motor) ลดลง และมีการควบคุมให้ลดรอบของเครื่องยนต์ลงด้วย เป็นการช่วยให้ล้อของรถจักรลดการหมุนฟรี (Wheel slip)ลง จนกระทั้งกลับสู่สภาวะปกติ สัญญาณ Feedback จาก Actuator เพื่อให้ Control Unit ทราบตำแหน่งของเพลา Actuator ว่าอยู่ในตำแหน่งถูกต้องตามที่ Control Unit ควบคุมหรือไม่ ทั้งหมดที่ได้กล่าวมาเป็นส่วนทางด้าน Input ของกล่อง Control Unit  ส่วนทางด้าน Output ประกอบไปด้วย Actuator โดยรับสัญญาณจากกล่อง Control Unit ควบคุมปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง(Injection pump) ให้เพิ่ม-ลดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิง , สัญญาณ Digital เช่น Oil alarm และ Common alarm จะส่งออกจากกล่อง Control Unit ในกรณีที่เกิดความผิดปกติทำให้หลอดสีแดงที่กล่อง Control Unit ติดแสดง ส่วนในสภาวะปกติจะมีเฉพาะหลอดสีเขียวเท่านั้นที่ติดแสดง สุดท้ายสัญญาณ  Load control ที่จ่ายออกมา 0-20 mA. ผ่าน Interface นั้นคือ Card X9 ขยายสัญญาณเป็น 0-32 mA. เพื่อจ่ายไปที่ EVR-STE ควบคุมให้ระบบ Excitation ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Alternator) ให้เหมาะสมกับสภาวะโหลด(Load)

          Software

     Software หรือชุดคำสั่งที่นำมารวมกันเป็นโปรแกรมที่คอมพิวเตอร์ใช้งานนั้นคือโปรแกรม DcDesk2000 หลังจากที่ได้ต่อสายติดต่อสื่อสารระหว่าง Computer กับกล่อง Control Unit แล้วเมื่อเปิดโปรแกรม DcDesk2000 จะปรากฏหน้าต่างโปรแกรมซึ่งมีลักษณะเหมือนโปรแกรมทั่วไปในส่วนของแถบเมนูเป็นที่รวบรวมคำสั่งต่างๆเช่น File, Governor, Graphic, Error, Option, Window, Help แต่ขออธิบายเฉพาะคำสั่งที่สำคัญ เมื่อคลิกที่คำสั่ง Governor แล้วเลือก Start Communication จะปรากฏหน้าต่างโปรแกรม ซึ่งประกอบไปด้วยหน้าต่างย่อยได้แก่
     1.Parameters สำหรับตั้งค่าเฉพาะต่างๆของ Governor และ Engine
     2.Functionsสำหรับเลือกการตั้งค่าหน้าที่ต่างๆของ Governor ซึ่งเลือกได้ 2 ค่า คือ “0” หมายถึงการปิด Function นั้นไม่ให้ทำงานและ “1” หมายถึงการเปิด Function นั้นให้ทำงาน
    3.Measurements สำหรับตรวจสอบค่าต่างๆที่ Sensors ตรวจจับได้และคำนวณแล้วแสดงผลเป็นตัวเลขแสดงในหน้าต่างนี้ซึ่งเป็นค่าที่วัดได้ในขณะนั้น
    4.Curves สำหรับกำหนดค่าเฉพาะของ Curve ต่างๆซึ่งจะมีผลต่อเครื่องยนต์นั้นตามต้องการ เช่น เส้นโค้งจำกัดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิง (fuel limit curves),เส้นโค้งการ Excite ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า( alternator excitation curves), เส้นโค้งการเตือนของการตรวจวัดค่าแรงดันน้ำมันหล่อลื่น (oil pressure monitoring curves)  เป็นต้น
                Graphic menu เป็นเมนูคำสั่งที่น่าสนใจส่วนหนึ่งใช้สำหรับเลือกการแสดงผลต่างๆที่ Governor วัดได้ Graphic menu ที่จะขอแนะนำ คือ
                Graphic menu - Overview เป็นหน้าต่างที่แสดงผลคล้ายๆกับหน้าปัดรถยนต์ ซึ่งแสดงผลรอบของเครื่องยนต์, ตำแหน่งของเพลา Actuator , Speed set point โดยแสดงในลักษณะเป็นแบบเข็ม   ในระบบ อุปกรณ์ด้าน Graphic menu- Curves  ซึ่งนำค่า Parameterต่างๆที่ได้ตั้งไว้มาแสดงผลในรูป
ของเส้นกราฟ และสามารถปรับตั้งค่าแกน X และแกน Yได้ตามต้องการโดยการกดคลิกที่ปุ่ม Edit  และเมื่อคลิกที่ปุ่ม Start จะปรากฏจุดหนึ่งจุดวิ่งไป-มาในกราฟนั้นคือตำแหน่งที่ Governor ทำงานขณะนั้น หรือค่าที่ Sensors ต่างๆวัดได้
                Graphic menu- Curves VS. Time มีหน้าที่เหมือนกับ Overview ต่างกันตรงที่จะแสดงค่าปริมาณที่วัดได้ (แกนY) เทียบกับเวลา(แกนX) และสามารถแสดงผลการวัดค่าต่างๆหลายๆค่ามาแสดงพร้อมกันบนกราฟเดียว เหมาะสำหรับการตรวจวัดเพื่อวิเคราะห์หาสาเหตุความชำรุดหรือ ความผิดปกติของ Governor/Engine

บทสรุป
           ปัจจุบันรถจักร ALSTHOM ที่ใช้งานได้มีจำนวน 104 คัน ดำเนินการติดตั้ง  Digital Electronic Speed Governor ไปแล้วจำนวน 49 คัน และ รถจักร ALSTHOM ที่เปลี่ยนเครื่องยนต์ ใหม่เป็น GANZ ENGINE ซึ่งใช้ Digital Electronic Speed Governor ในการควบคุมอีกจำนวน 5 คัน เหลือจำนวนที่ยังใช้ PGAV Governor จำนวน 50 คัน(สำรวจเมื่อ 6 มี.ค.51)

          ขณะนี้ยังมีชุด Digital Electronic Speed Governor ที่ได้จัดหาแล้วและรอประกอบบนรถจักร ALSTHOM เพิ่มอีกจำนวนหนึ่ง   Digital Electronic Speed Governor เมื่อเปรียบเทียบกับ PGAV  Governor ในเรื่องของ Function การทำงาน Digital Electronic Speed Governor ก็เปรียบเสมือนจำลองการทำงานเช่นเดียวกับ PGAV  Governor เช่น ระบบการควบคุมรอบเครื่องยนต์, ระบบควบคุม Excitation ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Alternator), Slip protection , Low oil pressure protection   แต่จุดเด่นของ Digital Electronic Speed Governor คือระบบการทำงานจะมีเสถียรภาพดีกว่า การตรวจสอบการทำงานของระบบทำได้ง่าย และสามารถแสดงรายละเอียดอื่นๆ เช่น แรงดันของน้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์,อุณหภูมิของ น้ำระบายความร้อนแรงดัน Boost pressure, ความเร็วรอบของเครื่องยนต์, ตำแหน่งของ
Actuator ที่ดึงเพลาเพิ่ม-ลดน้ำมันเชื้อเพลิงของปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง แสดงได้บนหน้าจอ Computer ในขณะที่ของเดิมจะต้องติดตั้งเครื่องมือวัดหลายๆจุดและการตรวจดูผลการวัดค่าทำได้ลำบาก  เนื่องจากตำแหน่งแต่ละจุดอยู่ห่างกันมากและผลการวัดค่าทั้งหมดของ Digital Electronic Speed Governor สามารถบันทึกเป็นfile electronic เพื่อนำมาวิเคราะห์ในห้อง Lab ได้  อีกทั้งขณะใช้งานเมื่อเกิดความผิดปกติของเครื่องยนต์และของ Governor ระบบจะบันทึกผลเก็บลงในหน่วยความจำใน Control Unit ไว้เสมอทุกครั้ง  ผู้มีหน้าที่เกี่ยวข้องสามารถเข้าไปตรวจสอบความผิดปกติที่เกิดขึ้นได้ทำให้สามารถ แก้ไขข้อขัดข้องได้ถูกต้องและรวดเร็วลดความเสียหายที่จะเกิดในภายหลังได้ 
ค่า Parameter และ Function ต่างๆที่ได้ปรับตั้งไว้เมื่อบันทึกเก็บลงในหน่วยความจำของ Control Unit แล้ว ยังสามารถ Load ข้อมูลต่างๆทั้งหมดของ Control Unit นั้นเก็บไว้ใน Computer เพื่อนำมาวิเคราะห์ในภายหลังได้หรือสามารถ Load ข้อมูลลงใน Control Unit ชุดอื่นๆได้เพื่อให้สามารถทำงานได้เหมือนกับ Control Unit ต้นแบบเป็นการลดระยะเวลาในการปรับตั้ง Parameter และ Function ของ Control Unit ในตัวถัดๆไป
       ปัจจุบันหน่วยงานที่รับผิดชอบด้านการซ่อมบำรุงที่มีองค์ความรู้ในเรื่องนี้มีค่อนข้างจำกัด   ส่วนใหญ่จะอยู่ในส่วนกลาง เช่นโรงงานมักกะสัน โรงรถจักรดีเซลบางซื่อ เป็นต้น  หากรถจักรที่ติดตั้งระบบ Digital Electronic Speed Governor เกิดความชำรุดทางด้านเครื่องยนต์หรือ Governor ในเขตรับผิดชอบส่วนภูมิภาค พนักงานรถจักรผู้ใช้งาน หรือหน่วยซ่อมในพื้นที่ จะสามารถทำได้เพียงตรวจสอบอุปกรณ์ด้าน Hardware เท่านั้น แต่ไม่สามารถตรวจสอบความผิดปกติที่เก็บบันทึกใน Control Unit ได้เนื่องจากขาดอุปกรณ์ทางด้าน Software ที่ใช้ตรวจสอบ   ทำให้การหาสาเหตุเพื่อแก้ไขข้อขัดข้องอาจใช้ระยะระยะเวลานานหรือแก้ไขไม่ตรงจุด  ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อเครื่องยนต์หรือตัวผู้ปฏิบัติงานเอง  ดังนั้นผู้ที่มีหน้าที่เกี่ยวข้อง ควรศึกษาทำความเข้าใจ Digital Electronic Speed Governor ให้ชำนาญอีกทั้งควรจัดหาอุปกรณ์ที่ต้องใช้ตรวจสอบระบบการทำงานของ Digital Electronic Speed Governor ให้เหมาะสมเพียงพอต่อผู้ปฏิบัติงาน  เชื่อว่าทางเลือกที่นำเอา Digital Electronic Speed Governor มาใช้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมแล้วกับสถานการณ์ปัจจุบัน

>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<

เครดิต : ฝ่ายช่างกล การรถไฟแห่งประเทศไทย