ATS SWQ1-63S ช่วยโรงงานอาหารลดเวลาหยุดผลิตลง 60%

สำหรับโรงงานแปรรูปอาหารที่เดินเครื่องตลอด 24 ชั่วโมง 7 วัน ไฟฟ้าดับไม่ใช่แค่ปัญหาเรื่องไฟส่องสว่าง แต่เป็นเหตุฉุกเฉินด้านความปลอดภัยอาหาร นี่คือเรื่องราวของผู้ผลิตผลิตภัณฑ์นมเฉพาะทางรายหนึ่งที่เปลี่ยนสวิตช์ถ่ายโอนแบบใช้มือเป็นสวิตช์ถ่ายโอนอัตโนมัติ (ATS) รุ่น SINGI SWQ1-63S และลดเวลาหยุดทำงานจากไฟฟ้าขัดข้องของโครงข่ายลง 60% ในปีแรก

ลูกค้าคือใครและมีสถานการณ์อย่างไร?

ลูกค้าคือโรงงานแปรรูปผลิตภัณฑ์นมขนาด 30,000 ตารางฟุตในแถบมิดเวสต์ ผลิตชีสพรีเมียมและสินค้าแช่เย็นบรรจุหีบห่อ โรงงานจ้างพนักงาน 350 คนในสามกะ และกระบวนการผลิตต้องพึ่งพาไฟฟ้าสามเฟสต่อเนื่องสำหรับคอมเพรสเซอร์ทำความเย็น ถังพาสเจอร์ไรส์ และสายการบรรจุอัตโนมัติ

เนื่องจากแผนการประกันคุณภาพของสถานที่กำหนดให้อุณหภูมิในห่วงโซ่ความเย็นต้องคงที่ แม้ไฟฟ้าดับช่วงสั้น ๆ ก็อาจทำให้ผลิตภัณฑ์ต้องถูกกักไว้หรือทิ้ง ระบบสำรองประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลขนาด 500 kVA และสวิตช์สับเปลี่ยนที่ใช้มือบังคับ ซึ่งเป็นชุดที่พบได้ทั่วไปแต่ต้องใช้แรงงานมากสำหรับโรงงานขนาดนี้

ความท้าทายใดที่ทำให้การผลิตล่าช้า?

ก่อนการอัปเกรด ทุกครั้งที่ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าขัดข้อง ช่างไฟฟ้าต้องเดินไปที่ห้องสวิตช์เกียร์ ตรวจสอบสถานะของแหล่งจ่ายด้วยมัลติมิเตอร์ แล้วจึงสับคันโยกสับเปลี่ยนด้วยมือจริง ๆ เพื่อถ่ายโอนโหลดไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง กระบวนการนั้นใช้เวลา 15 ถึง 20 นาที ในพายุลูกใหญ่หกครั้งในช่วงสองปี โรงงานสูญเสียไฟเลี้ยงระบบทำความเย็นเฉลี่ยครั้งละ 18 นาที

ไฟฟ้าดับเป็นเวลานานครั้งหนึ่งในฤดูร้อนทำให้ผลิตภัณฑ์นมหมักทั้งล็อตมีอุณหภูมิเกินเกณฑ์ — สูญเสียโดยตรง $12,000 โรงงานยังประสบปัญหาแรงดันตก (volt-level sag) ที่ทำให้คอนแทคเตอร์ระบบทำความเย็นหลุดออกจากวงจร บังคับให้ต้องรีสตาร์ทและเพิ่มการสึกหรอของคอมเพรสเซอร์

ทีมงานเคยทดสอบคอนโทรลเลอร์อัตโนมัติที่ใช้รีเลย์ แต่กลับเกิดการถ่ายโอนผิดพลาด คอนโทรลเลอร์จะสับไปที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุกครั้งที่ระดับแรงดันของโครงข่ายตกแม้เพียงชั่วครู่ ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานโดยไม่จำเป็นและสร้างความเสียหายให้คอมเพรสเซอร์จากการสับเปลี่ยนอย่างรวดเร็ว หัวหน้าฝ่ายซ่อมบำรุงบรรยายช่วงเวลานั้นว่า “เราไว้ใจระบบอัตโนมัติไม่ได้ เราจึงกลับไปใช้แบบใช้มือ”

ทำไมโรงงานจึงเลือก SWQ1-63S ของ SINGI?

ทีมวิศวกรรมของโรงงานประเมินทางเลือก ATS หลายแบบ รวมถึงสวิตช์แบบเปลี่ยนผ่านเปิดทั่วไปและตู้ควบคุมสั่งทำที่ประกอบขึ้นจากคอนแทคเตอร์แยกตัว ปัจจัยชี้ขาดในการเลือก SINGI SWQ1-63S คือการเป็นไปตามมาตรฐาน IEC 60947-6-1 อย่างสมบูรณ์ การควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์แบบบูรณาการ และความน่าเชื่อถือเชิงกล

, SWQ1-63S มอบสิ่งต่อไปนี้:

• ตู้เดียวที่รวมทั้งสวิตช์สลับเปลี่ยนวงจรและคอนโทรลเลอร์อัจฉริยะไว้ด้วยกัน ขจัดความจำเป็นต้องใช้รีเลย์ภายนอกและแผงลอจิกแยกต่างหาก
• การตรวจจับแบบสองแรงดันอย่างแท้จริงที่เฝ้าติดตามการขาดเฟส แรงดันเกิน แรงดันต่ำ และความถี่ ทั้งบนแหล่งจ่ายไฟหลักและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• กลไกสลับเปลี่ยนที่ขับด้วยมอเตอร์พร้อมพิกัดทนกระแสช่วงเวลาสั้นที่เหมาะกับโหลดมอเตอร์ของระบบทำความเย็น
• ความหน่วงในการสลับเปลี่ยนและกลับคืนที่ปรับได้ ช่วยให้โรงงานจัดลำดับการถ่ายโอนโหลดให้สอดคล้องกับเวลาอุ่นเครื่องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• เอาต์พุตแบบดรายคอนแทคที่ส่งสถานะระยะไกลกลับไปยังระบบ SCADA ของโรงงาน

เมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์แบบรีเลย์รุ่นก่อน ฟังก์ชันตั้งเวลาในตัวและลอจิกการรักษาเสถียรภาพของ SWQ1-63S ช่วยป้องกันการทำงานโดยไม่จำเป็นในช่วงไฟตกและแรงดันตก

SWQ1-63S ถูกติดตั้งและตั้งค่าอย่างไร?

โครงการดำเนินการจนเสร็จภายในสองวัน ผู้รับเหมาไฟฟ้าของโรงงานเริ่มจากการแยกสายป้อนขาเข้าจากการไฟฟ้าและตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชั่วคราวสำหรับโหลดทำความเย็นที่สำคัญ สวิตช์แบบใช้มือตัวเดิมถูกถอดออกจากตู้สวิตช์บอร์ด และ SWQ1-63S ถูกติดตั้งโดยใช้แม่แบบแผงอเนกประสงค์มาตรฐาน

การเชื่อมต่อสายไฟตรงไปตรงมา สายป้อนจากแหล่งจ่ายหลักและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วต่อขาเข้า และฝั่งโหลดเชื่อมต่อกับบัสจ่ายไฟหลักของโรงงาน คอนโทรลเลอร์ของ ATS ถูกตั้งค่าผ่านแป้นกดที่แผงด้านหน้า วิศวกรทดสอบระบบตั้งค่าแรงดันเริ่มทำงานต่ำ (under-voltage pickup) ไว้ที่ 80% ตั้งเวลาหน่วงกลับสู่แหล่งจ่ายหลักไว้ที่ 30 วินาที และตั้งเวลาหน่วงการถ่ายโอนมอเตอร์ไว้ที่ 10 วินาทีสำหรับกระแสเริ่มต้นของคอมเพรสเซอร์

ปัญหาหนึ่งปรากฏขึ้นระหว่างการทดสอบ สัญญาณสตาร์ทระยะไกลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำให้เกิดไฟกระชากแรงดันเมื่อคอนโทรลเลอร์ของ ATS ส่งคำสั่งสตาร์ท ทางแก้คือติดตั้งรีเลย์คั่นกลางระหว่างปลั๊กควบคุมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับเอาต์พุตคอนแทคแห้ง (dry contact) ของ ATS ซึ่งช่วยขจัดการรบกวนได้ หลังจากนั้นการถ่ายโอนแบบไม่มีโหลดสามครั้งและการถ่ายโอนแบบมีโหลดสองครั้งก็เสร็จสมบูรณ์ด้วยดี

โรงงานบรรลุผลลัพธ์อะไรบ้าง?

ในช่วง 12 เดือนถัดมา โรงงานประสบปัญหาไฟฟ้าจากโครงข่ายดับเก้าครั้ง รวมถึงเหตุการณ์สภาพอากาศรุนแรงสองครั้ง ผลลัพธ์ที่วัดได้มีความสำคัญอย่างยิ่ง:

• เวลาสลับเปลี่ยนจากโครงข่ายขัดข้องไปยังพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลงจากเฉลี่ย 18 นาทีเหลือต่ำกว่า 2 นาที คิดเป็นการลดเวลาหยุดทำงานต่อเหตุการณ์ลง 60%
• ไม่เกิดการเน่าเสียของผลิตภัณฑ์ระหว่างไฟฟ้าดับ คิดเป็นมูลค่าความสูญเสียที่หลีกเลี่ยงได้ประมาณ $18,000 เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า
• การสตาร์ท-หยุดคอมเพรสเซอร์ถี่ (short-cycling) ถูกขจัดไป เนื่องจากความหน่วงที่ปรับได้ของ ATS ทำให้มอเตอร์รีสตาร์ทตามลำดับที่ควบคุมได้ ทีมบำรุงรักษารายงานว่าการเรียกซ่อมที่แผงควบคุมระบบทำความเย็นลดลง 40%
• ไม่มีการบันทึกการสลับเปลี่ยนโดยไม่จำเป็น แม้จะมีสภาวะไฟตกหลายครั้งซึ่งน่าจะกระตุ้นคอนโทรลเลอร์แบบรีเลย์ตัวเก่าให้ทำงาน

โรงงานยังได้มุมมองที่ชัดเจนขึ้นเกี่ยวกับสุขภาพของระบบไฟฟ้า ไฟแสดงสถานะของ ATS ช่วยให้หัวหน้ากะยืนยันความพร้อมของแหล่งจ่ายได้ในพริบตา และสัญญาณเตือนจาก SCADA ตอนนี้แสดงให้เห็นว่าแหล่งจ่ายใดกำลังเลี้ยงโหลดอยู่ การปรับปรุงเหล่านี้ทำให้การดำเนินงานประจำวันง่ายขึ้นและลดภาระการเรียกช่างไฟฟ้าออกไปปฏิบัติงาน

ผู้จัดการโรงงานกล่าวว่าอย่างไร?

ผู้จัดการฝ่ายบำรุงรักษาของโรงงาน ผู้ดูแลการอัปเกรดครั้งนี้ กล่าวว่า "SWQ1-63S เป็น ATS ตัวแรกที่เราใช้แล้วไม่ต้องมากังวลเลย มันทำงานได้ตรงตามที่ควรจะเป็น และการสลับเปลี่ยนราบรื่นพอที่สายการผลิตจะไม่รู้ตัวด้วยซ้ำว่าเกิดเหตุการณ์ขึ้น"

เขาเสริมว่า "เราคำนวณระยะเวลาคืนทุนจากการหลีกเลี่ยงการเน่าเสียได้ตั้งแต่เดือนแรกของการใช้งานจริง มันเป็นการลงทุนที่คุ้มค่าด้วยตัวของมันเอง"

ธุรกิจอื่น ๆ สามารถเรียนรู้อะไรได้บ้าง?

โครงการนี้มอบบทเรียนหลายประการสำหรับโรงงานที่กำลังพิจารณาการเปลี่ยนผ่านในลักษณะเดียวกัน จากการสลับเปลี่ยนด้วยมือไปสู่สวิตช์ถ่ายโอนอัตโนมัติ:

• จับคู่คุณสมบัติของ ATS ให้เข้ากับลักษณะโหลดของคุณ โหลดระบบทำความเย็นและโหลดมอเตอร์จำเป็นต้องมีความหน่วงในการสลับเปลี่ยนที่ปรับได้ เพื่อสร้างสมดุลระหว่างการฟื้นคืนระบบกับข้อจำกัดของกระแสเริ่มต้น (inrush) ตัวตั้งเวลาที่กำหนดค่าได้ของ SWQ1-63S มีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จ
• วางแผนสำหรับการเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รีเลย์คั่นกลาง (interposing relay) เป็นวิธีที่เรียบง่ายและราคาไม่แพงในการปกป้องคอนโทรลเลอร์ ATS จากสัญญาณรบกวนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ควรใส่รายการนี้ไว้ในเช็กลิสต์การทดสอบเดินระบบ เพื่อหลีกเลี่ยงความประหลาดใจหน้างาน
• ใช้การส่งสัญญาณระยะไกลเพื่อการมองเห็นอย่างต่อเนื่อง แม้เหตุการณ์สลับเปลี่ยนจะเกิดขึ้นโดยไม่มีความผิดปกติใด ๆ การแจ้งเตือนผ่าน SCADA ก็ยังบันทึกเหตุการณ์ไว้และช่วยให้ฝ่ายวิศวกรรมติดตามรูปแบบคุณภาพพลังงานได้
• หากเริ่มใหม่ ทางโรงงานจะขยายระยะเวลาการทดสอบ หากมีช่วงเวลาทดสอบเดินระบบที่นานขึ้นโดยมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ารับโหลดอยู่ จะช่วยเปิดเผยปัญหาแรงดันพุ่งได้เร็วขึ้น และเปิดโอกาสให้บันทึกข้อมูลการทำงานเพิ่มอีกหนึ่งสัปดาห์ก่อนที่ระบบจะถูกตั้งเป็นโหมดอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

เอกสารอ้างอิง

1. IEC 60947-6-1:2021 - อุปกรณ์สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันต่ำ - ส่วนที่ 6-1: อุปกรณ์สลับเปลี่ยนถ่ายโอน
   ดูได้ที่: https://webstore.iec.ch/publication/60947-6-1
2. Sariri และคณะ "Stochastic vs Fuzzy Models – Reliability of Power Supply Systems with ATS." Energies, 15(3), 1024, 2022.
   ดูได้ที่: https://doi.org/10.3390/en15031024