ระบบแจ้งเตือนแรงดันแก๊สทางการแพทย์ ด้วยจอ HMI SAMKOON และ Modbus RTU

ระบบแจ้งเตือนแรงดันแก๊สทางการแพทย์ (Medical Gas Alarm System) เป็นระบบที่โรงพยาบาลและสถานพยาบาลจำเป็นต้องมี เพื่อเฝ้าระวังแรงดันแก๊สในระบบท่อให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยตลอดเวลา บทความนี้ VRAutomation จะพาไปดูการออกแบบและติดตั้งระบบจริง ตั้งแต่การเลือกอุปกรณ์ การเชื่อมต่อ Modbus RTU ไปจนถึงการออกแบบหน้าจอ HMI ให้อ่านง่ายในห้องควบคุม

โจทย์ของงาน

ระบบต้องแสดงค่าแรงดันแก๊สแบบเรียลไทม์บนหน้าจอสัมผัส พร้อมกำหนดค่าขอบเขตการทำงาน (Setpoint) ได้ และเมื่อแรงดันหลุดออกนอกช่วงที่กำหนด ระบบต้องแจ้งเตือนทั้ง บนหน้าจอ และ สั่งงานอุปกรณ์ภายนอก เช่น ไซเรนหรือไฟหมุน เพื่อให้เจ้าหน้าที่รับรู้ได้ทันทีแม้ไม่ได้อยู่หน้าจอ

• ช่วงแรงดันใช้งานปกติ: 40 – 65 PSI (ปรับได้ตามชนิดแก๊สและข้อกำหนดของแต่ละพื้นที่)
• แสดงผลค่าแรงดันปัจจุบันแบบตัวเลขขนาดใหญ่ อ่านได้จากระยะไกล
• เปลี่ยนสีสถานะชัดเจน เขียว = ปกติ / แดง = ผิดปกติ
• มีเอาต์พุตรีเลย์สำหรับต่อไซเรนหรือไฟแจ้งเตือน

วิดีโอสาธิตการทำงาน

อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบ

อุปกรณ์	รุ่น	หน้าที่
จอสัมผัส HMI	SAMKOON (จอ 10.1″ ความละเอียด 1024×600)	แสดงผล ประมวลผลเงื่อนไข และเป็น Modbus Master
เซนเซอร์วัดแรงดัน	PCM380 Intelligent Pressure Transmitter	วัดแรงดันในระบบท่อ ส่งค่าผ่าน RS485
โมดูล I/O รีเลย์	BSM-0404RB (4 DI / 4 Relay Out)	รับคำสั่งจากจอ สั่งไซเรน/ไฟแจ้งเตือน
ซอฟต์แวร์เขียนจอ	SKTool 7.1	ออกแบบหน้าจอและกำหนดลอจิกการแจ้งเตือน

สเปกสำคัญของเซนเซอร์ PCM380

• สัญญาณเอาต์พุต: RS485 – Modbus RTU (ไม่ใช่ 4–20mA จึงต่อเข้าจอได้โดยตรง ไม่ต้องใช้โมดูลแปลงสัญญาณอนาล็อก)
• ไฟเลี้ยง: 12 – 24 VDC
• ช่วงการวัด: เลือกได้ตั้งแต่ -0.1 ถึง 100 MPa (งานนี้ใช้รุ่น 0–1 MPa ≈ 0–145 PSI)
• ความแม่นยำ: Class 0.2
• มาตรฐานกันน้ำ/ฝุ่น: IP65 · อุณหภูมิใช้งาน -20 ถึง 80°C

หลักการทำงานของระบบ

อุปกรณ์ทั้งหมดสื่อสารกันบนสาย RS485 เส้นเดียว ด้วยโปรโตคอล Modbus RTU โดยจอ HMI ทำหน้าที่เป็น Master คอยอ่านค่าและสั่งงาน

1. จอ HMI อ่านค่าแรงดันจากเซนเซอร์ PCM380 (Slave ID 1) ทุก ๆ รอบสแกน
2. นำค่าที่อ่านได้มาเทียบกับค่า Setpoint LOW และ HIGH ที่ตั้งไว้
3. หากค่าอยู่นอกช่วง ระบบจะเปลี่ยนสถานะบิตแจ้งเตือนภายในจอ
4. บิตนั้นสั่งงานพร้อมกัน 2 ทาง คือเปลี่ยนสีหน้าจอเป็นแดง และเขียนคำสั่งไปยังโมดูล BSM-0404RB (Slave ID 2) เพื่อสั่งรีเลย์ให้ไซเรนทำงาน

การเดินสาย RS485

เซนเซอร์ PCM380 รุ่นสายออกตรงใช้รหัสสีดังนี้

สีสาย	หน้าที่
แดง	ไฟเลี้ยง + (12–24 VDC)
น้ำเงิน	ไฟเลี้ยง −
เหลือง	RS485 A
ขาว	RS485 B

ต่อแบบ Daisy-chain โดยให้ A ต่อกับ A และ B ต่อกับ B ของทุกอุปกรณ์ และหากใช้แหล่งจ่ายไฟคนละตัว ต้องต่อ GND ร่วมกันด้วยเสมอ มิฉะนั้นสัญญาณ RS485 จะลอยและสื่อสารไม่ได้

3 จุดที่มักพลาดในงานลักษณะนี้

1. Slave ID ชนกันบนบัสเดียวกัน

อุปกรณ์ Modbus ส่วนใหญ่ตั้งค่าจากโรงงานมาเป็น Address 1 เหมือนกันหมด เมื่อนำมาต่อบนสาย RS485 เส้นเดียวกันจะตอบกลับพร้อมกันจนสื่อสารไม่ได้ ต้องแก้ Address ของอุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งก่อน โดยต่อทีละตัวแล้วเขียนค่า Address ใหม่ลงรีจิสเตอร์ และอย่าลืมสั่งบันทึกลง Flash ไม่เช่นนั้นค่าจะหายเมื่อดับไฟ

2. เข้าใจหน่วยและจุดทศนิยมของเซนเซอร์ผิด

เซนเซอร์ตระกูลนี้ส่งค่ามาเป็นเลขจำนวนเต็ม 16 บิต ซึ่งไม่ใช่ค่าแรงดันจริง ต้องอ่านรีจิสเตอร์ที่บอก “หน่วยวัด” และ “จำนวนตำแหน่งทศนิยม” ควบคู่ไปด้วย เช่นในงานนี้เซนเซอร์ตอบกลับมาว่าหน่วยเป็น PSI และมีทศนิยม 3 ตำแหน่ง ค่าดิบ 28309 จึงหมายถึง 28.309 PSI หากตีความผิดเพียงหลักเดียว ระบบอาจไม่แจ้งเตือนทั้งที่แรงดันผิดปกติจริง ซึ่งเป็นความเสี่ยงที่ยอมรับไม่ได้สำหรับงานทางการแพทย์

3. ออกแบบหน้าจอโดยไม่คิดถึงระยะการมอง

หน้าจอในห้องควบคุมมักถูกมองจากระยะไกลหรือมองผ่าน ๆ ขณะเดิน การใช้ตัวเลขขนาดใหญ่ สีที่ตัดกันชัดเจน และปุ่มสถานะที่เปลี่ยนสีทั้งแผง จึงสำคัญกว่าความสวยงาม เพราะช่วยให้เจ้าหน้าที่รับรู้ความผิดปกติได้ในเสี้ยววินาที

การออกแบบหน้าจอ HMI ด้วย SKTool

หน้าจอถูกออกแบบให้เรียบและอ่านง่าย โดยวางค่าแรงดันปัจจุบันเป็นวงกลมขนาดใหญ่กลางจอ ขนาบด้วยการ์ดแสดงค่า LOW และ HIGH Setpoint ทั้งสองข้าง ส่วนล่างเป็นแถบสถานะ NORMAL / AB NORMAL

เทคนิคที่ใช้คือทำภาพพื้นหลังเป็นไฟล์เดียวจบ (กรอบ ตัวอักษร และหัวจอทั้งหมด) แล้ววางเฉพาะส่วนที่ต้องเปลี่ยนแปลงเป็นออบเจกต์ทับลงไป ได้แก่ Numeric Display สำหรับตัวเลข และ Bit Lamp สำหรับวงกลมกับปุ่มสถานะที่ต้องสลับสีเขียว-แดง วิธีนี้ทำให้หน้าจอโหลดเร็ว จัดวางตรงตำแหน่งเสมอ และแก้ไขภายหลังได้ง่าย

คำถามที่พบบ่อย

เซนเซอร์แบบ RS485 กับแบบ 4–20mA ต่างกันอย่างไร?

แบบ 4–20mA ส่งค่าเป็นสัญญาณอนาล็อก ต้องใช้โมดูลอนาล็อกอินพุตรับค่าและมีโอกาสคลาดเคลื่อนจากความยาวสาย ส่วนแบบ RS485 ส่งเป็นข้อมูลดิจิทัล ต่อเข้าจอ HMI ได้โดยตรง เดินสายได้ไกลกว่า และต่ออุปกรณ์หลายตัวบนสายเส้นเดียวกันได้

ต่ออุปกรณ์ได้กี่ตัวบนสาย RS485 เส้นเดียว?

โดยทั่วไปรองรับได้ถึง 32 อุปกรณ์ต่อหนึ่งเซกเมนต์ โดยทุกตัวต้องตั้งค่า Baud rate และรูปแบบข้อมูลให้ตรงกัน แต่ต้องมี Slave Address ไม่ซ้ำกัน

ระบบนี้ใช้กับแก๊สชนิดใดได้บ้าง?

ใช้ได้กับแก๊สทางการแพทย์ทุกชนิดที่ต้องเฝ้าระวังแรงดัน เช่น ออกซิเจน (O₂), Medical Air, ไนตรัสออกไซด์ (N₂O) และระบบสุญญากาศ (Vacuum) โดยเลือกช่วงการวัดของเซนเซอร์และตั้งค่า Setpoint ให้เหมาะกับแก๊สแต่ละชนิด

การติดตั้งต้องคำนึงถึงมาตรฐานอะไรบ้าง?

การติดตั้งระบบแก๊สทางการแพทย์ควรดำเนินการโดยผู้มีความชำนาญ และปฏิบัติตามข้อกำหนดของโรงพยาบาลรวมถึงมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับระบบท่อแก๊สทางการแพทย์ที่บังคับใช้ในพื้นที่นั้น ๆ ควรตรวจสอบและสอบเทียบระบบตามรอบที่กำหนดเสมอ