ส่วนใหญ่อุปกรณ์ต่างๆในโรงงานเช่น เครื่องจักรต่างๆ มอเตอร์ไฟฟ้า ปั๊มน้ำ ระบบสายพานขับเคลื่อนและอุปกรณ์ทั้งทางกล ทางเคมีและไฟฟ้า ต่างมีระบบป้องกันเพื่อความปลอดภัยในการทำงานและเสถียรภาพของกระบวนการผลิต โดยอุปกรณ์ดังกล่าวบางระบบอาจไม่มีการเชื่อมต่อหรือมีการวางระบบให้สื่อสารถึงกันเพื่อตรวจสอบและแจ้งเตือนสถานะการทำงานในขณะนั้นๆ ดังนั้นวิศวกรหรือช่างเทคนิคก็จะได้รับการมอบหมายให้มีการเฝ้าบันทึกและตรวจสอบวิเคราะห์ความเสี่ยงอยู่ตลอดเวลาเป็นประจำ อาจเป็นรายนาที รายชั่วโมง รายวัน ขึ้นอยู่กับความอ่อนไหวของอุปกรณ์และระบบนั้นๆ การตรวจสอบและสื่อสารแจ้งเตือนสถานะในการทำงานของอุปกรณ์หรือระบบเตือนความเสี่ยงหรือแนวโน้มในการเกิดอันตรายนั้น มีความจำเป็นต่อความปลอดภัยในการปฏิบัติงานของบุคลากรภายในโรงงานส่งผลภาพรวมของเสถียรภาพในการผลิตและการบริหารจัดการภายในโรงงานนั้นๆ  ในปัจจุบันเทคโนโลยี IoT (Internet of Things) ได้ถูกพัฒนาเพื่อมาใช้ในอุปกรณ์ต่างๆเช่น หลอดไฟส่องสว่างแต่ละดวง สวิตช์ไฟที่สามารถกำหนดการเปิด-ปิด หรือเครื่องกรองอากาศ โดยสั่งการผ่านมือถือ ตลอดจนนาฬิกาข้อมือที่สามารถแจ้งเตือน ตรวจจับชีพจรและวิเคราะห์พฤติกรรมผ่านแอพพลิเคชั่น (Application) บนมือถือได้ ในทางทฤษฎีแล้วอุปกรณ์ IoT นั้นจะมีบอร์ดสมองกลฝังตัว (Embedded Board) อยู่ภายในอุปกรณ์นั้นๆ และบอร์ดสมองกลฝังตัวนั้นเปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งที่มีความสามารถเชื่อมต่อสื่อสารผ่านเครือข่ายได้ และเมื่ออุปกรณ์ IoT มีการเชื่อมต่อสื่อสารในเครือข่ายได้ก็จะส่งผลในการขยายขีดความสามารถในการรายงานสถานะการทำงาน ส่งข้อมูลต่างๆ เช่น ค่าพลังงาน ค่าความอุณหภูมิความชื้น ค่ากระแส ค่าสถานะเปิดหรือปิด ค่าการสั่นสะเทือน และค่าอื่นๆที่ได้จากตัวตรวจจับ(Sensor) ผ่านเครือข่ายภายในองค์กรหรือผ่านเครือข่ายอินเตอร์เน็ต และนำค่าที่ส่งจากอุปกรณ์ต่างๆผ่านเครือข่ายมายังหน่วยประมวลผลเช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟนซึ่งมีโปรแกรมที่สอดคล้องกับอุปกรณ์นั้นๆ วิเคราะห์แสดงผล เฝ้าระวังและแจ้งเตือนให้ผู้ใช้ได้รับรู้ได้ทันสถานการณ์

         ในทางการประยุกต์เทคโนโลยี IoT กับความปลอดภัยในโรงงานนั้นผู้เขียนบทความนี้ขอเสนอแนวคิดที่สามารถใช้อุปกรณ์เครื่องจักรที่มีอยู่ซึ่งอุปกรณ์นี้อาจจะยังไม่ได้เชื่อมต่อกับระบบเฝ้าระวังและแจ้งเตือน (Monitoring/Alert system) มาผสมผสานกับเทคโนโลยี IoT โดยสามารถให้วิศวกรไฟฟ้า/คอมพิวเตอร์หรือช่างเทคนิคที่ชำนาญด้านวงจรไฟฟ้า พัฒนานวัตกรรม IoT นี้มาใช้ในโรงงานได้ หลักการคือจะมีบอร์ดสมองกลฝังตัวที่เชื่อมสัญญาณกับเครื่องจักร หรือ อุปกรณ์ที่จะเผ้าระวัง โดยจะเรียกว่าเป็นบอร์ด Sensor ตรวจจับค่าที่ต้องการ และบอร์ดสมองกลฝังตัวดังกล่าวนี้สามารถติดตั้งได้เป็นจำนวนมากๆ ตามอุปกรณ์หรือเครื่องจักรต่างๆที่ต้องการส่งข้อมูลรายงานสถานะ รวมถึงปุ่มแจ้งภัย อุปกรณ์ตรวจจับควันหรือก๊าซ ก็สามารถกระทำได้ ระบบนี้จะใช้หลักการการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ IoT ที่เรียกว่า MQTT Protocol มาประยุกต์ใช้ซึ่งจะประกอบด้วยสิ่งสำคัญ 4 ส่วนด้วยกันคือ 4kr ดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 หลักการการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ IoT (Internet of Things)

1. ระบบเครือข่ายภายใน LAN (ใช้สาย) / WLAN (ไร้สาย) (ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับระบบอินเตอร์เน็ต)

เครือข่ายภายในนั้นหากเป็นเครือข่ายไร้สายควรติดตั้ง Access Point ให้ครอบคลุมถึงอุปกรณ์ IoT ที่ติดตั้งที่เครื่องจักรนั้นๆด้วย ซึ่งการมีเครือข่ายที่ครอบคลุมภายในโรงงานจะเป็นหัวใจของเทคโนโลยี IoT คือมีการเชื่อมต่อด้วยเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ถ่ายทอดข้อมูลแลกเปลี่ยนและสั่งการผ่านเครือข่ายนั่นเอง

2. บอร์ด IoT หรือบอร์ดสมองกลฝังตัวที่มีความสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายได้
   บอร์ด IoT นั้นคืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับสัญญาณหรือแปลงค่าจากเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ กรณีที่อุปกรณ์เครื่องจักรนั้นไม่มีสัญญาณไฟฟ้าเพื่อทำงาน Coupling สัญญาณ เราก็อาจจะเพิ่มวงจร Sensor ติดตั้งกับบอร์ด IoT เช่น กรณีมอเตอร์ที่ไม่มีสัญญาณของ Thermal Sensor เราก็ต้องมี Thermal IC ติดตั้งกับบอร์ด IoT แล้วประกบติดกับตัวมอเตอร์นั้นๆ หรืออีกกรณีที่ต้องการวัดค่ากระแสก็ต้องมี Current Transformer มาใช้กับบอร์ด IoT และ Coupling กับ Line ของอุปกรณ์นั้นๆ และเขียนโปรแกรมเทียบแปลงค่ากระแสที่ผ่านขดลวด Current Transformer และอีกกรณีหากต้องการจะมีการสั่งการให้ ปิด-เปิด วงจรเช่น Magnetic Circuit หรือส่งสัญญาณสั่งการสู่ PLC ก็สามารถติดตั้งบอร์ด IoT ใกล้กับวงจร Magnetic Circuit หรือ PLC Input ได้เช่นกัน หรือจะพัฒนาเป็นบอร์ด IoT แจ้งเตือนภัยอิสระจะส่งเป็นสัญญาณเสียง ไฟฉุกเฉิน บอร์ดข้อความ หรือแม้แต่เสียงประกาศอัตโนมัติก็สามารถพัฒนาได้

สำหรับบอร์ด IoT นี้ก็มีความจำเป็นที่ต้องมีการเขียนโปรแกรมเพื่อแปลงค่าและส่งรับข้อมูลไปมากับ MQTT Broker โดยสามารถใช้ภาษา C หรือ Python ในการพัฒนาโปรแกรมควบคุมลงในบอร์ด IoT ซึ่งหากเข้าใจในหลักการก็จะสามารถเขียนโปรแกรมบอร์ด IoT ได้ภายในเวลาอันสั้นและบอร์ดแต่ละตัวจะทำงานกันอิสระ พัฒนาบอร์ดหนึ่งเสร็จก็นำไปติดตั้งและใช้งานได้ทันทีและค่อยๆเพิ่มจำนวนบอร์ดขึ้นเป็นกรณีๆไป

3. MQTT Broker[1] (MQTT เป็นมาตรฐานการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ขนาดเล็ก[2]
   
   MQTT Broker เรียกง่ายๆว่าเป็น Server เพื่อรับส่งข้อมูลจาก IoT บอร์ดและมือถือหรือคอมพิวเตอร์ เป็นโปรแกรมที่มีขนาดเล็ก สามารถโหลดและติดตั้งได้ไม่เสียค่าใช้จ่าย เราสามารถติดตั้ง MQTT Broker นี้ได้บนบอร์ดสมองกลฝังตัวเช่น Raspberry Pi[3] หรือ PC ที่มีสเปคธรรมดาก็สามารถทำงานได้เช่นกัน โดย MQTT Broker จะทำหน้าที่เป็น “นายหน้าข่าว” รับส่งข้อมูลข่าวสารจากอุปกรณ์ IoT ในลักษณะ Subscribe / Publish หัวข่อข่าว โดยบอร์ด IoT ไม่จำเป็นต้องรู้จักผู้รับสารหรือผู้ส่งสาร
   
   
4. สมาร์ทโฟน/ iPad / คอมพิวเตอร์

          สำหรับผู้ใช้งานเพื่อดูสถานะของ Sensor หรือภาวะของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับบอร์ด IoT หรือจะสั่งการเช่น ปิด-เปิด ลดความเร็ว ปรับอุณหภูมิ หรืออื่นๆ ก็สามารถใช้มือถือสมาร์ทโฟน iPad ลงแอพพลิเคชั่น MQTT Panel (มีทั้งเสียค่าใช้จ่ายและไม่เสียค่าใช้จ่าย) มีให้เลือกหลายผลิตภัณฑ์ หรือใช้คอมพิวเตอร์ (ที่เขียนโปรแกรมรองรับ MQTT กับอุปกรณ์ต่างๆไว้)

          การส่งรับข้อมูลด้วยวิธีสื่อสารแบบ MQTT จะไม่ได้เป็นลักษณะ Realtime หรือทันทีทันใด แต่เราสามารถจะโปรแกรมให้บอร์ด IoT ที่เชื่อมกับเครืองจักรนั้นส่งข้อมูล ทุกๆ 1 วินาที หรือ ทุกๆ 5 วินาที หรือ รวบรวมเป็นค่าเฉลี่ยต่อ 5 นาที หรือรูปแบบอื่นๆก็สามารถพัฒนาโปรแกรมบนบอร์ด IoT นั้นๆ ได้แล้วแต่กรณีของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์นั้นๆ

การประยุกต์ใช้งานของเทคโนโลยี IoT กับความปลอดภัยในโรงงานสามารถแบ่งได้เป็น 3 รูปแบบคือ

1. แสดงสถานการณ์ทำงานของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่อ่อนไหวและมีความเสี่ยงต่อความปลอดภัย ในลักษณะ กราฟอุณหภูมิ ความเร็วรอบ ค่ารังสี ค่ากรดด่าง แสดงบนมือถือ ซึ่งเราสามารถตั้งระดับความเสี่ยงโดยจะเตือนเป็นลักษณะ Notification บนมือถือได้  หรือ จะใช้บอร์ด IoT เช่น Raspberry Pi หรือ PC คอยประมวลข้อมูลจากข้อมูลที่เครื่องจักรอุปกรณ์ต่างๆส่งค่ามาแล้วประเมินความปลอดภัย ความเสี่ยงและภาวะวิกฤต
   
   
2. ส่งข้อมูลฉุกเฉิน เช่น ปุ่มฉุกเฉิน หรือ Smoke/Gas Detector โดยเชื่อมต่อบอร์ด IoT กับปุ่มฉุกเฉินนั้นๆ หรือ เชื่อมต่อกับ Alarm Bell / Buzzer หรือต่อกับสัญญาณ Smoke Detector โดยบอร์ดจะส่งข้อมูลการกดปุ่มฉุกเฉินผ่านเครือข่ายสู่ MQTT broker และ Broker จะส่งข้อมูลต่อให้กับมือถือหรือ PC ที่รอรับข่าวจากอุปกรณ์ต่างๆอยู่
   
   
3. สั่งการผ่านบอร์ด IoT หรือ มือถือ/PC หากบอร์ด IoT มีการเขียนโปรแกรมให้เฝ้าระวังหรือตรวจจับสถานะที่ไม่มั่นคง มีความเสี่ยง หรือประมวลผลวิเคราะห์แล้วควรแจ้งด้วยหรือกระทำอะไรบางอย่างเพื่อป้องกัน ก็สามารถเขียนโปรแกรมให้บอร์ด IoT นั้นส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ป้องกันความปลอดภัยเช่น Magnetic Circuit Breaker / Emergency Valve / Siren System หรือแม้แต่การส่งข้อความไปยังผู้ปฎิบัติงานในกลุ่มที่ตั้งไว้ (Notification)  และหากเป็นมือถือก็สามารถสั่งการผ่านหน้าจอ ให้ปิด เปิด หรือ ลด เพิ่ม ปริมาณ ตรงไปยังอุปกรณ์นั้นได้เช่นกัน(ที่มีการติดตั้งบอร์ด IoTเชื่อมต่อไว้)

          โดยสรุปเทคโนโลยี IoT นั้นอาจดูเหมือนว่าเป็นเทคโนโลยีสำหรับอุปกรณ์แต่ละชิ้น สั่งปิดเปิดหรือดูค่าเป็นอุปกรณ์ไป แต่ในส่วนตัวของผู้เขียนมองว่าประโยชน์ที่ได้จากเทคโนโลยี IoT นั้นหากเราประยุกต์อย่างเหมาะสมแล้วจะเป็นการทำงานสอดประสานได้เกิดประสิทธิภาพและประสิทธิผลกับระบบเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่มาจากหลากหลายแหล่งผู้ผลิตและมักมีความซับซ้อนในการบริหารจัดการเพราะมาจากหลายบริษัท หลากหลายผู้รับเหมา ซึ่งอาจมีประเด็นด้านการบริหารจัดการให้เกิดการบรูณาการด้านความปลอดภัยโดยรวมสำหรับโรงงานที่มีหลากหลายเครื่องจักร หลากรุ่นของเครื่องจักร อายุของเครื่องจักร  การนำเทคโนโลยี IoT มาประยุกต์กับงานความปลอดภัยก็อาจเป็นทางเลือกที่นำไปสู่การสร้างนวัตกรรมความปลอดภัยของแต่ละโรงงานอย่างเหมาะสมตามลักษณะการทำงานและกระบวนการซึ่งแต่ละโรงงานมีเอกลักษณ์ที่แตกต่างกันเสมอ และการใช้เทคโนโลยี IoT นี้จะค่อนข้างมีอิสระในการพัฒนาไม่ผูกติดกับการทำงานเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ต่างๆ คือสามารถมองได้ว่าเป็น Sensor / Detector / Trigger ตัวนึงเท่านั้น

[1] https://mosquitto.org/download/

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/MQTT

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi

บทความโดย
  • โดย อ.วรวิทย์ อิศรางกูร ณ อยุธยา
  • ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์