자동제어 종류

2-1. 시퀀스 자동제어 (Sequence control)

시퀸스 자동제어 란, 정해진 순서에 따라 제어의 동작을 차례로 행하는 것으로써 다음과 같이 분류한다.

① 제어의 순서와 제어시간이 기억되어 정해진 순서를 정해진 시간에 행하는 시한제어

② 제어의 순서만이 기억되고 시간은 검출기에 의해 이루어지는 순서제어

③ 검출결과에 따라 제어명령이 결정되는 조건제어

• 그림 1-1과 같이 전등을 점멸하는 제어 회로에 있어서 스위치 R1의 개폐를 손으로 조작하는 대신 스위치 S1을 조작함으로써릴레이를 사용하여 주 스위치 R1을 동작하여 전등을 점멸하는 회로이다.

여기서, 전등을 ‘켜라’ 또는 ‘꺼라’하는 외부에서 주어지는 명령을 실행하는

• 스위치 S1의 개폐를 작업 명령
• 스위치T1의 개폐를 제어 명령
• 스위치 S1과 스위치 T1 사이에 있는 타이머에 의하여 작업 명령과 제어 명령 사이에 명령 처리가 이루어진다.

이와 같이, 시퀸스 제어는

• 제어 명령이 스위치를 열거나 닫는 두 동작 가운데 한 동작으로 행해지는 정성적 제어
• 정해진 순서에 따라 그것에 필요한 명령 처리를 각 단계를 순차적으로 행하는 불연속적 공정 제어로서 엘리베이터 제어 등이 시퀀스 제어에 해당
• 또한, 그림 1-2와같이 출력이 입력에 전혀 영향을 주지 못하는 열린 제어회로(open loop control)라고도 한다.

 

2-2. PLC 제어

(1) PLC의 개요

PLC(Programmable logic controller)는 자동제어 장치의 일종으로 무접점 제어 회로에 가장 많이 이용되고 있는 장비이다. 자동화를 위하여 종전에는 제어 시스템의 회로도에 따라 관련 소자 릴레이, 타이머, 카운터 등 을 하드웨어로 연결하여 사용하였으나, 이는 다품종 소량 생산 체제에 따른 제어 시스템을 변경하는 데 많은 시간과 비용이 요구 되었다.

이 문제를 해결하기 위하여 1996년 GM(General Motor)이 자동차의 조립라인에 사용할 새로운 제어장치를 구매하기 위하여 표-1과 같은 제어장치가 구비해야 할 10가지 조건을 명시한 것이 PLC의 출현 동기가 되었다.

이와같이, 10가지 조건을 충족시키기 위해 마이크로 프로세서 (Micro Processor) 기능을 갖춘 새로운 형태의 제어기인 미국의 DEC사 PDP-14가 최초로 개발되었다.

• 70년대는 다중 프로세서 PLC를 비롯하여 원격 입/출력, 16bit 프로세서를 CPU로 하는 PLC등이 개발
• 80년대는 더욱 발전하여 전 산업분야에 공급되었고 PLC의 기능도 고도화
• 특히 80년대 중반부터는 PLC, Compuet, CNC, Robot 등을 통합한 CIM(Computer Intergrate Manufacturing: 총합화 생산 시스템)의 개념으로 발전

1. 프로그램 작성 및 변경이 용이하고 현장에서도 쉽게 시퀀스를 작성, 변경할 수 있을 것
2. 점검 및 보수가 용이하고 부품은 플러그인(Plug-in)방식일 것
3. 릴레이 제어반보다 신뢰성이 높을 것
4. 릴레이 제어반보다 소형일 것
5. 상위 컴퓨터와 데이터 전송이 가능할 것
6. 릴레이 제어반이나 무접점 제어반보다 가격 면에서 유리할 것
7. 입력은 교류 115V를 받을 수 있을 것
8. 출력은 교류 115V, 2A를 공급할 수 있을 것
9. 전체 시스템의 변경을 최소화하면서, 기본 시스템은 확장이 가능할 것 10. 4000 Word까지 확장 가능한 프로그램 메모리를 가지고 있을 것

[ 표-1 GM사의 새로운 제어장치의 10가지 조건 ]

 

(2) PLC 구성

PLC는 기계나 설비 장치를 운전 제어를 위해 사용되므로 생산 현장에 견딜 수 있도록 온도나 노이즈 등에 강하고 취급이 쉬운 구조로 되어 있다. 또한 제어 대상의 내용에 알맞은 규모를 선정, 조합하여 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

그림-1과 같이

• 인간의 두뇌에 해당하는 중앙 처리장치(CPU: Central Processing Unit)
• 기계와 설비 장치의 신호를 주고 받는 입·출력(I/O) Input/Output)
• 시퀀스 회로의 내용에 해당하는 프로그램을 기억하는 기록부의 향상을 위한 주변 기기(프로그램 로더, EPROM Writer 등)로 구성

이는 PLC자체가 마이크로 프로세서를 이용한 응용기계의 하나라고 볼 수가 있으며 이것의 활용을 용이 하도록 응용 프로그램을 사용하는 것이다.

 

2-3. 피드백 자동제어 (Feedback control)

출력측의 일부를 입력측으로 돌리는 조작에 의하여 제어량을 측정하며, 기준치와 비교하여 오차를 자동으로 수정하여 항상 일정한 상태를 유지하는 것을 말한다.

그림 1-4과 같이 히터 안의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 전압 조정기를 사용한 히터의 제어 회로에 있어서 시간에 따라 원하는 온도가 미리 정해진 목표값에 따라서 제어하려면 전압 조정기의 손잡이 위치를 조정하면 된다. 그러나, 경우에 따라서는 주위의 온도나 전원 전압의 변화 또는 가열 물질의 크기에 따라 히터 안의 온도가 변할 때가 있다.

이와 같이 목표값에 따라 제어하기 위해서는 히터 안의 온도, 즉 제어량의 지시와 목표값의 지시를 비교하여 히터의 온도를 일정하게 유지하는 되먹임 제어(Feedback Control)이다.

그림 1-5는 제어계의 목표값과 히터로의 온도를 측정한 제어량을 비교한 제어 편차를 증폭기로 증폭하여 전동기로 전압 조정기의 손잡이를 자동적으로 조정하는 되먹임제어의 예를 나타내고 있으며, 프로세서 제어, 기계적 변위를 제어하는 추적 레이더, 전력 계통의 제어 계통 등이 되먹임 제어( Feedback control : 피드백 제어)에 해당된다.

 

또한, 그림 1-6과 같이 피드백 제어계에서는 제어량인 히터 안의 온도에서 얻은 신호를 목표값이 있는 곳으로 되돌아오게 하여 비교함으로써 제어한다. 이와 같이 출력 신호를 입력 쪽으로 되돌아오게 하는 것을 피드백이라 하고 피드백에 의하여 목표값에 따라 자동적으로 제어하는 것을 피드백 제어라 한다.

피드백 제어계는 주로 양에 관한 것을 제어하므로 정량적 제어에 속하며, 피드백을 하기 위하여 제어계가 닫힌 루프를 구성하므로 닫힌 제어 회로(closed loop control)라고도 한다.

2-4. 자동제어 기능에 관한 용어

1. 동작(Actuation)	어떤 원인을 주어서 소정의 작용을 하도록 하는 것
2. 복귀(Reseting)	동작 이전의 상태로 되돌리는 것
3. 개로(Open. OFF)	전기회로의 일부를 스위치, 릴레이 등으로 여는 것
4. 폐로(Close. ON)	전기회로의 일부를 스위치, 릴레이 등으로 닫는 것
5. 여자(勵磁)	전자릴레이, 접촉기, 타이머 등의 전자코일에 전류가 흘러서 전자석으로 되는것. 또는 부세라고도 함
6. 소자(消磁)	전자코일에 흐르고 있는 전류를 차단하여 자력을 잃게 되는 것
7. 기동(Starting)	기기 또는 장치가 정지 상태에서 운전 상태로 되기까지의 과정
8. 운전(Running)	기기 또는 장치가 소정의 작용을 하고 있는 상태
9. 제동(Braking)	기기의 운전상태를 억제하는 것으로 전기적 제동과 기계적 제동이 있다
10. 정지(Stopping)	기기 또는 장치를 운전상태에서 정지상태로 하는 것
11. 인칭(Inching)	기계의 순간 동작 운동을 얻기 위해 미속시간의 조작을 1회 반복해서 행하는 것
12. 미속(Crawling)	기계를 아주 느린 속도로 운전하게 하는 것
13. 조작(Operating)	인력 또는 기타의 방법으로 소정의 운전을 하도록 하는 것
14. 동력조작(Power Operating)	기기를 전기스프링, 공기 등의 인력 이외의 힘에 의해 조작하게 하는 것
15. 차단(Breaking)	개폐기류를 조작하여 전기회로를 열어 전류가 통하지 않는 상태로 하는 것
16. 투입(Closing)	개폐기류를 조작하여 전기회로를 닫아 전류가 통하는 상태로 하는 것
17. 트리핑(Tripping)	유지 기구를 분리하여 개폐기 등을 개로하는 것
18. 자유 트리핑(Trip-Free)	차단기 등의 투입조작 중에도 트리핑 신호가 가해져 트립되는 것. 또한 투입 명령이 지속되어 가해지더라도 투입을 저지하는 것
19. 쇄정(Inter Locking)	복수의 동작을 관여시키는 것으로 어떤 조건이 갖추기까지의 동작을 정지시키는 것
20. 연동(連動)	복수의 동작을 관여시키는 것으로 어떤 조건이 갖추어졌을 때 동작을 진행시키는 것
21. 조정(Adjustment)	양 또는 상태를 일정하게 유지하거나 혹은 일정한 기준에 따라 변화시켜 주는 것
22. 변환(Converting)	정보 또는 에너지의 형태를 바꾸는 것
23. 보호(Protect)	피제어 대상품의 이상 상태를 검출하여 기기의 손상을 막아 피해를 줄이는 것
24. 경보(Warning)	제어대상의 고장 또는 위험상태를 램프, 벨, 부저 등으로 표시하여 조작자에게 알리는 것

 

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자동제어 기본 개념과 분류 필요성