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액추에이터, 센서, 제어 장치

* 기계 구조물을 위주로 해서 액추에이터, 센서, 제어 장치 3가지가 필연적으로 필요하며, 이 세 가지 요소를 자동 기계의 3요소라 한다.

공압식 액추에이터

* 유압식 액추에이터 : 오일을 이용하여 압력을 방생시키기 때문에 큰 힘을 발생시킬 수 있으며, 정밀하게 기계의 운동을 조절할 수 있다. 그러나 사용하려는 기계 장치마다 동력원인 펌프와 탱크가 필요하고, 기름의 누설, 폐유에 의한 주변 환경이 오염되는 단점이 있다.

전기식 액추에이터 : 전동기는 에너지원으로 전기를 사용한 전기 구동기로 제어의 정밀도가 높고, 안전성, 편리성 및 다른 시스템과의 연결성이 좋기 때문에 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

1. 안전성의 문제

2. 속응성의 문제

3. 정상특성의 문제

* 제어계를 안정하게, 응답을 빠르게, 그리고 오차가 생기지 않도록 구성하는 것이 가장 중요하다.

1. 안정성

2. 신뢰성

3. 내구성

4. 긴 수명

* 센서에 요구되는 성능 : 센서는 기본적으로 안정성, 신뢰성, 내구성, 긴 수명 등이 요구되며 다음 성능을 갖추어야 한다.

1. 감도가 높을 것

2. 직선성이 우수할 것

3. 특성의 편차가 적을 것

4. 재현성 안정성이 우수할 것

5. 온도 드리프트가 적을 것

6. 응답성이 빠를 것

7. 호환성이 좋을 것

8. 소비 전류가 적을 것

1. 필요한 물리량을 인축하는 변환 기술

2. 필요한 정보를 추출하는 처리 기술

3. 적절한 제어를 실행한은 제어 기술

* 센서 제어에서 요구되는 기술 : 어떤 제어 대상에 센서를 이용하여 피드백을 하고, 제어하려고 할 때 몇 가지 주의해야 할 문제점이 요구된다. 먼저 기계 제어에 있어서 요구되는 기술로서는 센서를 중심으로 생각한다면 다음과 같은 3가지를 들 수 있다.

1. 필요한 물리량을 인출하는 변환 기술

2. 필요한 정보를 추출하는 처리 기술

3. 적절한 제어를 실행하는 제어 기술

시스템 요구 분석 기법

공정 관리

1. 해석 기법

2. 시뮬레이션 기법

3. 구조화 기법

4. 최적화 기법

5. 평가 기법

6. 예측 기법

7. 관리 기법

8. 신뢰성 기법

9. 모델링 기법

1. 추력

2. 스트로크(행정 거리)

3. 피스톤 속도

4. 장착 형식

5. 쿠션 유무

6. 환경 조건

1. 설치 방법

2. 피스톤 로드 직경

3. 피스톤 로드 끝에 걸리는 부하의 종류

4. 가이드의 유무 및 부하의 운동 방향 조건

* 실린더의 행정거리의 검토 : 공압 실린더의 사용 가능한 최대 스트로크는 설치 방법, 피스톤 로드 직경, 피스톤 로드 끝에 걸리는 부하의 종류, 가이드의 유무 및 부하의 운동 방향 조건 등에 의해 결정된다. 피스톤 로드에 축 방향 압축 하중이 걸릴 경우는피스톤 로드길이가 지름의 10배 이상이 되면 좌굴이 일어나므로 좌굴 강도 계산을 고려해야 한다.

1. 소형으로 전달 능력이 크다

2. 미끄러짐이 생기지 않아 감속비가 매우 일정하다

3. 내구성이 있다.

4. 감속비를 광범위하게 선택할 수 있다.

50mm/s 이하

1. 부하 토크 ㅡ 속도 특성에 적합한 특성

2. 용도에 적합한 기계적 특성

3. 운전 형식에 적당한 정격, 사용, 냉각 방식

4. 사용 장소의 상황에 알맞은 보호 방식

5. 고장이 적고, 신뢰도가 높으며, 운전 비용이 적은 전동기

6. 가급적 표준 출력의 전동기

베벨 기어

* 두 축이 평행한 경우 : 평 기어, 헬리컬 기어, 내접 기어 등

두 축이 한 점에서교차하는 경우 : 베벨 기어

두 축이 엇갈리는 경우 : 웜 기어, 나사 기어 등

1. 온도 2. 습도 3. 진동 4. 충격 5. 분위기 6. 설치 높이

* 기계 시스템의 운전에 관한 환경 조건으론은 온도, 습도, 진동, 충격 분위기, 설치 높이 등이 있으며, 이들 항목에 대해서는 액추에이터나 센서, 제어기별로 제한되어 있다.

0도씨

* 공압 밸브나 실린더와 같이 수분의 영향이 있는 부품의 경우 최저 온도는 0도씨 이상. 전자 접촉기와 같은 제어기는 -10도씨가 최저 온도로 되어 있다. 최고 온도는부품의 구성 재질에 따라 결정되며, 고무계 패킹을 사용하는 밸브나 실린더는 60도씨, 고온에서 부품 소자가 열화되어 수명 저하를 초래하고 마진을 저하시키는 제어기의 경우는 40도씨 등으로 제한된다.

1,000m 이하

* 설치 높이를 제한하는 것은 기압의 영향을 받는 소자의 경우로서 통상 표고 2,000m 또는 사용 고도 1,000m 이하 등으로 표시되어 있다.

성능 시험

* 정밀 점검 : 정해진 간격의 주기로 실시하는 분해 점검으로, 비교적 장시간 운전을 정지하여 마모된 부품의 교환, 이상 개소의 손질, 보수 , 정기 점검보다 상세한 내부 진단이나 성능 시험을 실시하는 점검이다.

특별 점검

A종 절연 : 125도씨 이하

B종 절연 : 140도씨 이하

2배 정도

* 전자 접촉기는 일반적으로 사용 환경의 온도가 10도씨 내리면 수명은 2배 정도 향상하고 있는데 이것을 "아레니우스 법칙 10도씨 2배칙" 이라 한다.

맥동음

* 교류 전자 접촉기 여자의 전자석 접극면 사이에 먼지가 들어간 경우 전자석의 불완전 흡인을 하기 때문ㅁ에 맥동음이 발생한다.

55도씨

* 하절기에 잠깐 동안만이라도 PLC의 주위 온도가 55도씨를 넘는다면 제어반의 뭄ㄴ을 열거나, 외부 팬으로 냉각한다.

1. 회로의 절연성 저하

2. 수명 단축

3. 회로의 리크 발생

* 고습도인 경우에는 PLC에 다음과 같은 영향을 미친다.

1. 회로의 절연성 저하

2. 부품 소자의 열화 촉진으로 수명 단축

3. 고전압 회로나 높은 서지 전압이 인가되는 회로에서의 리크 발생 등

1. 제어반을 밀폐 구조로 하고 흡습제 삽입

2. 외부의 건조 공기를 제어반 내에 도입

3. 프린트 기판 재코팅

4. 입 . 출력 전원의 전압을 AC 110V 또는 DC 24V로 낮춘다.

5. 제어반 내에 스페이스 히터 설치

논릴리프형 감압 밸브

Q = AV

* 일의 빠르기를 제어하는 공압 실린더의 속도 제어는 유량을 제어해야 하며, 배관속을 흐르는 유량은 연속 방정식에 의해 Q = A x V 로 결정된다.

미터 인 속도 제어

* 미터 인 속도 제어법은 실린더로 유입되는 공기, 즉 공급 유량을 교축 하여 속도를 제어하는 방식이다.

미터 아웃 속도 제어법은 액추에이터로부터 유출되는 공기, 즉 배기 공기를 교축하여 속도를 조절하는 방식이다.

1. 실린더의 초기 속도에서는 미터 아웃 회로보다 안정적이다.

2. 실린더의 속도 부하 상태에 따라 크게 변하는 단점이 있다.

3. 부하가 불규칙한 곳에는 사용할 수 없다.

4. 인장 하중이 작용하면 속도 조절 기능이 없어진다.

5. 소형의 실린더에 제한적으로 사용된다.

* 미터 아웃 속도 제어법의 특징

1. 인장 하중이 작용하는 실린더에도 안정적이다.

2. 부하 변동이 있어도 영향을 받지 않는다.

3. 미터 인 방식에 비해 초기 속도가 다소 불안정하다.

4. 복동 실린더의 속도 제어는 거의 이 방식으로 이루어진다.

1. 작동이 원활하다.

2. 스위칭이 용이하다

3. 사용 수명이 길다.

4. 소음이 적다.

* AC 전원형

1. 스위칭 시간이 빠르다

2. 흡인력이 세다

3. 잡음이 생긴다.

블리드오프 속도 제어

* 블리드 오프 속도 제어 회로 : 대구경의 유압 실린더의 속도 제어에 한정적으로 사용되는 속도 제어 회로로서, 액추에이터와 방향 제어 밸브 사이에 바이패스용 유량 조절 밸브를 설치하여 펌프의 공급 유량 일부를 기름 탱크로 복귀시켜 속도를 조절하는 방식이다.

1. 유압에만 사용한다.

2. 대구경 유압 실린더의 속도 제어에 적합하다.

3. 펌프 효율을 향상시키기 위한 속도 제어법이다.

1. 포트 수 2. 제어 위치 수 3. 조작 방식 4. 복귀 방식

5. 중립 위치의 형식 6. 초기 상태 7. 단동과 복동

* 공 . 유압용 솔레노이드 밸브의 형식 선정

1. 포트의 수에 따라

2. 제어 위치의 수에 따라

3. 조작 방식에 따라

4. 복귀 방식에 따라

5. 중립 위치의 형식에 따라

6. 초기 상태 구분에 따라

7. 편측(단동)과 양측(복동)에 따라 각각 검토하여 선정하여야 한다.

1. 확실히 작동하는 회로 설계

2. 신뢰성이 높은 전기부품 사용

3. 안전성 확보

4. 취급의 용이성

5. 경제성

시퀸스 제어

* 시퀸스 제어는 시스템 구성이 간단하고, 구축 비용도 저렴하여 산업현장에서 널리 사용되고 있다.

1. 구성이 간단하다

2. 조작이 쉽고 고도의 기술이 필요하지 않다.

3. 설치 비용이 저렴하다

4. 취급 정보가이산 정보이다

5. 회로 구성이 반드시 폐루프는 아니다.

개회로 제어계

폐회로 제어계

* 폐회로 제어계는 개회로 제어계보다 좀 더 정확하고 신뢰성이 요구되는 분야에 활용되는 방식이다. 피드백 제어계로 더 많이 알려져 있다.

인터로크

1. 제품의 품질 향상

2. 연료 및 동력 절감

3. 생산량 증대

4. 설비 수명 연장

5. 생산 원가 절감

6. 제어 시스템 구축 및 운용에 많은 비용과 고도의 기술 필요

* 피드백 제어의 장점

1. 제품의 품질 향상

2. 연료 및 동력 절감

3. 생산 속도를 상승시켜 생산량 증대

4. 설비의 수명을 연장시킬 수 있어 생산 원가 절감

피드백 제어의단점

1. 제어 시스템 구축에 많은 비용과 고도의 기술이 필요

2. 제어 장치의 운전 및 수리에 고도의 지식과 능숙한 기술이 필요

프로세스 제어

* 제어량의 성질에 따른 분류

서보 기구 : 물체의 위치, 방위, 자세 등의 기계적 변위 제어

프로세스 제어 : 온도,압력, 유량, 레벨, 농도 등의 플랜드 산업의 제어

자동조정 : 전압, 전류, 속도, 힘 등의 전기적, 기계적 양의 제어

1. 동일 에너지 사용으로 에너지 균질성 확보

2. 감전, 폭발의 염려가 없다.

3. 수명이 길다

* 유체 동력 제어일 경우 동일 에너지 사용으로 에너지 균질성 확보

전기 에너지를 사용하지 않으므로 감전 폭발의 염려가 없다.

전기 소자에 비해 수명이 길다.,

1. 정치 제어

2. 프로그램 제어

3. 추종 제어

4. 비율 제어

1. 동작제어가 확실

2. 눈에 보이는 물상적장치

3. 마모에 따른 정밀도 저하

4. 제조 비용의 고가

* 기계적 제어 방식 : 기계 구조물의 연속적인 물리 운동에 의해 제어 목적 전달

기계적 제어 방식 제어 요소 ; 캠축, 링크, 레버 등의 기계적 요소

1. 개폐 부하 용량이 크다

2. 과부하에 견디는 힘이 크다.

3. 독립된 다수의 출력을 동시에 얻을 수 있다.

4. 입력과 출력이 분리되어 있다.

5. 동작 상태의 확인이 용이하다

6. 접점이 마모되므로 수명에 한계가 있다.

7. 동작 속도가 느리다

8. 외형이 크다

1. 동작 속도가 빠르다

2. 수명이 길다

3. 제어 장치의 크기가 소형이다

4. 소비 전력이 작다.

5. 개폐 부하 용량이 작다

6. 동작 상태의 확인이 어렵다

1. 간단히 프로그램 할 수 있다.

2. 산술 연산, 비교연산 및 데이터 처리까지 쉽게 할 수 있다.

3. 동작 상태를 자기 진단할 수 있다.

4. 컴퓨터와 정보를 교환한다.

5. 모니터링이 가능하다.

6. 먼 거리까지 하나의 케이블로 제어가 가능하다.

7. 다수 패턴의 프로그램을 저장 운전하고, 프로그램 변경이 용이하다.

리셋

* 리셋은 비상 정지 후 또는 기계 고장 발생 후 필요하다.

직입 기동법

* 감압 기동법(저전압 기동법) : 대다수 유도 부하들이 전기가 투입되어 정격에 도달 될 때 까지는 정격의 수배에서 약 20배 정도까지의 시동 전류(돌입 전류)가 흐른다.

올포트 블록형 센터 바이패스형

* 공압의 중간 정지 회로와 같이 중립 위치가 있는 방향 제어 밸브 중에서 올포트 블록형이나 센터 바이패스형을사용하면 실린더 행정 임의의 위치에서 유지 시킬 수 있다.

파일럿 조작 체크 밸브

* 실린더를 확실히 로크시키는 방법으로 파일럿 조작 체크 밸브를 사용한 회로이다.