자동화 시스템 - 제어와 자동제어

◐ 자동화 시스템 - 제어와 자동제어 ◑

1. 제어의 정의

 

(1) 작은 에너지로 큰 에너지를 조절하기 위한 시스템을 말한다

(2) 기계나 설비의 작동을 자동으로 변화시키는 구성 성분의 전체를 의미한다

(3) 기계의 재료나 에어지의 유동을 중계하는 것으로써 수동이 아닌 것이다.

(4) 사람이 직접 개입하지 않고 어떤 작업을 수행시키는 것 등을 뜻한다

 

2. 제어의 종류

 

(1) 제어(control)

어떤 목적에 적합하도록 되어있는 대상에 필요한 조작을 가하는 것

 

(2) 제어량(controlled variable)

제어하려는 물리량으로 전압, 전류, 주파수, 시간, 속도, 온도, 유량, 유압, 위치, 방

향 등을 말한다.

 

(3) 제어 명령

ㄱ. 정성적 제어 : 제어회로를 on/OFF 또는 유무상태의 두 동작 중 한 동작에 의

하여 제어명령이 내려지는 제어

ㄴ. 정략적 제어 : 제어량을 가리키는 지시계와 목표값을 가리키는 지시계를 달아

놓고, 양자의 지시량을 비교하여 제어량이 목표값에 일치되도록 하는 제어

 

3. 제어계

 

제어계란 자동화 시스템을 구성하기 위해 도입된 제어 시스템을 의미하는 것으로 제

어계 내에서의 각 부분들의 관계를 정확히 하기 위해서는 제어 시스템의 구조를 체계

적으로 표현하는 것이 필요하다.

 

(1) 개회로 제어계(open roop control system)

제어 동작이 출력과 전혀 관계가 없는 간단한 제어계이기 때문에 많이 사용하지

만, 오차가 많이 생길 수 있고, 이 오차를 수정할 수 없는 단점이 있다.

(2) 폐회로 제어계(closed loop control system)

제어계의 출력이 목표값과 일치하는가를 비교하여 일치하지 않을 경우에는 그 차

이에 비례하는 동작신호를 제어계에 다시 보내 오차를 수정하도록 하는 정확하고

신뢰성 있는 제어이다.

(3) 제어 시스템의 최종 작업목표

ㄱ. 고정 상태의 확인

ㄴ. 공정 상태에 따른 자료의 분석 처리

ㄷ .처리된 결과에 기초한 공정에의 작업

(4) 제어계를 구성하고 있는 요소에 의한 공정의 진행

ㄱ. 센서는 처리 상태를 확인하고 측정한 제어신호를 발생시킨다.

ㄴ .측정된 제어신호를 프로세서에 공급된다.

ㄷ. 프로세서는 측정된 제어신호를 분석처리하여 액추에이터에 필요한 제어신호를

발생시킨다. 이는 공정에 직접저거인 영향을 끼치게 된다

ㄹ. 프로그램은 프로세서가 분석처리할 작업지침을 포함하고 있다.

ㅁ. 해당되는 프로그램이 프로세서에서 처리된다.

ㅂ. 프로세서에 의하여 발생된 제어신호는 액추에이터로 전달된다. 즉, 작업이 수

행된다.

ㅅ. 복잡한 제어 시스템에서는 여러 개의 프로세서들이 네트워크로 연결될 수 있다.

 

4. 제어 시스템의 분류

 

(1) 제어 정부 표시 형태에 의한 분류

ㄱ. 아날로그 제어계

이 제어 시스템은 연속적인 물리량으로 표시되는 아날로그 신호로 처리되는

시스템을 말하는데 일반적으로 자연계에 속하는 모든 물리양은 연속적인 정보

를 갖고 있다. 예를 들면 온도, 속도, 길이, 조도, 질량 등이다.

ㄴ. 디지털 제어계

이 제어 시스템은 처리하기 어려운 아날로그제어를 시간과 정보의 크기 면에

서 모두 불연속적으로 표현한 제어 시스템으로 보다 경제적이며 최근에 전자

공학의 발달에 힘입어 많은 부분에서 디지털제어를 채택하고 있다.

ㄷ. 2진 제어계

하나의 제어변수에 2가지의 가능한 값, 신호의 유/무, on/OF, YES/NO, 1/10등

과 같은 2진신호를 이용하여 제어하는 시스템을 의미하며 실린더의 전진과 후

진, 모터의 정회전과 역회전 또는 기동과 정지 등에 의해 작업을 수행하는 자

동화 시스템에서 가장 많이 이용되는 시스템이다.

 

(2) 신호처리 방식에 의한 분류

제어 시스템은 신호를 처리하는데 따라 다음처럼 구분할 수 있다.

ㄱ. 동기 제어계(synchronous Control System)

이 제어시스템은 실제의 시간과 관계된 신호에 의하여 제어가 이루어지는 것

을 의미한다.

ㄴ. 비동기 제어계(Asynchronous Control system)

이 제어 시스템은 시간과는 관계없이 입력신호의 변화에 의해서만 제어가 행

해지는 것이다.

ㄷ. 논리 제어계(Logic Control System)

이 제어 시스템은 요구되는 입력조건이 만족되면 그에 상응하는 신호가 출력

되는 시스템이다. 이러한 논리제어 시스템은 메모리 기능이 없으며 여러 개의

입, 출력이 사용될 경우 이의 해결을 위해 불대수(Boolean algebra)가 이용된다.

ㄹ. 시퀀스 제어계(Seqence Control system)

이 제어 시스템은 제어프로그램에 의해 미리 결정된 순서대로 제어신호가 출

력되어 순차적인 제어를 행하는 것을 의미한다. 한편 이것은 시간종속과 위치

종속 시퀀스 제어계로 구분된다.

a. 시간종속 시퀀스 제어계(Time Seqence Control system) : 이 제어 시스템은

순차적인 제어가 시간의 변화에 따라서 행해지는 제어 시스템을 의미한다.

b. 위치종속 시퀀스 제어계(Process-Dependent Seqence Control system) : 이

제어 시스템은 순차적인 작업이 전 단계의 작업완료 여부를 확인하여 수행

하는 제어시스템이다.

 

(3) 제어 과정에 따른 분류

ㄱ. 파일럿 제어(Pilot Control)

입력과 출력이 1:1 대응 관계에 있는 시스템을 말하는데 일명 논리제어라고

도 하며 메모리기능은 없고 이의 해결에 불(Boolean)논리 방정식이 이용된다.

ㄴ. 메모리 제어(Memory Control)

어떤 신호가 입력되어 출력신호가 발생한 후에는 입력신호가 없어져도 그때의

출력 상태를 유지하는 제어 방법을 의미한다. 즉, 이 제어계에서는 출력에 영

향을 미칠 반대되는 입력신호가 들어올 때까지 한번 출력된 신호는 기억된다.

ㄷ. 시간에 따른 제어(Time Schedule Control)

이 제어방법에서는 제어가 시간의 변화에 따라서 이루어지게 된다. 기계적으

로는 캠축이나 프로그램 벨트 등이 모터에 의해 회전하며 일정한 시간 경과 후

그에 따른 제어신호가 출력되도록 하는 장치가 있으며, 전기나 전자적인 방법

에는 옥외광고와 같은 것이 대표적이다. 이 제어 시스템에서 전 단계와 다음

단계의 작업사이에는 아무런 관계가 없다.

ㄹ. 조합 제어(Coodinated Motion Control)

이 제어방법은 목표치(command variable)가 캠축이나 프로그램 또는 프로그래

머에 의하여 주어지나 그에 상응하는 출력변수는 제어계의 작동요소에 의하여

영향을 받는다. 즉, 제어 명령은 시간에 따른 제어와 같은 방법으로 주어지나

이의 수행은 시퀀스 제어에서와 마찬가지 방법으로 감시된다.

ㅁ. 시퀀스 제어(Sequence Control)

이 제어 시스템은 전단계의 작업완료 여부를 리밋 스위치나 센서를 이용하여

확인한 후 다음 단계의 작업을 수행하는 것으로써 공장자동화에 가장 많이 이

용되는 제어 방법이다.

 

 

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