시퀀스제어와 PLC응용 제1장 시퀀스 제어의 개요

제 1장 시퀀스 제어의 개요 1-1 자동제어란 ? 제어(control) : 외부로부터 주어진 동작을 행할 수 있도록 만들어진 어떤 물리계의 에너지 물질, 자원 등의 흐름을 목적에 부합하도록 기계적인 장치(하드웨어 및 정보장치(소프트웨어) 등에 의하여 여러가지 조작을 가하는 것을 의미 자동제어 (automatic control) : 이러한 조작을 자동적으로 행하는 것 어떤 기계장치나 설비의 운전 및 조작에 관계되는 상태변수의 제어 및 조작을 인간의 손과 발 등에 의해서 수동제어하지 않고 인간에 의해 설계된 제어기기 등을 이용하여 자동적으로 희망하는 조건을 유지하거나 혹은 변화시키면서 제어하는 일종의 수단과 방법

1.1.1 시스템의 개념 자동화 시스템 : 플랜트에서 필요한 각종 복합적인 기술을 어떻게 도입하여 경제성, 신뢰성, 안정성 등을 확보하면서 생산성을 증대시키고자 하는데 목적 이러한 목적을 달성하기 위해서는 여러가지 측정설비 (센서, 계측장비)는 물론이고 제어 이론과 장비가 이용되어야 하며 프로세스의 특성에 따라 적절한 장비를 선정하고 설계할 수 있는 엔지니어링 기술과 설치된 모든 장비를 효과적으로 운용할 수 있는 유지보수 기술 등이 필요

1.1.2 연속제어와 불연속 제어 연속제어 : 그림 1-1(a) 와 같이 습동자나 가변저항을 이용하여 램프레 가해지는 전원전압을 연속적으로 가감해서 램프의 밝기를 조정하는 제어 : 아나로그 제어 램프의 밝기를 정량적으로 환산하여 연속적으로 제어하는 것이 가능한 정량적 제어방식으로써 제어량과 목표값과의 오차를 정정할 수 있는 자동제어가 가능 불연속제어 : 그림 1-1(b)와 같이 스위치 S의 위치에 따른 이산적인 저항값의 변화로 전원 전압이 단계적으로 가감되어 램프의 밝기가 변화하는 제어 : 디지털 제어 제어량과 목표값과의 오차를 연속적으로 정정해 나가는 것이 곤란 시간적 불연속성을 가지고 제어 알고리즘을 전개하고 있으며 계장제어로 설명될 수 있다. [                                                                          [그림 1-1] 제어방식의 비교

1.1.3 개루프 제어와 폐루프 제어 개루프 제어 (open loop control) : 제어 동작이 출력상태(제어량)과는 무관하게 이루어지는 제어 시스템                                                                          [그림 1-2] 개루프 제어 시스템

폐루프 제어 (closed loop control) : 출력상태(제어량)의 일부 혹은 전부를 입력측에 되돌림(feedback)하여 목표값(설정값)과 비교하고, 이에 따른 오차에 의하여 계속적인 정정동작을 행하는 제어. Feedback control 이라고도 한다.                                                                           [그림 1-3] 폐루프 제어 시스템

1.2 시퀀스제어란 ? 시퀀스 (sequence) : 어떤 일이나 작업등이 항상 일정한 순서를 가지고 진행되어 가는 현상 시퀀스제어 (sequence control) : 미리 정해진 공정순서를 논리적으로 분석하여 제어회로를 구성하고, 또한 각종 제어기기들을 제어 목적에 부합되도록 하드웨어 혹은 소프트웨어적으로 구성하여 제어하는 것 시퀀스제어를 위한 각종 유접점 릴레이, 타이머 및 카운터와 논리소자 등을 프로그램화하여 집적화한 PLC (programmable logic controller) 가 개발됨.

1.2.1 시퀀스 제어 시스템의 구성 시퀀스제어는 일반적으로 그림과 같은 제어시스템으로 구성되며 제어의 목적을 위하여 수동 및 자동에 의한 목표값(작업명령)이 입력 변환기를 통하여 제어회로에 주어지게 된다                                                                           [그림 1-4] 시퀀스 제어시스템의 구성

시퀀스제어의 각 구성요소에 대한 기능과 역할은 다음과 같다 작업명령 : 외부로부터 주어지는 기동 및 정지 등의 명령 신호를 말한다. 입.출력변환기 : 제어회로와 조작기기에 신호를 주는 각각의 변환기를 의미 제어회로 : 판단 및 연산기능을 가진 인간의 두뇌에 해당하는 역할을 한다. 조작기기 : 실제적으로 조작을 행하는 인간의 손발에 해당하는 역할을 한다. 제어대상 : 제어하고자 하는 각종 장치 및 기계를 말한다. 검출기 : 인간의 시각, 촉각 및 청각 등의 5감에 해당하는 역할을 한다. 제어량 : 제어 대상으로부터 발생되는 제어목적의 상태량을 의미한다.

1.2.2 릴레이 시퀀스 제어 릴레이 시퀀스제어 (relay sequence control) : 미리 정해진 순서에 따라 제어의 각 단계를 기계식 릴레이의 접점을 이용하여 차례로 진행해 나아가는 제어 1.2.3 시퀀스에서 시스템으로 발전 고전적인 자동화 시스템의 개념에서 탈피하여 인간의 사고력을 도입하기 위한 각종 알고리즘(퍼지 제어, 신경망제어, 혼돈 이론 제어)은 물론 앞에서 설명한 바와 같은 목적을 위해 다양한 기술(계측, 설치, 센싱, 제어, 운용 등)을 이용하여 자동화를 구현하는데 시스템 제어의 목적이 있다.

1.2.4 제어 시스템에 필요한 요소 기술 1) 기초 이론 (재료, 물리, 기계, 유체역학, 자기학, 전자, 디지털 등) 2) 센서 이론 (온도, 압력, 레벨, 유량, 반도체, 성분, 가스, 습도 등) 3) 제어 이론 (고전적인 PID 이론, 자동제어기초, 다변수 제어, 캐스케이드 제어, 퍼지제어, 신경망제어, 유전자 알고리즘제어, 현대 제어 등) 4) 컴퓨터 기술 (하드웨어, 소프트웨어, 센서와 인터페이스기술, 컴퓨터 사이의 인터페이스 기술, 액추에이터와의 인터페이스 기술) 5) 통신 기술 (컴퓨터통신, 신호 전송 등)

1.2.5 시퀀스 제어의 입출력회로 유접점시퀀스, 무접점시퀀스, PLC에 의한 시퀀스제어로 나뉜다. 입력회로 및 제어 회로 : 일반스위치와 리미트 스위치, 근접스위치, 광전스위치, 온도 스위치 및 압력스위치 등과 같은 검출용 스위치와의 조합 무접점 시퀀스제어와 PLC에 의한 시퀀스제어의 제어회로에 대한 구성요소는 전자회로로 집적화된 논리소자로 구성 출력회로 : 전구, 전동기, 전자밸브, 솔레노이드, 실린더 및 각종 actuator등의 표시기 및 조작기기들에 대한 구동회로로 이루어진다. 전동기나 전자밸브 등의 동력원에 의하여 이루어지는 부하회로를 주회로 주회로를 조작하기 위하여 사용되는 제어회로를 보조회로라는 의미로써 조작회로

1) 유접점 시퀀스 제어의 입․출력회로 유접점식 회로는 주로 일반 스위치, 검출용 스위치(센서) 및 전자계전기 등과 같은 유접점 소자를 사용하여 구성한 회로                                                                            [그림1-7] 유접점식 주차장 시퀀스 제어

2) 무접점 시퀸스 제어의 입・출력 회로 무접점 시퀸스 회로는 다이오드, 트랜지스터, SCR 및 Triac 등의 반도체 스위칭 소자들을 사용하여 구성한 회로                                                                             [그림 1-8] 무접점식 주차장 시퀀스 제어

3) PLC의 입・출력 회로 PLC(programmable logic controller)에 의한 시퀸스 제어는 일반적인 시퀸스 제어에 비하여 입력회로와 출력회로의 구성은 일반적으로 동일하지만 소프트 와이어드(soft wired)에 의한 프로그래밍 방식을 이용하므로 제어회로의 논리, 기억 및 연산 등의 다기능 면에서 훨씬 탁월한 성능을 가지고 있다. [그림1-9]는 각각 16개의 입력접점을 갖는 PLC를 적용하여 주차장의 만차 표시장치를 구성한 회로                                                                     [그림 1-9] PLC에 의한 주차장 시퀀스 제어

1.2.6 시퀸스 회로도 1) 배선도와 시퀸스 회로도 시퀸스 회로의 표현에는 실체 배선도와 시퀸스 회로도가 있으며 1.2.6 시퀸스 회로도 1) 배선도와 시퀸스 회로도 시퀸스 회로의 표현에는 실체 배선도와 시퀸스 회로도가 있으며 실체 배선도는 제어기기(스위치, 릴레이 및 타이머 등)의 접속 관계를 중심으로 실제로 배선을 행한 회로도이며, 시퀸스 회로도는 제어기기의 접점 및 그림 기호를 사용하여 전개식으로 나타낸 회로도를 의미한다.                                                                         [그림] 1-10 시퀀스 회로의 표현 방법

2) 시퀸스 회로도의 작성 시퀀스 회로도는 보통 ladder diagram 방식에 의한 세로 쓰기와 가로 쓰기로 나타내며, 2) 시퀸스 회로도의 작성  시퀀스 회로도는 보통 ladder diagram 방식에 의한 세로 쓰기와 가로 쓰기로 나타내며, 릴레이 및 PLC에 의한 시퀀스 회로도의 작성요령은 (1) 전원 모선 (직류 및 교류)은 세로쓰기에서는 위에서 아래로, 가로쓰기에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 그린다. (2) 접점과 그림기호는 무조작 즉 전원 공급이 없을 때의 상태로 표시한다. (3) 제어기기는 접점과 그림기호를 사용하여 동작 순서에 따라 전원 모선사이에서 세로쓰기에서는 위에서 아래로, 가로쓰기는 왼쪽에서 오른쪽으로 그린다. (4) 릴레이나 타이머와 같이 서로 관련되는 접점이 있을 경우에는 문자 및 기호 등을 사용하여 소속 관계를 명시한다. (5) PLC에 의한 래더 다이어그램은 각각의 제어기기 및 접점들에 해당되는 입력 및 출력번지를 할당하여 프로그램을 작성한다.

필요한 경우에는 전원을 명시하여 가능한 한 동작 순서에 의하여 작성한다. (1) 릴레이 시퀸스 회로도 필요한 경우에는 전원을 명시하여 가능한 한 동작 순서에 의하여 작성한다.                                                                                [그림 1-11] 릴레이 시퀀스 회로도

(2) PLC 시퀸스 회로도 PLC에서 정의한 입력 및 출력번지 및 각종 제어명령을 이용하여 동작순서에 따라 작성한다.                                                                         [그림 1-12] PLC 시퀀스 회로도

3) 타임 차트의 작성 시퀸스 회로에 대한 타임 챠트는 사전에 어떤 작업공정에 대한 회로설계를 위하여 필요한 것으로 매우 중요한 역할을 하며, 또한 이러한 타임 차트는 미리 설계된 시퀸스 회로의 동작과정 및 동작내용에 대한 이해나 검토를 위하여 많이 이용된다.                                                                     [그림 1-13] 시퀀스 회로와 타임차트

타임 챠트에 대한 작성 요령 ① 횡축에는 시간을 취하고 종축에는 각각의 제어기기 및 접점들이 어떻게 동작하는 가를 도식화한다. ② 종축상의 제어기기나 접점들의 명칭은 시퀸스의 진행 순서에 따라 위에서부터 아래쪽으로 쓰도록 한다. ③ 횡축상의 제어기기나 접점들의 동작 과정은 시퀸스의 진행 순서에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하도록 그리다. ④ 타임 차트로부터 불필요하게 반복되는 제어기기나 접점들은 생략할 수 있다. ⑤ 횡측상에는 필요한 경우에 각각의 제어 동작이 진행되는 시간을 표시한다. ⑥ 가능한한 입력기와 출력기기 순으로 작성하는 것이 동작 특성을 이해하는 데 큰 도움을 줄 수 있다.

1.2.7 무접점 시퀀스의 입․출력 회로 로직 시퀀스와 PLC 제어 등의 무접점 시퀀스 회로의 본체는 릴레이 시퀀스와는 달리 반도체 제어 소자로 구성되므로 직류 저전압, 저전류로 사용되고 또 전기적 충격에 약하므로 입출력 회로를 완층 회로로 사용하여 입력 기구 및 제어 대상과 분리시키고 동시에 전원변환의 역할을 담당한다.