컴퓨터 기반 제어 소개 2 • 목표 : 지난 회 강의의 연속으로서 컴퓨터로 제어 되는 시스템의 종류와 주요 응용 예를 살펴봄으로써 향후 진행될 교육의 필요성을 재인식한다. • 주요내용 1. PLC Interface 2. PC-Card Interface 3. Camera Interface
PLC Interface • 컴퓨터로서 PLC(Programmable Logic Controller) 를 제어하는 시스템에 대하여 살펴보자. – – 광섬유 생산장치 공정제어 Fuzzy Controller 프로펠러 성능시험 장치 풍력 발전소 제어
OJ 공정제 어 Over Jacket Process for Optical Fiber Production Tail Stock Touch Screen Burner 123 2. 50 O 2 H 2 MFC 32. 2 2. 50 BOOST ROTATE PILOT BURN 2. 50 Emergency Glass Tube Spindle AC Servo Motor PLC • Over jacket 공정은 CVD의 후공정으로서 증착이 완료된 유리봉에 유리 외피를 씌우는 작업이다. • 유리봉을 외피관에 넣고 버너로 가열을 해나가면서 융착시킨다. • CVD와 마찬가지로 온도, 유량 제어및 Carriage에 대한 서보 제어가 필요 하다. 앞서 설명한 바와 같이 실시간성, 안정성과 사용자 인터페이스 증 진을 위하여 상위에 Touch Screen을 갖는 PC를 두고 하위에 PLC가 H/W제어를 담당하는 구조를 사용하고 있다.
Fuzzy Programmable Logic Controller Fuzzy Inference Engine Rule Base 256 rules (100 KFLIPS) DSP Pipeline Process TMS 320 C 25 Defuzzication (8 bit) Fuzzication 8 Input Inference Engine 4 Output (8 bit) Fuzzy Rule Base Membership function RS-232 Fuzzy PLC Applications IBM-PC MS Windows Fuzzy Controller
• Fuzzy라는 말은 애매모호하다라는 뜻이다. 이를 수식보다는 경험을 바탕으로 제어시스템에 많이 이용되었다. • 예를 들어 자동차 운전에 있어서 운전자의 운전제어 방식은 수학적이라기 보다는 애매모호할 수 있는 각종 경험 또는 ‘ 감’을 바탕으로 한다는 것을 쉽게 알 수 있다. • Fuzzy 제어기에는 대상 물리량의 크기를 가늠하는 Membership 함수와 경험에 의거한 제어 법칙에 해당하는 Rule이 필요하다. • 참고로 Membership 함수를 온도라는 물리량을 온도에 적용해 보면 ‘쾌적하다’라는 것은 주관적이지만 15℃ ~20℃ 사이에 1의 값을 갖고 양쪽에서 서서히 감소하는 함수로 표현할 수 있을 것이다. Rule : 쾌적하면 히터 를 최소로 하라 멤버쉽 쾌적하다 15 20 온도
• 산업용 Fuzzy제어기를 이용하기 위한 Membership함수와 Rule을 작성하는 프로그램 작성기의 예이다. • 작성된 프로그램을 RS-232 직렬통신으로 제어기에 다운로 드 하고 제어결과를 모니터링할 수 있다.
프로펠러 시험기 Propeller Test System Torque & Thrust Encoder Hydraulic Motor Servo Valve Servo Controller 80 kc 196 Industrial PC PLC • 이 시스템은 설계된 프로펠러의 추력(Thrust), 토크 (Torque)와 같은 성능을 수류의 변화에 대하여 시험하는 장치이다. • 이 장치의 제어에는 최상위에 산업용PC를 두고 프로펠러 관련 유압 모터구동 을 담당하며 토크 및 추력 측정을 하는 전용 제어기가 있다. 또한 수류를 일 으키기 위한 정방향 및 역방향 모터구동 및 디지털 입출력을 갖는 PLC가 있 다. • PC는 직렬통신으로 PLC및 전용제어기와 명령 및 측정 정보를 교환한다.
PC Card Interface • PC를 이용한 제어기로서 PC Card 형태의 Data Acquisition보 드, Motion Control Board를 이용한 적용 사례를 살펴본다. – – 자동 시염색 시스템 점탄성 물체 시험기 부하시험기 엔진실험장치
자동 시염 색 시스템 Color Mixing Process Automation Motor drive Agitation Motor drive Speed Controller Motor drive
• 이 시스템은 다양한 색상과 농도를 갖는 염료병으로부터 원하는 정량의 염료를 주사기로 흡입하여 해당 비커로 옮기는 것이다. • 운영자가 작성한 Recipe에 따라 로봇 및 Turn Table이 해당위치 로 이동하고 주사기를 내린 후 정량 만큼 흡입하고 다시 올리고 비커에 토출시킨다. 다만 주사기를 통하여 서로 다른 염료가 오 염되는 것을 막기 위하여 한염료에 대한 작업 후 세척 작업이 필 요하다. • 이러한 과정을 반복하면 시염색을 위하여 적절하게 배합된 염료 비커들을 얻게 된다. • 이 시염색 을 위한 조색시스템을 CCK (Computer Color Kitchen) 이라고도 한다.
Additives RS-232 Flow Sensor Digital I/O To Servos Motion Control Card
• 이 CCK 시스템은 염료, 조제, 처방 등을 관리하는 여러 개의 데이 터 베이스를 가지고 있어야 하므로 필 수적으로 컴퓨터가 필요하 다. • 그래서 주제어기는 PC가 되고 여기에 제어를 위한 모션제어 보드 를 이용하여 Turn Table, 주사기, 로봇 등의 서보 제어를 담당하 게 한다. • 또한 비커에 염료 외에도 정량의 물과 조제가 필요한데 이들의 유 량을 제어하기 위한 별도의 전용제어 보드를 가지고 있으며 PC와 직렬 통신을 수행한다.
Vibration Test Machine for Viscoelastic Materials Force load cell Viscoelastic Specimen Gap sensor servo v/v Displacement RS-232 Cy. Function generator (8031) Cylinder prop. v/v Gap sensor Potentiometer Load cell 점탄성 물체 시 험기
• 이 시스템은 방진 재료로 많이 사용되고 있는 고무와 수지의 진동특성을 시험하는 장치이다. • 이러한 재질의 시편을 유압 실린더로 진동시키면서 힘과 변위 를 계측하는 것이다. • 힘을 계측하는 Load Cell과 정밀 변위를 계측하는 Gap Sensor 를 PC 카드형의 ADC를 이용하여 인터페이스를 하고 유압실린 더의 서보제어에는 전용 보드를 이용하고 있다.
부하시 험기 Intelligent Hydraulic Load Simulator for Hydraulic Cylinders and Motors Position Transducer Load Cell Load Simulator Part Pressure Transducer Flow Meter Actuator to be tested (시험대상) Servo V/V Learning Controller Load measured from field
• 이 시스템은 건설장비 등에 많이 사용되는 유압 실린더의 성 능을 시험하기 위한 설비이다. • 실린더의 부하에 대한 성능을 시험하기 위하여 현장에서 직접 측정한 부하를 그대로 인가할 수 있는 부하묘사 시스템(Load Simulator System)이다. • 이를 위하여 부하를 만들어내는 실린더의 압력 및 유량을 계 측할 수 있는 GPIB기반의 제어 장치가 PC에 인터페이스 되어 있다.
Digital Electronic Engine Controller READY Host Computer CRANK FILLING 1 FILLING 2 IGNITION ACCEL. 1 DEEC Sensors ACCEL. 2 Actuators Valves Gas Turbine Engine RUN SHUT DOWN 엔진실험 시스템
• 이 시스템은 가스터빈 엔진제어기를 시험하기 위한 시험 장치 이다. • 가스터빈 엔진이 새로 개발될 때 매우 고가이고 위험하기 때 문에 엔진제어기를 장착하여 시험하기가 어렵다. 이 경우 컴 퓨터에서 소프트웨어적으로 엔진과 동등한 동작을 하도록 모 사하여 이를 제어기 시험장치로 사용할 수 있다. • DEEC라는 제어기를 시험하기 위하여 PC에 Data acquisition card를 장착하여 엔진 제어기에서 계측하는 여러 가지 물리량 을 발생시키고 제어기의 출력에 반응함으로써 장착 이전에 제 어기의 특성이나 오류를 발견하도록 한다.
Real Time Test System 실시간 실험 Engine Dynamic Emulation • TEMPERATURE CIT, EGT DEEC • PRESSURE CIP, CDP, FIP, FOP, NIP • PLA • INFORMATION SIGNALS • FUEL MOTOR PWM • ENGINE SPEED • PUMP SPEED • ENGINE START • START TYPE SMJ 320 C 25 RS-232 • • STARTING V/V OIL MOTOR IGNITOR BLEED BAND command
• 그림과 같이 엔진의 온도, 압력 등과 같은 전압은 PC card의 DAC로 발생시키고 속도센서로부터의 펄스를 Timer로 생성시켜 서 DEEC로 보낸다. • 반대로 제어기로 부터의 PWM펄스 및 각종 센서상태를 PC card로 읽어서 PC에 내장된 엔진 시뮬레이터를 동작시킨다. • * 참고: PWM(Pulse Width Modulation): 주로 모터제어에 많이 사용되는 기술로서 모터의 출력을 비례적으로 제어하기 위하 여 아날로그 전압대신에 일정한 주파수의 펄스열에 대하여 On 인 구간과 Off인 구간의 비율로서 출력을 결정하는 방법이다. DAC 및 고가의 앰프가 필요 없어 대용량의 시스템에서 많이 사용한다. 30% 50% 80%
Some Test Results Legends : N demand N experiment N simulated PWM experiment PWM simulated
Some Test Results Legends : N demand N experiment N simulated PWM experiment PWM simulated 그래프들은 제어기와 결합된 상태에서 실험한 결과이다. 엔진의 회전수와 연료펌프의 PWM량을 표시하 고 있다.
Camera Interface • 카메라를 Interface하여 영상 처리하는 시스템을 살펴 보자. – Can 검사 – 3차원 물체 인식
Can 검사 Automated CAN Inspection Systems Flange Embossing Code CCD Camera Center Frame Grabber PC Computer Fluorescent Ring Light Scanning Line Reflective Dome Proximity Sensor Conveyor Can Kicker Good N. G. Data Acquisition Board
• 이 시스템은 컨베이어로 공급되는 통조림과 같은 캔의 윗면을 CCD카메라를 이용하여 검사하는 시스템이다. • 검사용 컴퓨터에는 카메라의 화상정보를 입력받을 수 있는 Frame Graber 카드와 디지털 입출력을 할 수 있는 Card가 장착 되어 있다. • 컨베이어로 캔이 도착하면 근접센서가 감지하여 Frame Graber 로 정지 영상을 읽어 분석을 통하여 캔의 외관상의 결함 을 판독 한다. • 문제가 있는 캔은 Solenoid로 제작된 Kicker로 별도의 불량 수거 함으로 쳐낸다.
3 D 물체 인식 3 D Shape Extraction using Structured Laser beam
• 이 시스템은 어류의 알의 3차원 외관을 측정하여 등급을 판정하 는 장치이다. • CCD 카메라와 직선형태의 구조광을 발하는 레이저를 이용하고 있으며 그림과 같이 높이에 비례하여 카메라에 비치는 레이저 선 의 위치가 변화하는 원리를 이용하고 있다. • 시스템의 구성은 PC와 Frame grabber를 사용하고 있다.
