시퀀스 제어

[OMEGA]

시퀀스 제어

1. 개 요

(1) 시퀀스 제어(Sequence control) : 순차제어

: 미리 정해진 순서에 따라 제어의 각 단계를 차례로 진행시키는 제어로서, 신호는 한 방향으로만 전달된다.

(2) 사용기기

: 전기 세탁기, 전기 냉장고, 전기 밥솥, 자동판매기, 교통신호기, 운반기계(엘리베이터, 컨베이어, 리프트 등), 공작기계(프레스, 선반 등), 광고탑, 발전소, 변전소 등

(3) 유접점 계전기 : 전자석에 의한 접점 동작

(4) 무접점 계전기 : 논리회로 (반도체 이용)

2. 시퀀스 제어계의 목적

(1) 시퀀스 제어계의 목적

: 생산, 제조공정 등에서의 시동, 정지 작업이나 가공, 조립, 운반, 포장 등과 같은 기계 작업을 자동적으로 처리하기 위해서이다.

(2) 시퀀스 제어의 역할

: 노동력 감소, 생산 원가 절감, 제품의 품질을 균일화, 생산 속도 증가, 작업 환경 개선

(3) 시퀀스 제어계의 구성

① 제어 대상 : 제어하려는 목적의 장치

② 검출부 : 제어량이 소정의 상태인지 아닌지를 표시하는 2값 신호(on/off)를 발생하는 부분

③ 검출 신호 : 검출부에서 검출된 신호

④ 명령 처리부

: 작업 명령이나 검출신호, 미리 기억 시켜둔 신호 등에 의해서 제어 명령을 만드는 부분

⑤ 제어부 : 제어 명령의 신호를 증폭하여 제어 대상을 직접 제어할수 있도록 하는 부분

3. 시퀀스 제어의 제어요소

< 학습목표 >

① 수동 스위치에서 복귀형 및 유지형 스위치의 구분과 역할을 설명할 수 있다.

② a접점, b접점, c접점의 구분과 동작 원리를 설명할 수 있다.

③ 검출 스위치 구조와 동작 상태를 설명할 수 있다.

④ 전자 계전기의 종류와 특성을 설명할 수 있다.

⑤ 무접점 스위칭(반도체 소자)의 원리를 설명할 수 있다.

⑥ 유접점 스위칭과 무접점 스위칭(반도체 소자)의 장.단점을 알 수 있다.

⑴ 수동 스위치

: 사람이 수동 조작으로 제어장치에 입력 신호를 넣어 주는 기구로, 작업 명령 및 명령 처리 방법의 변경 등에 사용

1) 수동 스위치 종류 : 복귀형 수동 스위치,  유지형 수동 스위치

① 복귀형 수동 스위치

: 사람이 조작하고 있는 동안에만 회로가 닫혀있거나, 열려 있다가 조작을 중지하면 즉시 원래의 상태로 복귀하는 것.

         < 복귀형 수동 스위치 >                                   < 복귀형 수동 스위치의 기호 >

② 유지형 수동 스위치

: 사람이 일단 수동 조작을 하면, 반대로 조작할 때까지 접점의 개폐상태가 그대로 유지되는 것.

< 유지형 수동 스위치 >                                < 유지형 수동 스위치의 기호 >

         

양쪽 푸시버튼 스위치, 셀렉터 스위치(선택 스위치), 나이프 스위치, 토글 스위치 등

2) 접점의 종류

접점의 종류	접점의 상태	별                        칭
a 접점	열려 있는 접점	메이크 접점(make contact)  상개접점( no 접점,  normally open contact)
b 접점	닫혀 있는 접점	브레이크 접점(break contact)  상폐접점( nc 접점,  normally close contact)
c 접점	전 환   접 점	브레이크-메이크 접점(break.make contact)  트랜스퍼 접점( transfer contact), change 접점

⑵ 검출 스위치

: 제어 대상의 상태 또는 변화를 검출하기 위한 것으로 위치, 액면, 압력, 온도, 전압 등 제어량을 검출하는 스위치.

☆ 검출 스위치 종류 : 리밋 스위치,  플로트 스위치

1) 리밋 스위치(Limit switch) : 위치 검출

① 캠(cam) : 접촉자에 접촉되는 물체의 경사진 부분.   과부족 검출

② 도그(dog) : 뾰족한 부분. 위치 검출

           < 리밋 스위치의 원리와 기호 >

 

③ 이용 : 바이메탈을 이용한 온도 조정 장치,   자동차 자동 세척기의 세척 진행 속도 제어장치, 과중량 경보 스위치 등

2) 플로트 스위치(Float switch) : 액면 검출

        < 플로트 스위치의 원리와 기호 >

 

⑶ 전자 계전기(electromagnetic relay)

: 전자력에 의하여 접점을 개폐하는 스위치의 기능을 가진 장치.

1) 기본지식

① 전자계전기의 원리 및 기호

       *. < 전자 계전기의 원리 >                          < 전자 계전기의 기호>

② 전자력 : 코일에 전류를 흘리면 철심은 전자석이 되어 쇠붙이를 끌어 당기게 되는 힘

③ (전자)계전기의 형태 : 힌지형 계전기 : Relay 종류

                                     플런저형 계전기 : MC 종류

④ (전자)계전기의 종류

㉠ 보조계전기(릴레이) : 용량이 작고 많은 접점을 이용한 계전기

㉡ 한시계전기(타이머) : 시간 지연회로가 첨부된 계전기

㉢ 전자접촉기(MC) : 용량이 큰 전력회로의 제어용 접점을 이용한 계전기

㉣ 전자개폐기(MS) : 전자접촉기에 열동계전기를 첨부한 계전기

⑤ (전자)계전기의 기능

: 증폭기능, 변환기능, 전달기능, 연산기능, 조정 및 경보기능, 다회로 동시 제어기능 

⑥ 접점의 동작회로

㉠ a접점(arbeit contact) : make 접점

㉡ b접점(break contact) : break 접점

㉢ c접점(change-over contact) : change 접점

⑦ 여자와 소자

㉠ 여자 : 코일전류 흘림 : a접점-ON, b접점-OFF

㉡ 소자 : 코일전류 차단 : a접점-OFF, b접점-ON

⑧ 전자 계전기의 작용

㉠ 여자에 요하는 전압, 전류의 값보다 매우 큰 값의 회로를 개폐하는 능력

㉡ 하나의 신호로 몇 개의 회로를 동시에 개폐할 수 있는 기능

㉢ a 접점 밖에 없는 스위치를 등가적으로 b접점을 가진 스위치로 변환하는 기능

㉣ 여러개의 릴레이를 조합하여 판단기능을 가진 논리회로를 만들 수 있다.

2) 보조계전기(auxiliary relay) : 릴레이

: 용량이 작고 많은 접점을 이용할 때 사용하는 계전기.

① 보조계전기의 구조

② 종류 : 2a2b(8pin),   3a3b(11pin),   4a4b(14pin)

3) 전자접촉기

① 전자접촉기의 외형 및 내부구조

: 전자 접촉기의 전자 코일에 전류가 흐르면, 고정 철심이 전자석으로 되어 가동 철심을 흡인하여 가동 철심에 부착된 주 접점과 보조 접점을 폐로하고, 전자코일에 전류가 흐르지 않으면 개로한다.

  

② 접점과 회로 구성

㉠ 주접점 : 큰 전류가 흘러도 안전한 대전류 용량의 접점으로 주회로를 구성한다.

㉡ 보조접점

: 작은 전류 용량의 접점으로 주회로의 개폐조작에 필요한 것으로, 조작회로 또는 보조회로를 구성한다.

 

4) 과부하 계전기(over load relay) : 열동계전기

: 부하의 이상에 의한 정상 전류의 증가를 검지하여 작동하는 보호 장치이며, 일반적으로 열동(과전류) 계전기인 서멀 릴레이(thermal relay)가 사용된다.

① 작동과정 : 전동기에 과부하 또는 구속 상태 등으로 이상 전류가  흐르면 주회로에 접속된 과부하 전류에의해 히터(over load current thermo-heater)의 발열로 바이메탈이 작용하여 접점부를 동작시킨다.  ㉠ a접점 : 경보용 접점 - 경보 램프 점등 ㉡ b접점 : 조작회로용 접점 - 전자접촉기의 여자회로 차단(소자) ② 복귀는 수동으로 한다.

5) 전자개폐기(MS : electromagnetic switch)

: 전자접촉기와 과전류에 의해 동작하는 과부하 계전기가 조합되어 외부의 조작스위치에 의해 동작하는 개폐기이다.

① 전자접촉기와 전자개페기의 비교

㉠ 전자접촉기(MC : electromagnetic contact)

: 전동기와 같이 비교적 대용량에 사용하는 계전기.

㉡ 전자개폐기(MS : electromagnetic switch)

: 전자접촉기와 열동계전기(THR)를 결합하여 조작스위치로 사용하는 계전기 ( 5a2b, 4a4b )

② 내부 회로와 외부 조작 스위치 연결

 

③ 시퀀스도(동작회로도)

1. PB1을 눌렀을 때  2. PB1을 눌렀다 띄었을 때  3. PB2를 눌렀을 때

6) 한시계전기 : 타이머(Timer)

: 시간지연회로로 접점이 일정한 시간만큼 늦게 개폐된다.

① 시퀀스 제어에 사용되는 시간 제어 기구 :

㉠ 한시계전기(타이머) : 기계식 타이머

전동기식 타이머

공기식 타이머

오일식 타이머

㉡ 전자식 IC 타이머 : RC 시상수를 이용한 동작시간 조절 :  NE555

② 타이머의 동작형식

: 타이머는 시간차를 두고 접점의 개폐동작을 할 수 있으며, 출력신호 까지의 사이에 인위적으로 일정한 시간을 유지하는 것으로, 스위치와 계전기의 조합으로 그 기능을 발휘한다.

㉠ 한시 동작형

: 전압이 가해진 다음 일정 시간이 경과하여 접점이 동작하며, 전압이 제거되면 순시에 접점이 원상 복귀하는 것으로 ON DELAY TIMER이다.

㉡ 한시 복귀형

: 전압을 가하면 순시에 접점이 동작하며, 전압이 제거된 다음 일정 시간 후에 접점이 원상 복귀하는 것으로 OFF DELAY TIMER이다.

③ 한시계전기의 종류

㉠ 한시 동작타이머(ON delay timer) : 동작시간이 늦게되는 타이머

㉡ 한시 복귀타이머(OFF delay timer) : 복귀시간이 늦게되는 타이머

㉢ 한시 지연타이머(delay timer) : 동작과 복귀시간이 늦게되는 타이머

④ 한시 계전기의 종류

㉠ 전압 : 교류 110 / 220[V]용,  직류 24 / 48 / 100 [V]용
㉡ 전류 : 3 / 5 / 15 [A]용
㉢ 시간 : 0.05초 ∼ 24시간용 등.

⑤ 타이머의 그림 기호 및 타임 차트

⑥ 한시계전기의 접점기호

  

⑦ 한시 접점의 종류 및 접점 기호와 접점의 시간 동작

⑧ 타이머의 시한 회로 접점과 논리 심벌 및 시간적인 동작 내용

 

                  뒤진회로 = 한시지연 타이머

 (4) 전자(무접점) 스위치 : 무접점계전기

: 트랜지스터, 다이오드, IC(집적회로)등과 같이 접점을 가지지 않는 소자로 회로를 구성해서 전자계전기와 같이 ON-OFF 제어를 할 수 있는 회로.

1) 기본지식

① 트랜지스터의 구조 및 기호

n : 전자(Electron),    p : 정공(Hole)

E : 에미터(emitter),   B : 베이스(base),    C : 콜렉터(collector)

② 에미터 영역과 콜렉터 영역은 베이스 영역보다 불순물 농도가 대단히 높고 베이스는 상대적으로 폭이 매우 얇다.

③ 기본적인 트랜지스터 동작

* BE접합 : 순방향 바이어스전압    BC접합 : 역방향 바이어스전압  * 트랜지스터의 작용    ① 증폭작용    ② 무접점 스윗칭 작용

 ④ 트랜지스터의 전류 방향

㉠ 트랜지스터의 기호에서 화살표의 방향이 에미터 전류의 방향이다.

㉡  I_E = I_C ＋ I_B

㉢  I_B 는 I_E와 I_C에 비해서 매우 적다.

2) 스위치 트랜지스터

① 입력전압(Vin)이 LO(낮은 전압)이면 베이스에 공급되는 전류가 없어, 트랜지스터는 OFF가 되어 부하저항 R_LD에는 전류가 흐르지 않는다.

② 입력전압(Vin)이 HI(높은 전압)이면 베이스에 전류가 공급되어, 트랜지스터가 ON 되어 부하저항 R_LD에 전류가 흐른다.

㈎ 스위치 트랜지스터의 계산

*. 베이스-에미터 접합 실리콘 트랜지스터에서 순방향 전압이 0.6[V]이다.

*. 트랜지스터가 OFF로 스위치되기 위해서는 입력전압(Vin)을 0.3[V] 이하로 하는 것이 좋다.

*. 트랜지스터가 포화되었을 때 콜렉터 전류 I_C(sat)(포화전류)는 

     _◎ I_C(sat) = V_CC / R_LD

㈏ 스위치 트랜지스터의 측정방법

① 트랜지스터가 ON되었을 때,  VCE는 거의 0[V]  ② 트랜지스터가 OFF되었을 때,  VCE = VCC

3) 무접점 스위칭과 유접점 스위칭 비교회로

*. 트랜지스터의 기본회로와 유접점 계전기의 기본회로.

*. 전자계전기의 코일에 전류를 흘려 접점을 개폐시키는 것과 같이 트랜지스터는 이 베이스 전류를 제어하는 것에 의해 가동부, 접촉부 없이 전기회로의 스위칭을 행할수 있다.

(5) 유접점 스위치와 무접점 스위치의 장단점

*. 스위치 트랜지스터가 포화되었을 때, 에미터와 콜렉터 전압 V_CE(sat)은 대체로 0.2[V] 정도.

*. 대략적으로 계산할 때에는, 스위치 트랜지스터가 포화된  V_CE(sat) 전압은 보통 0[V].

*. 기계 스위치는 직렬로 연결하여 자주 사용하지만, 트랜지스터 스위치는 직렬로 연결하면 에미터와 콜렉터 전압인 V_CE(sat)값이  커지기 때문에 직렬로 연결하여 사용할 수 없고, 병렬로 연결하여 사용하면 완전무결하게 스위치 작용(ON-OFF작용)을  할 수 있다.

*. 트랜지스터 스위치가 기계 스위치 보다 좋은점.

① 트랜지스터 스위치는 기계적인 운동 부분이 없어, 마모가 없기 때문에 영구적으로 사용할 수 있으나, 기계 스위치는 접점에 마모가 생겨 2-3백만 번 이상 동작할 수 없다.

② 트랜지스터 스위치는 기계 스위치에 비해 동작 속도가 천 배에서 백만 배 빠르다. 트랜지스터 스위치의  ON-OFF 동작 속도는 10^-6∼10^-9초 이고, 기계 스위치의 ON-OFF 동작 속도는 10^-3초 이다.

③ 기계 스위치는 바운스가 있고, 트랜지스터 스위치는 바운스가 없다.

④ 트랜지스터 스위치는 유도성 부하에 전원을 공급한 후 OFF될 때에 스파크가 일어나지 않지만, 기계 스위치는 인덕터의 역기전력에 의해서 접점 부분에 아크가 발생해서 휘발성 환경에서는 위험하다.