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계측제어 시스템 자료

로드셀과의 인터페이스

이제 로드셀을 이용하는 대표적인 사례인 계량제어시스템에 대해 간략하게 알아보자.

로드셀을 부착만 한다고 하중이 측정되지는 않는다. 이 로드셀의 미세신호를 하중 (Kg,Ton)등으로 변환하여야 우리가 비로소 사용할 수 있는 것이다. 이때 사용하는 기기가 바로 Weighing Indicatior나 Weighing Controller이다.

이 Weighing Indicatior나 Controller에는 로드셀로 공급하는 10볼트 내외의 정밀한 공급전원과 로드셀에서 나오는 3 - 30 mV의 미세한 신호를 증폭하는 고정밀 DC Amplifier가 내장되어 있으며, 이 변화되는 입력신호를 Digital로 변환하주는 A/D Convertor가 내장되어있으며, 하중값을 표시하여 주기 위해 CPU 등이 내장되어 있다.

컴퓨터와 Weighing Controller(Indicator)와의 통신은 주로 RS-232C나 RS-422방식으로 제어되며, Indicator의 경우는 주기적으로 현재 계량치를 일방적으로 보내오거나(Streem) 특정 명령어에 의해 보내오는 방식(Command)방식으로 값을 읽을 수 있고 Controller의 경우는 위 두가지 방식 외에 Zero값 설정/Tare값 전송/계량 목표치/대공급/소공급값/낙차 등을 통신으로 세팅할 수 있도록 되어 있다.

PLC와 콘트롤러만으로도 충분히 원하는 계량제어를 할 수 있다. 이 경우에는 콘트롤러에서 나오는 디지탈 접점신호를 PLC와 연결하여 제어하면 원하는 제어를 할 수 있으나 설정치 입력 등이 불편하기때문에 컴퓨터를 사용하여 처리하는 것이 일반적이다.

Weighing Controller와 Weighing Indicator

기능이 비슷하나 명백한 차이가 있다. 인디케이터는 단순히 하중을 표시하는 역할만을 수행하는 반면, Controller 는 제어기능이 내장되어 있다. 만일 PC를 통해 하중제어를 하고 싶다면 Weighing Controller를 선택해서 사용해야 편리하다.

Weighing Controller에는 통상 다음과 같은 기능들이 포함된다.
  • Calibration 기능 : 미리 알고 있는 중량물(분동)을 저울위에 놓고 이를 조정하는 기능
  • 하중표시 기능 : 현재의 하중값을 디지털 값으로 표시
  • 제어기능 : 미리 설정된 설정값이 되면 특정 출력신호를 내줘서 콘트롤하는 기능
  • 통신기능 : 컴퓨터 등의 타 장비와 RS-232C 등의 통신으로 자료 교환기능
Weighing Indicatior에는 다음과 같은 기능들이 포함된다.
  • Calibration 기능 : 미리 알고 있는 중량물(분동)을 저울위에 놓고 이를 조정하는 기능
  • 하중표시 기능 : 현재의 하중값을 디지탈값으로 표시
  • 통신기능 : 컴퓨터 등의 타 장비와 RS-232C 등의 통신으로 자료 교환기능
Weighing Controller 선택시 주의사항
  • 국내에선 현재 화인메카트로닉스와 그외 1-2개 업체에서 이를 개발해서 판매하고 있으며, 금용야마도나 한국A&D 등에서 수입판매하고 있으나 원하는 기능이 모두 다 있는지 여부를 확인하고 사용해야 한다.

정밀도 문제

이 정밀도 문제 때문에 원청자와 문제가 생기는 경우가 종종 있다. 이는 미리 계량제어 시스템에 대한 사전지식이 없이 공사를 강행하다 시운전단계에서 나타나서 공기가 지연되고 수금이 안되고 하는 문제로 비화되어 경영상 애로로 나타나므로 엔지니어링 단계에서 잘 고려해야 한다.정밀도는 계량제어 시스템 전체의 정밀도중 가장 낮은 기기의 정밀도를 따라야 한다. 통상 로드셀의 정밀도는 1/5,000을 넘지 못한다.

Weighing Controller의 정밀도가 1/20,000 이라고 해봐도 로드셀의 정밀도가 1/2,000- 1/3,000이므로 별 의미가 없으며, 로드셀의 정밀도가 1/5,000이라고 해도 기계구조상 1/100의 정밀도밖에 내지 못한다면 이 시스템의 전체 정밀도는 1/100밖에 안된다. 결국은 기계부분의 정밀도가 전체 정밀도를 좌우한다.

한 예로, 로타리휘다(Rotary Feeder)의 경우 물래방아처럼 생긴 회전판이 돌면서 회전판 사이에 낀 원료를 저울로 공급하는 역할을 수행하는데, 한바퀴 회전하는데 10Kg의 원료를 공급하고, 회 전날개가 4개라면 1/4회전에 2.5Kg의 원료를 공급한다고 하자.

이 기계시스템의 경우는 목표치 500Kg을 계량하는데 아무리 회전속도를 낮춰 계량을 해도 2.5Kg단위로 밖에 계량이 안된다. 이런 기계를 설치해놓고 허용오차를 1Kg미만 (1/500정밀도) 을 요구하면 불가능하다. 이 경우는 기계를 수정해서 Feeder의 종류는 정밀계량이 가능한 바이브레이션 휘다 등으로 교체해야 한다.

생산량과 정밀도와의 관계

새로 기계를 설치해놓으면 설치 전과 후의 생산량을 반드시 비교해 보게 된다. 아스팔트 배치프랜트기계와 같이 게이트를 실린더로 활짝 열어 자갈을 쏟아 붇는 기계의 경우 생산량이 높은 반면 정밀도는 떨어지게 마련이다.그렇다고 높은 정밀도를 위해 자갈을 한 개씩 투입할 수도 없는 일이다.

대체로 정밀도와 생산량은 반비례하므로 설계시 2종류의 휘다를 설치해 대량 투입용과 소량투입 용으로 나누어 계량을 하면 어느 정도 생산량과 정밀도를 원하는대로 맞출 수 있다.

계량 제어방식의 구분

계량제어 시스템의 계량 방식을 크게 구분하여 그 특징을 살펴 보면 아래 도표와 같다.

계량 제어방식의 구분 표
구분 장점 단점
계량방식 단독 계량 고속 계량, 수동작업이 용이하다 설비비용이 고가
누적 계량 설비 비용이 저렴 계량속도가 늦다
수동 작업이 어렵다
제어방식 중앙집중식 고도의 기술이 불필요
소프트웨어 개발이 용이
수동 작업이 어렵다
장애 발생 요소가 많다. 처리 속도가 늦다.
차후 확장이 어렵다.
분산제어 장애발생시 수리 간단
처리속도가 빠르다
차후 확장성이 좋다
통신네트워킹 기술이 필요
소프트웨어 작업이 어렵다.
[ 용어 설명 ]
  • 단독 계량 : 원료 1가지에 계량기(저울) 1개를 사용하는 계량 방식
  • 누적 계량 : 1개의 계량기에 여러 가지 원료를 누적하여 계량하는 계량 방식
  • 중앙 집중제어방식 : 1개의 콘트롤러에서 여러개의 계량기를 제어하는 방식
  • 1개의 계량기마다 별도의 콘트롤러를 두고, 중앙에서는 명령과 결과만 받아 처리하는 방식

Feeder 종류

계량 제어방식의 구분 표
Rotary Feeder 방식 날개를 회전시켜 분체를 빼내는 장치로 가장 보편적으로 많이 쓰이는 방식
장점 보편적으로 가장 많이 사용
기구 제작 용이
단점 단날개의 크기에 따라 정밀도가 결정
일정하게 쏟아지지 못한다
Table Feeder 방식 원판이 돌며 원심력에 의해 공급되는 방식
장점 비교적 공급되는 양이 일정하다.
입도에 구애를 덜 받는다.
다품종 생산라인에 적합하다.
단점 제작이 용이하지 않다
가격이 비싸다
Screw Feeder 방식 원통 안의 스크류가 회전하면서 공급하는 방식
장점 공급되는 양이 일정하다.
정도가 요구되는 대량생산에 적합
단점 입도가 다른 원료를 한 Feeder로 보내기는 곤란
Vibrator Feeder 방식 상하나 좌우로 흔들어서 원료를 공급하는 장치
장점 공급되는 양이 일정하다
입도차에 구애를 덜 받는다
단점 가격이 비싸다
대량으로 공급하기는 쉽지않다
Gate 방식 게이트를 열어 자유낙하시켜 공급하는 방식
장점 많은 양의 원료를 빠른 시간 내에 공급할 수 있다.
단점 정밀도를 보장하기 쉽지 않다.