계량제어시스템이 원리및응용

1-1) 계량제어시스템의 개 요
        계량제어 시스템이란 로드셀이란 하중(무게,중량)을 감지하는 센서로 부터 미세신호를 받아
        디지털신호로 변환시켜 (하중.중량) WEIGHING INDICATOR에 표시 제어하는 것으로
        신호 변환 체제는 다음과 같습니다.

☞ weighing indicator 구성도

1-1-1) LOAD CELL
            로드셀이란 DC10V 내외의 전압을 인가하여 하중(무게,중량)을 감지하는 센서의 일종으로
            일상생활의 전자저울이나 체중계로부터 산업분야의 HOPPER SCALE, CRANE SCALE,
            PLATFORM SCALE 등에 널리 사용되고 있습니다.

1-1-2) 고정밀 증폭기 (DC Amplifier)
LOAD CELL 미세전압(3~30mv)을 증폭시키는 역할을 합니다.

1-1-3) A/D CONVERTOR
증폭된 DC Analog 전압을 Digital 신호로 변환 시키는 역할을 합니다.

1-1-4) CPU(중앙제어처리장치)
제어기능.표시기능.입출력제어.연산처리 등을 수행합니다.

1-1-5) 7 Segment Display
중량표시.option 장치 설정치를 표시합니다.

1-1-6) 입/출력(control I/O)
Input : Gross/Net설정,Zero 설정,Tare 설정,계량start,등
Output : 계량설정치,대공급,중공급,소공급,상한,하한,zero설정치,등

1-1-7) Power Supply(AC/DC 변환기)
입력된 AC 110/220V 전압을 DC(정밀) 전압으로 변환시켜 내부사용전압.Load cell 의
인가전압을 생성합니다.

1-1-8) Weighing Printer
Gross/Net/Code no/Data/ 등을 Print 합니다.

1-1-9) PLC & HOST COMPUTER
            PLC 통신 : 입/출력(control I/O) 신호를 PLC와 연결하여 제어 할 수 있습니다.
            HOST computer 통신 : Computer 와 Indicator RS-232/485 통신기능을 이용하여
                                             Computer에서 제어(설정치.등) 할 수 있습니다.

1-1-10) OPTION
             * RS-232/485 : Computer 통신할 때 주로 사용하며 제어방식에는 두가지 방식이 있습니다.
                           Stream 방식 : 주기적으로 신호를 보내는 방식
                           Command 방식 : 명령어에 의해 보내거나 받는 방식
             * BCD Output : 중량 표시를 Parallel BCD 신호로 변환 합니다.
                                   (Weighing Data/Printer/PLC 와 연결)
             * Analog Output : Analog Weighing Data (4~20mA(0~5V) 를 출력합니다.

1-2) Weighing System(Indicator) 의 종류

1-2-1) Weighing Indicator
             * 중량(하중)표시기능.
             * Calibration 기능(Zero/Span/Maximum Capacity/Minimum Division)
             * F-Function 기능(Decimal point/digital filter/ 기타)
             * 외부입력 기능(Zero/Gross/Net/Tare/)
             * Serial output 기능(Printer 연결)

1-2-2) Weighing Controller
             * 중량(하중)표시기능.
             * Calibration 기능 (Zero/Span/Maximum Capacity/Minimum Division)
             * F-Function 기능 (Decimal point/digital filter/Batch Weighing/ 기타)
             * 외부입/출력 기능 (Zero/Gross/Net/Tare/Control(대공급/중공급/소공급/기타제어) 기능)
             * 설정기능 (계량치설정/대공급설정/중공급설정/소공급설정/낙차설정/상한.하한설정/등)
             * Serial output 기능 (Printer 연결)
             * 통신기능 (Computer & PLC & 다른장비와 RS-232 통신으로 Data 교환가능
             * 기타 Option 기능

    ※ Weighing system 선택요령
             * 사용하고자 하는 용도를 선정하시오
                단순하게 중량(하중)표시만 필요 하시면 Indicator를 선정하시고
                계량장치(Hopper Scale/Packer Scale/각종 자동제어 Scale/기타)를 원하시면
                Controller를 선정 하시기 바랍니다

1-3) 계량시스템 제어 방법

1-3-1) 공급장치를 이용하여 원료를 정밀하게 계량하려면 다음과 같은 기계설비가 필요합니다
              가) 원료 저장 Tank (Silo/Bin/기타)
              나) 투입장치(1-3-3을 참조 하시오)
              다) 계량제어 시스템( Weighing Controller/PLC & Computer(RS-232 통신/필요시 Printer)
              라) 배출장치 (Gate/Feeder/기타)

1-3-2) 공급장치를 이용하여 원료를 계량기에 투입/배출 하려면 다음과 같은 제어가 팔요합니다
              가) 원료 투입/배출 장치제어 ( PLC.RELAY.S/V.MGS S/W.기타)
              나) 대공급제어 : 대량으로 원료를 투입하여 계량 속도를 높이기 위한 제어
                                     (예를들면 계량설정치가 20kg 일 때 70/80% 로 본다면 설정치는 14~16kg
                                      을 설정 합니다)
              라) 중공급제어 : 정밀계량을 하기위하여 투입량을 줄입니다
                                     (예를들면 계량설정치가 20kg 일 때 20/30% 로 본다면 설정치는 4~6kg
                                      을 설정 합니다)
              마) 소공급제어 : 정밀계량을 하기위하여 소량으로 투입량을 줄입니다
                                     (예를들면 계량설정치가 20kg 일 때 10% 로 본다면 설정치는 2kg
                                      을 설정 합니다)
              사) 낙차 제어   : 투입완료후 투입장치가 닫히고 난후에 실제 계량기에 검출이 안된(투입장치와
                                     계량기 사이에 떠있는 량) 량을 제어
                                     (예를들면 계량설정치가 20kg 일 때 낙차제어 설정치가 0 일때 실계량측정치는
                                      20kg 이상이 됩니다 이때 과량치을 설정 하시면 됩니다)
                                 * 표시: 20.05 kg 일 때 0.05kg을 설정하시면 됩니다.
              아) 자동영점보정 : 주위온도변화.기계적인 변형 등으로 영점이 변화할 수 있으며 계량기내의
                                        원료 부착등으로 영점이 변화될 수 있습니다.
                                        영점이 변화된 상태에서는 정확한 계량을 할 수 없습니다
                                        빈 계량기의 중량을 영점으로 만들어 주어야 정확한 계량을 할 수 있습니다.

1-3-3) 계량시스템(기계구조) 투입방법은 여러 가지로 구분 할 수 있으나 대략 다음과 같습니다.
              가) Screw Feeder 투입방식(1.2단 제어)
              나) 2.3 단 Gate 투입방식.
              다) 액상 Valve 투입방식(1.2.3단 제어)
              라) Vibro Feeder 투입방식
              다) 기타 여러 가지 방식이 있으나 여기서는 생략 하겠습니다

1-4) 계량제어시스템의 방식구분

1-4-1) 계량시스템의 방식을 구분하여 특징을 살펴보면 다음과 같습니다.

구 분	방 식	용 도	장 점	단 점
계량방식의 구분	단독계량방식 계량기 1대에 원료를 투입하여 계량하는 방식	* HOPPER SCALE * PACKER SCALE * TANK SCALE * 액상 SCAALE * 기타	* 설비비용이 저가. * 수동작업이 가능하다. * 보수작업이 용이하다.	* 생산성이 낮다
	다연식 계량방식 여러대의 계량기에 같은원료를 투입하여 계량하는 방식	* PACKER SCALE * 각종 포장기	* 생산성이 높다. * 인건비 절감.	* 설비비용이 고가. * 수동작업이 용이하지 않음.
	누적계량방식 계량기 1대에 여러 가지 원료를 누적하여 계량하는 방식	* 각종 배합용 HOPPER SCALE	* 설비 비용이 저가. * 수동작업은 사용자가 우선작업 용이.	* 계량속도가 느리다.
제어방식의 구분	분산제어방식 공장내 계량기를 개별처리 하고 중앙에서 명령과 결과를 받아 처리하는 방식	* 생산공장
	중앙집중제어방식 중앙제어반에서 공장내의 모든 계량기를 제어하는 방식	* 생산공장

1-5) 계량시스템의 계량(투입)장치의 종류

1-5-1) 계량제어에 있어서 계량의 정밀도와 생산량은 서로 반비례한다
계량의 정밀도는 원료를 투입하는 방법에 따라 정밀도가 정해진다.
투입장치란 원료를 일정하게 공급해주는 기계장치로 다음과 같다 (참고용).

종 류	방 식	용 도	장 / 단 점
GATE TYPE	GATE를 열여 자유낙하 시켜 계량하는 방식(1.2단 GATE)	* HOPPER SCALE * PACKER SCALE * 기타	* 고속계량 * 제작이 용이함 * 생산성은 높으나 정밀도가 낮음
SCREW FEEDER TYPE	SCREW를 회전시켜 계량하는 방식(LOW.HIGH SPEED)	* HOPPER SCALE * 기타	* 흐름이 일정하다 * 정밀도가 높으나 기계설치범위가 넓다 * 입자가 다른 경우 이송상에 문제가 있다
VALVE TYPE	BALL VALVE & S/V를 열어 계량하는 방식(1.2단 VALVE)	* 액상용 SCALE * 기타	* 자유낙하방식으로 기계 구조가 간단하다 * 압력에 의한 계량오차가 발생한다 * 정밀도는 양호하다 (1.2단제어)
VIBRO FEEDER TYPE	TABLE을 상.하.좌.우 로 흔들어서 계량하는 방식	* PACKER SCALE (정밀도를 요구할 때 사용) * 산업용 저울 * 기타	* 흐름이 일정하다 * 고속계량이 어렵다 * 정밀도가 높다 *
ROTARY FEEDER TYPE	날개를 회전시켜 계량하는 방식	* HOPPER SCALE * 기타	* 흐름이 일정하지 않다 * 제작이 용이함 * 날개의 크기에 따라 정밀도 가 결정된다
BELT CONVERYOR TYPE	BELT CONVERYOR를 회전 시켜 계량하는 방식	* 곡물 운송 * 기타	* 정밀도가 낮다 * 고속계량이 가능하다 *기계설치 범위가 넓다
PLATEFORM TYPE	계량판 위에 올려 놓아 계량 하는 방식	* TRUCK SCALE * 화차 SCALE * 전자식 저울 * PLATEFORM SCALE * 산업용 저울	* 실중량을 정확하게 계량 할 수 있다 * 수동작업이 용이하다 * 인건비용 증가
AIR NOZZLE TYPE	계량기에 지대를 끼워놓고 공기를 압송시켜 계량하는 방식	* 분체포장기 * AMO PACKER * 기타	* 정밀도 높음 * 고속계량이 용이 하지않다

1-6) 계량시스템의 정밀도

1-6-1) 계량시스템에서의 정밀도은 대단히 중요한 문제이다 정밀도가 낮으면 제품생산에 하자가 생기기 때문에
           기계설계에서 부터 계량시스템 설계까지 계량시스템의 용도를 정확히 파악하여 설계 하여야 한다
          미리 계량제어 시스템에 대한 사전지식이 없이 공사를 하다보면 시운전시 많은 문제가 발생되기 때문에
           사용자의 사양에 맞춰 정밀도를 최대한 높일 것을 권합니다

1-6-2) LOAD CELL의 정밀도와 Weighing controller의 정밀도는 비례하나 어느 한쪽이 정밀도가 낮으면 전체
           계량기의 정밀도는 낮아지게 된다.
           여기서 기계구조(투입장치)장치의 정밀도가 높아야 한다.
           그동안 경험에 비춰보면 LOAD CELL의 정밀도와 Weighing controller의 정밀도는 크게 문제되지 않으나
           투입(공급)장치의 문제가 크다고 볼 수 있다.

1-6-2) 그러므로 계량기의 정밀도는 기계장치가 전체정밀도를 좌우 한다.
투입(공급)장치의 구조는 흐름이 일정하고 소량투입이 가능한 기계구조이어야 한다

* 투입(공급)방법을 대공급/중공급/소공급으로 3단제어하면 정밀도를 높힐 수 있다
그러나 생산성은 낮아진다.