적절하게 잘 제어하긴만 하면 되지? 시퀀스 제어와 피드백 제어는 또 뭔데?
지난 포스팅에 이어서 오늘은 시퀀스 제어와 피드백 제어에 대해서 서술하는 포스팅을 진행하도록 하겠습니다.
제어 개념에 대한 내용은 지난 포스팅을 참조해 주세요
[공장 자동화/제어 이론] - 제어에 대해서 알아보자(1). (자동제어 vs 수동제어)
제어에 대해서 알아보자(1). (자동제어 vs 수동제어)
제어(Control) 제어하는데 제어가 정확히 뭐지? 현장에서 관련 업무를 수행하시는 분들이라면, 제어(Control)이라는 용어를 굉장히 자주 접하고 언급하실 것이라 생각됩니다. 하루에도 수도 없이 제
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앞서 포스팅에서 제어의 분류를 수동제어 vs 자동제어 그리고 자동제어는 다시 시퀀스 제어 vs 피드백 제어로 구분할 수 있다고 말씀드렸었는데요. 이를 도표로 표현하면 다음과 같겠습니다.
제어의 정의와 개념 그리고 수동제어와 자동제어의 차이에 대해서는 이전 포스팅에서 이미 접하신 내용이라 넘어가고, 자동 제어의 분류만 세부적으로 보자면,
먼저, 제어 방식에 따라 자동제어를 아래와 같이 구분할 수 있겠습니다.
여기서 제어방법 이란, 예를 들어 시퀀스 제어에서 제어가 이루어지는 방식(Method)이 정해진 순서에 의한 것이냐? 설정된 타이머에 의한 것이냐? 혹은 정해진 조건에 의한 것이냐? 에 따른 분류라고 이해하시면 되겠습니다.
물론, 시퀀스 제어가 현업에서 적용된 사례를 살펴보면,
단순히 순서냐? 시간이냐? 조건이냐?라는 하나의 방법으로 제어가 이루어 지진 않고, 복합적으로 구성된 경우가 거의 대부분이긴 하기에 분류를 나누는 것이 크게 의미가 있나 싶은 생각이 들 수 있습니다.
하지만, 저희는 제어 이론에 대한 원론적인 내용을 탐구하고자 하는 게 목적이기에 짚고 넘어간다 정도로 이해하시면 되겠습니다.
더불어, 시퀀스 제어는 제어 시스템을 어떤 거를 사용하느냐에 따라 분류하기도 합니다.
각각의 분류에 대해서는 다음 단원에서 설명하도록 하겠습니다.
시퀀스 제어(Control)의 개념에 대해서 세부적으로 알아봅시다. 제어 방식부터...
시퀀스 제어는 제어방식에 따라,
- 순서 제어
- 시간 제어
- 조건 제어
나뉜다고 하였습니다. 각각에 대해서 살펴보겠습니다.
먼저 순서 제어는,
정해진 순서(Step, 단계)대로 차례대로 제어가 이루어지는 방식. 전단계에서 다음 단계로 동작을 실행하기 위해 센서 등을 이용해 진행함.
예) 컨베이어 장치, 자동 조립기와 같이 그 진행 방향이 한 방향으로 진행되며 각 단계가 명확히 구분되는 제어
다음으로 시간 제어는,
시간의 경과에 따라 순차적으로 진행되는 방식. 순서 제어와 순차적으로 제어가 진행되는 것은 같으나, 각 단계를 시작과 진행 그리고 완료를 센서 등에 명확히 구분하면서 진행하는 것이 아닌 타이머에 정해진 시간으로만 제어되도록 구성하는 차이가 있음.
예) 교통 신호기, 세탁기 / 탈수기 등과 같이 사용자가 시간으로만 제어를 요구하는 장치에 주로 사용
다음으로 조건 제어는,
특정 조건이나 특정 입력을 구분하여 해당하는 제어를 수행하는 방식.
예) 현장 Interlock / Trip 제어, 엘리베이터 제어 등과 같이 특정 조건에 부합하여 출력(제어)되는 방식
다음은 제어 시스템에 따른 시퀀스 제어(Control)의 분류를 세부적으로 살펴봅시다.
앞서 시퀀스 제어는 그 제어 시스템에 따라서,
- 기계적 제어
- 유압/공압 제어
- 유접점 제어
- 무접점 제어
- PLC 제어
로 나뉘게 됩니다. 역시 각각에 대해서 살펴보겠습니다.
먼저 기계적 제어는,
메인 샤프트, 캠, 클러치, 레버 등과 같은 기계적인 장치를 이용해서 제어하는 방식.
예) 시계, 자동 포장기 등
기계적 제어는 일반 태엽시계를 생각하시면 이해가 빠르실 것이라 생각됩니다. 과거 사용되는 기계식 무브먼트의 시계는 정교한 기계적 제어장치의 집합체였지요. (요즘은 이 역시 쿼츠나 전자시계가 보편화되면서 흔히 볼 수 있는 건 아니지요.)
시계를 단편적인 예로 들었지만, 최근에는 기계적 제어를 이용한 제어기기를 현장에서는 거의 찾아보기가 어렵습니다. 캠과 클러치로 제어되는 정교한 기계장치는 서보모터와 PLC로 대체되었기 때문이지요.
여담으로, 이전 근무지에서 1970년대 제작된 기계식 제품 수함기를 본 적이 있긴 한데, 1개의 유도전동기를 메인 샤프트에 연결하고 캠과 클러치를 조합하여 컨베이어에서 제품을 받아 정교하게 박스에 넣어 배출하는 일련의 과정을 보고 있노라면 경이롭다는 생각이 들 정도였습니다.
다음으로 유압/공압 제어입니다.
말 그대로 유압과 공압을 이용해서 제어하는 방식입니다. 제어하는 매개체가 유압과 공압이라는 것이 다를 뿐이지 구성 방식만 유접점 릴레이를 사용한 제어방식과 본질적으로는 같다고 보시면 됩니다.
유압/공압 제어 방식은 릴레이를 이용한 유접점 제어가 보편화되기 전에 많이 사용하던 방식이라고 합니다. (자세한 설명은 아래 유튜브 동영상을 참조해 주세요.)
기계적 제어 방식과 유압/공압 제어방식 역시 최근 대부분의 최근 현장에서는 사용되지 않는 방식입니다.
다만, 원자력 발전소와 같이 최고 등급의 안전 등급이 요구되고 전기적인 신호를 원척적으로 배제하는 특수환경과 같은 곳에서 주로 사용되고 있어 알아둘 필요는 있다고 하겠습니다.
다음으로 유접점 제어는,
유접점 릴레이와 타이머, 카운터 등을 조합하여 제어하는 방식이며 유접점 제어라는 용어보다는 릴레이 제어 등과 같은 용어로 주로 불린다.
예) 복잡하지 않은 간단한 제어가 요구되는 시스템에 주로 적용
현장에서 주로 보게 되는 간단 & 단순한 제어반에 적용되는 방식입니다. 최근에는 I/O 일체형의 소형 PLC가 다양하게 나오는 추세라 이 또한 많이 사용되지 않는 추세입니다. (아래 릴레이 제어 동영상을 참조해 주세요.)
그리고 무접점 제어는,
릴레이와 다르게 트랜지스터, IC, 다이오드 등을 조합하여 전기적 신호를 제어하는 방식으로 디지털 제어라는 용어로도 불립니다.
트랜지스터, 다이오드와 같은 전자 소자를 이용한 제어 방식으로 현장에서 전문 장비에 설치된 기판에서 그러한 모습을 쉽게 보실 수 있으실 겁니다.
익히 경험해 보셨겠지만, 전자 부품과 Microprocessor 등을 조합한 기판으로 설계되어 있기 때문에 사용자가 수리를 하거나 유지보수를 하기에는 현실적으로 어려운 부분이 있습니다.
앞서 유접점 릴레이에서 얘기한 카운터, 타이머 등도 내부에는 무접점 제어로 구성되어 있다고 보시면 되겠습니다.
마지막으로, PLC 제어는,
무접점 방식과 유사하게 PLC(Programmable Logic Controller)로 제어하는 방식입니다. PLC의 로직을 Ladder, SFC, Text 방식 등으로 프로그래밍하여 사용자가 원하는 제어를 구성하도록 합니다.
PLC는 큰 틀에서 보자면 무접점 제어의 하위 개념이라고 볼 수 있겠지만, PLC는 최근 제조 현장에서는 가장 중요한 제어방식이고 무접점 제어 방식(Logic gate)과는 다른 개념으로 보는 시각이 보편적이기 때문에 따로 구분하곤 합니다.
PLC에 대한 내용을 풀어보자면, 앞으로 수십 수백 개의 포스팅으로도 모자라기 때문에 본 포스팅에서는 이만 줄이도록 하겠습니다.
열거한 순서를 보시면 아시겠지만,
제어 순서는 기계적 제어 -> 유공압 제어 -> 유접점 제어 -> 무접점 제어 -> PLC 제어 순으로 발전 되었고 보편화 되었습니다.
마치며,
이번 포스팅에서는, 제어 이론 중 시퀀스 제어에 대한 개념과 시퀀스 제어의 방식에 따른 분류 그리고 시스템에 따른 분류를 고찰하였습니다.
이전 포스팅인 제어 개념 / 이론에 비하면 훨씬 실무적인 내용이긴 하지만, 이 역시 장황하게 설명된 것 같은 생각이 들기도 합니다. 이러한 개념을 하나하나 생각해 가면서 실무를 하시는 분은 거의 없으실 테니까요.
하지만 이러한 개념을 하나하나 익혀 놓는 것이 엔지니어에게 궁극적으로는 지식의 사상누각을 막는 토대가 되지 않을까 하는 생각도 듭니다. (자의식 과잉일 수도 있겠습니다.)
오늘 포스팅은 이만 마치겠습니다. 함께 해주셔서 감사합니다.
문의사항이나 오류는 메일로 연락 주시면 감사하겠습니다.
📧 simo@datawizard.co.kr
* 본 포스팅에서 언급된 모듈이나 제조사와 필자는 무관함을 알립니다.
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