FEMS를 활용한 제어 시스템 구축방안

FEMS 제어 개요

1. 제어의 정의

   - 정상적이고 효율적으로 가동시키려는 행위(동작)

   - 유용한 결과를 얻기 위하여 환경에 무관하게 대상의 물리량을 조절하는 것

    1) 적당한 성능을 얻기 위해, 시스템을 변화, 조정하는 것

    2) 목적/목표에 이르도록, 대상물에 조작을 가하는 것

    3) 외란에도 불구하고, 출력을 목표 신호에 가깝게 유지시키는 것

    4) 원하는 응답(과도응답, 정상상태응답 등)을 만들어내는 것3

   - 예시 :방안의 온도를 제어하고자 한다면 적절한 온도센서를 이용하여 온도를 계측하고 원하는 목표온도와의 차이에 따라 히터나, 가스 등의 출력기기를 적절하게 조절하도록 하는 것이 제어

[제어의 정의]

 

 

2. 제어의 구분

   - 제어는 시퀀스 제어, 연속제어, 개루프 제어, 폐루프 제어, 아날로그 제어, 디지털 제어,

ON/OFF 제어, 공정 제어, I/O Interface 등의 방법이 있음.

 

    1) 시퀀스 제어(Sequence Control)

• 순차제어, 순서제어라고도 하며 특정 시간이나 센서 감지에 의한 조건 등에 따라 순차적 동작이 일어나도록 하는 제어
• 주로 프로그램의 형태로 미리 기술된 이행조건에 따라 ON-OFF 동작을 일으키며 목표하는 작업을 완수
• 예 : 세탁기, Pick & Place작업 등

 

    2) 연속제어

• 온도, 압력, 유량, 속도와 같은 연속된 물리량을 사용자가 설정한 목표값(Set Point)이 되도록 제어
• 예 : 보일러, 전기장판 온도조절 등

 

    3) 개루프 제어(Open Loop Control)

• 개루프제어는 폐루프제어에 대비되는 제어방법으로써 공정출력 또는 공정값(PV)을 SP와 비교하는 Feedback   제어 없이 일방적으로 작동기를 동작시켜 간단하게 제어를 하는 방법
• 예 : 신호등, 자판기

    4) 폐루프 제어(Closed Loop Control)

• 폐루프제어에서는 개루프제어에 공정출력 또는 공정값(PV)을 측정하여 목표값(SP)과 비교하는 Feedback 제어  방식을 도입하여 작동기를 동작시켜 제어를 하는 방법
• 예 : 자율주행 자동차의 속도 고정 기능 등

 

    5) 아날로그 제어

• 목표의 설정값과 현재 설정값을 연산 증폭기를 이용하여 구하고 이를 회로의 조합에 인가하여 보정 후 제어
• 예 :  오븐, 커피포트 등 (제작된 후 변경이 어려움)

    6) 디지털 제어

• 센서로부터의 전압을 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 디지털 값으로 변환하고 마이크로프로세서나 컴퓨터의 수치 연산 및 비교를 통하여 제어 입력을 구함
• 이 제어입력 값이 디지털이므로 이를 아날로그로 변환하는 디지털 아날로그변환기를 이용하여 작동기를 구동
• 노이즈와 온도에 강하고 프로그램에 의하여 동작되므로 수시로 변경이 가능하며 고도의 제어 실현도 가능

    7) ON/OFF 제어

• 제어입력이 연속적인 값이 아니라 On 또는 Off 두 상태로 주어지는 2 Point Control을 의미
• 예 : 보일러의 온도설정으로 인한 30도 ± 2도 값을 기준으로 On/Off 세팅을 맞추는 것과 같음 (잦은  On/Off는 수명이 짧아짐)

 

    8) 공정 제어

• 다양한 물리량이 관계되는 공정을 원하는 상태로 유지 및 변경시키는 제어
• 예 : 불량품 확인 및 제거, 염료 원재료 센싱 및 배합 공정 등

 

    9) I/O Interface

• 실제 센서, 스위치, 모터, 알람 등의 수많은 장치가 어드레스로 할당이 되어 원하는 제어나 상황에 따라 다양한   제어임무를 수행 할 수 있게 제작된 Interface

 

3. 제어의 필요성

   가. 제어시스템의 목적

      1) 에너지 절감

         - 설비의 동작원리나 동작 알고리즘을 변경 또는 추가하여 에너지 절감

         - 설비의 낭비되는 에너지원을 계측 또는 분석을 통하여 제어를 통한 에너지 절감

 

      2) 생산효율 향상

          - 공정제어를 통하여 생산과정의 비효율적인 부분에 대한 제어를 진행하여 효율 향상 진행

          - 생산과정의 효율배합 또는 생산시간 단축 제어 등을 통한 효율 향상

 

       3) 비용 경감

          - 수동 기기를 자동제어를 통하여 해당 설비 운영에 대한 인건비 절감

          - 불규칙하게 투입되는 원자재 공급에 대한 제어를 하여 원자재 비용 경감

 

       4) 편의성 증대

          - 시퀀스제어나 연속제어 등의 단순한 제어를 통하여 업무환경의 편의성 향상

          - 제어의 고도화를 통하여 직원들의 업무 협의를 하여 제어 적용

 

 나. 공정(Process)에 대한 에너지 효율 알고리즘

• 목표관리에 의한 성과 관리
• 실시간 효율 관리에 의한 조기 경보 및 원인 분석
• 조기경보의 경우 수동제어에 의한 에너지 절감
• 원인분석을 통한 에너지 절감 알고리즘에 의한 자동 제어 

• 기업의 공정 및 사용 설비에 따라 동력원이 다르며, 적용 되어야 할 제어가 다름
• 공정의 종류와 동력 형태를 참조하여 기업에 필요한 제어를 선정하여 도입하는 것이 중요함

공정	동력형태	동력이 사용되는 작업 내용
주조	열	주형에 주입하기 전에 금속을 용융해야 한다.
방전가공(EDM)	전기	전극과 공작물 사이의 방전을 통하여 금속을 제거한다. 전기가 방전될 때 국지적인 고온이 발생하며, 이 열로 인하여 금속이 용융되는 것이다.
단조	기계적	금속 공작물이 금형에 의하여 변형된다. 일반적으로 공작물은 변형에 앞서 가열되어야 하므로 열에너지 또한 필요하다.
열처리	열	금속조직의 변화를 위해 용융점보다 낮은 온도까지 가열된다.
사출성형	기계적, 열	높은 소성을 유지할 때까지 고분자의 온도를 높이는 데 열에너지가 사용되고, 사출금형에 주입하기 위해 기계적인 힘이 사용된다.
레이저	절단 열, 빛	용융과 기화에 의하여 재료를 절단하기 위해 고도로 집중된 빛이 이용된다.
절삭가공	기계적	금속의 절삭은 공구와 공작물 사이의 상대 운동에 의하여 이루어진다.
박판 펀칭 및 블랭킹	기계적	기계적 힘이 금속판의 전단을 위해 이용된다.
용접	열(간혹 기계적)	대부분의 용접공정은 2개 이상 부품의 접촉면이 융해되고 접합되게 하기 위하여 열을 사용한다. 일부 용접공정은 표면에 기계적인 압력을 적용하기도 한다.

 

  다. 제어시스템의 효과

     

---

FEMS 제어 구축 방법

• 제어의 활용에 따라 수준을 정하여 사업장의 수준과 비교하여 적용 할 수 있게 함
• 사업장의 니즈와 필요한 제어를 구분하여 적용

 

1. 제어시스템 구축 단계(단계별 적용 절차)

• 사전 진단을 통하여 사업장 內 제어를 할 수 있는 설비에 대하여 검토
• 낮은 단계로 사용중인 설비를 갑자기 높은 단계의 제어로 올리는 등 사업장 상황을 고려하지 않을 경우에는 문제 발생

• 제어 단계별 적용 안

반응형

2. 제어의 종류

 가) 유틸리티 설비 제어

    - 유틸리티 설비 중 공조 설비에 대한 에너지 효율 알고리즘

 

 나) 절전 운전(Duty Cycle)

   - 실내 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 공조 설비의 정지 가능 조건을 찾아 주기적으로 일정기간 동안 공조 설비를 정지하는 제어 방식을 말함

 

 다) 엔탈피(Enthalpy) 제어

   - 외기의 조건이 좋을 때에는 과감하게 외기를 도입하여 사업장 내부의 냉방 부하를 줄이고자  하는 제어 방식으로 주로 냉방 기간 중에 시행됨

 

 라) 야간 외기 도입 제어 / 제로 에너지 밴드

  마) 열원설비에 대한 에너지 효율 알고리즘

---