제어시스템제어시스템 a/d 변환기...

제어시스템제어시스템


아날로그 계장제어시스템의 특징 디지털 계장제어시스템의 특징

◈ 계장제어시스템의 특징

아날로그 계장제어시스템의 특징 디지털 계장제어시스템의 특징

복잡한 연산은 불가능하다. 감시제어가 용이하다.

고장 시 여러 루프에 영향을 줄 유지보수가 쉽다.

계기들의 정도가 떨어진다.

루프 증설 시 추가 비용이 증

고장 시 여러 루프에 영향을 줄수 있다.

고급연산과 판정처리가 가능하다.

측정과 제어의 정도가 향상된다 루프 증설 시, 추가 비용이 증가한다.

가격이 싸다.

측정과 제어의 정도가 향상된다.

가격이 비싸다.

기억기능이 있다.

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◈ 직접디지털제어 (DDC : Direct Digital Control)

직접디지털 제어 , 즉 DDC (Direct Digital Control)란,아날로그제어기기를 디지털제어기기로 변경, 마이크로프로세서를 이용하여 공정을제어하는 것을 뜻한다.

직접디지털 제어 , 즉 DDC (Direct Digital Control)란,아날로그제어기기를 디지털제어기기로 변경, 마이크로프로세서를 이용하여 공정을제어하는 것을 뜻한다.

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A/D 변환기 유량 입력 신호인 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다A/D 변환기

MUX (1)

유량 입력 신호인 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다.

입력신호를 다중절환하는 장치이다.

마이크로프로세스 연산, 기억, 제어 장치를 이용하여 비교, 판단 및 제어 연산을 실시한다.

MUX(2) 출력신호를 다중절환하는 장치이다.

디지털신호를 아날로그신호로 변환한 후 조작출력을 밸브에 전달한다

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D/A 변환기 디지털신호를 아날로그신호로 변환한 후, 조작출력을 밸브에 전달한다.


모든 공정감시 계통과 직접디지털제어 계통을 중앙제어실의 단일 컴퓨터에 모두 포함시켜, 모든 공정감시 계통과 직접디지털제어 계통을 중앙제어실의 단일 컴퓨터에 모두 포함시켜,

◈ 중앙집중식 제어시스템

모든 기능을 중앙제어실에 위치한 컴퓨터에 포함시킨 시스템이다.모든 기능을 중앙제어실에 위치한 컴퓨터에 포함시킨 시스템이다.

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중앙집중식 제어시스템의 특징

처리속도가 빨라지고, 메모리의 용량이 매우 커져, 감시와 제어가 좀 더 수월하게 되었으나, 고장시 파급효과가 커서 시스템의 안정성이 떨어진다 고장시 파급효과가 커서, 시스템의 안정성이 떨어진다.

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분산제어시스템의 기본목적은 감시와 조작은 집중, 고장에 대한 위험성은 분산시키는 것이다.분산제어시스템의 기본목적은 감시와 조작은 집중, 고장에 대한 위험성은 분산시키는 것이다.

◈ 분산제어시스템 개요 (Distributed Control System)

사용자의 요구 기술적 배경

Computer기술 및 통신기술의 발전

위험분산, 집중감시요구

Computer기술 및 통신기술의 발전

반도체기술의 발전

디스플레이 기술의 발전자원 및 에너지 절약요구

디스플레이 기술의 발전

소프트웨어 기술의 발전

분산제어시스템 출현

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◈ 분산제어시스템의 구성요소

감시 조작

데이터베이스

엔지니어링

운전실

정보전송

운전실

제 어

제어반

현장

A공장 B공장 C공장 D공장

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제어스테이션감시, 조작 스테이션 (HMI)

현장의 데이터를 입력받아, 다양한제어기능과 연산기능을 수행하여현장기기를 직접제어한다.

공장를 감시, 조작을 위한 운전자와의창구역할을 수행하며, 각종 정보를 화면에표시하여 현장의 이상 유무를 알려 준다.

데이터베이스 스테이션

각종 이력과 TAG 정보, 데이터의 수집을

엔지니어링 스테이션

제어로직의 수정 및 HMI의 수정 등을 ,담당하고 시스템 시각을 관리한다.행한다.

정보전송 요소

스테이션간, 데이터의 송수신 역할을담당한다.

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감시 조작

◈ 분산제어시스템의 주요 기능

감시 조작(HMI)

공정데이터정 보 관 리 분산제어시스템

획득정 보 관 리 제어시

제 어

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◈ 분산제어시스템의 특징

분산제어시스템의 특징

시스템의 유연성.(Flexible Manufacturing System)

System의 구축 및 변경이 편하다. (FIF : Fill In The Form 방식)

고급제어의 실현과 연산의 정확성이 우수하다.

공정의 감시 조작성이 우수하다 (HMI : Human Machine Interface) 공정의 감시, 조작성이 우수하다. (HMI : Human Machine Interface)

시스템의 신뢰성이 높다.

이중화 및 시스템의 분산으로 안정성이 높다.

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◈ 중앙집중식 제어시스템과 분산제어시스템의 비교

중앙집중식 제어시스템 분산제어시스템

크기 및 확장성 나쁨 좋음 (모듈화)

중앙집중식 제어시스템 분산제어시스템

제어 기능

운전자 인터페이스 기능

충분한 디지털제어 능력 보유 충분한 디지털제어 능력 보유

대형 시스템으로 기능 향상 모든 규모의 시스템에 기능 향상

시스템 기능의 통합

단일 결함에 대한 중요도

모든 기능이 집중화 됨 기능별로 분산

높음 낮음 (모듈화)단일 결함에 대한 중요도

설치 비용

높음 낮음 (모듈화)

중간 작음

(설비의 규모가 작고 배선이 적음)

유지보수성 중간 (잘 교육 받은 요원 필요) 탁월

(진단 기능이 좋고 모듈 단위로 교환)

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◈ 분산제어시스템(DCS)과 PLC의 비교

분산제어시스템분산제어시스템(DCS)(DCS)의의 특징특징 PLCPLC의의 특징특징

ON/OFF 이산제어에 적합 대용량 연속 제어를 효율적으로 처리

Scan Driven 방식 (고속) Time Driven 방식

통합시스템 개념 독립적인 모듈로 구성됨.

처리단위로 BIT, WORD중심

통합시스템 개념

하나의 공유 데이터베이스를 가짐

처리단위는 TAG-NO 중심

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중요한 설비나 공정은 제어시스템의 이상발생시 공정에 문제를 야기시키기 전에 제어를중요한 설비나 공정은 제어시스템의 이상발생시 공정에 문제를 야기시키기 전에 제어를

◈ 시스템의 이중화 방식

정상적으로 수행하여야 합니다.

이를 위해 제어시스템을 이중화, 삼중화로 구성하여, 시스템의 높은 신뢰성과 안정성을확보할 수 있습니다.

정상적으로 수행하여야 합니다.

이를 위해 제어시스템을 이중화, 삼중화로 구성하여, 시스템의 높은 신뢰성과 안정성을확보할 수 있습니다.

Duplex 방식

◈ 동기식

◈ 비동기식

이중화방식

Dual 방식

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동기식 Duplex 방식

가동계 대기계가동계 대기계

공 정공 정 공 정공 정

가동계와 대기계가 동시에 운전되며, 출력은 가동계에서만 되고, 가동계에 이상이 발생되면 대기계에서 공정제어를 실시하는가동계에 이상이 발생되면 대기계에서 공정제어를 실시하는방식이다.

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가동계 대기계가동계 대기계가동계 대기계

고장

공 정공 정

가동계 대기계가동계 대기계가동계 대기계

공 정공 정

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비동기식 Duplex 방식

대기계 가동계 가동계 대기계

공 정 공 정

가동계는 공정의 변화를 입력받아 공정을 제어하나 대기계는가동계는 공정의 변화를 입력받아 공정을 제어하나, 대기계는입출력을 하지 않고 대기하고 있는 구조로, 가동계에 이상이발생되면 대기계가 공정의 변화를 입력받아 출력을 실시하는방식이다.

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고장

공 정공 정


가동계 대기계

공 정공 정

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Dual 방식

A계 B계

비교

공 정

A계와 B계가 동시에 공정의 변화를 입력 받아 처리한 후 A계와A계와 B계가 동시에 공정의 변화를 입력 받아 처리한 후, A계와B계의 출력을 비교하여 공정으로 출력을 한다

A계와 B계 중 하나에 이상이 발생되면, 정상인 계의 출력을공정으로 보내는 방식이다

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공정으로 보내는 방식이다.


A계 B계 A계 B계

비교 비교

고장

공 정 공 정

A계 B계

비교

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공 정


필드버스는 디지털 양방향 통신 시스템으로서 센서, 액츄에이터, 제어기기를 연결하며, 필드버스는 디지털 양방향 통신 시스템으로서 센서, 액츄에이터, 제어기기를 연결하며,

◈ 필드버스의 개요

공정제어 및 기타 자동화 분야의 계기를 연결하는 일종의 근거리 통신망이다.

또한, 필드버스는 공정제어분야의 새로운 기술로 대두되고 있다.

공정제어 및 기타 자동화 분야의 계기를 연결하는 일종의 근거리 통신망이다.

또한, 필드버스는 공정제어분야의 새로운 기술로 대두되고 있다.

필드버스 구조도

HMI HMIHMIDCS/PLC

HMI

DCS/PLC

케이블필드버스

현장계기현장계기

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현장계기


◈ 필드버스의 장점

1. 현장계기가 간단해지며, 계기의 오차가 줄어든다.

2. 계기의 신호의 감쇄를 방지할 수 있어 정확도를 높일 수 있다.

1. 현장계기가 간단해지며, 계기의 오차가 줄어든다.

2. 계기의 신호의 감쇄를 방지할 수 있어 정확도를 높일 수 있다.

3. 측정값과 해당계기의 상태(고장유모 등)를 제공한다.

4. 계기의 측정 범위조정이 자유롭다.

3. 측정값과 해당계기의 상태(고장유모 등)를 제공한다.

4. 계기의 측정 범위조정이 자유롭다.

5. 계기의 각종 파라메타의 변경이 자유롭다.

6. 산업표준에 따르는 데이터 전송이 가능하다.

5. 계기의 각종 파라메타의 변경이 자유롭다.

6. 산업표준에 따르는 데이터 전송이 가능하다.

7. 계기에 계산기능 및 제어기능등을 부여하여 중앙제어기의 부담을 줄일 수 있다.

8. 기존 방식보다 케이블 물량을 대폭 줄일 수 있고, 공사의 번거로움을 줄일 수 있다.

7. 계기에 계산기능 및 제어기능등을 부여하여 중앙제어기의 부담을 줄일 수 있다.

8. 기존 방식보다 케이블 물량을 대폭 줄일 수 있고, 공사의 번거로움을 줄일 수 있다.

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◈ 필드버스의 종류

FOUNDATION FIELDBUS

Device Net

PROFIBUS

CAN (Controller Area Network)

WorldFIP

Interbus

BACnet

Interbus

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FOUNDATION FIELDBUS

계측제어 생산품의 90%이상을 생산하고 있는 북미 유럽 아 태 지역의 벤더가 주축으로 회원은 계측제어 생산품의 90%이상을 생산하고 있는, 북미, 유럽, 아-태 지역의 벤더가 주축으로, 회원은거의 100여개 업체

물리계층(Physical Layer), 통신스택(Communication Stack), 사용자 응용계층(User Application Layer)으로 나누어지며 통신스택에는 데이터링크계층과 OSI 7의 응용계층에 준하는 계층이 있음Layer)으로 나누어지며, 통신스택에는 데이터링크계층과 OSI 7의 응용계층에 준하는 계층이 있음

DeviceNet

저가용 통신연결망 저가용 통신연결망 주 사용처 : Limit Switches, 광전센서, Valve Manifolds,모터 시동기, 공정센서, 바코드

판독기, 가변 주파수 드라이브, Panel Displays등과 같은 산업설비를 Network로 연결, 비싼Hard-wiring을 제거

PROFIBUS

독일의 Bosch, Siemens, Klockener-Moeller에서 개발 WorldFIP, P-NET과 함께 유럽의 표준안 EN50 170으로 지정 생산자동화, 공정제어, 빌딩자동화등의 분야에서 필드장비들 간에 실시간 통신을 위하여 사용

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CAN (Controller Area Network)

자동차 내의 각종 계측제어장비들 간에 디지털직렬통신을제 하기 위한 차량용 네 워 시스템제공하기 위한 차량용 네트워크 시스템

1993년도에 ISO에서 국제 표준규격으로 제정 가격 대 성능비가 우수하여, 차량 내의 열악한 환경에서 성공적으로 동작

WorldFIP

FIP 메시지 시스템을 사용하는 기업의 콘소시엄인 French National Standard로부터 개발

Club-FIP에 가입된 Honeywell, Bailey Control, Cegelec(프랑스), Allen Bradley, Telemecanique (프랑스), Ronan Engineering Co. Square D, Electricite de France, Elf(프랑스)이 주축

Interbus

Phoenix Contact사에서 개발, 자동차산업에서의 표준으로 많이 쓰임

BACnet

ANSI/ASHRAE standard 135-1995 ANSI와 ASHRAE에 의해 채택된 빌딩 자동화용 통신 프로토콜

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ANSI와 ASHRAE에 의해 채택된 빌딩 자동화용 통신 프로토콜 BACnet Message가 전송될 수 있는 LAN을 여러 개 정의하여 시스템 구축에 더 많은 유연성제공


PC Based Control 이란PC Based Control 이란

◈ PC (Personal Computer) Based Control 개념

기존에 PLC가 산업기기들을 제어하던 방식 대신에, PC와 소프트웨어 패키지 를 사용하여 PLC가하던 모든 역할을 할 수 있도록 한 것이다.기존에 PLC가 산업기기들을 제어하던 방식 대신에, PC와 소프트웨어 패키지 를 사용하여 PLC가하던 모든 역할을 할 수 있도록 한 것이다.

변천과정 보기

릴레이 PLC PC릴레이 PLC PC

1970년대 초 1990년대 후1970년대 초 1990년대 후

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▶ Soft Logic / Soft PLC 이란 ?

▶ 정의 PC의 개방된 환경에서, 보다 편리하고 국제 표준화된 프로그래밍언어를 사용하여 기존의 PLC기능을 대체할 수 있는 S f P k어를 사용하여 기존의 PLC기능을 대체할 수 있는 Software Package.

▶ 기능

Runtime PID Sequence Control I/O Processing▶ 기능 I/O Processing Network, HMI Development Tool

PC

▶ PC BASED CONTROLLER의 구조

필드버스

현장계기

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◈ PC 기반 솔루션의 발전 배경

PC의 놀라운 발전 및 신뢰성 향상

Maker고유의 통신 Network에서 개방형 Network으로 변화

사용자가 시스템의 개방성 및 확장성 요구 사용자가 시스템의 개방성 및 확장성 요구

Maker고유의 Ladder Logic방식에서국제표준 프로그램언어의 (IEC 1131-3) 표준화

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◈ PLC의 문제점

PLC 의 문제점

폐쇄적이다.(Processor, Operating System, I/O, Network 등)

프로그램 및 SCADA를 위해, 별도의 PC를 필요로 한다.

업체 및 종류마다 별도의 교육 및 지식이 필요하다.

타 업체의 I/O와 연결되지 않는다.

표준의 Hardware와 Software를 사용하지 않는다.

초기 비용이 비교적 높으며, 간단한 Upgrade에도 비용이 든다.

변화에 대한 두려움으로 새로운 기술 적용이 늦다.

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PC BASED CONTROL 의 장점

◈ PC BASED CONTROL의 장점과 해결 과제

개방 분산형 구조와 산업표준(IEC1131-3) 채택

사용의 편이성 뛰어난 유연성과 확장성

PC BASED CONTROL 의 장점

사용의 편이성, 뛰어난 유연성과 확장성

저렴한 설치 비용(예비품 확보가 쉬움)

엔지니어링 시간과 유지보수 시간의 절감 엔지니어링 시간과 유지보수 시간의 절감

향상된 진단기능과 성능

필드버스 채용으로 많은 이득이 생김(케이블 및 설치공사비 절감) 필드버스 채용으로 많은 이득이 생김(케이블 및 설치공사비 절감)

시스템 및 Software의 표준화로 개발요원 및 유지보수요원의 최소화

숙련된 엔지니어 및 정비요원 불필요 숙련된 엔지니어 및 정비요원 불필요

향후 해결 과제

C의 안정성 확보와 시스템의 이중화 지원 여부

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PC의 안정성 확보와 시스템의 이중화 지원 여부

제어시스템제어시스템 a/d 변환기...

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