KR100438368B1 - 공장자동화 제어 교육시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공장자동화에 대한 교육을 직접 프로그래밍하면서 실시함으로서 이론과 실기를 겸하여 교육의 효과를 높일 수 있도록 한 공장자동화 제어 교육시스템에 관한 것으로서,

상기 공장자동화 제어 교육시스템(100)은; 공급되는 부품을 색상별, 크기별, 무게별 등의 종류별로 취출대상을 선택하는 공급유니트(10)와; 수평이동과 수직이동 및 회전으로 공급된 부품을 다른 유니트로 공급하는 분류유니트(30); 분류유니트(30)를 통하여 공급된 부품을 가공할 수 있도록 가공툴을 가지는 가공유니트(50); 상기 가공완료된 부품이 정상적으로 가공되었는지의 여부를 판단하여 불량취출 및 양품저장을 선택할 수 있도록 불량알림수단과 취출수단을 가지는 검사유니트(70)로 하여 구성하고; 상기 각각의 유니트에는 사용자가 부품의 공급방향이나 양,불 검사를 위한 센서의 제어나 가공작업을 위한 동작상태 및 최종취출을 위한 작동상태를 직접제어를 위한 프로그래밍이 가능한 콘트롤러를 포함하고; 상기 콘트롤러의 제어패널은 각각의 유니트 프레임 전방에 노출되도록 하여 작동에 필요한 조작과 제어를 직접 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

공장자동화 제어 교육시스템{Training system of controlling for factory automation}

본 발명은 공장자동화 제어 교육시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 산업현장에서 실시되고 있는 공장자동화에 적응할 수 있도록 고등학교 이상의 교육기관에서 용이하게 실시할 수 있는 공장자동화 제어 교육시스템의 제공에 관한 것이다.

산업사회가 발달하면서 여가활용이나 윤택한 생활향상을 위하여 힘든직종의 종사에 기피가 늘어나면서 사람이 직접 작업하기 어려운 부분을 기계적으로 처리하는 공장자동화가 늘어나고 있는 실정이다.

이러한 공장자동화에 맞게 교육기관에서도 자동화에 대한 교육이 있기는 하나 대부분의 교육기관에서 교과서에 의존한 이론수업에 치중하고 있고, 자동화에 관련된 단편적인 지식위주로 진행되기 때문에 자동화에 관한 전체적인 원리나 개념에 대한 충분한 교육이 이루어지지 않고 있다.

상기와 같이 실제 자동화라인을 보지않고 이론적으로 교육을 이수 한 후 현장에 투입하면 실제 자동화를 위하여 소재의 이송, 가공, 운반, 검사, 분류등과 같이 복잡한 관계를 유지하고 있는 자동화라인을 이해하지 못할뿐만 아니라 조작또한 쉽게 할 수 없게되는 원인을 제공하게 된다.

이는 교육현장에 자동화에 관한 실습을 수행한 교육시스템이 개발되어 보급되지 못한 것과 이러한 자동화 교육시스템의 연구개발에 상당한 애로점이 있는 것도 하나의 원인으로 작용하고 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 피교육자가 교과서를 토대로 한 이론과 접목하여 흥미를 가지고 조작하고 프로그래밍할 수 있도록 피엘시(Programmable Logic Controller)나 브이엘시(Visual Logic Controller)를 이용하여 자유롭게 프로그래밍이 가능한 공장자동화 제어 교육시스템을 제공하여 학습교육의 기회를 부여하여 보다 창의적인 교육을 받을 수 있도록 하는데 첫번째 목적이 있다.

다음으로는, 제공되는 공장자동화 제어 교육시스템을 통하여 교육을 이수한자가 실제 현장에 투입되었을 때 보다 능숙하게 공장자동화라인을 제어하고 반전적으로 운영할 수 있는 능력을 배양함으로서 교육계는 물론 산업계에서 필요한 인력을 충원하여 산업과 교육발전에 이바지할 수 있도록 하는데 또다른 목적을 가진다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 소재공급유니트를 도시한 정면도.

도 2는 도 1에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 소재공급유니트를 도시한 측면도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 분류유니트를 도시한 정면도.

도 4는 도 3에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 분류유니트를 도시한 측면도.

도 5는 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 가공유니트를 도시한 정면도.

도 6은 도 5에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 가공유니트를 도시한 측면도.

도 7은 본 발명의 기술이 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 검사유니트를 도시한 정면도.

도 8은 도 7에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 검사유니트를도시한 측면도.

도 9는 본 발명의 기술이 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 각 유니트를 결합한 상태의 정면도.

도 10은 도 9에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 각 유니트를 결합한 상태의 평면도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

10; 소재공급유니트

30; 분류유니트

50; 가공유니트

70; 검사유니트

100; 공장자동화 제어 교육시스템

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 소재공급유니트를 도시한 정면도, 도 2는 도 1에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 소재공급유니트를 도시한 측면도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 분류유니트를 도시한 정면도, 도 4는 도 3에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 분류유니트를 도시한 측면도, 도 5는 본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 가공유니트를 도시한 정면도, 도 6은 도 5에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 가공유니트를 도시한 측면도, 도 7은 본 발명의 기술이 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 검사유니트를 도시한 정면도, 도 8은 도 7에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 일부인 검사유니트를 도시한 측면도, 도 9는 본 발명의 기술이 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 각 유니트를 결합한 상태의 정면도, 도 10은 도 9에 적용된 공장자동화 제어 교육시스템의 각 유니트를 결합한 상태의 평면도로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 공장자동화 제어 교육시스템(100)은 도면상에서는 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)로 구성하고 있다.

상기 공급유니트(10)는 이동의 용이성을 제공할 수 있도록 하방에 바퀴(11)를 가지고 박스형상으로 구비되는 프레임(12)을 구비하고, 상기 프레임(12)의 내부에는 조작에 필요한 콘트롤보드(13)를 내장한다.

상기 프레임(12)의 상면에는 일정간격을 유지하여 수직으로 세워지는 지지바(14)의 상면에 컨베어프레임(15)을 설치하고, 상기 컨베어프레임(15)의 내부에는 컨베어(16)를 설치하여 컨베어프레임(15)의 일측 하방에 설치되는 구동수단(17)과 연결하여 정,역방향으로 회전할 수 있도록 한다.

상기 구동수단(17)은 모터와 체인기어나 풀리 및 체인과 밸트조합으로 이루어지는 동력전달수단을 통하여 컨베어(16)를 구동할 수 있도록 한다.

상기 컨베어프레임(15)의 일측 상방으로는 분류할 물품을 저장하여 컨베어(16)로 순차적인 공급이 가능하도록 공급제어수단을 가지는 메거진(Magazine;20)을 설치한다.

상기 컨베어프레임(15)의 중도에는 메거진(20)으로 부터 공급되어 이송되어지는 부품을 분류하기 위한 취출수단(21)을 설치한다.

상기 취출수단(21)은 유,공압실린더에 의하여 작동하는 로더등으로 구성하고 취출수단(21)의 전방에 설치되는 각종의 센서의 정보를 받아 작동하여 제어를 위하여 입력하는 프로그램에 따라 색상별, 크기별, 무게별 등 다양한 종류별로 취출대상을 선택할 수 있음은 당연할 것이다.

상기 분류유니트(30)는 공급유니트(10)와 같이 이동의 용이성을 제공할 수 있도록 하방에 바퀴(31)를 가지고 박스형상으로 구비되는 프레임(32)을 구비하고, 상기 프레임(32)의 내부에는 조작에 필요한 콘트롤보드(33)를 내장한다.

상기 프레임(32)의 상부에는 서포트(35)를 세워 그 상단에는 유,공압에 의하여 회전력을 발생시키는 회전수단(36)을 구비하고, 상기 회전수단(36)의 상방으로는 회전축(37)을 돌출시킨다.

상기 회전축(37)에는 수평실린더(38)를 설치하고 상기 수평실린더(38)의 로드(39)에는 수직실린더(40)를 가지는 브라켓(41)을 고정한다.

상기 브라켓(41)의 하방에는 수직실린더(40)에 의하여 승,강하면서 공급유니트(10)의 컨베어(16)를 통하여 이송되어온 부품을 잡을 수 있는 에어척(45)을 구비하여 부품을 공급유니트(10)에서 가공유니트(50)로 공급하도록 한다.

상기 서포트(35)의 측방에는 분류유니트(30)가 부품을 가공유니트(50)에 정확한 공급위치가 차이가 있을 경우 가공이 용이하도록 밀어주는 푸셔(46)를 더 구비하여도 된다.

상기 가공유니트(50)역시 이동의 용이성을 제공할 수 있도록 하방에 바퀴(51)를 가지고 박스형상으로 구비되는 프레임(52)을 구비하고, 상기 프레임(52)의 내부에는 조작에 필요한 콘트롤보드(53)를 내장한다.

상기 프레임(52)의 상방에는 전 공정인 분류유니트(30)로 부터 부품을 공급받을 수 있는 공급라인(55)과 가공완료된 부품을 차기공정으로 배출하기 위한 배출라인(56)이 구비된다.

상기 공급 및 배출라인(55,56)의 상방에 세워지는 지지대(57)에 공급된 부품의 위치에 맞게 이동할 수 있도록 수평방향으로의 움직임을 제어하는 수평이동수단(58)을 구비하고, 상기 수평이동수단(58)에 구비되어 공급된 부품을 가공할 수 있도록 수직방향으로 이동하는 수직이동수단(59)에 가공툴(60)을 구비하는 구성이다.

상기 수평 및 수직이동수단(58,59)은 유,공압실린더나 엘엠(LM)가이드와 같이 다양한 종류의 것을 적용할 수 있음은 당연하며, 시스템의 구성과 제어에 적합한 것을 선택하고 가공툴(60)은 가공하고자 하는 종류에 따라 달리하면 될 것이다.

상기 가공툴(60)의 하방에는 가공되는 부품을 유동하지 않도록 잡아주면서 가공완료된 부품을 차기공정의 유니트로 공급하기 위한 푸셔(61)를 더 구비한다.

상기 검사유니트(70)는 가공완료된 부품이 정상적으로 가공되었는지의 여부를 판단하여 불량취출 및 양품저장을 선택할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 바퀴와 콘트롤보드를 가지는 프레임상에 가공유니트(50)와 연결되는 공급라인(71)을 구비하고, 상기 공급라인(71)의 중도에는 가공된 부품의 양,불을 검사하기 위한 센서를 구비한다.

상기 센서는 다양한 종류의 것이 있을 수 있으나 상호자기유도로 작동되며 분리된 운동체에 비례하는 전기적인 신호를 발생하여 견고하고 무한대의 분해능을 가지고 높은온도나 가혹한 환경에서도 원활한 작동이 이루어지는접촉시변위센서(Liner Variable Differential Transformer)를 사용하는 것이 좋다.

상기 공급라인(71)의 끝단부에는 센서를 통하여 양,불 선별된 부품을 분리하여 배출하는 취출수단(72)을 구비하고, 취출수단(72)에는 불량품이 위치할 때 이를 시각 및 청각적으로 알려주기 위한 알람수단을 더 구비하여도 된다.

상기와 같은 본 발명의 공장자동화 제어 교육시스템(100)을 구성하는 각각의 유니트에 구비되는 콘트롤러는 사용자(피교육자)가 부품의 공급방향이나 양,불 검사를 위한 센서의 제어나 가공작업을 위한 동작상태 및 최종취출을 위한 작동상태를 직접제어를 위한 프로그래밍이 가능한 콘트롤러가 바람직 하다.

이러한 콘트롤러로는 논리연산, 순서조작, 시한, 계수 및 산술연산등의 제어동작을 실행시키기 위하여 제어순서를 일련의 명령어 형식으로 기억하는 메모리를 가지고, 상기 메모리의 내용에 따라 기계와 프로세스제어를 디지탈 또는 아날로그 입,출력을 통하여 행하는 피엘시(Programmable Logic Controller)를 사용할 수 있다.

다른 콘트롤러로서는 개방형구조의 퍼스널컴퓨터와 마이크로소프트윈도우 오에스(OS) 및 하드 리얼타임 오에스(OS)가 결합된 컴퓨터 베이스스드 콘트롤러(PC Based Controller)인 브이엘시(Visual Logic Controller)를 이용하여 자유롭게 프로그래밍과 제어가 가능하도록 하는 것이 교육의 효과를 높일 수 있을 것이다.

상기 콘트롤러의 제어패널(90)은 각각의 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)의 프레임 전방에 노출되도록 하여 작동에 필요한 조작과 제어를 선택할 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기와 같은 본 발명의 공장자동화 제어 교육시스템(100)은;

상기 제어 교육시스템(100)을 구성하는 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70) 중 하나의 유니트만으로 설치하여 각각 단독으로 작동시키면서 교육을 수행하여도 되며, 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)를 결합하여 제어 교육시스템(100)을 구성한 상태에서 연계작동하도록 하여 교육을 수행하여도 된다.

상기 제어 교육시스템(100)을 구성하는 각각의 유니트를 단독구성하여 작동시키고 할 경우,먼저, 공급유니트(10)의 경우에는 메거진(20)에 공급하여 부품을 충진하고 콘트롤보드(13)를 조작하여 원하고자 하는 작동을 제어한다.

이러한 상태에서 공급유니트(10)를 작동시키면 메거진(20)상에 충진된 부품이 한개씩 취출되어 컨베어(16)를 따라 이동하고, 컨베어(16)를 통하여 이동되는 부품은 컨베어프레임(15)의 중도에 구비되는 센서에 의하여 프로그래밍한 상태에 따라 색상이나 크기 무게등에 따라 이를 감지하여 후방에 구비되는 취출수단(21)에 인가하게 된다.

그러면, 취출수단(21)은 센서에 의하여 선택된 부품 또는 선택되지 않은 부품을 컨베어(16)밖으로 취출하거나 컨베어(16)를 통과시켜 차기 유니트로 공급될 수 있도록 한다.

물론, 공급유니트(10)가 독립하여 작동할 경우에는 소재의 공급과 선별에 의한 취출 및 통과작동만이 연속적으로 이루어지게 된다.

분류유니트(30)의 경우에는 회전수단(36)에 의하여 회전축(37)이 회전하고 회전축에 구비되는 수평실린더(38)가 작동하여 부품위치로 이동하고수평실린더(38)의 단부에 고정된 수직실린더(40)가 하강하여 에어척(45)이 부품을 집어 회전하여 다른 위치로 이동하는 작업을 연속하여 하게 된다.

이 경우에는 콘트롤러를 이용하여 부품을 잡을 위치나 수평 및 수직실린더(38,40)의 이동범위, 에어척(45)이 부품을 잡을 때의 힘이나 이동방향을 제어하면서 교육할 수 있음은 당연하다.

가공유니트(50)의 경우에는 공급된 부품을 가공하는 것으로, 가공하고자 하는 내용에 따라 가공툴(60)을 교환장착하면 될 것이다.

이 역시 공급된 부품의 위치에 맞게 수평 및 수직이동수단(58,59)에 의하여 가공툴(60)이 이동하고, 최종적으로 수직이동수단(59)에 의하여 부품이 가공되어지게 되며, 가공이 완료되면 수평 및 수직이동수단(58,59)는 원래의 위치로 복귀하고 동시에 푸셔(61)에 의하여 가공완료된 부품이 배출(차기공정)되는 작동을 반복하게 된다.

검사유니트(70)는 가공이 완료된 부품이 정상 또는 불량가공인지의 여부를 검사하여 정상제품과 불량제품을 식별, 분리배출하는 동작을 반복하여 작동하게 된다.

이러한 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)를 결합하여 하나의 제어시스템(100)으로 구성하여 교육하고자 할 경우에는 공급유니트(10)와 분류유니트(30)가 연결되도록 하고, 분류유니트(30)는 가공유니트(50)와 가공유니트(50)는 검사유니트(70)와 연결되도록 하여 전체적으로 연결되었을 때에는 돌출되는 부분이 없이 평면상 사각형상을 이루도록 한다.

이러한 상태에서, 공급유니트(10)을 통하여 공급되는 부품이 선별하여 선택되지 않은 부품은 컨베어(16) 외부로 배출되고 선택된 부품만이 컨베어(16)를 통하여 이송된다.

그러면 분류유니트(30)의 회전축(37)이 작동하여 에어척(45)을 공급되는 부품방향으로 이동시켜 부품을 잡은 후 차기 공정인 가공유니트(50) 방향으로 회전하여 부품을 공급하는 동작을 수행하게 된다.

가공유니트(50)에서는 분류유니트(30)로부터 공급되는 부품을 수평 및 수직이동수단(58,59)에 의하여 가공툴(60)이 부품방향으로 이동하여 설정된 가공을 수행한 후 원래의 위치로 복귀하고, 가공된 부품은 푸셔(61)를 통하여 차기공정인 검사유니트(70)로 보내어진다.

검사유니트(70)에서는 가공이 원하고자 하는 방향으로 정확하게 가공되었는지의 여부를 확인하여 양,불판정을 하게되고, 이를 시각적인 수단 또는 청각적인 수단으로 인식시킨 후 취출수단(72)에 의하여 최종 분리되어지는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 각각의 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)가 상기의 동작을 반복하여 연속적인 동작으로 제어 교육시스템(100)이 작동되는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 공장자동화와 거의 동일한 조건에서 실습하게 되므로서 교육의 효과를 높일 수 있음은 물론, 제어 교육시스템(100)전체 또는 제어 교육시스템(100)을 구성하고 있는 각각의 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50) 및 검사유니트(70)를 직접동작시키고 제어하기 위한 프로그래밍을 하기 때문에 현장투입시에도 적절한 대응이 가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 공장자동화에 대한 교육을 직접 프로그래밍하면서 실시함으로서 이론과 실기를 겸한 교육의 효과를 높이는 것은 물론, 현장 투입시 자동화에 대한 적응력이 향상되어 업체의 경쟁력 구축에 기여도가 큰 발명이다.

Claims (4)

1. 공장자동화 제어 교육시스템(100)을 구성함에 있어서;

   상기 공장자동화 제어 교육시스템(100)은;

   공급되는 부품을 색상별, 크기별, 무게별 등의 종류별로 취출대상을 선택하는 공급유니트(10)와;

   수평이동과 수직이동 및 회전으로 공급된 부품을 다른 유니트로 공급하는 분류유니트(30);

   분류유니트(30)를 통하여 공급된 부품을 가공할 수 있도록 가공툴을 가지는 가공유니트(50);

   상기 가공완료된 부품이 정상적으로 가공되었는지의 여부를 판단하여 불량취출 및 양품저장을 선택할 수 있도록 불량알림수단과 취출수단을 가지는 검사유니트(70)로 하여 구성하고;

   상기 각각의 유니트에는 사용자가 부품의 공급방향이나 양,불 검사를 위한 센서의 제어나 가공작업을 위한 동작상태 및 최종취출을 위한 작동상태를 직접제어를 위한 프로그래밍이 가능한 콘트롤러를 포함하고;

   상기 콘트롤러의 제어패널은 각각의 유니트 프레임 전방에 노출되도록 하여 작동에 필요한 조작과 제어를 직접 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 공장자동화 제어 교육시스템.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 콘트롤러로는 논리연산, 순서조작, 시한, 계수 및 산술연산등의 제어동작을 실행시키기 위하야 제어순서를 일련의 명령어 형식으로 기억하는 메모리를 가지고;

   상기 메모리의 내용에 따라 기계와 프로세스제어를 디지탈 또는 아날로그 입,출력을 통하여 행하는 피엘시(Programmable Logic Controller)인 것을 특징으로하는 공장자동화 제어 교육시스템.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 콘트롤러로는 개방형구조의 퍼스널컴퓨터와 마이크로소프트윈도우 오에스(OS) 및 하드 리얼타임 오에스(OS)가 결합된 컴퓨터 베이스스드 콘트롤러(PC Based Controller)인 브이엘시(Visual Logic Controller)인 것을 특징으로 하는 공장자동화 제어 교육시스템.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 공장자동화 제어 교육시스템(100)을 구성하는 공급유니트(10)와 분류유니트(30), 가공유니트(50), 검사유니트(70)는 하나의 유니트 만으로 단독구성하여 작동할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 공장자동화 제어 교육시스템.