KR100742625B1 - 고무배합의 자동제어방법 - Google Patents

고무배합의 자동제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고무배합의 자동제어방법에 관한 것으로서, 투입 고무의 온도 및 점도 편차에 의한 영향을 고려하여, 고무배합 전반에 걸친 배합인자 제어 및 배합중 실시간 배합인자 제어를 통해, 배합 배치(Batch)들간의 품질 편차에 따라 실시간 보정으로 균일한 품질의 고무를 배합할 수 있는 고무배합의 자동제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 고무배합의 자동제어방법은, 시작 배합조건을 입력하는 단계와; 투입 고무의 온도와 점도값을 얻는 단계와; 상기 온도와 점도값을 투입 고무의 표준온도 및 표준점도와 비교하는 단계와; 로터(Rotor) 회전수 및 램(Ram) 압력으로 이루어진 배합인자의 제어값을 갱신하는 단계와; 실제 배합 온도곡선과 표준 온도곡선을 비교하는 단계와; 상기 온도곡선들의 비교에 의해 표준온도와 실측 온도를 비교한 편차값이 설정 범위인지를 판단하는 단계와; 상기 편차값이 설정 범위이면 배합 종료조건을 확인하는 단계와; 그리고, 상기 배합 종료조건을 만족하면 배합을 종료하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
고무, 배합, 자동, 제어, 램압력, 로터회전수, 배합인자, 배합조건, 온도, 점도, 온도곡선, 실시간, 보정

Description

고무배합의 자동제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING RUBBER MIXING PROCESS AUTOMATICALLY}
도 1은 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법을 수행하기 위한 고무배합장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법을 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : PC(퍼스널 컴퓨터), 40 : 온도감지센서,
50 : 온라인 점도 측정장치, 70 : 고무.
본 발명은 고무배합의 자동제어방법에 관한 것으로서, 특히 투입 고무의 온도 및 점도 편차에 의한 영향을 고려하여, 고무배합 전반에 걸친 배합인자 제어 및 배합중 실시간 배합인자 제어를 통해, 배합 배치(Batch)들간의 품질 편차에 따라 실시간 보정으로 균일한 품질의 고무를 배합할 수 있는 고무배합의 자동제어방법에 관한 것이다.
예컨대, 타이어의 구성부품을 제조하기 위하여 고무를 배합함에 있어서, 종래 수동작업에 의한 작업자의 임의성을 배제하기 위하여, PC(퍼스널 컴퓨터)를 이용하여 배합인자(믹서 로터(Mixer Rotor) 회전수, 램 실린더(Ram Cylinder) 압력 등)를 미리 결정한 상태에서, 각 스텝(Step)마다 결정인자(배합시간, 배합온도 등)의 기준값에, 'and' 또는 'or' 조건을 주어, 주어진 조건이 둘 모두 또는 둘 중 하나가 만족할 때까지만 고무를 배합한 후, 고무배합을 종료하였다. 또한, 배합온도에 따른 비례제어를 통해 로터 속도를 제어하거나, 미리 배합온도 및 에너지 등의 한계범위를 설정한 후, 이를 벗어남에 따라 비례제어를 통해 로터 속도, 램 압력(Ram Pressure)을 제어하여 배합을 제어하였다.
이러한 제어기술로서, 한국 공개특허 제2004-43991호에는, 고무의 목표 혼합 제어값을 설정하고, 실제 온도값과 비교하여, 편차에 따라 배합 로터 속도를 제어하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 한국 공개특허 제2000-11414호에는, 믹서 내의 써모커플(Thermocouple)에 비례제어기를 연결하여 혼합물의 온도 증감에 따라 비례적으로 로터 속도를 제어하는 방법이 제안되어 있다. 또한, EP1,201,387에는, 온도, 에너지 등의 간접인자의 한계범위를 설정하고, 실제 배합이 이를 벗어날 때, 비례적으로 로터 속도 및 램 압력을 제어하는 방법이 제안되어 있다.
그런데, 상기한 바와 같은 종래 기술들에 있어서는, 전체적으로 강제적인 배합시간 및 배합온도를 적용하여 고무를 배합하도록 이루어져 있기 때문에, 고무배합을 하기 위하여 투입되는 고무가 가지는 특성이 전혀 고려되지 않아 균일한 품질의 투입 고무에 대해서만 균일한 품질을 보장할 수 있을 뿐이다. 따라서, 투입 고 무의 온도 편차 등의 특성과는 다른 특성을 가지는 고무들간의 편차를 보정해주지 못한 채로 배합을 종료하게 됨으로써, 고무를 균일한 품질로 배합할 수 없는 문제점이 발생한다.
또한, 상기한 바와 같이 배합을 할 경우에, 배합인자들이 고정된 값을 가지고 있기 때문에, 투입되는 고무의 각각의 고유 특성치를 고려해 줄 수 없으므로, 투입 고무의 특성치 편차가 최종 배합물의 품질에 그대로 나타나게 된다. 즉, 특입 고무의 온도 차이가 있을 경우, 온도가 높은 고무는 최종 배합 종료온도에 도달하는 시간이 짧아져, 배합 부족 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 투입 고무의 온도가 너무 낮은 고무는 과배합이 되는 문제가 발생할 우려가 있다. 또한, 동일한 투입온도를 갖더라도, 투입 고무의 점도 등의 특성치가 다를 경우에도, 이러한 문제점을 항상 가지게 되며, 실제로 전체적으로 균일한 품질 유도가 곤란하다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 투입 고무의 온도 및 점도 편차에 의한 영향을 고려하여, 고무배합 전반에 걸친 배합인자 제어 및 배합중 실시간 배합인자 제어를 통해, 배합 배치(Batch)들간의 품질 편차에 따라 실시간 보정으로 균일한 품질의 고무를 배합할 수 있는 고무배합의 자동제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법은, 시작 배합조건을 입력하는 단계와; 투입 고무의 온도와 점도값을 얻는 단계와; 상기 온도와 점도값을 투입 고무의 표준온도 및 표준점도와 비교하는 단계와; 로터(Rotor) 회전수 및 램(Ram) 압력으로 이루어진 배합인자의 제어값을 갱신하는 단계와; 실제 배합 온도곡선과 표준 온도곡선을 비교하는 단계와; 상기 온도곡선들의 비교에 의해 표준온도와 실측 온도를 비교한 편차값이 설정 범위인지를 판단하는 단계와; 상기 편차값이 설정 범위이면 배합 종료조건을 확인하는 단계와; 그리고, 상기 배합 종료조건을 만족하면 배합을 종료하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 편차값이 설정범위인지를 판단하는 단계에서, 상기 편차값이 설정 범위를 벗어나면 배합인자 제어값을 보정하여 상기 온도곡선들을 비교하는 단계로 돌아간다.
또한, 상기 배합 종료조건의 확인 결과에 따라, 매 배치(batch)마다 배합정보를 취득하고, PC의 프로그램을 이용하여 배합온도곡선을 분석하고 표준배합온도곡선을 생성하여, 상기 온도곡선들을 비교하게 된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법을 수행하기 위한 고무배 합장치가 도시되어 있다.
상기 고무배합장치는, 한 쌍의 로터(12, 12)가 내장되고 하부에 배출구(13)가 설치된 배합실(11), 상기 배합실(11)에 고무를 투입하기 위한 투입구(14) 및 상기 배합실(11)의 상부에서 상기 배합실(11)에 투입되는 고무를 가압하는 램(Ram, 16)을 구비하는 배합기(10)와; 상기 배합기(10)의 각 구동요소를 제어하기 위한 PLC(Programmable Logic Controller, 20)와; 상기 PLC(20)에 연결되는 PC(퍼스널 컴퓨터, 30)와; 투입 고무(70)의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서(40)와; 그리고, 투입되는 고무의 점도를 감지하기 위한 온라인 점도 측정장치(50);를 포함하여 이루어진다. 참조부호 15는 램 실린더를 나타내고, 참조부호 80은 투입 고무(70)를 이송하기 위한 이송수단을 나타낸다.
상기 PC(30)에는 원하는 품질을 얻기 위한 기본적인 로터 회전수와 램 압력이 입력된다. 또한, 상기 PC(30)에는, 투입 고무(70)의 온도 및 점도값에 따른 램 압력과, 로터 회전수의 변화량과, 통계적으로 표준 온도곡선의 실시간 변화에 따른 램 압력과, 로터 회전수의 변화량이, PLC(20)를 통해 입력된다.
상기한 바와 같이, 시작 배합조건(배합 사양이 입력된 후), 배합시작 명령에 따라 배합기(10)에 고무(70)가 투입되면, 온도감지센서(40)에 의하여 측정되는 투입 대기중인 고무(70)의 온도와, 온라인 점도 측정장치(50)에 의하여 측정되는 투입 대기중인 고무(70)의 점도값이 PLC(20)를 통해 PC(30)에 입력된다. 이러한 입력값의 변화에 따라 고무 배합 전반에 걸쳐 현재 투입되는 고무(70)에 적용될 램 압력이나 로터 회전수와 같은 배압인자 제어값이 결정된다.
즉, 실제 적용되는 램 압력과 로터 회전수는 기본 사양에 투입되는 고무(70)의 온도 및 점도값을 고려하여 PC(30) 스스로 가감한 값이 적용되는 것이다.
배합기(10)에 투입된 고무의 배합이 시작되면, 임의로 결정된 범위의 배합물(예컨대, 3~7번 배치(Batch)의 배합 정보를 PC(30) 내부에서 통계적으로 분석하여 표준 배합 온도곡선을 생성한다. 예컨대, 8번 배치(Batch) 부터는 배합중 고무의 온도변화를 PC(30) 내부에서 실시간으로 표준 배합 온도곡선과 비교하여, 램 압력 및 로터 회전수를 실시간으로 가감시키면서 표준 배합 온도곡선과 현재 배합물의 실제 배합 온도곡선이 일치할 수 있도록 유도하게 된다. 표준 배합 온도곡선의 생성은, 예컨대 매 10단위 각 3~7번 배치(Batch)를 분석하여 자체 보정된다. 즉, 3번, 13번, 23번, 33번...배치(Batch)마다 보정 곡선을 생성하여 자체 내에서 발생하는 편차를 최소화하게 되는 것이다.
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 고무 배합이 실질적으로 이루어지기 전에, 작업자가 배합 시간, 온도, 로터 회전수, 램 압력 등의 시작 배합조건을 입력하고(S10), 배합 시작 명령을 실행하면, 고무배합장치가 가동된다.
고무배합장치가 가동되면, 램 실린더(15)가 상승동작하고, 투입구(14)가 개방되며, 이 상태에서 이송수단(80)에 의해 투입 대기중인 고무(70)가 자동으로 배합기(10)의 배합실(11)로 투입된다.
상기한 바와 같이 고무(70)가 배합기(10)로 투입되는 과정에서, 온도감지센 서(40)와 온라인 점도 측정장치(50)에 의하여, 투입 대기중인 고무의 온도와 점도값이 획득된다(S20).
다음에, 상기한 실측 온도 및 점도값과, 이미 정해진 투입 고무 표준온도 및 표준 점도값을 비교한다(S30).
다음에, 상기한 온도 및 점도값의 비교에 의하여, 시작 배합조건으로 입력된 배합인자(즉, 로터 회전수와 램 압력) 제어값을 갱신(Update)하여 새로운 제어값을 생성한다(S40). 이와 같이 생성된 배합인자 제어값은 고무 배합의 전체 단계에 적용된다. 예컨대, 투입되는 고무의 온도가 기준온도보다 높으면, 램 압력 및 로터 회전수가 설정된 값만큼 낮아질 것이고, 온도가 낮다면 반대가 될 것이며, 이와 같이 생성된 배합인자 제어값은 전체 배합 단계에 적용되는 것이다.
상기한 바와 같은 방법으로 1차적인 고무 배합 제어를 실시하고, 실제 배합 온도곡선과 표준 배합 온도곡선을 비교(S50)하게 되는데, 후술하겠지만 1차적으로 제어된 고무배합물의 배합 정보를 매 배치(Batch)마다 취득하고(S90), 이를 PC(30)를 이용하여 배합온도곡선을 분석하여 프로그램한 다음(S100), 표준 배합 온도곡선 생성하여(S110), 상기 온도곡선들을 비교하게 된다(S50). 즉, 표준 배합 온도곡선은 1번 배치(Batch)를 제외한 동일 로트(Lot)의 5배치(Batch) 이상의 배합 정보를 분석하여 PC(30)의 프로그램을 통해 생성되며, 매 배치(Batch)마다 배합정보를 받아 보다 최적화된 표준 배합 온도곡선이 될 수 있도록 갱신되는 것이다.
다음에, 상기한 바와 같이 얻어진 표준 배합 온도곡선과 배합기(10) 내부의 써모커플에 의해 측정되는 실제 배합 온도곡선과의 비교를 통하여, 실시간으로 표 준온도와 실측 온도를 비교한 편차값을 연산하고, 상기 편차값이 설정 범위인지를 판단한다(S60). 이러한 온도 비교는, 고무 배합이 종료될 때까지 실시간으로 수행되고, 편차값이 계산된다.
만약, 편차값이 설정 범위를 벗어나면(즉, 편차값이 발생했다면), 로터 회전수 및 램 압력을 보정하는 제어기를 통해 제어값을 가감하여 보정하고(S70), 상기 온도곡선들을 비교하는 단계(S50)로 돌아간다. 즉, 상기 제어값이 실시간으로 보정/적용되도록 되어 있다.
예컨대, 현재 배합중인 고무의 실측 온도가 표준 배합 온도곡선보다 낮으면, 램 압력 및 로터 회전수가 상승하여 배합 온도가 표준온도와 일치될 수 있도록 유도해주며, 이와는 반대로 실측 온도가 높다면 그와 반대로 유도해준다.
그리고, 상기 편차값의 판단 결과, 편차값이 설정 범위이면(즉, 편차값이 발생하지 않으면), 배합 종료조건을 확인한다(S80).
다음에, 상기 배합 종료조건의 확인 결과, 배합 종료조건을 만족(조건이 일치)하면, 배합을 종료한다(S80).
또한, 상기 배합 종료조건의 확인 결과에 따라, 전술한 것처럼, 매 배치(batch)마다 배합정보를 취득하고(S90), PC(30)를 이용하여 배합온도곡선을 분석하여 프로그램한 다음(S100), 표준 배합 온도곡선을 생성하여(S110), 상기 온도곡선들을 비교하게 된다(S50).
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법에 의하면, 투입 고무(70)의 온도 및 점도값 편차에 따른 배합인자 제어값 변화를 적용하 여, 1차적으로 품질 균일화에 영향을 주고, 표준 배합 온도곡선과 현재 배합중인 고무의 실시간 온도 비교를 통한 배합인자 제어를 통하여, 2차적으로 품질 균일화에 영향을 줌으로써, 전체적으로 균일한 고무배합물을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 고무를 배합할 경우, 종래와 비교하여 고무배합물간의 표준 편차값이 감소되는데, 실제적으로 시험한 결과, 종래 표준편차 0.643에서 본 발명에서는 0.398로 표준 편차가 감소하는 것을 알 수 있었고, 이에 따라 품질 균일화에 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한, 제조업체에서 많이 사용하고 있는 품질 수준 평가기준인 시그마 지수가 향상된 것으로 나타나, 품질 향상에도 큰 영향이 있음을 알 수 있었다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고무배합의 자동제어방법에 의하면, 투입 고무(70)의 온도 및 점도 편차에 의한 영향을 고려하여, 고무배합 전반에 걸친 배합인자 제어 및 배합중 실시간 배합인자 제어를 통해, 배합 배치(Batch)들간의 품질 편차에 따라 실시간 보정으로 균일한 품질의 고무를 배합할 수 있으므로, 균일하게 향상된 품질을 가진 고무배합물을 얻을 수 있고, 상기한 고무배합물을 이용하여 예컨대, 타이어 부품과 같은 고무제품을 제조할 경우, 고무제품의 품질 향상을 도모할 수 있다.

Claims (3)

  1. 시작 배합조건을 입력하는 단계와;
    투입 고무의 온도와 점도값을 얻는 단계와;
    상기 온도와 점도값을 투입 고무의 표준온도 및 표준점도와 비교하는 단계와;
    로터(Rotor) 회전수 및 램(Ram) 압력으로 이루어진 배합인자의 제어값을 갱신하는 단계와;
    실제 배합 온도곡선과 표준 온도곡선을 비교하는 단계와;
    상기 온도곡선들의 비교에 의해 표준온도와 실측 온도를 비교한 편차값이 설정 범위인지를 판단하는 단계와;
    상기 편차값이 설정 범위이면 배합 종료조건을 확인하는 단계와; 그리고,
    상기 배합 종료조건을 만족하면 배합을 종료하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고무배합의 자동제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편차값이 설정범위인지를 판단하는 단계에서, 상기 편차값이 설정 범위를 벗어나면 배합인자 제어값을 보정하여 상기 온도곡선들을 비교하는 단계로 돌아가는 것을 특징으로 하는 고무배합의 자동제어방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배합 종료조건의 확인 결과에 따라, 매 배치(batch)마다 배합정보를 취득하고, PC(퍼스널 컴퓨터)의 프로그램을 이용하여 배합온도곡선을 분석하고 표준배합온도곡선을 생성하여, 상기 온도곡선들을 비교하는 것을 특징으로 하는 고무배합의 자동제어방법.
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