KR100857722B1 - 과전류 차단 기능을 가지는 ｐｌｃ 출력모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈에 관한 것으로, PLC 출력모듈 내에 포함된 각각의 트랜지스터에 퓨즈를 연결하여 트랜지스터가 구동시키는 소정 부하로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 해당 퓨즈가 단선됨으로써 부하 및 PLC 출력 모듈의 트랜지스터를 보호할 수 있게 된다.
출력모듈, 과전류

Description

과전류 차단 기능을 가지는 ＰＬＣ 출력모듈{PLC OUTPUT MODULE WITH OVERCURRENT BREAKING FUNCTION}
본 발명은 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임계치 이상의 과전류 발생시에 PLC 출력 모듈의 부하를 보호하고, PLC 출력 모듈의 소손을 방지할 수 있는 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈에 관한 것이다.
산업현장에서 공장설비의 자동화 등 여러 분야에서 적용되고 있는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC : Programmable Logic Controller, 이하 "PLC"라 함)는 중앙처리장치를 포함한 중앙제어부(CPU), 센서나 스위치로부터 신호를 입력받는 입력모듈, 제어대상인 모터나 밸브에 제어신호를 전달하는 출력모듈, 고속카운터, 통신모듈, PID 제어모듈 및 위치결정모듈 등을 구비하고 있다.
상기 PLC에서는 중앙 집중 통제를 위하여 PLC와 공장의 여러 개소에 설치된 입, 출력장치에 연결된 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈 간에 필요한 데이터를 전송하고, 받아들여 처리하는 과정이 효율적으로 이루어지도록 하는 것이 중요하 며, 특히 PLC의 출력 모듈에 의해 구동되는 부하로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 발생한 과전류를 차단하여 부하를 보호하고, PLC 출력 모듈이 소손되지 않도록 해야 한다.
여기서 이하 첨부한 도 1을 참조하여 PLC 출력모듈에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 일반적으로 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈(100)은 제어신호를 출력하는 CPU의 연산부(110)와, 상기 CPU의 연산부(110)로부터 출력되는 제어신호에 따라 부하부(130)를 구동시키는 부하 구동부(120) 및 상기 부하 구동부(120)에 의해 구동되는 부하부(130)로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 과전류를 차단하는 과전류 차단부(140)를 포함한다.
CPU의 연산부(110)는 PLC 내부에 구비되며, 상기 CPU 연산부(110)에서 연산된 결과, 즉 제어신호를 출력한다.
부하 구동부(120)는 상기 CPU의 연산부(110)로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 전달하는 포토 커플러(121, 123)와 상기 포토 커플러(121, 123)가 전달하는 제어신호에 응답하여 온(on) 되는 트랜지스터(122, 124)를 포함한다. 상기 CPU의 연산부(110)로부터 출력되는 제어신호는 적어도 하나 이상이며, 상기 부하 구동부(120)의 포토 커플러(121, 123) 및 트랜지스터(122, 124)도 상기 제어신호에 대응하여 적어도 하나 이상을 가진다. 또한, 상기 CPU의 연산부(110)는 DC 5V의 구동 전원을 사용하며, 상기 부하 구동부(120)가 구동시키는 부하부(130)는 DC 12V 또는 DC 24V의 구동전원을 사용한다. 이에 따라 부하 구동부(120)는 CPU의 연산부(110)로부터 제어신호를 입력받아 부하부(130)를 구동시킴에 있어서 부하부(130)로부터 노이즈가 CPU의 연산부(110)로 유입되어 CPU의 연산부(110)가 손상되지 않도록 포토 커플러(121, 123)를 사용하여 CPU의 연산부(110)와 부하부(130)를 전기적으로 절연시킨다. 상기 포토 커플러(121, 123)는 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되고, 상기 포토 다이오드는 상기 CPU의 연산부(110)로부터 제어신호를 입력받아 발광하고, 상기 포토 트랜지스터는 상기 포토 다이오드가 발광하면 온(on) 되어 제어신호를 트랜지스터(122, 124)로 전달한다.
그리고, 상기 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122, 124)는 통상 오프(off)된 상태로 있다가 포토 커플러(121, 123)가 전달하는 제어신호가 상기 트랜지스터(122, 124)의 게이트로 입력되면 온 되어 전류가 흐른다.
과전류 차단부(140)는 상기 부하 구동부(120)에 의해 부하부(130)가 구동됨에 따라 상기 부하부(130)로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 발생한 과전류에 의해 단선되는 퓨즈부(146)와 상기 퓨즈부(146)의 퓨즈(141)가 단선되는 경우에 이를 상기 CPU의 연산부(110)에 알리는 퓨즈 단선 감지부(147)를 포함한다.
여기서 과전류 차단부(140)를 상세히 설명하면, 퓨즈부(146)는 퓨즈(141)와 저항(142)을 포함하고, 상기 퓨즈(141)는 상기 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122, 124) 소스에 연결된다. 만약 상기 트랜지스터(122, 124)가 온 되어 구동되는 부하부(130)로부터 임계치 이상의 과전류가 발생되면, 상기 퓨즈(141)는 단선된 다. 또한, 부하부(130)의 다수의 부하(131, 132)로부터 발생하는 과전류에 의해 단선되므로, 상기 퓨즈(141)의 단선을 감시하기 위해 저항(142)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 부하부(130)의 구동전원 "DC 12/24V"은 저항(142)을 통해 퓨즈(141)를 거치는 폐루프를 형성하며, 상기 저항(142)은 퓨즈(141)의 단선을 감시한다.
상기 퓨즈(141)는 다수의 트랜지스터(122, 124) 소스에 직렬 연결되고, 그에 따라 연결된 다수의 트랜지스터(122, 124) 드레인에 허용되는 유입전류용량의 총합으로 상기 퓨즈(141)의 정격전류용량이 결정된다. 즉, 통상적으로 부하부(130)로부터 유입되는 전류의 총합은 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122, 124) 드레인에 허용되는 유입전류용량의 총합 내이고, 퓨즈(141)의 정격용량은 상기 트랜지스터(122, 124) 드레인에 허용되는 유입전류용량의 총합 내에서 결정되는 것이다.
상기 퓨즈 단선 감지부(147)는 포토 커플러(143)와 전류 제한용 저항(144)을 포함한다. 상기 포토 커플러(143)는 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되고, 상기 포토 다이오드는 임계치 이상의 과전류에 의해 상기 퓨즈(141)가 단선되면, 저항(142)을 통해 과전류가 흘러 발광하며, 상기 포토 트랜지스터는 상기 포토 다이오드가 발광하면 온 되어 CPU의 연산부(110)에 상기 퓨즈(141)의 단선을 알린다.
그러나, 상기와 같은 일반적인 PLC 출력모듈에 있어서, 상기 퓨즈(141)는 다수의 트랜지스터(122, 124) 드레인에 허용되는 유입전류용량의 총합을 초과하는 과전류가 발생하는 경우에 단선되는 것이므로 개별적으로 트랜지스터(122, 124)를 보 호하지 못하게 되는 문제가 있다.
또한, 부하부(130)도 개별적인 부하(131, 132)를 보호하지 못하게 되는 문제점이 생길 수 있다. 만약 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 부하(131)로부터 과전류가 발생한 경우에 발생한 과전류가 상기 부하(131) 및 트랜지스터(122) 드레인에 허용되는 유입전류용량을 초과하여도 퓨즈(141)의 정격전류용량 이내라면, 퓨즈(141)는 단선되지 않을 것이고 이에 따라 상기 과전류에 의해 부하(131) 및 트랜지스터(122)는 파괴되는 문제가 있다.
또한, 퓨즈부(146)는 퓨즈(141)의 단선을 감시하기 위해 저항(142)을 포함하여 구성하는데 상기 저항(142)은 부하부(130)를 구동하는 구동전원을 항시 소량 소비하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 본 발명의 목적은 PLC 출력모듈의 부하 구동부에 의해 구동되는 부하부 내의 소정 부하로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 해당 부하를 보호하고, 부하를 구동시키는 부하 구동부의 해당 트랜지스터를 보호하는 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 PLC 출력모듈 내의 과전류 차단부가 과전류를 차단함에 있어서 부하부의 구동전원을 소비하지 않는 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력 모듈은, CPU의 연산부로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 다수개의 부하를 구동시키는 부하 구동부와, 상기 부하 구동부와 상기 다수개의 부하 사이에 연결되어, 상기 부하 구동부가 구동시키는 다수개의 부하 중 소정 부하에서 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 발생한 과전류에 의해 단선되는 퓨즈 및 상기 퓨즈에 연결되어 상기 퓨즈의 단선을 감지하는 퓨즈 단선 감지부를 포함하고, 상기 부하 구동부는, 상기 CPU의 연산부로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 전달하는 포토 커플러, 및 상기 포토 커플러가 전달하는 제어신호에 응답하여 다수개의 부하에 구 동 전원이 공급되도록 온(on) 되는 트랜지스터를 포함한다.
또한, 상기 퓨즈는 상기 트랜지스터의 드레인에 직렬 연결되고, 상기 퓨즈 단선 감지부는 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되는 포토 커플러 및 상기 포토 다이오드의 캐소드에 직렬로 연결되고, 상기 포토 다이오드의 출력전류를 제한하는 전류 제한용 저항을 포함하며, 상기 포토 다이오드는 상기 퓨즈의 양단 간에 연결되어 상기 퓨즈가 임계치 이상의 과전류에 의해 단선되는 경우, 그 과전류가 흘러 발광하며, 상기 포토 트랜지스터는 상기 포토 다이오드가 발광하면, 온(on) 되어 퓨즈의 단선을 상기 CPU의 연산부에 알리고, 상기 포토 다이오드의 출력 전류는 전류 제한용 저항에 의해 제한되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부하 구동부의 포토 커플러 및 트랜지스터는 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 퓨즈 및 퓨즈 단선 감지부는 상기 부하 구동부의 포토 커플러 및 트랜지스터에 대응하여 적어도 하나 이상 포함되는 것이 바람직하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부하 구동부의 트랜지스터 각각에 퓨즈가 연결되어 특정 부하로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 해당 퓨즈가 단선되어 트랜지스터 및 부하를 보호하게 된다. 즉, 개별적으로 부하 구동부의 트랜지스터 및 해당 부하를 보호하는 이점이 있다.
또한, 임계치 이상의 과전류를 차단하기 위해 부하의 구동전원을 소량 소비하던 회로 구성에서 구동전원을 소비하지 않고도 임계치 이상의 과전류를 차단하는 과전류 차단부를 구성하여 구동전원이 불필요하게 소비되는 것을 차단할 수 있는 이점이 있다.
이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈을 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈(200)은 제어신호를 출력하는 CPU의 연산부(110)와, 상기 CPU의 연산부(110)로부터 출력되는 제어신호에 따라 부하부(130)를 구동시키는 부하 구동부(120) 및 상기 부하 구동부(120)에 의해 구동되는 부하부(130)의 소정 부하로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 과전류를 차단하는 과전류 차단부(150)를 포함한다. 도 1에서 설명한 부에 대해서는 생략하고, 본 발명의 핵심인 과전류 차단부(150)에 대하여 후술하기로 하겠다.
과전류 차단부(150)는 상기 부하 구동부(120)와 상기 부하부(130) 사이에 연결되어 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 단선되는 퓨즈(151, 154)와, 상기 퓨즈(151, 154)의 단선을 감지하는 퓨즈 단선 감지부(158, 159)를 포함한다.
상기 퓨즈(151, 154)는 CPU의 연산부(110)로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122, 124)가 온 되어 부하부(130)가 구동되고, 부하부(130)의 소정 부하(131, 132)로부터 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에 발생한 과전류에 의해 단선된다.
상기 퓨즈 단선 감지부(158, 159)는 상기 퓨즈(151, 154)가 단선되는 경우에 이를 상기 CPU의 연산부(110)에 알리는 포토 커플러(152, 155)와 전류 제한용 저항(153, 156)을 포함한다.
여기서 상기의 과전류 차단부(150)를 보다 상세히 설명하면, 퓨즈(151, 154)는 상기 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122, 124) 드레인에 직렬로 연결된다. 이에 따라 각각의 트랜지스터(122, 124) 드레인에 대응하여 개별적으로 퓨즈(151, 154)가 연결되므로, 트랜지스터(122, 124)의 드레인에 허용되는 유입전류용량을 초과하는 과전류가 발생하면, 해당 퓨즈(151, 154)가 단선되어 발생한 과전류를 차단하게 된다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 부하부(130)의 소정 부하(131)에서 임계치 이상의 과전류가 발생하면, 트랜지스터(122)의 드레인에 연결된 퓨즈(151)가 단선되고, 소정 부하(132)에서 임계치 이상의 과전류가 발생하면, 트랜지스터(124)의 드레인에 연결된 퓨즈(154)가 단선되어 발생한 과전류를 차단하게 된다.
요약하면, 통상적으로 부하부(130)의 소정 부하(131)로부터 유입되는 전류용량은 부하 구동부(120)의 트랜지스터(122) 드레인에 허용되는 유입전류용량 내이고, 퓨즈(151)의 정격용량은 상기 트랜지스터(122) 드레인에 허용되는 유입전류용량 내에서 결정되게 된다. 부하부(130)의 소정 부하(132)도 상기 부하(131)와 마찬 가지이므로 설명을 생략하기로 하겠다.
퓨즈 단선 감지부(158, 159)의 포토 커플러(152, 155)는 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되며, 상기 포토 다이오드는 상기 퓨즈(151, 154)의 양단 간에 각각 연결되어 소정 퓨즈(151)가 임계치 이상의 과전류에 의해 단선되는 경우, 그 과전류가 흘러 발광한다. 상기 포토 트랜지스터는 상기 포토 다이오드가 발광하면, 온 되어 퓨즈(151)의 단선을 CPU의 연산부(110)에 알린다. 또한, 퓨즈 단선 감지부(158, 159)의 전류 제한용 저항(153, 156)은 상기 포토 커플러(152, 155) 포토 다이오드의 캐소드에 직렬 연결되어 상기 포토 다이오드의 출력전류를 제한한다. 여기서 본 발명의 퓨즈 단선 감지부(158, 159) 또한, 각각의 퓨즈(151, 154)에 대응하여 구성되므로 상기 도 1과 차이가 있음을 알 수 있다.
여기서, 상기 도 1과 본 발명인 도 2의 차이점을 상세히 설명하면, 도 1의 과전류 차단부(140)는 퓨즈(141)가 트랜지스터(122, 124)의 소스에 연결되어 전류가 트랜지스터(122, 124)를 지나 퓨즈(141)를 통해 흐르고, 상기 퓨즈(141)의 단선을 저항(142)을 통해 감시하는 회로 구성을 가진다. 만약, 도 1에서 임계치 이상의 과전류가 발생하여 퓨즈(141)가 단선되면 저항(142)을 통해 포토 커플러(143)가 이를 CPU의 연산부(110)에 알린다. 도 2의 과전류 차단부(150)는 퓨즈(151)가 트랜지스터(122)의 드레인에 연결되어 전류가 퓨즈(151)를 지나 트랜지스터(122)의 소스로 흐르고, 퓨즈(154)가 트랜지스터(124)의 드레인에 연결되어 전류가 퓨즈(154)를 지나 트랜지스터(124)의 소스로 흐르게 되는 회로 구성을 가진다. 만약, 도 2에서 임계치 이상의 과전류가 발생하여 퓨즈(151)가 단선되면 포토 커플러(152)가 이를 CPU의 연산부(110)에 알리고, 퓨즈(152)가 단선되면 포토 커플러(155)가 이를 CPU의 연산부에 알린다. 결국, 도 1의 과전류 차단부(140)는 퓨즈(141)의 단선을 감지하기 위하여 저항(142)이 부하부(130)의 구동전원을 항시 소량 소비하는 문제가 있었지만, 도 2의 과전류 차단부(150)는 퓨즈(151, 154)를 부하 구동부(120)의 트랜지스터(152, 155) 드레인에 개별적으로 연결하여 별도의 저항을 사용하지 않고도 퓨즈(151, 154)의 단선을 감지할 수 있으므로, 구동전원을 소모하지 않게 된다.
결국, 본 발명에서 상기 과전류 차단부(150)의 퓨즈(151, 154) 및 퓨즈 단선 감지부(158)는 상기 부하 구동부(120)의 포토 커플러(121, 123) 및 트랜지스터(122, 124)에 대응하여 부품 개수가 결정되는 것을 알 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적으로 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200 : PLC 출력모듈 110 : CPU의 연산부
120 : 부하 구동부 121, 123 : 포토 커플러
122, 124 : 트랜지스터 130 : 부하부
131, 132 : 부하 150 : 과전류 차단부
151, 154 : 퓨즈 158, 159 : 퓨즈 단선 감지부
152, 155 : 포토 커플러 153, 156 : 전류 제한용 저항

Claims (3)

  1. CPU의 연산부로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 전달하는 포토 커플러, 및 상기 포토 커플러가 전달하는 제어신호에 응답하여 다수개의 부하에 구동 전원이 공급되도록 온(on) 되는 트랜지스터가 포함되어 다수개의 부하를 구동시키는 부하 구동부;
    상기 트랜지스터의 드레인과 상기 다수개의 부하 사이에 연결되어, 상기 부하 구동부가 구동시키는 다수개의 부하 중 소정 부하에서 임계치 이상의 과전류가 발생하는 경우에, 상기 과전류가 발생한 부하와 연결된 부분만이 단선 되는 다수개의 퓨즈; 및
    상기 퓨즈에 연결되어 상기 퓨즈의 단선을 감지하는 퓨즈 단선 감지부;를 포함하고,
    상기 퓨즈 단선 감지부는, 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되는 포토 커플러 및
    상기 포토 다이오드의 캐소드에 직렬로 연결되고, 상기 포토 다이오드의 출력전류를 제한하는 전류 제한용 저항을 포함하며,
    상기 포토 다이오드는 상기 퓨즈의 양단 간에 연결되어 상기 퓨즈가 임계치 이상의 과전류에 의해 단선되는 경우, 그 과전류가 흘러 발광하며,
    상기 포토 트랜지스터는 상기 포토 다이오드가 발광하면, 온(on) 되어 퓨즈의 단선을 상기 CPU의 연산부에 알리고,
    상기 포토 다이오드의 출력 전류는 전류 제한용 저항에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 구동부의 포토 커플러 및 트랜지스터는 적어도 하나 이상 포함되고,
    상기 퓨즈 및 퓨즈 단선 감지부는 상기 부하 구동부의 포토 커플러 및 트랜지스터에 대응하여 적어도 하나 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 과전류 차단 기능을 가지는 PLC 출력모듈.
KR1020080042538A 2008-05-07 2008-05-07 과전류 차단 기능을 가지는 ｐｌｃ 출력모듈 KR100857722B1 (ko)

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