KR100959950B1 - 인버터 제어 보조장치 - Google Patents

Abstract

PLC에 의한 인버터 제어를 보조하는 인버터 제어 보조장치로서, 인버터 제어를 위한 다수의 파라미터 값을 입력받는 설정부; 상기 설정부가 입력받은 파라미터 값에 기초하여 다른 파라미터 값을 연산하고, 상기 입력되거나 연산된 파라미터 값에 기초하고 인풋 쉐이핑 로직을 적용하여 최적의 모터 구동패턴을 결정하는 연산부; 상기 입력되거나 연산된 파라미터 값과 상기 결정된 모터 구동패턴을 저장하는 메모리; 및 상기 PLC로부터의 제어명령을 입력받아 상기 메모리에 저장된 모터 구동패턴에 기초하여 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 인버터 제어 보조장치가 개시된다.

인버터, 구동패턴, 인풋, 쉐이핑, 진동, 흔들림

Description

인버터 제어 보조장치{Auxiliary apparatus for controlling inverter}

본 발명은 인버터 제어 보조장치에 관한 것으로, 특히 물체 이동에 따른 관성을 인버터에서 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 기술에 관련한다.

종래, 진동제어 방법의 하나인 인풋 쉐이핑(input shaping) 제어는 이동하는 물체에 임의 시간 지연후 초기 입력에 반대 위상의 진동을 부여하여 물체의 이동중 또는 정지시 물체의 흔들림을 최소화하는 제어를 말한다. 참고로, 이에 관련된 특허로는 미국특허 제4,997,095호와 제5,638,267호가 개시되어 있다.

도 1은 종래의 인버터 제어를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

PLC(10)는 센서에 의한 감지신호를 입력받아 그에 대응하는 제어명령을 인버터(20)에 인가하고 인버터(20)는 기설정된 값에 기초하여 모터(30)를 제어하게 된다. 이에 따라, 모터(30)에 의해 직선 운동하는 물체, 가령 클램프 등의 이동속도를 제어할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 시작 신호가 PLC(10)에 인가되면, PLC(10)는 인버터(20)에 모터 구동 개시명령을 전달하고 인버터(20)는 기설정된 속도 값에 기초하여 모터(30)를 상승하도록 한다.

모터(30) 회전에 따라 물체가 이동하는 중에 센서에 의해 가속 신호가 발생하여 PLC(10)에 인가되면, PLC(10)는 이를 인버터(20)에 전달하고 인버터(20)는 모터(30)의 회전속도를 최고속도까지 상승시킨다.

마찬가지로, 최고속도로 이동하는 중에 물체의 정지를 위한 감속 신호가 발생하면, 상기와 같은 방법으로 모터(30)의 회전속도를 감속 제어하고, 마지막으로 정지 신호가 발생하면 모터(30)를 정지시켜 물체 이동이 정지되도록 한다.

상기한 인버터에 의한 모터 제어방법에 의하면, 가속과 감속시에 적용되는 속도, 즉 가속 및 감속 기울기가 임의로 설정되기 때문에 이동하는 물체의 관성에 의한 물체의 흔들림을 제거하지 못한다는 문제점이 있다.

이와 같이 물체의 흔들림이 발생하면, 완전히 정지할 때까지 다음 공정의 진행이 지연되어 결과적으로 그만큼 공정 사이클이 길어지며, 특히 정지시의 흔들림으로 인해 주변의 구조물이나 장치와의 충돌이 우려된다.

이러한 흔들림을 최소화하기 위해서 가속센서나 감속센서의 위치를 조정하여 가속 또는 감속 기울기를 줄일 수 있지만, 결과적으로 물체 이동에 따른 시간이 늘어나기 때문에 그만큼 공정 사이클이 길어지는 문제점이 있다.

한편, 다른 방법으로 인버터에 인풋 쉐이핑 로직을 프로그래밍하는 것을 고려할 수 있지만, 공정에 따른 다양한 변수가 있기 때문에 실제 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 최적의 모터 구동패턴을 미리 설정하여 물체 이동에 따른 관성에 의한 흔들림을 방지할 수 있는 인버터 제어 보조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물체 이동에 따른 공정 사이클을 증가시키지 않으면서 물체의 흔들림을 방지할 수 있는 인버터 제어 보조장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, PLC에 의한 인버터 제어를 보조하는 인버터 제어 보조장치로서, 인버터 제어를 위한 다수의 파라미터 값을 입력받는 설정부; 상기 설정부가 입력받은 파라미터 값에 기초하여 다른 파라미터 값을 연산하고, 상기 입력되거나 연산된 파라미터 값에 기초하고 인풋 쉐이핑 로직을 적용하여 최적의 모터 구동패턴을 결정하는 연산부; 상기 입력되거나 연산된 파라미터 값과 상기 결정된 모터 구동패턴을 저장하는 메모리; 및 상기 PLC로부터의 제어명령을 입력받아 상기 메모리에 저장된 모터 구동패턴에 기초하여 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 인버터 제어 보조장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 메모리에 저장된 파라미터 값을 상기 제어부의 요청에 따라 상기 인버터로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 파라미터 값은, 모터가 구동되는 최고속도와, 0에서 최고속도까지 도달하는데 걸리는 가속시간 및 최고속도에서 0까지 걸리는 감속 시간과, 물체가 정지할 때 발생하는 진동 주기를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 파라미터 값은, 감속신호가 발생한 후, 상기 모터 구동패턴에 따른 감속을 개시하기까지의 걸리는 지연시간을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 설정부는 파라미터 값을 입력하기 위한 입력 인터페이스가 설치된 컴퓨터 시스템과 연결될 수 있다.

상기한 구조에 의하면, 입력되는 파라미터 값에 의해 최적의 모터 구동패턴을 미리 설정하여 물체 이동에 따른 관성에 의한 흔들림을 방지할 수 있다.

또한, 물체 이동에 따른 공정 사이클을 증가시키지 않으면서 물체의 흔들림을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터 제어 보조장치가 적용되는 구성을 나타내는 블록도이다.

인버터 제어 보조장치(100)는, 예를 들어, PLC(10)와 인버터(20) 사이에 개재되어 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 PLC(10)에만 연결되도록 구성할 수도 있다.

또한, 인버터 제어 보조장치(100)로부터의 명령은 입출력 라인(SF, SB, H, M, L)을 통하여 연결되거나 통신라인(162)을 통하여 연결될 수 있다. 여기서, 인버터 구동을 위한 파라미터 값은, 후술하는 바와 같이, 인버터 제어 보조장치(100)에 입력되는데, 입출력 라인을 통하여 연결되는 경우에는 이 파라미터 값을 인버터(20)에 반복하여 입력해야 하지만, 통신라인(162)을 이용하는 경우에는 이 파라미터 값을 통신라인(162)을 통하여 전달할 수 있다는 이점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어 보조장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도시된 바와 같이, 인버터 제어 보조장치(100)는, 제어부(110), 설정부(120), 연산부(130), 입출력부(150), 및 메모리(140)를 포함하며, 선택적으로 통신부(160)를 포함한다.

설정부(120)는 입력 인터페이스가 설치된 컴퓨터 시스템(200)과 연결되어 인버터 제어를 위한 다수의 파라미터 값을 입력받는다.

연산부(130)는 설정부(120)가 입력받은 파라미터 값에 기초하여 다른 파라미터 값을 연산하고, 입력되거나 연산된 파라미터 값에 기초하고 인풋 쉐이핑 로직을 적용하여 최적의 모터 구동패턴을 결정하여 메모리(140)에 저장한다.

메모리(140)는 설정부(120)가 입력받은 파라미터 값이나, 연산부(130)가 연산한 파라미터 값과 결정된 모터 구동패턴을 저장한다.

제어부(110)는, 각 구성부분의 기능을 제어함과 동시에 PLC(10)로부터의 제어명령을 입력받아 메모리(140)에 저장된 모터 구동패턴에 기초하여 인버터(20)를 제어한다.

입출력부(150)는 I/O 포트로 구성될 수 있으며, 제어부(110)에 요청에 따라 다양한 제어 명령을 인버터(20)에 전달한다. 제어 명령으로, 가령, 전진신호(SF), 후진신호(SB), 최고속도신호(H), 중간속도신호(M), 및 최저속도신호(L)가 전달된다.

선택적으로, 통신부(160)는 메모리(140)에 저장된 파라미터 값 중 인버터 구동을 위한 파라미터 값, 가령 최고속도와 가감속 시간을 RS-232C와 같은 통신라인을 통하여 인버터(20)에 전달한다. 통신부(160)가 무선 통신에 의해 파라미터 값을 인버터(20)에 전달할 수 있음은 당연하다. 바람직하게, 입출력부(150)를 생략하고, 통신부(160)가 그 기능을 수행하도록 할 수 있다.

이하, 컴퓨터 시스템(200)을 통하여 설정부(120)가 입력받는 파라미터 값에 대해 설명한다. 즉, 작업자는 컴퓨터 시스템(200)에 설치된 애플리케이션이 제공하는 입력 툴을 이용하여 인버터 제어를 위한 다양한 파라미터 값을 입력한다.

(1) 최고속도 H(㎐)

모터(30)가 구동되는 최고속도 H를 입력받는다. 여기서, 최고속도 H의 단위는 ㎐이다.

최고속도 H가 입력되면, 설정부(120)는 이를 메모리(140)에 저장하고, 연산부(130)는 최고속도 H에 기초하여 중간속도 M을 연산한다. 가령, 중간속도 M은 최고속도 H의 1/2일 수 있다.

(2) 가속시간/감속시간(msec)

0에서 최고속도까지 도달하는데 걸리는 시간을 입력받아 메모리(140)에 저장한다. 후술하는 바와 같이, 가속시간 또는 감속시간이 진동주기의 반 주기보다 큰지 작은지에 따라 모터 구동패턴이 결정된다.

(3) 지연시간(sec)

지연시간은 선택적으로 입력하는 파라미터 값으로, 감속신호가 발생한 후 기설정된 패턴으로 감속을 진행하기 때문에 정지신호 발생 센서에 도달하지 못하고 정지되는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 적절한 지연시간을 설정함으로써 감속신호가 발생한 후 지연시간이 경과한 후부터 감속 패턴이 적용되도록 한다.

입력된 지연시간은 설정부(120)에 의해 메모리(140)에 저장된다.

(4) 진동주기(㎐)

물체가 정지할 때 발생하는 진동의 주기를 말하는 것으로, 초당 진동수를 입력한다. 통상 2-3의 범위에서 결정된다.

진동주기가 입력되면, 연산부(130)는 한 주기의 1/2를 연산하여 반 주기(half period)를 결정하여 메모리(140)에 저장한다.

이하, 상기한 구성을 갖는 인버터 제어 보조장치의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 작업자는 컴퓨터 시스템(200)에 설치된 애플리케이션이 제공하는 인터페이스를 이용하여 상기한 파라미터 값을 입력한다.

설정부(120)는 입력받은 파라미터 값을 메모리(140)에 저장한다.

연산부(130)는 메모리(140)에 저장된 파라미터 값에 기초하여 모터 구동패턴을 결정한다. 구체적으로, 진동주기로부터 반 주기를 연산하여 이를 가속시간 또는 감속시간과 비교한 다음 인풋 쉐이핑 로직을 적용하여 모터 구동패턴을 결정한다. 여기서, 모터 구동패턴은 하나일 수도 있고, 다수 개일 수 있다. 결정된 모터 구동패턴은 메모리(140)에 저장된다.

도 4를 참조하면, 모터 구동패턴의 예가 도시되어 있다. 여기서, 도 4의 모터 구동패턴은 한 예를 나타내는 것임에 유의해야 한다.

도 4(a)는 가속시간이나 감속시간이 반 주기보다 작은 경우에 적용되는 패턴으로, 최고속도 H에 도달하기까지 가속(기울기 a1) - 등속(중간속도 M) -가속(기울기 a1)로 가속되고, 정지하기까지 감속(기울기 b1) - 등속(중간속도 M) -감속(기울기 b1)로 감속된다. 여기서, 가속 및 감속 기울기의 변화 시점은 연산부(130)에 의해 모터 구동패턴을 결정할 때 함께 결정된다.

도 4(b)는 가속시간이나 감속시간이 반 주기보다 큰 경우에 적용되는 패턴으로, 최고속도 H에 도달하기까지 기울기 a2-c2-a2로 가속되고, 정지하기까지 기울기 b2-c2-b2로 감속된다. 마찬가지로, 가속 및 감속 기울기의 변화 시점은 연산부(130)에 의해 모터 구동패턴을 결정할 때 함께 결정된다.

한편, 메모리(140)에 저장된 파라미터 값은 컴퓨터 시스템(200)을 통하여 인버터(20)에 입력된다. 여기서, 통신부(160)를 구비한 경우에는 제어부(110)가 메모리(140)에 저장된 파라미터 값은 유무선 통신라인을 통하여 인버터(20)에 자동으로 전송할 수 있다. 따라서, 작업자가 직접 인버터(20)에 구동을 위한 파라미터 값을 입력할 필요가 없다.

설정이 완료된 후, 작업이 개시되어 설치된 센서로부터 시작신호가 발생하여 PLC(10)에 입력되면, PLC(10)는 인버터 제어 보조장치(100)의 제어부(110)에 전진신호(SF) 또는 후진신호(SB)와 함께 속도신호(H)를 인가하고, 제어부(110)는 메모리(140)에 저장된 모터 구동패턴에 기초하여 인버터(20)에 제어명령을 전달한다.

여기서, 설명의 편의를 위해 도 4(a)의 모터 구동패턴을 적용하는 경우를 예로 든다.

인버터(20)는 모터(30)를 중간속도 M까지 상승시켜 등속으로 구동하다가 일정 시점에서 최고속도 H까지 다시 상승시킨다. 여기서, 종래와 달리, 모터 구동패턴이 결정되어 있기 때문에 최고속도로의 상승을 위한 시점을 체크하는 가속센서가 필요하지 않다.

모터(30)가 최고속도 H로 회전하다가, 설치된 센서로부터 감속 신호가 발생하면, 인버터(20)는 모터(30)를 중간속도 M까지 하강시켜 등속으로 구동하다가 일정 시점에서 모터(30)를 정지시켜 속도가 점차 떨어지도록 한다.

이에 따라, 이동하는 물체는 점차 속도가 떨어져 종료센서 위치에서 정지하고 종료센서는 종료신호를 발생하여 PLC(10)에 인가한다.

이때, 이동하는 물체가 모터 구동패턴의 특성상 또는 기구적인 공차에 의해 종료센서 위치보다 앞에 정지할 수 있으며, 이에 따라 종료신호가 발생하지 않아 다음 작업을 수행할 수 없는 상황이 발생한다. 이 경우에는, 상기한 바와 같이, 지연시간을 적절히 입력하여 감속 신호가 발생한 다음 지연시간만큼 지난 후 감속을 수행하도록 함으로써 이동거리를 다소 늘려 정확하게 종료센서에서 정지하도록 조정할 수 있다.

이와 달리, 모터 구동패턴을 결정할 때, 최종적으로 결정된 모터 구동패턴에 의해 예상되는 정지 위치로부터 저속으로 모터가 일정시간 더 구동되도록 모터 구동패턴을 변경하는 방법으로 상기한 문제점을 해결할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

예를 들어, 인버터 제어 보조장치는 컴퓨터 시스템과 연결되지 않고 자체적으로 파라미터 값을 입력하기 위한 인터페이스를 내장할 수 있다. 또한, 입출력부의 기능을 통신부가 수행하도록 하여 별도의 입출력부를 구비하지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 인버터 제어를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터 제어 보조장치가 적용되는 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어 보조장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4는 모터 구동패턴의 예를 나타내는 그래프이다.

Claims (5)

1. PLC에 의한 인버터 제어를 보조하는 인버터 제어 보조장치로서,

   인버터 제어를 위하여 인풋 쉐이핑과 관련한 다수의 파라미터 값을 입력받는 설정부;

   상기 설정부가 입력받은 파라미터 값에 기초하여 다른 파라미터 값을 연산하고, 상기 설정부가 입력받거나 상기 연산된 파라미터 값에 기초하고 인풋 쉐이핑 로직을 적용하여 최적의 모터 구동패턴을 결정하는 연산부;

   상기 설정부가 입력받거나 상기 연산된 파라미터 값과 상기 결정된 모터 구동패턴을 저장하는 메모리; 및

   상기 PLC로부터의 제어명령을 입력받아 상기 메모리에 저장된 모터 구동패턴에 기초하여 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 보조장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메모리에 저장된 파라미터 값을 상기 제어부의 요청에 따라 상기 인버터로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 보조장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 설정부가 입력받은 파라미터 값은,

   모터가 구동되는 최고속도와, 0에서 최고속도까지 도달하는데 걸리는 가속시간 및 최고속도에서 0까지 걸리는 감속 시간과, 물체가 정지할 때 발생하는 진동 주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 보조장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 설정부가 입력받은 파라미터 값은,

   감속신호가 발생한 후, 상기 모터 구동패턴에 따른 감속을 개시하기까지의 걸리는 지연시간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 보조장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 설정부는, 파라미터 값을 입력하기 위한 입력 인터페이스가 설치된 컴퓨터 시스템과 연결되어 상기 입력 인터페이스를 통하여 파라미터 값을 입력받는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 보조장치.

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