KR101782986B1 - Plc 자동화 응용실습장치 - Google Patents

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automation system
plc
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air unit
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김철수
조성민
이찬규
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주식회사 케이티이엔지
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 PLC 자동화 응용실습장치는 이송, 승강, 선회, 위치 결정, 정렬 및/또는 분할의 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함하는 자동화 시스템, 각 모듈에 연결된 공압 호스를 통해 각 모듈에 필요한 공압을 제공하는 에어 유닛 및 자동화 시스템의 각 모듈을 구동하는 PLC 모듈을 포함한다.

Description

PLC 자동화 응용실습장치{Training Equipment using PLC automated system}
본 발명은 PLC 자동화 응용실습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장에 설치된 자동화 시스템에 대해 각종 실험을 통해 교육할 수 있는 PLC 자동화 응용실습장치에 관한 것이다.
최근 대부분의 생산 자동화 시스템은 PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 하고 있다.
PLC는 종래에 사용하던 제어반 내의 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 반도체 소자로 대체시켜 기본적인 시퀀스제어 기능에 수치연산기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하도록 한 자율성 높은 제어장치이다. PLC는 순차적인 이벤트에 대한 입출력으로 제어하는 것으로, 기존의 소자들과는 달리 프로그램 수정이 가능하다는 장점이 있다.
한편, PLC 자동화 장치는 구성과 제어가 복잡하여 상당한 제작기술과 이해도가 요구되므로, 실습자가 PLC 자동화 장치의 구성과 제어를 이해하기 어려운 측면이 있다. 게다가, PLC 자동화 장치는 고가의 장치이므로 작동 오류나 고장의 우려가 생기는 경우 치뤄야하는 대가가 상당하고, 장치의 지속적인 감시 및 관리가 요구되어 과도한 인력이 소모될 수 있는 등 많은 문제점을 지니고 있다.
등록특허공보 KR 10-0856686 PLC 실습시스템
현장에 설치된 자동화 시스템에 대해 각종 실습을 통해 PLC 자동화 시스템의 구성과 원리를 손쉽게 이해할 수 있으며, 실시간으로 PLC 자동화 시스템을 조작할 수 있는 PLC 자동화 응용실습장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PLC 자동화 응용실습장치는 이송, 승강, 선회, 위치 결정, 정렬 및/또는 분할의 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함하는 자동화 시스템, 각 모듈에 연결된 공압 호스를 통해 각 모듈에 필요한 공압을 제공하는 에어 유닛 및 자동화 시스템의 각 모듈을 구동하는 PLC 모듈을 포함한다.
자동화 시스템은 구동 모터의 회전 운동을 수직운동으로 전환하는 슬라이드 모듈, 3축 방향으로 자유로운 구동이 가능하며, 객체를 픽업 및 정렬할 수 있도록 기능을 수행하는 픽업 모듈, 객체를 운반할 수 있는 컨베이어 벨트를 포함하는 이송 모듈, 일단에 수용부를 포함하며, 객체를 직선이동시켜 수용부에 삽입시킬 수 있는 인서트 모듈 및 기어를 통해 회전 운동을 수평 및/또는 수직 운동으로 변환하는 기어 모듈을 포함할 수 있다.
PLC 자동화 응용실습장치는 자동화 시스템 각 모듈의 위치 제어, 속도 제어 및 시간 제어를 수행하여 다양한 변수로 수행될 수 있도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
에어 유닛에 연결되어, 에어 유닛에 공압을 인가하는 압축기, 에어 유닛과 각 모듈에 연결되어 에어 유닛으로부터 인가받은 공압을 자동화 시스템의 각 모듈에 나누어 공급하는 분배기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실습자가 비교적 복잡한 PLC 자동화 시스템의 구성과 흐름을 손쉽게 파악하고 이해할 수 있다. 또한, 실습자는 실험을 통해 PLC 자동화 시스템을 최적화시키는 실습을 해볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLC 자동화 응용실습장치에 대한 구성도이다
도 2는 도 1에 도시된 자동화 시스템 및 에어 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 슬라이드 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 픽업 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이송 모듈을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 1에 도시된 인서트 모듈을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 기어 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 PLC 모듈에 대한 구성도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
PLC 자동화 응용실습장치(100)는 공압을 인가하여 이송, 승강, 선회, 크램프, 위치결정, 정렬, 분할 등의 산업현장 기능을 수행할 수 있는 PLC 자동화 시스템(110)을 선경험할 수 있도록 만든 실습장치이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLC 자동화 응용실습장치(100)에 대한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자동화 시스템(110) 및 에어 유닛(120)을 도시한 사시도이다.
도 1 내지 2에 도시된 미세조절 가능한 PLC 자동화 응용실습장치(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 미세조절 가능한 PLC 자동화 응용실습장치(100)는 다른 형태로 변형될 수 있다.
도 1 내지 2를 참조하면, PLC 자동화 응용실습장치(100)는 자동화 시스템(110), 에어 유닛(120), PLC 모듈(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
자동화 시스템(110)은 산업현장 제조장비에 기준하여 이송, 승강, 선회, 클램프, 위치결정, 정렬 및/또는 분할의 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 시스템(110)은 액츄에이터에서 발생하는 동력을 전달 및 변환하는 메커니즘을 통해 상기의 기능을 수행할 수 있도록 구성되며, 베이스(111), 슬라이드 모듈(112), 픽업 모듈(113), 이송 모듈(114), 인서트 모듈(115), 기어 모듈(116)을 포함한다.
도 3은 도 1에 도시된 슬라이드 모듈을 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 슬라이드 모듈(112)은 물체를 선형으로 이송할 수 있는 모듈로, 베이스(111) 상에 배치된다. 슬라이드 모듈(112)은 회전 동력을 선형 운동으로 변형시키며, 작은 힘으로 큰 부하를 다룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 모듈(112)은 기어(112a), LM 가이드(112b), 이송블록(112c), 구동모터(112d) 및 센서(112e)를 포함한다.
기어(112a)는 모터의 회전 운동을 선형 운동으로 전환시키며, 일 예로 스크류 기어(112a)를 포함한다.
LM 가이드(112b)는 기어(112a)의 측면에 배치되어, 이송블록(112c)의 수평 이동을 가이드한다. 이송블록(112c)은 LM 가이드(112b)에 결합되어 LM 가이드(112b)를 따라 선형 이동한다.
구동 모터는 슬라이드 모듈(112)에 동력을 공급하고, 기어(112a)에 연결되어 회전된다. 일 실시예에 따른 구동 모터는 직류 모터를 포함하며 기어(112a) 교환비는 1/10이 될 수 있다.
센서(112e)는 기어(112a)에 연결되어 이송블록(112c)의 위치 및 기어(112a)의 회전속도를 측정하여 PLC 모듈(130)에 전송한다. 센서(112e)는 일 예로, 검출거리가 5mm로 고정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 도 1에 도시된 픽업 모듈을 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 픽업 모듈(113)은 X축, Y축 및 Z축 3축 방향으로 자유롭게 이동되면서 물체를 픽업하거나 픽업 해제할 수 있는 모듈로, 베이스(111) 상에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 픽업 모듈(113)은 파지부(113a), 픽업 수평 이동부(113b), 픽업 수직 이동부(113c) 및 밸브(113d)를 포함한다. 파지부(113a)는 물체를 픽업할 수 있도록 집게 형상을 갖는다. 파지부(113a)는 구동을 통해 물체를 픽업하거나 픽업해제할 수 있다.
픽업 수평 이동부(113b)는 파지부(113a)에 연결되어 파지부(113a)를 수평이동, 즉 X축 및 Y축으로 이동시킬 수 있도록 구동된다. 픽업 수평 이동부(113b)는 일 예로, 파지부(113a)를 수평 이동시킬 수 있는 로터리 테이블이 될 수 있다.
픽업 수직 이동부(113c)는 파지부(113a)에 연결되어 파지부(113a)를 수직 운동, 즉 Z축으로 이동시킬 수 있도록 구동된다. 픽업 수직 이동부(113c)는 일 예로, 파지부(113a)를 수직 이동시킬 수 있는 실린더를 포함한다.
밸브(113d)는 파지부(113a), 픽업 수평 이동부(113b), 픽업 수직 이동부(113c)에 연결되어 공압을 분배한다. 밸브(113d)의 공압 분배를 통해 파지부(113a), 픽업 수평 이동부(113b) 및 픽업 수직 이동부(113c)는 구동될 수 있다. 밸브(113d)는 일 예로 솔레노이드 밸브를 포함한다.
도 5는 도 1에 도시된 이송 모듈을 도시한 사시도이다. 도 5를 참조하면, 이송 모듈(114)은 물체의 크기, 모양, 무게에 구애받지 않고 이송을 할 수 있는 모듈로, 베이스(111) 상에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송 모듈(114)은 컨베이어 벨트(114a), 컨베이어 벨트(114a)에 연결된 구동모터(114b) 및 센서를 포함한다.
컨베이어 벨트(114a)는 마찰력이 큰 소재로 형성되어, 회전됨에 따라 컨베이어 벨트(114a) 상에 배치된 물체를 이송할 수 있다.
구동모터(114b)는 컨베이어 벨트(114a)에 연결되어, 컨베이어 벨트(114a)에 동력을 공급한다. 즉, 구동모터(114b)의 동작에 따라, 컨베이어 벨트(114a)는 회전하게 된다. 구동모터(114b)는 일 예로, 직류 모터를 포함한다.
센서(114c)는 컨베이어 벨트(114a) 인근 영역에 배치되어, 컨베이어 벨트(114a)에 의해 이송된 물체의 도착여부를 감지한다. 센서(114c)는 물체의 도착여부에 관한 정보를 PLC 모듈(130)에 전송할 수 있다. 센서(114c)는 일 예로, 포토센서를 포함하며 포토센서의 광원은 적외선 발광 다이오드를 포함한다.
또한, 센서(114c)는 복수개가 소정의 간격을 따라 이격되어 배치되어 이송되는 물체의 변위 정보를 추적할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 인서트 모듈을 도시한 사시도이다. 도 6을 참조하면,인서트 모듈(115)은 소정의 영역에 위치되는 물체를 본 발명의 어느 모듈 중의 하나로 투입할 수 있도록 구성되며, 베이스(111) 상에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인서트 모듈(115)은 밸브(115a), 밸브(115a)에 연결되어 물체를 수평 이동시키는 인서트 구동부(115b) 및 센서(115c)를 포함한다.
밸브(115a)는 인서트 구동부(115b)에 연결되어, 인서트 구동부(115b)에 동력을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브(115a)는 솔레노이드 밸브를 포함하며, 인서트 구동부(115b)에 공압을 공급한다.
인서트 구동부(115b)는 인서트 모듈(115)에 위치되는 물체를 각 모듈 중 어느 하나의 모듈로 투입할 수 있도록 물체에 밀착되어 물체를 밀면서 이송시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인서트 구동부(115b)는 인서트 실린더를 포함한다. 인서트 구동부(115b)는 물체를 수평이동시키며, 공압의 인가에 따라 인장되거나 인장해제된다.
센서(115c)는 인서트 구동부(115b)의 일단에 위치되어, 물체의 도착 여부를 감지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(115c)는 포토센서를 포함하며, 사용광원은 적외선 발광 다이오드가 될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 기어 모듈을 도시한 사시도이다. 도 7을 참조하면, 기어 모듈(116)은 물체를 선형으로 이송할 수 있는 모듈로, 베이스(111) 상에 배치된다. 기어 모듈(116)은 슬라이드 모듈(112)에 비해 응답 속도 및 이동 속도가 더 빠르며, 회전 동력을 선형 운동으로 변환시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈(116)은 기어 수평 이동부(116a), 기어 수직 이동부(116b), 구동 모터(116c) 및 밸브를 포함한다.
기어 수평 이동부(116a)는 구동 모터(116c)의 회전 운동을 수평이동으로 동력을 변환할 수 있다. 기어 수평 이동부(116a)는 일 예로, 진공 이젝트가 될 수 있으며, 흡착 패드를 통해 물체를 흡착하여 이송시킬 수 있다. 또한, 기어 수평 이동부(116a)는 일 예로 랙, 피니언 기어를 통해 수평이동 될 수 있다.
기어 수직 이동부(116b)는 기어 모듈(116)의 수직 이동을 담당하며, 일 예로, 실린더를 포함할 수 있다.
구동 모터(116c)는 기어 모듈(116)에 동력을 전달하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 모터(116c)는 직류모터를 포함한다. 기어 모듈(116)의 구동 모터(116c)는 슬라이드 모듈(112)의 구동 모터(116c)보다 기어 교환비가 낮으며, 바람직하게는 기어 교환비가 1/40이 될 수 있다.
밸브(미도시)는 기어 수평 이동부(116a) 및 기어 수직 이동부(116b)에 연결되어 기어 수평 이동부(116a)와 기어 수직 이동부(116b)에 동력을 공급한다. 밸브는 일 예로, 솔레노이드 밸브를 포함하며 기어 수평 이동부(116a) 및 기어 수직 이동부(116b)에 공압을 공급한다.
또한, 자동화 시스템(110)은 물체를 승강이동 시키는 승강 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 승강 모듈(미도시)은 일 예로, 체인 및 구동 모터를 포함하는 체인 리프터(Chain lifter)로 구성될 수 있다.
체인은 구동 모터에 연결되어 구동 모터의 회전에 따라 상승 또는 하강 구동되어, 연결된 물체를 승강이동 시킬 수 있다.
또한, 자동화 시스템(110)은 인덱스 제네바 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 인덱스 제네바 모듈(미도시)은 일 예로, 제네바 휠을 포함할 수 있으며 물체의 인덱스 이동을 수행한다.
또한, 자동화 시스템(110)은 자동화 시스템(110)의 각 모듈에 연결되어 전원을 공급할 수 있는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전원부(미도시)는 외부의 코드와 결합될 수 있으며, 코드와의 결합에 의해 전원을 공급하게 된다.
에어 유닛(120)은 전술한 각 모듈에 공압 호스(미도시)를 통해 연결되어 있으며, 각 모듈에 필요한 공압을 공급함에 있어 필요한 공압의 출력을 조절할 수 있다. 에어 유닛(120)은 공압 공급부(122)를 통해 각 모듈에 공급함에 있어 필요한 공압을 공급받는다. 공압 공급부(122)는 일 예로, 압축기를 포함한다.
일 양상에 따른 에어 유닛(120)은 제어부(140)에 연결되어 공압의 정도, 공압의 방향 등을 제어받을 수 있다. 일 예로, 제어부(140)에 의해 에어 유닛(120)은 각 모듈에 공급되는 압축공기의 유량을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 압축공기의 유량이 증가하여 각 모듈의 구동 속도는 증가된다. 또한, 다른 예로, 제어부(140)에 의해 에어 유닛(120)은 공압의 방향을 전환하여, 각 모듈의 전진 운동 또는 후진 운동을 선택하여 구현할 수 있다.
다른 양상에 따른 에어 유닛(120)은 실습자에 의해 수동으로 작동될 수 있다.
에어 유닛(120)을 통해 자동화 시스템(110)의 각 모듈을 모두 구동될 수 있고, 이에 따라 PLC 자동화 장치에 대한 선실습을 가능하게 한다.
분배기(121)는 에어 유닛(120)에 연결되어, 에어 유닛(120)으로부터 공압을 전달받아 각 모듈로 분배한다. 분배기(121)는 공압 호스(미도시)를 통해 에어 유닛(120)에 연결되어 있다.
또한, 분배기(121)는 공압 밸브를 포함할 수 있으며, 공압 밸브를 개폐하거나 개폐해제 함으로써 각 모듈에 공압을 분배하거나 차단한다.
도 8은 도 1에 도시된 PLC 모듈에 대한 구성도이다. 도 8을 참조하면, PLC 모듈(130)은 자동화 시스템(110)의 각 모듈에 연결되며, 입출력단자를 포함할 수 있다. PLC 모듈(130)은 자체 저장된 프로그램을 순차로 실행할 수 있고, 입출력단자를 통한 스캐닝을 반복적으로 수행할 수 있다.
또한, PLC 모듈(130)은 자동화 시스템(110)의 각 모듈의 구동 여부 및 운전시간을 제어할 수 있다. 상세하게는 PLC 모듈(130)은 일 예로, 각 모듈로부터 센싱된 결과값을 토대로, 실습자로부터 설정된 구동을 실행하여 각 모듈을 제어할 수 있다. 다른 예로, PLC 모듈(130)은 실습자로부터 입력값을 수용하여 각 모듈의 구동 여부 및 운전시간을 제어할 수도 있다.
또한, PLC 모듈(130)은 각 모듈의 구동 상태를 디스플레이할 수 있다.
따라서, 전술한 PLC 모듈(130)에 의한 자동화 시스템(110)의 구동을 통해 PLC 자동화 시스템에 대한 구동을 선실습할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PLC 자동화 응용실습장치(100)는 제어부(140)를 더 포함할 수 있다. 제어부(140)는 자동화 시스템(110) 각 모듈의 위치, 속도 및 시간 등을 제어하여, 다양한 변수로 수행되도록 작동할 수 있으며, 에어 유닛(120)에 연결되어 각 모듈에 공급되는 공압의 유량, 공압의 방향 등을 제어할 수도 있다.
제어부(140)는 일 예로, 산업현장 제조장비에 적용되는 자동제어 논리회로를 작성, 적용하여 자동제어 논리회로를 기준으로 다양한 변수로 수행될 수 있도록 하며, 이에 따라 자동화 제어의 성능을 검증, 비교분석 할 수 있다. 따라서, 제어부(140)를 통해 다양한 변수에 대한 논리회로 작성 및 프로그램 수행을 가능하게 하며, 실습자는 이에 따른 다양한 제어 응용 사례를 직접 실습해볼 수 있다.
전술한 바와 같이, 실습자는 현장에 설치된 자동화 시스템(110)에 대해 각종 실험을 통해 비교적 복잡한 자동화 시스템(110)의 구성과 원리를 손쉽게 파악하고 이해할 수 있다. 또한, 실습자는 실험을 통해 자동화 시스템(110)을 최적화시키는 실습을 해볼 수 있고, 자동화 시스템(110)을 실시간으로 제어하여 자동화 시스템(110)에 대해 지속적으로 관리할 수 있다.
100: PLC 자동화 응용실습장치, 110: 자동화 시스템,
111: 베이스, 113: 슬라이드 모듈,
114: 픽업 모듈, 115: 이송 모듈,
116: 인서트 모듈, 117: 기어 모듈,
120: 에어 유닛, 130: PLC 모듈,
140: 제어부

Claims (4)

  1. 이송, 승강 또는 정렬의 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 모듈을 포함하는 자동화 시스템;
    상기 각 모듈에 연결된 공압 호스를 통해 각 모듈에 필요한 공압을 제공하는 에어 유닛; 및
    상기 자동화 시스템의 각 모듈을 구동하는 PLC 모듈을 포함하고,
    상기 자동화 시스템은
    위치되는 물체를 각 모듈 중 어느 하나의 모듈로 투입할 수 있도록 물체를 이송시키는 인서트 구동부 및 물체의 도착 여부를 감지하여 상기 PLC 모듈에 물체의 도착 여부에 관한 정보를 전송하는 인서트 센서를 포함하는 인서트 모듈;
    위치된 물체를 이송할 수 있도록, 이송된 물체의 도착여부를 감지하여 상기 PLC 모듈에 물체의 도착 여부에 관한 정보를 전송하는 이송 센서를 포함하는 이송 모듈;
    3축 방향으로 자유로운 구동이 가능하며, 객체를 픽업 및 정렬할 수 있도록 기능을 수행하는 픽업 모듈;
    제네바 휠을 포함하며 물체의 인덱스 이동을 수행하는 제네바 모듈; 및
    구동 모터의 회전 운동을 수직운동으로 전환하는 슬라이드 모듈을 포함하고,
    상기 슬라이드 모듈은 기어, LM 가이드, 이송블록, 구동모터 및 상기 기어에 연결되어 이송블록의 위치 및 기어의 회전속도를 측정하여 PLC 모듈에 전송하는 센서를 포함하고,
    상기 PLC 모듈은 상기 자동화 시스템의 각 모듈로부터 센싱된 결과값을 토대로 각 모듈을 구동하는 PLC 자동화 응용실습장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동화 시스템은
    기어를 통해 회전 운동을 수평 및/또는 수직 운동으로 변환하는 기어 모듈을 더 포함하는 PLC 자동화 응용실습장치.
  3. 제1항에 있어서,
    PLC 자동화 응용실습장치는
    상기 자동화 시스템의 각 모듈의 위치 제어, 속도 제어 및 시간 제어를 수행하여 다양한 변수로 수행될 수 있도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 PLC 자동화 응용실습장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에어 유닛에 연결되어, 에어 유닛에 공압을 인가하는 공압 공급부;
    상기 에어 유닛과 자동화 시스템의 각 모듈에 연결되어 에어 유닛으로부터 인가받은 공압을 자동화 시스템의 각 모듈에 나누어 공급하는 분배기를 더 포함하는 PLC 자동화 응용실습장치.
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