KR20030049011A

KR20030049011A - 코일러의 감속 카운터 제어장치

Info

Publication number: KR20030049011A
Application number: KR1020010079077A
Authority: KR
Inventors: 양기모; 정호열; 김채곤; 오종수; 이동훈; 강성규
Original assignee: 엘지전선 주식회사
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 발명은 선재를 권취하는 코일러의 감속 카운터 제어장치에 있어서, 선재의 조장 설정 사항을 입력하고 출력하기 위한 입출력부(10); 상기 코일러로 이송되는 선재속도를 나타내는 선속신호와 저선기로부터 선재의 적체량을 나타내는 저선기신호를 계측하여 상기 코일러의 권취속도가 동기속도를 유지하도록 제어하는 연동PID제어부(20); 코일러로 권취된 길이를 계측하기 위한 계측기엔코더(50); 서보모터(42)를 이용하여 상기 이송된 선재를 권취하는 서보구동부(40); 및 상기 입출력부(10)로부터 조장과, 계측기엔코더(50)로부터 권취된 길이를 나타내는 계측기신호를 입력받아 감속시점(240)을 산출하고, 상기 선재의 권취속도가 감속시점(240)에 도달하면 권취속도를 감속시키도록 상기 서보구동부(40)를 제어하는 PLC제어부(30);를 포함한다.

Description

코일러의 감속 카운터 제어장치 {Appratus for deceleration counter in coil winding machine}

본 발명은 코일러에 사용되는 감속 카운터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일러 권취 작업에 있어서 일정 시기마다 코일러를 정지시키고, 선재 절단을 하기위한 감속시점을 자동으로 계산할 수 있는 코일러의 감속 카운터 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선재 제조공정은 작업 선재를 공급하기 위한 송출기와, 선재를 절연물로 피복하는 압출기와, 선재의 이동 장력을 유지시키는 저선기 및 피복된 선재를 보빈에 감기 위한 권취기 등을 포함하는 구성으로 이루어진다.

특히, 상기 선재를 보빈에 감기위한 권취기에 있어서 선재를 코일형태로 권취하는 기계를 코일러(Coiler)라고 한다. 코일러는 주로 기기선이나 자동차용도에 사용되는 선재를 권취한다.

종래의 코일러 권취 작업은 우선 작업할 선재의 종류 및 권취길이를 규정하고 그 수치에 맞추어 상기 선재를 일정한 길이로 보빈에 권취한다.

상기 과정을 좀더 상세히 설명하면, 작업 선재를 공급하는 송출기는 연속적으로 선재를 코일러로 공급한다. 하지만 코일러는 규정된 길이로 선재를 권취하기 위해 코일러를 멈추고 상기 권취된 보빈을 교체해야한다. 이를 위해서는 교체과정에 앞서 작업 선재가 권취되는 일정 작업 싸이클 타임(규정 길이로 권취되는 시점)을 정하여 코일러를 정지시키고 선재를 절단 해야한다. 하지만 일정한 속도로 연속 공급되는 선재의 절단 시점을 찾아내기는 쉽지않다.

작업 사이클 타임(Cycle Time) 내에 권취종료된 보빈을 교체하기 위해서는 코일러에 선재가 어느 정도 권취되면 작업이 완료되기 전에 코일러를 정지시키기위한 감속시점를 계산하고, 그 시점부터는 서서히 권취속도를 줄여가서 규정한 길이에 다다르면 상기 코일러를 정지하고 보빈을 교체해야 한다. 상기 감속시점을 지나치거나 미리 작동하게 되면 권취선재의 길이가 길어지거나 짧아지는 문제가 발생한다.

상기 코일러의 감속시점 계산방법은 종래에는 작업자가 경험치를 가지고, 작업에 따른 감속시점을 계산하여 카운터에 입력해서 사용하였다. 상기 카운터에 감속시점을 입력하면 코일러는 상기 감속시점부터 일정시간 후 정지하고, 작업자는 권취된 보빈을 교체하였다. 하지만 상기 작업은 작업자의 숙련도에 따라 권취된 선재의 길이에 오차가 발생할 뿐만 아니라 공정이 계속 될수록 작업능률이 떨어지는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 상기의 감속시점을 카운터에 입력하지 않아도 작업공정과 선속에 따라 자동적으로 계산하여 설정되게하므로써 작업공정의 자동화가 가능토록 하는 코일러의 감속 카운터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다

도 1은 본 발명에 따른 코일러의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 조장과 권취속도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따라 코일러의 권취속도 제어를 수행해가는 과정을 나타낸 흐름도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10..입출력부 20..연동PID제어부

30..PLC제어부 40..서보구동부

50..계측기엔코더 240..감속시점

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선재를 권취하는 코일러의 감속 카운터 제어장치는, 선재의 조장 설정 사항을 입력하고 출력하기 위한 입출력부, 코일러로 이송되는 선재속도를 나타내는 선속신호와 저선기로부터 선재의 적체량을 나타내는 저선기신호를 계측하여 코일러의 권취속도가 동기속도를 유지하도록 제어하는 연동PID제어부, 코일러로 권취된 길이를 계측하기 위한 계측기엔코더, 서보모터를 이용하여 상기 이송된 선재를 권취하는 서보구동부, 및 입출력부로부터 조장과, 계측기엔코더로부터 권취된 길이를 나타내는 계측기신호를 입력받아 감속시점을 산출하고, 상기 선재의 권취속도가 감속시점에 도달하면 권취속도를 감속시키도록 상기 서보구동부를 제어하는 PLC제어부를 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 선재를 권취하는 코일러의 감속 카운터 제어장치는 감속시점을 감속계산식(계측감산 환산치(DV) = 조장(LM) ×KA ―계측(ME) ×KB (KA,KB:상수))으로 산출하고, 상기 감속시점 이후부터는 계측감산 환산치(DV)에 의해 권취속도가 감속되도록 하고, 감속시점부터의 감속속도가 상기 동기속도의 5%미만이면 서보모터가 정지하도록 서보구동부를 제어하는 것을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 코일러의 감속 카운터 제어장치를 나타낸 블럭도이다. 도면을 참조하면, 본 감속 카운터 제어장치는 조장 설정사항을 입력하고 출력하기 위한 입출력부(10), 저선기신호 및 선속신호를 계측하고 권취속도를 제어하는 연동PID제어부(20), 코일러에 권취된 길이를 계측하기 위한 계측기엔코더(50), 상기 입출력부(10)와 계측기엔코더(50)의 신호를 받아 권취속도를 제어하는 PLC제어부(30) 및 상기 PLC제어부(30)의 출력에 의해 서보모터(42)를 제어하는 서보구동부(40)로 구성된다.

입출력부(10)는 코일러의 권취작업에 필요한 데이터를 입력받는 부분이다. 바람직하게는, 입출력부(10)는 외부로부터 조장 설정사항을 입력받기 위한 인터페이스를 구비한다. 여기서 조장이란, 권취하려는 선재의 규정된 길이를 말한다. 상기 입출력부(10)는 상기 조장 설정사항을 입력함과 동시에 입력된 상기 조장 설정사항을 사용자에게 보여주기위한 디스플레이를 채용할 수 있는데, 디스플레이로는 일반적으로 널리 쓰이고 있는 터치스크린이 바람직하다.

연동PID제어부(20)는 저선기(미도시)로부터의 저선기신호와, 코일러에 이송되는 선재속도를 측정하는 센서(미도시)로부터의 선속신호를 검출하고 코일러의 권취속도를 제어한다. 상기의 PID제어(비례미적분제어)란, 제어대상을 설정한 값으로 유지하기 위해 검출부에서 측정된 값(현재값)과 미리 설정되어 있는 값(목표값)을 비교하여 현재값과 목표값이 차가 있는 경우는 콘트롤러가 그 차를 없애기 위해 출력을 조정하여 현재값이 목표값이 되게 하는 제어 동작을 말한다.

일반적으로, 한 쌍의 고정시이브와 이동시이브로 구성된 저선기는 저선기로 이송되는 선재생산속도와 코일러로 이송되는 선재속도에 따라 이동시이브를 이동시키게 되며, 이때 발생되는 상기 이동시이브의 위치 이동 신호를 저선기신호라고 한다.

예를들어 설명하면, 선재생산속도가 선재속도보다 빠른 경우에는 적체된 선재량이 늘어나기 때문에 상기 고정시이브와 이동시이브의 간격이 넓어진다. 반대로 선재생산속도가 선재속도보다 느린 경우에는 고정시이브와 이동시이브의 간격이 좁아지게 된다. 이러한 저선기의 시이브 위치 이동 신호를 나타내는 저선기신호는 연동PID제어부(20)로 전송되고, 상기 연동PID제어부(20)는 두 신호(저선기신호,선속신호)를 이용하여 선재생산속도와 선재속도가 같아지도록 코일러의 권취속도를 제어한다.

PLC제어부(30)는 본 발명에 따른 코일러의 권취속도를 제어하는 주제어부이다. 다시 말하면, PLC제어부(30)는 조장에 따른 코일러의 감속시점을 판단한다. 상기 판단은 입출력부(10)으로부터 조장과 계측기엔코더(50)으로부터 계측기신호를 입력받아 감속시점을 찾아 이루어진다. 감속시점 전에는 상기 연동PID제어부(20)가 권취속도를 제어하고, 감속시점 이후에만 PLC제어부(30)가 코일러의 권취속도를 감소시키는 역할을 한다. 여기서, PLC제어(Programmable Logic Controller)란 임의로 변하는 입력값을 일정한 출력값으로 자동 변환해주는 것을 말한다.

서보구동부(40)는 상기 PLC제어부(30)으로부터 출력된 명령에 의하여 서보모터(Servo Motor)(42)를 제어함으로서, 코일러의 권취속도를 조절한다.

도 2는 상기 조장과 권취속도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2를 참조하여 조장에 따른 선재속도의 변화를 설명하면, 코일러가 권취를 시작하면 선재속도는 급속히 증가하며 상승선(210)를 형성한다. 이를 보다 자세히 설명하면, 정지되있던 코일러의 보빈이 정지상태에서 회전을 시작하여 소정의 권취속도에 도달할 때까지 회전속도는 증가하게 된다. 이때, 적체되어 있는 선재량에 따라 이동시이브의 위치가 변하게 되며, 이러한 이동시이브의 위치변화를 나타내는 저선기신호는 연동PID제어부(20)로 전송된다. 상기 저선기신호에 따라 연동PID제어부(20)는 선재속도를 증가시키게 된다.

적체된 선재가 어느 정도 해소되면 선재속도가 선재생산속도 보다 빨라진다. 이때, 이동시이브의 위치신호(저선기신호)는 다시 연동PID제어부(20)에 전송되고, 상기 신호에 따라 연동PID제어부(20)는 다시 선재속도를 감소시키며, 이에 따라 선재속도는 하강선(220)을 그리게 된다.

상기 과정동안 연동PID제어부(20)는 저선기로부터 상기의 선재 유동량에 따른 저선기신호와 선속센서로부터 선재속도를 입력받아 상기 선재생산속도와 선재속도가 같아지도록 제어한다. 여기서, 선재생산속도와 선재속도가 같아지는 속도를 동기속도(230)라고 한다.

상기 연동PID제어부(20)에 의해 동기속도(230)로 유지되던 권취속도는 감속시점(240)과 만나게 된다. 상기 감속시점(240)은 입출력부(10)에서 설정된 조장와 계측기엔코더(50)로부터 검출되는 계측기신호(권취된 선재길이)를 이용하여 PLC제어부(30)에서 다음과 같은 감속계산식에 의해 산출된다.

계측감산 환산치(DV) = 조장(LM) ×KA ―계측(ME) ×KB

(KA,KB)는 상수값

여기서, 상기 계측감산 환산치(DV)는 코일러에 권치된 선재의 길이(ME)에 대응하며 변하게 된다.

상기 산출된 계측감산 환산치가 동기속도(230)와 일치하는 시점이 선재 절단을 위한 감속시점(240)이다. 도 2를 참조해서 예를 들어 설명하면, a-speed로 권취되던 선재는 10m/s의 동기속도로 유지되고 있다. a-speed의 선재는 조장입력값을 100m로 입력받았고 현재 90m가 권취되었다. 상기 계측감산 환산치(DV)에 각 값을 입력하고, 비례상수에 의해 대략 15가 나왔다고 가정하면 아직 감속시점에 도달하지 않았다고 본다. 계측감산 환산치(DV)값이 변해가면서 10에 이르게 되는 부분이 감속시점(240)이 된다.

또 다른 실시예로서, b-speed의 선재는 조장입력값을 80m로 입력하고 5m/s의 동기속도로 유지되고 있다. 현재 75m를 권취되었다고 가정하고, 상기 계측감산 환산치(DV)가 5가 나왔다면 여기서부터 감속을 하게된다.

감속시점(240)을 지나면 코일러의 권취속도는 상기 공식의 계측감산 환산치(DV)에 따라 감속된다. 즉 코일러의 권취길이를 나타내는 계측(ME)값이 늘어나면 상대적으로 계측감산 환산치(DV)는 줄어들며, 여기서 변화된 계측감산 환산치(DV)의 값이 권취속도가 된다.

상기 공식에 의해 감속된 권취속도가 상기 계측감산환산치(DV)에서 산출되는 동기속도(230), 다시말하면 감속시점(240)의 5%이내에 도달하면 PLC제어부(30)는 서보구동부(40)에 정지신호를 보내고, 상기 서보구동부(40)는 서서히 서보모터(42)를 정지(250)시키게 된다. 예를 들어 설명하면, 상기 10m/s의 동기속도(230)로 권취되던 a-speed 선재의 권취속도는 계측감산 환산치(DV)값이 변해가면서 10에 이르게 되는 부분에서 감속시점(240)이 된다. 감속시점(240)부터는 계측감산 환산치(DV)값의 변화에 따라 권취속도는 감속되게된다. 즉, 감속속도가 감속시점의 5%미만, 즉 여기서는 계측감산 환산치(DV)값이 0.5가 된다. 또 다른 실시예로서, 5m/s의 동기속도로 권취되던 b-speed 선재의 계측감산 환산치(DV)값도 0.25가 되는 시점이 정지신호를 명령하는 지점이다.

그러면, 이상과 같은 구성을 가진 본 발명의 코일러 감속 카운터 장치의 동작에 대해 도 3의 흐름도를 참조해서 상세히 살펴보기로 한다.

상기 코일러에 권취되는 선재는 작업규격별로 달리 생산되기 때문에 작업자는 입출력부(10)에 필요한 조장을 입력한다(단계 S310).

코일러가 선재를 권취하기 시작하면 상기 연동PID제어부(20)는 선속감지 센서를 이용하여 선속신호를 계측하고, 또한 저선기로부터 저선기신호를 계측한다(단계 S320).

상기 연동PID제어부(20)는 상기 계측된 신호를 이용하여 선재속도를 보정한다(단계 S330). 도 2의 그래프를 참조하면, 선재속도는 조장 초반에 급속히 증가하는 상승선(210)을 형성하다가 하강선(220)을 그리게 된다. 전술한 바와 같이, 이것은 선재생산속도와 선재속도의 차이 때문에 발생한다. 따라서 연동PID제어부(20)는 저선기신호와 선속신호를 이용하여 코일러로 이송되는 선재속도가 동기속도(230)로 유지될 수 있도록 권취속도를 보정하게 된다.

코일러는 상기 연동PID제어부(20)에 의해 권취속도를 동기속도(230)로 일정하게 유지하면서 선재를 권취하게 된다. 이때, PLC제어부(30)는 현재 잔여 조장에 대한 계측감산환산치(DV)에 도달하였는지를 계산하여 감속시점(240)이 되었는지 판단한다(단계 S340). 즉, 상기 PLC제어부(30)는 상기 단계 S310에 입력된 조장과 계측기엔코더(50)로부터의 신호값을 이용하여 감속계산식에 대입한다. 상기 감속계산식에 의해 산출된 계측감산 환산치가 동기속도(230)와 같아지는 감속시점(240)까지는 상기 연동PID제어부(20)에 의해 코일러의 권취속도는 동기속도(230)로 유지된다.

감속시점(240)부터는 PLC제어부(30)가 상기 감속계산식에서 산출된 계측감산환산치(DV)에 따라 권취속도를 감속 제어한다(단계 S350).

상기 권취 감속속도와 동기속도(230)를 비교하여 감속속도가 5%미만까지 떨어지면(단계 S360), 상기 PLC제어부(30)는 정지신호를 서보구동부(40)에 전송한다(단계 S370).

상기 정지신호를 받은 서보구동부(40)는 서보모터(42)를 서서히 감속시키면서, 조장완료시점에 상기 서보모터(42)를 멈추도록 제어한다(단계 S380).

이후, 권취작업을 종료할 것인지 판단해서(단계 S390), 계속해서 작업을 수행하고자 하는 경우에는 상기 단계 S320으로 돌아간다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 코일러 감속 카운터 제어장치를 이용하면 감속시점를 입력하지 않고도 조장과 코일러에 권취된 길이에 따라 감속시점을 자동산출 함으로써 작업자의 숙련도 및 경험에 의존하지 않고도 작업을 가능하게 되고, 공정을 자동화시스템으로 구축함으로써 작업능률을 높일 수 있어 생산량을 증가시킬 수 있다.

Claims

선재를 권취하는 코일러의 감속 카운터 제어장치에 있어서,

선재의 조장 설정 사항을 입력하고 출력하기 위한 입출력부(10);

상기 코일러로 이송되는 선재속도를 나타내는 선속신호와 저선기로부터 선재의 적체량을 나타내는 저선기신호를 계측하여 상기 코일러의 권취속도가 동기속도를 유지하도록 제어하는 연동PID제어부(20);

코일러로 권취된 길이를 계측하기 위한 계측기엔코더(50);

서보모터(42)를 이용하여 상기 이송된 선재를 권취하는 서보구동부(40); 및

상기 입출력부(10)로부터 조장과, 계측기엔코더(50)로부터 권취된 길이를 나타내는 계측기신호를 입력받아 감속시점(240)을 산출하고, 상기 선재의 권취속도가 감속시점(240)에 도달하면 권취속도를 감속시키도록 상기 서보구동부(40)를 제어하는 PLC제어부(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 감속 카운터 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 감속시점(240)은 감속계산식(계측감산 환산치(DV) = 조장(LM) ×KA ―계측(ME) ×KB (KA,KB:상수))으로 산출하고, 상기 감속시점(240) 이후부터는 계측감산 환산치(DV)에 의해 권취속도가 감속되는 것을 특징으로 하는 코일러의 감속 카운터 제어장치.
제 2항에 있어서,

상기 감속시점(240)부터의 감속속도가 상기 동기속도의 5%미만이면 서보모터(42)가 정지하도록 서보구동부(40)를 제어하는 것을 특징으로 하는 코일러의 감속 카운터 제어장치.