KR20130009430A - Ｐｌｃ를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어방법에 관한 것으로, 공작기계에서 축회전하는 회전축의 인터락 설정값을 PLC 제어부에 입력하는 PLC 입력단계와, 수치제어부로부터 상기 회전축의 축회전 좌표값을 읽어 들여 상기 PLC 입력단계에서 입력된 데이터 값과 비교하여 회전축의 회전반경을 제한하는 인터락을 결정하는 연산단계, 및 상기 연산단계에서 인터락이 결정되면 상기 회전축의 구동부에 인터락 명령 신호를 인가하는 출력단계를 포함하여, PLC 제어부를 활용하여 회전축의 인터락을 설정함으로써 장비의 충돌을 방지할 수 있고 수치제어부의 임의적인 데이타 변경으로부터 회전축의 오작동을 방지할 수 있게 된다.

Description

ＰＬＣ를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어장치 및 방법{ Device for setting interlock of rotary shaft of machin tool with PLC and Method for the same }
본 발명은 공작기계에서 동작하는 장비의 인터락을 설정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 PLC를 이용하여 공작기계에서 축회전하는 회전축의 인터락 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공작기계는 공작물을 가공하고 교환하며 이송시키는 동작을 하기 위해 직선운동과 회전운동을 하는 다양한 장치를 갖추고 있다. 가령, 공작물을 받치는 팔레트를 직선운동시키는 X축 이송수단, Y축 이송수단, Z축 이송수단, 팔레트를 축회전시키는 B축 로터리 테이블 등이 있다.
머시닝센터에서는 이러한 장치들의 동작이 수치제어장치(NC)와 PLC(Programmable Logic Controller)에 의해 제어되고 있고, 수치제어장치(NC)가 없는 저가의 장비에서는 PLC만을 사용하고 있다.
한편, 직선 또는 회전운동하는 장비들은 다른 장비와의 충돌을 피하기 위해 일정한 스트로크와 회전 반경을 정하여 금지영역을 설정해야되는 경우가 있다. 가령, 공작물을 축회전시키는 회전축(B축)의 회전반경 내에서 기구적으로 간섭이 일어나거나 공작물에 의해 간섭이 일어나기도 하며, 회전축 위에 또 다른 동작을 위해 구동모터를 설치하여 5축을 구현한 경우 구동모터의 케이블이 외부로 노출되어 설치되므로 테이블의 회전에 의해 구동모터의 케이블이 꼬이거나 주축(SPINDLE)과 충돌할 수 있게 된다. 이와 같이 케이블 꼬임 방지 및 다른 장비의 보호나 작업자의 안전을 위해 구간을 정하여 동작을 금지시키는 것을 인터락(interlock)이라 한다. 한국 등록특허공보 제0243798호(대우중공업 주식회사)에는 급속이송에 따른 볼 스크류와 베어링의 손상을 예방하기 위해 금속이송 금지영역을 설정하는 방법이 개시되어 있다.
종래 수치제어장치(NC)를 구비한 장비의 경우 직선운동을 하는 직선축에 인터락을 설정하는 데에는 포지션 스위치(Position Switch)와 PLC 중 적어도 어느 하나를 사용하였다. 포지션 스위치는 장비를 제어하는 매개변수(Parameter) 값을 입력하여 이송 거리의 최대값과 최소값을 설정하고 해당 이송 유닛이 설정된 최대값과 최소값을 벗어나면 NC에 오버트러블이 발생하여 정지하게 됨으로써 최대값과 최소값의 사이에서만 이동할 수 있도록 한 것이다. 또한, 본원 출원인이 출원한 등록특허공보 제0655303호에는 PLC와 수치제어장치(NC)의 포지션 스위치를 동시에 사용하여 이송축의 인터락 영역을 조정하는 장치가 개시되어 있다. 수치제어장치(NC)가 없는 저가의 장비에서는 PLC를 사용하여 직선축의 인터락을 설정하였다.
그러나, NC에서는 포지션 스위치의 개수가 한정되어 있고 직선축 이외에 회전축의 인터락을 설정하기에 개수가 부족하여 직선축과 회전축의 인터락을 동시에 설정할 수 없는 문제점이 있었다. 예를 들어 FANUC사에서 제조된 NC의 경우 포지션 스위치 값을 1~16까지만 사용할 수 있고 확장이 불가능한데, 매트릭스 툴(MATRIX TOOL)과 같은 장비의 경우 공구의 개수가 170개 이상이므로 이 장비가 포지션 스위치의 값을 1~16까지 전부 사용함으로써 회전축을 제어할 여분의 포지션 스위치가 없는 문제점이 있었다. 나아가 저가 NC나 단일 사용목적으로 제작된 장비의 경우 회전축의 인터락 영역을 설정하는 데 포지션 스위치를 활용할 수 없었다.
또한, 포지션 스위치로 회전축에 인터락 영역을 설정한 경우에도 포지션 스위치 값은 누구나 쉽게 변경할 수 있는 반면 별도의 다른 안전장치가 없어 장비의 충돌에 안전하게 대비할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 회전축의 인터락 제어장치 및 방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 수치제어부의 포지션 스위치 값의 부족으로 인해 수치제어부를 활용하여 인터락을 설정할 수 없거나 수치제어부가 없는 경우에 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 회전각도에 대한 인터락을 설정할 수 있는 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수치제어부와 병행하여 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 인터락을 이중으로 설정함으로써 수치제어부의 임의적인 데이타 변경으로부터 회전축의 오작동을 방지할 수 있고 그로 인해 장비의 충돌을 방지할 수 있는 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어방법은, 공작기계에서 축회전하는 회전축의 인터락 설정값을 PLC 제어부(Programmable Logic Controller)에 입력하는 PLC 입력단계와, 수치제어부(NC;Numerical Control)로부터 상기 회전축의 축회전 좌표값을 읽어 들여 상기 PLC 입력단계에서 입력된 데이터 값과 비교하여 회전축의 회전반경을 제한하는 인터락을 결정하는 연산단계, 및 상기 연산단계에서 인터락이 결정되면 상기 회전축의 구동모터에 인터락 명령 신호를 인가하는 출력단계를 포함한다.
상기 입력단계는 축회전을 허용하는 구간의 데이터 값과 축회전을 제한하고자 하는 구간의 데이터 값을 인터락 설정값으로 입력할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어방법은, 회전축의 인터락 설정값을 수치제어부(NC;Numerical Control)의 포지션 스위치 입력부에 입력하는 NC 설정단계를 더 포함할 수 있고, 상기 출력단계는 상기 NC 설정단계에서 입력된 포지션 스위치 값의 오류로 회전축이 오동작하는 경우 PLC 제어부가 설정된 인터락 신호를 회전축에 인가할 수 있다.
본 발명에 의한 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치는, 공작기계에서 축회전하는 회전축과, 상기 회전축을 축회전시키는 구동부, 및 상기 구동부에 상기 회전축의 회전반경을 제한하는 인터락 신호를 발생시키는 PLC 제어부(Programmable Logic Controller)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 의한 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치는, 상기 회전축의 축회전 좌표값을 연산하여 상기 PLC 제어부에 인가하는 수치제어부(NC;Numerical Control)를 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치 및 방법에 의하면, 수치제어부의 포지션 스위치 값의 부족으로 인해 수치제어부를 활용하여 인터락을 설정할 수 없거나 수치제어부가 없는 경우에 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 회전각도에 대한 인터락을 설정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수치제어부와 병행하여 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 인터락을 이중으로 설정함으로써 수치제어부의 임의적인 데이타 변경으로부터 회전축의 오작동을 방지할 수 있고 그로 인해 장비의 충돌을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치를 나타낸 개략적 구성도,
도 2와 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어장치는, 공작기계에서 축회전하는 회전축(10)과, 상기 회전축(10)을 축회전시키는 구동부(20), 상기 회전축의 축회전 좌표값을 연산하는 수치제어부(40), 및 회전축(10)의 축회전 좌표값과 회전축(10)의 회전반경을 제한하는 인터락 설정값을 비교하여 상기 구동부(20)에 인터락 명령신호를 발생시키는 PLC 제어부(30)를 포함한다.
상기 회전축(10)은 로터리 테이블과 같은 B축으로 구동부에 의해 축회전하게 되며, 상기 구동부(20)는 구동모터이다. 상기 구동부(20)는 공작기계의 수치제어부(40)에 의해 제어된다.
상기 수치제어부(NC;Numerical Control)는 상기 구동부(20)를 제어함으로써 회전축(10)의 축회전을 제어한다. 상기 수치제어부(40)는 회전축(10)의 회전 좌표값을 측정하고, 상기 PLC 제어부(30)는 상기 수치제어부(40)로부터 회전축(10)의 회전 좌표값에 대한 정보를 읽어 온다.
한편, PLC 제어부(30)는 구동모터의 엔코더를 이용하여 회전수, 토크를 측정할 수 있는 기능이 있으므로, 수치제어부(40)가 없는 공작기계에서는 수치제어부(40)의 역할을 PLC 제어부가 수행할 수 있다. 수치제어부(40)는 운동제어(Motion Control)가 주된 기능이고, PLC 제어부(30)는 각종 순차제어를 담당하며, 두 제어장치 간에는 유기적인 신호처리를 수행하면서 기계를 동작시키게 된다.
상기 PLC(Programmable Logic Controller) 제어부(30)는 센서나 스위치로부터 기기의 상태정보를 입력 받는 PLC 입력부와, 외부입력수단(35)으로부터 인터락 설정값을 수신하여 인터락을 결정하는 PLC 연산부, 및 상기 PLC 연산부에서 결정된 인터락 명령신호를 상기 구동부(20)로 출력하는 PLC 출력부를 포함한다.
상기 PLC 연산부로 인터락 설정값을 입력하는 외부입력수단(35)으로는 PLC를 운용하기 위한 프로그램 데이터를 작성할 수 있는 다양한 종류의 소프트웨어가 있다. 이러한 소프트웨어의 예로는 래더도 방식(Ladder diagram)의 프로그램이 있다. 이와 같은 소프트웨어로 작성된 인터락 설정값은 상기 PLC 연산부로 업로드된다.
상기 PLC 연산부는 외부입력수단(35)으로부터 입력받은 인터락 설정값을 메모리에 저장하고, 상기 수치제어부(NC)로부터 회전축(10)의 회전 좌표값을 수신한다. 또한, 상기 PLC 연산부는 메모리에 저장된 설정값과 수치제어부(NC)로부터 수신한 회전축의 회전 좌표값을 비교하여 인터락을 결정한다.
상기 PLC 출력부는 PLC 연산부에서 인터락이 결정되면 PLC 출력부를 통해 정지명령 신호를 수치제어부(40)로 인가하고, 상기 수치제어부(40)는 상기 PLC 제어부(30)의 연산 결과를 토대로 구동부(20)에 대해 정지명령 신호를 송출한다. 수치제어부(40)가 없는 장비의 경우에는 수치제어부(40)를 거치지 않고 PLC 출력부에서 구동부(20)로 곧바로 정지명령 신호를 출력한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어방법은, 공작기계에서 축회전하는 회전축(10)의 인터락 설정값을 PLC 제어부로 입력하는 PLC 입력단계(S1)와, 수치제어부(NC;Numerical Control)로부터 회전축(10)의 축회전 좌표값을 읽어와 상기 PLC 입력단계(S1)에서 입력한 데이터 값과 비교하여 인터락을 결정하는 연산단계(S2), 및 상기 연산단계(S2)에서 인터락이 결정되면 PLC 제어부(30)의 출력부를 통해 회전축(10)의 구동부(20)에 인터락 신호를 인가하는 출력단계(S3)를 포함한다.
상기 PLC 입력단계(S1)는 인터락 설정값을 작성하는 단계를 포함한다. 인터락 설정값은 외부입력수단(35)에 의해 작성되며, 외부입력수단(35)은 PLC를 운용하기 위한 프로그램 데이터를 작성할 수 있는 다양한 종류의 소프트웨어이다. 이와 같은 소프트웨어로 작성된 인터락 설정값은 상기 PLC 연산부로 입력된다.(입력단계)
인터락 설정값을 작성하는 소프트웨어의 예로는 래더도 방식(Ladder diagram)의 프로그램이 있다. 이러한 프로그램에 내재된 로테이션 명령어를 사용하여 인터락 설정을 프로그래밍할 수 있는데, 프로그램의 파라메타 값에 축회전을 허용하는 구간의 양단 데이터 값과, 축회전을 제한하고자 하는 인터락 구간의 양단의 데이터 값을 입력한다. 가령, +270도(-90도)와 +90도 사이의 구간에서 회전축(10)의 인터락을 설정하고자 한다면, 축회전을 허용하는 구간의 양단 데이터 값은 270도와 90도가 되고, 축회전을 제한하고자 하는 인터락 구간의 양단 데이터 값은 269도와 91도가 되며, 270도의 값과 90도의 값을 로테이션 명령을 위해 할당된 입력 어드레스(예를 들어, D1000번, D1004번)에 입력하고, 269도(-91도)의 값과 91도의 값을 로테이션 명령의 취소를 위해 할당된 입력 어드레스(예를 들어, D1008번, D1012번)에 입력한다. 통상의 PLC 프로그래머라면 이와 같은 프로그램을 용이하게 작성할 수 있음이 자명하다.
인터락 설정값이 입력된 PLC 연산부는 수치제어부(40)로부터 회전축(10)의 축회전 좌표값을 읽어 들이고, 그 축회전 좌표값과 인터락 설정값을 비교하여 인터락 여부를 결정한다.(S2)
상기 연산단계(S2)에서 인터락이 결정되면 PLC 제어부의 출력부를 통해 회전축의 구동부에 정지명령 신호를 출력한다.(S3)
도 3을 참조하여 본 발명에 의한 PLC를 이용한 회전축의 인터락 제어방법의 다른 일실시예를 설명한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 인터락 제어방법은, 회전축의 인터락 설정값을 수치제어부(NC;Numerical Control)의 포지션 스위치 입력부에 입력하여 인터락을 설정하는 NC 설정단계(S0)를 더 포함하고, 출력단계(S3)는 상기 NC 설정단계(S0)에서 입력된 포지션 스위치 값의 오류로 회전축이 오동작하는 경우 PLC 제어부(30)가 인터락 신호를 구동부(20)에 인가하는 것을 특징으로 한다.
NC 설정단계(S0)에서 수치제어부(40)의 포지션 스위치 값(파라메타)에는 설정하고자 하는 인터락 구간의 최대값과 최소값을 입력한다. 통상의 NC 프로그래머라면 이와 같은 포지션 스위치 값을 용이하게 입력할 수 있음이 자명하다.
NC 설정단계(S0)에서 수치제어부(40)를 통해 인터락을 설정함과 동시에 PLC 입력단계(S1)에서 이중으로 인터락을 설정한다.
이중으로 인터락이 설정된 상태에서 수치제어부(40)의 오작동이나 포지션 스위치 값의 오류로 회전축(10)이 오작동하게 되면 PLC 제어부(30)가 정지명령 신호를 구동부(20)에 출력하여 인터락을 걸게 된다.
따라서, 수치제어부(40)와 병행하여 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 인터락을 이중으로 설정함으로써 수치제어부(40)의 포지션 스위치 값의 부족으로 인해 수치제어부(40)를 활용하여 인터락을 설정할 수 없거나 수치제어부(40)가 없는 경우에 PLC 제어부를 활용하여 회전축의 회전각도에 대한 인터락을 설정할 수 있으며 수치제어부(40)의 임의적인 데이타 변경으로부터 회전축의 오작동하는 것을 방지할 수 있게 된다.
10 : 회전축 20 : 구동부
30 : PLC 제어부 35 : 외부입력수단
40 : 수치제어부

Claims (4)

  1. 공작기계에서 축회전하는 회전축(10)의 인터락 설정값을 PLC 제어부(Programmable Logic Controller)(30)에 입력하는 PLC 입력단계(S1)와;
    수치제어부(NC;Numerical Control)로부터 상기 회전축(10)의 축회전 좌표값을 읽어 들여 상기 PLC 입력단계(S1)에서 입력된 데이터 값과 비교하여 회전축(10)의 회전반경을 제한하는 인터락을 결정하는 연산단계(S2); 및
    상기 연산단계(S2)에서 인터락이 결정되면 상기 회전축(10)의 구동부(20)에 인터락 명령 신호를 인가하는 출력단계(S3);를 포함하는 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PLC 입력단계(S1)는,
    상기 회전축(10)의 축회전이 허용되는 회전반경 구간의 데이터 값과 축회전을 금지하고자 하는 구간의 데이터 값을 인터락 설정값으로 입력하는 것을 특징으로 하는 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전축(10)의 인터락 설정값을 수치제어부(NC;Numerical Control)(40)의 포지션 스위치(Position Switch)에 입력하여 인터락을 설정하는 NC 설정단계(S0);를 더 포함하고,
    상기 출력단계(S3)는,
    상기 NC 설정단계(S0)에서 입력한 인터락 설정값의 오류로 회전축(10)이 오동작하는 경우 PLC 제어부(30)에서 인터락 신호를 회전축(10)에 인가하는 것을 특징으로 하는 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어방법.
  4. 공작기계에서 축회전하는 회전축(10)과;
    상기 회전축(10)을 축회전시키는 구동부(20);
    상기 회전축(10)의 축회전 좌표값과 회전축(10)의 회전반경을 제한하는 인터락 설정값을 입력받고, 상기 회전축(10)의 축회전 좌표값과 인터락 설정값을 비교하여 회전축(10)의 인터락을 결정하며, 상기 구동부(20)에 인터락 명령 신호를 인가하는 PLC 제어부(Programmable Logic Controller)(30); 및
    상기 회전축(10)의 축회전 좌표값을 연산하여 상기 PLC 제어부(30)에 인가하는 수치제어부(NC;Numerical Control)(40);를 포함하는 PLC를 이용한 공작기계 회전축의 인터락 제어장치.
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KR20190071885A (ko) * 2017-12-15 2019-06-25 두산공작기계 주식회사 공작기계의 충돌방지장치 및 충돌방지방법

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