KR890001226B1 - 마이크로 프로세서를 이용한 공정제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

마이크로 프로세서를 이용한 공정제어장치

제1도는 본 발명에 따른 블럭도.

제2도는 제1도의 (7)과 (10)의 블럭도.

제3도는 본 발명에 대한 플로우 차트.

제4도는 본 발명에 대한 순서도.

제5도는 제 1, 2도의 (7)에 대한 상세회로도.

제6도는 제 1, 2도의 (10)에 대한 상세회로도.

제7도는 본 발명이 사용되는 일실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 측정치 입력단 2 : 멀티플랙서

3 : D/A 변환기 4 : 입력포트

5 : 타임 클럭 발생기 6 : 중앙처리장치

7 : 롬 제어회로 8 : 램(RAM)

9 : 시스템 롬 10 : 프로그램 롬

11 : 출력포트 12 : D/A 변환기

13 : 시스템 동작부 14 : 컴퓨터 플로피 디스크 드라이버

15 : 모니터 FF1 : 플립플롭

LAT1-LAT2 : 래치회로 ROM C : 제어롬

ROM D : 롬 선택회로 ABUS : 어드레스 버스

DBUS : 데이타 버스

본 발명은 마이크로 프로세서를 이용하여 공정을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 특히 범용성을 지닌 제어 알고리즘(ALGORITHM)으로 공정제어와 데이터 처리를 효율적으로 제어하는 마이크로 프로세서를 이용한 공정제어 장치에 관한 것이다.

종래에는 공정제어를 아나로그 제어방식으로 하였으나 이는 데이타를 수집 기록할 수 없는 결점이 있을 뿐 아니라 그로인해 데이타 처리 후 공정에 관한 여러 정보를 이끌어 내는 데 많은 어려운 결점이 있었다.

또한, 공정제어로 사용되어온 디지탈 제어방식으로는 공정 전반에 걸친 제어를 할 수 없고 단지 어느 특정한 공정 제어만을 수행해야하는 결점이 있다.

따라서 본 발명에서는 공정제어 후 필요한 입력변수를 기억하고 피제어 시스템으로부터 입력되는 정보에 따라 각각의 경우를 세분한 프로그램(이하 세부 프로그램이라칭함)으로 각 입력 변수에 따라 공정제어가 가능하도록 하며 한편으로는 각 제어 공정에 따른 데이타를 보조 기억장치에 기억시킴과 동시에 모니터로 상기 공정이 영상되도록 하는 공정제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 공정에 필요한 입력변수를 기억하는 수단과, 시스템 공정을 세분화시킨 세부 프로그램을 기억하는 수단과, 상기 입력 변수와 감지된 측정치를 비교하는 수단과, 상기 비교 수단에 의해 세분화된 프로그램이 우선 순위로 처리되는 수단과, 조업 변수가 소정의 안전 조업 영역을 벗어날 경우 경보를 울리는 수단과, 상기 각 수단에 따른 정보신호를 디지탈 신호 혹은 아날로그 신호로 변환시키는 수단과, 상기 데이타를 입, 출력하는 수단과, 상기 입 출력 데이타를 기억하거나 영상화하는 수단을 특징으로 갖는 마이크로 프로세서를 이용한 공정제어 장치를 제공한다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 대한 블록도로서 공정시 측정치를 입력하는 수단으로 통상의 교반 장치에서 사용되는 열전대로부터 측정치를 인가받는 측정치입력단(1)에 변화되는 아날로그 측정치를 다중화하여 출력하는 멀티플랙서(2)를 연결하고, 여기에 상기 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 D/A 변환기(3)을 연결하여 그 출력단에 입력포트(4)을 연결하여 구성한다.

측정치 비교수단과 제어시스템 처리 수단으로 각 소자에 어드레스 신호를 인가하여 신호를 인가하여 각 소자에 저장된 데이터 코드를 지정하고, 상기 어드레스에 따라 처리된 데이타를 관장하는 중앙처리장치(6)과, 그 입력단에 타임 클록 발생기(5)를 연결하고, 아울러 그 입, 출력단에 롬(ROM; READ ONLY MEMORY) 제어회로 (7)과 램(RAM; RANDOM ACCESS MEMORY)(8)과 시스템롬(9)과 키보드(16)을 연결하고, 상기 롬제어회로(7)에는 본 발명에서 사용되는 공정에 필요한 입력변수와 제어공정에 따른 세부 프로그램과 공정 우선 순위에 따른 입터럽트기능 등을 기억하고 있는 프로그램롬(10)으로 구성된다.

이와같은 구성에 있어서, 롬제어회로(7)과 프로그램롬(10)은 제 2, 6도에 도시된 바와같으며 롬제어회로(7)은 낸드게이트로 구성된 플립플롭(FF)와 논리게이트, 래치회로(LA1-LA2), 제어롬(ROMC)으로 구성되며, 프로그램롬(10)은 본 발명의 알고리즘에 따라 세부 공정을 수행하는 프로그램을 기억하고 있는 롬(ROM1-ROMN)과 상기 롬(ROM1-ROMN)의 데이타를 랩(8)에 인가하는 롬(ROMD)로 구성된다.

이때 상기 프로그램롬(10)의 각각의 롬에 상기 기능을 기억시키는 방법은 컴퓨터 프로그래머가 컴퓨터를 조작하여 상기 기능에 맞는 프로그램을 작성하여 컴퓨터에 연결된 통상의 롬 라이터(ROM WRITER; IUP-201A)로 저장 명령을 실행하게 되면 컴퓨터 내에서 발생된 16진수 즉 헥사테이터가 롬 라이터에 디바이스 된 롬에 됨으로써 가능하다.

상기 제어 시스템으로 처리된 신호가 출력되는 수단은 출력신호를 기억하는 컴퓨터 플로피 디스크 드라이버(14)와, 디지탈 출력신호를 영상으로 나타내는 모니터(15)와, 출력신호를 인가받아 출력하는 출력포트(11)과, 상기 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기(12)와 그 출력단에 공정 시스템을 작동시키는 시스템동작부(13)으로 구성된다.

이와같이 구성된 공정 제어시스템은 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

사용자가 공정 프로그램을 수행하기 위해 공정 파라미터를 투입한 다음 각 공정 기기에 에너지원을 공급한 후 수용자가 키보드(16)을 통해 시작 기능키를 누르면, 이때부터 각 세부공정 프로그램에 의해 처리되는데 이때부터 사용자는 키보드(16)을 이용하여 작업 영역설정 및 기능키만 입력하고, 공정처리시에는 공정 시스템으로부터 감지된 측정치가 측정치입력단(1)에 인각되면 측정치입력단(1)에 연결된 멀티플랙서(2)를 통해서 D/A 변환기(3)에 인가된다.

이때 인가되는 측정신호는 아날로그 신호이므로 D/A 변환기(3)은 일정한 코드를 갖는 디지탈 신호로 변환하여 입력포트(4)를 통해 중앙처리장치(6)에 인가한다.

상기 측정치를 인가받는 중앙처리장치(6)은 이미 스위치은 당시 어드레스 버스를 통하여 롬제어회로(7)에 의해 프로그램롬(10)의 공정 입력 파라미터와 인터럽트 순위 및 제어프로그램에 데이타 버스를 통해 램(8)에 이송되고 아울러 시스템롬 (9)의 제어 시스템 프로그램이 중앙처리장치(6)에 지정된 상태이므로 중앙처리장치 (6)은 상기 측정치와 조작자에 의해 기설정된 설정치를 비교하여 그 계산치로서 공정 제어시스템이 프로그램을 수행하게 된다.

상기 측정치와 설정치를 비교하여 계산치를 계산함에 있어 그 오차(ERROR)에 따라 제어하는 방식이 다르게 되는데 그 하나는 yi=K(에러+적분치*ti+미분치*td)(k는 비례상수, ti는 적분상수, td는 미분상수)과 같은 비례 적분 미분계산(이하 PID(PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE) 계산법이라 칭함)에 의한 제어방식과 상기 설정치가 측정치보다 높을때는 큰 제어 출력치를 출력하고, 낮을때는 낮은 제어 출력치를 출력하는 스위치 온 오프 동작을 이용한 제어방식을 사용하게 된다.

이때 제어방식에 따른 계산치로서 제어공정이 수행될때 공정순서는 제4도에 도시된 바와같이 조작자가 미리 설정한 순서 즉 제1인터럽트 프로그램이 수행되고, 계속해서 제2인터럽트 프로그램이 수행된다.

한편 상기 인터럽트 프로그램 수행과정은 제3도에 도시된 바와 같으며 이를 설명하면 다음과 같다.

중앙처리장치(6)에 내장된 인터럽트 제어기로부터 인터럽트 신호가 출력되면 중앙처리장치(6)은 램(8)에 이송된 프로그램롬(10)의 인터럽트 프로그램에 설정된 타이머 값을 감소시킨다.

이와같이 감소된 타이머 값이 “0”인가를 확인하여 아닌 경우, 모든 세부 공정이 완료되면 리턴으로 가고, 아닌 경우에는 다음 세부 공정으로 이어지게 된다.

이때 상기 타이머 값이 “0”인 경우에는 해당되는 세부 공정을 타이머에 다시 세트시켜 세부 공정 입력 변수를 참조하면서 해당되는 프로그램을 수행하게 되는데 만약 인터럽터가 동시에 여러개 발생할 경우는 우선도가 높은 프로그램이 먼저 수행되므로 물리적인 시간에 따라 제어된다.

이와같은 동작을 하는 본 발명에 있어서, 안전한 조업영역을 조작자가 설정하고, 조업 변수가 조업영역을 벗어날 경우에는 중앙처리장치(6)이 에러 발생신호를 출력하여 키보드(16)에 설치된 경보장치가 울리게 된다. 이때 상기 경보장치는 조업변수와 1대1로 대응되므로 상기와 같이 경보가 울렸을때 조업상 어느 부위가 잘못되고 있는지 쉽게 알 수 있게 된다.

전술한 바와같이 처리된 데이타는 출력포트(11)을 통해 D/A 변환기(12)에 인가되어 아날로그 신호로 변환되어 시스템 동작부(13)에 인가되어 시스템 동작부 (13)에 연결된 동작 기기가 동작된다.

아울러 상기 출력데이타는 컴퓨터 플로피 디스트 드라이버(14)에 저장되고, 한편으로는 모니터(15)로 도표와 수치로 영상화된다.

이와같은 동작을 하는 본 발명을 일실시예로 설명하면 다음과 같다.

제7도와 같은 가열 교반 탱크에 있어서, 온도가 25℃인 물이 분당 100CC의 일정 유속으로 탱크로 들어가서 전기 가열 코일에 의해 가열 교반되어, 80℃가 된 상태에서 80℃의 물이 유출되고 있다. 이때 탱크는 완전 교반됨으로써 탱크내의 온도는 균일하며 탱크내의 체류량은 액위 조절기에 의해 일정하게 조절된다. 이때 온도는 열전대에 의해 측정되며 측정된 값은 측정치 입력단(1)과 멀티플랙서(2)를 통해 D/A 변환기(3)에 인가되어 D/A 변환기(3)은 상기 측정된 값을 디지탈 값으로 입력포트(4)에 인가된다.

입력포트(4)에 인가된 측정값은 프로그램롬(10)에 기억되어 램(8)에 이송된 미리 설정된 온도값(설정치)인 80℃와 비교되어 차이가 생기면 이를 줄이기 위해 미리 만들어져서 회로에 저장되어 있는 공정 프로그램에 의해 가열 코일을 가열하도록 가열량을 계산한다.

이때 계산은 PID계산법에 의해 계산되어 PID파라메타는 k=50%, 적분시간 상수 ti=1분, 미분시간 상수 td=0.5분이 된다.

이와같이 계산된 가열 코일의 전력량은 디지탈 값이므로 D/A 변환기(12)에서 아날로그 값으로 변환된 후 출력되어 가열 코일을 가열하여 80℃가 유지되도록 한다.

이때 공정타이머는 초기에 “0”으로 세트되어 있고, 매초 인터럽트가 발생할때 마다 하나씩 감소되어 “0”이 되어 시간이 다 되었는지를 검색하게 된다. 검색결과 타이머값이 “0”이 되었으면 이 계산을 수행할 시간이 다 되었으므로 이 계산치에 따라 가열량을 바꾸게 된다.

아울러 계산에 사용되는 PID파라메타는 키보드(16)으로 사용자가 정할 수 있다.

한편 이와같은 공정 제어장치에 있어서, 일례로 탱크내의 물의 온도가 75℃가 되어 설정치인 80℃와 비교하여 5℃가 낮을 경우에는 이를 줄이기 위해 상기 설정한 각 PID파라메타를 이용했을때 75℃의 물을 80℃로 가열하여 정상상태에 도달시키는데 10분이 소요되었다.

이 시간을 줄이기 위해 PID파라메타 중의 비례대를 25℃로 하였더니 80℃의 정상상태에 도달하는 시간이 7분으로 줄었다. 이러한 파라메타의 변환은 조업상태에 영향을 주지 않으면서 조업중에 조업상태를 관찰하면서 바꿀 수 있었다.

상기한 PID의 제어방식과 함께 스위칭 온 오프 시스템을 이용하는 경우에는 온도가 80℃를 중심으로하여 80℃ 이상이 되면 전원이 오프되어 가열이 중지되고, 80℃ 이하가 되면 전원이 온 되어 가열이 개시되게 되는 방법이 있는데 이러한 제어방식의 경우에는 물의 온도가 82℃ 및 78℃ 사이에서 주기적으로 조금씩 변화하면서 제어된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 공정상의 이상 또는 고장 부분이 경보장치를 통하여 사용자에게 인지시킴으로 빨리 수정할 수 있으며 프로그램 검색시간 및 디스크 구동시간이 절약되어 공정처리 속도가 향상되는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 공정제어 시스템에 있어서, 공정제어에 필요한 입력 변수를 기억하는 수단과, 시스템 공정을 세분화시킨 세부 프로그램을 기억하는 수단과, 상기 입력변수와 공정 시스템에서 받아들인 측정치를 비교하는 수단과, 상기 비교 수단에 의해 세분화된 프로그램을 우선 순위로 처리하는 수단과, 조업 변수가 소정의 안전 조업영역을 벗어날 경우 경보를 울리는 수단과, 상기 각 수단에 따른 정보신호를 디지탈 신호 혹은 아날로그 신호로 변환시키는 수단과, 상기의 데이타를 입, 출력하는 수단과, 상기 입 출력 데이타를 기억하거나 영상화하는 수단을 특징으로 갖고, 상기 측정치를 입력하는 수단은 아날로그 측정치를 인가받는 측정치입력단(1)에 변화되는 측정치를 다중화하여 출력하는 멀티플랙서(2)를 연결하고, 여기서 상기 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 D/A 변환기(3)을 연결하여 그 출력단에 입력포트 (4)을 연결하여 구성하고, 상기 측정치 비교수단과 제어시스템 처리수단은 각 소자에 어드레스 신호를 인가하여 각 소자에 저장된 데이타코드를 지정하고, 상기 어드레스에 따라 처리된 데이타를 관장하는 중앙처리장치(6)과, 그 입력단에 타임클록발생기(5)를 연결하고, 아울러 그 입, 출력단에 시스템 온 시 상기 프로그램 롬(10)의 데이타를 읽어들이는 램(8)과, 상기 프로그램롬(10)을 제어하는 롬 제어회로(7)과, 공정 시스템 프로그램을 갖는 시스템롬(9)와 상기 프로그램롬(10)이 공정에 필요한 입력변수와 제어공정에 따라 세분된 프로그램과 공정 우선 순위에 따른 인터럽트기능 등을 기억하고 있는 롬(ROM1-ROMN)으로 구성하고, 출력수단은 디지탈 출력신호가 출력포트(11)을 통하여 D/A 변환기(12)에 인가되면 이를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기(12)와 출력신호를 동작기기에 전달하는 시스템 동작부 (13)과 출력데이타를 저장하는 컴퓨터 플로피 디스크 드라이버(14)와 출력신호를 영상으로 나타내는 모니터(15)로 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 프로세서를 이용한 공정제어 장치.

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