자동화의 정의와 구성요소

자동화란 무엇을 말하는 것일까요? 한 줄로 이야기하자면 "사람의 개입 없이 기계와 시스템의 작동이 자동으로 이루어지고 수동보다 우수한 성능을 달성하는 기술"을 말 합니다. 사실상 기계들끼리 알아서 자기 스스로 컨트롤 시스템을 통해 생산하는 시설을 말하는 것이지요. 여기서 콘트롤 시스템이라는 중요한 단어가 등장합니다. 컨트롤은 우리말로 제어라는 뜻을 가지고 있지요. 여러 가지 입력 신호를 바탕으로 기계의 작동 파라미터 및 시퀀스를 원하는 패턴으로 달성토록 해주는 것을 바로 컨트롤이라고 하는데요. 자동화라는 가장 위 단계 시스템 내부에 일부분의 영역을 차지하는 것이 바로 컨트롤 시스템입니다.

콘트롤 시스템(제어) 주요 기능은 출력이 설정된 지점을 따르도록 하는 데 있으며 자동화는 컴퓨터를 통한 셋팅 포인트와 모니터링 시스템의 성능을 바탕으로 공장 내의 시작과 종료, 장비 스케쥴링등과 같은 다야한 기능들이 포함되어 있습니다.

자동화를 하는 목적의 가장 큰 이유는 바로 운전 효율성의 극대화라 할 수 있습니다. 내가 원하는 시간에 원하는 만큼의 양을 생산 가능토록 하는데 그 주목적이 있는 것이지요. 많은 기업들이 자동화 개발 및 설비 투자에 앞다투는 것도 이러한 이유라 할 수 있습니다.

바로 운영비용을 낮추기 위한 것으로 이는 영업 비용에 영향을 미치게 됩니다. 자동화를 통해 얻을 수 있는 비용 절감효과는 에너지 및 자원 사용의 최적화와 시간과 깊은 연관성이 있습니다.

자동화를 구성하는 3대 요소는 다음과 같습니다. 이 중에 하나라도 없으면 자동화를 달성할 수 없습니다.

• 기구(기계) : 사람으로 치면 손과 발과 같이 물리적 움직임을 가능토록 하는 마찰을 가지고 있는 물체, 가장 손쉽게 로봇을 떠올릴 수 있습니다. 
• 전기 : 기구물의 동작(모터, 압축기, 로봇 등) 을 위한 전력
• 제어 : 실질적 자동화 구축을 위해 필요한 컨트롤 시스템

기구물이 가장 첫 번째로 구성되어야 하는 요소이며 이후에 전기 - 제어순으로 순차적으로 인원이 투입되어 작업을 진행하는데요, 납기가 정해져 있는 상태에서 기구물이 늦으면 늦을 수록 전기-제어 인원들의 밤샘하는 날이 많아 지게 됩니다. 

 

자동화에서 제어를 위해 필요한 요소 3가지를 살펴보면 신호를 주고받을 수 있도록 센서가 필요하며 이를 제어할 수 있는 컨트롤 시스템 그리고 마지막으로 자동화 전체를 관리 감독 하는 Alarm & Monitoring system 으로 구성됩니다. 

센서는 크게 Digital 과 Analogue 로 구분되는데요 익히 알고 있듯이 Digital 신호는 물리적인 양을 측정하고 전기적 신호 변환하여 송신하는 장치를 총칭합니다. 스위치와 같이 물리적인 동작을 통해 전기 신호를 보내는 것을 가장 쉽게 연상할 수 있습니다. Analogue 센서는 Transmitter와 같이 변동 폭이 있는 신호를 전기 신호로 전환하여 송신하는 것을 말하지요. 

자동화에 있어서 센서는 필수적인 요소입니다. 이를 통해 물리적 현상을 감지하거나 변수를 측정하는 과정의 연속이 제어의 시작입니다. 물리적 현상의 감지란 예를 들어 광전센서를 통해서 Work 의 위치 여부를 파악하고 시퀀스로 다음 단계를 구현(이동, 특정 모션) 하는 것으로 로봇이 물체를 집으러 갈 때 대상 물이 현 위치에 있는지 없는지를 판단하고 이를 제어를 통해서 로봇의 다음 움직임을 결정하는 것을 상상할 수 있습니다. 이처럼 감지 요소는 직접 및 간접으로 물리적 물체에 영향을 받게 되는데요 이를 구현하기 위해서 기구물이 존제해야 하지요. 

제어 시스템은 이러한 센싱 요소를 바탕으로 신호를 주고받고 제어할 수 있게 이루어진 하나의 단일 컴퓨터 시스템으로 운영자 및 감시 시스템의 명령 신호뿐 아니라 프로세스 전반에 걸친 피드백을 받아 신호를 계산하고 제어하는 것을 반복 수행하게 됩니다. 제어시스템의 가장 기본적인 방식은 시퀀스 로직 컨트롤 이 있습니다. 

시퀀스 로직 콘트롤은 작동 조건 내에서 시간의 함수를 사용하고 스위치 및 방향 모터의 구동 정지를 실행하는 것이 포함되어 있습니다. 오늘날에는 PLC라는 로직 콘트롤러를 사용하지요. 여기에는 각종 자동화에 구성되어 있는 모든 신호 (공유압 신호, 밸브, 램프, 릴레이, 스위치, 근접센서 등) 를 받아 통합적인 Logic control 을 구현하게 됩니다. 이러한 제어의 품질은 제어 루프 및 알고리즘, 피드백 신호의 선택에 의해 결정이 됩니다. 

 

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