캐스케이드 체인에 의한 회로 설계

 

 

 

6.5.5 캐스케이드 체인에 의한 회로 설계

캐스케이드 체인이란 플립플롭 형 밸브 등의 제어 요소를 접속할 때 전단의 출력 신호를 다음 단의 입력 신호에 차례로 직렬연결한 것으로, 각 제어 요소는 다음 위치에 있는 제어 요소의 작동을 규제하는 제어 체인으로, 캐스케이드란 명칭은 계단과 같은 직렬연결을 의미한다. 그림 6-49는 3그룹의 캐스케이드 체인의 일례로 입력 1에 의해 출력 1이 나오며, 입력 2가 입력되면 출력 2에 공기압력이 나오고 출력 1은 소거된다. 즉 입력 순서에 따라 해당 출력이 나오고 전신호는 다음의 출력 신호에 의해 차단함으로써 유효한 신호만 존재하도록 한 제어 체인이다. 그러나 순차적 입력 신호에 따라 순차적 출력 신호를 얻기 위해서는 그림 6-50과 같이 입력은 전 단계 출력과 AND로 인터록 되어야 자동 신뢰도가 보증되므로 리밋 밸브의 입력 신호를 전 단계의 출력 신호에서 받는다. 캐스케이드 제어의 특징은 입, 출력 관계가 확실하여 제어 신뢰도가 높지만 많은 밸브가 직렬로 연결되어 있어 그룹 수가 많은 경우는 압력 강하가 크다는 단점이 있다.

 

 

 

(1) 캐스케이드 체인에 의한 A+B+ B-A- 회로

앞서 신호 중복이 발생한 A+B+B-A-의 시퀀스를 예로 설계 순서에 따라 회로도를 작성하기로 한다.

 

A. 간략한 표시법에 의해 동작 시퀀스를 나타낸다.
$$ A+ B+ B- A- $$

 

B. 작동 순서를 그룹으로 나눈다.
그룹으로 나누는 것은 제어 체인을 구성하는 메모리 밸브의 수를 최소화하기 위한 것으로 동일 실린더의 운동이 한 그룹에 한 번씩만 나타나도록 하여 최소화한다.

 

C. 작동 요소인 실린더와 이를 제어하는 마스터 밸브를 그린다.

 

 

 

D. 그룹 수와 같게 출력 라인을 그리고 제어 체인을 구성한다.

 

제어 체인을 구성하는 메모리 밸브의 수는 그룹 수 -1이고, 그룹별 캐스케이드 체인은 그림 6-53과 같다.

 

E. 실린더의 동작 순서에 따라 작동되는 리밋 밸브를 결정하여 전략적으로 표시한 시퀸스에 기입한다. 이때 그룹을 변환시키는 신호(그룹 경계 신호)는 밑에 나타내고 그룹 내에서 작동되는 신호는 위에 표시하여 입력 신호 파악을 용이하도록 한다. 즉, 각 그룹의 경계 지점의 신호가 제어 체인의 입력 신호가 된다.

 

F. 결정된 입력 신호를 제어 체인의 입력 라인에 접속하고 전 단계 신호와 인터록 시킨다.

 

G. 시퀀스의 진행에 따라 제어 체인의 출력 라인과 마스터 밸브를 접속한다. 단 한 그룹에서 여러 스텝이 동작할 경우는 전 스텝 완료 신호와 AND로 접속하여 회로를 완성한다.

 

 

 

이상의 설게 순서에 따라 완성된 회로가 그림 6-54이다.

그림 6-54 회로의 동작 순서는, 다음과 같다. 그림 상태에서 모든 실린더는 복귀되어 있으며 출력 버스 라인 $O_2$에 압축 공기 신호가 존재하고 있고 $O_1$은 메모리 밸브 RV의 배기구를 통해 배기되고 있다. 여기서 시동 신호인 ST 밸브를 누르면 LV$_1$을 통해 메모리 밸브 RV의 $i_1$에 신호가 가해 지므로 RV가 세트 되고 그에 따라 출력 신호는 0에 존재한다. 한편 $O_1$는 RV의 배기구를 통해 배기되므로 신호가 0이 된다. 따라서 $O_1$에서 신호를 직접 받는 MV$_1$ 이 먼저 세트 되고 A 실린더가 전진한다. A 실린더가 전진 완료되면 LV$_2$가 동작하고 이때까지 $O_1$에 신호가 존재하므로 MV$_2$가 세트 된다. 그에 따라 실린더 B가 전진되며 전진 끝단의 LV$_4$와 접촉하면 LV$_4$의 출력 신호가 메모리 밸브 RV를 리셋시키므로 이제는 출력 라인 $O_2$에 신호가 존재하고 $O_1$은 초기 상태와 같이 배기되어 압축 공기가 없는 상태이다. 그러므로 $O_2$에서 신호를 직접 받는 MV$_2$가 리셋되고 실린더 B가 후진된다. 실린더 B가 후진 완료되어 LV$_3$가 동작하면 $O_2$에서의 신호가 LV$_3$을 지나 MV$_1$을 리셋시키므로 실린더 A가 복귀되고 모든 실린더 및 제어 밸브가 처음 상태로 복귀된다. 이때 수동 조작 밸브 ST가 ON 되어 있다면 상기와 같은 동작을 반복한다.

 

 

 

(2) 캐스케이드 체인에 의한 A+A-B+B- 회로

두 개 실린더의 동작 순서가 A+A-B+B-인 시퀀스를 캐스케이드 제어 체인을 이용하여 순차 작동 회로를 설계하려면 먼저 간략한 표시법으로 표시하고 그룹화(grouping)을 실시한다. 그룹화 결과 3그룹임을 알 수 있고 실린더와 마스터 밸브를 그리고 그 밑에 3그룹의 캐스케이드 제어 체인을 작도한 것이 그림 6-55이다. 실린더의 동작 순서에 따라 작동되는 리밋 밸브를 결정하여 전략적으로 표시한 시퀀스에 기입하고 각 그룹을 변환시키는 제어 체인의 입력 신호를 결정한다. 결정된 입력 신호를 제어 체인의 입력 라인에 접속한 후 전 단계 신호와 인터록 시키고, 시퀀스 진행에 따라 제어 체인의 출력 라인과 마스터 밸브를 접속한다. LV$_1$ 리밋 밸브는 2그룹 내에서 A 실린더가 복귀된 후 작동되어 B 실린더를 전진시키는 신호이므로 2그룹 출력 신호를 받아 LV$_1$ 밸브를 경유하여 B 실린더 마스터 밸브의 세트 신호에 접속하면 된다.

 

 

 

(3) 3개 실린더의 A+B+A-C+C-B-의 회로

3개의 실린더로 구성된 자동기의 동작 순서가 A+B+A-C+C-B-의 순서로 작동되는 시퀀스를 캐스케이드 체인에 의해 설계한다. 먼저 그룹화를 실시하고 실린더의 동작 순서에 따라 작동되는 리밋 밸브를 표기하면 다음과 같다. 결정된 입력 신호를 제어 체인의 입력 라인에 접속한 후 전 단계 신호와 인터록 시킨다. 즉, 스타트 밸브인 ST와 마지막 스텝 완료 신호인 LV$_3$를 직렬로 연결하고 제어 체인의 입력 신호 1에 연결한다. 이때 에너지는 1그룹의 전 단계인 3그룹의 라 인에서 받는다. 그리고 2그룹 신호를 만드는 LV$_4$는 2그룹의 전 단계인 1그룹 라인에서 신호를 받아 2그룹에 접속하고, 입력 신호 3인 LV$_6$도 마찬가지로 3그룹의 전 단계인 2그룹에서 신호를 받아 3그룹에 접속한다. 제어 체인을 완성하고 시퀀스의 진행에 따라 제어 체인의 출력 라인과 마스터 밸브를 접속한다. 먼저 A+는 1그룹의 첫 스텝이므로 출력 1번 라인에서 직접 A+에 해당하는 마스터 밸브에 접속하고, B+는 1그룹에 2번째 스텝이므로 출력 신호는 1그룹에서 받고 1그룹의 첫 스텝이 완료되었다는 신호 LV$_2$를 경유하여 B+ 에 해당하는(마스터 밸브에 접속한다. 즉, 각 그룹의 첫 스텝은 그룹에 해당하는 출력 라인에서 직접 마스터 밸브에 접속하고, 각 그룹의, 2번째 스텝 이후는 해당 그룹에 속하는 출력 라인에서 신호를 받아 전 스텝이 완료되었을 때 작동하는 리밋 신호를 경유하여 마스터 밸브에, 접속하는 것이다. 이상의 방법으로 완성한 회로가 그림 6-57이다. 그림 6-57의 회로는 시동 신호용 ST 밸브를 한번 눌렀다 떼면 세 개의 실린더가 A+B+A-C+C-B-의 순서로 작동되고 초기 위치에서 정지하고, ST 밸브를 계속 누르고 있으면 계속 운전을 반복하는 회로이다.