현재까지 다양한 연속적인 공정시스템은 섬유, 제지 및 인쇄 등 많은 산업응용 분야에서 사용되고 있다. 이러한 응용분야에서 공정처리를 받고 있는 제품에 가해지는 장력은 원료의 공급속도와 생산되는 제품의 방출 속도간의 속도차에 의해 변화될 수 있다 특히, 섬유공정에서 공급속도와 방출 속도간의 속도차나 관성효과에 의해 발생되는 장력변동은 제품의 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서 섬유공정에서 이러한 요인들에 의해 발생되는 장력 변동을 적절한 방법에 의해 보상하는 것은 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 섬유공정에서 많이 사용되고 있는 환편기 시스템에서의 장력제어 문제를 다루고자 한다. 먼저 일반적인 연속공정의 권취 메커니즘에 대한 장력 관계식을 모델링한다. 다음은 환편기 시스템에서 풀림롤과 감김롤을 효율적으로 구동하기 위하여 풀림롤과 감김롤간의 속도차와 관성특성을 고려한 새로운 장력제어 방법을 제시한다. 다양한 실험을 통하여 제안된 장력제어 방법이 주어진 환편기 시스템의 공정구간에서의 장력제어 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다.
현재까지 다양한 연속적인 공정시스템은 섬유, 제지 및 인쇄 등 많은 산업응용 분야에서 사용되고 있다. 이러한 응용분야에서 공정처리를 받고 있는 제품에 가해지는 장력은 원료의 공급속도와 생산되는 제품의 방출 속도간의 속도차에 의해 변화될 수 있다 특히, 섬유공정에서 공급속도와 방출 속도간의 속도차나 관성효과에 의해 발생되는 장력변동은 제품의 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서 섬유공정에서 이러한 요인들에 의해 발생되는 장력 변동을 적절한 방법에 의해 보상하는 것은 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 섬유공정에서 많이 사용되고 있는 환편기 시스템에서의 장력제어 문제를 다루고자 한다. 먼저 일반적인 연속공정의 권취 메커니즘에 대한 장력 관계식을 모델링한다. 다음은 환편기 시스템에서 풀림롤과 감김롤을 효율적으로 구동하기 위하여 풀림롤과 감김롤간의 속도차와 관성특성을 고려한 새로운 장력제어 방법을 제시한다. 다양한 실험을 통하여 제안된 장력제어 방법이 주어진 환편기 시스템의 공정구간에서의 장력제어 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다.
Up to now, various continuous-processing systems are used in many industrial applications such as textile machines, paper-making machines, printing machines, and so on. In these applications, the tension forced on the products in the control volume can be changed according to the velocity difference...
Up to now, various continuous-processing systems are used in many industrial applications such as textile machines, paper-making machines, printing machines, and so on. In these applications, the tension forced on the products in the control volume can be changed according to the velocity difference between the feeding roll and the delivery roll. Specially, the tension variation generated by the velocity difference, or the inertial effect can decreases the quality of the products in the textile process. In this paper, the tension control problem in a circular knitting machine system is treated to cope with these problems. Firstly, the tension relationship in the winding mechanism of general continuous-processing systems is modeled. Next, to effectively drive the feeding and delivery rolls in the circular knitting machine system, a new tension control method is presented by considering the inertia compensation and the velocity difference between the feeding roll and the delivery roll. Through the experimental works, it is shown that the proposed tension control method can be used to improve the performance of tension control in the control volume of the given circular knitting machine system.
Up to now, various continuous-processing systems are used in many industrial applications such as textile machines, paper-making machines, printing machines, and so on. In these applications, the tension forced on the products in the control volume can be changed according to the velocity difference between the feeding roll and the delivery roll. Specially, the tension variation generated by the velocity difference, or the inertial effect can decreases the quality of the products in the textile process. In this paper, the tension control problem in a circular knitting machine system is treated to cope with these problems. Firstly, the tension relationship in the winding mechanism of general continuous-processing systems is modeled. Next, to effectively drive the feeding and delivery rolls in the circular knitting machine system, a new tension control method is presented by considering the inertia compensation and the velocity difference between the feeding roll and the delivery roll. Through the experimental works, it is shown that the proposed tension control method can be used to improve the performance of tension control in the control volume of the given circular knitting machine system.
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문제 정의
미치게 된다. 따라서, 본 논문에서는 그림 2와 같이 제어 블록도를 구성하여 이러한 현상을 보상하고자 하였다.
용이하지 않다. 따라서, 본 논문에서는 다양한 섬유 공정에서도 쉽게 대응할 수 있도록 마이크로프로세서를 이용한 환편기 제어시스템을 설계하였다. 결과적으로 섬유 공정이 자주 바뀌는 경우에 변경되어야 하는 파라미터를 소프트웨어적으로 처리할 수 있기 때문에 섬유 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 환편기 시스템의 출발 시와 정지시에는 풀림롤과 감김롤의 관성에 의해 원단의 장력 제어가 큰 영향을 받을 수 있으며, 정상구간에서도외란에 의한 영향에 의해 장력제어가 쉽지 않게 된다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 영향을 최소화하기 위하여 그림 2와 같이 풀림롤과 감김롤 간의 속도차와 관성 보상을 고려한 새로운 장력제어 방법을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 섬유공정에서 사용되고 있는 환편기 구동 시스템을 대상으로 공정구간에서의 장력특성을 모델링하고, 마이크로프로세서를 기반으로 한 풀림롤과 감김 롤 간의 속도차와 관성특성을 고려한 새로운 장력제어 기법을 제시하였다. 또한, 실험적으로 제안된 방법의 효용성을 입증하였다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 논문에서는 풀림 롤과 감김롤의 속도차와 관성특성을 기반으로 한 장력 제어 방법을 제시한 후, 제안된 방법을 이용하여 권취 시스템에서 각 전동기의 속도보상과 관성보상을 통하여 장력 센서 없이도 공정구간에서 소재의 장력을 적절히 제어할 수 있음을 보이고, 제어기의 응답특성을 해석한다. 그리고 실험을 통하여 제안한 장력제어 방법의 효용성을 확인한다.
가설 설정
기술한다. (1) 섬유물과 롤러(roller) 사이에는 미끄러짐 현상이 발생하지 않는다.
(4) 공정구간에서 섬유물의 성질은 방출과정에서 변화되지 않는다.
제안 방법
또한, 여러 가지 데이터나 상태를 그래픽 메시지 형태로 표시할 수 있는 LCD를 채택하여 국가에 따른 사용자들이 쉽게 알아 볼 수 있도록 하였다. SSR 기판은 각 장치의 ON/OFF 빈도와 전류 용량에 따라 SSR과 Relay로 나누어 적용하고, 센서 입력부는 모두 Photo-coupler를 사용하여 제어 로직과 전기적으로 분리시켰다.
장력제어 기법을 설명한다. 그리고 4장에서 제안된 방식을 구현한 실험결과를 제시한 후 이에 대한 유용성을 검토한다. 마지막으로 5장에서 결론을 맺는다.
그리고 실험을 통하여 제안한 장력제어 방법의 효용성을 확인한다.
실험은 그림 4에서와 같이 환편기 전체 제어시스템을 설계 및 제작하여 기존의 전류제어에 의한 장력제어 방법과 속도차와 관성보상을 고려한 변형된 장력제어 방법을 비교하여 실험하였다. 여기서는 풀림롤 모터의 기준속도 궤적에 대하여 감김롤 모터를 가감속 시키거나 외란을 가하여 실험하였으며, 가감속 구간에서 감김롤에 대한 관성 보상과 등속 구간에서 DC 모터에 걸리는 부하 가변할 때, 즉 감김롤 모터의 속도가 가감속 되거나 외란에의해 변화할 때 감김롤 구동 모터의 전류 피드백 값을 근거로 한 공정구간의 장력을 관찰함으로써 제안된 장력 제어 방법의 효용성을 확인하였다.
비교하여 실험하였다. 여기서는 풀림롤 모터의 기준속도 궤적에 대하여 감김롤 모터를 가감속 시키거나 외란을 가하여 실험하였으며, 가감속 구간에서 감김롤에 대한 관성 보상과 등속 구간에서 DC 모터에 걸리는 부하 가변할 때, 즉 감김롤 모터의 속도가 가감속 되거나 외란에의해 변화할 때 감김롤 구동 모터의 전류 피드백 값을 근거로 한 공정구간의 장력을 관찰함으로써 제안된 장력 제어 방법의 효용성을 확인하였다.
대상 데이터
최적의 원단 장력 제어알고리즘이 적용되었다. 부 기판에는 Atmel사의 89C52를 사용하였다. 또한, 여러 가지 데이터나 상태를 그래픽 메시지 형태로 표시할 수 있는 LCD를 채택하여 국가에 따른 사용자들이 쉽게 알아 볼 수 있도록 하였다.
이론/모형
본 논문에서 메인기판에 사용된 마이크로프로세서는 인텔사의 80C196KC-20이며, 통신은 다른 주변기기의 호환성을 위해 RS-485를 채택하였고, 권취 장치 제어부에는 최적의 원단 장력 제어알고리즘이 적용되었다. 부 기판에는 Atmel사의 89C52를 사용하였다.
성능/효과
(2) 섬유물의 물성은 균일하고 일정하며 변형은 무시할 정도로 작다.
결과적으로 공급장력이 일정하면, 공급속도에 대한 공정 장력의 변화는 선형적으로 변화함을 알 수 있고, 방출속도에 대한 공정장력의 변화는 현재 섬유물에 가해지고 있는 공정장력에 따라 결정됨을 확인할 수 있다. 특히, 섬유 물의 가공공 정에서는 공정구 간에서 섬유물에 가해지는 장력을 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하다.
그림 6의 (b)는 속도차와 관성보상을 고려한 경우에 대한 감김롤 구동 모터에 흐르는 실제 전류 파형과 간접적으로 측정한 공정구간의 실제장력을 나타낸다. 결과적으로 공정구간의 실제장력 특성을 살펴보면, 감김롤의가감속이나 외란에 의해 발생되는 풀림롤과 감김 롤 간의 속도 차가 발생하더라도 전반적인 장력 특성이 안정적으로 제어되고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 속도 차와 관성 특성을 보상한 결과로 판단된다.
결과적으로 그림 5 (a)의 A, B, C 구간에서는 장력 변화가 발생하지만 그 외의 구간에서는 안정적인 장력 제어가 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 풀림 롤과 감김롤 간의 속도차가 비교적 큰 구간에서는 전류 제어만으로 정밀한 장력제어가 불가능함을 의미한다.
제시하였다. 또한, 실험적으로 제안된 방법의 효용성을 입증하였다. 추후에는 환편기 시스템의 정지와 가동에 따른 기준장력을 달리 설정하는 방법에 대한 연구와 실을 공급하는 장치에서의 변속기어와 편성 장치간의 바느질 코(stitch)를 자동으로 처 리하기 위한 연구가 필요하다.
후속연구
또한, 실험적으로 제안된 방법의 효용성을 입증하였다. 추후에는 환편기 시스템의 정지와 가동에 따른 기준장력을 달리 설정하는 방법에 대한 연구와 실을 공급하는 장치에서의 변속기어와 편성 장치간의 바느질 코(stitch)를 자동으로 처 리하기 위한 연구가 필요하다.
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