[논문]마이컴에 의한 표시형 다기능 수직 상승 자동 용접케리지 개발

김동완; 신동률; 황영민; 우정인; 안인모

마이컴에 의한 표시형 다기능 수직 상승 자동 용접케리지 개발
A Development of the Multi-Function Vertical Digital Automatic Welding Carriage With the Display Type by MICOM 원문보기

김동완 (동명대학) , 신동률 (동명대학) , 황영민 (동아대학교) , 우정인 (동아대학교) , 안인모 (마산대학)

본 연구에서는 표시형 디지털 정속주행 자동용접캐리지를 개발하고자 한다. 먼저, 용접조건을 결정하는 전류와 전압값의 입력과 출력을 디지털 입력스위치와 D/A 컨버터 출력회로를 구성하여 디지털 제어를 구성한다. 또한 디스플레이제어기의 구성은 정확한 용접조건에 의해서 용접할 수 있는 환경을 설정하여 용접의 효율성을 높이고자 한다. 시스템 제어기는 저가격과 출력전류의 특성이 개선된 RISK-Like 방식의 PIC16C74A를 이용하여 가격과 부피 및 노이즈에 강한 제어기를 구성하였다. 위빙 및 주행모터의 효율성과 응답특성을 개선하기 위해서 디지털 제어기(Digital PID Controller)를 설계하고. 이 제어기법을 이용하여 PWM인버터를 설계 및 제어 사용하여 용접 조건과 효율을 개선하였다.

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문제 정의

단순 비례제어의 제어기법에서 얻어지는 출력특성은 모터의 관성과 점성마찰 및 부하에 따라 정위치제어나 정속도 제어에 어려움을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 디지털 비 례 미 적 분제어 기 (Digital PID Controller) 방식 의도 입으로 오차의 개선에 따른 응답특성의 향상과 펄스 폭 변조 방식에 의한 PWM제어기법을 이용하여 시스템의 속도 및 위치제어의 효율성를'향상시켰다.
본 논문에서 제안한 방식은 Pilot system의 구현하여 실험을 수행하므로서 제안한 방식의 타당성을 검증하고자 한다.
본 논문에서는 마이컴 (PIC₁₆C₇₄A)에 의한 다기능수직상승 디지털 자동용접기 컨트롤러와 고효율 자동 용접을 위한 전류, 전압, 위빙속도, 주행속도의 표시기를 제안한다. 자동 용접캐리지는 주로 아날로그방식과 디지털 방식으로 구성되어 있으며.
본 연구에서는'이러한 기존의 문제점들을 개선하기 위하여 여러가지 새로운 기법들을 도입하여 문제를 해결하였다.

제안 방법

둘째, 디지털 자동 용접기의 경제성과 컨트롤러의 부피 감소를 위하여 저가격과 출력전류의 특성이[mA] 수준으로 개선된 RISK-Like 방식의 마이크로칩사의 PIC₁₆C₇₄A를 이용하여 컨트롤러의 부피면 및 노이즈에 강한 마이컴 을 이용한 컨트롤러 를 개 발하였다.
본 논문에서 제안한 System의 타당성을 검증하기 위하여 Psim을 이용한 시뮬레이션과 Pilot System의 제작을 통한 실험을 수행하였다.
본 논문에서는 마이컴 (PIC16C74A)에 의한 다기능수직상승 디지털 자동용접기 컨트롤러와 고효율 자동 용접을 위한 전류, 전압, 위빙속도, 주행속도의 표시기를 제안하였다. 본 논문에서 제안한 System 은 digital PID 제어기를 이용한 DC 서보모터의 제어로 고난이도의 용접작업에 있어서 용접의 불안정성과 재현성의 부족을 해결할 수 있을 것으로 보여진다.
용접의 효율성과 다기능을 수행하는 부분으로 마이컴 중 RISK-Like방식의 PIC계열인 PIC16C74A를 이용하여 다기능 자동 용접 캐리지의 입력과 출력을 제어하기 위한 컨트롤러를 구성한다.
셋째. 용접조건을 결정하는 전류와 전압값의 입력을 디지털 스위치에 의한 D/A 컨버터를 구성하여 디지털 제어를 수행하여 정확한 용접조건의 설정을 가능하게 하였다. 또한, VFD를 이용하여 디스플레이제어기를 구성하므로서 정확한 용접조건에 의해서 용접할 수 있는 환경을 설정하여 용접의 효율성을 높일 수 있다.

대상 데이터

제어 용 Processor로는 경제성 과 성능을 동시에 고려하여 PIC16C74A를 사용하였다. 그림 8(a)는 모터의 정 .

성능/효과

셋째, 디지털 자동 용접기의 경우, 다기능이라 하여도 용접성능을 가늠하는 전류와 전압의 조건은 아날로그 소자에 의해서 출력된다. 따라서 입력치의 변동에 의하여출력치가 연동하므로 정확한 용접조건을 맞추기가 현실상 어려우며, 단순히 용접자의 경험에 의거하여 용접조거을 맞추고 있는 실정이다
첫째, 기존의 아날로그방식의 자동 용접캐리지는 릴레이에 의한 구동방식으로 기능에 대한 한계와 위빙모터와주행모터의 제어에서는 기계적 스위치에 의한 단순 ON, OFF제어로 이루어지므로 위빙모터의 속도와 위치제어의 응답특성이 떨어지며. 또한 주행모터의 속도 응답 특성 효율이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
첫째, 위빙 및 주행모터 컨트롤러는 단상인버터를 이용하며 모터의 효율성과 응답특성을 개선하였다. 단순 비례제어의 제어기법에서 얻어지는 출력특성은 모터의 관성과 점성마찰 및 부하에 따라 정위치제어나 정속도 제어에 어려움을 가지고 있다.

후속연구

본 논문에서 제안한 System 은 digital PID 제어기를 이용한 DC 서보모터의 제어로 고난이도의 용접작업에 있어서 용접의 불안정성과 재현성의 부족을 해결할 수 있을 것으로 보여진다. 또한, 위빙모터 및 주행 모터의 견실한 제어로 인하여 용접조건을 결정하는 데이터(전류, 전압, 용접속도 등)의 정량적 관리도 추후 가능할 것으로 보여진다.
본 논문에서 제안한 System 은 digital PID 제어기를 이용한 DC 서보모터의 제어로 고난이도의 용접작업에 있어서 용접의 불안정성과 재현성의 부족을 해결할 수 있을 것으로 보여진다. 또한, 위빙모터 및 주행 모터의 견실한 제어로 인하여 용접조건을 결정하는 데이터(전류, 전압, 용접속도 등)의 정량적 관리도 추후 가능할 것으로 보여진다.
현재 외국기술에 의존도가 높은 기술인 자동화 다기능 수직상승 디지털 자동용접기 컨트롤러 및 고효율 자동 용접을 위한 전류, 전압, 위빙속도, 주행속도의 표시기의 국내기술로서의 개발은 단순한 수입대체효과 뿐만 아니라 국내의 자동용접기의 수요 시장인 현대중공업, 한진중공업, 대우중공업 등에서도 수입대체 효과에 따른 시간의 절약과 비용의 절감에 따른 중공업의 대외경쟁력이 상승할 것으로 기대된다.

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