9. 자동 제어 시스템

9.1 자동 제어의 정의
온도, 압력, 유량, Level(수위)등의 제어 변수를 원하는 설정 값(Set Value)에 일치시키기 위하여 이들의 상태량을 측정하고 그 측정 값(Measured Value)과 설정 값을 비교하여 차이(Deviation)에 응하여 정정 동작을 밸브 자신이 행하는 것.
 

9.2 자동 제어의 필요성
생산 설비나 빌딩에 있어서 자동 제어를 필요로 하는 주된 요인은 다음과 같다.
가) 안전성(Safety)
자동 제어의 첫 번째 필요성은 공장이나 공정 설비의 안전가동에 있다.
공장이나 공정 설비가 더욱 더 복잡하고 위험할수록 자동 제어는 더욱 더 필요하다.
 

나) 안정성(Stability)
공정의 중단으로 인한 비용 손실과 열원 등의 불안정으로 인한 품질저하 등이 없이 공정 설비를 계획적, 연속적으로 가동할 수 있다.
 

다) 정확성(Accuracy)
안정성을 기본으로 하여 정확도를 꾀할 수 있다. 공장 또는 건물은 경제성의 기본인 훼손의 방지, 품질의 향상, 그리고 만족 등을 기할 수 있다.
이들 세 가지 기본 요소를 통하여 경제성, 신속성, 신뢰성 등의 이점을 가져오게 된다는 것이 자동 제어의 필요성이다.

9.3 자동 제어의 용어

9.4 자동 제어의 구성 요소
센서(Sensor)에서 감지된 신호를 컨트롤러(Controller)에 공급한다. 컨트롤러는 센서에서 입력되는 신호를 검토하여 스팀의 양을 제어할 것인가를 결정한다. 다시 말해서 설정 값과 측정값을 비교하여 편차만큼의 출력으로 구동부를 움직여 밸브의 위치를 새로운 위치로 변화 시킨다. 즉 밸브를 좀 더 열거나 닫거나 한다.
제어기는 동력원에 따라 전기식, 공압식, 자율식 등으로 구별되며, 구동기 역시 제어기처럼 동력원에 의해 구별된다. 그러나 밸브는 외형과 오리피스의 개폐 작동 기능에 의하여 구별된다.

가) 센서(Sensor)
여러 종류의 물리량을 검출하고 계측하는 기능을 갖춘 소자로서 출력신호는 원격조작이 쉽고, 증폭과 축적이 쉬운 전기신호를 주로 사용한다.

나) 조절기(Controller)
조절기는 센서의 신호를 받아서 어떠한 동작이 필요한지를 판단하고 구동기가 움직이도록 신호를 보낸다.

● 단일 루프 조절기(Controller)
하나의 센서에서 온 신호로 하나의 밸브/구동기를 작동한다.
● 다중 루프 조절기(Controller)
하나 이상의 센서에서 온 신호로 하나 이상의 밸브/구동기를 작동한다.
● 단일 입력/출력
하나의 센서에서 만 받을 수 있고 하나의 구동기에 만 보낼 수 있다.
● 다중 입력/출력
여러 곳에서 신호를 받을 수 있고 여러 곳으로 보낼 수 있다.

다) 구동 기(Actuator)
구동 기는 조절기(Controller)로 부터의 제어 신호를 받아 밸브를 구동시키는 완전개방, 완전 폐쇄 또는 좀 더 열어주고 닫아주는 역할을 한다. 구동 기는 공압식과 전기식 그리고 공압식과 전기식의 장점을 혼합한 하이브리드(Hybrid) 방식으로 구분 할 수 있다.

라) 밸브(Valve)
여러 종류의 밸브가 존재하지만 자동 제어에 주로 사용되는 밸브는 밸브 스핀들이n 선형으로 위, 아래로 움직이는 선형 방식 밸브와 회전하는 로타리 방식 밸브가 있다. 선형 방식 밸브는 글로브 밸브와 슬라이드 밸브가 있고, 로터리 방식 밸브는 볼 밸브와 버터플라이 밸브가 있다.
글로브 밸브는 다시 2방(2-Way) 밸브와 3방(3-Way) 밸브로 구분 할 수 있다.

마) 포지셔너(Positioner)

구동기는 공압식과 전기식의 장점을 혼합한 하이브리드(Hybrid) 방식으로 나눌 수 있는데 하이브리드(Hybrid) 방식에서는 조절기로 부터의 전기적 신호를 공압적 신호로 변환시켜 줄 변환 장치가 필요하다.

원래 포지셔너의 기능은 증폭된 압축공기 압력에 의한 차압을 극복할 수 있는 기능뿐만 아니라 제어기에서의 제어 신호와 밸브의 개도를 항상 선형 비례 관계를 유지하도록 한다. 다시 말하면 밸브는 밸브에서의 차압, 스템의 저항, 다이아프램의 히스테리시스에 관계없이 주어진 입력 신호에 대하여 일정한밸브 개도를 유지하는 것이다. 여기에 조절기로 부터의 전기적 신호를 공압적 신호로 변환시켜 줄 변환 장치를 포지셔너 기능에 포함하였다.

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