4단 압연기 Auto Gauge Control System

솔루션 요약

FPGA의 확장성과 처리속도를 이용하여 빠른 신호 처리 및 연산처리가 가능했으며, 각 센서의 신호를 FPGA를 이용하여 제어 패턴에 맞게 프로그램 함으로써, 고가의 외부 신호 변환 장치를 사용할 필요가 없었을 뿐만 아니라 입출력 신호의 신뢰성을 확보할 수 있었다.

PXI-8106RT를 사용하여 Control Loop의 고속 Loop Time 을 정확하게 구현할 수 있었으며,산업 현장의 열악한 환경으로부터 안정성을 확보할 수 있게 되었다.

서론

압연기는 상온 또는 고온에서 회전하는 롤(Roll) 사이에 재료를 통과시켜 그 소성변형을 이용하여 판재, 선재 및 임의의 형상을 갖는 형재 등으로 성형하는 기계장치이다. 이 기계장치 중 압연기의 Roll Gap을 유압 서보 장치를 통하여 정밀하게 제어하는 것이 Auto Gauge Control(이하 AGC라 칭함)이다. AGC는 유럽 및 일본업체에 의해 국내시장이 지배되고 있어, 국산화가 반드시 필요하였다.

본론

AGC는 압연기 전후단에 설치되어 있는 2기의 Thickness Gauge를 이용하여 판의 두께를 측정한다. 조업자에 의해 구성된 Pass Schedule에 따라 판의 두께를 조정하게 되는데, 판의 두께는 Roll의 간격 및 Roll Force에 의해 결정된다. 이 Roll의 Gap및 Force는 유압 실린더와 유압 서보 밸브를 이용하여 제어하게 된다. 판의 진행 속도가 200mpm에서 1200mpm에 달하기 때문에 제어기의 Loop time이 느려서는 제품의 품질을 보증할 수 없다. 그렇기 때문에 NI의 FPGA 모듈과 RT의 도움이 컸다.

데이터 수집 및 제어 시스템에 대한 실시간 성능을 제공하는 LabVIEW RT 모듈 및 RT 시리즈 하드웨어를 사용하여 1ms의 고응답용 Servo Controller를 개발할 수 있었다.

리얼타임 임베디드 제어 응용 프로그램을 개발하고 독립적인 하드웨어 타겟에서 실행할 수 있었다. RT의 시스템 상황을 모니터링하고 데이터 관리를 위하여 PC용 프로그램도 병행하여 개발하였다. 또한, RT와 PC로 시스템을 분리 구성하여 각각의 역할을 분담함으로써 시스템 안정성 및 효율성을 극대화 시켰다.

사용자 편의를 위하여 설비의 동작 상황을 확인할 수 있게 하였으며, 설비의 셋업, 수동 조작 등의 기능을 구현하였다. PC의 기능 중 작업 데이터를 24시간 저장하여 다시 분석 가능하게 함으로써 제품의 신뢰도와 문제발생시 정확한 원인파악을 할 수 있게 하였다.

결론

기존에 설치되어 있던 독일 Vollmer사의 AGC를 대체함으로써 설비 가동율 향상과 제품의 품질 향상을 얻을 수 있었다. 무엇보다도 국내 기술로 AGC를 구현함으로써 외국사의 의존하던 국내 기업체에 많은 도움이 될 것으로 판단된다. 특히, NI의 하드웨어와 LabVIEW를 이용하여 개발자로서 구상한 모든 것을 쉽게 구현할 수 있었다.

부연 설명 

PXI-8106RT와 PXI-7831R을 사용하여 구성한 시스템이다. BISRA, ABS, Feedback, FeedForward, MassFlow AGC를 모두 구현하여 최종 목표치의 +/- 0.005mm이내로 품질을 확보하였다.

■ 시스템 구성도와 간단한 설명 및 관련 이미지

■ 사용된 NI 제품 또는 타사 제품 기술

PXI-7831R, PXI-8106RT, LabVIEW, Sony Magnetic scale, Pressure Transmitter, r-ray Thickness Gauge, Encoder, 산업용 PC

필자 정보:

김 상철
진원시스템