측정의 기초

안녕하세요 레이닝덕 레덕입니다!

 

 

 프로세스(Process:공정) 정의

공정이란 보편적으로 많이 쓰이는 용어로써 직업분야나 전문성 혹은 사회적인 상황에 따라 각기 다른 것을 의미하며, 이는 물질의 물리적 혹은 화학적 변화과정 혹은 에너지의 변환 과정으로 정의됩니다. 산업체 또는 기술부냥에서 공정은 가장 효율적이고 경제적인 방법으로 특정한 순서에 따라 일련의 동작이 일어나는 것으로써 예측되는 결과의 유형을 정하는데 도움을 줍니다. 작업현장에서 생산과정에 따라 작업자가 몇 개의 작업장소를 차례로 옮기면서 작업을 할 때, 그 작업내용과 상호관계를 순서에 따라서 작업을 합리적이고 효율적으로 작업할 수 있도록 하는 것을 말하는데, 일반적인 프로세스의 예를 들면 아래와 같습니다.

가열, 혼합, 분리, 주조, 냉각, 제련, 증류

 

프로세스 변수란 위에서 말한 임의의 공정을 수행하기 위해서 작업 과정에 대한 교정을 필요로 하는데 공정과정에 대한 적정한 감시 또는 제어가 이뤄지기 위해서 프로세스의 특성이나 매개변수(Parameter)를 측정하여야만 합니다. 이를 프로세스 변수라고 하며, 아래와 같은 것들이 있습니다.

압력, 유량, 수위, 무게, 점도, 밀도, 가속도, 속도, 소리, 전기저항, 전압, 전류, 인덕턴스, 정전용량, 색깔, 온도, 습도, 두께

 

프로세스는 보통 많은 특성 또는 매개 변수를 가지고 있으며, 실제로 프로세스 산업에서는 프로세스의 여러 가지 매개 변수를 감시하고 있습니다. 각 매개 변수를 감시하기 위해 보통 독립된 계기 시스템이 구성됩니다.

 

 계측기의 용도별 종류와 기능

공정제어에 사용되는 계측기의 종류는 사용 목적에 따라 여러 가지 종류가 있습니다. 일반적인 용도로는

1. 지시(Indication) : 프로세스의 측정값을 판독

2. 기록(Recording) : 측정값을 기록 유지

3. 제어(Controlling) : 프로세스에서 자체 또는 다른 변수들을 제어

4. 경보(Alarm) : 측정값이 규정된 값에 도달하였을 때 경보를 발생시킬 목적으로 사용

5. 인터록(Interlocking) : 측정값이 규정된 값에 도달했을 때 연관되는 동작을 구성하여 작동하지 못하도록 연동하기 위해 사용

 

예를 들어, 수위 전송기의 신호는 배전반에 지시계 또는 기록계에 나타낼 수 있고, 수위가 비정상적인 경우에 경보를 발생시키며, 수위 제어밸브의 동작을 제한하도록 인터록을 구성하고, 자동제어 루프에 의해 수위를 일정하게 유지하도록 시스템이 구성됩니다.

 

 제어 기능

제어 기능(Control Function)은 다음 4단계로 구성됩니다.

1. 프로세스 변량에 관한 정보를 수집하고,

2. 희망하는 값과 비교하고,

3. 프로세스 조건에 관하여 판단하고

4. 판단에 따라 수정 동작을 실시합니다.

제어 기능의 예로써 자동차의 속도 제어를 생각해보면, 정보 수집 단계는 실제의 속도를 측정하고, 희망하는 속도를 아는 것입니다. 비교 단계는 실제값과 희망 값이 일치하는지를 비교하고, 판단 단계에서 수정 동작의 크기를 정합니다. 수정 동작 단계는 비교 판단에 따라 엔진에 공급될 연료의 양을 변화시키거나 유지하는 것입니다.

제어를 하려면 정보는 끊임없이 수집되고 평가되어야 합니다. 이것은 프로세스의 다른 요인이 제어하고 하는 양의 실제값을 변화시킬 수도 있기 때문입니다.

 

제어는 수동으로나 자동으로 행할 수 있습니다. 수동 제어에 있어서는 판단을 사람이 하고, 자동제어는 어떤 장치(Device)가 합니다. 예를 들어 자동차의 속도는 운전자가 수동으로 제어하거나 기계장치가 자동으로 제어하도록 할 수 있습니다. 수동 제어와 자동 제어의 일차적인 차이점은 "판단"을 하는 주체입니다. 어떤 장치가 판단을 할 때 자동제어가 됩니다.

 

 피드백 제어와 피드포워드 제어

1. 피드백 제어

피드백에 의해 제어량 값을 목푯값과 비교하여 일치하도록 정정동작을 하는 제어형식으로 되먹임제어계(Feedback) 공학적으로 제어대상으로부터 되먹임루프에 적당한 제어장치(검출부, 조절부, 조작부로 구성)를 삽입함으로써 구성됩니다. 검출부는 제어대상으로부터 제어량을 검출하여 조절부에 필요한 되먹임신호로 변환하는 부분입니다. 동물로 생각한다면 감각이나 체액조성에 관한 수용기가 검출부에 해당합니다. 조절부는 목표값과 되먹임 신호를 비교하여 제어 동작신호(제어 편차)를 만들고 제어에 필요한 연산을 하여 조작부로 신호를 보내는 부분입니다. 이 연산 동작을 제어 동작이라고 합니다. 고등동물의 뇌는 종합적인 조절부입니다. 조작부는 조절부로부터 신호를 조작량으로 변환하여 제어 대상에 작동시키는 부분입니다. 골격근, 갑상샘, 생식샘 같은 내분비샘을 제어 대상이라고 볼 때, 각각의 운동신경계 및 뇌하수체가 조작부에 해당합니다.

2.피드포워드 제어

외란을 검출하여 미리 외란에 의한 제어량의 변화를 해소하도록 조작하는 제어로 외란을 보상하는 제어를 말합니다. 그러나 피드포워드 제어는 자체적으로 정정동작 능력이 없기 때문에 일단 형성된 제어편차는 해소가 불가능합니다. 따라서 피드백제어루프에 피드포워드 요소를 추가하여 사용합니다.

급수가열기 계통을 예를 들면, 열교환기 입구 급수량이 증가하면 출구온수온도는 설정치보다 떨어지게 될것입니다. 그러므로 피드포워드 요소를 도입하여 입구급수량이 증가될 경우, 증기 유입량을 증가시키면 출구온도 변화폭은 기본적인 피드백 제어인 경우보다 감소될 것입니다.

 

 

레이닝 덕입니다.

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