기계제어를 위한 공압.유압.전기 에너지 비교

기계의 실제적인 제어 대상은 힘(토크), 방향(위치), 속도입니다.

(아래 글 참고)

 

https://techflex.tistory.com/entry/%EC%A0%9C%EC%96%B4%EC%9D%98-%EB%8C%80%EC%83%81

제어의 대상

 

모션의 형태로 본다면 직선과 원(회전)운동으로 볼 수 있습니다. 

대표적인 직선운동 액츄에이터는 실린더가 있고 회전운동 액츄에이터는 모터가 있습니다. 

모터는 전기로만 움직인다고 생각할 수 있지만 공압을 이용한 공압모터, 유압을 이용한 유압모터도 많이 사용되고 있습니다.

반대로 실린더는 공압이나 유압으로 움직인다고 생각하지만 전기로 움직이는 전동실린더도 많이 사용되고 있습니다. 

결국 어떤 에너지원을 사용할 것인가를 선택하는 것입니다. 

 

 

기계를 움직이도록 하기 위하여 공압, 유압, 전기 에너지를 이용할 수 있습니다.

각각의 장점과 단점을 서로 비교하며 살펴보겠습니다.   

	전 기	유 압	공 압
누설	누전 되는 전압, 전류에 따라 위험할 수 있다.	주변 환경의 오염	에너지 손실 외에는 악영향 없음.
주변 환경에 의한 영향	환경에 따라 폭발의 위험성이 있을 수 있으나 온도 변화와는 무관함.	온도변화에 민감하고 누설이 발생되면 화재의 위험이 있을 수 있음.	주변 환경의 영향을 거의 받지 않고, 온도 변화에도 둔감함.
에너지의 저장	어려움. 배터리를 이용하여 일부 저장 가능함(ESS 등)	어큐뮬레이터(축압기)를 이용하여 소량 저장 가능	아주 쉽게 저장 가능
에너지의 전달	거의 제한 없음	최대 100m 까지 작업매체의 속도 : 2～6m/sec 신호전달 속도 : 1000 m/sec	최대 1000m까지 작업매체의 속도 : 20～40m/sec 신호전달 속도 : 40～200m/sec
작업속도		v = 0.5 m/sec	v = 1.5 m/sec
동력전달 비용 (비율)	낮음 1 :	높음 4 :	아주 높음 10
직선운동	(1) 리니어모터 이용(높은 비용) (2) 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 기구를 이용	실린더를 이용하여 큰 힘을 쉽게 발생할 수 있음. 속도제어가 아주 뛰어 남.	실린더를 이용하여 쉽게 얻을 수 있으나 큰 힘은 곤란함. 속도는 부하에 따라 변하게 됨.
회전운동	간단하고 가장 경제적임.	큰 토크를 쉽게 얻을 수 있으나 고속과 아주 낮은 속도는 곤란함.	고속을 쉽게 얻을 수 있으나 비효율 적임.
위치 정밀도	±1㎛는 쉽게 얻을 수 있음	±1㎛ 까지 얻을 수 있으나 비용이 많이듬.	부하 변동이 작은 경우 ±0.1mm 까지 가능(실무에서 많이 사용안함)
속도의 안정성	기구학적인 방법으로 높은 안정성 확보  가능	유압유는 비 압축성 유체에 가깝고 높은 압력을 이용하기 때문에 높은 안정성 있음	압축성 유체를 이용하기 때문에 안정성이 낮음
힘	과부하의 문제가 있고, 기구학적인 링크 계통에서 많은 손실을 발할 수 있음	과부하의 문제가 없고 높은 압력을 이용할 수 있어 큰 힘을 얻을 수 있음	과부하의 문제는 없으나 큰 힘을 얻을 수 없음

 

이런 특징들을 잘 파악하여 설계에 반영해야합니다. 

 

더 스마트하고 더 빠르게

자동화기구를 설계할 때 직선운동을 위해서 공압실린더를 주로 사용해왔지만 공압실린더는 낼 수 있는 속도에 한계가 있고 속도조절이 수치화 할 수 없기 때문에 전기를 이용한 전동실린더 또는 서보 액츄에이터로 대체해 가는 사례가 많습니다. 물론 이렇게 하면 비용이 어마어마하게 상승하게됩니다. 실린더와 밸브만 있으면 되는 구조를 전동실린더와 서보앰프, 서보 제어기 등으로 구성하면 비용적으로 많은 차이가 생기지만 그럼에도 불구하고 이렇게 하면 모든 제어의 파라미터를 수치화하고 데이터로 관리할 수 있게 됩니다. 속도와 힘의 가변적인 제어는 기본이구요. 

과거에는 PLC 제어기에서 사용되는 서보제어기(위치결정모듈)의 제어성능도 낮았지만 지금은 PLC CPU 자체의 성능이 좋아지고 PC제어기와 같이 자원이 풍부한 제어기를 적용하면서 100축이 넘는 모터제어도 가능해졌습니다.