6. 타이머의 개념과 응용

안녕하세요 

 

공돌이 직딩입니다. 

 

이 한주간 날씨가 무더워 일하는데 너무 힘이 들었어요..

 

모쪼록 건강 유의하시기 바랍니다.

 

이번 시간에는 타이머라는 놈에 대해서 공부해보도록 할껀데요.

 

타이머(Timer)라는 이름에서도 이 소자가 어떤 역할을 하는지 감을 잡으실꺼에요.

 

한마디로 타이머는 스위치 접점이 열리거나 닫히는 시간을 딜레이 시켜줍니다.

 

요렇게 생겼어요.

 

태엽을 감는것처럼 해당 타임대로 원판을 돌려 세팅하면 시간이 지남에 따라서 시계의 초침이 흐르듯 움직이면서 

 

0이 되면 스위치가 붙거나 떨어져요.

 

더 자세히 이해하기 위해서 타이머의 내부 회로에 대해서 공부해볼까요

 

 

보시다시피 타이머의 2번 7번은 AC220[V] 전원이 들어갑니다.

 

8번은 Common(공통선), 5번은 b접, 6번은 a접이네요.

 

하지만 뭔가 특이한 것이 보입니다. 

 

우리가 기존에 알던 스위치 모양은 삼각형 표시가 없었는데 스위치 위에 갑자기 삼각형 모양이 추가가 됬어요.

 

간략히 설명드리면...

 

타이머에 전원이 인가되면(2, 7번 핀을 통전시키면) 전자기적인 힘을 발생시켜서

 

일정 시간이 흐른뒤에 b접(분홍, 파랑)을 떨구고 a접(분홍, 연두)를 붙인다 입니다.

 

좀 이상한것이 보이네요. 1, 3번을 보시면 a접점이 존재하네요.

 

a접점은 어디에다 써먹으라고 존재하는 것일까요??

 

아래와 같은 회로를 봅시다.

 

 

타이머에 a접점이 없는 상태라고 가정해볼게요.

 

위 회로를 우리가 실제로 회로를 구성하다 보면 자기유지 회로를 만들기 위해서 릴레이를 사용해야 할거에요.

 

왜냐? 일반적으로 타이머라는 놈은 전원이 끊기면 제 역할을 할 수 없거든요.

 

때문에 타이머 자체에 자기유지 기능이 필요합니다.

 

자기유지를 타이머 스스로 할 수 없다보니 릴레이를 사용해야만 합니다.

 

코딩을 하는 사람에게는 단순히 레더상으로 접점을 추가시키면 되는 문제이지만

 

하드웨어를 구성하는 사람에게는 타이머 뿐만 아니라 릴레이를 쌍으로 구매해야 하는 문제가 생겨버리는 거죠.

 

하지만 우리는 돈이 없어요.... 늘 언제나 그랬던것 처럼요

 

타이머 쓰겠다고 릴레이까지 사야하는건 너무 아깝다는거죠.

 

하지만 여러분... 타이머에 a접점이 있다면 어떨까요?

 

타이머 자체가 스스로 자기유지 기능을 할 수 있다면요?

 

자 이쯤되면 눈치 채셨을꺼죠.

 

타이머에 a접점은 별도로 릴레이를 구매하지 않고도 자기유지 역할을 가능토록 합니다.

 

그래서 타이머에 a접점이 있는거지요.

 

 

타이머의 종류를 알아볼까요.

 

1.모터식 타이머

값싼 가격 때문에 실제로 많이 사용되고 있는 타이머에요. 위에서 이미 언급했듯이 태엽처럼 시간을 돌려 제한시간을

 

세팅하고 0이 되면 접점이 붙거나 떨어지는 타이머에요.

 

2.전자식 타이머

간단히 말하죠. 비싸고 기능이 훨씬 더 고급적이에요. 끝.

 

3.제동식 타이머

 

[사진을 찾아봐도 사진이 없네요...]

 

타이머 내부에 접점이 붙는 것을 방해하는 매개체를 넣죠. 공기나 기름같은 것들이요.

 

방해하는 매개물로써 접점이 붙는 시간을 지연시키는 방식으로 타이머 기능을 하게 됩니다.

 

정밀도가 떨어지는 단점등이 있겠네요...

 

산업현장에서 실제로 본적은 없습니다.

 

 

타이머 출력접점 제어 방식에 따른 종류는 다음과 같은 것들이 존재합니다.

 

1.동작시에 시간지연이 있는 것(On Delay)

 

동작시에 지연이 있다는 것의 의미는 입력신호가 들어오고 설정시간이 지난 후 접점이 동작하게 되는 것이에요.

 

2.복귀시에 시간지연이 있는 것(Off Delay)

 

마찬가지로 복귀시 지연이 있다는 것은 입력신호가 차단된 뒤에 접점이 설정된 시간뒤 원상복귀 된다는 것이구요.

 

 

이런 특징을 이용한 3가지 타이머가 있는데 잠깐 소개해보도록 할게요.

 

(1) 한시동작 순시복귀형

 

입력 신호가 들어오고 설정시간이 지난 후 접점이 동작하게 됩니다.

 

다만 입력 신호 차단시에 접점이 바로 원상복귀 됩니다. (실제 PLC 래더 코딩에 가장 많이 쓰입니다.)

 

(2) 순시동작 한시복귀형

 

입력 신호가 인가되는 즉시 접점이 반응 합니다.

 

하지만 입력 신호 차단에도 불구하고 접점이 설정시간 셋팅 후 복귀되는 특징을 가지고 있어요.

 

(3) 한시동작 한시복귀형

 

위 2가지를 짬뽕시켜 놓은 거에요.

 

입력 신호가 인가되었을때도 느릿느릿... 입력 신호가 차단되었을때 복귀도 느릿느릿....

 

답답합니다. 다른분야에서 이것을 쓰는지 모르겠으나.. 저는 써본적 없습니다.

 

자... 이제 타이머에 대해서 어느정도 배경지식이 들어갔으니 실제로 래더를 짜봐야겠죠.

 

Quest 1에서는 XG-5000에서 타이머 회로를 어떻게 짤 수 있는지를 공부해봅시다.

 

Quest1

스위치 PB1을 누르면 L1은 점등되다가 3초 이후에 꺼지고 L2는 3초 이후에 점등되는 회로를

 

한번 구현해보도록 하겠습니다.

 

완성된 회로는 아래와 같아요.

 

 

위 회로를 아래 설명과 대조하여 몸으로 익혀보세요. 

 

제가 100을 설명하지 않을겁니다.

 

실제로 어떻게 래더로 구성되는지를 본인이 깨우치는 것이 더 빨라요.

 

저는 가이드를 잡아드릴게요.

 

Timer 회로는 어떻게 구현할까요?

 

먼저 좌측의 창을 봐보세요

 

 

XG-5000에서는 타이머와 관련된 릴레이 기호에 T+숫자를 부여하여 사용하고 있네요.

 

 

보시듯이 스케일이 나와있죠.

 

1Mili Second는 1/1000초를 나타내는 것 정도는 아시리라 봅니다.

(즉, 1000ms = 1초인 것이죠.)

 

타이머 경계치 붉은박스를 보니 종류 시작 끝이라는 말이 있죠!???

 

종류는 느낌상 타이머의 스케일을 이야기하는 것 같죠?

 

네... 맞습니다. 종류는 시간을 몇 초 단위로 셀 것인가를 이야기 하는 것이에요.

 

자 우리는 어떻게 스케일 단위를 사용할 것인지는 결정했어요.

 

이제 저장 공간에 대해서 이야기를 하려고 해요.

 

이해가 좀 어려울 수 있으나 최대한 쉽게 설명을 드려보도록 하겠습니다.

 

우측 붉은 박스를 보실까요

 

왼쪽 붉은 박스에서 정의했던 내용이 보다 상세하게 적혀있음을 확인할 수 있어요

 

결론부터 말씀드리면,

 

T0부터 T499라는 공간은 0.1초의 스케일을 사용한다.

T500부터 T999라는 공간은 0.01초의 스케일을 사용한다.

T1000부터 T1023이라는 공간은 0.001초의 스케일을 사용한다. 

 

정도로 이해하면 됩니다.

 

즉........

 

시작 주소와 끝 주소는 PLC를 만드는 회사에서

 

사용하는 레지스터 공간별로 의미를 부여한 것이라고 이해하시면 됩니다.

 

LS산전은 T0부터 T499라는 메모리를 사용했을때 0.1초의 스케일을 사용하여 시간을 측정한다고 정의해놨네요.

 

0.1초 스케일도 보이고, 0.01초 스케일도 보이네요.

 

0.01초 스케일을 쓴다면 0.1초 스케일보다는 정밀한 측정이 가능하겠지만 속도는 느려질 수 있겟네요.

 

이렇게 쪼개는 문제에 대해서 정의 하는 것을 분해능이라고 표현하기도 합니다.

 

얼마나 정밀하게 값을 쪼갤 수 있는가에 대한 지표인 것이죠.

 

자 우리는 3초를 만들겁니다.

 

어떻게 만들어야 할까요. 

 

0.1초 스케일에 해당하는 릴레이를 먼저 골라봅시다

 

T000~T501 총 500개의 공간은 0.1초 스케일을 가지고 있다고 하네요.

 

0.1초씩 숫자를 셀 수 있으니까 30번을 세면 3초가 되는 거네요

 

직관적으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있어요.

 

"T0는 0.1초 스케일이니까, 여기에 30을 곱하면 3초라는 의미가 될 수 있겠네"

 

(0.01초라면 300을 곱해주어야겠죠.)

 

이제 F10을 눌러보세요

 

 

F10은 명령어를 입력하는 창입니다

 

[TON T0 30] 를 입력해주세요

 

 

의미를 알아봅시다.

 

Ton -> On Delay 타이머, 

( 참고 Toff: Off Delay 타이머

        TMR: 적산타이머로서 전기를 차단하여도 시간을 저장하고 있는 특성을 가짐

        TMON: 전기시그널의 펄스에 의해 동작

        TRTG: TMON과 비슷하나 2번째 펄스 인가시 타이머 리셋기능 )

 

참고에서 펄스에 관련한 내용은 이후에 자세히 포스팅하겠습니다.

 

T0-> 0.1초 스케일 타이머 사용

 

30-> 0.1*30 = 총 3초

 

정리하면, '한시동작 타이머이며 0.1초 스케일을 30번 세겠다.' 입니다.

 

시뮬레이션을 돌려보죠

 

PB1을 눌렀을때 3초뒤애 L2가 점등되고 L1이 꺼지는걸 확인할 수 있나요?

 

Quest2

계단식 복도 아파트가 있어요. 어두운 저녁 집밖으로 문을 열고 나왔습니다.

 

천장에는 사람을 감지하는 센서 P0이 존재합니다.

 

사람이 접근하여 P0이 On되면 1초뒤 Lamp(P20)가 3초간 켜지고

 

사람이 센서의 범위에서 벗어나면(P0이 Off되면) 2초간 램프(P20)가 켜져 있다가 꺼지게 됩니다.

 

위 회로를 한번 고민해보세요.

 

( 별거 아닌것 같으시죠ㅎㅎㅎ 생각보다 까다로울 수 있습니다. 별거 아니네 하시는분은 이거 안보셔도 될듯합니다 ㅎㅎ)

 

결과 래더는 다음과 같습니다

 

 

바로 시뮬레이션을 돌려볼까요

 

 

P0을 눌렀을때 P20이 1초뒤 3초간 켜져있다가 꺼지나요?

 

 

 

또 P0를 뗏을때 2초간 P20이 켜져 있다가 꺼져있게 되나요?

 

만약 이렇게 된다면 성공입니다.

 

Quest3

 

컨베이어를 통하여 물건들이 움직이고 있습니다. P0 스위치에 의하여 공정은 시작되고 펀칭기(P20)은 10초마다 

 

컨베이어를 움직이는 물건을 분류하기 위해 모터를  구동하고 지시등 (P21)을 점멸합니다.

 

컨베이어는 P1에 의하여 공정 중지하고 근무시간이 지나고 다음날이 되었을때 다시

 

P0을 눌러 공정시작을 누르게 되는데 이때, 전날 작업량을 P20 기억하여 공정을 다시 재개합니다.

 

포인트는 전날 타이머가 6초에서 꺼졌다면, 다음날은 4초만 작업하고 P20이 작동해야 한다는 사실이에요.

 

고민해보세요.

 

저는 완성된 래더를 보여드릴게요.

 

 

시뮬레이션 바로 돌려볼까요.

 

P0을 누르고 P1을 눌렀다가 다시 P0를 10초가 되면 P21과 P20이 작동하고 있나요??

(포인트... P1을 누르면 타이머가 작동시간을 기억하고 있다는 것.)

 

 

P1을 눌러 공정을 중지해보죠

 

 

다시 P0을 눌러서 P20이 전에 했던 작업시간을 기억하여 이후에 작업을 진행하는지를 확인해보세요.

 

잘 동작하고 있나요?

 

좋습니다.

 

더 그럴듯한 회로를 그려보죠

 

10초만 동작하고 회로가 멈추는게 아니라 10초마다 계속 동작하는 회로를 그려보면 다음과 같아요.

 

처음보는 문구들이 생겼죠?

 

이거는 지금 당장 알필요는 없어요.

 

처음보는 문구에 대해서 다음에 설명할 겁니다.

 

위의 회로도 보완해야 할 점은 있어요.

 

시뮬레이션을 돌려보면 P20, P21이 켜져야 할것 같지만 실제로는  10초마다 켜지는 것을 확인할 수 없을겁니다.

 

이유는 간단해요. 워낙 XG-5000의 래더 리프레싱 동작이 빠르기 때문에 마치 안켜지는 것 처럼 보이는 것이죠.

 

실제로 공정에 사용하는 회로를 만들려면 또한 많은 부가 요소들을 생각하여 타이머 세팅시간을 결정해야 합니다.

 

기계류는 전기류와 같이 입력에 즉각 반응하는 것이 아니라 여러가지 요소로 딜레이 됩니다.

(관성에 의한 딜레이, 공기저항에 의한 딜레이, 마찰에 의한 딜레이 등등)

 

이런 딜레이 요소들을 계산하여 타이머 세팅값을 결정하는 것이 가장 이상적인 회로이겠죠.

 

하지만 우리는 아주 기초를 공부하고 있기 떄문에 이런 부분에 대해서는 언급을 지양하도록 하겠습니다

 

Quest4

오늘의 마지막 질문입니다!

 

자동문을 제어해볼겁니다.

 

P0 센서는 사람을 감지하는 센서입니다.

 

사람이 감지되면 모터A(P20)가 작동하여 문을 열어주고,

 

사람이 출입문을 지나가서 센서가 사람을 못 읽게 되면 모터B(P21)가 3초뒤 작동하여 문을 닫아줍니다.

 

자동문 최하단에는 Limit Swich가 존재하여 문이 한계점 위치를 벗어나지 않도록 한계를 정해줍니다.

(자동문이 모터에 의해 계속 동작하여 아예 밖으로 빠져버리면 안되니까)

 

모터A(P20) 방향의 끝단에는 리미트스위치A(P3)가

 

모터B(P21) 방향의 끝단에는 리미트스위치B(P2)가

 

서로 작동하여 모터가 더이상 구동하지 않도록 회로를 차단함과 동시에

 

3초간 문이 대기할 수 있도록 합니다.

 

사실 별거아닌데 말이 좀 어려울 수 있어요.

 

완성된 회로도는 다음과 같아요.

(20.6.4 회로 오류 수정 및 문제 수정)

 

 

 

 

 

시뮬레이션 돌려보죠.

 

자동문을 동작시키는데 다음 시나리오가 존재하겠죠.

 

   ->P0센서가 사람 감지후 P20이 동작하여 자동문을 정방향으로 움직여 줌.(사람을 계속 감지하고 있는상태) 

   ->P20이 동작하는 도중 리미트 스위치(P3)를 건드려서 P20 정지

   ->P3를 건드리게 되면 P20은 정지하고 타이머가 동작후 역방향 모터 P21이 작동 합니다.

      [단 사람이 감지되고 있는 경우 타이머는 동작하지 않고, 닫히고 있는 도중이라도 사람이

       감지되면 다시열려야 합니다.]

   ->3초후 P21방향으로 모터가 구동하게 되면 P3 리미트 스위치는 떨어지게 됨.

   ->P21 자동문을 닫는 방향으로 움직이다가 P2 리미트 스위치를 건드리고 자동문은 정지하게 됨

 

시뮬레이션 설명 추가(20.6.4)

 

P0센서 사람감지하여 자동문(P20 열리는방향)작동

 

사람이 여전히 감지되어있는 상태에서 리미트센서 P2를 건드리게 되면

자동문(P20 열리는 방향)정지하며 타이머는 동작하지 않음

 

그상태에서 사람이 빠지게 되면(P0가 떨어지면) 비로소 타이머가 동작하게됨

 

3초뒤 자동문(P21 역방향)이 작동됨과 동시에 리미트 스위치 P2는 떨어짐

그러다 P4를 만나면 정지.

 

 

모두 성공하셨나요.

 

시뮬레이션 그림을 일일히 열거하는것 보다 제가 써놓은 말대로 스위치를 눌러보면서 

 

어떻게 출력이 변화하는지를 꼼꼼히 살펴보시는게 의미가 있겠네요.

 

오늘은 퀘스트를 말로 설명하는게 다소 무리가 있었을 수 있을 것 같습니다.

 

 

 

너무 추상적으로 Quest가 나간것 아닌가 걱정이 드네요...

 

차차 필력도 늘리고... 백문의 불여일견이라죠...

 

시뮬레이션 말고 PLC도 구매? 해볼 마음만 가지고 있을게요...

 

그럼 오늘 포스팅은 이만 여기서 줄이도록 하고 다음시간에 찾아뵙도록 할게요.

 

즐거운 한주간 보내시기 바랍니다.