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책소개

머리말

기계의 자동화는 일상생활에 필요한 여러 종류의 제품을 단종시키기도 하고 새로운 제품의 탄생을 예고하기도 한다. 최근에는 제4차 산업혁명 시대에 접어들며 기존의 공장자동화에서 한 발 더 나아가 스마트 팩토리가 등장하면서 생산자와 고객을 서로 연결하는 시대가 되었다. 특히 유선통신을 사용하는 통신매체에서 무선통신에 의한 개인휴대통신으로 변화하여 언제 어디서나 쉽게 개인 또는 기업 사이의 소통이 필요하면 즉시 상호간에 연락이 가능한 시스템을 갖춘 시대가 도래되었다.

이러한 시대적인 변화에 따라서 제품을 생산하는 기술 또한 첨단화되고 자동화되는 추세이다. 반도체 및 전기 자동차와 같은 첨단제품을 생산하는 생산장비는 기본적으로 전기 액추에이터에 의한 구동이 필수적이나 간단한 동작 및 부품의 반송, 조립 등으로 모듈화되어 신뢰성이 높고 취급이 용이한 공기압 제어기술이 많이 활용되고 있다.

공기압에 관련한 기술은 반도체 제조장비, TFT-LCD와 같은 평판 디스플레이, 자동차 및 가전제품을 조립하는 조립기계 등 여러 분야의 자동화기계 제작에 필수적인 요소기술이며, 공기압 관련한 제어기술은 대부분이 PLC를 사용하여 기계의 자동운전이 가능하도록 구성된다. PLC는 기계에 내장되어 있는 스위치의 신호를 입력으로 받아들어 기계의 상태를 파악하고 공기압제어밸브를 자동으로 ON/OFF하여 기계를 자동화한다.

본 교재는 기계 및 유공압 설계 엔지니어를 목표로 하는 독자(학생, 취업 준비생)를 위한 것으로서 공기압 주변기기 및 공기압 밸브, 액추에이터 등을 설명하고 순수공기압 회로설계, 전기 공기압제어 회로설계 및 PLC 공기압 제어 회로설계 등으로 구성하고 있다. 오토메이션 스튜디오 소프트웨어를 사용하여 설계한 공기압 회로의 동작은 시뮬레이션으로 확인하고 LS산전의 XGI CPU를 사용하는 PLC제어장치를 구성하여 복동 실린더를 제어하는 실습을 할 수 있도록 다음과 같이 본 교재를 구성한다.

제1장은 공기압 회로의 응용분야, 공기압 시스템의 장단점, 공기압 시스템의 구성 및 공기압 기초이론을 기술한다.

제2장은 공기압 시스템의 주변기기로서 공기 압축기의 종류 및 특징, 공기압축기와 공기저장탱크의 선정, 수분 제거를 위한 냉각기와 건조기, 먼지 및 이물질 제거를 위한 필터 및 압력조정을 위한 압력조절기 등을 기술한다.

제3장은 공기압 제어밸브의 종류 및 적용 방법에 대하여 기술하고 있으며 오리피스를 통과하는 유량계산, 방향제어밸브의 종류와 표기법, 밸브의 조작방법에 따른 분류와 특징, 솔레노이드밸브의 특성과 선정, 밸브의 구조 및 포트, 위치수에 따른 분류와 기본 공기압회로를 설명한다.

제4장은 공기압 액추에이터의 종류 및 특성을 기술하고 있으며, 공기압 실린더의 구조에 따른 분류와 기능, 공기압 실린더의 설치 형식, 단동 실린더와 복동 실린더, 로드리스 실린더 등의 특징과 사용법, 공기압 실린더의 출력 및 소모량 계산, 공기압 모터의 특징과 장단점, 요동형 액추에이터의 종류와 특징 등을 설명한다.

제5장은 순수 공기압 회로를 설계하는 것으로서 기본 공기압 회로 구성, 미터인 방식과 미터아웃 방식, 단동 실린더와 복동 실린더를 제어하는 순수 공기압 회로, 공기압 논리회로, 공기압 응용회로 설계, 작동선도와 제어선도를 사용한 공기압 회로설계, 복동 실린더의 자동왕복 및 2개 복동 실린더를 제어하는 순수 공기압 회로설계 방법을 설명한다.

제6장은 전기 시퀀스회로를 사용하여 공기압 실린더를 제어하는 것으로서 전기회로의 기본 부품, 단동 실린더와 복동 실린더의 기본 전기 공기압 회로, 전기 논리회로, 자기유지와 우선회로, 리미트 스위치를 사용한 자동왕복 회로설계, 단동 실린더와 복동 실린더의 왕복 전기 공기압 회로설계, 복동 실린더 2개의 자동왕복 전기 공기압 회로설계를 기술한다.

제7장은 PLC를 사용하여 프로그램에 의한 공기압 실린더를 제어하는 것으로서 PLC의 기본 구성과 프로그램, PLC를 사용하는 기본회로 구성, 직접제어와 간접제어 방법, 복동 실린더의 자동왕복제어 및 2개 실린더의 자동운전 등을 오토메이션 스튜디오를 사용하여 공기압 회로설계, 전기배선설계 및 PLC프로그램을 IEC표준래더를 사용하여 작성하고 시뮬레이션으로 동작을 확인한다. 실제 공기압 회로의 제어실습에는 LS산전 XGT시리즈의 XGI CPU를 사용하여 PLC제어장치를 구성하고 5포트 2위치 솔레노이드밸브, 5포트 3위치 양방향 솔레노이드밸브를 사용하여 공기압 회로를 설계하고 PLC와 전기배선 및 공기압 배관을 실시하고 LG산전에서 제공하는 IEC표준래더를 지원하는 XG5000 편집기로 프로그램을 작성하여 복동 실린더를 제어한다.
부록은 오토메이션 스튜디오 소프트웨어를 사용하는 방법을 기술한 것이다. 제1장에서는 기본 사용법과 공압 라이브러리를 설명하고 제2장에서는 공기압 회로 구성에 필요한 주변장치 및 기본 회로, 순수공기압 회로의 구성 방법과 시뮬레이션에 대하여 기술한다. 제3장에서는 전기 공기압 회로설계에 필요한 전기 회로도 작성, 복동 실린더를 제어하는 전기 공기압 회로설계 및 시뮬레이션 방법을 기술하고 제4장에서는 PLC를 사용하여 복동 실린더를 제어하는 공기압 회로설계, 전기회로설계 및 PLC프로그램을 작성하는 방법을 설명하고 시뮬레이션으로 동작을 확인한다.

끝으로 본 교재의 출판을 위하여 많은 도움을 주신 여러분께 감사드리며 복두출판사 사장님 이하 관계자 여러분께도 감사드린다.

2021년 2월
박정규 씀

목차

1장 공기압 기술의 개요

1.1 공기압 시스템의 구성

1.1.1 공기압 시스템의 기본구성

1.1.2 공기압 회로응용

1.1.3 공기압 구성요소

1.2 공기압의 특성

1.2.1 공기압의 특징

1.2.2 공기압의 장점

1.2.3 단점

1.3 공기압의 기초이론

1.3.1 대기의 성분

1.3.2 대기압

1.3.3 공기의 압력

1.3.4 공기압의 단위 체계

1.3.5 공기 중의 수분

1.3.6 절대습도와 상대습도

1.3.7 공기의 상태변화



2장 공기압 시스템의 주변기기

2.1 공기 압축기

2.1.1 압축기의 종류

2.1.2 터보형 압축기

2.1.3 용적형 압축기

2.1.4 공기 압축기의 특성

2.1.5 공기 압축기의 선정

2.1.6 공기 저장탱크

2.2 공기 압축기의 주변장치

2.2.1 냉각기

2.2.2 건조기

2.2.3 압축공기의 오염물질과 이물질

2.2.4 공기필터

2.2.5 압력 조절기

2.2.6 윤활기

2.2.7 서비스 유닛

2.3 배관과 시공

2.3.1 배관2.3 배관과 시공

2.3.2 배관의 시공계획

2.3.3 배관 파이프

2.3.4 배관방법

2.3.5 배관 연결구



3장 공기압 제어밸브

3.1 제어밸브의 통과 공기유량

3.1.1 오리피스를 통과하는 흐름

3.1.2 제어밸브의 개요 및 표시법

3.2 방향제어밸브

3.2.1 밸브의 기능별 분류 및 표시법

3.2.2 밸브의 표시법

3.2.3 밸브의 조작방법

3.3 솔레노이드 밸브의 역할

3.3.1 솔레노이드 밸브의 역할

3.3.2 솔레노이드 밸브의 특성과 선정

3.3.3 솔레노이드 밸브의 구조에 따른 분류

3.4 압력제어밸브

3.4.1 압력조절(감압)밸브

3.4.2 릴리프 밸브 및 안전밸브

3.4.3 시퀀스 밸브(sequence valve)

3.5 유량제어밸브

3.5.1 교축밸브

3.5.2 속도제어밸브

3.5.3 급속배기밸브(Quick-exhaust valve)



4장 공기압 액추에이터

4.1 공기압 실린더

4.1.1 공기압 실린더의 분류

4.1.2 단동과 복동 실린더

4.1.3 특수형 실린더

4.1.4 공기압 실린더의 특성

4.2 공기압 모터

4.2.1 공기압 모터의 종류

4.2.2 공기압 모터의 특징 및 선정 시 주의사항

4.2.3 요동형 액추에이터의 종류



5장 순수 공기압 제어회로

5.1 기본 공기압 회로

5.1.1 단동 실린더 제어

5.1.2 복동 실린더 제어

5.2 공기압 논리회로

5.2.1 AND 논리회로

5.2.2 OR 논리회로

5.2.3 NOT 논리회로

5.3 공기압 응용회로

5.3.1 중간정지회로

5.3.2 가변속도 제어회로

5.3.3 자동왕복 제어회로

5.4 작동선도와 공기압 회로

5.4.1 작동선도와 제어선도

5.4.2 실린더 자동왕복회로

5.4.3 1단계씩 이동하는 공기압회로

5.4.4 중간정지 공기압회로

5.5 복동 실린더 2개 제어 공기압 회로

5.5.1 실린더 두 개 작업조건

5.5.2 실린더 작동조건 : A+B+(AB)-

5.5.3 실린더 작동조건 : A+B+A-B-

5.6 기타 부품과 공기압센서

5.6.1 시간지연밸브

5.6.2 공기 타이머를 이용한 두 개 실린더 : A+B+B-A-

5.6.3 진공밸브

5.6.4 공기압을 이용한 센서



6장 전기 공기압 제어

6.1 전기 기본부품

6.1.1 a접점과 b 접점

6.1.2 조작용 스위치

6.1.3 제어용 릴레이

6.2 전기 공기압 기본회로

6.2.1 단동 실린더 기본 제어회로

6.2.2 복동 실린더 기본 제어회로

6.2.3 논리회로

6.2.4 자기유지와 우선회로

6.2.5 리미트 스위치

6.2.6 카운터 회로

6.3 실린더의 왕복제어회로

6.3.1 복동 실린더의 왕복제어 : 4포트 2위치밸브

6.3.2 복동 실린더의 왕복제어 : 5포트 2위치밸브

6.3.3 복동 실린더의 왕복제어 : 5포트 3위치밸브

6.3.4 2개 복동 실린더 제어



7장 PLC 공기압 회로제어

7.1 PLC 기본회로

7.1.1 PLC와 래더 프로그램

7.1.2 스위치를 사용한 직접제어

7.1.3 자기유지

7.2 자동운전

7.2.1 5포트 3위치 직접제어

7.2.2 5포트 3위치 밸브에 의한 수동제어

7.2.3 5포트 3위치 자동제어

7.3 실린더 두 개 자동운전

7.3.1 컨베이어 이송장치

7.3.2 컨베이어 이송장치 : A+B+A-B-

7.3.3 컨베이어 이송장치 중간정지 : A+B+A-B-

7.4 PLC 구성과 기본 프로그램

7.4.1 PLC 구성

7.4.2 PLC 기본 프로그램

7.5 공기압 실린더의 기초제어

7.5.1 5포트 2위치 밸브의 수동제어

7.5.2 5포트 3위치 밸브의 수동제어

7.5.3 5포트 3위치 밸브의 자동제어



부록 1 오토메이션 스튜디오

1.1 기본사용법

1.2 공압 라이브러리



부록 2 공기압회로 구성방법

2.1 공기압 주변장치 사용법

2.1.1 기본 공기압 회로구성

2.1.2 측정계기 사용

2.1.3 공기저장탱크

2.1.4 유체정화기기 : 냉각기

2.1.5 유체정화기기 : 정화기기

2.1.6 유량라인과 연결

2.2 공기압 제어밸브 사용법

2.2.1 밸브를 통과하는 유량측정

2.2.2 배관지름을 통과하는 유량측정

2.2.3 2포트 2위치 수동밸브

2.2.4 3포트 2위치 수동밸브

2.2.5 4포트 2위치 수동밸브

2.2.6 5포트 3위치 수동밸브

2.2.7 시퀀스밸브

2.2.8 유량제어밸브

2.2.9 공기 타이머

2.3 순수 공기압 회로

2.3.1 미터인 방식과 미터아웃 방식

2.3.2 공기압 논리회로

2.3.3 왕복제어 공기압 회로

2.3.4 무한반복 공기압 회로



부록 3 전기 공기압 제어

3.1 복동 실린더 수동제어

3.1.1 복동 실린더 수동제어 전기 공기압 회로도

3.1.2 복동 실린더 수동제어 전기 회로도 작성

3.1.3 복동 실린더 수동제어 공기압 회로도 작성

3.1.4 복동 실린더 수동제어 동작확인

3.2 복동 실린더 1회 자동제어

3.2.1 복동 실린더 1회 자동제어 전기 공기압 회로도

3.2.2 복동 실린더 1회 자동제어 공기압 회로도

3.2.3 복동 실린더 1회 자동제어 전기 회로도

3.2.4 복동 실린더 1회 자동제어 동작확인

3.3 복동 실린더 자동제어

3.3.1 복동 실린더 자동제어 전기 공기압 회로도



부록 4 PLC 공기압 제어

4.1 4포트 2위치 밸브

4.1.1 직접제어

4.1.2 자기유지회로

4.2 5포트 3위치 밸브

4.2.1 직접제어

4.2.2 자기유지 수동제어

4.2.3 자기유지 자동제어

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