공정제어 - 공정제어의 개념

 1. 공정제어의 정의

: 공정에서 선택한 변수들을 조절하여 공정을 원하는 상태로 유지하는데 필요한 조작을 의미

 

- 공정에서 외부교란은 항상 존재하며 이런 외부교란 변수들이 공정의 제어변수에 미치는 영향을 없애주는 것이 목적

 

ex) 수증기를 이용하여 액체를 가열하는 장치

 

 

1. 위의 그림과 같은 열교환기의 목적은 유출액의 온도를 원하는 온도 Tr로 유지하는 것이다.

 

2. 단열이 잘 된다는 가정하에 열교환기 외부로의 열손실을 무시할 수 있다면, 열교환기 내에서 액체가 얻은 에너지는 수증기의 응축에 의하여 발생되는 잠열과 동일하다.

 

3. 제어변수는 우리가 원하는 값으로 유지되어야 하는 변수를 말하며 여기에서는 T(t)에 해당한다.

 

4. 설정값(Set Point)는 우리가 원하는 출력변수값을 의미하며, 여기에서는 Tr이 해당한다.

 

5. 조절변수는 출력변수가 설정값으로 유지되도록 실제로 제어기에 의해 조절되는 변수를 말하며 여기서는 수증기의 유량이 해당한다.

 

6. 제어변수를 설정값으로부터 벗어나게 하는 모든 요인들은 외부교란 변수이다.

 

① e(t)가 음의 값을 가지는 경우

: 유출액의 온도가 원하는 온도보다 높을 때 발생하는 경우이며, 수증기 유입관의 밸브를 조절하여 수증기 유입량을 줄인다.

 

② e(t)가 양의 값을 가지는 경우

: 유출액의 온도가 원하는 온도보다 낮을 때 발생하는 경우이며, 수증기 유입관의 밸브를 조절하여 수증기 유입량을 증가시킨다.

 

 

 

 

 

2. 공정제어의 필요성

1. 생산의 규격화 (Specifications)

 

2. 운정상의 제약조건 (constraints)

 

3. 안정성 (Safety)

 

4. 경제성

 

 

 

3. 공정 제어의 대상 변수

1. 유량 (Q)

 

2. 온도 (T)

 

3. 압력 (P)

 

4. 조성 (x,y)

 

 

 

 

4. 공정제어의 분류

1) 제어구조에 따른 분류

(1) 닫힌루프(Closed-loop) 제어 시스템

: 제어변수 측정 -> 측정된 변수값을 설정값과 비교 -> 제어오차에 의해 제어신호 결정 ->조절변수 조절 -> 제어변수의 값 재변화

(2) 열린루프(Open-loop) 제어 시스템

: 측정된 출력변수의 값이 제어에 이용되지 못하는 경우에 사용

 

 

 

2) 제어 목적에 따른 분류

(1) 조절제어(Regulatory Control)

: 외부교란의 영향에도 불구하고 제어변수를 설정값으로 유지시키고자 하는 제어

(2) 추적제어(Servo control)

: 설정값이 시간에 따라 변화할 때 제어변수가 설정값을 따르도록 조절변수를 제어

 

 

 

3. 제어방법에 따른 분류

(1) 되먹임 제어(Feedback 제어)

: 외부교란이 도입되어 공정에 영향을 미치게 되고 이에 의한 제어변수를 측정하여 조절변수를 결정하는 제어방법

(2) 앞먹임 제어(Feedforward 제어)

: 외부교란을 예측하고 이 측정값을 이용하여 외부교란이 공정에 미칠 영향을 미리 보정시키는 제어방법

 

 

왼쪽:되먹임 제어(Feedback 제어),   오른쪽: 앞먹임 제어(Feedforward 제어)