전기 공기압 회로 설계 및 구성 작업 문제 1 - 설비보전기사

1. 요구사항

  ▣ 지급된 재료 및 시설을 사용하여 아래 작업을 완성하시오.

  ▣ 작품을 제출한 후에는 재작업을 할 수 없음을 유의하여 작업하시오.

 

가. 공기압 기기 배치

  ① 공기압 회로도와 같이 공기압 기기를 선정하여 고정판에 배치하시오. (단, 공기압 기기는 수평 또는 수직 방향으로

        수험자가 임의로 배치하고, 리밋 스위치는 방향성을 고려하여 설치하시오.)

  ② 공기압 호스를 적절한 길이로 절단 및 사용하여 기기를 연결하시오. (단, 공기압 호스가 시스템 동작에 영향을 주지

       않도록 정리하시오.)

  ③ 작업 압력 (서비스 유닛)을 0.5 ± 0.05 MPa로 설정하시오.

  ④ 실린더 A 동작은 유도형 센서나 용량형 센서를 사용하고, 실린더 B 동작은 전기 리밋스위치를 사용하여 구성하시오.

  ⑤ 작업이 완료된 상태에서 압축공기를 공급했을 때 공기 누설이 발생화지 않도록 하시오.

 

나. 공기압 회로 설계 및 구성

  ① 전기 회로도 중 오류 부분은 수험자가 정정하여 기본 제어 동작을 만족하도록 시스템을 구성하시오. (단, 릴레이의

       개수가 증가되거나 감소되지 않도록 작업하시오.)

  ② 응용 제어 동작을 만족하도록 시스템을 변경하시오.

  ③ 전기 배선은 전원의 극성에 따라 +24V는 적색, -0V는 청색 (또는 흑색)의 리드선을 구별하여 사용하시오.

  ④ 작업이 완료된 상태에서 전원을 투입했을 때 쇼트가 발생하지 않도록 하시오.

  ⑤ 지정되지 않은 누름 버튼 스위치는 자동 복귀형 스위치를 사용하시오. (단, 비상정지 스위치 등 해제 동작이 필요한

        스위치는 유지형 스위치를 사용할 수 있습니다.)

  ⑥ 모든 동작은 전원을 유지한 상태에서 재동작이 가능하도록 회로를 구성화시오.

 

2. 수험자 유의사항

 ※ 다음의 유의사항을 고려하여 요구사항을 완성하시오.

  ① 시험 시작 전 장비 이상 유무를 확입합니다.

  ② 시험 중 반드시 시험 감독 위원의 지시에 따라야 하며 시험 시간 동안 시험 감독위원의 지시가 없는 한 시험장을 임의

       로 이탈할 수 없습니다.

  ③ 시험에 필요한 기기 이외의 부품이나 장비에 임의로 접촉하지 않도록 주의하시기 바랍니다.

  ④ 공기압 호스의 제거는 공급 압력을 차단한 후 실시하시기 바랍니다.

  ⑤ 전기 연결의 합선시 즉시 전원 공급 장치의 전원을 차단하시기 바랍니다.

  ⑥ 액추에이터의 작동 부분에는 전선 및 호스가 접촉되지 않도록 주의하여야 합니다.

  ⑦ 수험자는 작업이 완료되면 시험 감독위원의 확인을 받아야 하고, 시험 감독위원의 지시에 따라 동작시킬 수 있어야

       합니다. (단, 평가 시 전원이 유지된 상태에서 2회 동작 시도하여 동일하게 정상 동작이 되어야 하며, 1회만 동작하고

        2회째 시도 시 정상적으로 동작하지 않으면 인정하지 않습니다.)

  ⑧ 기본 제어 동작을 완성하고 반드시 시험감독위원의 평가를 받은 후 응용제어 동작을 수행하여야 합니다.

  ⑨ 평가 종료 후 작업한 자리의 부품을 정리하여 모든 상태를 초기 상태로 정리하시기 바랍니다.

  ⑩ 다음 사항은 실격에 해당하여 채점 대상에서 제외합니다.

    ㉠ 수험자 본인이 수험 도중 시험에 대한 기권 의사를 표현하는 경우

    ㉡ 실기시험 과정 중 1개 과정이라도 불참한 경우

    ㉢ 시설 · 장비의 조작 또는 재료의 취급이 미숙하여 위해를 일으킬 것으로 시험감독위원 전원이 합의하여 판단한 경우

    ㉣ 시험감독위원의 지시에 불응한 경우

    ㉤ 기본 제어 동작을 시험 감독위원에게 확인 받지 않고 다음 작업을 진행한 경우

    ㉥ 설비보전기사 실기 과제 중 한 과제라도 응시하지 않은 경우

    ㉦ 설비보전기사 실기 과제 "전기 공기압 회로 설계 및 구성 작업, 전기 유압회로 설계 및 구성 작업" 중 하나라도 0점인

         과제가 있는 경우

    ㉧ 작업을 수험자가 직접 하지 않고 다른 사람으로 부터 도움을 받아 작업을 할 경우

    ㉨ 시험 중 타인과 대화를 하거나 다른 수험자의 작품을 고의적으로 모방하는 경우

    ㉩ 시험 중 휴대폰을 사용하거나 인터넷 및 네트워크 환경을 이용할 경우

    ㉪ 시험 중 시험감독위원의 지시 없이 시험장을 이탈한 경우

    ㉫ 시험장 물품을 시험감독위원의 허락없이 반출한 경우

    ㉬ 본인의 지참공구 외에 타인의 공구를 빌려서 사용한 경우

    ㉭ 지급된 재료 이외의 재료를 사용한 경우

    ㉮ 시험시간 내에 작품을 제출하지 못한 경우

    ㉯ 기본 제어 동작을 공기압 회로도와 기능이 상이한 기기로 구성하거나 기기를 누락하여 구성한 경우

    ㉰ 기본 제어 동작이 문제와 일치하지 않는 작품

이 회로는 실린더 A는 편솔레노이드로 제어를 하고, 실린더 B는 양솔레노이드로 제어를 하고 있다.

또한 실린더 A은 근접 Switch로 작동을 하고 실린더 B는 리밋 스위치로 제어를 하고 있다.

 

문제를 풀기 위해서 우선 변위 단계 선도를 분석해 보자.

변위단계선도 아래와 같이 실린더의 동작 상황을 보면 A+, B+, A-, B- 순으로 실린더가 동작한다.

변위 단계 선도 위 쪽의 동작신호를 보면 시작신호는 PB1이라고 하였고

PB1을 누르면 A실린더가 전진하여 S2를 터치하여 S2가 B실린더 S2가 동작 신호가 되고 B실린더가 전진하여

LS2를 치면 LS2가 A실린더의 후진신호가 되고

A실린더가 후진하여 S1을 터치하면 S1이 B실린더의 동작신호가 되어 B실린더가 후진하여 LS1를 치면

LS1은 A실린더의 동작신호가 되어 실린더 행정의 사이클이 반복된다.

​

이제 제어회로를 보아야 하는데 릴레이 코일의 경우는 작동을 직접 알기는 어려우므로

우선 뒤로 밀어 놓고 솔레노이드 동작을 보게 되면 솔레노이도 동작은 쉽게 할 수 있다.

솔레노이드는 Y1는 A+ & A-, Y2는 B+, Y3는 B- 의 동작을 만든다.

​

이제 릴레이 코일을 통한 동작을 하나씩 추적해 보자.

 

우선 시작신호 PB1을 눌러 K1을 작동시켜야 하는데 K5가 a접점으로 Normal Open 상태이다.

릴레이 코일 K5로 가보니 LS1↑이 눌러져 있으므로 K5가 작동하고 있으므로 K5 a접점은 Cross 상태가 된다.

따라서 K1은 터지게 되고 자기유지가 되며 솔레노이드와 K1을 찾아가 보면 Y1에 K1이 a접점으로 연결되어

실린더 A은 전진하게 된다. 따라서 이상없다.

다음 릴레이 코일 K2를 보면 실린더 A가 전진하여 S2를 터치하면 K1 a접점은 붙어 있으므로

K2는 여자되고 자기유지 된다. 솔레노이드 쪽으로 가보면 솔레노이드 Y2에 K2 a접점이 직렬로 연결되어

Y2가 동작을 하게 되어 B실린더가 전진한다. 이것도 이상없다.

다음 릴레이 코일 K3를 보자. 실린더 B가 전진을 하여 LS2를 치면 K2 a 접점과 직렬로 연결되어 있으므로

K3가 작동을 하고 자기유지된다. 솔레노이드 쪽으로 가보면 실린더 A를 후진을 시킬려면

솔레노이드 Y1을 소자를 시켜야 하는데 회로가 이상하다. K5 b접점이 있다. 이상하다.

 

K3 릴레이 코일이 작동을 하여 A실린더를 후진을 할려면 Y1이 꺼져야 하므로 K5 b접점이 K3 b접점으로 바뀌어야 한다.

이렇게 하여 A실린더가 후진을 하여 S1을 터치하면 K4가 작동을 하여 B실린더를 후진을 시켜야 하는데

솔레노이드 쪽으로 가보면 Y3와 K4 a접점과 직렬로 연결되어 전기회로에는 문제가 없다.

그런데 솔레노이드 Y3로 실린더 B를 후진시키기 위해서는 전기신호로 기계동작을 해야 하므로

K4가 자기유지 되어 있어야 한다. 그런데 릴레이 코일 쪽으로 와 보면 K4가 동작하게 되면

K1 ~ K4까지 연쇄적으로 OFF 되도록 되어 있어 자기유지 되지 못하고 모두 소자되어 버려

실린더 B가 기계적인 동작을 할 수 없게 된다.

이를 해결하기 위해서는 K4 시작 준비인 K3 a접점 아래로 자기유지 전선을 접속시켜야 한다.

이 때 Y2, Y3는 양솔레노이드 이므로 Y2에 K4 b접점을 직렬로 연결시켜 주어야 하나

K4가 작동하는 순간 K1 ~ K3가 연쇄적으로 OFF 되므로 K4 b접점을 설치할 필요가 없다.

이렇게 위 회로에서는 오류가 2가지가 있었다.

​

이제 응용 회로 문제를 풀어 보자.

  ※ 기본 제어 동작을 다음 조건과 같이 변경하시오.

  ① 기존 회로에 타이머를 사용하여 다음 변위단계 선도와 같이 동작되도록 합니다.

 

  ② 현재의 PB1 스위치 외에 연속시작 스위치와 정지 스위치 그리고 기타 부품을 사용하여 연속 사이클(반복 자동행정)

        회로를 구성하여 다음과 같이 동작되도록 합니다.

   가. 연속 시작 스위치를 누르면 연속 사이클 (반복 자동행정)로 계속 동작합니다.

   나. 정지 스위치를 누르면 연속 사이클 (반복 자동행정)의 어떤 위치에서도 그 사이클이 완료된 후 정지하여야 합니다.

        (단, 연속 정지 스위치는 주어진 어떤 형식의 스위치를 사용하여도 가능합니다.)

  ③ 실린더 A의 전진 속도는 5초가 되도록 배기 교축(meter-out)회로를 구성하여 조정하고 실린더 B의 전진 속도를 가능한

       빠르게 하기 위하여 급속배기 밸브를 사용합니다.

​

[문제 풀이]

 

  ① 기존 회로에 타이머를 사용하여 다음 변위단계 선도와 같이 동작되도록 합니다.

    ▣ B실린더 전진 후 3초 후에 A실린더가 전진하도록 타이머를 사용하여 Delay회로를  구성한다.

 

B실린더가 전진한 후에 3초 지연(On - Delay) 되어 A실린더를 후진하게 하려면 타이머를 하나 설치하면 된다.

타이머 T1을 설치하고 A실린더 후진 시작 신호인 LS2의 a 접점을 타이머 T1과 직렬로 연결한 다음

기존의 릴레이 코일 K3의 작동 신호는 타이머 T1의 a접점과 직렬로 연결하면 3초 지연 후 작동할 수 있도록 할 수 있다.

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다음은 문제 ②번을 풀어 보도록 하자.

② 현재의 PB1 스위치 외에 연속시작 스위치와 정지 스위치 그리고 기타 부품을 사용하여 연속 사이클(반복 자동행정)

      회로를 구성하여 다음과 같이 동작되도록 합니다.

  가. 연속 시작 스위치를 누르면 연속 사이클 (반복 자동행정)로 계속 동작합니다.

  나. 정지 스위치를 누르면 연속 사이클 (반복 자동행정)의 어떤 위치에서도 그 사이클이 완료된 후 정지하여야 합니다.

        (단, 연속 정지 스위치는 주어진 어떤 형식의 스위치를 사용하여도 가능합니다.)

 

기존의 제어회로는 시작 신호 PB1을 누르면 한 사이클만 진행되도록 설계되었다.

이것을 사이클이 반복되도록 하려면 릴레이 코일을 하나더 설치하고 이 릴레이 코일 a접점을 PB1과 병렬로 접속을 한다. 따라서 릴레이 코일 K6를 설치하고 이를 PB2 버튼으로 작동하게 하며 자기 유지를 시킨 후

PB1과 병렬로 접속을 하며 언제 한 사이클이 끝나고 정지하도록 하기 위해서

릴레이 코일 K6와 직렬로 PB3 버튼을 연결하면 요구하는 회로가 완성된다.

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문제 ③ 을 먼저 풀어 보도록 하자.

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  ③ 실린더 A의 전진 속도는 5초가 되도록 배기 교축(meter-out)회로를 구성하여 조정하고 실린더 B의 전진 속도를

       가능한 빠르게 하기 위하여 급속배기 밸브를 사용합니다.

​

배기 교축 (meter-out) 밸브는 일방향 유량 조절 밸브라고도 하며 체크밸브와 교축밸브의 조합으로 체크밸브가

방향성을 갖기 때문에 체크밸브의 방향을 잘 생각해서 회로를 구성해야 한다. meter-in, meter-out 밸브 예는 아래와 같다.

 

이를 이용하여 실린더 A의 후진시 배기 교축 밸브의 설치는 다음과 같이 할 수 있다.

 

A 실린더 후진 배기측에 meter - out 밸브를 설치하면 된다.

다음 B 실린더 후진시 급속 배기밸브를 설치해 보자.

 

급속 배기밸브에서 점선 부분은 내부에 있는 배관을 의미한다. 급속배기밸브의 배관을 보면 기존과 같이 연결 배관을

통하여 배기도 하고 점선 부분 내부 배관을 통해 곧바로 외부로 배기를 하므로 신속히 배기를 할 수 있다.

그런데 실린더를 보면 편실린더의 경우에는 후진쪽은 피스톤 로드가 있어 전진 쪽 보다 공기의 양이 적기 때문에

후진이 전진 보다 배출되는 공기의 양이 적다. 따라서 조금만 배기를 하여도 되므로 쉽게 후진을 할 수 있다.

반면 후진의 경우에는 적은 공기의 압력으로 전진쪽의 많은 공기를 배출하여야 하므로 속도가 느리게 된다.

이런 이유로 일반적으로 편실린더의 경우 급속배기 밸브는 후진시에 속도를 빠르게 하기 위해 설치한다.

이번 문제에서는 전진시에 설치하라고 하였으므로 문제의 요구에 맞게 급속 배기 밸브를 설치한다.