산업용 모터 제어 - 전장 구성 (제어부)

산업용 모터를 구동하는 시스템을 제작하였고, 그 과정을 정리한 글입니다.

 

시스템 제작을 위해 참고할 만한 자료가 있는지 찾아보았지만, Manual 외 다른 자료들을 찾기 쉽지 않았던 것 같습니다.

공들여 제작하였던 시스템이라 그 과정을 정리하기 위해 글을 썼기도 했지만, 산업용 모터를 구동하기 위해 공부를 막 시작한 초심자가 참고한다면 도움이 될 것 같다고도 생각합니다.

 

전장 구성에 사용된 부품들은 다음과 같습니다.

모터 : AMPC-FAL01AM8K

서보 드라이버 : L7SA001B

전원부 구성 부품 : ELCB, Contactor, Noise Filter, SMPS 등

제어부 구성 부품 : NUCLEO-F334R8(모터 제어), W5VS(전압변환기) 등

 

산업용 모터는 일반적인 모터들과 다르게 사용하는 전압, 전류가 크기 때문에 안전에 신경 써주어야 합니다.

서보 드라이버에 전원이 가해지기 전에 ELCB, Contactor 등 부품들을 활용하여 시스템의 안전을 확보하였습니다.

 

모든 전장 구성에 있어 L7S 시리즈 매뉴얼을 참고하였습니다.

 

해당 글은 제가 작성한 "산업용 모터 제어 - 전장 구성 (전원부)"와 연결되는 글입니다.

https://hyeobiary.tistory.com/11

산업용 모터 제어 - 전장 구성 (전원부)

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제어부 구성

 

제어부를 구성하기 전에 자신이 사용할 운전 모드를 정해야 합니다.

위치, 속도, 토크 3가지 모드를 실행하기 위한 배선 방법이 약간씩 다르기 때문입니다.

저는 속도 운전 모드로 모터를 구동하였습니다.

 

우선 모터를 구동시키기 위한 조건들이 필요합니다.

각각의 모드를 실행시키기 위해서 서보드라이버의 CN1 커넥터가 다음과 같이 연결되어야 합니다.

[그림 1-1] 위치 모드 배선 예시

[그림 1-2] 속도 모드 배선 예시

[그림 1-3] 토크 모드 배선 예시

 

그림이 작아서 잘 안보일 수도 있는데, 매뉴얼(30~35p)을 보시면 입력해주어야 하는 것들이 약간씩 다른 것을 보실 수 있습니다.

 

[그림 2-1] 디지털 입력 배선 예시 (속도모드)

[그림 2-2] 아날로그 입력 배선 예시 (속도모드)

 

제가 사용한 속도모드(그림 2)에 관한 배선도를 글로 표현하자면

 

"스위치를 활용해 디지털 입력(STOP, EMG 등)과 관련된 시스템을 만들고, XTB-50H 모듈의 27, 8번 핀에 -10~10V의 아날로그 전압을 입력해 주면 전압에 비례하여 모터가 구동한다."라는 뜻입니다.

 

 [디지털 입력] 

STOP(정지) : 시스템 정지

EMG(Emergency) : 비상상황시 모터 정지

CWLIM(Clockwise Limit) : 스위치 ON시 시계방향으로 회전 X

CCWLIM(Counter Clockwise Limit) : 스위치 ON시 반시계방향으로 회전 X

DIR(Direction) : 방향 전환

ALMRST(Alarm Reset) : 에러 해결 이후 스위치 ON 해줘야 함

SPD1~3(Speed 1,2,3) : 속도 세기 1~3

SVON(Servo ON) : 서보모터 ON

 

[그림 2-1]에 있는 배선 그대로 연결해 주게 되면 모터가 작동하지 않습니다!!!

※ EMG 스위치가 항시 ON 되어있는 상태라면 모터가 구동하지 않을 것입니다. (평상시 OFF로 변경) ※

 

 [아날로그 입력] 

아날로그 입력이 -10V에 가까워질수록 역방향으로 강하게, 10V에 가까워질수록 순방향으로 강하게 회전할 것입니다.

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이제부터 본격적으로 제어부 시스템 구성방법에 대해 말씀드리겠습니다.

제어부 시스템은 매뉴얼 33p (그림 2)에 명시되어 있는 대로 만드시면 됩니다.

 

 

• 먼저 디지털 입력 부분입니다.

[그림 2-1] 디지털 입력 배선 예시 (속도모드)

스위치의 양 끝을 각각 CN1 커넥터, GND와 연결하고, 24V의 (+) 부분을 50번 핀과 연결하라고 명시되어 있습니다. 스위치마다 역할이 다 다르기 때문에, 필요없는 스위치는 연결하지 않으셔도 됩니다. (저는 아날로그 입력으로 속도를 제어하기 때문에 구동 속도와 관련된 21~23 핀은 연결하지 않았습니다.)

 

위 내용을 조금 더 쉽게 표현하자면 아래 그림 3번과 같습니다. 

[그림 3] 디지털 입력 배선도

 

그리고 이런 스위치들은 비상시에 눌러야 할 상황도 있기 때문에, 접근성이 좋은 곳에 있어야 한다고 생각하여, 아크릴과 프로파일 등을 사용해 그림과 같이 제작하였습니다.

[그림 4-1] 디지털 입력 배선 사진

[그림 4-2] 디지털 입력 배선 사진

 

사진을 보시면 스위치의 한쪽은 접지대에, 한쪽은 덕트함을 타고 XTB-50H 커넥터에 연결되어 있습니다.

이대로만 해주시면 거의 다 한 거나 다름없습니다.

 

만약 SPD1~3핀이 연결되어 있다면 해당 버튼에 따라 모터의 속도가 달라지는 것을 보실 수가 있을 겁니다.

 

 

• 그다음으로 아날로그 입력 부분입니다.

이 부분은 모터의 회전방향, 세기를 실시간으로 제어해야 할 경우 필요합니다.

그렇지 않으신 분들은 디지털 입력만으로도 모터를 제어할 수 있습니다.

[그림 2-2] 아날로그 입력 배선 예시 (속도모드)

아날로그 입력으로 모터의 회전방향, 세기를 제어합니다. 0V는 정지 0V~10V는 시계방향, 점차 강하게 0V~-10V는 반시계방향, 점차 강하게

 

 

모터는 -10V~10V사이의 전압을 받아 그에 맞게 회전합니다.

저희는 -10V ~10V를 자유자재로 변화시키기 위하여 다음과 같은 회로를 구성해 주었습니다.

아래 회로도와 같이 구성해 준다면 STM보드에서 아날로그 출력을 변동하는 대로 모터의 방향, 세기가 변화할 것입니다.

 

[그림 5] 아날로그 입력 배선도

 

중간에 W5VS 전압 변환기를 사용해 준 것은 F334R8 보드에서 아날로그 최대 출력값이 3.3V이기 때문입니다.

W5VS는 0~3.3V 사이의 입력을 받아서 -10~10V로 선형 변환하는 역할을 수행합니다.

 

위 회로도도 포함한 최종 시스템 사진은 다음과 같습니다.

[그림 6] 산업용 모터 제어 시스템

 

궁금하신 점은 댓글 달아주시면 답변해 드리겠습니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다!