Transcript 전기 제어

Electro성남기능대학 시스템제어정비과
차 흥 식
성남기능대학 (무단복제를 금함)
전기 제어
 전기적인 제어방법은 가장 비용이 적게 들고, 제어에 사용되는 부품의
종류와 작동원리가 간단하여 쉽게 배울 수 있어 많이 이용되고 있다.
 그러나 전기제어에 의하여 기계적인 부품의 접점이 이루어지는 것이기
때문에 수명이 짧고 (약 100만회), 습기나 먼지 등의 주변환경에 민감하
기 때문에 높은 신뢰성을 보장 할 수 없는 단점이 있어 현재는 그 이용
추세가 감소하고 있다.
 가장 기본적인 전기 회로도를 완성하기 위해서는 다음의 4가지 부품이
필요하다.
 ◦ 에너지원 (power source)
◦ 스위치 (switch)
◦ 부하 (load, 램프, 모터, 솔레노이드 코일 등)
◦ 전선 (cables)
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 전기 제어 기초 지식
 접점의 정의
전기 제어에서 목적은 제어 대상에 전류를 통전(ON)시키거나
단전(OFF)시켜 목적에 맞게 이용하는 것으로 이 전류를 통전
또는 단전시키는 역할을 하는 것이 접점이다.
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전기스위치
 a접점 스위치는 외력이 작용하지 않는 평상시에는 접점이 열려져 있기
때문에 상시 열림형(normally open contact, N.O형) 접점이라고도 한
다.
 b접점스위치는 a접점스위치와는 반대로 스위치가 작동되지 않은 평상
시에는 접점이 닫혀져 있기 때문에 상시 닫힘형 접점 (Normally
Closed Contact, N.C형)이라고 한다.
 c접점 스위치는 하나의 스위치를 a접점이나 b접점으로 사용이 가능한
스위치이다. 이 스위치는 작동되면 접점의 change-over가 일어나기
때문에 c접점이라 한다.
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 접점의 종류
• a 접점 : 초기 상태에서 열려 있으며 외부로부터의 힘에 의해
닫히는 접점(Normal Open).
L
• b 접점 : 초기 상태에서 닫혀 있으며 외부로부터의 힘에 의해
열리는 접점(Normal Close).
L
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전기스위치
a 접점 스위치
b 접점
스위치(무단복제를 금함)c 접점 스위치
성남기능대학
전기 릴레이 (Relay)
 전기 릴레이는 전자석으로 작동되는 여러 개의 접점을 가진 전기스위치
라고 간단하게 표현할 수 있다.
 전기 릴레이는 자장을 형성시키기 위한 코일, 전자석에 의하여 작동되
는 접점 및 복귀스프링으로 구성되어 있다.
 전기 릴레이의 코일에 전기를 통전 시키면 코일에 자장이 형성되어 릴레
이의 아마추어 (armature)가 코일의 코어(core)로 끌려가게 된다.
 즉, 전자석에 의하여 아마추어와 기계적으로 연결된 여러 개의 접점이 작
동되어 개폐 되게 된다.
 그리고 코일에 통하는 전류를 차단하게 되면 자장이 사라지게 되므로 각
접점은 복귀스프링에 의하여 원상태로 회복된다.
 전기릴레이는 전기적으로 독립된 여러 개의 접점을 갖고 있다. 즉, 릴레
이의 각 접점은 전기적으로 충분히 절연되어 있기 때문에 각 접점에는
서로 상이한 전압을 이용하여도 아무 문제가 발생되지 않는다.
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전기 릴레이 (Relay)
 일반적으로 릴레이를 호칭할 경우에는 릴레이가 갖고 있는 접점을 이용
한다.
 제어 회로도에서 릴레이도 역시 표준화된 기호로서만 표시되어야 한다.
 릴레이의 표시기호에는 ISO방식과 Ladder방식의 2가지가 있다.
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 접점에 따른 시퀀스 기호
ISO 방식
a 접점
b 접점
Ladder 방식
b 접점
a 접점
버튼스위치
평시
리밋
스위치
작상
동태
된
릴레이
K
솔레노이드
Y
R
SOL
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릴레이의 구조
힌지 전기자 릴레이
플런지 전기자 릴레이
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 릴레이(Relay)의 구조와 작동
복귀 스프링
가동 철편
코일
b
가동점접 COM
고정접점 N.O..a
L
고정접점 N.C..b
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a
L
com
 릴레이의 특성
• 릴레이의 기능
-증폭기능 : 릴레이 코일의 소비전력을 입력, 접점의 부하 개폐
능력을 출력이라 하면, 그 출력은 입력에 대해 1~1000배까지
가능
- 교환기능 : 아날로그 ↔ 디지털, 교류 ↔ 직류 등 가능
- 전달기능 : 회로의 차단, 접속
• 릴레이의 조작전류(정격전압)
- AC110V, AC220V, DC12V, DC24V
• 릴레이의 회로수와 접점 형식 : a, b 접점이 조합된 다점접
K
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 릴레이
모 듈
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솔레노이드 밸브
 솔레노이드(solenoid) 밸브는 전기 신호로 작동되는 방향 제어 밸
브, 즉 전자석으로 작동이 되는 밸브이다.
 그러므로 솔레노이드 밸브는 유압유의 흐름의 변환, 즉 방향 제어
밸브의 스위칭을 전기 신호로 원격 제어할 수 있기 때문에 가장 많
이 사용되고 있는 작동 방법이다.
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솔레노이드 코일의 동작
 전선에 전류가 흐르게 되면 전선 주위에 자장이 형성되게 된다.
 전선 한 가닥에 생기는 자장은 매우 약 하지만 전선이 코일(coil) 형태
를 이루게 되면 자력이 집중되어 큰 자력이 생기게 된다.
 솔레노이드 밸브는 이렇게 코일에 의하여 형성된 자력의 힘으로 밸브
의 스풀을 움직여 밸브를 작동시키는 것이다.
 솔레노이드 코일에 의하여 형성되는 자력의 세기는 코일의 감긴 회수
와 전류의 세기에 비례하여 커진다.
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솔레노이드에서의 전류
 솔레노이드에서의 전류는 직류
(DC)와 교류(AC)를 사용할 때
매우 다른 특징을 보인다.
 DC 솔레노이드에 전압이 인가
되면 코일을 통과하는 전류는 0
에서 최대치까지 서서히 상승한
다.
 DC 솔레노이드에서는 주어진
전압하에서 코일의 저항이 일정
하므로 코일을 통과하는 전류도
일정하다.
 그러므로 전류의 세기가 최대치
까지 서서히 상승한 후에는 전류
세기의 변화는 없게 된다.
DC금함)
솔레노이드의
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전류 특성
 AC 솔레노이드는 DC 솔레노이드와는
아주 다른 전류 특성을 보인다.
 AC 솔레노이드에서 총 저항에 해당하
는 임피던스(impedance)는 플런저가
자유 위치(초기 위치)에 있을 때는 매
우 작고, 플런저가 자력에 의하여 당겨
져서 평형 위치로 이동될수록 증가하
게 된다.
 따라서 AC 솔레노이드에 전압을 인가
하면, 처음에는 저항이 작다가 점차
증가하게 되므로 코일에 흐르는 전류
의 세기는 반대로 처음에는 강하나 점
점 작아지게 된다.
 AC 솔레노이드에서는 전압이 인가될
때의 많은 전류가 흐르게 되는데 이 전
류를 돌입 전류라 하고, 솔레노이드 밸
브가 완전히 작동되었을 때의 전류를
유지 전류(holding current)라 한다.
 돌입 전류의 세기는 밸브의 종류에 따
라 다르지만 일반적으로 유지 전류의
10배 이상이 된다.
AC 솔레노이드의 전류 특성
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스파크 방지회로
 DC 솔레노이드는 AC 솔레노이드 보다 작동이 부드럽고 전압 변화에 둔
감하고 열이 덜 발생되는 장점은 있으나, 코일에 통하는 전류를 차단하
면 코일에 저장되어 있던 자장 에너지가 순간적으로 방출되게 되어 강
한 역 기전력이 발생된다.
 이 역 기전력에 의하여 코일에 전류를 공급하는 접점에서 강한 스파크
(spark)가 발생되어 스위치의 접점 용량이 작은 경우에는 접점이 융착
되어 달라 붙을 수도 있게 된다.
 이러한 스파크 현상이 발생되어도 솔레노이드 밸브 자체에는 큰 영향이
없으나 스위치의 접점이 손상을 입을 수 있어 전체 시스템의 수명과 신
뢰성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
 따라서 DC 솔레노이드를 사용할 때는 이러한 스파크가 발생되지 않도
록 스파크 방지회로를 채택해 주어야 한다.
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여러 가지 스파크 방지 회로
저항 이용 법
제너 다이오드 이용 법
R-C 이용 법
바리스터 이용 법
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다이오드 이용 법
논리제어 회로Ⅰ
+ 2 4V
S1
H1
0V
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 AND 회로
여러 개의 입력이 있을 때 모든 입력이 존재할 때에만 출력이
나타나는 회로
PB1
PB1
1
PB2
PB2
R1
R1
2
L
R1
PB1 PB2
0
0
0
1
1
0
1
1
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R1
0
0
0
1
 OR 회로
여러 개의 입력이 있을 때 그 중 하나 혹은 그 이상의 입력이 존재할
때에만 출력이 나타나는 회로
PB1
PB2
PB1
1
R1
R1
PB2
2
3
R1
L
PB1 PB2
0
0
0
1
1
0
1
1
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R1
0
1
1
1
논리 제어 회로 Ⅱ
2 4V d .c .
S1
S4
S2
S5
S3
H1
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 시퀀스회로해석
※ PB : OFF
2
1
+24V
3
K1
PB
K1
A
A
K1
Y1
Y2
0V
Y1
Y2
P
a
b
2
3
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B
R
※ PB : ON
2
1
+24V
3
K1
PB
K1
A
A
K1
Y1
Y2
0V
Y1
Y2
P
a
b
2
3
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B
R
1. 전등을 켜라 또는 꺼라하는 신호, 명령은 두가지 동작 상태 뿐이
다.
2. 이와 같은 신호를 2진 신호라고 하며, 시퀀스 제어의 동작 신호는
전부 이 2진 신호로 이루어진다.
3. 일반적으로 어떤 2진 신호군에서 새로운 2진 신호군을 얻는 것을
논리 연산 (logical operation)이라 하고, 기본 논리 연산에는
AND, OR, NOT의 3종류가 있으며 이들 3종류의 논리 연산들을
조합하는데 따라 어떤 시점에 대한 논리연산이 이루어진다.
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입 력 출력
A
C
B
AND 회로
PB 1
PB 2
L
OR 회로
PB 1
L
PB 2
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
기
A
C
B
입 력 출력
A
C
B
0
1
0
1
성남기능대학 (무단복제를 금함)
0
0
1
1
0
1
1
1
호
기
호
A
C
B
NOT 회로
PB 1
입력 출력
A
C
L
0
1
1
0
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기
A
호
C
 시퀀스도 작성시 기본 원칙
횡서
종서
전원 모선
수평 평행
수직 평행
전기기호
위에서 아래로
좌에서 우로
스위치, 검출기 및 접점
회로의 위쪽
회로의 좌측
릴레이 코일, 솔레노이드, 표시기
회로의 아래쪽
회로의 우측
회로의 전개와 기계의 동작 순서
좌에서 우로
위에서 아래로
회로도의 기호는 동작전의 상태 혹은 조작하는 힘이 가해지지 않은
상태로 표시한다.
선 번호 및 릴레이 접점 번호 등을 표시하여 회로도의 판독 및 수정을
용이하게 한다.
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 시퀀스도의 표현 방식(횡서 방식)
동작흐름
1
2
PB1
신
호
흐
름
3
4
R1
LS1
R2
R1
R4
PB2
R1
a b
2
3
L
R2
a b
4
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 시퀀스도의 표현 방식(종서 방식)
PB1
PB2
1
R1
R1
L
2
LS1
3
R1
R4
R2
R2
4
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단동실린더 제어
SO L1
PB 1
SO L1
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편 sol. v/v를 이용한 복동실린더 제어
회로도 1
SO L1
PB 1
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SO L1
양 sol. v/v를 이용한 복동실린더의
제어
회로도 1
SO L1
SO L2
PB 1
SO L1
PB 2
SO L2
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 자기 유지 회로
일종의 메모리 기능으로 릴레이는 자기 자신의 접점으로 자기유지
회로를 구성한다.
PB1
1
PB2
R1
R1
PB2
2
3
PB1
R1
R1
L
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자기 유지를 이용한 실린더 제어Ⅰ
A
LS 1
SO L1
PB 1
LS 1
CR 1
CR 1
CR 1
SO L1
편솔레노이드 밸브를 이용한 복동실린더의 왕복운동제어
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자기 유지를 이용한 실린더 제어Ⅱ
A
LS 1
SO L1
PB 1
LS 2
SO L2
CR 2
CR 1
CR 1
LS 2
CR 2
CR 2
LS 1
CR 3
4/3-way 밸브를
CR 3
CR 1
SO L1
이용한 복동 실린더
CR 3
SO L2
의 왕복운동 제어
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자기유지 회로 (ON 우선회로)
 그림에서 릴레이 <CR1>은 ON 누름 버튼
을 통하여 전류가 공급되어 지면 상태는
바뀌며 ON누름 버튼을 놓아도 릴레이
<CR1>에는 전류가 남아있다.
1
2
13
K1
S1O N
14
 즉, ON 누름버튼에 의해서 작동된 릴레이
<CR1>은 OFF 누름 버튼이 눌려지기 전까
지 계속 작동된 상태로 남아 있게 된다.
S 2 O FF
A1
 ‘ON 우선 회로’에서는 OFF 누름버튼이 릴
레이 <CR1>의 정상 상태 열림의 접점과
직렬로 연결되어 있다.
 이와 같은 경우에는 ON 누름 버튼과 OFF
누름 버튼을 동시에 눌렀을 때 릴레이
<CR1>은 여자된다.
따라서 이를 ON 우선 회로라 한다.
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K1
A2
PB 1 O N
CR 1
CR 1
PB 2 O F F
자기유지 회로 (OFF 우선회로)
1
 그림에서 OFF 누름 버튼은 ON 누름 버튼
과 직렬로 연결되어 있다.
2
13
K1
S1O N
14
 회로의 동작은 ON 우선 회로와 마찬가지
방법으로 동작한다.
 그러나 ON 누름 버튼과 OFF 누름 버튼이
동시에 눌려지면 릴레이<CR1>은 동작하
지 않게 된다.
S 2 O FF
A1
K1
A2
 따라서 OFF 누름 버튼이 우선권을 가진
OFF 우선 회로라 한다.
PB 1 O N
PB 2 O F F
CR 1
CR 1
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 인터 록 회로
•
기기의 동작을 나타내는 점점을 사용하여 관련된 기기의 동작을
금하는 회로이며, 선행 동작우선 회로라 한다.
•
즉, 릴레이의 b접점을 상대측 회로에 직렬로 연결하여 어느 한 릴
레이가 작동중일 때에는 관련된 다른 릴레이는 동작할 수 없도록
규제하게 된다.
PB1
R2
1
R1
PB2
2
R1
R2
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위치 제어용 센서를 이용한
실린더 제어
a
b
c
SO L 1
A1
K1
A1
K2
A2
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K1
K2
K2
K3
K3
A1
Y1
K3
A2
K1
A2
근접 센서
금속
유도형 센서
금속,
비금속
자 석
정전 용량형 센서
모든
물체
광전 센서
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전기 근접 스위치
유도형 센서
• 유도형 센서는 물리적인 값의 변화 즉, 자계를 이
용하여 검출하는 센서로 물체가 접근하면 진폭
이 감소하는 고주파 LC 발진기에 의해 센서표면
에 전자계를 형성하고 감지거리 이내에 의한 물
체가 감지되면 출력을 보낸다.
• 유도형 근접 센서의 주요 구성요소에는 발진회
로, 검파회로, 트리거 회로, 출력 회로가 있다.
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구조 및 동작 원리
①유도형 센서는 금속에만 반응하며 센서에 전원이 공급되면 LC 발진회
로에 의한 100~1000㎑의 고주파 자장이 검출헤드(발진 코일)에서
발진이 시작되고 이를 위한 일정 크기의 전류가 흐르게 된다.
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구조 및 동작 원리
①유도형 센서는 금속에만 반응하며 센서에 전원이 공급되면 LC 발진회
로에 의한 100~1000㎑의 고주파 자장이 검출헤드(발진 코일)에서 발
진이 시작되고 이를 위한 일정 크기의 전류가 흐르게 된다.
②이때 검출면에 금속성물질이 감지거리 이내에 접근하면 전자유도에 의
한 와전류가 도체 내에 발생되고, 이 영향으로 근접 센서의 발진 코일
로부터 전자계의 영향을 받아 유도에 의한 와전류(ecurrent)가 금속
체 내부에 발생하여 발진 에너지는 감소하여 발진 진폭의 감쇄를 가
져오게 된다.
③보통 유도형 센서는 감지 물체나 감지거리에 따라 비례적으로 발진진
폭의 감쇄가 나타나고 이 감쇄 현상은 검파 회로에 의해 포착되어 슈
미트트리거와 같은 파형 정형회로 등의 스위칭 출력이 2진 신호인
ON/OFF형태로 출력된다.
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구조 및 동작 원리
④이 센서의 발진은 LC 병렬공진 회로로 이루어지고 동작은 커페시터에
충전된 전압이 코일을 통해 방전하며 주기적으로 전류의 세기와 전
압이 바뀌는 형태로 전계 에너지가 자계에너지로 계속적, 반복적으로
변화한다.
⑤저항 성분이 없다면 감쇄없는 발진을 얻을 수 있어 증폭장치가 필요하
게 된다.
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용량형 근접 센서
•
유전율
용량형 근접 센서는 정전용량형 센서
(capacitive sensor)라고도 하며 전계중에
존재하는 물체 내의 전하 이동, 분리에 따
른 정전용량의 변화를 검출하는 것으로 센
서의 분극 현상을 이용하므로 플라스틱,
유리, 도자기, 목재와 같은 절연물과 물,
기름, 약물과 같은 액체도 검출이 가능하
다.
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구조 및 동작 원리
• 용량형 근접 센서는 유도형 센서의 원리와 비슷하나 검출회로는 전
극 판에서 고주파 전계를 발생시키는 고주파 발진회로로 물체 표면
에 전극이 배치되어 물체표면과 검출 전극판 표면에 분극 현상이 일
어나 정전용량이 증가되어 발진신호는 검파회로로 검파되고 트리거
회로를 거쳐 출력 회로에의해 출력된다.
• 이 센서는 검출 전극판을 분리하지 못하는 일체형으로 되어 있다.
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광 센서
 광 센서란 빛을 이용하여 물체 유무, 속도나 위치
검출, 레벨, 특정표시 식별등을 하는 곳에 사용되
며, 포토 센서(photo sensor) 또는 광학 센서
(optical sensor)라고도 한다. 광센서는 자외광에
서 적외광까지 넓은 영역에 걸쳐 광에너지를 검출
하며, 제어의 용이함 때문에 전기 신호로 변환되
는 경우가 많아 광기전력 표과형, 광도전 효과형,
광전자 방출형으로 분류하기도 한다.
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광 센서
① 광도전 효과형 : 카메라 조도계에 이용되는 황화카드뮴
센서(CdS)가 대표적으로 반도체에 빛이 닿으면 자유전자
와 정공이 증가하고 반도체의 저항변화에 의해 광량에 비
례한 전류가 증가하는 광도전 효과를 이용한 것이다.
② 광기전력 효과형 : P-N접합부에 발생하는 광기전력 효과
를 이용한 것으로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등이
있으며, 입사광을 유효하게 이용하기위해 표면에 반사 방
지층을 설치한다.
③ 광전자 방출형 : 미약광을 검출할 수 있는 것으로 응답속
도가 빨라 정밀 광계측 기기에 응용되는 광전자 증배관이
대표적이다.
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구조 및 동작원리
 광센서는 발광부(투광부)와 수광부로 나누어지게 되며
발광부에 의해 만들어진 신호를 전기적 신호로 변환하
는 장치이다.
 수광부의 응답은 파장의 종류에 따라 달라진다.
 빛은 전자파의 일종으로 입자성을 띤 파동이다.
 가시광의 영역은 보라색(약380nm)에서 빨간색(약
780nm)까지 좁은 부분이며, 주파수 영역은 1015Hz 범
위에 있다.
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구조 및 동작원리

또한 가시광선용과 적외선 및 레이저 센서 등으로 크게
구분된다.

구조적으로는 발광부와 수광부가 한 몸체로 구성된 확
산 반사형 센서(직접 반사형 diffuse sensor)와 회귀 반
사형 센서(거울 반사형 retro-reflective sensor), 서로
다른 몸체로 구성된 투과형 센서(분리형
throughbeam sensor)가 있다.

발광부는 적색광 또는 적외광을 방출하는데, 이들 빛은
직진, 굴절,집중, 간섭, 반사, 산란과 같은 광학적 현상
을 갖는다. 수광부는 이들 빛을 외란 광과 분리하여 받
아들인다.
성남기능대학 (무단복제를 금함)
구조 및 동작원리
투과 형 센서
회귀 반사형 센서
확산
성남기능대학
반사형
(무단복제를
센서 금함)
캐스케이드를 이용한
시퀀스 제어회로
1
2
3
4
5 = 1
1
LS 2
실린더 A
LS 1
0
1
실린더 B
LS 4
0
성남기능대학 (무단복제를 금함)
LS 3
유압 및 전기 회로도
A
Y1
B
S2
S1
Y3
Y2
1
2
S5
S TA R T
3
K1
4
5
Y4
6
7
8
K1
K1
1
S1
2
S4
S2
S3
A1
K1
Y1
Y3
A2
a
b
2
7
4
S3
성남기능대학 (무단복제를 금함)
Y4
Y2
S4
2단계의 제어 회로도
A
Y1
Y3
Y2
S5
S TAR T
K1
K1
1
S1
2
A1
K1
B
S2
S1
Y1
성남기능대학
(무단복제를 금함)
A2
S3
Y4
K1
S4
3단계의 제어 회로도
A
Y1
B
S2
S1
Y3
Y2
S5
S T AR T
K1
1
S1
2
S2
A1
K1
Y1
Y4
K1
K1
Y3
성남기능대학
(무단복제를 금함)
A2
S3
S4
4단계의 제어 회로도
성남기능대학 (무단복제를 금함)
완성된 회로도
A
Y1
B
S2
S1
Y3
Y2
1
2
S5
S TA R T
3
K1
4
5
Y4
6
7
8
K1
K1
1
S1
2
S4
S2
S3
A1
K1
Y1
Y3
Y4
A2
a
b
2
7
4
S3
성남기능대학 (무단복제를 금함)
Y2
S4