ST-062TC4/RP 제품번호 : OCS-044 1. 개요 ST-061TC4/RP은원칩솔루션스 SemiTemp 시리즈 ST-061TC4/RP의후속모델로 RS232또는 RS485를통해제어되는 4점 PID온도컨트롤러입니다. 센서는 Thermocouple K Type을사용합니다. 출력으로는 SSR 구동을위한 8~35V DC 출력 4점이준비되어있고, 저렴한 SSR을구동하니 TPR을사용함으로써발생하는비용적인부담을줄일수있습니다. DIP스위치를통하여국번설정과히팅 / 쿨링모드설정이가능합니다. 통신을통해해당국번의주소에 PID값을전송함으로서 4점의 PID모듈을동작시킬수있습니다. 통신프로토콜은 LG-BUS방식을채택해 LG-PLC에서인버터를사용하듯이사용할수있도록되어있어사용이용이합니다. 설치편리성을고려한터미널과 DIN레인마운트가능한보드디자인, 채널별상태표시램프, SSR출력의 + 커먼 (Common) 배선그리고레지스터연속읽고쓰기가가능해졌습니다 2. 일반사항입력전압 : DC 8~35V 입력센서 : 써머커플 K Type( 받드시절연타입사용 ) 디스플레이 : TSD-5B 사용가능 ( 옵션 ), 4Ch 각점당현재온도와설정값표기온도출력 : SSR 출력 DC8~35V 인터페이스 : RS485 / RS232 (Dip Sw에의해설정 ), Baud 19200/9600( 선택가능 ), 8, N, 1 프로토콜 : LG-BUS 3. 외관및치수 원칩솔루션스 P.1
4. 국번설정및 Baud Rate설정장치에 ID라고인쇄된 DIP스위치 1개로 Baud Rate를설정하고나머지 3개를이용하여국번 (0~7번까지최대 8국번설정가능 ) 을설정합니다. On Off 설명 Sw1 9600 19200 Baud 설정 Sw2 4 0 국번 = 설정된 SW값의합 Sw3 2 0 Sw4 1 0 ex) Sw 2,4 On / Sw 3 Off 의경우 4+0+1 = 5 국번 : 5 ID설정에대해부가설명을하자면 Dip SW 2~4은 2진법을사용하여설정합니다. 5. 히팅 / 쿨링설정장치오른쪽코너에있는 DIP스위치는냉각모드설정용 DIP스위치로서 On시에해당채널이냉각모드로동작하게됩니다. \ On Off Sw1 Cooling Heating Sw2 Cooling Heating Sw3 Cooling Heating Sw4 Cooling Heating \ 6. SSR출력다른 PID제어기기의대부분이 4~20mA출력을내는데반에 ST-061TC4/RP는직접적인온도제어를위한 SSR 출력을기본출력으로하고있습니다. 연결은 SSR출력단자의 +,-단자를 SSR의 +,-단자에 1:1로연결하시면됩니다. 아래도왼쪽도면은출력회로의일부입니다. 간혹 SSR의경우 TR의누설전류에반응해 OFF시에도복귀가되지않는경우가있습니다. 그러할경우오른쪽회로와같이 SSR의양단에적절한브리더저항을연결하시기바랍니다. 판넬제작시 Common배선을하실경우에는 + 단자를 Common하시길바랍니다. -단자가제어를담당하기때문입니다. 브리더저항 + - 원칩솔루션스 P.2
7. 장치메모리주소내용 주소 (Word) 입력가능범위 ( 단위 ) 주소명설명 0x00 00 250(ms) 응답시간 느린 Host Device를위한응답시간지연변수입니다. 기본 0입니다. 채널 1 0x01 01 0~450 (1 C) 현재값 현재온도입니다. 1도단위입니다. 0x01 02 0~430 (1 C) 설정값설정온도입니다. 1 도단위설정가능합니다. 0x01 03 0~120(s) 제어주기제어주기로서최대 120 초까지설정가능합니다. 설정온도에서출력량비입니다. 1% 단위입력가능 0x01 04 0~100(%) 설정온도에서유지비대부분 50% 이하에서사용합니다. 0x01 05 0~999( C) 비례대비례대역으로서 1도단위입니다. 0x01 06 0~3600(s) 적분시간적분시간으로서 0~3600 초까지입력가능합니다. 0x01 07 0~3600(s) 미분시간미분시간으로서 0~3600 초까지입려가능합니다. 0x01 08 0 / 1 On/Off 0은제어 OFF, 1은제어 ON 채널 2 0x02 01 0~450 (1 C) 현재값 0x02 02 0~430 (1 C) 설정값 0x02 03 0~120(s) 제어주기 0x02 04 0~100(%) 설정온도에서유지비 0x02 05 0~999( C) 비례대 0x02 06 0~3600(s) 적분시간 0x02 07 0~3600(s) 미분시간 0x02 08 0 / 1 On/Off 채널 3 0x03 01 0~450 (1 C) 현재값 0x03 02 0~430 (1 C) 설정값 0x03 03 0~120(s) 제어주기 0x03 04 0~100(%) 설정온도에서유지비 0x03 05 0~999( C) 비례대 0x03 06 0~3600(s) 적분시간 0x03 07 0~3600(s) 미분시간 0x03 08 0 / 1 On/Off 채널 4 0x04 01 0~450 (1 C) 현재값 0x04 02 0~430 (1 C) 설정값 0x04 03 0~120(s) 제어주기 0x04 04 0~100(%) 설정온도에서유지비 0x04 05 0~999( C) 비례대 0x04 06 0~3600(s) 적분시간 0x04 07 0~3600(s) 미분시간 0x04 08 0 / 1 On/Off 채널 2,3,4는채널 1의내용과동일함으로설명을생략하였습니다. 각각의파라미터에대한자세한설명은 Page 6의 9. 온도제어에대한간단한이해편을참조하시기바랍니다. 원칩솔루션스 P.3
8. 제어방법 PLC나마이컴에서해당번지에 RS485또는 RS232통신으로주기적으로 PID값을보내는방식으로설정이가능합니다. 허나항상해당채널설정은각채널별로 8개의파라미터 ( 응답시간제외 ) 모두전송을해야설정값이적용이된다는것을숙지하시기바랍니다. LG-PLC 유저중인버터모드가지원되는 PLC의경우 ST-061TC4/RP가인버터로에물레이션이되기에전송방식은다음에안내되는통신프로토콜부분을참조바랍니다. On/Off제어를하시고싶으신분은 Sv출력량은 0%, 적분시간은 0, 미분시간 0 으로설정하시고비례대를조정하시면적절한 On/Off제어가가능합니다. 예 ) On/Off 제어 50 도에조절감도 2 도일경우비례대 2, 유지비 0%, 적분시간 0, 미분시간 0 으로설정하면 48 도에서히터출력 On 50 도에서히터출력 OFF 가됩니다. 예 ) 초기기동시 ( 전원 On 시 ) 장치는 Off 상태, 제어온도가 1 단계일경우 제어순서 1 2 3 내용파워 On( 제어 Off 상태 ) On명령을포함 PID파라미터모두전송 PID 제어동작 (On) 예 ) 초기기동시 ( 전원 On시 ) 장치는 Off상태, 제어온도가 2단계일경우 (1단계 100도, 2단계 200도 ) 1단계온도 100 2단계진입제어순서 1 2 3 4 5 해당채널의 On명령을포함해당채널의 On명령을파워On 100도 200도내용 PID파라미터 8개모두포함 PID파라미터 8개 ( 제어 Off 상태 ) 제어동작중제어동작전송 (100도) 모두전송 (200도) 통신프로토콜 RS232, RS485 둘다아래의프로토콜을따릅니다. 통신파라미터 항 목 사 양 통신방식 RS232, RS485 : 19200/9600 bps, N, 8, 1 전송형태 LG BUS 호환멀티드롭링크시스템 인버터호환형명 SV-iG5 Series 통신과호환 연결대수 최대 8대 ( 총 32점 ) LG PLC MasterK 120S와 200S와 Glofa GM7U 제품에서인버터통신을별도로지원함으로서쉽게응용이가능합니다. 쓰기명령형식예 ( 국번 04 로가정 ) ENQ 국번명령주소개수데이터 1, 데이터 2.. 데이터 8 SUM EOT ENQ 0 4 W 0 2 0 1 X 0 0 F 5...... x x EOT 국번 4 번쓰기주소 1 번지에 1~8 데이타값 hex 00F5.... *note1 ST-061TC4/RP --> PLC ACK 국번명령데이타값 SUM EOT ACK 0 4 W X X X X X X EOT 국번 4 번쓰기데이타값 XXXX SUM XX * note 1 : SUM 값은제어신호를제외한데이터의아스키코드값을모두더한값의하위바이트를 ASCII 코드로보냅니다 원칩솔루션스 P.4
Semi_IO 읽기명령형식예 ( 국번 04 로가정 ) ENQ 국번명령주소개수 (n) SUM EOT ENQ 0 4 R 0 1 0 1 1~8 X X EOT 국번4번읽기 1번채널의 1번지값을 X PLC--> Semi_IO ST-061TC4/RP --> PLC ACK 국번명령데이터 *n SUM EOT ACK 0 4 R X X X X X X EOT 국번 4 번읽기요구한데이터개수만큼 SUM XX 읽기명령은장치로부터응답이요구되며응답은 ACK신호를선두로시작해 EOT로끝납니다. 응답시간은주소 0x0000 번지의값에따라조절이가능합니다. 예 1. 국번 4 의 1 번채널에설정값 100 을전송하는예 ENQ 국번명령주소갯수데이타 SUM EOT ENQ 0 4 W 0 1 0 2 1 0 0 6 4 7 9 EOT Check Sum: 제어신호를제외한데이터의아스키코드값을모두다한다. 0+4+W+0+1+0+2+1+0+0+6+4의각각의아스키코드값의합 : - > 0x30+0x34+0x57+0x30+0x31+0x30+0x32+0x31+0x30+0x30+0x36+0x34 = 279 -> Sum: 79 예 2. 국번 1 의 1 번채널의현재값을읽어오는명령과응답으로현재값 100 도를읽는예 ENQ 국번명령주소개수 SUM EOT ENQ 0 1 R 0 1 0 1 1 A 6 EOT PLC--> Semi_IO 국번4번읽기 1번채널의 1번지값을 Check Sum: 제어신호를제외한데이터의아스키코드값을모두다한다. 0+1+R+0+1+0+1+1의각각의아스키코드값의합 : - > 0x30+0x31+0x52+0x30 +0x31+0x30+0x31+0x31 = 1A6 -> Sum: A6 ACK 국번명령데이타값 SUM EOT ST-061TC4/RP --> PLC ACK 0 1 R 0 0 6 6 X X EOT 국번1번읽기데이타값 100도 SUM XX 예 3. 국번 1 의응답지연을 20ms 줄때 ENQ 국번명령주소갯수데이타 SUM EOT ENQ 0 1 W 0 0 0 0 1 0 0 1 4 6 E EOT Check Sum: 제어신호를제외한데이터의아스키코드값을모두다한다. 0+1+W+0+0+0+0+1+0+0+1+4의각각의아스키코드값의합 : - > 0x30+0x31+0x57+0x30+0x30+0x30+0x30+0x31+0x30+0x30+0x31+0x34 = 26E -> Sum: 6E LG-PLC Master-K 200,120s의경우통신파라미터설정에서 INVERTER로설정하시고각채널별로송수신포한 8개의 PID파리미터를목록에등록하시면간편하게구동하실수있습니다. 예를들어현재값읽기와 PID 파라미터쓰기연속 7개를한번에등록하면링크0 리스트에각채널별로 2개씩만등록하여도됩니다. 9. 디스플레이 ST-061TC4/RP는각채널별로 FND디스플레이를지원합니다. 원칩솔루션스디스플레이제품 TSD-5B모델을사용할수있습니다. 보드상단의갈색단자 2개가디스플레이를위해마련되어있습니다. TSD-5B의주소는채널 1번부터 0x70,0x72,0x76,0x78 로각각설정하시면됩니다. 상단은현재값하단은설정값이렇게표시가됩니다. 원칩솔루션스 P.5
9. 온도제어에대한간단한이해온도제어에있어서는최적제어를하기위해온도조절기와제어대상열적특성에대해충분히알아둘필요가있습니다. 예를들어제어대상의허용가능한온도범위, 제어대상의열용량, 히터의가열능력, 히터의가열에따른피가열체의열응답특성및가열초기의급상승특성그리고외란의영향에대해충분히고려를해야합니다. ON/OFF제어현재온도 (PV) 가설정치 (SV) 보다낮을때는출력이 On, 높을때는출력이 Off하는방식으로초기전원투입시설정치를넘는양을오버슈트라하며일정한주기를갖고오르락내리락하는것을헌팅이라합니다. 그림에서보시는것과같이 On/Off제어에서는 On/Off주기와에따라서헌팅이지속됩니다. 따라서정밀제어에는적합하지않습니다. 조절감도 ( 히스테리시스 ) On/Off 제어에서설정치에서만 On/Off동작을하면현재온도가설정치부근에서오르락내리락할때 On/Off동작이빈번히발생해히터나, 출력용릴레이에무리를줄수가있어이런것을방지하기위해 On/Off가되는구간을두어이것을조절감도또는히스테리시스라고합니다. 비례제어 (Proportional Control) 비례대내에서설정치와현재온도의편차에비례하는조작량을출력하는제어동작입니다. 비례대라는것은그림과같이설정온도와현재온도와의편차에비례하여출력량을조절하는영역을말합니다. 현재온도가 A지점을넘어서면서비례량에따라출력이조절됩니다. 현재온도가설정치에도달하면조작량은 50% 가되는것을참고그래프에도시하였습니다. 원칩솔루션스 P.6
허나 ST-061TC4/RP의경우설정치에서출력량이기본 50% 에서히터의용량이나기본적인대기온도에의한외란의영향에따라 1~100% 까지조절가능하도록설계되었습니다. 따라서다음에나오는설정온도에서유지비값을조절하면서이것이가능합니다. 이것은 ST-061TC4/RP이 4~20mA출력이아니라 SSR출력이기에 TPR의출력스케일링기능을컨트롤러자체에서지원하는것입니다. 비례대를넓게설정할경우 : 설정치보다훨씬낮은온도또는높은온도에서비례제어가시작됨으로서현재온도가설정치에도달하는시간길어지게되며오프셋또한커지게됩니다. 비례대를좁게설정할경우 : 설정치에근접해서제어출력이 On/Off동작을하므로현재온도가설정치에도달하는시간이짧고오프셋도작아지지만헌팅현상이발생하기쉽습니다. 오프셋 (Offset) 비례제어동작에서는제어대상의열용량, 히터용량등에의해제어온도가안정상태에도달하여도설정치에대하여일정한오차가위또는아래에발생하게됩니다. 이오차를정상오프셋이라부르며비례제어에서만나타나게됩니다. 비례주기 ( 제어주기 ) 비례주기또는제어주기라는것은조량량을출력하는경우현재온도의변화에따른조작량이갱신되는주기를말하며출력은비례주기내에서일정시간동안 On을유지하고 Off가되어출력량을조절하게됩니다. ST-061TC4/RP의경우비례주기를 1~120s까지가변할수있습니다. 원칩솔루션스 P.7
적분제어 (Integral Control) 비례제어에서는제어온도가설정치까지근접할수있으나정상오프셋이발생할수있으며이것을유저가직접리셋볼륨을이용하거나해서제거해주어야하나이것을적분제어를통하여자동으로오프셋을제거해줍니다. 그러나외란의영향또는급격한온도변화에대해서는제어온도가안정될때까지시간이걸리는단점이있습니다. 적분시간을짧게할경우 : 오차에대해적분동작이잦아져오프셋을빠른시간내없앨수있지만오히려헌팅이발생할수있습니다. 적분시간을길게할경우 : 적분동작주기가길어져수정동작이약해지며오프셋을없애는시간이늦어집니다. 미분제어 (Derivative Crontrol) 온도변화의기울기에비례하는수정동작을행합니다. 따라서외란에의한급격한온도변화에대한빠른응답이가능하며, 단시간내에제어를안정시킵니다. 미분시간을짧게할경우 : 수정동작이약해져서급격한온도변화에대한응답이늦어집니다. 미분시간을길게할경우 : 수정동작이강해져온도변화에때한응답이빨라지게됩니다. 또한급격한온도상승을억제하는움직임이강해지기때문에온도상승시간을길어지지만오버슈트를줄여줍니다. 원칩솔루션스 P.8
PID제어 PID제어는비례제어, 적분제어, 미분제어를합친것으로, 지연시간을가진제어대상에도뛰어난제어결과를나타냅니다, 간단히말하면비례제어 (P) 에서오버슈트나헌팅이없는부드러운제어를행하고, 적분동작 (I) 으로오프셋 (offset) 을자동적으로수정하고, 미분동작 (D) 으로외란에대한응답을빠르게할수있으므로 PID 제어를이용하면이상적인온도제어를행하는것이가능합니다. 여기까지온도제어에관련된간단한기초이론을알아보았습니다. PID파라미터값은제어하고자하는대상의열특성과히터의특성주변온도등의요소에의해적절히선택되어져야하며또한설정온도의변화에의해서도파라미터값은적절히변경설정되어야합니다. 예를들어 100도에맞춰진파라미터값은 200도를유지하기위해서는또다시적절한 PID값으로설정이되어야한다는것입니다. 그렇지않을경우온도응답특성이나헌팅이심해질수있습니다. 최근수정일 : 2007.07.12 원칩솔루션스 P.9