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[기계공학응용실험] 9장 DC 서보 모터 제어 실험

실험결과1. 실험목적이번 장에서는 첫 번째 다양한 모터와 센서들의 유기적인 조합으로 동작하는 구동체를 제어하고 운영함으로써 로봇의 구동 및 응용ㅇ을 매뉴얼제어와 프로그래밍 제어를 통하여 실습을 수행하도록 한다. 두 번째 여러 개의 Servo 모터를 이용하여 다관절형 로봇을 제어하고, 압력센서를 이용하여 촉각을 구사한다. 이는 인체의 손목의 관절과 같은 형태의 로봇을 제어할 수 있는 지식을 습득하고 매뉴얼 및 프로그래밍을 통하여 제어해보도록 한다.4관절 구동체는 사람의 팔을 형상화 한 것으로, 움직임을 서보모터를 이용하여 관절을 제어하고 센서의 값을 Text LCD에 출력해보도록 하겠다. 또한 UART를 통하여 PC에서 다관절 구동체를 제어해 보기로 할 것이다. 프로그램제어시 제어해야할 모터에 특성 및 제어방법을 할기위해서는 모터의 구성 및 특성을 정확히 숙지해야 한다.2. 실험내용1) 바퀴구동체 실습(1) 매뉴얼 제어실습바퀴구동체의 매뉴얼 테스트를 통하여 모터 및 센서의 원리를 미리 학습해보기로한다. 본 실습에서는 모터들의 유기적인 조합으로 이루어진 바퀴구동체 기능 및 제어에 대해 학습할 수 있다.① Forward/Backward On하여 전진과 후진을 수행한다.② Left 스위치를 On하여 조향장치의 좌회전을 수행한다.③ Right 스위치를 On하여 조향장치의 우회전을 수행한다.④ 좌우 바퀴구동과 조향장치 구동을 확인하였으면, Left, Right 스위치, Main 스튀치를 OFF한다.(2) 프로그래밍 제어실습① 모든 상태는 매뉴얼제어 실습 상태로 유지한다.② Robo-Leg Module의 Auto/User 스위치 상태를 User상태로 유지한다.③ UART로 PC와 통신하여 프로그램을 입력한다.④ PC의 하이퍼터미널을 이용하여 Module과 통신하여 매뉴얼 제어실습에서의 실습을 똑같이 해본다.2) 다관절 구동체 실습(1) 매뉴얼 제어실습다관절 구동체의 매뉴얼 테스트를 통하여 모터 및 센서의 원리를 미리 학습해보기로 하자. 본 실습에서는 다관절구동체의 DC모터의 회전 및 가속도 및 압력 센서원리를 학습할 수 있다.① M1(좌우운동)관절 동작을 수행하기 위해서 M1스위치를 On 시킨다.② M1(좌우운동)관절 멈춤동작을 수행하기 위해서 M1스위치를 Off시킨다.③ M2(상하운동)관절 동작을 수행하기 위해서 M2스위치를 On시킨다.④ M2(상하운동)관절 멈춤동작을 수행하기 위해서 M2스위치를 Off시킨다.⑤ M3(좌우운동)관절 동작을 수행하기 위해서 M3스위치를 On시킨다.⑥ M3(좌우운동)관절 멈춤동작을 수행하기 위해서 M3스위치를 Off시킨다.⑦ M4(압력조절운동)관절 동작을 수행하기 위해서 M4스위치를 On시킨다. 임의의 물건을 잡아 M4스위치를 Off해봄으로써 압력조절운동을 확인하고, 그때의 Text LCD상의 압력센서의 값을 확인한다.⑧ 다관절동작실험을 위해 M1, M2, M3, M4 스위치를 개별적으로 On/Off하여 구동을 확인한다.(2) 프로그래밍 제어실습① 모든 상태는 매뉴얼모드로 유지한다.② Robo ARM Module의 Auto/User 스위치 상태를 User상태로 유지한다.③ UART를 통하여 PC와 통신하여 프로그램을 입력한다.④ PC의 하이퍼터미널을 이용하여 Module과 통신하여 매뉴얼 제어실습에서의 실습을 똑같이 해본다.3. 실험결과1) 모터의 토크를 결정하는 식을 유도하시오.전류에 의한 전하의 속도를, 자장의 세기를라고 하면, 이 때 발생하는 Lorentz 힘는으로 정의된다.여기서, 전하의 속도를 전기자 코일의 길이에 따른 거리를 이용하여로 나타내면,이고, 이 식에서는 전기자에 흐르는 전류이다. 이 때, 전기자 코일의 길이까지에 의해 발생하는 힘는와 같이 표현된다.따라서 자계와 수직인 방향으로 전기자 코일에 전류를 흘렸을 때의 힘의 크기는와 같다.마찬가지로 전기자 코일에 반대방향의 전류를 흘렸을 경우에는 반대방향의 힘이 생기며, 이 두 힘에 의해 토크가 발생 하고 그 식은이다. 여기서는 자기력,은 축 중심에서 코일까지의 거리, 그리고는 토크상수를 의미한다.이제 전기자 코일이만큼 회전했을 때 발생되는 토크에 대하여 생각하기로 한다. 이 경우에는 토크가와 같이 표현된다.2) DC 서보모터를 제어하기 위한 듀티비(Duty Ratio)와 모터 이동각의 함수를 구해본다.듀티비(Duty Ratio)란 High 신호와 Low 신호의 비를 의미하고, 이 펄스의 듀티비에 의해 모터의 이동각이 결정된다. 서보모터는 -90도 ~ 90도까지 움직이며,?총 180도를 움직일 수 있고 해당 듀티비의 펄스를 계속 입력하면, 그 각도를 계속 유지한다.RC서보모터 제어의 경우에는 그냥 펄스폭만 맞춰주면 0도에서 180도 사이로 움직인다.각도 제어 방식은 위의 그림에서 보여 주듯이 High 0.7ms, Low 10ms로 출력핀으로 계속 신호를 주면, 서보모터의 각이 -90도를 유지하며 정지하고, High 1.5ms, Low 10ms로 출력핀으로 계속 신호를 주면,?서보모터의 각이 0도를 유지하며 정지한다. 또 High 2.3ms, Low 10ms로 출력핀으로 계속 신호를 주면, 서보모터의 각이 90도를 유지하며 정지한다.4. 고찰이번 실험은 각 실험모듈을 통하여 DC서보모터의 특성을 파악하고, 제어의 기본개념을 잡아보는 실험이었습니다. 총 세가지의 실험을 하였는데 바퀴구동체, 다관절 구동체를 UART통신과 하이퍼터미널을 이용하여 컴퓨터로 움직임을 제어하고, 압력센서를 통하여 로봇팔의 움직임을 알아보는 실험이었습니다. 먼저 바퀴구동체의 경우 구동체의 각도와 양쪽바퀴의 회전방향 및 속도를 제어할수 있었습니다. 이는 다리로 움직이는 로봇이 아닌, 바퀴로 움직이는 로봇들, 즉, 청소로봇 등에 사용되고 있는 방식이었습니다. 다음으로 다관절 구동체의 경우 로봇팔에 부착된 4개의 모터를 각각 제어하여 실제 사람의 팔과 유사한 움직임을 제어 할수 있음을 확인하였습니다. 각각의 모터의 각도를 제어하여 원하는 위치로 이동이 가능하며, 이는 자동차 산업의 로봇들에서 주로 볼수 있는 방식과 유사하였습니다. 그리고 다관절 구동체실험과 압력센서를 통한 제어를 같이 수행하였는데, 프로그래밍상 일정크기 이상의 신호를 압력센서가 받으면 로봇팔의 집게부분이 정지되게 되었는데, 이를 이용하여 달걀이나 부서지기 쉬운 물체들도 로봇이 감지하여 쉽게 잡을수 있었습니다.

공학/기술| 2010.12.11| 4페이지| 1,500원| 조회(364)

부산대, dc, DC서보모터, 9장, 기계공학응용실험, 4관절, 구동체

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[기계공학응용실험] 8장 기초 진동 실험

1. 실험목적진동 실험은 이론적 해석이 어려운 동역학 시스템을 해석하거나 이론적 해석법과 병행하여 상호 보완적으로 사용된다. 본 실험에서는 1 자유도 강체보 진동계의 자유진동, 강제진동 실험과 질량체가 달린 외팔보로 구성된 단순 진동구조물의 충격 가진 실험을 통하여 이론적으로 습득한 역학구조물의 진동 특성에 관한 관념적 이해를 실제적으로 체험함으로써 진동계의 동적 거동 특성에 대한 이해를 명확하게 한다. 또한, 진동계의 시간역 진동 특성과 주파수역 진동 특성을 실험적으로 해석하는 과정을 통해 진동계의 가진, 가진력 및 응답신호의 취득, 신호 처리 방법 및 진동계 해석에 필요한 기초 실험장치의 사용법과 개념들을 체험적으로 익히게 한다.2. 실험내용 및 이론적 배경(1) 실험내용본 실험에서는 그림8.1 에서 보여주는 강체보와 스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1자유도 진동구조물의 자유진동과 강제진동 특성을 실험적으로 측정하고 분석한다. 자유진동 실험에서는 강체보에 초기 처짐 변위를 부과하여 자유진동 응답을 발생시켜서 진동주기와 진동파형을 측정한다. 강제진동 실험에서는 보에 설치된 가진 모터를 작동하여 불평형 관성력에 의한 조화 가진력을 발생시켜 진동계를 가진시키고, 그에 따른 조화가진 응답을 측정,분석한다. 자유진동 실험에서는 고유진동수와 감쇠비를 구하고 이 직접 측정 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량관성모멘트, 스프링 상수, 감쇠값을 구한다. 그리고 강제진동 실험에서는 동확대율(magnification factor) 및 위상각(phase)을 측정하고, 이로부터 고유진동수와 감쇠비를 구한다.그림 8.1 강체보 1 자유도 진동계(2) 이론적 배경1) 자유진동자유진동은 가진 모터를 정지 상태에서 강체보에 초기 각변위와 초기각속도가 주어질 때 발생하는 진동계의 관성, 강성, 그리고 감쇠값에 의해서 결정되는 고유진동 현상이다. 모터가 정지상태이므로 자유진동 운동방정식은이 된다. 이 진동계의 자유진동은 질량관성모멘트, 회전강성, 감쇠값의 상대적 크기에 따라 과감쇠, 임계감쇠, 또는 부족감쇠의 서로 다른 진동 형태를 보인다. 초기 각변위(0) =를 주었을 경우, 과감쇠, 부족감쇠, 그리고 임계감쇠 자유진동은 다음 식들로 나타난다.부족감쇠 자유진동 :임계감쇠 자유진동 :과감쇠 자유진동 :여기서,는 고유진동수,는 감쇠비이다.자유진동 실험을 통해서 진동 주기와 진폭 감소율을 측정할 수 있다. 이 직접 측정 자료를 사용하여 진동계의 고유진동 특성, 즉 고유진동수과 감쇠비를 찾아낼 수 있다. 자유진동 실험을 통해 고유진동수를 측정하려면 반드시 부족감쇠 조건으로 진동실험을 해야한다. 이 때, 측정된 진동수는 감쇠고유진동수(Hz)이고, 이것을 원주파수(circular frequency)로 표현하면(rad/s)이 된다. 이 관계식으로부터 비감쇠고유진동수을 구하려면 감쇠비를 알아야한다. 감쇠비는 자유진동 진폭의 대수감쇠율(logarithmic decrement)을 측정하여 구할 수 있다. 대수감소율은 부족감쇠진동의 인접진폭비를 자연 로그값으로 변환한 값으로, 다음 식으로 계산한다.여기서는번째 진폭,은번째 진폭이다. 이 값을 이용하여 감쇠비를 다음 식으로 계산한다.측정한와 계산된를 다음 식에 대입하여 고유진동수을 구한다.(rad/s)2) 강제 진동조화가진모멘트에 의한 강제진동응답은 다음과 같다.여기서은 진동수비를 나타내고,는 가진모멘트와 응답각변위 사이의 위상각으로이다. 동적응답진폭를 정적 각변위으로 나누면이 되는데, 이 값을 확대율(magnification factor)또는 진폭비(amplitude ratio)라고 부른다. 정적각변위는 불평형력 모멘트이 정적으로 가해진다고 가정하는 경우에 발생하는 변위이다.3. 실험장치 및 방법(1) 실험장치구성(2) 실험방법1) 비감쇠자유진동① 먼저 설치할 스프링의 스프링상수를 스프링 변형 실험을 통해서 구한다.② 강체보에 스프링을 보 우측 끝단에 설치한다.③ 차트기록기 모터 전원선을 속도제어기 전면 패널의 보조 전원 공급 소켓에 연결하고, 속도제어기 전원을 켠다.④ 강체보 우측 끝단을 아래로 약간 잡아당겨 초기 각변위를 주었다가 놓아주어 자유진동을 발생시킨다.⑤ 진동 발생 직후 차트기록기의 펜을 기록지 위에 접촉시켜 발생 진동 변위 궤적을 기록한다.2) 감쇠자유진동① 강체보에 스프링을 보 우측 끝단에 설치하고, 감쇠기는 보의 내부에 설치한다.② 차트기록기 모터 전원선을 속도제어기 전면 패널의 보조 전원 공급 소켓에 연결하고, 속도제어기 전원을켠다.③ 강체보 우측 끝단을 아래로 약간 잡아당겨 초기 각변위를 주었다가 놓아주어 자유진동을 발생시킨다.④ 진동 발생 직후 차트기록기의 펜을 기록지 위에 접촉시켜 발생 진동 변위 궤적을 기록한다.4. 실험 결과(1) 자유진동1) 실험조건드럼의 속도 V21.8mm/sMotor Mass5.026kg +0.8kg = 5.826kgBeam Mass1.917 kg스프링 상수 K2613.3 N/mBeam Length L725mm보의 지지점에서 감쇠기까지의 거리150mm가진모터 부착 거리370mm보의 지지점에서 스프링까지의 거리615mm2) 비감쇠 자유진동한주기 거리주기 T[s][Hz]6.7114[rad/s]실 험 값=[]988.415 []=0.5558 []이 론 값오 차 율3) 감쇠 자유진동한주기 거리주기 T진폭mm13.211.810.5981.11861.12381.16671.125평균1.13350.12530.01994[rad/s]40.5971실 험 값=[]988.415=0.5997[]271.17이 론 값오 차 율4) 종합이론 고유진동수 :이론해석비감쇠자유진동감쇠자유진동고유진동수(rad/s)29.5740.58940.5971질량관성모멘트1.130.55580.5997질량관성모멘트 오차율(%)-50.9647.09고유진동수 오차율(%)-37.2637.29(2) 강제진동1) 확대율 선도2) 위상각 선도0.10.20.40.61.25. 결론 및 고찰이번 실험은 기초진동 실험으로 자유진동을 직접 해보고 그에 따른 질량관성모멘트, 고유진동수 등을 측정해보고 이론치와 이를 비교해보는 실험이었습니다. 먼저 자유진동은 감쇠가 없을 때와 감쇠가 있을때로 나누어 측정을 하였는데, 비감쇠의 경우 이론상으로는 감쇠가 없으므로 무한히 진동하여야 하지만, 기기의 마찰이나 공기 저항 등에 의하여 감쇠가 발생하므로 이를 감안하고 실험하였습니다. 감쇠진동의 경우에는 비감쇠와 비교하였을 때 비감쇠에 비하여 감쇠의 경우 빠른속도로 진폭이 줄어드는 확연히 차이를 볼수 있었습니다.

공학/기술| 2010.12.11| 10페이지| 1,500원| 조회(846)

부산대, 진동, 8장, 기초진동, 기계공학응용실험

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[친환경] 태양광 쓰레기 처리기

태양광 발전을 이용한 공동주택용 음식물 쓰레기 처리 시스템 설계담당교수교수님조팀명이름학번팀장조원목 차◎ Abstract◎ Keyword1. 서론2. 기술동향분석(1) 이론적 배경 원리(2) 기술동향분석① 태양광 집광 모듈② 태양광 집광 시스템③ 성능측정결과3. 설계(1) 설계전체개념도(2) 세부설계내용4. 아이디어 및 기술적 이론① 아이디어② 특징5. 사업타당성분석6. 경제성분석7. 요약 및 소감8. 참고문헌9. 관련 핵심 첨부자료Abstract본 사업은 태양광 발전을 이용하여 현재 다세대 공동주택에서 음식물을 개별적으로 처리하는 방식을 한 장소에 모아 태양광 발전으로 생산된 전기를 이용하여 건조하는 시스템을 설계하는 것이다. 음식물 쓰레기 처리 장소는 지상/지하 어디든 될 수 있으며, 태양광 발전시설 또한 옥상, 가로등, 놀이터 등 장소에 구애받지 않고 설치 할 수 있기 때문에 실용성에서 우수하다고 생각된다. 설치 면적을 최대한 줄여서 공동주택의 미관적 특성을 해치지 않고 기존 패널 대비 10~15%의 효율이 향상된 pannel인 저집속 집광형 태양광 모듈을 사용하여 에너지 생산 효율을 높일 것이다. 본 사업의 경제성을 분석해 보기 위해 공동주택(아파트) 단지 약 1000세대라는 특정 대상을 통해 에너지 절약 효과를 예측해 본다. 주민들의 편의성을 도모하고 건설업체의 경제적 이익을 창출 할 수 있을 것이라 생각되며, 플랜트와 같은 획일화된 시스템을 구축하는 것이므로, 건설업체와의 거래를 통한 부가적 이익도 창출할 수 있을 것이라 보여 진다. 또한 한 가정에서 plug-in 방식의 음식물처리기를 개개인별로 사용하는 불편함과, 음식물 쓰레기를 건조하지 않고 처리하는 환경적으로 좋지 못한 방식을 봤을 때는 그 활용도가 높을 것이라 생각된다.Keyword태양전지, 태양광, 집광형 태양광 모듈, 트랙킹, 태양광 패널, 반사판1. 서론현재 사용되고 있는 가정용 음식물 처리기는 220V 전원을 사용하고 건조 방식에 따라 사용되는 전력의 큰 차이를 보이고 있으며 이로 인한을 계획하게 되었고 이와 관련된 3년 이내의 논문과 관련 특허품을 찾아보고 현재 보급되고 있는 음식물 처리기를 기준으로 하여 다세대 주택에 설치했을 경우에 대한 경제성 분석을 하여 사업의 타당성을 알아본다. 음식물 쓰레기는 농수산 분야, 식품 가공사업장 및 각 가정과 식당에서 배출되고 있는데 음식물 쓰레기는 수분 함수율이 높고 발열량이 낮기 때문에 매립 또는 소각처리가 부적당하나 이를 건조, 발효 시킨 후 사료나 퇴비로 재활용이 가능하기 때문에 음식물 쓰레기 건조 장치를 찾아보게 되었다. 기존 음식물 쓰레기 처리기의 경우 전력 소모량이 크고 각 가정에 설치한 경우 악취가 발생하는 문제점이 있는 것을 고려하여 대단지 아파트에 이 특허에 제시된 태양 에너지를 이용한 고온 공기로 음식물 쓰레기를 건조 할 수 있는 장치를 설치하는 것을 계획하게 되었다. 이 때 필요로 하는 전력은 태양광 발전을 이용한 태양전지를 이용하고 음식물 쓰레기가 용이하도록 건조와 동시에 혼합할 수 있는 건조기에 대해 알아본다.2. 기술동향분석(1) 이론적 배경 원리대단지 아파트에서 발생하는 음식물 쓰레기 처리를 위해 태양 에너지를 이용해 고온 건조한 공기를 공급하는 시설을 설치 하는 것으로 특허에 소개된 히트 파이프 태양광 집열관을 통한 고온 건조한 공기를 이용해 음식물 쓰레기를 건조하고 기타 필요한 전력으로는 집광형 모듈 시스템을 이용하여 태양광 발전을 통한 고효율 III-V 화합물 반도체 태양전지를 이용하므로써 시설을 운영 할 수 있도록 한다.집광형 시스템으로는 트랙킹 시스템을 도입하고 여기에 반사형 광학 시스템을 접목시키고 InGaP/InGaAs/Ge 3접합 셀을 이용하면 400배 이상의 집광 효과를 얻을 수 있으므로 이를 이용해 더 높은 효율을 얻을 수 있도록 한다. 건조 시 혼합 건조기를 이용하여 건조가 균일하게 이루어 질 수 있도록 하고 그냥 건조만 시키는 시스템에 비해 적은 전력을 소모 하면서 건조 시간은 줄일 수 있는 건조기를 설계할 것이며 건조를 시킨 후 배출되는 공기를 필터를환을 통한 태양광 모듈의 냉각 기능까지 수행한다.2) 태양광 집광 시스템단면알루미늄 반사판, 지지대, 지지대판이 고정되어 하나의 집광장치로 구성된 line형 집광장치와 8개의 셀을 직렬로 연결하여 제작한 태양광모듈을 결합한구조이며 전체 출력은 2.1kW로 설계된다.3) 성능측정결과태양광 집광 모듈을 설치함으로서 일반적인 평판형 태양광패널에 비해 약 1.97배의 출력 증가를 확인하였다. 또한 설계된 집광장치와 모듈간의 여유공간이 공기순환으로 인하여 모듈의 온도 상승을 저하하여 2.25X의 집속에서의 모듈온도 상승을 약 4도 정도로 억제함으로써, 집속에 의한 출력상승 효과만을 강조할 수 있었다. 결론적으로 실증연구를 통해 모듈의 평균온도 상승에도 불구하고 1.4배의 발전효율 증대를 확인할 수 있다.지난 수년간 고효율 III-V 화합물 반도체 태양전지, 집광기및 트랙킹 시스템을 이용한 수 kW 규모의 작은 시스템을 데모 형태로 필드 테스트가 진행되어 왔으며 InGaP/InGaAs/Ge 3접합 셀에서 최대 변환 효율 38.9% (498배 집광)를 달성하였고, 이를 이용한 400배 및 550배 집광시스템을 개발하였다. 그리고 이러한 집광형 모듈을 옥외 필드 테스트를 통해서 평가하여 약 29%의 모듈 효율 결과를 얻었다. 집광형 모듈 및 시스템에 사용되는 집광형 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 기본 원리에 있어서 기존의 태양전지와 동일하나, 광학 시스템을 사용하여 태양광을 셀에 집속하는 장치를 부가적으로 사용한다는 차이점을 가지고 있다. 집광형 시스템의 가장 큰 특징은 트랙킹 시스템이 반드시 필요하다는 것인데 트랙킹 시스템은 태양전지가 항상 태양을 수직으로 향하게 하여, 하루 종일 빛을 받아들이는 양을 최대화하여 에너지 효율을 높일 수 있다. 히트 파이프 태양광 집열관은 히트파이프, 대류관, 진공관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 고온 공기 공급 장치로 태양 에너지를 활용하여 공기를 가열, 공급하는 장치를 통해 고온의 공기를 공급받아 다양한 목적에 활용 개략도 예측(2)세부설계내용- 태양광 발전 시설은 빛을 모을 수 있는 반사판을 이용한 태양광 집광모듈 설치를 통해여 최소한의 면적에서 최대한의 효율을 얻을 수 있도록 설계한다. 음식물 처리방식은 혼합형으로 뜨거운 공기를 이용함과 동시에 음식물 쓰레기를 혼합해 주는 장치를 통행 혼합, 건조가 동시에 일어날 수 있도록 한다. 이때 뜨거운 공기는 건물 상부에 설치된 태양열 에너지를 사용할 수 있는 장치를 이용해 열을 공급받아 이용한다.4. 아이디어 및 기술적 이론(1) 아이디어주민 편의를 위해 음식물 처리에 대한 관심이 높아지고 있는 현재, 음식물 특유의 악취, 불결함 등으로 인해 불편을 겪는 주부들은 음식물 처리를 위해 건조/분해방식 음식물 처리기를 구매하여 사용하고 있다. 하지만 현재 가정에서 사용되는 소규모 음식물 처리기는 큰 전력소모로 인하여 대다수의 가정에서 외면 받고 있다. 특히 개인가정에서는 누진세가 적용되기 때문에 음식물 처리기 1대의 사용이 전기세에 끼치는 영향이 매우 크다. 따라서 우리 조는 이 음식물 처리기를 대형화 시키고, 태양광을 이용하여 각 가정의 부담을 줄이고, 자체 에너지생산/소비를 통해 환경문제를 해결함과 동시에 다세대 주택에서 공동편의를 추구하기 위해 사업아이템을 구상하였다.(2) 특징우리 사업아이템의 특징은1. 태양광 발전시설을 이용하여 자체적으로 에너지를 생산하여 사용하므로 누진세가 적용되는 개인 소모 전력을 줄이고 경제적인 이익을 창출 할 수 있다.2. 음식물 처리방식은 혼합형인데 뜨거운 공기가 많이 필요하게 된다. 이 열기를 공급하기 위해 건물 상부에 태양열 에너지를 사용할 수 있는 장치를 이용해 열기를 공급한다.5. 사업 타당성 분석일반적으로 가정에서 사용되고 있는 소규모 음식물처리기의 경우 1대의 가격이 최소 8~10 만원의 비용이 들어가게 되고 음식물 처리기의 한 달 전력소모량이 약 49~51kw정도로서 이를 전체 전력소모량이 400kw대인 가정을 기준으로 누진세를 적용했을 때 음식물처리기에 의해 올라가는 전기요금은 대로 음식물 처리기를 사용할 수 있도록 설계하였다. 그리고 시행사와의 계약을 통해 수익을 분배하여 시행사측은 이익과 그린아파트의 좋은 이미지를 모두 챙길 수 있을 것으로 생각됨으로 사업 타당성이 있을 것으로 보여 진다.물론 음식물 처리기 설치를 원하지 않는 가정이 있을 수도 있지만 아파트의 위생과 편의를 생각한다면 설계한 제품은 주민들이 납득할만한 수준의 금액이 될 수 있을 것이라 생각된다.또한 태양광 발전을 이용한 환경 사업이기 때문에 국책 지원을 받을 수 있도록 하여 초기 자본을 확보하기에도 좋을 것으로 생각된다.사업 흐름도 계약구조6. 경제성 분석다세대 주택단지 건설에는 보통 시행사와 시공사가 있는데 우리 사업의 경우 시행사와의 계약을 통해 1000세대 이상의 대단지에 음식물쓰레기 처리 시설을 설치해야 한다. 시행사가 주관하는 다세대 주택 건설에 있어 주민들은 세금 지출을 아낄 수 있고 또한, 요즘 계속 화두가 되는 환경적문제를 해결하기 위한 '그린아파트'의 컨셉에도 적절하기 때문에 시행사에 대한 홍보 효과도 분명히 있을 것이다. 각 가정에서 음식물 처리기를 사용 할 경우 전기 사용의 누진세 적용때문에 세금을 많이 내게 되지만 이를 공동처리로 대체 하게 되면 주민들은 그만큼의 경제적인 이익을 가질 수 있다. 이를 이용해 관리비 항목에 누진세를 적용했을 때의 전기세의 약 2/3를 추가하여 이에 대한 percentage를 정한 금액을 우리가 취득하기로 한다. 예를 들어 한 가정에서 음식물 처리기를 개인적으로 사용할 때 누진세를 적용하여 15000원이 나온다고 하면, 10000원을 추가 관리비로 책정하여 이 금액을 시행사와 우리가 5:5 혹은 4:6으로 나눠 가진다고 하면 1000세대에서 한달에 대략 500 ~ 600만원의 수익이 생기게 된다. 우리나라는 인구 밀도가 상당히 높은 국가에 속하므로, 1000세대 단지는 비교적 중간 혹은 적은 수의 세대수라고 할 수 있으므로, 보통은 그 이상의 세대가 한 단지에 거주하게 된다. 4인 가족 기준의 주택에 설치하는 태양상된다.

공학/기술| 2011.09.06| 11페이지| 2,000원| 조회(264)

친환경, 기계, 부산대, 기프트, 임희창

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[기계공학응용실험] 11장 절삭력 측정 실험

1. 실험 목적압전형 힘센서를 이용한 공구동력계를 사용하여 선반작업에서 바깥지금 절삭실험을 행하면서 절삭력을 측정한다. 공구동력계에서 측정된 값은 전기적 신호로 변환하여 PC에서 신호 분석하는 과정을 통해 절삭기구의 특성을 이해하고, 절삭조건(절삭속도, 이송량, 절삭 깊이)의 변화에 따른 절삭력의 변화 특성을 파악한다. 이러한 절삭력의 특성 파악을 통하여 공작기계의 설계변수에 있어서 가장 중요한 인자인 강성(stiffness) 결정과 절삭가공에서의 최적 절삭조건 선정에 이용하게 된다.2. 실험장치 및 구성장 치 명장 치 사 진선 반압전형 힘센서A/D 변환기(signal station)장 치 명장 치 사 진피 삭 제A/D변환 프로그램3. 실험 선행 학습1) Merchant의 전단면 해석전단각의 예측순수 전단 응력설에 의한 Ernst-Merchant 이론:절삭가공 중에가 증가함에 따라서 공구 전방의 전단응력은 증가하나, 그 크기는 위치에 따라 따른다. 임의의 위치에서 전단응력이 가공재료의 전단강도보다 커지면 소성변형이 발생하고 chop이 생성되며 마침내 전단각가 정해진다. 즉 이 면에서 chip을 생성시키는데 에너지가 최소로 된다는 것이다. 이와 같은 이론을 토대로 전단각과 마찰각 및 경사각의 관계를 정립하였으며, 이를 위하여 다음과 같은 가정을 사용하였다.- 2차원절삭- 전단면상의 전단응력은 그 면에 작용하는 수직응력에 무관- 연속형 chip의 생성- chip을 분리시키는 에너지는 무시하며, 전단 에너지가 최소가 되는 곳에 전단면이 위치- 전단각과 무관하게 전단강도는 일정그림과 같이 합력이 절삭날에 작용하고, 그 외의 힘은 공구인선과 여유 면에 작용하지 않는다고 가정한다.그림으로부터,,위의 두식을 이용하면,그림으로부터,에 위 식의을 대입하면,절삭력를 최소로 하는 전단각를 구하기 위하여*따라서로부터,: Ernst-Merchant의 제1방정식※ 다음은 Ernst-Merchant의 이론값과 실제 실험에 의한 값을 비교한 것으로, 두 값이 정확하게 일치하지는 않으나,와간에 어떤 함수관계가 있다는 사실과, 실험값 또한 동일한 경향을 갖는다는 사실을 할 수 있다.내부 마찰설에 의한 Ernst-Merchant 이론 :순수 전단 응력설에 의한 결과가 실험값과 일치하지 않는 이유를 전단면에 작용하는 수직응력, 즉 전단면상의 전단응력이 그 면에 작용하는 수직응력에 영향을 받는다고 가정하고 전기의 1식을 수정, 보완 Bridgeman식(: 수직응력이 없을 때의 전단응력, K : 상수)전기의 그림에서,위의 두식을 이용하면,또한, 앞서의 순수 전단 응력설에서이 되며,로부터,따라서이 된다.위 식을 전기의에 대입하면절삭력를 최소로 하는 전단각를 구하기 위하여을 취하면,에서따라서그림에서 기울기 :가 되며,: Ernst-Merchant의 제2방정식- 최근의 연구에서 상당히 광범위한 재료에 대하여가 일정한 것으로 볼 수 있다고 하며, 따라서으로 볼 수 있으므로가 된다.따라서※ 위 식은 Ernst-Merchant의 제1방정식과 일치해서가 일정하다는 전제 하에서 제1방정식을 금속절삭에도 적용시킬 수 있음을 재확인 할 수 있다.2) 절삭가공 시 절삭력의 의미와 특징절삭력이란 “금속을 자르거나 깎는 절삭 공구의 힘”이다.이 절삭력은 다음과 같은 절삭변수에 따라 변하게 된다.? 공작물의 화학적, 기계적 성질 : 단단한 재질일수록 절삭저항이 증가한다.? 공구의 화학적, 기계적 성질? 공구의 형상 및 마멸 상태 :경사각이 커질수록 증가한다.? 절삭조건(절삭속도, 이송량, 절삭 깊이) : 절삭속도가 클수록 증가한다.? 절삭유 특성 : 절삭유를 사용하면 증가한다.? 절삭온도? 공작기계의 강성절삭력은 위와 같은 절삭변수에 따라서 크게 달라지므로 절삭공정의 비용, 생산성, 그리고 정밀도를 만족하기 위한 절삭조건을 파악하는 것이 절삭 가공기술의 기본적인 사항이다.3) 힘을 측정할 수 있는 센서의 종류와 원리① 스트레인게이지스트레인이란 변형도(變形度) 또는 변형률(變形率)을 나타내며, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 말한다. 따라서 스트레인은 단위를 갖지 않으며 굳이 단위를 표시하려면 cm/cm, mm/mm 등으로 표시할 수 있다. 이 스트레인은 주로 구조물이나 기계요소의 해석과 설계를 다루는 분야에서 이들 구조요소가 외부의 힘을 받아 변형이 발생할 때에 사용되는 용어이다.스트레인게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구분할 수 있다. 전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것이다. 이 스트레인게이지의 개발로 인하여 구조체의 변형 상태를 정밀하게 측정할 수 있게 되었으며, 이 변형률에 의하여 응력을 알 수가 있다.측정원리측정하고자 하는 대상과 스트레인 게이지가 서로 일체가 되도록 붙어있다고 하면 측정대상이 변형을 일으키면 그만큼 스트레인 게이지도 변형을 일으킨다. 이런 게이지의 변형 값은 결국 저항의 변화로 Wheastone Bridge회로로 구성된 실험장비의 평형을 깨뜨려 전압의 변화를 발생하게 된다. 그 변화된 전압 값을 수치적 연산을 가미하여 얻고자 하는 응력의 변화 값으로 나타낸다.②저항성 전위차계저항성 전위차계라 함은 도체의 물리적 성질인 전도성을 이용한 센서이다. 저항은 도선의 면적에 반비례하고 길이에 비례하는 물리적 성질을 보인다. 따라서 정확하게 값이 알려진 저항들을 짝지우면 직류전류를 정확하게 측정할 수 있다. 전위차계의 원리를 보면 양 접점 간의 저항이 전위차계의 주요부이다. 이 저항은 온도 등으로 값이 변하지 않고, 또한 정확하게 값이 알려진 것으로서 전원에 의해 전류 i를 흐르게 한다. i의 값을 R로 가감하여 그 값이 확정하게 지정의 값, 예컨대 1 mA가 되면 전압을 정확하게 측정하기 위한 준비가 된 것이다.전위차계에서 나오는 전위는 미약하여 브리지 회로를 이용하여 브리지 사이의 전압을 측정함으로써 그 변화를 알아내는 방법을 이용한다.③ Differential transformers(LVDTs)자기적 원리를 이용한 magnetic sensor는 자기를 전기로 변환하는 소자(element)로서 간단한 search coil부터 초전도 현상을 이용한 SQID (Super conducting Quantum Interference Device) 까지 다양하다.기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는 LVDT는 코어(core or armature)의 이동으로 1차 코일에서 2차 코일에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 transducer로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생된다.④ 압전형 힘센서압전형 센서는 힘을 받으면 가해지는 크기에 따라서 전하를 발생하는 센서이다. 이 센서를 감싸고 있는 두 철판 사이에 수정결정(quartz ring)이 들어 있다. 센서에 힘을 가하면 압전효과에 의해 그 힘의 값에 비례하는 전하(electric charge)가 발생한다. 수정결정의 특성에 의해 압전형 힘센서(piezo electric sensor)는 어떠한 힘이라도 직교하는 세 방향의 힘으로 분해할 수 있다. 즉, 두 개의 수정결정은 x, y방향의 힘을 측정하여 두 분력으로 나누고, 하나의 수정결정은 z방향의 힘을 측정한다. 각각의 성분에 비례해서 발생된 전하는 전극을 통해서 연결단자에 도달하며, 양쪽의 지지면은 접지되어 있다.※ Piezoelectric sensors(피에조전기소자)피에조전기소자라고도 한다. 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다.

공학/기술| 2010.12.11| 9페이지| 1,500원| 조회(633)

부산대, 응용실험, 절삭력, 11장, 기계공학응용실험

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[기계공학응용실험] 10장 PLC 응용 실험

1. 실험 목적자동화된 기계시스템은 사용자(user)나 센서의 입력을 받아 정해진 로직(logic)이나 가동순서에 따라 모터, 솔레노이드, 스위치와 같은 출력장치를 제어하는 시스템이다. 입력과 출력 사이의 관계와 동작을 정해주는 로직이나 가동순서는 PC를 이용하여 컴퓨터프로그래밍(예, C언어)dmfh 수행할 수도 있으며, ATmega128과 같은 마이크로컴퓨터를 이용하여 설계할 수도 있다. PLC(Programmable Logic Controller)는 이러한 컴퓨터나 제어기 역할을 수행하는 장치로 컴퓨터제어에 대한 기본지식이 없는 현장, 공장의 작업자가 손쉽게 필요한 제어로직을 설계할 수 있도록 제작된 제어기의 일종이다.일반적으로 생산 자동화를 위한 기술로는 센서기술, 유공압, 생산네트워크 기술, 서보 제어기술, 시퀀스 제어기술 등이 있고, 이러한 요소기술을 통합화한 소규모의 단위 자동화를 위해서는 PLC 인터페이스 기술이 필요하다.본 실험에서는 PLC의 명령구조, 사용법, 이용범위 등을 이해하고, 이를 응용하여 현장에서 자동화기기를 운용하기 위한 능력을 배양하는 데 목적이 있다.2. 이론적 배경PLC의 레더 다이어그램의 기본이 되는 디지털 논리체계의 이해를 위한 불대수와 기초 연산자, 로직의 단순화 방법 등에 대해 살펴본다.1) 불대수(Boolean algebra)불대수란 2진 변수와 논리 동작을 기술하는 대수를 말한다. 논리 회로의 형태와 같은 구조를 기술하는 데 필요한 수학적 이론으로 변수들의 입출력 관계를 대수적으로 쉽게 표현할 수 있다. 2진 변수란 참(T, ON)과 거짓(F, OFF)의 두 값만을 가지는 변수이다.(1) 기초연산자불 논리표현을 구성하기 위해 단지 세 개의 연산자가 필요하다. 이를 표1에 정의 하였다.이 름기 호예위 치AND?A?BA와 B가 모두 참이여야 참이된다.OR＋A＋BA와 B 중 하나만 1이라도 참이 된다.NOT??A가 참이면 거짓, A가 거짓이면 참이다[ 표 ] 기초연산자(2) 대수학적 단순화불대수는 일반 대수 법칙과 비슷한) 정리? 흡수(absorptive) 법칙? 배분(distributive) 법칙? 드모르간(Demorgan) 법칙? 교환(commutative) 법칙? 등멱(idempotent) 정리? 부정(negative) 정리(3) 논리식의 단순화불대수는 논리 표현식을 아주 간단한 모양으로 축소시키는 효과적인 방법이다. 그러나 실제 문제의 로직은 복잡한 논리식을 포함하는 경우가 많으며, 이를 해석하는 일은 간단치 않다. 디지털회로 이론에서는 그래프 분석 기법인 카르노 맵과 같은 방법을 사용하여 논리식을 단순화한다. 이는 논리항을 나열하고 전체 논리표현식으로부터 식들의 제거를 통해 이들을 그룹화하는 것이다. 논리식 단순화의 근거는 보수법칙(law of complements)과 특성화 정리이다.A + A = 1 (보수법칙)X ? 1 = X (특성화 정리)2) 레더 로직 다이어그램(ladder logic diagram)래더 다이어그램은 프로그램 가능 제어기의 언어이다. 래더 다이어그램은 논리AND 연산자의 직렬회로나 논리 OR의 병렬회로에 분석이 용이하다.레더 다이어그램의 표현은 표2와 같다.종류표현입력출력NOT 연산자AND 연산자OR 연산자[ 표 ] 래더 다이어그램의 표현래더다이어그램을 이용한 간단한 예제를 들면 아래의 논리식은 그림1과 같은 다이어그램으로 표현될 수 있다.X = A ? BY = A +BZ = ? +B[ 그림 ] 래더 다이어그램 예제3) PLC의 정의(1) PLC(Programmable Logic Controller)란?종래 제어반에 사용하던 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 IC, 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체한 것으로 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치연산을 추가하여 프로그램제어가 가능하도록 한 자율성이 놓은 제어장치이다. 미국공업협회(NEMA : National Electrical Manufacturers Association)에서는 “디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통하여 로직, 시퀀싱, 타이밀, 카운팅, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 전자장치”로 정의하고 있다.(2) PLC의 특징가) PLC의 장점? 기능의 다양화? 조작의 간편성? 설치의 간편성? 유지보수의 편리성? 고 신뢰성? 프로그램의 고기능성(제어회로 설계가 용이)나) IEC표준언어? 도형식(graphic) 언어? 문자식(text) 언어? SFC3. 실험 방법주어진 예제(LD, LDI, OUT, AND, ANI, OR, ORI, ORB, ANB, 시간지연회로, OFF 딜레이 타이머, 인터록, 프리커)를 통하여 PLC에 대해서 이해하고 과제를 수행한다.4. 결과 및 과제1) 기본 시퀀스 명령에 대해 조사하여라.(1) 접점명령가) 연산 시작, 직렬 접속, 병렬 접속a) LD, LDI : LD는 a 접점 연산 시작, LDI는 b 접점 연산 시작 명령으로, 지정 디바이스의 ON/OFF 정보를 읽고 연산 결과로 합니다.b) AND, ANI : AND는 a 접점 직렬 접속, ANI는 b 접점 직렬 접속 명령으로, 지정 비트 디바이스의 ON/OFF 정보를 읽고 지금까지의 연산 결과와 AND 연산을 하여 이 값을 연산 결과로 합니다.c) OR, ORI : OR은 a 접점 1개에 의한 병렬 접속, ORI는 b 접점 1개에 의한 병렬 접속 명령으로, 지정 디바이스의 ON/OFF 정보를 읽고, 지금까지의 연산 결과와 OR 연산을 하여 이 값을 연산 결과로 합니다.나) 펄스 연산 시작, 펄스 직렬 접속, 펄스 병렬 접속a) LDP, LDF : LDP는 펄스상승 연산 시작 명령으로, 지정 비트 디바이스의 펄스 상승시만 ON합니다. LDF는 펄스하강 연산 시작 명령으로, 지정 비트 디바이스의 펄스 하강 시에 ON됩니다.b) ANDP, ANDF : ANDP는 펄스상승 직렬 접속 명령, ANDF는 펄스 하강 직렬 접속 명령으로, 지금까지의 연산결과와 AND 연산을 하여, 이를 연산 결과로 합니다.c) ORP, ORF : ORP는 펄스상승 병렬 접속 명령, ORF는 펄스하강 직렬 접속 명령으로, 지금까지의 연산 결과와 OR 연산을 하여, 이를 연산 결과로 합니다 블록을 ANB는 AND 연산을 하여, ORB는 OR 연산을 하여, 이를 연산결과로 합니다나) 연산 결과 푸시, 읽기, 팝a) MPS(분기시작) : MPS 명령 직전의 연산결과(ON/OFF)를 기억합니다.b) MRD(분기계속) : MPS 명령에 의해 기억한 연산 결과를 읽고, 다음 스텝에서 그 연산 결과를 사용합니다.c) MPP(분기 끝) : MPS 명령에 의해 기억한 연산 결과를 클리어합니다.다) 연산 결과 반전a) INV : INV 명령의 직전까지의 연산 결과를 반전합니다.라) 연산 결과 펄스화a) MEP : MEP 명령까지의 연산 결과의 펄스상승 시에 ON되고, 아닌 경우에 OFF 됩니다.b) MEF : MEF 명령까지의 연산 결과의 펄스하강 시에 ON되고, 아닌 경우에 OFF 됩니다.마) 에지 릴레이 연산 결과 펄스화a) EGP : EGP 명령까지의 연산 결과를 에지 릴레이로 기억합니다. EGP 명령까지의 연산결과의 펄스상승 시에 ON되고, 이외일 때는 OFF됩니다.b) EGF : EGF 명령까지의 연산 결과를 에지 릴레이로 기억합니다. EGF 명령까지의 연산결과의 펄스하강 시에 ON되고, 이외일 때는 OFF됩니다.(3) 출력 명령가) 아웃 명령a) OUT : OUT 명령까지의 연산 결과가 지정된 디바이스에 출력됩니다.나) 타이머(OUT T, OUTH T)다) 카운터(OUT C)라) 어넌시에이터 출력a) OUT F : OUT 명령까지의 연산 결과를 지정된 어넌시에이터에 출력합니다.마) 디바이스 세트(어넌시에이터 제외)(SET)바) 디바이스 리셋(어넌시에이터 제외)(RST)사) 어넌시에이터 세트, 리셋(SET F, RST F)아) 펄스상승, 펄스하강 출력(PLS, PLF)자) 비트 디바이스 출력 반전(FF)차) 다이렉트 출력의 펄스화(DELTA(P))(4) 시프트 명령가) 비트 디바이스 시프트(SFT(P))(5) 마스터 컨트롤 명령가) 마스터 컨트롤 세트, 리셋(MC, MCR)a) MC : 마스터 컨트롤 시작 명령으로, MC 명령의 실행 지령이 ON되면 MCR : 마스터 컨트롤의 해제 명령으로, 마스터 컨트롤의 종료를 나타냅니다.(6) 종료 명령가) 메인 루틴 프로그램 종료a) FEND : FEND 명령은 CJ 명령 등으로 스퀀스 프로그램의 연산을 분기하는 경우, 메인 루틴 프로그램을 서브 루틴 프로그램, 인터럽트 프로그램으로 분할할 때 사용합니다.나) 시퀀스 프로그램 종료a) END : 메인 루틴 프로그램, 서브 루틴 프로그램, 인터럽트 프로그램을 포함한 프로그램의 마지막임을 나타냅니다.(7) 기타 명령가) 시퀀스 프로그램 정지a) STOP : 실행 지령이 ON되면 출력 Y를 리셋하고 CPU 모듈의 연산을 정지합니다.나) 무처리a) NOP : 무처리 명령으로, 직전까지의 연산에 어떤 영향도 주지 않습니다.b) NOPLF : 무처리 명령으로, 직전까지의 연산에 어떤 영향도 주지않고, 주변기기에서 인쇄할 때 임의의 위치에서 페이지를 바꾸는 경우에 사용합니다.c) PAGE n : 무처리 명령으로, 직전까지의 연산이나 주변기기에 아무런 영향을 주지 않습니다.2) 그림2와 같은 폐수 저장 수조가 있다. 최고 수위가 되면 배수펌프로 폐수를 퍼내고 최저 수위가 되면 펌프를 멈추게 하는 제어기를 설계하려고 한다. 수위는 리미트 스위치 LS1(최고수위), LS2(최저수위)로 측정한다. 래더 다이아그램을 그려라[ 그림 ] 폐수 저장 수조>>X01X02M01M01Y01M01위의 래더 다이어그램은 예제에서 배웠던 자기유지회로를 응용하여 만든 것입니다. 먼저 폐수 저장 수조의 수위가 최고수위에 다다르게 되면 X01의 펄스가 상승하게 되고,이때 M01또한 상승합니다. 따라서 펌프인 Y01도 역시 펄스가 상승하여 펌프가 작동하게 됩니다. 펌프작동과 함께 X01은 펄스가 하강을 하게 되겠지만, 자기유지회로에 의해서 M01은 계속 펄스 상승 상태가 되고, 따라서 Y01 또한 계속 작동하게 됩니다. 그리고 펌프가동으로 인하여 수위가 최저수위보다 낮아지면 X02가 펄스 하강하게 됩니다. 이것이 자기유지회로의 전원 OFF역할을 하여 M01의 다.

공학/기술| 2010.12.11| 10페이지| 2,000원| 조회(472)

PLC, 부산대, 응용실험, 10장, 기계공학응용실험

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