비례 제어 밸브

비례 제어 밸브에 대해 알아보자.

생산 설비의 다기능화, 자동화, 성력화가 진행됨에 따라 각종 공압 기기의 사용도 늘어나고 있다. 특히 생산 설비의 다품종 생산 대응이나 고기능, 고정밀화데 따라 공압 기기도 자유도 기능이 늘어나게 되었다. 실린더나 지그 등 공압으로 생기는 힘을 변동시키거나 공기의 유량을 아날로그식 방법으로 이들을 제어하기 위한 입력 신호에 비례해서 공압을 변환시키는 비례 제어 밸브가 사용된다.

비례 제어 밸브란 무엇인가?

비례 제어 밸브는 밸브에 입력되는 제어 전류에 비례하는 일정한 압력이나 유량을 제어하는 밸브를 말한다. 비례 제어 밸브는 센서에서 얻어지는 정보를 전자 제어 장치에 의해 액추에이터를 더욱 유연하게 작동하도록 제어한다. 기존의 ON, OFF 동작 기계를 이용한 순차적 다단 제어와 비례 제어 밸브 제어에 의한 연속적인 제어와 비교할 때 다양한 특성을 가진다. 압력 제어의 경우, 최종적으로 전자 밸브와 감압 밸브 등 여러 개의 기기를 조합하여 배관에 접속하도록 하고 수동 또는 시퀀스 제어로 전자 밸브를 작동시켜 다단 압력 제어를 하도록 한다. 하지만 압력 비례 제어 밸브에서는 한 개의 비례 제어 밸브만으로도 제어가 가능하고 장치를 간단하게 할 수 있으며 압력의 손실도 줄어든다. 유량 제어의 경우 전자 밸브, 속도 제어 밸브를 여러 개 조합해서 복합적인 시퀀스 제어에 의한 다단 제어나 빈번한 수동 조정으로 제어를 한다. 유량 비례 제어 밸브를 이용하면 한 개로 다단 및 연속 제어가 가능하다. 그래서 설치 공간이 많이 줄어들고 공압 회로와 기계의 장치도 간소해진다. 공압 기기를 많이 조합하지 않아서 관로의 길이가 줄어들고 관이음의 수도 줄어든다. 유체의 압력 손실이나 저항을 작게 할 수 어서 에너지 절약형 회로의 장점이 많다. 장치가 작아질수록 설계, 조립, 보수 등 모든 관리의 수고가 줄일 수 있는 장점도 있다. 비례 제어 밸브는 일반적으로 제어 장치와 비례 제어 밸브용 컨트롤러와 같이 사용된다. 제어 대상을 센터로 검출하여 비드백 제어를 하는 경우도 있다.

비례 제어 밸브의 구조

비례 제어 밸브의 작동형은 입력 신호를 변환부에서 힘으로 변경하고 조작부에 있는 밸브를 공압을 내보낸다. 압력 비계 제어 밸브는 출력을 조작부에 의한 힘에 접목시킴으로 밸브의 움직임을 제어하고 압력 신호에 비례해서 출력을 낸다. 유량 비례 제어 밸브의 경우는 조작부의 힘에 작용하는 스프링이 안에 내장되어 있어서 입력 신호에 비례하는 밸브의 개도를 얻을 수 있다. 오픈 루프 제어의 공압 파일럿형은 직동형에 비해 변환부의 출력이 줄어들기 문에 증폭부에서 힘들 키우면서 출력한다. 그래서 소비 전력이 줄어들고 정밀한 변환부를 사용할 수 있는 이점이 있다. 피드백 제어의 공압 파일럿형은 오픈 루프 제어의 공압 파일럿형이 출력을 센서로 검출하여 입력 신호와 비교하고 그 차이를 계산해서 자동 보정하는 시스템을  첨가시킨 것이다. 

변환부의 구조

변환부의 구조는 토크 모터, 포스 모터, 스테핑 모터, 압전 소장, 2 포트 전자 밸브 두 개의 급기 배기 제어 등으로 구성되어 있다. 토크 모너는 자계 안에 차동적으로 두 코일을 감은 가동 철편을 배치하고 코일에 전류를 통과시키면 공극에 흡인력이 발생해서 토크를 얻을 수 있다. 이 토크가 스프링을 평형시키면 변위가 발생한다. 이 장치가 두 개의 코일을 1조로 되어 있기 때문에 노즐 플래퍼와 스풀 밸브를 결합하여 서보 밸브로도 사용할 수 있다. 포스 모터는 자계 안에 코일을 배치한 것으로 코일에 전류를 흐르게 하면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 코일에 추력이 생기게 한다. 이 추력은 입력 전류에 대해 출력 성이 완전히 비례하여 오픈 루프로 이용할 수 있다. 비례 솔레노이드는 플린저의 스트로크에 상관없이 전에 비례하는 흡인력을 얻을 수 있다. 하지만 토크 모터, 포스 모터에 비해 출력은 크지만 입출력의 정확한 특성은 떨어진다. 디저 구동 등 전자석 구동 방법으로 섭동 저항을 저감 시키는 동시에 히스테리시스 등의 입출력 정확한 특성을 개선할 필요가 있다. 전류가 1A 정도로 크기이기 때문에 전동 컨트롤러가 필요하다.