산업 현장에서 왜 무선 푸시버튼을 사용하나요?
원격 푸시버튼을 떠올리면 차고 문 개폐기가 가장 먼저 생각납니다. 안전이 필수적이지 않은 다양한 응용 분야가 이러한 제어 방식의 혜택을 받을 수 있습니다. 몇 가지 장점은 다음과 같습니다:
- 작업자가 통제권을 일정 수준 유지하면서도 장비 주변을 자유롭게 이동할 수 있습니다.
- 전선이나 배관이 필요치 않아 장비 배선이 간소해집니다.
- 장비를 재배선하지 않고도 스위치 어셈블리를 이동할 수 있어서 장비에 무선 제어를 반영구적으로 고정해 사용할 수 있습니다.
- 기존 하모니 (Harmony) 푸시버튼에 무선 스위치 블록을 추가하면 한 장비에서 다른 장비로 제어 신호를 전달할 수도 있습니다. 즉, 이 솔루션으로 인해 장비 간의 드라이 릴레이 접점 (dry relay contact)을 배선할 필요가 없어집니다.
이번 글에서는 그림 1에 나와 있는 슈나이더 일렉트릭의 하모니 푸시버튼 시스템을 살펴보겠습니다. 이 그림에서는 ZBRRA 수신기와 ZBRM22B0 무선 핸디 박스를 사용하고 있습니다. 수신기는 소형 릴레이/PLC 훈련용 키트에 장착되어 있으며 B&K Precision 1550 전원 공급 장치로 전원이 공급됩니다.
기술 팁: "안전 필수 (safety critical)"라는 용어는 원격 제어 응용 분야에서 매우 중요한 고려 사항입니다. 슈나이더의 문서에 따르면, 하모니 원격 푸시 버튼 시스템은 호이스트 (hoist) 스위치 또는 비상 정지 스위치 용도로 사용해서는 안됩니다. 이러한 생명과 직결된 제어 장치는 해당 지역·주·연방 지침에 따라 반드시 장비에 유선으로 직접 연결해야 합니다.
그림 1: 슈나이더 일렉트릭 하모니 ZBRRA 수신기와 ZBRM22B0 듀얼 원격 무선 푸시버튼의 테스트 구성.
하모니 무선 푸시버튼은 어떻게 작동하나요?
슈나이더 제품이 디지키 실험실에 도착했을 때, 기술자와 엔지니어들의 관심을 사로잡았습니다. "무선"과 "배터리 불필요"라는 사양이 특히 흥미로웠으며, 이에 자연스럽게 그림 2와 같이 원격 푸시버튼의 케이스를 열어보았습니다.
그림 2: ZBRM22B0 푸시버튼 어셈블리의 내부 사진. ZBRT2 모듈 중 하나가 분리되어 전면에 놓여 있습니다.
푸시버튼 어셈블리의 부품 번호는 그림 2에서 볼 수 있듯이 하모니 ZBRT2 모듈입니다. 여기서는 모듈 하나를 분리하여 이미지 전면에 놓아 두었습니다. 이 모듈의 풋프린트는 동일하며 다른 하모니 스위치와도 호환됩니다. 그림 3은 하모니 XB5에 설치된 무선 모듈을 보여줍니다.
그림 3: 하모니 XB5 스위치 어셈블리에 장착된 ZBRT2 무선 모듈의 사진.
지그비 송신기가 탑재된 ZBRT2
슈나이더 무선 시스템은 IEEE 802.15.4 지그비 프로토콜을 기반으로 합니다. ZBRT2 모듈은 저전력 송신기를 탑재하고 있으며 DIN 레일에 장착되는 수신기는 고감도 수신기를 탑재하고 있습니다. 시스템은 2.405 GHz에서 동작합니다. 무선 패킷을 포착해 보는 것도 흥미롭겠지만, 이는 다음 기회로 미뤄 두겠습니다.
에너지 하베스팅을 사용하는 것으로 보이는 ZBRT2
ZBRT2 모듈에는 배터리가 없습니다. 또한 외부 전원을 위해 외부로 어떠한 연결도 하지 않습니다. 따라서 지그비 송신기에 필요한 에너지를 사용자로부터 얻는다고 결론지을 수 있습니다. 동영상 2에서 볼 수 있듯이, 버튼을 누를 때와 뗄 때 모두 데이터가 전송됩니다. 따라서 버튼을 누르고 뗄 때 모두 에너지 하베스팅이 사용된다고 볼 수 있습니다. 이는 단일 정보 패킷을 전송할 만큼만 필요한 매우 적은 양의 에너지입니다. 특히, ZBRT2는 고유 식별 정보를 반드시 전송해야 합니다. 언젠가 다음 기회에 송신기를 분해해 작동 원리를 살펴보도록 하겠습니다.
기술 팁: 하모니 무선 송신기의 정격은 이상적인 조건에서 100 미터까지 동작하는 것입니다. 그러나 이는 현실적이지 않으며, 특히 ZBRRA 수신기가 금속(으로 차폐된) 제어 패널 내부에 설치된 경우 더욱 그렇습니다. 슈나이더의 데이터에 따르면, 25미터가 보다 현실적인 범위입니다. ZBRRA 수신기에는 해당되지 않지만, 슈나이더에는 동종품인 ZBRN1 게이트웨이처럼 외부 안테나 연결 옵션을 제공하는 장치도 있습니다.
슈나이더 ZBRRA 수신기는 제어 패널 내부에서 어떻게 물리적으로 연결되나요?
ZBRRA의 출력은 두 개의 단극 쌍투 (SPDT) 릴레이로 구성됩니다. 모든 릴레이가 그렇듯이, 접점의 정격 전류는 인가 전압과 승인 기관에 따라 달라집니다. 일반적인 사양에 따르면, 접점이 3A 정격이므로 소형 부하에 직접 연결할 수 있습니다. 또한 수신기를 사용해 모터 스타터를 직접 제어할 수도 있습니다.
ZBRRA의 동작 모드에는 무엇이 있나요?
ZBRRA에는 다음과 같은 4가지 모드가 있습니다:
- 유지 (maintained): 단일 푸시버튼 프로세스 제어 방식과 유사합니다. 첫 번째 버튼을 누르면 시스템이 활성화되고, 두 번째 버튼을 누르면 해당 시스템이 비활성화됩니다.
- 순간 (momentary): 버튼을 누르고 있는 동안에만 출력이 활성화됩니다. 동영상 1에서 시연되는 모드입니다.
- 펄스 (pulse): 버튼 누름이 감지되면 출력이 단일 펄스를 전송합니다.
- 시작/정지 (start/stop): 하나의 버튼으로 시작하고 다른 버튼으로 정지하는 전통적인 3선식 모터 시작·정지 회로와 유사합니다.
동영상 1: 테스트베드의 빨간색과 녹색 패널 램프는 연결된 빨간색 또는 녹색 버튼을 누르는 동안 활성화됩니다.
PLC와의 인터페이스
ZBRRA의 릴레이 출력은 프로그램 가능 로직 제어기 (PLC)와 별도의 설정 없이 연동됩니다. 수신기의 출력 릴레이 한쪽 단자는 24 VDC에 연결되며, 상시 개방 접점은 PLC의 입력에 연결됩니다 (채널 1은 11~14번 쌍, 채널 2는 21~24번 쌍). PLC의 관점에서 보면, 원격 수신기는 다른 입력 필드 장치와 동일합니다. 그림 1을 자세히 보면 빨간색 전원 블록에서 24 VDC가 공급되고, 두 개의 전선이 빨간색과 녹색 패널 램프에 연결된 것을 확인할 수 있습니다.
기술 팁: PLC를 사용하여 사용자에게 창의적인 피드백을 제공할 수도 있습니다. 간단한 형태의 피드백으로는, 키 입력을 감지하면 PLC가 부저를 잠깐 작동시키는 것입니다. 여러 번의 키 입력이나 패턴을 사용해 다양한 기능을 수행할 수도 있습니다. 예를 들어, 버튼을 10초간 누르면 PLC를 유지보수 모드로 전환할 수 있습니다. 다양한 기능을 구현할 수 있지만, 단순한 게 나을 수도 있습니다.
슈나이더 하모니 시스템은 어떻게 설정해야 하나요?
각 지그비 송신기는 고유 ID를 가지고 있습니다. 정상적으로 작동을 하려면 수신기는 송신기와 페어링 되어야 합니다. 예를 들어, 동영상 1의 빨간색 푸시버튼은 채널 1과, 녹색 푸시버튼은 채널 2와 페어링 되어 있습니다. 설정 및 페어링 절차는 슈나이더 일렉트릭에서 제작한 동영상 2를 참고하시기 바랍니다.
동영상 2: 하모니 무선 수신기 설정 방법.
글을 맺으며
살펴보는 재미가 있는 제품이었습니다. 배선과 설정도 매우 간단한 시스템이었습니다. 이 제품을 활용한 여러분의 성공 사례를 꼭 들어보고 싶습니다. 또한 도전해 보고 싶으시다면, 기술 팁에서 언급한 PLC를 활용한 사용자 피드백을 직접 구현해 보시기 바랍니다.
감사합니다,
APDahlen
저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 디지키에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.