PLC에서 캠 제어를 수행하는 방법을 알려주세요.

PLC에서 캠 제어를 수행하는 방법을 알려주세요.

캠이란, 그림 1에 나타낸 바와 같이 회전축에 기계적 구조를 적용하여 모터 등에 의한 주축의 회전 운동을 위상에 따른 복수의 종축의 다양한 직선 운동 변위 등으로 변환하는 기계적 구조를 의미합니다.
이 캠의 주축 회전 운동에 의해 발생하는 종축의 직선 운동을 '캠 동작'이라 하여, 예로부터 엔진 등 많은 기계 제어에 사용되어 왔습니다.
캠 동작은 기존에는 기계적 구조를 이용한 '기계식 캠'에 의한 것이었지만, PLC(컨트롤러)나 전동 서보 등의 전자 기기 발달로 인해 현재는 사전에 주축의 위상과 종축의 변위 대응표를 메모리에 저장해 두고, 주축에 동기화하여 종축이 동작하는 '동기 제어'에 의한 '전자식 캠'이 주류를 이루고 있습니다.


그림 1. 캠 기구

한편, 이 캠 동작에 부수적으로 주축의 위상을 리미트 스위치 등으로 검출하여 ON/OFF 제어를 수행하는 '캠식 시퀀스 제어'도 이루어져 왔습니다.
오므론에서는 이 캠식 시퀀스 제어에 특화된 캠 포지셔너라는 제품을 보유하고 있지만, 최근에는 PLC(컨트롤러)의 제어 성능이 향상되어 PLC(컨트롤러)의 명령어와 로터리 인코더 등을 사용하여 캠식 시퀀스 제어를 수행할 수도 있게 되었습니다.

	① 매거진으로부터의 공급 백 암 제어
	② 펌프 구동 실린더 제어
	③ 고형물 정량 투입 제어
	④ 정량 액체 충전을 위한 플런저, 펌프 제어
	⑤구멍 닫기, 탈기 제어
	⑥ 씰 금형 프레스 시간 제어 　및 배출 암 제어
그림 2. 캠 동작 및 캠식 시퀀스 제어를 이용한 기계의 예

이상을 바탕으로, "캠 동작"이나 "캠식 시퀀스 제어" 등의 PLC 및 캠 포지셔너에 의한 캠 제어 관련 실현 방법을 아래 표에 나타냅니다.

개요와 특징	구현 방법
	입력	제어 기기와 제어 방법		출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: 캠 포지셔너의 출력 응답: 0.3ms 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 8점/16점/32점 설치 시에만 원점 조정	위상 검출: 전용 앱솔루트형 로터리 인코더 E6CP-A□-C E6C3-A□-C E6F-A□-C 입력: 캠 포지셔너의 인코더 입력	캠 포지셔너 H8PS (2025년 3월 생산 종료)	캠 포지셔너에 내장된 캠식 시퀀스 제어 펌웨어를 통해 인코더로부터 각도 데이터를 읽어들이고, 사전에 설정된 최대 8뱅크까지의 ON/OFF 각도 설정값(캠 프로그램)에 따라 포지셔너에 탑재된 점수(기종에 따라 8점/16점/32점 있음)까지의 출력을 ON/OFF	캠 포지셔너의 디지털 출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: 캠 포지셔너의 검출 사이클: 0.1ms 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 16점/32점 설치 시에만 원점 조정	위상 검출: 레졸버 3F88L-RS15(□) 3F88L-RS17(□) 입력: 캠 포지셔너의 레졸버 입력	캠 포지셔너 3F88L-160 3F88L-162 (2024년 3월 생산 종료)	캠 포지셔너에 내장된 캠식 시퀀스 제어 펌웨어를 통해 레졸버로부터 각도 데이터를 읽어들이고, 사전에 설정된 최대 4뱅크(분해능 720 시)까지의 ON/OFF 각도 설정값(캠 프로그램)에 따라 포지셔너에 탑재된 점수(기종에 따라 16점/32점 있음)까지의 출력을 ON/OFF	캠 포지셔너의 디지털 출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: PLC 사이클 적용 회전 속도: 저속(수십~백 r/min) ※1 출력 점수: 비교 명령 다중 사용으로 PLC의 물리적 최대 출력 점수까지 확장 가능 설치 시에만 원점 조정	위상 검출: 앱솔루트형 로터리 인코더(그레이 2진 코드 출력) E6CP-A E6C3-A E6F-A 등 입력: PLC의 디지털 입력	PLC NJ501 NJ301 NJ101 NX701 NX102 NX1P2	Gray(그레이 코드 변환) 명령 등으로 BIN 데이터나 각도 데이터로 변환하고, TableCmp(테이블 간 비교) 명령 등으로 대역 내에 인코더 값이 있는 경우 출력	PLC의 디지털 출력
		PLC CS1-H CS1D CJ2□ CJ1M CP1H CP1L	GRY(그레이 코드 변환) 명령 등으로 BIN 데이터나 각도 데이터(0.1° 단위)로 변환하고, BCMP(테이블 비교) 명령 등으로 대역 내에 인코더 값이 있는 경우 출력
		PLC CP2E CP1E	그레이 2진 코드를 BIN 데이터나 각도 데이터로 변환하고, BCMP(테이블 비교) 명령 등으로 대역 내에 인코더 값이 있는 경우 출력 단, GRY 명령은 미지원이므로 다른 명령어를 활용하여 변환이 필요
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: PLC 인터럽트 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: CJ2M: 32점 CP1E/CP2E: 6점 상기 이외: 8점 전원 ON 시 매번 원점 조정 필요 비교적 저렴	위상 검출: 인크리멘탈형 로터리 인코더(보완형/오픈 컬렉터/라인 드라이버에 의한 펄스열 출력) E6C3-C E6F-C 등 입력: PLC 내장 펄스열 입력 단, CJ2M에서는 펄스 I/O 블록 CJ2M-MD21□ 필요	PLC CJ2M CJ1M CP1H CP1L CP2E CP1E	펄스열 입력에서 가져온 인코더 현재값을 1회전을 최대값으로 하는 고속 카운터의 링 모드로 카운트하고, 그 카운터 값을 CTBL 명령 등으로 대역 비교하여 인코더 값이 대역 내에 있으면 인터럽트가 발생하고, 인터럽트 태스크 내의 프로그램에서 출력 PLC의 디지털 출력을 사용하므로 물리적 출력 점수는 확장할 수 있지만, CTBL 명령어의 사양 등에 따라 실제 출력 점수는 제한된다.	PLC의 디지털 출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: 고속 카운터 유닛의 외부 출력 응답: 0.5ms 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 외부 출력 2점, 내부 출력(PLC 경유 출력) 30점 전원 ON 시 매번 원점 조정 필요	위상 검출: 인크리멘탈형 로터리 인코더(컴플리멘터리/오픈 컬렉터/라인 드라이버에 의한 펄스열 출력) E6C3-C E6F-C 등 입력: 고속 카운터 유닛 CJ1W-CT021의 펄스열 입력	PLC NJ501 NJ301 NJ101 CJ2□ CJ1M	고속 카운터 유닛을 1회전을 최대값으로 하는 링 카운터로 대역 비교 모드로 설정하여 카운트한 인코더 현재값이 대역 내에 있을 경우 출력 외부 출력은 PLC에 의존하지 않지만, 내부 출력은 PLC에 인터럽트를 걸어 PLC에서 출력하므로 응답이 다소 느려질 수 있음	외부 출력: 고속 카운터 유닛의 디지털 출력 내부 출력: PLC의 디지털 출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: PLC 정주기 ※2 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 비교 명령 다중 사용으로 PLC의 물리적 최대 출력 점수까지 확장 가능 전원 ON 시 매번 원점 조정 필요	위상 검출: 인크리멘탈형 로터리 인코더(컴플리멘터리/오픈 컬렉터/라인 드라이버에 의한 펄스열 출력) E6C3-C E6F-C 등 입력: 인코더 입력 단자 GX-EC0□ 또는 인크리멘탈 인코더 입력 유닛 NX-EC0□ EtherCAT 통신 또는 NX 버스 통신을 통해 PLC로 입력	PLC NJ501 NJ301 NJ101 NX701 NX102 NX1P2	엔코더 입력 유닛을 1회전을 최대값으로 하는 링 카운터로 카운트한 엔코더 현재값을 TableCmp(테이블 간 비교) 명령 등으로 비교하여, 대역 내에 엔코더 값이 있는 경우 출력	PLC의 디지털 출력
			주축에 대해 MC_DigitalCamSwitch 명령으로 디지털 캠 스위치를 활성화하고, NX_AryDOutTimeStamp 명령으로 미리 지정한 출력의 ON/OFF 시간 배열에 따라 타임스탬프 방식의 디지털 출력을 ON/OFF한다. ※3	타임스탬프(시간 지정 출력) 방식의 디지털 출력 NX-OD2154 NX-OD2258
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: PLC 정주기 ※2 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 비교 명령 다수 사용으로 PLC의 물리적 최대 출력 점수까지 확장 가능 R88M-1□ 등의 절대형 타입에서는 설치 시에만 원점 조정 R88M-K 등의 인크리멘탈 타입에서는 전원 ON 시 매번 원점 조정 필요	위상 검출: 주축 서보 모터의 인코더 서보 모터/드라이버 R88M-1□/R88D-1SN□-ECT R88M-K/R88D-KN□-ECT 등 입력: EtherCAT 통신을 통해 PLC로 입력		주축의 현재 위치 데이터를 나타내는 축 변수 "_MC_AX[*].Act.Pos" 등을 TableCmp(테이블 간 비교) 명령 등으로 비교하여, 대역 내에 인코더 값이 있는 경우 출력	PLC의 디지털 출력
			주축에 대해 MC_DigitalCamSwitch 명령으로 디지털 캠 스위치를 활성화하고, NX_AryDOutTimeStamp 명령으로 미리 지정한 출력의 ON/OFF 시간 배열에 따라 타임스탬프 방식의 디지털 출력을 ON/OFF한다. ※3	타임스탬프(시간 지정 출력) 방식의 디지털 출력 NX-OD2154 NX-OD2258
캠 동작 제어 응답: PLC 정주기 ※2 캠 데이터 점수: PLC 기종에 따름 예) NX102의 경우 1캠 테이블은 최대 65,535점 최대 160 테이블 단, 전체 캠 테이블에서 최대 262,140점			미리 캠 테이블에 주축의 위상과 종축의 변위 대응표를 저장해 두고, MC_CamIn 등의 모션 제어 명령으로 종축의 캠 동작을 수행한다.	EtherCAT 통신을 통한 종축 서보 모터 출력
캠식 시퀀스 제어 제어 응답: PLC 스캔 적용 회전 속도: 중속(수백~천 r/min) ※1 출력 점수: 비교 명령 다중 사용으로 PLC의 물리적 최대 출력 점수까지 확장 가능 R88M-K 등의 인크리멘탈 타입에서는 전원 ON 시 매번 원점 조정이 필요	위상 검출: 주축 서보 모터의 인코더 서보 모터/드라이버 R88M-K/R88D-KN□-ECT R88M-K/R88D-KT 등 입력: EtherCAT 통신 또는 펄스 입력 입력을 통해 다음의 피드백 현재값을 가진 NC 유닛 CJ1W-NC□8□ CJ1W-NC□□4 로 입력되어 PLC로 전달됨	PLC CJ2□	주축의 현재 위치 데이터를 BCMP(테이블 비교) 명령 등으로 비교하여, 대역 내에 인코더 값이 있는 경우 출력	PLC의 디지털 출력
캠 동작 제어 응답: NC 유닛과 PLC 간의 동기 데이터 링크 주기 캠 데이터 점수: 1캠 테이블은 최대 16,384점, 최대 32 테이블 단, 전체 캠 테이블에서 최대 24,576점			캠 테이블에 미리 주축의 위상과 종축의 변위 대응표를 저장해 두고, NC 유닛의 동기 제어 기능으로 종축의 캠 동작을 수행한다.	NC 유닛의 EtherCAT 통신 또는 펄스열 출력을 통해 종축 서보 모터 출력

※1
상기 표의 적용 회전 속도는 성능 기준으로 제시한 것으로, 최고 속도 조건에서 주축 1회전의 분해능을 720으로 하고, 800r/min에서 최소 ON/OFF 폭이 20(10°) 이하가 되는 성능을 중속으로, 그 이상을 저속으로 합니다.
단, PLC나 고기능 유닛 및 네트워크 등의 부하 조건에 따라 위 값을 만족하지 못할 수 있습니다.

※2
PLC의 정주기 제어에서 1주기는 1ms 이하를 상정하고 있습니다.
단, NX1P2에서는 주기 설정이 2ms 이상이 됩니다.

※3
이 구성으로 하면 PLC의 주기에 영향을 받지 않고 출력할 수 있습니다.
단, 주축은 인크리멘탈 엔코더 입력 유닛 NX-EC0□ 또는 NX-ECS□, 서보 모터/드라이버 R88M-1□ / R88D-1SN□-ECT를 사용하고 반드시 축을 일정 속도로 사용하십시오.


【주의】
전용 캠 포지셔너를 사용하던 설비의 교체 등으로 유사한 기능을 PLC로 구현하려는 경우, 적용 회전 속도가 중속 이상의 성능을 가진 구성과 프로그램을 검토해야 합니다.
다만, 3F88L처럼 회전 각도 검출에 레졸버 ※4를 사용하는 기종에서는 축 허용력: 방사형 196N 이하 스러스트 196N 이하 및 내환경성: 사용 주변 온도 -10~+80°C 방유형 IP52f(JEM),케이블 길이: 100m 등 내환경성 및 신뢰성이 강화되어 있으므로, 이러한 측면에도 주의가 필요합니다.

※4
레졸버는 각도를 검출하는 센서 중 하나입니다.
레졸버는 구조가 단순하고 전자 부품을 사용하지 않아 먼지, 진동 등에 의한 성능 영향이 인코더에 비해 작다는 특징이 있으며, 내환경성 및 신뢰성이 우수하다고 할 수 있습니다.
또한 브러시리스 방식이므로 유지보수가 필요 없으며 수명은 베어링 부분에만 의존합니다.


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