밸브 터미널: 산업 자동화의 필수 구성 요소

현대 산업은 끊임없이 진화하고 있으며, 산업 자동화 또한 효율성, 정밀도, 신뢰성 향상을 향해 지속적으로 발전하고 있습니다. 이러한 자동화 시스템에는 공압 기술이 활용되어 로봇 그리퍼와 포장 기계를 비롯한 모든 장치에 동력을 공급합니다. 산업 현장에서는 이러한 시스템이 스마트하고 소형이며 고도로 통합된 형태로 설계되고 있어, 개별 공압 시스템마다 필요했던 기존의 배선 및 배관 방식은 이제 과거의 유물이 되었습니다. 바로 이 지점에서 밸브 터미널이 산업 현장에 완벽한 솔루션으로 자리매김하고 있습니다. 밸브 터미널은 중앙 집중식 공압 제어 시스템을 제공하여 자동화 생산 라인의 신뢰성과 효율성을 크게 향상시켜 줍니다.

만약 당신이 엔지니어 또는 시스템 통합업체라면, 이 글은 산업 현장의 공압 제어 아키텍처를 최적화하는 데 필요한 밸브 터미널의 작동 원리, 구조, 장점 및 응용 분야에 대한 모든 기본 지식을 제공할 것입니다.

밸브 터미널 소개

산업 자동화 분야에서 많은 산업체는 자동화 공정을 개선하기 위해 공압 밸브를 활용합니다. 여러 개의 방향 제어 밸브에 각각 개별적인 배선과 배관을 연결하는 대신, 제조업체들은 밸브 터미널이라는 훨씬 더 안정적이고 효율적인 솔루션을 개발했습니다. 산업 현장에서 밸브 터미널을 사용하는 주된 목적은 여러 밸브를 하나의 소형화된 고도로 체계적인 장치로 통합하는 것입니다.

밸브 터미널은 작업자가 실린더, 회전 액추에이터, 그리퍼와 같은 여러 공압 액추에이터를 단일 장치에서 중앙 집중식으로 제어할 수 있도록 설계되었습니다. 효율적인 중앙 집중식 제어를 보장하기 위해 이러한 밸브 터미널은 공압 분배 및 프로그래밍 가능 로직 컨트롤러(PLC)용 통신 신호와 같은 전기 제어 인터페이스를 결합하며, 압축기에서 나온 압축 공기는 필요한 기능을 수행하기 위해 필요한 공압 채널로 전달됩니다.

밸브 터미널이 도입되기 전에는 공압 시스템에서 밸브 기능을 제어하기 위해 개별적이고 복잡한 배선과 공기 공급 라인이 필요했기 때문에 문제 해결 과정이 매우 어렵고 복잡했습니다. 밸브 터미널의 도입으로 복잡한 배선과 어수선하게 연결된 폴리우레탄 튜브가 훨씬 깔끔하고 체계적이며 통신 및 제어가 용이한 중앙 집중식 시스템으로 대체되었습니다.

밸브 터미널 작동 방식

이 글의 해당 부분에서는 효율적인 공압 제어 시스템을 보장하고 공기 흐름 및 신호 처리 과정을 간소화하는 밸브 터미널의 작동 원리를 살펴보겠습니다.

공압 경로

공압 밸브의 모든 개폐에는 공기 흐름이 필요합니다. 밸브 터미널이 작동하려면 압축 공기가 시스템으로 유입되는 주 입구가 있으며, 이 공기는 정밀하게 설계된 채널로 나뉘어 필요한 밸브로 전달됩니다. 따라서 특정 솔레노이드에 전기 신호가 전달되면 내부 스풀 또는 포펫이 해당 작동 포트로 이동하고, 이 포트는 공압 액추에이터에 연결되어 밸브를 확장, 수축 또는 회전시킵니다.

액추에이터가 필요한 스트로크를 완료한 후에는 공기를 배출해야 합니다. 배출 과정에서 공기는 작동 포트를 거쳐 밸브 단자로 되돌아갑니다. 배출 공기로 인한 소음을 최소화하기 위해 밸브에서 직접 배출하는 대신, 중앙에 소음기가 설치된 공통 내부 배기 채널을 통해 공기를 배출합니다. 이는 바닥 소음을 크게 줄이는 데 도움이 됩니다.

밸브 구성

밸브 단자는 기계적 요구 사항에 따라 다양한 밸브 설계가 가능하기 때문에 매우 다용도로 활용되는 것으로 여겨집니다.

• 5/2 밸브: 이 밸브는 2동 실린더를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

• 3/2 밸브: 이 밸브는 단동 실린더에 적용되어 블로우오프 기능을 수행합니다.

• 5/3 밸브: 이 밸브는 닫힘, 열림, 배출 또는 가압과 같은 중앙 위치를 유지하거나 부하를 정지 또는 유지해야 하는 중간 위치를 유지하는 데 적합합니다.

밸브 단자의 구성 요소

밸브 단자가 제대로 작동하려면 몇 가지 핵심 구성 요소와 시스템 아키텍처가 있어야 의도된 효율성과 성능을 보장할 수 있습니다.

매니폴드 베이스(서브플레이트)

서브플레이트는 모든 구성 요소가 부착되는 부분입니다. 이러한 베이스플레이트는 일반적으로 양극 산화 처리된 알루미늄이나 고급 엔지니어링 플라스틱 소재와 같이 내구성이 뛰어나면서도 가벼운 금속으로 제작되어 밸브에 구조적 지지대를 제공합니다. 또한, 내부 통로를 통해 공급 및 배기 공기의 흐름을 유도하여, 공기 공급을 위한 개별 배관 설치 없이 필요한 밸브로 공기를 분배합니다.

공압 솔레노이드 밸브

공압 솔레노이드 밸브는 베이스 상단에 위치한 움직이는 부품입니다. 이 솔레노이드 밸브는 전자 신호를 받으면 즉시 열리거나 닫혀 공기가 통과하도록 할 수 있습니다. 이러한 최신 밸브의 가장 큰 장점은 전력 소모가 매우 적고 여러 번의 작동 주기 동안 효율적으로 작동하여 수명이 길다는 것입니다. 사용자는 다양한 크기의 밸브를 조합하여 여러 기능을 수행하고 다양한 유량 요구 사항에 맞출 수 있습니다.

전기 제어 및 통신 인터페이스

전기 신호는 현대 산업 4.0 시대에서 중요한 역할을 합니다. 이 시대에는 공기 흐름을 조절하는 메인 컨트롤러에서 발행하는 명령을 수신하여 밸브를 열고 닫는 자동화가 점점 더 필수적이 되고 있습니다. 이러한 표준 연결 방식은 다음과 같습니다.

• 다중 핀 커넥터: 예를 들어 D-SUB 25핀 커넥터는 모든 솔레노이드를 하나의 플러그로 연결하는 데 사용됩니다.

• 필드버스 및 산업용 이더넷: 이러한 노드는 PROFINET, EtherNet/IP 또는 EtherCAT과 같은 고급 터미널을 특징으로 하며, 공장 네트워크에서 작업자를 위한 제어 장치와의 연결을 구축합니다.

• IO-Link 통합: IO 통합을 통해 작업자는 밸브 구성을 원격으로 변경하고, 어떤 부품이 오작동하는지 데이터를 얻고, 공장 네트워크와 통합할 수 있습니다.

밸브 터미널 사용의 이점

밸브 터미널을 사용하면 산업 현장에서 운영 및 자동화 측면에서 다양한 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 이점 중 일부는 다음과 같습니다.

• 공간 최적화: 밸브 터미널로 제어되는 중앙 집중식 공압 밸브 시스템을 통해 공압 제어 시스템이 차지하는 공간을 크게 줄여 기계 설계를 훨씬 더 콤팩트하게 만들 수 있습니다.

• 설치 및 배선 시간 단축: 여러 개의 개별 솔레노이드를 배선하는 것은 단일 멀티핀 커넥터 또는 이더넷 케이블을 배선하는 것보다 시간이 많이 소요될 수 있지만, 이를 통해 전체 조립 시간과 인건비를 절감할 수 있습니다.

• 향상된 진단 및 유지보수: IO 통합 기능을 갖춘 스마트 밸브 터미널은 현장에 직접 가지 않고도 생산 라인에서 발생하는 모든 문제를 진단하고 해결할 수 있도록 지원하여 산업 현장의 가동 중단 시간을 줄여줍니다.

• 에너지 효율성: 액추에이터에 훨씬 더 가까운 중앙 집중식 밸브를 사용하면 튜브 길이가 줄어들고 공기의 데드 볼륨도 감소하여 공기를 가압하고 압축하는 데 소비되는 에너지가 줄어듭니다.

밸브 단자 적용 분야

밸브 터미널은 공압 밸브가 일반적으로 많이 사용되는 산업 분야에서 매우 다양한 용도로 활용됩니다. 그 중 일부는 다음과 같습니다.

자동차 제조 및 조립

자동차 제조 및 조립 라인에서는 작업이 자동화되어 있으며 일반적으로 산업용 클램프, 로봇 그리퍼 및 인덱싱 테이블을 사용하여 수행됩니다. 이러한 모든 장비를 동시에 제어하기 위해 밸브 터미널이 사용됩니다. 밸브 터미널은 진동에 대한 저항성이 뛰어나고 안정적인 통신을 제공하기 때문에 자동차 산업에 이상적인 선택입니다.

포장 및 팔레트 작업

포장 기계는 고속으로 작동할 수 있어야 하며, 상자 접기, 용기 채우기, 포장 밀봉 등의 작업을 원활하게 수행할 수 있도록 동작이 정확하게 동기화되어야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하는 데 있어 밸브 터미널은 매우 빠른 응답 시간과 공간 절약형 설계를 제공하여 포장 공정에 탁월한 선택이 될 수 있습니다.

전자 조립

전자 부품 조립에서 가장 중요한 두 가지는 공간 절약과 정밀도입니다. 소형 경량 밸브 단자는 움직이는 로봇 팔에 직접 장착할 수 있어 공간 절약은 물론 정밀도까지 보장하므로 이러한 조건에 완벽하게 부합합니다.

적합한 밸브 단자 찾기

밸브 단자에는 다양한 옵션이 있습니다. 올바른 단자를 선택하는 것은 엔지니어링 프로젝트의 성공 여부를 결정짓는 중요한 요소입니다.

크기 및 유량 요구 사항

공압 밸브는 공기 흐름을 이용하여 작동합니다. 밸브에 공기를 공급하는 단자는 필요한 공기 흐름을 공급할 수 있어야 합니다. 공기 흐름량은 일반적으로 CFM 또는 L/min 단위로 측정됩니다. 공급되는 공기 흐름량이 공압 밸브 액추에이터의 사양과 일치하는지 확인하는 것이 매우 중요합니다. 이를 계산하는 방법은 다음과 같습니다.

Qreq = Qtotalfs (1+ms)

여기:

• Qreq(필요 유량): 필요한 밸브의 크기를 나타내는 값으로, 일반적으로 CFM 또는 L/min 단위로 측정됩니다.

• Qtotal(총 공기 소모량): 모든 실린더가 동시에 작동한다고 가정했을 때 시스템이 사용할 수 있는 최대 공기량입니다. 총 공기 소모량은 각 실린더의 소모율을 합산하여 구할 수 있습니다.

• fs(동시성 계수): 동시에 점화되는 실린더의 수를 정의하는 계수입니다.

• ms(안전 여유): 일반적으로 0.2~0.3으로, 압력 강하에 대한 여유를 정의하여 밸브 크기가 너무 작지 않도록 합니다.

전기 연결 및 제어 아키텍처

이 요소는 터미널이 PLC와 통신하는 방식을 결정합니다. 간단한 기계 제어만 필요한 경우 24V DC 다극 연결로도 충분합니다. 하지만 데이터 기반 자동화가 중요한 산업 환경이라면 IO-Link 또는 필드버스 연결 기능이 통합된 밸브 터미널을 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 기능은 유지보수 및 문제 해결 과정을 훨씬 간편하게 해주고, 개별 솔레노이드 배선 작업에 소요되는 시간과 노력을 최소화합니다.

환경 등급

밸브 터미널의 환경 등급은 다양하지만, 작동 환경을 평가한 후 적절한 옵션을 선택해야 합니다. 예를 들어, 실내 보호 캐비닛에서 사용되는 터미널의 경우 IP40 등급이면 충분합니다. 그러나 터미널이 기계 프레임에 직접 장착되어 먼지, 냉각수 또는 세척 작업에 노출되는 경우에는 민감한 내부 전자 장치를 보호하기 위해 IP65, IP67 또는 IP69K 등급과 같은 더 높은 IP 등급의 인클로저를 사용하는 것이 좋습니다.

밸브 단말 시스템의 안전 및 규정 준수 고려 사항

모든 산업 분야에서 작업자와 기계의 안전은 최우선 사항이어야 합니다. 이러한 안전 기준을 보장하기 위해 다음과 같은 준수 요소를 고려해야 합니다.

• 안전한 배기 및 소음 감소: 공압 밸브 작동 시 가장 큰 문제는 공기 배출 시 발생하는 높은 소음입니다. 따라서 밸브 터미널을 선택할 때는 배기구에 고품질 소음기가 사용되어 작업자의 청력 손상을 방지할 수 있도록 해야 합니다.

• 압력 구역 및 안전 토크 차단(STO): 일부 고급형 에어 터미널은 여러 개의 독립된 압력 구역을 갖추고 있습니다. 이러한 구역은 대형 프레스나 클램프와 같은 위험한 작동기에서 공기를 제거하고 공작물 고정 장치의 공기압을 유지하여 부품 파손을 방지하는 데 도움이 됩니다.

• 산업 인증: 제조 품질의 일관성을 유지하기 위해 구성 요소가 CE, UKCA, UL 및 ISO 인증과 같은 저명한 산업 인증을 획득했는지 확인하십시오.

결론

로봇 팔, 그리퍼, 클램프 등을 포함한 거의 모든 자동화 산업에서 공압 밸브가 사용됩니다. 하지만 시간과 비용이 많이 드는 개별 솔레노이드 밸브의 배선 및 설치 과정은 어느 산업에서도 부담스러울 수 있습니다. 밸브 터미널은 이러한 모든 밸브를 중앙 집중식으로 제어하고 전기 연결을 제공하여 문제 해결 및 설치 과정을 훨씬 간편하게 만들어 줍니다. 밸브 터미널은 자동화를 도입하거나 자동화 프로세스를 개선하려는 모든 산업에서 필수적인 요소가 되고 있습니다. 따라서 엔지니어, 시공업체, 공장 관리자 또는 산업체 소유주로서 산업 자동화를 개선하고자 한다면, 위의 지침을 참고하여 안전 프로토콜을 준수하고 산업 응용 분야에 적합한 밸브 터미널을 선택하여 산업 요구 사항을 충족해야 합니다.

적합한 밸브 터미널을 선택하는 것이 중요한 만큼, 적합한 제조업체를 선택하는 것 또한 매우 중요합니다. 따라서 공압 시스템 업그레이드를 고려하고 계신다면, 저희는 타이탄 오토메이션(Titan Automation)을 추천합니다. 26년 이상의 업계 경력과 60여 개국 수출 실적을 바탕으로, 타이탄 오토메이션은 고객의 자동화 시스템을 미래로 이끌어갈 원스톱의 신속하고 비용 효율적인 공압 솔루션을 제공하는 기업으로 명성을 쌓아왔습니다.

자주 묻는 질문

Q1: 밸브 터미널과 독립형 솔레노이드 밸브의 주요 차이점은 무엇입니까?

독립형 솔레노이드 밸브는 단일 액추에이터 제어에만 사용할 수 있으며, 각각 별도의 공기 공급, 배기 및 배선이 필요합니다. 반면, 밸브 터미널은 공통 공기 공급, 공통 배기 및 중앙 집중식 전기 연결을 활용하여 단일 베이스 플레이트에 있는 여러 솔레노이드 밸브를 동시에 제어할 수 있으므로 시스템 제어 및 문제 해결 과정을 간소화하는 데 도움이 됩니다.

Q2: 동일한 밸브 단자에 서로 다른 크기 또는 기능을 가진 밸브를 혼합하여 사용할 수 있습니까?

네, 많은 밸브 단자는 10mm에서 14mm까지 다양한 밸브 크기와 3/2방향, 5/2방향, 5/3방향 등 다양한 기능을 모두 동일한 매니폴드 베이스에 통합할 수 있도록 설계되었습니다.

Q3: 산업용 밸브 단자의 표준 작동 전압은 얼마입니까?

일반적으로 볼 수 있는 산업용 밸브 단자는 24V DC에서 작동하며, 이는 산업 자동화, PLC 및 안전 회로의 표준 작동 전압입니다.

Q4: 밸브 단자는 열악한 제조 환경에 적합한가요?

제조사에서 제공하는 보호 등급에 따라 다릅니다. 열악한 환경에서 밸브 터미널을 사용하려면 IP65 또는 IP67 등급을 확인하십시오. 이러한 등급을 받은 터미널은 먼지와 저압 분사로부터 보호하는 하우징이 있어 별도의 제어 캐비닛 없이 기계에 직접 장착할 수 있습니다.