[STEP 한국기술대학] 반도체 장비 시설 운영 Part 1. - (5) 공조기 자동제어

반도체 장비 시설 운영 Part 1.
(5) 공조기 자동제어

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자동제어 개요

 

1. 자동제어 구성 기초 요소

 

 1) 시퀀스 제어 (sequence control)

 

  •  제어동작이 정해진 순서에 따라 순차적으로 진행

  • 수관식 보일러의 연소안전장치 (프리퍼지, 연료 및 공기 공급, 착화, 연소)등과 같이 출력과 무관하게

     진행 장비를 작동 시킬 때 장비특성에 알맞도록 짜여지는 작동 프로그램 

 

2) 피드백 제어 (feedback control)

 

• 되돌림 제어라고 하며 출력값을 입력값과 비교하여 출력값을 설정한 목표값에 도달하도록 제어

• 정해진 목표값을 유지하도록 입력값과 출력값을 계속 비교하여 조작량을 제어대상에 보내는 것 (온도, 압력, 수위, 제어 등)

 • 폐쇄 루프 제어(Closed Loop Control)라고 함

 

3) 제어동작에 의한 분류

 

 

2. 공조기 자동제어 개념

 

 1) 공조기 자동제어

 

 • 공조기

  - 다양한 내부 구성 성분들에 의해 특정한 공간의 온도, 습도, 공기흐름을 항상 원하는 환경으로 유지

  • 자동제어를 통해 이런 환경을 지속시키는 방법

  • 시스템 구성방법, 덕트방식, 열매체 종류 등에 따라 시스템 구성도가 다양하게 존재

 

3. 공조기 자동제어 시스템

 1) 공조기 자동제어 시스템 방식

 

4. 공조기 공조방식 종류

 

• 단일덕트 정풍량 방식(CAV, Constant Air Volume)

- 1개의 덕트로 급기 풍량을 일정하게 하고 부하 변화에 대하여 급기 온도를 변경하여 제어하는 방식

 

• 단일덕트 변풍량 방식(VAV, Variable Air Volume)

 - 1개의 덕트로 급기 온도를 일정하게 하고 부하 변화에 대하여 급기 풍량을 변화하여 제어하는 방식

 

• 이중덕트 방식

 - 냉풍과 온풍 2계통의 덕트를 별도로 설치하여 말단의 혼합 상자에 서 냉풍, 온풍을 혼합하여

    각 존별로 요구하는 온도, 습도에 맞추 어 냉풍 또는 온풍을 공급하는 방식

 

 • 전공기 방식

  - 실내에 열을 공급하는 매체로 공기를 사용하는 방식으로 외기와 실내환기를 혼합하여

   공조기 내에서 냉풍 또는 온풍을 만들어 실 내로 공급하는 방식

 

  • 수공기 방식

  - 열의 매체로 물과 공기를 병용하는 열원장치로부터 냉수, 온수 또는 증기를 이용하여 냉풍과 온풍을 공급하는 방식

 

  • 전수 방식

  - 물을 이용하여 실내공기를 가열, 냉각하는 방식

 

  •  냉매 방식

 - 냉매를 이용하여 실내공기를 가열, 냉각하는 방식

 

  • 중앙집중관리식 

  - 모든 제어 공간에 대한 온도, 습도 등을 한 곳에서 일괄적으로 제어하는 방식

 

  • 지역분산관리식

  - 분리된 제어공간별로 독립적으로 온도, 습도 등을 제어하는 방식

 

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자동제어 프로세스

 

1. 자동제어 시스템 구성도

 

• 일반 클린룸 제어용, 단일 덕트 정풍량 방식, 전공기 방식, 중앙집중관리 방식,

   DDC방식의 자동제어 시스템을 이용한 공조기

 

2. 자동제어 용어 설명

 

 1) 급기 (SA, Supplied Air)

 -  공조기가 실내로 공급하는 공기

 

 2) 환기(RA, Returned Air)

 - 실내에서 공조기로 환원되는 공기

 

3) 배기(EA, Exhausted Air)

 - 공조기에서 외부로 배출되는 오염 공기

 

4) 외기(OA, Outer Air)

- 공조기로 유입되는 외부 공기

 

5) 스팀 공급(SS, Steam Supply

 - 열원설비인 보일러가 공조기에 공급하는 증기

 

6) 온수

 - 열원설비인 보일러가 공조기에 공급하는 따뜻한 물

 

7) 냉수

 - 열원설비인 냉동기가 공조기에 공급하는 차가운 물

 

8) 가습기

 - 공조기에서 공기 중의 습도를 제어해 주는 장치

 

9) CC(Cooling coil)

  - 공기를 냉각시켜 주는 공조기 내부의 열교환 영역 중 하나

 

10) HC(Heating coil)

 - 공기를 가열시켜 주는 공조기 내부의 열교환 영역 중 하나

 

11) SF(Supply Fan)

 - 실내로 공기를 주입시키는 송풍기

 

12) RF(Return Fan)

 - 실내의 공기를 공조기로 흡입시켜 주는 환풍기

 

13) AI(Analog Input)

 - 아날로그 입력(연속적인 값으로 입력되는 신호)

- 온도, 습도 등의 크기 변화에 대한 값

 

14) AO(Analog Output)

- 아날로그 출력(연속적인 값으로 출력되는 신호)

 - 대표적으로 밸브의 열리고 닫히는 정도

 

15) DI(Digital Input)

- 디지털 입력

- 어떤 스위치의 접점처럼 붙으면 1, 떨어지면 0에 해당하는 신호를 받아 들이는 것

 

16) DO(Digital Output)

 - 디지털 출력

 - 어떤 스위치의 접점이 붙으면 1, 떨어지면 0에 해당하는 신호를 출력하는 것

 

17) NC(Normal Close)

- 처음부터 닫힌 상태라는 의미

- 공조기에서 공기의 출입구인 댐퍼가 처음에 닫힌 상태여서 공기의 출입이 없음

 

18) NO(Normal Open)

- 처음부터 열린 상태라는 의미

- 공조기에서 공기의 출입구인 댐퍼가 처음에 열린 상태여서 공기가 계속적으로 출입하고 있음

 

19) T

- 온도센서

- 급기, 환기, 외기의 온도를 아날로그 값으로 표시

 

20) H

 - 습도센서

- 급기, 환기, 외기의 습도를 아날로그 값으로 표시

 

21) B

 - 연기감지기센서

 - 화재가 있는지 없는지를 0과 1의 디지털 신호로 입력시킴

 

22) M

- 모터(전동기)

- 댐퍼에 연결되어서 댐퍼가 열리고 닫히는 힘 공급

 

23) DF

 - 차압 검출스위치

 - 양쪽에 압력 차이가 있는지 없는지에 대한 0과 1의 디지털 신호 입력

 - 압력 차이를 감지하기 때문에 필터의 차압이나 공기흐름을 검출하는 곳에 사용

 

24) 전기히터(EH)

 - 쿨링코일과 가열코일의 동파를 방지하기 위한 전기 히터

 

3. 자동제어 동작 프로세스

 1) 온습도 센서의 역할

• 급기덕트 온·습도 센서 

 - 실내로 공급되는 온도 및 습도를 아날로그 값으로 검출

 - 토출 공기의 상태 감시

 

• 환기덕트

 - 온·습도 센서

 - 실내의 온도와 습도를 아날로그 값으로 측정

 - 냉방 또는 난방 밸브와 가습 밸브를 동작시키는 제어 기준

 

• 외기덕트 온·습도 센서

 - 외부공기의 온도와 습도를 아날로그 값으로 측정

 - 특정한 상황 시 외부 공기를 공조기로 유입시킬 것인지를 판단하는 기준으로 사용

 

 

2) 팬 가동

 

① 중앙제어반에서 급기팬 가동

② 시간지연(2초)

③ 외기댐퍼 모터 동작

④ 외기댐퍼 완전 개방

⑤ 환기팬 동작

⑥ 공기순환

 

3) 덕트 댐퍼 및 팬의 원활한 동작 상태 확인

 • 공기흐름 검출기

 - 급기덕트의 송풍기와 환기덕트의 환풍기 전후에서 동작

 - 댐퍼 및 팬이 정상적인 동작을 하는지 검사

 - 경보가 발생하면 다른 제어용 밸브들은 동작을 멈춤

 

4) 연기감지기 동작

 • 화재 발생 시

 - 연기감지기에 의하여 연기 감지

 - 급기 및 환기팬을 바로 정지시킴

 - 중앙감시반에 화재경보 신호를 보냄

 

5) 필터 이상 유무 확인

•  필터(프리필터 및 미디엄 필터)의 상태 제어

 - 차압 검출스위치 부착

 - 필터의 정격 압력과 비교

 - 필터의 교환여부나 청소여부를 중앙감시반에 알림

 

6) 코일 동파 방지

• 동계 운전 시 공조기 코일의 동파 방지

 - 코일 전단에 전기히터 설치

 - 코일 전단의 공기 온도를 감지하여 설정온도 이하가 되면 가동되고 그 상태를 중앙감시반에 전달

 

7) 댐퍼 제어

• 동계 난방 운전 시

- 초기 : 외기댐퍼와 배기댐퍼는 완전 폐쇄하고, 환기댐퍼는 완전 개방

- 이후 : 외기댐퍼를 최소한으로 개방하고 환기댐퍼는 외기댐퍼가 닫힌 비율의 반대 만큼 개방(연동제어)

 

• 하계 냉방 운전 시

- 초기 : 외기 및 배기댐퍼 완전 개방, 송풍기 가동

- 이후 : 외기댐퍼를 최소한으로 개방하고 환기댐퍼는 외기댐퍼가 닫힌 비율의 반대 만큼 개방(연동제어)

 

• 환절기 냉·난방 병행

 - 환기덕트에 설치된 온·습도 검출기와 외기덕트에 설치된 온·습도 검출기에 의하여 엔탈피를 연산 비교

 - 실내 엔탈피가 외기 엔탈피보다 높은 경우에는 외기에 의한 냉방

 - 실내 엔탈피가 외기 엔탈피보다 낮은 경우에는 난방

 

8) 밸브 제어 

• 냉방 밸브 제어

- 냉방 운전 시 환기덕트에 설치된 온도센서의 검출온도에 의하여 냉방밸브를 비례제어함으로써 실내온도 유지 

 - 공조기의 냉각코일에 유입되는 냉수 유량 제어

 

• 난방 밸브 제어

 - 난방 운전 시 환기덕트에 설치된 온도센서의 검출온도에 의하여 난방밸브를 비례제어 함으로써 실내온도 유지

 - 공조기의 온수코일에 유입되는 온수 유량 제어

 

• 스팀공급 밸브 제어

 - 일반적으로 난방운전 시에만 운전

 - 환기덕트에 설치된 습도센서에 의하여 실내의 습도 감지

 - 스팀공급 밸브 On/Off 제어

 

9) 급기팬 정지 시 각종 제어기기의 상태

① 급기팬 정지 ② 환기팬 동작 정지 ③ 냉·난방 제어밸브 동작 정지 ④ 외기 및 배기댐퍼들 닫힌 상태

 

4. 자동제어 고려사항

 

 1) 제어기 고려사항

 • 동절기에 공조기 정지 시 외기가 유입되어 코일이 동파되는 것 방지

• 가습기 작동 시

 - 덕트 내의 응축현상 예방

- 토출구에서 물방울이 튀지 않도록 예방

 - 급기 습도 상한값 설정 및 관리

 

2) 중앙 (지역)감시반 중요 확인 사항

• 고급팬 가동·정지 및 운전상태 감시

• 환기팬 운전상태 감시

• 화재경보 감시

• 외기 온·습도 감시

• 환기 온·습도 감시

• 급기 온·습도 감시

• 혼합기 온도 감시

• 전기히터 운전상태 감시

• 필터 차압 감시