공장 내 센서 선정 시 고려할 사항
센서 선정에 앞서 고려해야 할 3가지 내용
공장 자동화 분야에서 가장 중요한 부분을 꼽으라 한다면 적절한 센서를 선택하여 설치하는 것이라 말할 수 있을 것입니다.
보통 센서를 실제로 사용하는 제조공장의 엔드유저(End User)분들은 센서를 선정할 때 보통 SI 업체에 맡기거나, 선호하는 메이커 제품을 선택하거나, 아니면 가격적으로 저렴한 제품을 선택하기 때문에 몇가지 중요한 요소가 많이 간과되는 것 같습니다. 사실 자동화 분야에서 데이터를 수집하는데 가장 근간이 되는 부분은 센서입니다. 센서를 통해서 현상을 측정할 수 있어야 자동화에 대한 화두를 던질 수 있기 때문입니다. 따라서 센서를 선정할 때 고려야 할 점 3가지에 대해서 이야기해보고자 합니다.
1. 어떤 현상을 측정하고자 하는가
먼저 어떤 현상을 측정해야 하는지 고민해봐야 합니다. 단순한 물체 유무를 검출하는 애플리케이션이라고 하더라도 사용 가능한 수십 가지의 대안은 나올 수 있습니다. 검출하거나 측정하고자 하는 현상이 무엇이며, 해당 현상을 측정하거나 파악하는데 기준이 될 수 있는 척도가 무엇인지 확인해야 합니다. 그리고 그 기준에 맞춰서 현재 측정하고자 하는 상황을 묘사할 수 있는 센서가 무엇 인지를 찾아야 합니다.
부분집합 관계를 표현한 벤 다이어그램. A는 B의 부분집합이다. @wikipedia보통은 센서로부터 측정되는 부분은 현상의 일부분에 속할 확률이 높습니다. 다뤄야 하는 현상을 측정할 방법은 다양할 수 있다는 이야기입니다. 따라서 현상을 측정할 수 있는 최적의 척도가 무엇이고 관련된 센서를 찾아낸다면 만족할 만한 측정 결과를 얻어 낼 것으로 생각합니다. 반면에 현상의 범주에 속하지 않는 측정 도구를 통해 현상을 측정하려고 한다면 결코 좋은 결과를 얻어낼 수 없을 것입니다.
2. 분해능의 함정
센서는 물리적인 선형성과 분해능의 한계 때문에 우리가 생각하는 만큼 현상을 생각만큼 잘 모사하지 못합니다. 예를 들어 진공 챔버 내 웨이퍼의 10㎛ 수준의 변위 변화 여부를 측정하는데 외부에 10㎛ 수준의 분해능의 레이저 센서를 장착한 경우를 보았습니다. 정밀한 레이저 센서의 경우 삼각측량법을 사용하게 되는데, 이러한 방식은 굴절률에 민감합니다. 공기 외에의 매개체인 유리를 통과 후 측정을 하게 되므로 일차적인 오차가 발생합니다. 그리고 웨이퍼의 특성상 흑체(black body) 표면을 가지고 있는데, 백색 표면의 변위를 측정할 때에 비해 많은 오차가 발생합니다.
진공챔버 뷰포트따라서 스펙상 아무리 분해능이 좋은 변위 센서를 사용했다고 하더라도, 이런 경우에는 왜곡된 값을 얻고 원하는 애플리케이션을 구현하지 못할 확률이 높습니다. 따라서 센서 자체에 내포된 오류 가능성을 인지하되, 해당 현상을 적절한 수준 내에서 허용할 수 있는지를 확인하는 것이 중요하다고 할 수 있겠습니다. 개인적인 경험으로는 측정 애플리케이션의 경우 측정 오차범위의 최소 10~20배 정도 정밀한 분해능을 가지는 센서를 사용할 때 안정적인 결과를 얻어냈습니다.
3. 센서의 설치 환경
물리적인 제약조건들이 존재하기 때문에 항상 센서를 원하는 최적의 환경에 설치할 수는 없으나, 그렇다고 적절하지 못한 환경에 설치하면 설치하지 않느니만 못한 결과를 얻어내게 됩니다. 예를 들어 배관에 Flow meter 센서나 conductivity 센서를 설치해서 유속이나 전기전도도를 측정해야 하는 상황이라 가정해봅시다. 만약에 Pump 바로 앞에 Flow meter나 conductivity를 설치하게 되는 경우 난류(turbulent flow) 때문에 측정의 오류가 발생할 수밖에 없는 환경에 노출되게 됩니다.
Flow Meter Installation Procedure @www.instrumentationtools.com아니면 AC 노이즈가 발생할 수 있는 환경인 마력이 높은 모터 근처나 차폐가 되지 않은 환경에 근접 센서를 설치하면 감지 오류 이상 증상이 거의 필연적으로 발생할 수밖에 없습니다. 당장은 이상 증상이 발견되지 않더라도 추후에 간헐적으로 발생하게 된다면 해결하기 골치 아픈 문제로 바뀌게 됩니다. 따라서 적절한 위치선정과 환경통제는 센서 선정 전에 중요하게 고려해야 할 요소입니다.
