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초록

영어

This study designed a three-stage automatic gas replacement control algorithm for residual oxygen reduction in a multi-anaerobic incubator, implemented on a PLC-based sequence control module integrated with an industrial high-precision DAQ module. A first-order linear dilution model was used to derive optimal SOL parameters per stage, enabling automatic transitions among Stage A (O2>1%), B (0.5–1%), and C (O2<0.5%), backed by a PLC-based pressure-priority safety interlock. Simulation predicted the B→C transition at 20 min versus 20.7 min measured on the prototype (3.5% error), validating the model. N=10 repeatability trials achieved σ=0.008%. The 44-item comprehensive performance evaluation resulted in 37 items passed (84.1%), 0 failed, and 7 items not yet evaluated (N/A). To the best of the authors' knowledge based on the reviewed literature, this study offers a differentiated multi-stage gas control approach with quantitative simulation-prototype validation, providing foundational data for domestic anaerobic incubator control development.

한국어

본 연구에서는 멀티 혐기배양기의 잔존 산소 농도 저감을 위한 3단계 자동 가스 치환 제어 알고리즘을 설계하고, PLC 기반 시퀀스 제어 모듈과 산업용 고정밀 DAQ 모듈로 구성된 이중 계층 통합 제어 플랫폼에 구현하였다. 배양실 내 산소(이후 O2) 농도 감소 동특성을 1차 선형 희석 모델로 수학적 모델링하여 Stage별 최적 SOL 파라미터를 설계하였으며, O2 농도에 따라 Stage A(O2>1%), B(0.5%≤O2≤1%), C(O2<0.5%)로 자동 전환되는 상태 전이 구조와 PLC 하드웨어 기반 압력 우선순위 안전 인터락을 구현하였다. 시뮬레이션 예측값(Stage B→C 달성 20분) 대비 실증값(20.7분)의 오차율 3.5%로 모델 타당성을 정량 확인하였으며, N=10 반복 정밀도(σ=0.008%)를 확인하였으며, 자체 종합 성능 평가 44항목 중 37항목 Pass(84.1%), Fail 0건, 미평가(N/A) 7항목의 결과를 얻었다. 본 연구에서 검토한 선행연구의 범위에서는 산소농도 구간별 차등 제어와 시뮬레이션-실증 정량 비교를 함께 제시한 사례가 확인되지 않았으며, 이는 혐기 배양기 제어 시스템 국산화의 기초 자료를 제공한다.

목차

요약
Abstract
Ⅰ. 서론
1.1 연구의 필요성
1.2 관련 연구 동향
1.3 연구 목적
Ⅱ. 시스템 구성
2.1 하드웨어 구성
2.2 소프트웨어 구성
Ⅲ. 자동 가스 치환 제어 알고리즘 설계
3.1 제어 대상 수학적 모델링
3.2 알고리즘 구조 개요
3.3 단계별 제어 동작
3.4 알고리즘 파라미터
3.5 압력 우선순위 안전 인터락
Ⅳ. 실험 및 성능 검증
4.1 검증 방법
4.2 선행연구 대비 방법론 비교
4.3 1차 시뮬레이션 결과
4.4 실증 결과 및 오차율 정량 분석
4.5 반복 정밀도 분석
4.6 압력 인터락 신뢰성 검증
4.7 자체 종합 성능평과 결과
4.8 선행연구 대비 성능 비교
Ⅴ. 결론
REFERENCES

키워드

저자

• 문덕영 [ Duk-Young Moon | 한국폴리텍대Ⅰ대학 성남캠퍼스 반도체융합기계과 교수 ]
• 김영일 [ Young-Il Kim | 한국폴리텍대Ⅰ대학 성남캠퍼스 반도체융합기계과 교수 ]
• 정현석 [ Hyun-Seok Jung | 한국폴리텍대학 반도체융합캠퍼스 반도체측정과 교수 ] Corresponding Author

참고문헌

발행기관

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• 간행물명

  차세대융합기술학회논문지 [The Journal of Next-generation Convergence Technology Association]

• 간기

  월간

• pISSN

  2508-8270

• 수록기간

  2017~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 506 DDC 606