KR100368028B1 - 지능형 연소제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하전류의 변화를 감지하여 연소제어 기능을 향상시킨 지능형 연소제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 방법은, 전원 투입되면 송풍기모터를 온하고 화염감지기의 저항값이 제1 소정값 이하이면 초기 차단하는 단계; 화염감지기의 저항값이 제1 소정값을 초과하면 모터전류에 따라 소정 시간 지연 후 점화용 변압기를 온하고, 상기 점화용 변압기를 온 한 후 상기 점화용 변압기의 전류에 따라 소정시간 지연 후 상기 점화용 변압기를 온 상태로 유지하면서 오일펌프를 온 하는 단계; 화염감지기의 상태에 따라 소정 시간 지연 후 상기 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값 이하이면 불착화 차단하는 단계; 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값을 초과하면 오일펌프를 온하고 점화용 변압기를 오프 하는 단계; 및 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값 이하이면 오일펌프와 점화용 변압기를 오프하고 소정시간 지연 후 초기과정부터 반복하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 연소제어시스템에서 버너의 각 구성요소의 전류를 감지하여 에러발생 부위를 표시해주고, 제어 알고리즘의 각 단계를 진행할 때 고정된 시간이 아니라 상황에 따라 시간을 조절하여 최적 전환이 이루어지게 하며, 불착화 차단의 경우에는 화염감지기의 저항값의 변화량으로 판단함으로써 보다 정확한 제어가 가능하다.

Description

지능형 연소제어 방법 및 장치{ Intelligent burner controller and control method }

본 발명은 연소제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하전류의 변화를 감지하여 연소제어 기능을 향상시킨 지능형 연소제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

현대산업의 발달로 인하여 난방 및 건조장치는 가정용, 산업용, 농업용 등 사회전반에 걸쳐 이용되고 있다. 이러한 난방 및 건조장치에 필수적으로 사용되는 버너를 가동시키는 종래의 연소제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 점화 시 일정 시간 간격으로 송풍기 모터(MOTOR)동작, 점화용 변압기(IGT)에 의한 불꽃발생, 오일펌프(OP)에 의한 기름공급, 점화용 변압기(IGT) 동작정지 등 순서로 단순 시퀀스제어 동작을 수행한다. 그리고 점화용 변압기(IGT)의 동작에서도, 상시 동작하는 방식으로 처리하여 불착화의 원인을 최대한 억제할 수 있으나 점화용 변압기(IGT)의 내구성이 열악하면 버너의 착화시 일정시간만 동작하는 방식을 취할 필요가 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 제어 알고리즘은 전원 투입과 동시에 송풍기 모터 (MOTOR)가 온 되고, 화염감지기(CDS) 저항값이 15K 오옴 이하이면 초기 차단된다. 이것은 버너 최초 가동시 불연소 상태임에도 불구하고 연소 상태를 나타내는 경우이다.화염감지기(CDS) 저항값이 15K오옴 이상이면 10초 후에 점화용 변압기(IGT)가 온 되고, 10초 후 오일펌프(OP)도 온 되며, 이때 상기 화염감지기(CDS)의 저항값이 60K오옴 이상 시 초기 불착화 차단을 한다.화염감지기(CDS)의 저항값이 60K 오옴 이하이면 점화용 변압기(IGT)와 오일펌프 (OP)는 계속 온 되고, 반대로 화염감지기(CDS)의 저항값이 60K 오옴 이상이면 점화용 변압기(IGT)는 온 상태로 돌아가는데, 이것이 재 점화이다.

이와 같이 종래에는 화염감지기(CDS)의 저항값에 의한 단순 온/오프 방식만으로 버너의 착화, 불착화 판단을 하고 있으며, 초기 점화 시 1차 판별에 의하여 착화가 되지 않으면 에러처리를 하고, 연소 중 불착화 시 1회의 재 점화 수행기능과 함께 경보 발생시 수동에 의해서만 경보 해제를 할 수 있다.

그러나 초기 점화 시 순간적인 정전이나 노이즈 등으로 인한 경보기능으로 인하여 제어능력을 상실할 수 있고, 화염감지기(CDS)에 그을음이 있을 경우 불착화로 오인되어 차단될 우려가 있다. 이와 같이 종래의 연소제어시스템은 대부분 제어성능이 열악한 종래의 방식을 그대로 고수하고 있어, 안정도를 요하는 난방시스템에는 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 시설재배단지의 비닐하우스나 건조기 등 농업용으로 사용되는 난방시스템의 경우, 오동작으로 인하여 시스템이 정지하게 되면 농작물을 망치게 되어 사용자에게 막대한 경제적 손실을 입히게 된다. 또한 연소중 소화로 인해 재 점화 시 연소로의 고온상태에서는 폭발의 위험이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 불착화를 정확하게 판단·경보할 수 있고, 자동 및 수동 경보 해제 기능을 탑재하여 안정도를 높인 지능형 연소제어 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 연소제어 알고리즘을 도시한 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 지능형 연소제어시스템의 전체 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 난방시스템의 구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따라 부하에 인가되는 전류를 전류센서로 검출하는 타이밍도,

도 5는 본 발명에 따른 연소제어시스템에서 부하전류와 CT값의 관계를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 CT값 감지 및 A/D변환 과정을 도시한 동작 파형도,

도 7은 본 발명에 따른 지능형 연소제어 알고리즘을 도시한 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

202: 제로포인트 스캔부 204: 전류측정부

206: 화염감지부 208: 처리부

210: 지능제어 알고리즘부 212: 표시부

220: 난방시스템

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 방법은, 전원이 투입되면 송풍기모터를 온하고 화염감지기의 저항값이 제1 소정값 이하이면 초기 차단하는 단계; 화염감지기의 저항값이 제1 소정값을 초과하면 모터전류에 따라 소정 시간 지연 후 점화용 변압기를 온하고, 상기 점화용 변압기가 온 한 후 상기 점화용 변압기의 전류에 따라 소정시간 지연 후 상기 점화용 변압기를 온 상태로 유지한 후 오일펌프를 온 하는 단계; 화염감지기의 상태에 따라 소정 시간 지연 후 상기 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값 이하이면 불착화 차단하는 단계; 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값을 초과하면 오일펌프를 온하고 점화용 변압기를 오프하는 단계; 및 화염감지기의 저항값의 변화량이 소정값 이하이면 오일펌프와 점화용 변압기를 오프하고 소정시간 지연 후 초기과정부터 반복하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 점화용 변압기(IGT), 송풍모터(MOTOR) 및 화염감지기(CDS)를 구성요소로 갖는 버너를 장착한 연소 플랜트를 제어하는 연소제어장치에 있어서, 상기 구성요소의 전류값을 측정하기 위한 전류측정수단; 상기 화염감지기(CDS)의 광량을 저항값으로 변환하여 화염을 감지하기 위한 화염감지수단; 상기 구성요소의 전류값에서 제로점을 검출하기 위한 제로포인트스캔부; 소정의 제어알고리즘을 저장하고 있는 지능제어 알고리즘부; 상기 제로 포인트 스캔부, 전류측정수단 및 화염감지수단으로부터 데이터를 입력받아 상기 지능제어 알고리즘부의 알고리즘에 따라 처리하여 상기 연소 플랜트를 제어하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 지능형 연소제어시스템의 전체 구성도로서, 연소제어시스템은 제로포인트 스캔부(202)와, 전류측정부(204), 화염감지부(206), 지능제어 알고리즘부(210), 처리부(208), 표시부(212)로 구성되어 난방시스템(220)의 연소기능을 제어한다.본 발명의 실시예에서 상기 난방시스템(220)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 버너와 열교환기를 이용하여 외부공기를 난방 하는 난방시스템으로서, 상기 버너는 연소제어장치(PTR)와 점화용 변압기(IGT), 송풍 모터(Motor), 화염감지기(CDS), 오일펌프(Oil Pump), 상기 점화용 변압기(IGT)와 연결된 전극봉, 상기 오일펌프(Oil Pump)와 연결된 노즐 및 연소판으로 구성된다.

도 2를 참조하면, 제로포인트 스캔부(202)는 도 3에 도시된 송풍 모터, 점화용 변압기(IGT), 오일펌프(OP) 등의 전류량을 변류기(CT)를 이용하여 감지한 후 전압으로 변환한 제로점 및 전압 피크치를 4회에 걸쳐 계측하여 그 중 최대치를 취하고, 변류기(CT)측에서 감지한 전체 시스템의 전류량과 비교한다. 전류측정부(204)는 송풍 모터, 점화용 변압기(IGT), 오일펌프(OP)의 전류량을 측정하여 각각의 구성요소들이 정상 동작하는 지를 감시하고, 화염감지부(206)는 버너 내부의 화염감지를 위해 상기 화염감지기(CDS)의 광량을 저항값으로 변환하여 측정하고 처리부 (208)에 전달한다.

지능제어 알고리즘부(210)는 종래의 온/오프제어나 시퀀스제어와는 달리 각각 버너 구성요소의 순차적인 동작에 따른 전류량을 감지하고, 동시에 상기 화염감지기(CDS)의 광량의 변화를 감지하여 최적 성능의 운전을 할 수 있게 한다. 이러한 지능제어 알고리즘의 예는 도 7에 도시된 바와 같다.

처리부(208)는 제로 포인트 스캔부(202), 전류측정부(204) 및 화염감지부(206)의 데이터를 입력받아 지능제어 알고리즘부(210)의 알고리즘에 따라 처리하여 난방시스템(220)을 제어하고, 시스템 오동작시 표시부(212)에 표시한다.본 발명의 실시예에서 상기 처리부(208)는 A/D포트를 갖는 마이크로 프로세서로 구현된다. 표시부(212)는 처리부(208)에서 처리한 난방시스템의 동작 상태를 LED를 이용하여 표시함으로써 운전자가 동작상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 따라 부하(송풍기 모터, 오일펌프, 점화용 변압기 등)에 인가되는 전류를 전류센서(CT)로 감지하는 시기를 나타낸 타이밍도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연소 제어 시스템에서 부하전류와 상기 전류센서(CT)측 피크값의 관계를 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 전류량은 제로감지 시점으로부터 정현 파형으로 변화하는 것을 알 수 있고, 각 전류파형의 +/- 피크값을 검출하되 2주기에 걸쳐 검출하는 것을 나타낸다. 전류센서(CT)에 의한 전류측정부(204)는 버너 시스템의 구성요소인 모터, 점화용 변압기(IGT) 및 오일펌프(OP)의 각 동작시의 전류량을 순차적으로 계측하여 합한 시스템의 전체 전류량을 감지하여 판별하며, 또한 순차적으로 합한 전류량과 직전까지 계측된 전류량의 차이로서 각 구성요소의 전류량을 감지함으로써 동작의 이상 여부를 판별할 수 있도록 한다. 전류량감지는 제로점을 체크하고, 일정시간 경과 후 피크값을 4회에 걸쳐 계측하여 그중 최대값을 취한다. 여기서, 2주기 동안 4회에 걸쳐 피크값을 계측한 이유는 노이즈나 일그러짐 등으로 인하여 부정확한 값을 취하는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고 부하변화에 따른 전류센서(CT)측 피크 전류량을 측정하면 도 5에 도시된 바와 같이, 부하전류(IL)의 변화에 따라 전류센서(CT)측 피크 전압도 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다.도 5에서 횡축은 부하전류를 나타내고, 종축은 전류센서(CT)측에 검출된 피크전압을 나타낸다. 도 5의 그래프를 보면 부하전류가 증가하면 전류센서(CT)측 피크전압도 이에 비례하여 증가하고, 부하전류가 감소하면 전류센서(CT)측 피크전압도 비례하여 감소하는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 전류센서(CT)값 감지 및 A/D변환 과정을 도시한 동작 파형도로서, 도 6의 (가)는 전류센서(CT)로 입력되는 부하전류의 파형을 나타내고, (나)는 브릿지 다이오드와 저항을 이용하여 전류센서(CT)전류를 전압으로 검출한 파형을 나타내며, (다)는 전류센서(CT)출력을 소정 샘플링 타임으로 샘플링 한 피크치를 나타낸다. 이와 같이 샘플링 된 피크치는 소정 비트의 디지털값으로 변환되어 처리부(208)에서 처리된다.

한편, 버너 가동 시 화염감지기(CDS)의 동작상태는 다음 표 1과 같다.

상기 표 1에서 버너시스템의 오동작에 따른 화염감지기(CDS)의 저항값은 전원입력 직후 초기 경보 발생시의 상기 화염감지기(CDS)부분 저항값은 15K 오옴 이하로서, 이것은 전원투입 직후 버너 내부에 착화가 되지 않았음에도 불구하고 착화된 것처럼 이상 판단함으로써 경보를 발생하게 된다.또한 화염감지기(CDS)부분 저항값이 60K 오옴 이상으로 불착화 차단하게 되는데, 이것은 초기 불착화 차단의 경우와 착화중 불착화 차단하는 경우로서 상기 화염감지기(CDS)부분의 그을음 등에 의해 빛이 제대로 감지되지 않아 저항값의 변화로 이상이 발생하는 경우이다.

도 7은 본 발명에 따른 지능형 연소제어 알고리즘을 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 전원이 투입되면 송풍기 모터가 온 된다(701). 이어 화염감지기(CDS)의 저항값이 소정값, 예를 들면 15K 오옴의 소정의 저항값보다 큰지를 판단하여 크지 않으면 초기 차단한다(702, 702a). 여기서 버너 최초 가동시 화염감지기(CDS)의 저항값이 15K오옴 이하이면 연소 시스템이 동작하기 이전에 열교환기에 이미 불꽃이 존해하는 상태, 즉 화재가 발생한 상태를 나타내는 경우이다.

화염감지기(CDS)의 저항값이 15K오옴 이상이면 송풍기 모터전류에 따라 전원 투입후 정상상태, 즉 안정상태에 도달하는데 요구되는 8 내지 15초간 지연한 후 점화용 변압기(IGT)를 온하고, 상기 점화용 변압기(IGT)의 전류에 따라 8 내지 15초간 지연한 다음 상기 점화용 변압기(IGT)와 오일펌프(OP)를 온 한다(703~706). 여기서 8초 내지 15초간의 지연시간 후에 점화용 변압기(IGT) 및 오일펌프(OP)를 온하는 이유는 전원 투입 후 정상상태, 즉 안정상태에 도달하는 데 일정한 시간이 필요하기 때문이며, 지연시간은 용량이나 전원상태에 따라 요구되는 시간상에 차이가 존재한다.이후, 상기 화염감지기(CDS)의 상태에 따라 6초 내지 10초간 지연한 후 상기 화염감지기(CDS)의 저항 변화량의 절대값이 20K 오옴 이하이면 불착화 차단을 하고, 상기 화염감지기(CDS)의 저항 변화량의 절대값이 20K 오옴 이상이면 상기 점화용 변압기(IGT)는 오프하고 오일펌프(OP)는 계속 온 한다(710).이후, 상기 화염감지기(CDS)의 저항값의 변화량이 20K 오옴 이상인지를 판단하여 이상이면 현재상태를 유지하다가 20K 오옴 이하가 되면 오일펌프(OP)와 점화용 변압기(IGT)를 오프 한 후(711,712), 이어 6초간 지연한 후 재 점화를 위해 다시 단계(702)로 돌아가 화염감지기(CDS)가 15K 이하인지를 판단하고 이후 과정을 반복한다(713). 이때, 재 점화전 6초의 지연시간을 설정하는 것은 착화중에 돌발적인 원인으로 인하여 소화시 발생하는 고온, 가스 상태의 잔류연료로 인하여 폭발하는 것을 방지하기 위하여 상기 고온, 가스 상태의 잔류연료를 송풍모터로 불어내는데 필요한 시간이다.

한편, 매순간 전압을 검사한 후 전압이 185V 이하인지를 판단하여 이하이면 단계(713)으로 진행하여 6초간 지연한 후 단계(702)부터 다시 반복한다(714).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연소제어시스템에서 버너의 각 구성요소의 전류를 감지하여 에러발생 부위를 표시해주고, 제어 알고리즘의 각 단계를 진행할 때 고정된 시간이 아니라 상황에 따라 시간을 조절하여 최적 전환이 이루어지게 하며, 불착화 차단의 경우에는 화염감지기의 저항의 변화량으로 판단함으로서 보다 정확한 제어가 가능하다. 또한, 화염감지기에 그을음이나 이상 증후 시에 정상 작동하되 이를 표시하여 운전자에게 알려주고, 입력전압을 수시로 체크하여 입력전압이 소정값 이하이면 대기모드로 전환한 후 정상전압이 되면 재 점화를 시작하게 하며, 재 점화 시 소정 시간 지연을 두어 폭발을 방지함으로써 보다 안전하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 점화용 변압기, 송풍모터 및 화염감지기를 구성요소로 갖는 버너를 장착한 연소 플랜트를 제어하는 연소제어장치에 있어서,

   상기 구성요소의 전류값을 측정하기 위한 전류측정수단;

   상기 화염감지기의 광량을 저항값으로 변환하여 화염을 감지하기 위한 화염감지수단;

   상기 구성요소의 전류값에서 제로점을 검출하기 위한 제로포인트스캔부;

   상기 구성요소를 제어하기 위한 제어 알고리즘을 저장하고 있는 지능제어 알고리즘부;

   상기 제로 포인트 스캔부, 전류측정수단 및 화염감지수단으로부터 데이터를 입력받아 상기 지능제어 알고리즘부의 알고리즘에 따라 처리하여 상기 연소 플랜트를 제어하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 연소제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소제어장치는 상기 처리부에 연결되어 연소 플랜트의 상태를 표시하기 위한 표시부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 지능형 연소제어장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 지능제어 알고리즘부는 초기 점화 시 상기 화염감지기의 저항값에 따라 초기차단을 하거나 또는 순차적으로 지연시간을 갖고 다음 단계로 진행하면서 상기 점화용 변압기와 오일펌프를 온/오프 제어하되, 상기 지연시간을 구성요소의 전류값에 따라 가변하고, 상기 화염감지기의 저항값의 변화량에 따라 불착화 차단 및 상기 점화용 변압기와 상기 오일펌프의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 연소제어장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 지능제어 알고리즘부는 착화중이던 연소플랜트의 돌발적인 원인에 의해 불착화 시 발생한 고온, 가스 상태의 잔류 연료를 송풍모터로 불어내기 위해 요구되는 6초의 지연시간을 두어 상기 연소플랜트의 폭발을 방지하는 것을 특징으로 하는 지능형 연소제어장치.
5. 전원이 투입되면 송풍기 모터를 온하고, 전원투입 직후 화염감지기의 저항값이 15K 오옴 이하이면 플랜트내에 화재가 발생한 갓으로 판단하고 상기 연소플랜트의 동작을 초기 차단하거나 다음 단계로 진행하는 단계;

   화염감지기의 저항값이 상기 15K 오옴을 초과하면 상기 송풍기 모터가 안정상태에 도달하기 위해 요구되는 기본 8초 지연 후 연속적으로 모터전류를 감지한 후 상기 모터 전류에 따라 8초 내지 15초 지연 후 점화용 변압기를 온 하는 단계;

   상기 점화용 변압기를 온 한 후에 상기 점화용 변압기가 안정상태에 도달하기 위해 요구되는 기본 8초 지연 후 연속적으로 상기 점화용 변압기의 전류를 감지한 후 상기 점화용 변압기 전류에 따라 8 내지 15초 지연 후 상기 점화용 변압기와 오일펌프를 온 하는 단계;

   상기 점화용 변압기와 상기 오일펌프가 온 한 후 6초 내지 10초 동안 연속적으로 상기 화염감지기의 저항값 변화량을 측정하여 상기 화염감지기의 저항 변화량의 절대값이 20K 오옴 이하이면 불착화 차단하는 단계;

   상기 화염감지기의 저항 변화량의 절대값이 20K 오옴을 초과하면 상기 오일펌프를 온하고 상기 점화용변압기를 오프 하는 단계; 및

   상기 점화용 변압기를 오프하고 상기 오일펌프를 온 한 후 상기 화염감지기의 저항 변화량의 절대값이 20K 오옴 이하이면 상기 오일펌프와 상기 점화용 변압기를 오프 한 후 6초 지연 후 초기과정부터 반복하는 것을 특징으로 하는 지능형 연소 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 연소 제어방법은 매순간 입력전압을 검사하여 입력전압이 185볼트 이하이면 대기모드로 전환한 후 정상전압이 되면 6초 동안 지연 후 재 점화를 시작하는 것을 특징으로 하는 지능형 연소 제어 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제