KR100376481B1 - 고로 공정용 제어 피.엘.씨를 이용한 평량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평량 제어시스템의 입,출력부, 연산부, 상위 PLC간의 통신장치 없이도 로드셀에서 전송된 신호를 수신하여 고로 공정용 PLC에서 직접 평량치를 산출함과 동시에 스크린모터를 제어함으로써 단순하고 간단한 제어만으로도 설비를 운용할 수 있도록 한 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 전원부, 통신부, 기억부, 연산부, 신호전송부를 갖는 상위 PLC와; 전원부, 입력부, 출력부를 갖고 상기 상위 PLC와 통신하는 하위 PLC로 구성된 고로 공정용 제어 PLC에 평량 제어신호를 보내기 위하여 전원공급부에서 전원을 인가받아 로드셀에서 얻어지는 평량신호를 연산부로 전송하는 아날로그신호 즉 4 ~20㎃ 신호를 A/D변환기를 통해 디지털신호 400~2000으로 변환하는 신호전송단계와;

로드셀에서 전송된 가공된 신호를 연산부에서 평량치로 변환하고 운전자가 요구하는 설정치 대비 평량완료 스크린 정지치를 산출 하여 상위 조작 감시 및 운전 상황에 맞는 데이터로 변경할 수 있는 E.C.C와 통신하는 단계로 이루어진 고로 공정용 제어 PLC를 제공함으로써 단순하고 간단한 제어만으로도 고로 공정을 운용할 수 있도록 한 것이다.

Description

고로 공정용 제어 피.엘.씨를 이용한 평량 제어방법{CONTROL METHOD FOR WEIGHING RAW MATERIALS INCLUDING ORE USING PROGRAM LOGIC CONTROLLER FOR BLAST FURNACE}

본 발명은 고로 공정용 제어 PLC(PROGRAM LOGIC CONTROLLER)를 이용한 평량 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평량 제어시스템의 입,출력부, 연산부, 상위 PLC간의 별도의 통신장치 없이도 로드셀에서 전송된 신호를 수신하여 고로 공정용 PLC에서 직접 평량치를 산출함과 동시에 스크린모터를 제어함으로써 간단한 제어방식으로도 설비를 운용할 수 있도록 한 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 국내외로부터 반입된 주,부원료(철광석,석회석,규사,사문암 등)와 코크스 제조용 코울(coal)등의 석탄이 원료 및 소결공장을 거쳐 고로 공장용 주원료로 공급된다.

이렇게 공급된 주원료인 코크스와 철광석(소결광 및 정립광)은 노정장입장치를 통해 교호로 노내에 장입되고, 송풍기에서 보내온 냉풍은 열풍로를 거쳐 최대 1250℃까지 승온시켜서 환상관을 통해 각 풍구로 균등하게 송풍되면 풍구 선단에서 코크스가 연소되게 된다.

이러한 과정에서 연소되는 코크스와 미분탄에 의해 생성된 고온의 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 수소의 혼합 가스는 노상층부를 통과하면서 철광석을 가열 환원 및 용해시킴으로써 용융물(용선, 슬래그)을 생성하게 된다.

상술한 일련의 공정중 연,원료 공장에서 이송되어진 광석을 고로 내부로 공급할 때에는 일정량의 설정치(평량치)를 스케줄에 따라 고로 내부로 뿌려주어야 하는 바(이러한 것을 "장입"이라 한다), 이와 같이 일정량의 광석만을 장입하기 위해서는 광석평량이 요구되며 광석평량을 정확하게 제어하여야 한다.

광석평량은 스크린(SCREEN) 및 피더(FEEDER)를 가동하고 광석 이송용 벨트 콘베이어를 제어하는 제어 PLC가 평량제어시스템과 각각의 서로 다른 I/O를 갖고 상호 통신을 통하여 이루어지게 된다.

이와 같은 광석평량을 위한 종래 평량시스템은 도 1의 통신계통도 및 도 2의 블럭도에서와 같이, 마스터피스100W(MASTER PIECE)(2-1~2-7)와, 마스터피스240(3)으로 구성된다.

상기 마스터피스100W(2-1~2-7)는 로드셀(2-18) 입력용 전원공급부(2-19)와, 로드셀(2-18)에서 출력된 전압신호(0 ~ 5V)를 디지털 값으로 변환하는 A/D변환부(QHMV303A)(2-15)와, 데이터를 가공 연산하는 연산부(QHMV306)(2-13)와, 평량치 및 데이터/프로그램을 입력하는 키보드(2-11) 및 평량치를 가시화시키는 표시부(2-12)와, 고로 공정용 제어 PLC와 평량을 위한 스크린/피더의 가동 및 정지신호를 전송하기 위한 입출력카드(DSPX310)(2-14)로 구성된다.

여기에서, 고로 공정용 제어 PLC는 크게 원료 PLC(7-1), 노정 PLC(7-2), 열풍로 PLC(7-3), 보조 PLC(7-4)로 구성되며, 운전자가 데이터를 설정하고 감시할 수있는 시스템인 E.C.C(ELECTRICAL COMMUNICATIONS CONTROLLER)(1)와 상호 통신하면서 고로로 장입될 광석의 양을 제어하게 된다.

상기 마스터피스240(3)은 하위 마스터피스100W(2-1~2-7)와의 통신과 상위 E.C.C(1)와의 통신을 통하여 운전자가 평량치를 변경하고 확인할 수 있도록 하여준다.

이러한 통신을 위해 마스터피스240(3)과 E.C.C(1) 간에는 엑스콤 프로토콜(EXCOM PROTOCOL)(4)과 모뎀(5)이 별도 구비된다.

또한, 도 3에서와 같이, 고로 공정용 제어 PLC는 전원부(7-11), 통신부(7-12), 기억부(7-13), 연산부(7-14), 신호전송부(7-15)로 이루어지며 현장의 입,출력부(7-18,7-19)(이하 "하위 PLC"라 한다)에서 발생된 신호가 연산부(7-14)를 갖는 상위 PLC로 전송되는 단계를 거치고 있다.

즉, 상기 하위 PLC의 전원부(7-16,7-17)의 전원을 인가받아 구동된 후 입력부(7-18)를 통해 입력된 킷값은 상기 신호전송부(7-15)로 전송되어 처리되며, 처리된 신호는 출력부(7-19)를 통해 송출되어 각 스크린모터(9-1,9-2)를 제어하는 M.C.C(MOTOR CONTROL CENTER)(8-1,8-2)로 전달된다.

그런데, 이러한 종래 광석평량 제어시스템은 다음과 같은 문제점을 구유하고 있다.

첫째, 고로 공정은 서로 다른 설비를 통합하여 공정 제어용 PLC를 이용하여 제어하고 있으나 제어방식 및 서로 다른 독립된 평량 제어시스템을 갖고 운영함으로써 설비과다 보유로 인한 설치비, 유지보수비 등이 급증하는 단점을 가진다.

둘째, 평량 제어시스템은 복잡한 제어루프로 설비 운영상 전문지식이 요구되며 설비상의 트러블 발생시 조치시간이 지연되고 정비효율이 저하되는 원인이 된다.

셋째, 설비 트러블 발생유형을 보면 외부의 외란 및 PCB 카드의 열화, 고로 공정 제어용 PLC와 통신하는 과정에서의 고장 등의 원인이 된다.

본 발명은 상술한 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 복잡한 제어루프를 갖는 기존의 평량 제어시스템과 별도로 고로 공정용 제어 PLC를 통하여 통합 운영함으로써 불필요한 제어 계통을 없애고 통합운영에 따른 고로 공장의 원활한 가동과 정비비의 절감, 간단한 제어구조에 따른 정비업무의 능률향상, 나아가서는 생산성을 극대화시킬 수 있도록 한 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법의 제공을 그 목적으로 한다.

즉, 평량 제어시스템의 입,출력부, 연산부, 상위 PLC간의 별도 통신장치 없이도 로드셀에서 전송된 신호를 수신하여 고로 공정용 PLC에서 직접 평량치를 산출함과 동시에 스크린모터를 제어함으로써 단순하고 간단한 제어만으로도 설비를 운용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 전원부, 통신부, 기억부, 연산부, 신호전송부로 구성된 상위 PLC와 하위 PLC의 입력부와 출력부의 신호가 연산부를 갖는 상위 PLC로 전송되는 단계로 구성된 고로 공정 제어용 PLC에 평량 제어신호를 보내기 위하여 전원공급부에서 전원을 인가받아 로드셀에서 얻어지는 평량신호를 연산부로 전송하는 아날로그신호 즉 4 ~20㎃ 신호를 A/D변환기를 통해 디지털신호 400~2000으로 변환하는 신호전송단계와;

로드셀에서 전송된 가공된 신호를 연산부에서 평량치로 변환하고 운전자가 요구하는 설정치 대비 평량완료 스크린 정지치를 산출 하여 상위 조작 감시 및 운전 상황에 맞는 데이터로 변경할 수 있는 상위 컴퓨터, 즉 E.C.C와 통신을 하는 단계로 이루어진 고로 공정용 제어 PLC를 제공함으로써 달성된다.

도 1은 종래 고로 공정용 제어 PLC와 평량제어기의 통신 계통도,

도 2는 종래 평량제어기의 평량 제어방법을 나타내는 블럭도,

도 3은 종래 고로 공정용 제어 PLC를 나타내는 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 제어방법을 나타내는 블럭도,

도 5는 본 고안에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량치 산출 및 제어시스템을 나타내는 블럭도,

도 6은 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량제어방법을 나타내는 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : E.C.C, 2-1~ 2-7 : 광석평량기,

2-11 : 키보드, 2-12 : 표시부,

2-13 : 연산부, 2-14 : 입,출력부,

2-15 : A/D변환부, 2-18 : 로드셀,

2-19 : 전원부, 7-1~ 7-4 : 고로 공정용 제어 PLC,

7-11 : 전원부, 7-14 : 연산부,

7-18 : 입력부, 7-19 : 출력부.

이하에서는, 본 발명에 따른 선호된 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 예시적인 방법으로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 제어방법을 나타내는 블럭도이다.

도시와 같이, 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC는 E.C.C(1)와; 전원을 공급하는 전원부(7-11), 상기 E.C.C(1)와 제어신호를 교류하는 통신부(7-12), 통신부(7-12)의 신호를 기억하는 기억부(7-13), 연산처리를 수행하는 연산부(7-14) 및 처리된 신호를 송수신하는 신호전송부(7-15)로 이루어진 상위 PLC와; 전원부(7-16,7-17), 키값을 입력받아 입력신호를 상기 신호전송부(7-15)로 전송하는 입력부(7-18), 상기 신호전송부(7-15)로부터 송신받은 제어신호를 스크린모터(8-2)의 구동을 제어하는 M.C.C(8-1)로 출력하는 출력부(7-19)로 이루어진 하위 PLC와; 광석의 무게를 검출하여 상기 입력부(7-18)로 신호를 송출하는 로드셀(2-18)과; 상기 로드셀(2-18)에 전원을 인가하는 로드셀 입력용 전원공급부(2-19)로 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량치 및 제어시스템을 도시한 블럭도이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 고로 공정용 제어 PLC에 평량 제어신호를 보내기 위해 로드셀(2-18)에 전원을 인가하는 전원공급부(2-19)에서 AC110[V]를 DC 30 ~50[V]로 다운시켜 일정전류 2[A]를 갖는 정전류를 보내게 된다.

이때, 상기 로드셀(2-18)에서 미세전압이 발생, 유기되면서 얻어지는 신호를 A/D변환기(2-15)에서 디지털신호로 변환시켜 평량값 산출을 위한 연산부(7-14)로 전송하게 된다.

즉, A/D변환기(2-15)는 로드셀(2-18)에서 얻어지는 4 ~20㎃의 신호를 디지털신호 400 ~2000으로 변환시킨 후 변환된 디지털신호를 상기 연산부(7-14)로 전송하게 된다.

연산부(7-14)에서는 상기 로드셀(2-15)에서 전송된 가공된 신호를 후술할 식에 의해 평량치(무게)로 산출하게 되는 바, 연산부(7-14)는 하기한 수학식 1에 의해 평량치를 산출하게 된다.

만약, 로드셀(2-18)에서 검출된 신호가 4[㎃] 즉, 디지털신호로 가공된 값이 400 일 때를 0[TON]으로 보고, 20[㎃] 즉, 2000 일 때를 70[TON](로드셀의 풀 스케일)으로 보왔을 때 평량치 산출방법은 다음과 같다.

[Ain : 아날로그입력값, Dmin : 디지털최소값(400), Dmax : 디지털최대값(2000), Smax : 로드셀 풀 스케일(70)]

상기에서 산출된 평량치(W)가 운전자가 설정한 요구치에 도달하면 스크린을 정지함으로써 일련의 평량이 끝나게 된다.

만약, 운전자가 설정한 요구치에 도달한 정도를 확인하고자 할 경우에는 평량 설정치 대비 스크린 정지치를 산출함으로써 확인할 수 있는 바, 하기한 수학식 2에 의해 그 산출근거를 확인할 수 있다.

방법을 살펴보면 다음과 같다.

여기에서, 설정치(S.W)는 운전자의 평량 요구치를 말하는 것이며, 누적오차(D.W)=설정치(S.W)-평량치(W)이며,목표치(W.T)=설정치(S.W)-누적오차(D.W)이다.

[WTARE : 호퍼의 무게, 수분보정치는 광석중 함유된 수분량을 말하는 것으로 α는 상수이고, αti < 1 값을 갖는다]

상기에서 보는 것처럼, 정지치(W.S.T)를 산출하여 스크린을 정지한 후 누적오차를 산출하여 다음 평량시 가,감할 수 있도록 보상한다.

누적오차는 상기한 바와 같이 운전자의 평량요구치인 설정치에서 실제 평량치를 감안한 값이 된다.

따라서, 평량기에서 얻어지는 검출값을 평량치로 환산하여 산출하고 스크린의 정지치를 연산하여 일련의 평량과정을 종료한 후 평량오차에 대한 누적오차를 산출하여 다음 평량시 보상하게 된다.

그리고, 운전자가 요구하는 설정치 대비 평량완료를 확인 한 후 상위 조작 감시 및 운전상황에 맞는 데이터로 변경할 수 있는 상위 컴퓨터 즉, E.C.C(1)와 통신을 갖도록 제어하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 평량치가 결정되는 바, 이러한 일련의 흐름을 종합적으로 고찰하여 보면 도 6과 같은 흐름에 따라 고로 공정용 제어 PLC를 이용하여 평량을 제어하게 된다.

도 6에서, 설정된 호퍼의 평량 순서가 도래하면 운전자는 평량 시작명령을 발하여 평량시작단계(12)에 돌입된다.

이때, PLC 및 로드셀이 모두 전원을 인가받은 정상단계(13,14)이고, 설정된 호퍼가 비어있는 단계(15)라면 광석 저장 호퍼의 스크린 가동명령이 발하여 설정된 호퍼에 무게가 실리기 시작하는 스크린 가동단계(16)로 돌입된다.

그런 후에, 연산부에서는 목표치 및 정지치를 산출하는 단계(18)를 수행하게 된다.

이어, 스크린을 정지시키는 단계를 수행한 후 평량치 대비 누적오차를 산출하는 단계(19,20)로 전환된다.

이렇게 산출된 목표치 및 정지치를 기준으로 평량치 대비 누적오차를 산출하여 운전자의 평량요구치인 설정치에 합당하다면 평량작업을 완료하게 되고, 만약 그렇지 못하다면 평량설정치를 재입력하는 단계(17)로 순환된다.

평량설정치가 재입력되면 다시 초기 평량시작 단계로 귀환된 후 상술한 과정을 거쳐 재차 목표치 및 정지치를 산출하는 단계를 거치게 되며, 계속하여 평량치 대비 누적오차를 산출하는 단계를 거쳐 평량완료 단계 혹은 평량재입력단계로 순환하는 과정을 진행하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법은 기존의 평량 제어시스템이 구유한 입,출력부, 연산부, 상위 PLC간의 별도 통신장비 없이도 로드셀에서 전송된 신호를 직접 수신하여 고로 공정용 PLC에서 평량치를 산출함과 동시에 스크린모터를 제어할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 고로 공정용 제어 PLC만으로도 평량치를 산출함과 동시에 스크린모터를 제어할 수 있게 됨으로써 설비의 과다 보유를 지양하고, 설치비 및 유지보수비를 현저히 절감시키는 장점이 있다.

둘째, 제어루프가 간단하여 평량 제어시스템이 단순화됨으로써 고로 공장의 원활한 가동을 유도하고 정비업무가 대폭 경감되어 정비능률이 현격히 신장되며, 이에 따라 생산성이 증대되는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 전원부(7-11),통신부(7-12),기억부(7-13),연산부(7-14),신호전송부(7-15)를 갖는 상위 PLC와; 전원부(7-16,7-17),입력부(7-18),출력부(7-19)를 갖고 상기 상위 PLC와 통신하는 하위 PLC로 구성된 고로 공정용 제어 PLC에 평량 제어신호를 보내기 위하여 전원공급부(2-19)에서 전원을 인가받아 로드셀(2-18)에서 얻어지는 평량신호를 상기 연산부(7-14)로 전송하는 아날로그신호 즉 4 ~20㎃ 신호를 A/D변환기(2-15)를 통해 디지털신호 400~2000으로 변환하는 신호전송단계와;

   상기 로드셀(2-18)에서 전송된 가공된 신호를 상기 연산부(7-14)에서 하기한 식 1에 의해 평량치로 변환하고, 하기한 식 2에 의해 운전자가 요구하는 설정치 대비 평량완료 스크린 정지치를 산출 하여 상위 조작 감시 및 운전 상황에 맞는 데이터로 변경할 수 있는 E.C.C(1)와 통신하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 공정용 제어 PLC를 이용한 평량 제어방법.

   식 1 :

   [Ain : 아날로그입력값, Dmin : 디지털최소값(400), Dmax : 디지털최대값(2000), Smax : 로드셀 풀 스케일(70)]

   식 2 :

   [WTARE : 호퍼의 무게, 수분보정치는 광석중 함유된 수분량을 말하는 것으로 α는 상수이고, αti < 1 값을 갖으며, 설정치(S.W)는 운전자의 평량 요구치를 말하며, 누적오차(D.W)=설정치(S.W) - 평량치(W)이고, 목표치(W.T) = 설정치(S.W)-누적오차(D.W)이다]