KR100437079B1 - 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터구동밸브의 고 정밀 제어를 위한 마이크로 프로세서 기반의 제어회로에 관한 것으로, 특히 마이크로프로세서를 사용하여 위치 및 속도제어 알고리즘에 의해 정확한 위치제어가 가능하고, 가변저항을 줄여 생산성 및 정밀성을 향상시키고, 유지보수편리기능을 추가하여 원격지에서 밸브상태를 감시할 수 있는 고효율, 고정밀의 모터 구동밸브의 제어수단을 구비하여서된 것이다.

즉, 원격지에서 전류값으로 요구한 밸브개도 요구신호를 전압신호로 변환하는 전류-전압변환부와; 상기 변환된 요구신호와 현재의 밸브개도신호를 디지털값으로 변환하는 아날로그-디지털변환부와; 상기 디지털값을 사용하여 정확한 밸브위치및 속도를 연산하여 제어신호를 발생시키는 마이크로프로세서부와; 상기 연산된 제어신호에 따라 직류 모터를 구동하는 모터구동부와; 상기 모터 회전위치로부터 밸브개도 위치를 감지하는 밸브위치 감지부와; 밸브위치 전압신호를 원격지로 전송하기 위한 전압-전류변환부와; 모터의 기계적 손상을 방지하기 위해 밸브최대 닫힘 및 열림을 감지하는 개폐감지부와; 밸브개도값과 밸브건전성 상태를 현장에서 표시해주는 밸브상태 표시부와; 원격지의 컴퓨터에서 밸브상태를 감시하고, 필요에 따라 옵셋 및 드리프트를 조절할수 있는 기능을 제공하는 시리얼 통신부;를 가짐을 특징으로 하는 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로이다.

Description

모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고 정밀 디지털 제어회로{Micro-processor based high accuracy digital control circuit for motor operated valve}

본 발명은 모터구동밸브의 고 정밀 제어를 위한 마이크로 프로세서 기반의 제어회로에 관한 것으로, 특히 마이크로프로세서를 사용하여 위치 및 속도제어 알고리즘에 의해 정확한 위치제어가 가능하고, 가변저항을 줄여 생산성 및 정밀성을 향상시키고, 유지보수편리기능을 추가하여 원격지에서 밸브상태를 감시할 수 있는 고효율, 고정밀의 모터 구동밸브의 제어수단을 구비하여서된 것이다.

종래의 모터구동밸브 제어회로의 구조는 연산증폭기나 트랜지스터, 가변저항과 같은 선형 소자를 사용하여 모터구동밸브의 개도를 제어하는 아날로그 제어방법이 가장 많이 사용된다.

도 1에 나타낸 바와 같이 종래의 구조는 각 구성부에 아날로그 소자들을 사용하기 때문에 회로가 복잡하고, 조정해야 할 가변저항이 많고, 유지보수 편리기능을 추가하기가 어렵고, 게인과 옵셋 조정을 위한 가변 저항 오차로 정밀성이 떨어져 밸브를 정밀하게 제어할수 없는 단점이 있다.

또한, 밸브개도 요구신호와 현재의 밸브개도 간의 차가 많을 때와 적을때 동일한 속도로 모터를 구동하기 때문에 모터 관성에 의해 요구한 모터 위치를 초과하는 문제가 발생하므로 정확한 밸브개도 제어가 어렵다는 단점이 있다.

즉, 종래의 제어회로는 아날로그 소자를 사용한 제어회로로 모터의 위치를 조절하기 때문에 정밀성이 떨어지고, 또한 밸브개도 요구량과 현재 밸브개도 간의 차 신호를 사용하여 모터의 회전속도를 조절하는 회로가 내재되어 있지 않기 때문에 모터의 회전관성에 의해 정확한 위치에 모터가 정지하지 못해 요구량과 현재 밸브개도 간에 오차가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 아날로그 소자를 사용한 제어회로에서 마이크로프로세서가 내장되어 있지 않기 때문에 운전원이나 보수요원이 현장에서 밸브상태를 확인할수 없는 불편함이 있었다.

또한, 아날로그 소자를 사용한 제어회로는 원격지로 연결하기 위한 시리얼 통신포트를 설치할수 없기 때문에 운전원이나 보수요원들이 현장에서 밸브 상태를 확인하고, 여러가지 전자 장비를 활용하여 옵셋이나 드리프트를 현장에서 조절해야하는 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기본적으로는 밸브개도 위치신호와 사용자의 밸브개도 요구신호를 받아서 이를 고 분해능의 디지털 값으로 변환하고, 마이크로 프로세서에서는 이 변환된 디지털 값을 사용하여 정확한 밸브 위치와 속도를 연산하고, 연산된 위치 및 속도제어신호에 따라 고 전류 모터 구동부를 통해 직류모터를 구동하고, 모터의 회전을 감지하여 밸브개도 위치신호를 발생하고, 이를 피드백하여 위치 및 속도제어연산에 사용하고, 밸브개도 위치신호를 원격지로 보내 제어실과 같은 원격지에서 밸브개도 값을 활용할수 있도록 하고, 현장에서 밸브개도와 밸브 건전성 상태를 감시할수 있도록 디지털 표시값을 제공하고, 원격지의 컴퓨터에서 밸브의 옵셋이나 드리프트를 조정하고, 컴퓨터를 사용하여 원거리에서 밸브의 상태를 감시할수 있도록 시리얼 통신을 통해 관련정보를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 모터구동밸브제어회로

도 2는 본 발명의 고 정밀 모터구동밸브 제어를 위한 마이컴 기반의 디지털제어회로 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전류-전압변환부 2 : 아날로그-디지털 변환부

3 : 마이크로 프로세서부 4 : 모터구동부

5 : 직류모터 6 : 밸브위치감지부

7 : 전압-전류변환부 8 : 개폐감지부

9 : 밸브상태 표시부 10 : 시리얼 통신부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고 정밀 디지털 제어회로의 구조는 도 2에 나타낸 바와 같다.

즉, 원격지에서 전류값으로 요구한 밸브개도(開道)요구신호를 전압신호로 변환하는 전류-전압변환부(1)와 상기 변환된 요구신호와 현재의 밸브개도 신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(2)와 상기 디지털 값을 사용하여 정확한 밸브위치 및 속도를 연산하는 마이크로 프로세서부(3)와, 상기 연산된 제어신호에 따라 모터를 구동하는 모터 구동부(4)와 직류모터(5)와, 상기 모터 회전위치로부터 밸브개도 위치를 감지하는 밸브 위치감지부(6)와, 밸브위치 전압신호를 원격지로 전송하기 위한 전압-전류 변환부(7)와, 모터의 기계적 손상을 방지하기 위한 밸브 최대 닫힘 열림을 감지하는 개폐 감지부(8)와, 밸브개도 값과 밸브 건전성 상태를 현장에서 표시해주는 밸브상태 표시부(9)와 원격지의 컴퓨터에서 밸브 상태를 감시하고, 필요에 따라 옵셋(offset)및 드리프트(drift)를 조절할수 있는 기능을 제공하는 시리얼(serial)통신부(10)와, 안정된 전원장치, 전자파 차단 회로를 포함하여 구성된다.

이와같은 구조를 갖는 본 발명의 동작을 설명한다.

전류-전압변환부(1)는 원격지에서 밸브개도 요구신호로 전송된 다양한 전류신호를 이에 부합되는 전압신호로 변환하는 회로이다. 전류-전압변환부(1)에서 출력된 전압신호와 밸브 위치감지부(6)에서 취득된 현재 밸브개도를 나타내는 전압신호는 각각 고분해능의 아날로그-디지털 변환부(2)를 거쳐 마이크로프로세서에서 사용되는 디지털 값으로 변환된다. 상기 디지털 값은 마이크로 프로세서부(3)에 내장된 밸브 위치 및 속도연산 소프트웨어 로직에 따라 그 오차를 계산한 후 밸브의 개폐 방향과 속도를 계산하여 제어신호를 발생시키고, 상기 제어신호는 모터 구동부(4)를 통해 고 전류신호로 변환된 후 직류모터(5)를 회전시켜 원하는 위치와 속도로 밸브를 조작한다. 마이크로 프로세서부(3)에 내장된 밸브위치 및 속도연산 로직은 현재 밸브개도 값과 제어실 등의 원격지에서 요구한 밸브개도 요구량을 서로 비교하여 그 차가 크면 빠른 속도로 모터를 구동하고, 그 차가 정해진 허용치 내에 들어오면 모터 회전속도를 서서히 줄여 정확한 위치에 정지할수 있도록 유도한다.

모터회전위치로부터 밸브개도 위치를 감지하는 밸브 위치감지부(6)는 모터회전에 따라 전압 값이 발생되는 회로로 이 전압값을 감시함으로써 밸브의 개도위치를 감지한다. 이 신호는 밸브개도 요구량과 비교되기 위해 고 분해능의 아날로그-디지털변환부(2)로 피드백(Feed back)된다. 또한, 감지된 전압신호는 전압-전류변환부(7)를 거처 표준전류신호(4∼20mA)로 변환되어 제어실과 같은 원격지로 전송된다.

밸브개도가 최대 열림 또는 닫힘 상태일 때 계속적으로 모터를 회전시키면 모터의 기계적 손상이 발생될 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해 개폐감지부(8)는밸브의 최대열림및 닫힘을 감지하여 모터에 공급되던 구동전류를 차단하는 기능을 수행한다. 이것은 개폐 감지부의 신호를 마이크로 프로세서부(3)의 위치 및 속도 연산부에서 피드백 받아 모터 구동제어신호를 차단하도록 구성하였기 때문에 안전하게 모터의 기계적 손상을 방지할수 있다.

밸브상태 표시부(9)는 밸브외함에 부착된 LCD 창에 밸브의 개도량, 밸브의 이상유무, 밸브 운전상태등을 표시하여 현장에서 운전원 또는 보수요원이 쉽게 밸브상태를 확인하기 위한 것이다. 마이크로 프로세서부(3)에서는 현재 밸브의 개도량과 밸브개도 용구량, 밸브의 이상유무, 시리얼 통신의 이상유무 등 밸브 상태 데어터를 LCD 창에 1초에 한번씩 전송한다.

시리얼 통신부(10)는 원격에서 밸브를 감시및 조절하기 위한 것으로 밸브 외함에 부착된 시리얼 통신포트를 컴퓨터에 연결하여 제어실과 같은 원격지에서 밸브의 개도량, 이상상태 등 밸브 정보를 감시하고, 필요에 따라서는 밸브 제어회로의 옵셋, 드리프트, 게인 등을 조절하여 보다 정밀하게 밸브개도를 제어할수 있도록 하였다.

상기와 같은 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고 정밀 디지털 제어회로는 종래에 사용되고 있는 제어회로에 비해 다음과 같은 장점이 있다.

먼저, 기본적으로 마이크로 프로세서를 사용하여 소프트웨어적 제어로직으로 구현하였기 때문에 각 모델마다 각기 다른 제어회로를 하드웨어적으로 구현한 기존의 방법에 비해 생산성과 모델 변경에 따른 유연성을 가진다는 장점이 있다. 또한, 고분해능을 갖는 아날로그-디지털 변환기와 마이크로 프로세서를 활용하여 위치및속도제어연산을 수행하기 때문에 기존의 제어회로에 비해 정확하게 밸브개도를 제어한다는 장점을 가진다. 그리고 현장에서 운전원 또는 보수요원이 밸브 상태를 감시할 수 있도록 디지털 표시부를 부착하였고, 또한, 원격지에서 컴퓨터를 이용하여 밸브상태 감시와 보다 정밀 제어를 위해 옵셋, 드리프트, 게인을 조절할수 있도록 하였기 때문에 기존의 제어방식과는 비교할수 없는 편리성과 정밀성을 가진다.

이와같이 본 발명의 마이크로 포로세서기반의 고 정밀 디지털 제어회로는 고분해능 아날로그-디지털 변환기와 고속, 고 분해능 마이크로 프로세서를 활용하여 모터 구동밸브의 위치를 자동으로 제어하는 장치로, 기존의 아날로그 제어방식의 단점을 보완하고, 그 장점을 취한 후 부가적으로 유지보수 기능과 정밀성을 향상시키기 위해 최적의 수학적 제어알고리즘을 추가한 것으로 정확한 밸브의 위치제어, 현장에서 유지보수의 편리성, 컴퓨터를 통한 밸브 상태 감시및 조정이 가능하다. 또한, 종래의 방법은 각 밸브 모델마다 각기 다른 하드웨어로 구현되기 때문에 조립의 복잡함과 회로조정의 불편함으로 인해 생산력이 떨어졌지만, 본 장치는 각 모델에 따라 하드워어적 변경없이 소프트웨어적으로 구현할수 있어 하나의 하드웨어 대부분의 밸브 모델에 적용할수 있어 생산력을 증대시킬수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 원격지에서 전류값으로 요구한 밸브개도 요구신호를 전압신호로 변환하는 전류-전압변환부와; 상기 변환된 요구신호와 현재의 밸브개도신호를 디지털값으로 변환하는 아날로그-디지털변환부와; 상기 디지털 값을 사용하여 정확한 밸브위치 및 속도를 연산하여 제어신호를 발생시키는 마이크로프로세서부와; 상기 연산된 제어신호에 따라 직류 모터를 구동하는 모터구동부와; 상기 모터 회전위치로부터 밸브개도 위치를 감지하는 밸브위치 감지부와; 밸브위치 전압신호를 원격지로 전송하기 위한 전압-전류변환부와; 모터의 기계적 손상을 감지하는 방지하기 위한 밸브최대 닫힘및 열림을 감지하는 개폐감지부와; 밸브개도값과 밸브건전성 상태를 현장에서 표시해주는 밸브상태 표시부와; 원격지의 컴퓨터에서 밸브상태를 감시하고, 필요에 따라 옵셋 및 드리프트를 조절할수 있는 기능을 제공하는 시리얼 통신부;를 가짐을 특징으로 하는 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로
2. 제 1항에 있어서, 상기 모터구동부는 제어신호를 고전류신호로 변환한 후 직류모터를 회전시켜 원하는 위치와 속도로 밸브를 조작하게 됨을 특징으로 하는 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로
3. 제 1항에 있어서, 상기 밸브위치 감지부는 모터 회전에 따라 전압값이 발생되는 회로로 이 전압값에 의해 감지하고 상기 감지신호는 밸브개도 요구량과 비교되기 위해 아날로그-디지털변환부로 피드백 됨을 특징으로 하는 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로
4. 제1항에 있어서, 상기 개폐감지부는 밸브의 최대 열림및 닫힘을 감지하여 모터에 공급되는 구동전류를 차단하는 기능을 수행하게 됨을 특징으로 하는 모터구동밸브 제어를 위한 마이크로 프로세서기반의 고정밀 디지털 제어회로