KR100475317B1 - 회전모터구동장치를갖는왕복식다중실린더펌프및그제어방법 - Google Patents

회전모터구동장치를갖는왕복식다중실린더펌프및그제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 제어 구조 및 작동은 각 펌프 사이클에 대한 펌프 압력 특성들을 샘플링하고, 보상 운동 곡선을 계산하고, 펌프를 구동하는 모터에 그 곡선을 인가해 줌으로써, 펌프 전환 시의 압력 변화들을 최소화하도록 설계되어 있다. 이러한 제어는 다음의 특성, 즉 양의 변위, 반복적인 사이클 특성, 회전 모터 구동 장치, 및 결코 제로(0)로 떨어지지 않는 출력 압력 사이클 곡선을 갖는 소정의 펌프에 사용될 수 있다.

Description

회전 모터 구동장치를 갖는 왕복식 다중실린더 펌프 및 그 제어방법
본 발명은 회전 모터 구동 장치를 갖는 왕복식 다중 실린더 펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.
다양한 유형의 펌프들이 다년간 유체의 전달 및 순환에 이용되어 왔다. 많은 경우, 바람직한 펌프 설계 형태로는 피스톤 펌프를 들 수가 있지만, 이러한 피스톤 펌프의 바람직하지 않은 측면 중 하나는 맥동(pulsation)을 출력하기가 쉽고 그러한 맥동에 대한 보상 또는 그와 함께 연동하려는 경향이 요구된다는 점이다. 맥동을 감소시키려는 시도 중 하나가 본문에 그 내용이 통합된 미국 특허 제5, 145,339호에 개시된다. 그와 같은 구조는 실질적으로 다른 종래 기술의 설계 형태들 보다 진전된 것이기는 하지만, 약간의 맥동이 남는다.
본 발명의 목적은 실질적으로 맥동이 없고, 피스톤 펌프의 바람직한 측면은 보유하는 피스톤형 펌프를 제공하는 것이다.
적어도 어느 정도 맥동이 느껴지는 기어 펌프와 로브(lobe) 펌프와 같은 기타 펌프가 있지만, 본 발명은 맥동을 감소시키기 위해서 이러한 모든 펌프들에 적용될 수가 있다.
본 발명의 제어 구조 및 작동은 각 펌프 사이클에 대한 펌프 압력 특성들을 샘플링하고, 보상 압력 곡선을 계산하며, 펌프를 구동하는 모터에 그 곡선을 인가해 줌으로써, 펌프 전환(changeover) 시의 압력 변화를 최소화하도록 설계되어 있다. 실제로, 이러한 제어는 다음의 특성들, 즉 양(positive)의 변위, 반복적인 사이클 특성들, 회전 모터 구동 장치, 및 결코 제로(Zero, 0)로 떨어지지 않는 출력 압력 사이클 곡선을 갖는 소정의 펌프에도 사용될 수 있다.
따라서, 이러한 제어 시스템은 펌프 전환 시의 압력 변동(fluctuation)을 최소화할 수가 있다. 또한, 본 제어 시스템은 정격(rate) 변화, 재질 변화(점도, 등)와 같은 조건 변화를 보상하기 위해 운동 곡선들을 적절하게 수정할 수 있는 능력을 갖는다. 또한, 펌프 성능, 질 저하, 및 고장을 진단할 수 있는 능력도 갖는다.
펄스 없는(pulseless) 출력을 생성하기 위한 이전의 시도들은 예를 들어 전술한 미국 특허 제5,145,339호에서와 같은 기계적 방법들을 사용하였다. 속도 루프를 전자적으로 폐쇄하거나 또는 모터에 일정한 토오크 부하를 유지해 줌으로써 압력변화를 보상하기 위한 시도들이 이루어졌지만, 이들 방법은 반작용이 심하여, 시스템의 높은 관성에 의해 과도하게 보상하며 지연되는 경향을 가진다. 이것은 특히 펌프들이 보다 높은 유동 레벨과 보다 높은 속도에 도달함에 따라 압력 변화가 상대적으로 신속한 펄스가 되려는 경향이 있기 때문에 특히 그러하다. 과도한 보상을 줄이기 위해, 이득(gain)을 낮출 수는 있으나, 그 경우에도 맥동은 감소되지만 제거되지는 않는다.
연속적으로 펌프의 출력 압력 곡선을 샘플링하고 실제 보상 운동 곡선을 계산하는 이러한 해결방안의 목적은 이들 문제점들의 양자 모두를 해결하는 것이다. 상기 제어에 의한 연속 샘플링은 조건들의 변화를 보상할 수 있고 또한 펌프의 질 저하 및 고장을 진단할 수 있다. 압력 변화와 동시에 펌프의 운동 곡선을 수정해 줌으로써, 압력 출력의 과도한 보상이 제거된다. 또한, 위상(phase)을 조절해 줌으로써, 운동 곡선이 시스템에서의 기계적 지연(lag)을 보상할 수가 있다.
본 발명의 이들 및 기타 다른 목적과 이점들은 전체 도면에 걸쳐 동일 또는 유사한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙인 첨부 도면과 관련해서 취한 다음의 설명으로부터 보다 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도1에는 서보 모터(14)에 의해 구동되는 저 펄스 이중 피스톤 펌프(12)로 구성된 시스템(10)이 도시되어 있다. 물론, 다른 펌프 및 모터들이 사용될 수도 있다. 펌프(12)의 절대 위치는 각 펌프 사이클 동안 펌프의 특이(singular) 위치를 추적하는(tracking)하는 근접 센서(16)와, 펌프에 결합된 서보 모터의 절대 위치를 측정하는 엔코더에 의해 결정된다.
펌프(12)의 출력부에 있는 압력 센서(18)는 순간 압력을 탐지한다. 컴퓨터(20)는 펌프(12)의 절대 위치와 상관 관계에 있는 펌프(12)의 압력 출력을 기록한다. 펌프의 단일 또는 복수 사이클 동안 압력 곡선을 해석함으로써, 압력 곡선 대 위치관계가 도2에 도시한 바와 같이 결정될 수 있다. 따라서, 모터에 인가되었을 때 펄스없는 출력을 발생시키게 하는 보상 곡선(역시 도2에 도시됨)이 계산될 수가 있다.
이러한 보상의 해석은 시스템을 연속적으로 동조(tune)시키기 위해 반복해서 적용될 수 있다. 압력을 연속적으로 검사함으로써, 펌프 특성의 정상 범위에서 벗어난 소정의 조건이 파악될 수 있으며, 잘못(fault)을 지시하는 적절한 경보(alarm)가 제공될 수 있다. 또한, 보상이 연속적으로 증대되는 것은 당연히 질저하의 증거이며, 적절한 시간에 경보를 울릴 수 있다.
단일한 위상 선도(先導, 지연의 반대개념임)가 펌프의 특성이 될 수 있다는 것이 중요하다. 이것은 가동 중에 용이하게 확인될 수 있는, 압력 스파이크(spike) 입력에 대한 출력의 응답 지연을 관찰함으로써 판단될 수 있다. 예를 들어, 출력은 모터/펌프 회전의 X °(degree) 만큼 입력보다 지연될 수 있다.
특이(singlular) 보상 곡선이, 진폭 및 길이를 가지며 그 진폭, 면적 및 길이에 의해 결정되는 대부분의 압력강하에 적용될 수 있다고 보인다. 이것은 캠(cam)이 실시간으로 보상하는 데 필요한 계산을 상당히 감소시켜 줄 수 있을 것이다. 도 3은 이와 같은 보상 곡선에 대응된다.
후속하는 특허 청구의 범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남이 없이 본 제어 시스템에 대해 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있음을 이해할 것이다.
도1은 본 발명의 펌프 제어의 개략도.
도2는 실제 반응 및 계산된 보상 반응의 그래프.
도3은 특이(singular) 보상 곡선.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제어 시스템
12 : 피스톤 펌프
14 : 서보 모터
16 : 근접 센서
18 : 압력 센서
20 : 컴퓨터

Claims (4)

  1. 회전 모터 구동 장치를 갖는 왕복식 다중 실린더 펌프에 있어서,
    각 펌프 사이클 동안 압력 곡선을 샘플링하는 수단과,
    상기 샘플링 수단으로부터 보상 압력 곡선을 계산하는 수단, 및
    상기 보상 압력 곡선을 인가하여 상기 모터를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복식 다중 실린더 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 제어 입력의 위상 지연을 계산하고 상기 지연을 보상하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복식 다중 실린더 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터의 회전 위치를 결정하는 수단을 더 포함하는 특징으로 하는 왕복식 다중 실린더 펌프.
  4. 회전 모터 구동 장치를 갖는 왕복식 다중 실린더 펌프의 제어 방법에 있어서,
    각 펌프 사이클 동안 압력 곡선을 샘플링하는 단계와,
    샘플링된 압력 곡선으로부터 보상 압력 곡선을 계산하는 단계, 및
    상기 보상 압력 곡선을 인가하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복식 다중 실린더 펌프의 제어 방법.
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