KR100936428B1 - 부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부구장치 및 포토타이오드(Photodiode)를 이용하여 하천의 수위 변화량에 맞추어 항상 정확한 시점에서 수문을 자동으로 개폐하는 제어장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 부구에 의해 상하로 이동하는 발광센서에서 발산되는 빛신호가 하천의 최고수위 또는 최저수위 도달시 수광센서로 입력되고, 이 수광센서로 입력된 빛신호를 포토다이오드가 전기신호로 변환하여 컨트롤판넬에 인가함으로써 상기 컨트롤판넬의 출력신호에 따라 유압모터가 가동하면서 유압탱크의 유체를 수문실린더로 공급하거나 또는 수문실린더의 유체를 유압탱크로 회수하여 수문이 더욱 신속하게 자동으로 개폐될 수 있도록 하는 부구장치를 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치에 관한 것이다.

부구, 포토다이오드, 수문, 자동, 개폐, 전기, 파워유닛

Description

부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치{Auto electric control system for floodgate using float and photodiode}

본 발명은 하천의 최고, 최저수위 도달시 부구장치 및 포토다이오드를 이용하여 컨트롤판넬을 자동으로 조작하는 전기적인 제어방식으로 수문을 항상 정확한 시점에서 즉각적으로 확실하게 개폐하는 수문용 전기제어장치의 기술분야에 속하는 것이다.

일반적으로 수문은 물의 흐름을 막거나 유량을 조절하기 위해 설치한 문으로서, 주로 강이나 하천, 저수지, 댐 등의 수로에 설치된다.

상기 수문은 과거에는 수동으로 일일이 개폐를 행하는 구조가 대부분이었으나, 최근 들어 자동으로 개폐를 행할 수 있는 수문이 널리 사용되고 있으며, 이와같은 자동수문으로는 수위감지센서를 이용하여 하천의 수위를 감지한 후 이 수위 감지 여부에 따라 자동으로 개폐하는 수문이 주류를 이루고 있다.

상기한 종래의 자동수문은 수위감지센서가 하천에 설치되고, 상기 수위감지센서는 컨트롤판넬에 전기적으로 연결됨으로써 상기 수위감지센서가 하천의 수위를 감지하면 이를 컨트롤판넬에 구비된 PLC(Programmable Logic Controller)가 인식하 고, 이에 따라 PLC가 유압모터를 구동함으로써 수문을 자동으로 개폐하는 것으로, 수위에 따른 즉각적인 대처가 가능함은 물론 시공비가 저렴한 이점이 있는 것이었다.

그러나 상기한 수위감지센서는 물속에 설치된 상태에서 전기적으로 연결됨으로써 낙뢰 발생시 전기가 하천으로 흐르면서 물고기가 전기사고에 의해 떼죽음을 당할 우려가 큰 것이었다.

또한, 상기 수위감지센서와 전기적으로 연결된 PLC가 낙뢰를 맞는 경우 수위감지센서가 함께 파손됨은 물론 상기 PLC는 완전하게 파손되지 않더라도 오작동을 유발함에 따라 수위감지센서가 감지한 수위량을 정확하게 인식할 수 없어 수문이 개폐되어야할 정확한 시점에서 개폐되지 않고 제멋대로 개폐하는 문제점이 야기된다.

한편, 상기와 같이 전기적으로 연결된 수위감지센서를 이용하지 않고, 전기와는 무관한 부구를 이용하여 수문을 자동으로 개폐하기 위한 기술로써 본 발명의 출원인에 의해 선출원되어 특허결정이 허여된 「특허등록 제862095호 명칭 부구를 이용한 중력식 자동수문용 유체흐름 제어장치」가 제안되고 있다.

이러한 선등록 발명은 부구를 이용하여 흐르는 물의 수위가 정확하게 최고수위 또는 최저수위에 도달하는 경우에만 순간적으로 유체흐름 자동제어밸브의 유체흐름을 자동으로 단속함으로써 수문을 더욱 정확한 시점에서 항상 일률적으로 개폐할 수 있는 효과를 제공하는 것이었다.

그러나 선등록 발명은 수문을 닫아주기 위한 동력원으로써 단지 중력장치에 위한 중력을 사용함에 따라 수문실린더로 공급하는 유체의 압력이 낮아 수문을 즉각적으로 닫아주기 못하고 시간이 많이 소요되는 개선점을 내포하고 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 수위감지센서를 이용하여 수문을 개폐하거나 중력장치에 의한 중력으로 수문을 닫아줌에 따른 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 수위의 변화량에 따라 상하로 이동하면서 빛신호를 발산하도록 하는 부구장치 및 상기 빛신호를 전기신호로 변환시키는 포토다이오드를 이용하여 최고수위나 최저수위에 도달하는 정확한 시점에서 수문을 자동으로 개폐할 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 부구에 의해 상하로 이동하는 센서장착대의 상단에 발광센서를 설치하고, 상기 발광센서에서 발산하는 빛신호를 선택적으로 입력받는 한 쌍의 수광센서를 설치하되 상기 수광센서는 하천의 최고수위 및 최저수위 도달시 발광센서의 위치점과 동일선상에 위치하게 설치하며, 상기 수광센서는 신호선을 매개로 컨트롤판넬과 연결된 포토다이오드와 연결하는 한편, 상기 컨트롤판넬은 파워유닛 앗세이와 전기적으로 연결하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, 하천이 최고수위나 최저수위에 도달하면 발광센서에서 발산하는 빛신호를 수광센서가 입력받은 후 이 빛신호를 포토다이오드가 전기신호로 변환하여 콘트롤판넬의 PLC로 인가함으로써 자동으로 유압모터를 가동하면서 수문 을 확실하게 즉각적으로 개폐함은 물론 이에 따라 상기 콘트롤판넬을 조작하거나 유지, 관리하기 위한 별도의 인력을 요하지 않고서도 수문을 적절한 시점에서 확실하게 자동으로 개폐하는 효과를 제공한다.

또한, 상기 발광센서 및 수광센서는 전기와 무관하면서도 수면 밖으로 노출됨으로써 하천에 전기가 흐름을 원천 봉쇄하여 하천 생태계를 보호함은 물론 PLC가 낙뢰에 의해 파손되더라도 상기 발광센서, 수광센서 및 포토다이오드 등의 파손 우려가 없어 전기제어장치의 수명을 연장하는 효과를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

우선적으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 기술구성을 첨부된 도면에 의거 개략적으로 살펴보면, 수중에 설치된 가이드파이프(12)를 따라 상하로 이동가능하게 부구(13)가 설치되고, 상기 가이드파이프(12)의 내부에 센서장착대(15)가 삽입 설치된 부구장치(10)와; 상기 센서장착대(15)의 상단에 수평상으로 빛신호를 발산하도록 설치된 발광센서(20)와; 상기 발광센서(20)의 빛신호를 입력받도록 대기중에 상하로 이격 설치된 한 쌍의 수광센서(30)(30a)와; 상기 수광센서(30)(30a)와 신호선(31)으로 연결되고, 발광센서(20)의 빛신호를 전기신호로 변환한 후 컨트롤판넬(3)에 인가하여 유압모터(63)를 자동으로 가동시키는 한 쌍의 포토다이오드(40)(40a)와; 상기 유압모터(63)에 의해 작동하는 유압펌프(61) 및 유압탱크(62)와 양측이 각각 유체라인(51)을 매개로 연결된 채 일측이 왕복유체라 인(55)을 매개로 수문실린더(2)와 연결된 방향전환 체크밸브(50)와; 상기 유압탱크(62)의 유압을 유압모터(63)로 작동하는 유압펌프(61)가 펌핑하여 왕복유체라인(55)으로 토출시키는 파워유닛 앗세이(60)의 유기적인 결합구성으로 이루어짐을 알 수 있다.

이하, 상기 개략적인 구성으로 이루어진 본 발명을 실시 용이하도록 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 부구장치(10)는 수위변화를 감지하여 수문(1)의 개폐시기를 정확하게 알려주기 위한 것으로, 상부가 개방되고 외주연에 상하 길이방향으로 가이드홀(11)이 형성된 가이드파이프(12)가 수중에 설치되고, 이 가이드파이프(12)의 외측에 상하로 이동가능하게 부구(13)가 설치되며, 상기 가이드파이프(12)의 내부에는 센서장착대(15)의 하부가 삽입 설치되되 이 센서장착대(15)의 상부는 대기중으로 노출된다.

그리고 상기 센서장착대(15)의 외주연에 형성된 걸림구(16)는 선택적으로 부구(13)의 상단에 걸리면서 부구(13)가 수위변화에 따라 상하로 이동할 때 동시 이동할 수 있도록 가이드파이프(12)의 가이드홀(11)을 관통하여 외부로 돌출됨으로써 부구(13)과 함께 센서장착대(15)가 수위 변화량에 따라 자동으로 상하 이동할 수 있게 된다.

이와 같은 센서장착대(15)의 상단에는 수평상으로 빛신호를 발산하는 발광센서(20)가 설치되고, 상기 발광센서(20)가 최상부에 위치할 때는 부구(13)가 상승하면서 하천이 최고수위에 도달하는 시점이며, 상기 발광센서(20)가 최하부에 위치할 때는 부구(13)가 하강하면서 하천이 최저수위에 도달하는 시점이다.

상기 발광센서(20)의 빛신호를 입력받는 한 쌍의 수광센서(30)(30a)는 대기중에 상하로 이격 설치된다.

이때 상기 수광센서(30)(30a)는 하천의 최고수위 및 최저수위 도달시 발광센서(20)가 위치하는 위치점과 수평상으로 동일선상에 위치하도록 배치됨으로써 하천이 최고수위나 최저수위에 도달하는 순간 발광센서(20)가 어느 하나의 수광센서(30)(30a)와 일치함으로써 발광센서(20)의 빛신호를 수광센서(30)(30a)가 입력받을 수 있게 된다.

상기 수광센서(30)(30a)는 신호선(31)을 매개로 한 쌍의 포토다이오드(40)(40a)에 각각 연결되고, 이 포토다이오드(40)(40a)는 컨트롤판넬(3)과 전기적으로 연결된다.

따라서, 하천이 최고수위나 최저수위에 도달하는 시점에서 발산하는 발광센서(20)의 빛신호를 수광센서(30)(30a)로 입력받은 후 신호선(31)을 통해 전달받는 포토다이오드(40)(40a)는 이 빛신호를 전기신호로 변환한 후 컨트롤판넬(3)에 인가함으로써 PLC의 제어에 따라 유압모터(63)를 별도의 인력을 투입하지 않고서도 자동으로 가동함으로써 수문(1)을 수위변화량에 맞추어 자동으로 개폐할 수 있게 된다.

이와 같은 포토다이오드(40)(40a)는 빛신호를 전기적인 신호로 변환하는 소자로서 널리 알려진 공지의 구성이며, 다만 본 발명에서는 부구(13)를 이용하여 하천의 최고수위 및 최저수위 도달시 발생하는 발광센서(20)의 빛신호를 감지한 후 이를 전기신호를 변환하여 컨트롤판넬(3)에 인가함으로써 사람이 없더라도 자동으로 PLC의 제어에 따라 유압모터(63)를 가동하여 수문(1)을 원격으로 제어할 수 있도록 수문(1)에 유기적으로 접목하여 사용함을 특징으로 한다.

한편, 파워유닛 앗세이(60)를 구성하는 유압펌프(61) 및 유압이 저장되는 유압탱크(62)는 각각 유체라인(51)을 매개로 방향전환 체크밸브(50)의 상하 양측에 연결되고, 상기 방향전환 체크밸브(50)의 일측에는 왕복유체라인(55)을 매개로 수문실린더(2)와 연결됨으로써 유압모터(63)에 의해 작동하는 유압펌프(61)가 유압탱크(62) 내의 유압을 펌핑함으로써 도 4와 같이 방향전환 체크밸브(50)를 경유하여 왕복유체라인(55)을 통해 토출하거나 또는 도 1과 같이 수문실린더(2)의 유체를 왕복유체라인(55) 및 방향전환 체크밸브(50)를 경유하여 유압탱크(62)로 회수할 수 있게 된다.

여기에서 상기 방향전환 체크밸브(50)는 수문(1)을 닫아줄 때에는 유압펌프(61) 쪽으로 연결된 유체라인(51)을 차단함으로써 유체가 방향전환 체크밸브(50)를 경유하여 유압탱크(62)로 원활하게 회수될 수 있도록 하고, 수문(1)을 개방할 때에는 유압탱크(62) 쪽으로 연결된 유체라인(51)을 차단함으로써 유압펌프(61)가 펌핑한 유압탱크(62) 내의 유체가 방향전환 체크밸브(50)를 경유하여 유압탱크(62)로 역류됨을 차단하면서 전량 왕복유체라인(55)으로 방향전환되어 수문실린더(2)에 공급될 수 있도록 한다.

아울러 본 발명은 컨트롤판넬(3)에 구비된 PLC가 낙뢰 등에 의해 파손되어 유압모터(63)의 가동이 불가하더라도 유압펌프(61)의 역할을 수행하는 별도의 수동작키(70)를 작업자가 인위적으로 작동하여 유압탱크(62) 내의 유체를 펌핑하여 왕복유체라인(55)으로 공급할 수 있게 된다.

이를 위한 기술구성으로 본 발명의 파워유닛 앗세이(60)는 유압탱크(62) 내의 유체를 수동으로 펌핑하기 위한 수동작키(70)가 도 3과 같이 추가로 구비되고, 상기 수동작키(70)에 연결된 펌핑라인(71)은 유압펌프(61)와 연결된 유체라인(51)과 연결되어 유압탱크(33)의 유체를 펌핑할 수 있으며, 상기 펌핑라인(71)에는 수동작키(70)를 작동하기 위한 유로를 선택적으로 개폐하는 수동제어밸브(72)가 추가로 설치된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 하천의 수위가 최고수위에 도달하면 도 1과 같이 발광센서(20)가 상부에 위치한 수광센서(30)와 일치함으로써 발광센서(20)의 빛신호를 수광센서(30)가 감지하게 되고, 이 빛신호를 포토다이오드(40)가 전기적인 신호로 변환하여 컨트롤판넬(3)에 인가함으로써 자동으로 컨트롤판넬(3)을 가동하면서 전기적인 방법으로 정확한 시점에서 수문(1)을 신속하고 확실하게 개방할 수 있게 된다.

또한, 하천의 수위가 최저수위에 도달하면 도 4아 같이 발광센서(20)는 하부에 위치한 수광센서(30a)와 일치함으로써 발광센서(20)의 빛신호를 수광센서(30a)가 감지하게 되고, 이 빛신호를 포토다이오드(40a)가 전기적인 신호로 변환하여 컨트롤판넬(3)에 인가함으로써 자동으로 컨트롤판넬(3)을 가동하면서 전기적인 방법 으로 정확한 시점에서 수문(1)을 신속하고 확실하게 닫아줄 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용된 자동 전기제어장치에 의한 수문의 개방시 부구장치 및 수문실린더의 작동상태 일예시도

도 2는 본 발명에 따른 수문의 개방상태 측단면도

도 3은 본 발명 파워유닛 앗세이의 설치상태 평면도

도 4는 본 발명의 자동 전기제어장치에 의한 수문의 폐문시 부구장치 및 수문실린더의 작동상태 일예시도

도 5는 본 발명의 부구장치, 수광센서 및 포토다이오드의 설치상태 확대단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 수문 2: 수문실린더

10: 부구장치 13: 부구

15: 센서장착대 20: 발광센서

30, 30a: 수광센서 40, 40a: 포토다이오드

50: 방향전환 체크밸브 60: 파워유닛 앗세이

61: 유압펌프 62: 유압탱크

63: 유압모터 70: 수동작키

Claims (4)

1. 수중에 설치된 가이드파이프(12)를 따라 상하로 이동가능하게 부구(13)가 설치되고, 상부가 대기중으로 노출된 센서장착대(15)의 하부가 상기 가이드파이프(12)의 내부에 삽입 설치되며, 상기 센서장착대(15)의 외주연에 형성된 걸림구(16)는 선택적으로 부구(13)의 상단에 걸리면서 상하로 이동하도록 가이드홀(11)을 관통하여 외부로 돌출되는 부구장치(10)와;

   상기 센서장착대(15)의 상단에 수평상으로 빛신호를 발산하도록 설치된 발광센서(20)와;

   상기 발광센서(20)의 빛신호를 입력받도록 대기중에 상하로 이격 설치된 한 쌍의 수광센서(30)(30a)와;

   상기 수광센서(30)(30a)와 신호선(31)으로 연결되고, 발광센서(20)의 빛신호를 전기신호로 변환한 후 컨트롤판넬(3)에 인가하여 유압모터(63)를 자동으로 가동시키는 한 쌍의 포토다이오드(40)(40a)와;

   상기 유압모터(63)에 의해 작동하는 유압펌프(61) 및 유압탱크(62)와 양측이 각각 유체라인(51)을 매개로 연결된 채 일측이 왕복유체라인(55)을 매개로 수문실린더(2)와 연결된 방향전환 체크밸브(50)와;

   상기 유압탱크(62)의 유압을 유압모터(63)로 작동하는 유압펌프(61)가 펌핑하여 왕복유체라인(55)으로 토출시키는 파워유닛 앗세이(60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   한 쌍의 수광센서(30)(30a)는 하천의 설정된 최고수위 및 최저수위 도달시 발광센서(20)가 위치하는 위치점과 수평으로 동일선상에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
3. 제 1항에 있어서,

   파워유닛 앗세이(60)는 유압탱크(62) 내의 유체를 작업자가 수동으로 펌핑하여 왕복유체라인(55)으로 토출시키는 수동작키(70)가 추가로 설치되고, 상기 수동작키(70)의 펌핑라인(71)은 유압탱크(62)와 연결되며, 상기 펌핑라인(71)에는 유로를 선택적으로 개폐하는 수동제어밸브(72)가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.
4. 제 1항에 있어서,

   방향전환 체크밸브(50)는 수문(1)을 닫아줄 때 유압펌프(61) 쪽으로 연결된 유체라인(51)을 차단하여 유체가 유압탱크(62)로 원활하게 회수되는 한편, 수문(1)의 개방시에는 유압탱크(62) 쪽으로 연결된 유체라인(51)을 차단하여 유체가 방향 전환 체크밸브(50)를 경유하여 유압탱크(62)로 역류하지 않고 전량 왕복유체라인(55)으로 방향전환되어 수문실린더(2)에 공급되는 것을 특징으로 하는 부구장치 및 포토다이오드를 이용한 수문용 자동 전기제어장치.

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