KR100989898B1

KR100989898B1 - 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100989898B1
Application number: KR1020070120397A
Authority: KR
Inventors: 전승배
Original assignee: (주)제이.케이.에스
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2010-10-26
Also published as: KR20090053523A

Abstract

본 발명은 본 발명은 유압시스템의 비선형성과 수문 개폐조건에 따른 부하변동에 무관하게 고 하중 수문제어용 유압실린더를 정밀하게 동조(synchronize) 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 고 하중 수문을 상승 또는 하강시키는 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하고, 상기 기준실린더와 종속실린더를 동조 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치에 있어서, 상기 기준실린더와 종속실린더의 이동위치를 실시간으로 측정하는 복수의 변위 센서와; 상기 기준실린더와 종속실린더의 유량 공급을 조절하기 위한 복수의 전자비례식 유량제어밸브와; 사용자에 의한 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하고, 그 판단한 이동방향에 대응하게 상기 기준실린더와 종속실린더에 공급되는 유량을 개별적으로 제어하면서 상기 기준실린더와 종속실린더 간의 동조 오차 발생시 상기 종속실린더의 동조 오차를 보상하는 유압실린더 동조 제어기를 구비한다.

유압실린더, 유압실린더 동조 제어장치, 유압실린더 동조 제어방법

Description

수문제어용 유압실린더 동조 제어장치 및 그 방법{hydraulic cylinder synchronized controller using floodgate control and method thereof}

본 발명은 유압시스템의 비선형성과 수문 개폐조건에 따른 부하변동에 무관하게 고 하중 수문제어용 유압실린더를 정밀하게 동조(synchronize) 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어에 관한 것이다.

일반적으로, 수문은 강이나 하천의 제방과 방조제 또는 하수관거 등에 형성된 수로의 횡 방향으로 형성된 수문부의 내측에 문틀을 배치하여 일체로 형성하고, 문틀 사이에 수직으로 수문 본체를 배치하여 상류 측 내수를 하류 측 외수로 자연배수시키다가 외 수위가 내 수위보다 상승하면 수문을 하강하여 수로를 폐쇄시켜 외수의 역류를 차단하며, 용도에 따라서 배수문 또는 제수문이라 한다.

한편, 바다와 연결된 큰 강이 있는 도시 근교의 하천에서는 만조시(滿潮時)에 홍수나 집중호우 등으로 갑자기 불어나는 본천(本川)의 수위를 상류에서 조절하지 못할 경우 배수를 최우선적으로 실시하여 침수피해를 줄이기 위하여 배수문과 인접한 안전지대에 배수펌프장을 함께 구성하여 배수문을 폐쇄하고 배수펌프를 가 동하여 내수를 강제 배수시키기도 한다.

또한, 간척용 방조제의 유역 내에 형성된 담수호의 수위조절을 위한 배수시설인 배수갑문을 설치하여 담수를 저수하여 두었다가 간척지에 필요로 하는 관개용수를 공급하고 잉여 수량(水量)은 배수갑문을 통하여 바다로 자연배수시킨다.

이러한 역할을 하는 고 하중 수문은 다양한 장치를 이용하여 상승 또는 하강을 제어할 수 있으나, 통상 유압실린더를 이용하여 상승 또는 하강을 제어하는 방식이 주로 사용된다.

고 하중 수문제어용 유압실린더의 경우 동일한 규격 및 공정으로 제작하였다 할지라도 품질이 균일하지 않을 수 있으며, 유압배관을 따라 흐르는 유압 작동유의 특성으로 인해서 동일조건에서 속도가 균일하지 않을 수 있다.

특히, 수문의 폭이 넓어지거나 중량이 많이 나갈 경우 수문의 좌, 우측에 두 개 또는 다수의 실린더를 장착하여 수문의 개폐를 조절하는 경우가 많은데, 유압실린더의 위와 같은 특성 때문에 유압실린더가 동일한 속도로 작동하지 아니하여 수문이 원활하게 개폐되지 못하고, 수문가이드에 수문이 끼여서 움직이지 않는 경우가 빈번하며, 이러한 경우 안전상의 문제가 발생함은 물론 여러 가지 제반 문제점을 유발하게 된다.

따라서 이러한 제반 문제점을 해결하기 위한 유압실린더의 정밀한 동조 제어의 필요성이 대두 되어왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 장폭(帳幅) 또는 고 하중 수문제어용 유압실린더의 정밀한 동조 제어의 필요성으로 인해 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유압시스템의 비선형성과 수문 개폐조건에 따른 부하변동에 무관하게 고 하중 수문제어용 유압실린더를 정밀하게 동조 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치와 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치"는,

수문을 상승 또는 하강시키는 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하고, 상기 기준실린더와 종속실린더를 동조 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치에 있어서,

상기 기준실린더와 종속실린더의 이동위치를 실시간으로 측정하는 복수의 변위 센서와;

상기 기준실린더와 종속실린더의 유량 공급을 조절하기 위한 복수의 전자비례식 유량제어밸브와;

사용자에 의한 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하고, 그 판단한 이동방 향에 대응하게 상기 기준실린더와 종속실린더에 공급되는 유량을 개별적으로 제어하면서 상기 기준실린더와 종속실린더 간의 동조 오차 발생시 상기 종속실린더의 동조 오차를 보상하는 유압실린더 동조 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치"는,

상기 유압실린더 동조 제어기의 제어에 따라 상기 기준실린더와 종속실린더에 유압을 공급하기 위한 유압 파워 팩과;

상기 유압실린더 동조 제어기 및 유압 파워 팩에 구동용 전원을 공급해주기 위한 전력 공급기와;

상기 유압실린더 동조 제어기의 제어 오류 발생시 수동으로 수문개폐 조작신호를 입력하기 위한 로컬 컨트롤 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 유압실린더 동조 제어기는, 상기 기준실린더의 위치 변화에 따라서 상기 종속실린더의 위치가 상기 기준실린더의 위치를 추종하도록 상기 복수의 전자비례식 유량제어밸브 중 종속실린더의 전자비례식 유량제어밸브의 개폐량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 유압실린더 동조 제어기는, 상기 기준실린더 및 종속실린더에서 각각 검출한 실린더 스트로크의 변위에 따른 위치 값을 소정 레벨로 각각 증폭하는 제1 및 제2 변위센서 증폭기와;

사용자의 이동명령을 입력받기 위한 인터페이스를 포함하는 조작부와;

사용자의 입력에 따라 수문의 이동 방향을 판단하고, 상기 복수의 변위센서에서 측정한 수문위치를 표시토록 제어하며, 상기 기준실린더 및 종속실린더를 개 별적으로 제어하면서 상기 제1 변위센서 증폭기와 제2 변위센서 증폭기를 통해 각각 획득한 위치 값으로 동조 오차를 검출하고, 동조 오차 발생시 상기 종속실린더의 위치가 상기 기준실린더의 위치를 추종하도록 상기 종속실린더에 장착된 전자비례식 유량제어밸브의 개폐량을 제어하는 제어부와;

상기 제어부에서 출력되는 위치 표시 제어신호에 따라 기준실린더와 종속실린더에서 각각 검출한 수문 위치를 표시해주는 제1 및 제2 위치 표시기와;

상기 제어부에서 출력되는 기준실린더 및 종속실린더의 유량 제어신호를 소정 레벨로 증폭하여 상기 복수의 전자비례식 유량제어밸브에 전달하는 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기와;

상기 제어부에서 발생한 제어신호에 따라 유압 파워 팩의 유압모터와 방향전환밸브를 제어하고, 외부에서 입력되는 조작 신호를 상기 제어부에 인터페이스하며, 공급되는 전력을 필요한 부분에 전달해주는 전원공급장치 및 인터페이스기를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 변위센서 증폭기에서 각각 증폭한 아날로그 위치 값을 그에 대응하는 디지털 위치 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환모듈과;

상기 릴레이 및 인터페이스기와 데이터를 인터페이스하기 위한 입출력 모듈과;

상기 기준실린더와 종속실린더의 동조 제어를 위한 프로그램을 저장한 저장모듈을 포함하고, 상기 저장한 프로그램에 따라 기준실린더와 종속실린더를 동조 제어하는 제어모듈과;

상기 제어모듈에서 출력되는 복수의 유량제어밸브 제어 데이터를 그에 상응하는 아날로그 유량제어신호로 변환하여 상기 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기에 각각 전달하는 디지털/아날로그 변환모듈을 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어방법"은,

복수의 유압실린더를 동조 제어하는 방법에 있어서,

사용자에 의한 수문의 이동명령 입력으로 수문의 이동위치가 설정되면, 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하는 제1단계와;

상기 사용자의 수문 이동 방향 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하는 제2단계와;

상기 판단한 수문의 이동방향에 따라 유로를 전환하는 방향 전환 밸브에 개폐명령을 전달하여 유로 방향을 설정하는 제3단계와;

상기 구분한 기준실린더와 종속실린더를 각각 일정 속도로 상기 이동위치로 이동시키면서 실시간으로 기준실린더와 종속실린더의 위치를 측정하는 제4단계와;

상기 기준실린더와 종속실린더의 위치 편차를 검출하는 제5단계와;

상기 검출한 위치 편차에 따라 종속실린더의 공급유량을 제어하여 유압실린더 간의 동조 편차를 보정하는 제6단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 제6단계는 상기 위치 편차가 존재하는지를 확인하는 단계와; 상기 위치 편차가 존재할 경우 그 위치 편차가 보상 가능한 범위 이내의 동조 편차인지 를 판단하는 단계와; 상기 위치 편차가 보상 가능한 동조 편차일 경우, 상기 위치 편차가 양(+)의 값인지 부(-)의 값인지를 확인하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 양(+)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 증가시켜 동조 편차를 보정하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 부(-)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 감소시켜 동조 편차를 보정하는 단계와; 상기 동조 편차를 보정하는 도중 또는 상기 위치 편차가 존재하지 않을 경우 상기 수문이 목표 이동위치에 도달했는지를 확인하는 단계와; 상기 수문이 목표 이동위치에 도달하지 않았을 경우 상기 제4단계로 이동하고, 상기 목표 이동위치에 도달하였을 경우 또는 상기 위치 편차가 보상 가능한 동조 편차를 벗어난 경우 상기 기준실린더와 종속실린더의 구동을 정지하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 유압시스템의 비선형성과 수문 개폐조건에 따른 부하변동에 무관하게 고 하중 수문제어용 복수의 유압실린더를 정밀하게 동조 제어할 수 있으므로, 종래 유압실린더의 비 동조로 인해 발생하는 수문이 원활하게 개폐되지 못하는 문제와 수문가이드에 수문이 끼여서 움직이지 않는 문제 등을 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고 하중 수문제어용 복수의 유압실린더를 정밀하게 동조제어할 수 있으므로, 종래 유압실린더의 비 동조로 인해 발생하는 안전상의 문제도 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고 하중 수문제어용 복수의 유압실린더를 정밀하게 동조 제어할 수 있으므로, 수문이 수문가이드에 끼여서 움직이지 않을 경우 발생하는 인력 낭비를 방지할 수 있어, 수문 관리시 소요되는 관리 비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치"의 구성도로서, 수문가이드(111)(112)와, 수문(110)과, 유압실린더(120)(130)와, 유압 배관(140)과, 유압실린더 동조 제어기(150)와, 유압 파워 팩(160)과, 전력 공급기(170)와, 로컬 컨트롤 패널(180)을 포함한다.

수문가이드(111)(112)는 수문(110)의 이동을 안내하기 위한 것이며, 유압실린더(120)(130)는 유압으로 상기 수문(110)을 상승 또는 하강시키기 위한 것으로서, 고 하중을 위해서는 복수의 유압실린더를 사용하나, 본 발명에서는 2개의 유압실린더를 사용하는 것을 실시 예로 하였으나, 2개 이상의 유압실린더의 동조에도 적용이 가능하며, 아울러 편의상 유압실린더(120)를 기준실린더라고 정의하고, 유압실린더(130)를 종속실린더라고 정의하며, 이하에서는 주로 기준실린더(120)와 종 속실린더(130)로 구분하여 설명한다. 기준실린더는 동조 제어를 위한 기준이 되는 실린더를 의미하고, 종속실린더는 상기 기준실린더에 동조하여 제어가 이루어지는 실린더를 의미한다.

각각의 실린더, 즉 기준실린더(120)에는 수문의 이동위치를 실시간으로 측정하기 위한 제1 변위 센서(121)가 장착되며, 종속실린더(130)에는 수문의 이동위치를 실시간으로 측정하기 위한 제2 변위 센서(131)가 장착된다. 제1 변위 센서(121)와 제2 변위 센서(131)는 해수에 의한 부식을 방지하고, 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 각각의 실린더에 내장되는 것이 바람직하다.

제1 및 제2 변위 센서(121)(131)는 각각 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 스트로크 변화를 수문의 위치 값으로 측정하게 된다.

전자비례식 유량제어밸브(122)(132)는 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)에 공급되는 유량을 정밀하게 조절하기 위한 것으로서, 압력과 온도보상이 가능한 전자식 비례유량제어밸브를 사용하는 것이 바람직하다.

유압실린더 동조 제어기(150)는 사용자의 수문 이동 방향 선택에 따라 수문의 이동 방향을 판단하고, 그 판단한 이동방향에 대응하게 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)에 공급되는 유량을 개별적으로 제어하여 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)를 동조 제어하는 기능을 수행한다.

이러한 유압실린더 동조 제어기(150)는,

상기 기준실린더(120) 및 종속실린더(130)에서 각각 검출한 실린더 스트로크의 변위에 따른 위치 값을 소정 레벨로 각각 증폭하는 제1 및 제2 변위센서 증폭 기(151)(152)와; 사용자의 이동명령을 입력받기 위한 인터페이스를 포함하는 조작부(156)와; 수문의 이동 방향을 판단하고, 상기 제1 및 제2 변위센서(121)(131)에서 측정한 수문위치를 표시토록 제어하며, 상기 제1 변위센서 증폭기(151)를 통해 획득한 상기 기준실린더(120)의 위치 변화에 따라서 상기 종속실린더(130)의 위치가 상기 기준실린더(120)의 위치를 추종하도록 상기 종속실린더(130)에 장착된 전자비례식 유량제어밸브(132)의 개폐량을 제어하는 제어부(157)와; 상기 제어부(157)에서 출력되는 위치 표시 제어신호에 따라 기준실린더(120)와 종속실린더(130)에서 각각 검출한 수문 위치를 표시해주는 제1 및 제2 위치 표시기(158)(159)와; 상기 제어부(157)에서 출력되는 기준실린더(120) 및 종속실린더(130)의 유량 제어신호를 소정 레벨로 증폭하여 상기 복수의 전자비례식 유량제어밸브(122)(132)에 전달하는 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기(153)(154)와; 상기 제어부(157)에서 발생한 제어신호에 따라 유압 파워 팩(160)의 유압모터(163)와 방향전환밸브(166)를 제어하고, 외부에서 입력되는 조작 신호를 상기 제어부(157)에 인터페이스하며, 공급되는 전력을 필요한 부분에 전달해주는 전원공급장치 및 인터페이스기(155)를 포함한다.

여기서 제어부(157)는, 상기 제1 및 제2 변위센서 증폭기(151)(152)에서 각각 증폭한 아날로그 위치 값을 그에 대응하는 디지털 위치 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환모듈(157a)과; 상기 릴레이 및 인터페이스기(155)와 데이터를 인터페이스하기 위한 입출력 모듈(157c)과; 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 동조 제어를 위한 프로그램을 저장한 저장모듈(157e)을 포함하고, 상기 저장한 프 로그램에 따라 기준실린더(120)와 종속실린더(130)를 동조 제어하는 제어모듈(157d)과; 상기 제어모듈(157d)에서 출력되는 복수의 유량제어밸브의 제어 데이터를 그에 상응하는 아날로그 유량제어신호로 변환하여 상기 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기(153)(154)에 각각 전달하는 디지털/아날로그 변환모듈(157b)을 포함한다.

유압 파워팩(160)은 상기 유압실린더 동조 제어기(150)의 제어에 따라 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)에 유압을 공급하기 위한 기능을 수행하는 것으로서, 유압실린더 동조 제어기(150)와 신호를 인터페이스하기 위한 인터페이스기(161)와, 작동유가 저장된 작동유 탱크(162)와, 유압을 위한 동력을 발생하는 유압 모터(163)와, 상기 유압 모터(163)에서 발생한 동력으로 작동유 탱크(162)에 저장된 작동유를 펌핑하는 유압 펌프(164)와, 상기 유압 펌프(164)에서 공급된 유압을 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)에 공급해주는 방향전환밸브(166)를 포함하는 매니폴드(165)를 포함한다.

전력 공급기(MCC)(170)는 상기 유압실린더 동조 제어기(150) 및 유압 파워 팩(160)에 구동용 전원을 공급해주는 기능을 수행하며, 로컬 컨트롤 패널(180)은 유압실린더 동조 제어기(150)의 제어 오류 발생시 수동으로 수문개폐 조작신호를 입력하기 위한 기능을 수행한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어장치"는, 전력 공급기(170)에 의해 구동용 전원이 공급되어 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치가 활성화된 상태에서, 사용자가 조작부(156)를 통해 수문(110)의 이동 위 치를 입력한 후 운전 명령을 입력하면 자동 제어가 시작된다. 여기서 사용자는 조작부(156)에 포함되는 다양한 인터페이스를 이용하여 수문 이동 위치 등에 관한 입력 정보를 편리하게 입력한다. 조작부(156)는 다수의 운전 조작 명령을 입력하기 위한 조작 스위치가 부가되며, 이러한 조작 스위치는 공지의 수문제어장치에 부가된 조작 스위치와 동일하므로 자세한 언급은 생략한다.

사용자에 의해 수문 이동 명령이 입력되고, 수문의 이동 방향이 선택되면, 제어부(157)의 제어모듈(157)은 입출력 모듈(157c)을 통해 이를 입력받아 실시간으로 모니터링하고, 상기 저장모듈(157e)에 기 저장된 유압실린더 동조 제어를 위한 제어 프로그램에 따라 유압실린더의 동조 제어를 수행한다.

유압실린더 동조 제어가 시작되면, 제1 및 제2 변위 센서(121)(131)에서 각각 실린더 스트로크 변위 량을 검출하여 현재의 수문 위치 값으로 유압실린더 동조 제어기(150)에 제공하게 되고, 유압실린더 동조 제어기(150)의 제1 및 제2 변위센서 증폭기(151)(152)는 이를 각각 소정 레벨로 증폭하여 아날로그/디지털 변환모듈(157a)에 전달한다. 여기서 제1 및 제2 변위센서(121)(131)에서 실린더 스트로크 변위량을 측정하는 기술은 기존 변위센서에서 실린더 스트로크 변위량을 측정하는 공지의 기술을 적용하며, 이렇게 측정되는 수문 위치 값은 그 신호가 미약하여 후단에 신호가 정확하게 전달되지 않거나 중간에 소실될 우려가 있으므로, 제1 및 제2 변위센서 증폭기(151)(152)에서 각각 소정 레벨로 증폭을 하게 된다.

아날로그/디지털 변환모듈(157a)은 입력되는 아날로그 수문 위치 값을 그에 상응하는 디지털 위치 데이터로 변환을 하여 제어모듈(157d)에 제공하게 되며, 제 어모듈(157d)은 검출한 위치 데이터를 저장모듈(157e)에 저장된 수문 위치 데이터와 대비하여 수문의 현재 위치를 인지하게 된다. 아울러 제1 및 제2 위치 표시기(158)(159)를 제어하여 기준실린더(121)와 종속실린더(131)에서 검출한 수문의 위치를 실시간으로 표시하도록 한다.

다음으로, 제어모듈(157d)은 사용자에 의한 선택에 따라 수문의 이동 방향을 판단하고, 상기 판단한 수문의 이동방향이 상승방향일 경우, 제어모듈(157d)은 방향 전환을 위한 제어 데이터를 발생하게 되고, 디지털/아날로그 변환모듈(157b)은 주지한 방향 전환을 위한 제어 데이터를 그에 대응하는 아날로그 제어신호로 변환을 하여 릴레이 및 인터페이스기(155)에 전달한다.

릴레이 및 인터페이스기(155)의 방향 전환 밸브의 개폐를 위한 릴레이가 상기 제어 신호에 대응하게 전환 동작을 하게 되며, 이러한 스위치 동작에 의해 유압파워팩(160)의 인터페이스기(161)를 통해 방향전환 밸브 개폐신호가 방향전환밸브(165)에 인가되어, 해당 방향으로 밸브가 열리게 된다. 즉, 수문을 상승시키기 위한 유압 경로로 작동유가 공급되도록 방향 전환 밸브의 개폐가 이루어지게 되며, 이러한 방향 전환 밸브(165a)(165b)의 동작은 공지의 방향 전환 밸브의 동작과 동일하게 이루어지므로, 자세한 설명은 생략한다.

다음으로, 제어모듈(157d)은 기준실린더(120) 및 종속실린더(130)를 일정 속도로 수문을 상승시키도록 실린더 구동신호를 발생하게 되며, 이러한 구동신호는 릴레이 및 인터페이스기(155)와 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기(153)(154)에 각각 입력된다. 이때 현재 상태는 초기 실린더 제어이므로 기준실린더(120)와 종속실린 더(130)의 속도 제어는 유압실린더의 특성을 고려하여 적절한 값으로 이루어진다.

릴레이 및 인터페이스기(155)는 전달되는 실린더 제어신호를 유압파워팩(160)의 인터페이스기(161)로 전달하게 되고, 인터페이스기(161)는 유압 모터(163)에 실린더 제어신호를 전달하게 된다. 이후 유압모터(163)가 동작하고, 그에 연동하여 유압펌프(164)가 구동되어 작동유 탱크(162)에 저장된 작동유를 매니폴드(165)를 통해 기준실린더(120)와 종속실린더(130) 측에 공급하게 된다.

아울러 초기 제어시에는 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기(153)(154)에서 전달되는 유량제어밸브의 제어신호를 각각 소정 레벨로 증폭하여 전자비례식 유량제어밸브(122)(132)에 제공하게 되고, 이러한 유량제어밸브 제어신호에 의해 전자비례식 유량제어밸브(122)(132)는 개폐량이 각각의 실린더의 부하에 따라 적절하게 조절된다.

수문 이동을 위한 유압이 공급되면 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 동작에 의해 수문(110)이 상승방향으로 이동을 하게 되며, 수문 이동이 시작되면 제1 및 제2 변위센서(121)(131)는 실시간으로 실린더 스트로크 변위량을 검출하여 현재의 수문 위치 값으로 유압실린더 동조제어기(150)에 제공한다.

유압실린더 동조제어기(150)의 제어모듈(157d)은 제1변위센서(121)에서 검출한 현재 수문 위치 값을 기준으로 설정하고, 그 제1변위센서(121)의 수문 위치 값과 제2변위센서(131)에서 검출한 현재 수문 위치 값을 비교하여 그 위치 편차를 검출한다. 이때 위치 편차가 존재하지 않을 경우에는 현재의 제어 상태를 유지하면서 수문을 이동 위치까지 상승 방향으로 이동시키게 되고, 이와는 달리 위치 편차가 발생하면 해당 위치 편차를 계산한다.

즉, 기준실린더(120)의 위치 값에서 종속실린더(130)의 위치 값을 감산하여 그 결과치가 부(-)의 값이면 현재 종속실린더(130)의 속도가 기준실린더(120)보다 빠른 경우이므로, 상기 위치 편차를 고려하여 종속실린더(130)의 속도를 감속하기 위한 유량제어밸브 제어 데이터를 생성한다. 아울러 상기 감산 결과치가 양(+)의 값이면 현재 종속실린더(130)의 속도가 기준실린더(120)보다 느린 경우이므로, 상기 위치 편차를 고려하여 종속실린더(130)의 속도를 증가하기 위한 유량제어밸브 제어 데이터를 생성한다.

생성된 유량제어밸브 제어데이터는 디지털/아날로그 변환모듈(157b)을 통해 아날로그 제어신호로 변환된 후, 제2 유량제어밸브 증폭기(154)를 통해 소정 레벨로 증폭되어 전자비례식 유량제어밸브(132)에 인가된다. 이러한 제어신호에 대응하여 전자비례식 유량제어밸브(132)는 개폐량을 조절하여 종속실린더(130)의 속도를 증가 또는 감속시키는 방향으로 가변하게 된다.

결론적으로, 기준실린더의 위치 정보와 종속실린더의 위치 정보를 계산하여 위치 편차(동조 편차)를 추출하고, 해당 위치 편차에 따라 종속실린더의 속도를 증가 또는 감속시켜 위치 편차를 보정함으로써, 기준실린더와 종속실린더의 동조 편차를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이러한 동조 편차의 제어로 수문이 수문가이드 사이에 끼이는 문제를 사전에 예방할 수 있게 되는 것이다.

한편, 주지한 바와 같은 동조 제어 장치는 프로그램에 의한 자동 제어이며, 프로그램 오류 또는 기타 내부/외부 요인에 의해 자동 제어가 불가능한 경우가 발 생할 수 있으며, 이 경우 로컬 컨트롤 패널(180)을 이용하여 사용자가 수동으로 조작을 하면, 유압실린더 동조 제어기(150)는 로컬 컨트롤 패널(180)을 통해 입력되는 사용자의 수동 명령을 최우선 순위로 하여 해당 제어를 수행하게 된다. 여기서 로컬 컨트롤 패널(180)을 사용하여 수동으로 유압실린더를 제어하는 방식은 종래 수문제어장치에 적용된 유압실린더 제어방식과 동일하므로, 자세한 언급은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어방법"을 보인 흐름도로서, S는 단계(Step)를 나타낸다.

이에 도시된 바와 같이, 사용자에 의한 수문의 이동명령 입력으로 수문의 이동위치가 설정되면, 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하는 제1단계(S101 ~ S103)와; 상기 사용자의 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하는 제2단계(S105)와; 상기 판단한 수문의 이동방향에 따라 유로를 전환하는 방향 전환 밸브에 개폐명령을 전달하여 유로 방향을 설정하는 제3단계(S107)와; 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)를 일정 속도로 상기 이동위치로 이동시키면서 실시간으로 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 위치를 측정하는 제4단계(S109 ~ S111)와; 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 위치 편차를 검출하는 제5단계(S113)와; 상기 검출한 위치 편차에 따라 종속실린더(130)의 유량을 제어하여 유압실린더 간의 동조 편차를 보정하는 제6단계(S115 ~ S123)로 이루어진다.

상기에서 제6단계(S115 ~ S123)는 상기 위치 편차가 존재하는지를 확인하는 단계(S115)와; 상기 위치 편차가 존재할 경우 그 위치 편차가 제어 가능한 범위 내 의 동조 편차인지를 확인하는 단계(S117)와; 상기 확인 결과 제어 가능한 범위 내의 위치 편차일 경우 상기 위치 편차가 양(+)의 값인지 부(-)의 값인지를 확인하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 양(+)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 증가시켜 동조 편차를 보정하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 부(-)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 감소시켜 동조 편차를 보정하는 단계(S119)와; 상기 동조 편차를 보정하는 도중 또는 상기 위치 편차가 존재하지 않을 경우 상기 목표 이동위치에 도달했는지를 확인하는 단계(S121)와; 상기 목표 이동위치에 도달하지 않았을 경우 상기 제4단계로 이동하고, 상기 목표 이동위치에 도달하였을 경우 또는 상기 위치 편차가 보상 가능한 범위를 벗어난 경우 상기 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 구동을 오프하는 단계(S123)를 포함한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 "수문제어용 유압실린더 동조 제어 방법"은, 먼저 단계 S101에서 사용자에 의해 수문 이동 위치가 설정되고 상승 및 하강 명령이 입력되면, 제어부(157)의 제어모듈(157)은 수문 이동 위치를 실시간으로 모니터링하고, 단계(S103)에서 복수의 유압실린더를 기준실린더(120)와 종속실린더(130)로 구분한다. 그리고 상기 저장모듈(157e)에 기 저장된 유압실린더 동조 제어를 위한 제어 프로그램에 따라 유압실린더의 동조 제어를 수행한다.

유압실린더 동조 제어가 시작되면, 단계 S105에서 사용자에 의한 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하고, 다음으로, 단계 S109에서 기준실린더(120) 및 종속실린더(130)를 일정 속도로 수문을 상승시키도록 실린더 구동신호를 발생하여 기준실린더(120)와 종속실린더(130)를 구동하게 된다. 이때 제어 초기이므로 기준실 린더(120)와 종속실린더(130)의 속도 제어는 각각의 실린더의 부하에 따라서 적절한 값으로 이루어진다.

이후 수문 이동을 위한 유압이 공급되면 기준실린더(120)와 종속실린더(130)의 동작에 의해 수문(110)이 상승 또는 하강방향으로 이동을 하게 되며, 수문 이동이 시작되면 단계 S111에서 제1 및 제2 변위센서(121)(131)를 이용하여 실시간으로 실린더 스트로크 변위량을 검출하여 현재 수문의 위치를 측정한다.

다음으로, 단계 S113에서 제1변위센서(121)에서 검출한 현재 수문 위치 값을 기준으로 설정하고, 그 제1변위센서(121)의 수문 위치 값과 제2변위센서(131)에서 검출한 현재 수문 위치 값을 비교하여 그 위치 편차를 검출한다.

이후 단계 S115에서 위치 편차가 존재하는지를 확인하여, 위치 편차가 존재하지 않을 경우에는 현재의 제어 상태를 유지하면서 수문을 이동 위치까지 상승 방향으로 이동시키게 되고, 이와는 달리 위치 편차가 발생한 경우에는 단계 S117로 이동하여 발생한 위치 편차가 제어 가능한 보상 범위 이내의 동조 편차인지를 확인하여, 제어 가능한 동조 편차 범위 이내일 경우에는 단계 S119로 이동하여 해당 위치 편차를 계산한다. 즉, 기준실린더(120)의 위치 값에서 종속실린더(130)의 위치 값을 감산하여 그 결과치가 부(-)의 값이면 현재 종속실린더(130)의 속도가 기준실린더(120)보다 빠른 경우이므로, 상기 위치 편차를 고려하여 종속실린더(130)의 속도를 감속하기 위한 유량제어밸브 제어 데이터를 생성한다. 아울러 상기 감산 결과치가 양(+)의 값이면 현재 종속실린더(130)의 속도가 기준실린더(120)보다 느린 경우이므로, 상기 위치 편차를 고려하여 종속실린더(130)의 속도를 증가하기 위한 유 량제어밸브 제어 데이터를 생성한다.

생성된 유량제어밸브 제어데이터는 아날로그 제어신호로 변환된 후, 제2 유량제어밸브 증폭기(154)를 통해 소정 레벨로 증폭되어 전자비례식 유량제어밸브(132)에 인가된다. 이러한 제어신호에 대응하여 전자비례식 유량제어밸브(132)는 개폐량을 조절하여 종속실린더(130)의 속도를 증가 또는 감속시키는 방향으로 가변하게 된다.

다음으로, 단계 S121에서 목표 위치에 수문이 도달했는지를 확인하여 목표 위치에 도달하지 않은 경우에는 단계 S111로 이동하여 그 이하의 단계를 수행하고, 이와는 달리 목표 위치에 도달한 경우 또는 발생한 위치 편차가 제어 가능한 동조 편차 범위를 벗어난 경우에는 단계 S123으로 이동하여 기준실린더와 종속실린더의 구동을 정지시켜 수문의 이동을 중지하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 상술한 본 발명은 유압실린더를 이용하여 고 하중 수문을 제어하는 시스템에 적용 가능함은 물론, 고 하중 수문 제어용 이외에 복수의 유압실린더를 이용하여 물건을 들어올리거나 이동시키는 산업 분야에 이용가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 수문제어용 유압실린더 동조 제어 방법을 보인 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110… 수문

120… 기준실린더

121… 제1 변위 센서

122… 전자비례식 유량밸브

130… 종속실린더

131… 제2 변위 센서

132… 전자비례식 유량밸브

150… 유압실린더 동조 제어기

151, 152… 제1 및 제2 변위센서 증폭기

153, 154… 제1 및 제2 유량밸브 증폭기

155… 릴레이 및 인터페이스기

156… 조작부

157… 제어부

160… 유압 파워 팩

170… 전력 공급기

Claims

고 하중 수문을 상승 또는 하강시키는 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하고, 상기 기준실린더와 종속실린더를 동조 제어하기 위한 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치에 있어서,

상기 기준실린더와 종속실린더의 이동위치를 실시간으로 측정하는 복수의 변위 센서와;

상기 기준실린더와 종속실린더의 유량 공급을 조절하기 위한 복수의 전자비례식 유량제어밸브와;

사용자에 의한 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하고, 그 판단한 이동방향에 대응하게 상기 기준실린더와 종속실린더에 공급되는 유량을 개별적으로 제어하면서 상기 기준실린더와 종속실린더 간의 동조 오차 발생시 상기 종속실린더의 동조 오차를 보상하는 유압실린더 동조 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치는,

상기 유압실린더 동조 제어기의 제어에 따라 상기 기준실린더와 종속실린더에 유압을 공급하기 위한 유압 파워 팩과;

상기 유압실린더 동조 제어기 및 유압 파워 팩에 구동용 전원을 공급해주기 위한 전력 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 수문제어용 유압실린더 동조 제어장치는,

상기 유압실린더 동조 제어기의 제어 오류 발생시 수동으로 수문개폐 조작신호를 입력하기 위한 로컬 컨트롤 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 유압실린더 동조 제어기는, 상기 기준실린더의 위치 변화에 따라서 상기 종속실린더의 위치가 상기 기준실린더의 위치를 추종하도록 상기 복수의 전자비례식 유량제어밸브 중 종속실린더의 전자비례식 유량제어밸브의 개폐량을 제어하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 유압실린더 동조 제어기는,

상기 기준실린더 및 종속실린더에서 각각 검출한 실린더 스트로크의 변위에 따른 위치 값을 소정 레벨로 각각 증폭하는 제1 및 제2 변위센서 증폭기와;

사용자의 이동명령을 입력받기 위한 인터페이스를 포함하는 조작부와;

사용자의 입력에 따라 수문의 이동 방향을 판단하고, 상기 복수의 변위센서에서 측정한 수문위치를 표시토록 제어하며, 상기 기준실린더 및 종속실린더를 개별적으로 제어하면서 상기 제1 변위센서 증폭기와 제2 변위센서 증폭기를 통해 각각 획득한 위치 값으로 동조 오차를 검출하고, 동조 오차 발생시 상기 종속실린더의 위치가 상기 기준실린더의 위치를 추종하도록 상기 종속실린더에 장착된 전자비례식 유량제어밸브의 개폐량을 제어하는 제어부와;

상기 제어부에서 출력되는 위치 표시 제어신호에 따라 기준실린더와 종속실린더에서 각각 검출한 수문 위치를 표시해주는 제1 및 제2 위치 표시기와;

상기 제어부에서 출력되는 기준실린더 및 종속실린더의 유량 제어신호를 소정 레벨로 증폭하여 상기 복수의 전자비례식 유량제어밸브에 전달하는 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기와;

상기 제어부에서 발생한 제어신호에 따라 유압파워팩의 유압모터와 방향전환밸브를 제어하고, 외부에서 입력되는 조작 신호를 상기 제어부에 인터페이스하며, 공급되는 전력을 필요한 부분에 전달해주는 릴레이 및 인터페이스기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 제1 및 제2 변위센서 증폭기에서 각각 증폭한 아날로그 위치 값을 그에 대응하는 디지털 위치 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환모듈과;

상기 릴레이 및 인터페이스기와 데이터를 인터페이스하기 위한 입출력 모듈과;

상기 기준실린더와 종속실린더의 동조 제어를 위한 프로그램을 저장한 저장모듈을 포함하고, 상기 저장한 프로그램에 따라 기준실린더와 종속실린더를 동조 제어하는 제어모듈과;

상기 제어모듈에서 출력되는 복수의 유량제어밸브 제어 데이터를 그에 상응하는 아날로그 유량제어신호로 변환하여 상기 제1 및 제2 유량제어밸브 증폭기에 각각 전달하는 디지털/아날로그 변환모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 장치.
복수의 유압실린더를 동조 제어하는 방법에 있어서,

사용자에 의한 수문의 이동명령 입력으로 수문의 이동위치가 설정되면, 수문을 상승 또는 하강시키는 복수의 유압실린더를 기준실린더와 종속실린더로 구분하는 제1단계와;

상기 사용자의 수문 이동방향 선택에 따라 수문의 이동방향을 판단하는 제2단계와;

상기 판단한 수문의 이동방향에 따라 유로를 전환하는 방향 전환 밸브에 개폐명령을 전달하여 유로 방향을 설정하는 제3단계와;

상기 기준실린더와 종속실린더를 일정 속도로 상기 이동위치로 이동시키면서 실시간으로 기준실린더와 종속실린더의 위치를 측정하는 제4단계와;

상기 기준실린더와 종속실린더의 위치 편차를 검출하는 제5단계와;

상기 검출한 위치 편차에 따라 종속실린더의 공급유량을 제어하여 유압실린더 간의 동조 편차를 보상하는 제6단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 제6단계는,

상기 위치 편차가 존재하는지를 확인하는 단계와;

상기 위치 편차가 존재할 경우 그 위치 편차가 보상 가능한 범위 이내의 동조 편차인지를 판단하는 단계와;

상기 위치 편차가 보상 가능한 동조 편차일 경우, 상기 위치 편차가 양(+)의 값인지 부(-)의 값인지를 확인하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 양(+)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 증가시켜 동조 편차를 보정하고, 상기 확인 결과 위치 편차가 부(-)의 값이면 상기 종속실린더의 유량을 감소시켜 동조 편차를 보정하는 단계와;

상기 동조 편차를 보정하는 도중 또는 상기 위치 편차가 존재하지 않을 경우 상기 수문이 목표 이동위치에 도달했는지를 확인하는 단계와;

상기 수문이 목표 이동위치에 도달하지 않았을 경우 상기 제4단계로 이동하고, 상기 목표 이동위치에 도달하였을 경우 상기 기준실린더와 종속실린더의 구동 을 정지하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수문제어용 유압실린더 동조 제어 방법.
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