KR101007706B1 - 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 지능형 모터 제어기를 통한 상용전원의 제어로 속도 제어와 토오크 제어가 가능하고, 파쇄물의 끼임 발생 토오크를 산술하여 끼임이 발생하기 전에 파쇄기의 회전 방향을 반전시킴으로써, 파쇄물의 종류에 관계없이 파쇄물의 적정 토오크를 분석하여 자동으로 파쇄물을 파쇄할 수 있다.
본 발명에 의한 지능형 만능파쇄기는, 파쇄물을 파쇄하는 파쇄기기와, 상기 파쇄물을 내부로 밀어서 파쇄기 날에 눌러지도록 하는 압축실린더, 상기 파쇄기 날을 회전시키는 유도전동기(모터), 상기 유도전동기의 회전 속도를 검출하는 인코더, 상기 유도전동기의 전류 상태를 검출하는 전류센서 및, 상기 유도전동기와 상기 압축실린더를 작동시켜 상기 파쇄기기를 동작시키는 파쇄기 제어기로 이루어지는 지능형 만능파쇄기에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는, 상기 인코더와 상기 전류센서로부터 센서 신호를 수신받아 기 저장된 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 신호의 값에 해당하는 파쇄물을 선택하는 방법으로 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 유도전동기를 제어하고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법{Intellection Type Universal Crusher and Control Method of The Same}

본 발명은 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파쇄물의 종류에 관계없이 파쇄물의 적정 토오크를 분석하여 자동으로 파쇄물을 파쇄하는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.

최근 국제적 경기 침체로 인하여 국내외 산업 전반에 어려움이 예상되며, 특히 녹색산업 정책의 규제와 강화는 우리 산업 전반에 매우 엄중한 경쟁과 변화를 요구하고 있다.

모든 산업 분야의 효율적 에너지 관리 및 소비는 기업 및 국가 경쟁력의 필수 조건임에 분명하다. 에너지 사용의 핵심 요소장치인 모터 및 제어기는 전 산업 분야에서 흔히 볼 수 있는 시스템 요소이다. 이러한 모터 및 제어기는 설계 시 최대 부하를 기준으로 용량을 선정하게 되고, 또한 안전율을 적용하기 때문에 실제 운전 시에는 허용 여유가 있으며 에너지의 소비도 과도하게 소비된다. 사용시스템의 부하가 일정할 때에는 적절한 방법으로 동력을 감소시킬 수 있으나 대부분의 시스템은 부하가 변동되는 조건 가지고 있어 수동적인 방법으로는 제어가 불가능하여 제어 변수(control parameter) 변화를 지능적으로 감지하여 이를 최적의 운전 상태로 유지시키는 방법이 요구되고 있다.

이러한 PEC(power electronics control) 기술은 전력 응용 분야에 주파수를 자유롭게 제어하여 이용하는 편리함을 가지게 하였다. 교류 전동기의 가변성 드라이브는 이런 주파수 제어의 편리함을 유용하게 이용하여 큰 성과를 얻는 기술의 하나이다.

산업 기계에 일반적으로 활용되고 있는 교류 전동기는 본질적으로 회전 자계 속도가 결정되어 있기 때문에 지금까지는 제어를 필요치 않는 정속 전동기로서 폭넓게 사용되어 왔다. 또한 교류전동기 그 중에서도 범용 전동기는 회전자 구조가 간단하고 고장률이 낮으며 타 모터에 비해 가격경쟁력 측면의 장점과 동시에 본래의 고유 특성을 주파수 변환장치를 적용 우수한 성능을 가지게 되었다. 최근 서보 분야에 있어 고성능 전력용 반도체 디바이스의 출현, 마이크로 프로세스 등 LSI 기술의 개발, 벡터제어 등의 신기술 진보에 따라 교류 가변속 드라이브 시스템은 직류기를 상회 하는 기능을 가지게 되어 시장에서 소형화, 고급화 등 가격 경쟁력을 확보해 나아가고 있다. 또한 교류전동기를 사용함으로써 정류자(commutator)와 브러시(brush)를 완전히 추방했다. 또한 고성능 저가격의 장점과 유지관리의 편리성으로 인해 최근 중·대 용량에 활용하고 있는 추세이다.

그러나 대용량 동력 제어 분야에는 대부분이 유압과 기계식으로 구성되어 있고 일부 전동화가 되어 있지만 주파수 제어에 불과하며, 고성능 분야에는 직류기 시스템을 사용하고 있기 때문에 정기적인 유지관리의 문제가 있어 고가의 유지비와 장기적인 보수작업이 발생하므로 생산 라인에 큰 문제점을 안고 있다.

국내에는 가변속 고용량 드라이브 분야에 주파수 제어장치인 인버터(invert)가 실용화되고 있지만, AC 서보 시스템은 용량에 관계없이 거의 외국 기술에 의존하고 있으며, 일부 대기업에서는 일본, 프랑스 등과 기술제휴 하여 소용량을 생산하고 있는 현실이라 고가의 기술료를 지불해야 하기 때문에 외화낭비가 있는 실정이다. 특히, 대용량의 경우에는 AC 서보제어 기술개발력 및 제품이 거의 없는 실정이며, 토오크 제어의 가장 핵심적 기술을 확보하고 있지 못하고 있다.

고 토오크 제어의 문제점은 소용량과는 달리 제어장치 시스템의 통일, PLC 제어 등의 외부시스템과의 호환성 등이 문제가 되기 때문에 적용의 기술적 한계가 있다. 국내 제어장치를 이용하는 제조업체의 현황은 기술 선진국의 제조업체의 제품을 직수입하거나 기술제휴 하는 외국산 제어장치에 의존하고 있다.

외국제 서보 장치에서는 외부 지령을 입력하여 사전에 설정되어 있는 파라미터로서 모터 운전을 하기 때문에 다양하고 복잡한 제어를 구현하는데 많은 제약이 있다.

또한, 파쇄 시스템의 고급화는 그 어떤 것보다 높은 안정성을 요구하는데 반해 기존 시스템은 제어 성능의 미흡한 수준으로 인하여 많은 불편을 감수하고 있으며, 파쇄 제어기술 분야는 다양한 환경과 제어변수를 포함하고 있기 때문에 최적 운전 상태를 유지하는 고급 기술은 그 중요성에 비해 기술은 낮은 수준에 있다.

국내에서 동력제어 기술의 국산화가 시작된 것은 대략 1980년대 후반부터였다. 당시는 국내 생산라인에서 서보제어기의 사용이 급증하면서 외국산 서보제어기를 대체하는 국산제품 개발의 필요성이 절실한 상황이었다. 이에 따라 주요 대기업을 중심으로 서보제어기의 국산화가 개발되기 시작했으나 동력제어 분야의 서보제어기 개발은 미비한 실정에 있다.

국내 생산되는 대부분의 시스템은 도 1과 같이 일반적으로 사용되는 파쇄기로서, 전원을 바로 투입하여 전원 제어 없이 상용 전원을 바로 구동 모터에 투입하여 파쇄기를 구동하는 형식이다. 상용 전원을 바로 투입하여 사용하기 때문에 처음 동작시 기동 전류가 많이 흘러 에너지 소모가 많으며 급회전에 의해서 기구부분도 무리가 간다. 조금더 발전된 방식은 모터에 와이(Y)결선과 델타(Δ)결선을 이용하여 기동시 동작속도를 줄여서 동작하는 방식이다. 그러나 문제점은 기동 토오크가 매우 낮아서 파쇄물이 있는 상태에서는 파쇄기의 동작이 매우 어렵다. 따라서 파쇄기 제어가 어려운 부분을 실시간 가변 동력 제어 기술 및 고출력 DTC 적용 기술의 적용으로 파쇄기 설비의 효율적 운영 및 안정적 유지의 필요성이 요구된다.

이와 같은 종래의 파쇄기는 운전조건, 환경 등에 따라 다양한 형식의 파쇄기를 사용하고 있으나, 파쇄물에 따라서 토오크가 서로 상이한 조건으로 인하여 파쇄시 요구되는 토오크의 크기가 다르다. 심할 경우 정상적 파쇄의 어려움과 경제적 손실를 초래 할 수도 있다. 이와 같은 문제로 국내 제조사에서 다양한 방법으로 제어하는 제품을 생산해 왔으나 이들 시스템은 구조의 복잡성, 고가의 제조원가, 예비품 확보에 고비용 지출, 높은 에너지 소비, 유지보수의 고비용 등 복합적인 문제점을 가지고 있다.

이하, 종래 기술에 따른 파쇄기의 선행기술들은 다음과 같다.

국내 등록특허 제0172570호는 가정, 식당 및 음식물가공공정 등지에서 발생된 각종 음식물쓰레기를 파쇄, 폭기, 및 압축방법에 의해 처리되게 하며, 최종처리된 것은 필요에 따라 가축사료 또는 유기비료 등으로 이용되도록 한 음식물쓰레기 처리장치에 관한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 차량으로 실려온 음식물쓰레기를 수집시키는 수집조(1), 수집조(1) 내의 음식물쓰레기를 처리장치의 투입호퍼로 이송시키는 콘베이어(2), 상기 콘베이어(2)에 실려 이송되어 온 음식물쓰레기를 처리장치 내로 투입하기 전에 일시적으로 저장하는 투입호퍼(3), 투입호퍼(3)로부터 일정량을 하방으로 유입시켜 유입된 것의 봉지를 터트림과 동시에 일정한 크기로 분쇄하는 1차파쇄기(4), 1차파쇄기(4)를 구동시키는 구동모터(M1), 상기 1차파쇄기(4)와 수직으로 연결되어 1차파쇄기(4)에서 파쇄된 음식물찌꺼기를 미세한 입자로 재 파쇄시키는 2차파쇄기(5), 2차파쇄기(5)를 구동시키는 구동모터(M2), 상기 2차파쇄기(5)에서 파쇄된 음식물쓰레기를 유입시켜 물과 희석시키면서 에어로 폭기시켜 완전 희석시켜 주고 금속성같은 비중이 큰 물질은 저장조바닥에 저장되도록 하는 저장폭기조(6), 상기 1차파쇄기(4), 2차파쇄기(5), 저장폭기조(6)에 물을 공급시키는 물공급관(7) 및 저장폭기조(6)에 공기를 공급시키는 에어공급관(8), 1,2차에 걸쳐 파쇄되고 폭기된 음식물찌꺼기 중 입자가 비교적 큰 물질을 걸려 주도록 상기 2차파쇄기(5)의 구동모터(M2)로 구동되는 로타리스크린(9), 상기 로타리스크린(9)에서 걸려진 협잡물을 탈수,배출시키도록 압축스크류(11)와 거름망(12)를 구빗하고 토출구(13)를 형성한 압축기(10), 그리고 상기 로타리스크린(9) 및 압축기(10)로부터 발생된 탈리액을 저장하는 탈리액저장조(14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

국내 등록특허 제0416322호는 음식물쓰레기 선별파쇄기에 관한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부로 개방되어 쓰레기가 투입되는 투입호퍼와, 투입호퍼 하단에 형성되어 투입된 쓰레기를 강제이송하는 압송스크류와, 압송스크류의 주축이 연장되어 일단에서 주축을 회동시키는 모터와, 모터와 압송스크류 사이에 고정되게 형성되어 상부에는 고정칼날이 다수개 고정되고 하부에는 타공망이 다수개 형성되며 주축에서 내주연으로 돌출되게 형성된 복수 개의 파쇄판을 갖는 고정 원통과, 고정원통의 주축 회동방향 측에 개방형성된 이물질 배출공 및 고정 원통의 하부에 위치되어 타공망을 통해 유입되는 쓰레기 입자를 압축시켜 배출구를 통해 외부로 토출하는 배출이송수단을 구비하여 이물질 선별과 파쇄공정을 이송장치 및 중간 저장탱크 없이 동시에 수행할 수 있어 쓰레기 가공시 발생되는 가루 및 냄새의 발생을 방지하는 위생적이고 효율성 높은 특징이 있다.

국내 등록특허 제0582707호는 폐 플라스틱 파쇄기에 관한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 파쇄기 몸체(1)와, 상기 파쇄기 몸체(1)의 일 측에 서로 소정간격을 두고 축 회전가능하게 구비되는 제1파쇄드럼(10), 제2파쇄드럼(20)과, 상기 제1파쇄드럼(10)과 제2파쇄드럼(20)의 외주면에 각각 돌출되게 구비되는 제1파쇄날(12), 제2파쇄날(22), 상기 제1파쇄드럼(10)의 구동축에 설치되는 제1구동풀리(30), 상기 제2파쇄드럼(20)의 구동축에 설치되는 제2구동풀리(40), 상기 제1구동풀리(30)와 제2구동풀리(40)를 회전시키는 구동벨트(50,55) 및, 상기 구동벨트(50,55)를 구동시키는 구동모터(60)로 구성되어, 이물질에 의해 회전이 정지되지 않게 하고, 구동방식을 벨트로 하여 이물질의 혼입에 의해서도 회전이 정지되지 않게 하며, 파쇄날의 손상을 최소화하고 폐플라스틱을 효과적으로 분쇄할 수 있도록 되어 있다.

하지만, 상기 선행기술들을 포함한 종래에 사용되고 있는 파쇄기는 상용전원을 그대로 사용하여 파쇄기의 속도 제어와 토오크 제어를 할 수 없다. 그리고 한 기종으로 여러 가지의 파쇄물을 파쇄할 수 없다.

또한, 파쇄물이 파쇄날에 끼이면 파쇄기 시스템을 분해해서 끼인 부분을 빼낸 후 다시 조립해야 하는 문제가 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 파쇄물의 종류에 관계없이 파쇄물의 적정 토오크를 분석하여 자동으로 파쇄물을 파쇄하는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 지능형 모터 제어기를 통한 상용전원의 제어로 속도 제어와 토오크 제어가 가능한 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 파쇄물의 끼임 발생 토오크를 산술하여 끼임이 발생하기 전에 파쇄기의 회전 방향을 반전시키는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 한 기종으로 여러 가지의 파쇄물을 파쇄할 수 있는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 대용량의 범용 전동기를 적용하여 기존의 유압식, 기계식 시스템으로부터 탈피하여 유지관리를 최소화하는 고성능의 대용량 동력제어 시스템을 개발하여 기존의 모터제어의 한계인 용량의 제약, 정밀 제어의 한계, 다양한 현장 적용의 제한 등 기술적 한계를 극복할 수 있는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 동력제어 시스템의 핵심적 기술인 직접 토오크 제어(Direct Torque Control) 기술 구현을 통하여, 기존 인버터 및 동기형 서보 제어의 한계를 극복한 고정밀, 고성능, 고효율의 지능형 동력제어 시스템 기술을 통하여 가정/산업 폐기물을 파쇄하는 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법을 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 「파쇄물을 파쇄하는 파쇄기기와, 상기 파쇄물을 내부로 밀어서 파쇄기 날에 눌러지도록 하는 압축실린더, 상기 파쇄기 날을 회전시키는 유도전동기(모터), 상기 유도전동기의 회전 속도를 검출하는 인코더, 상기 유도전동기의 전류 상태를 검출하는 전류센서 및, 상기 유도전동기와 상기 압축실린더를 작동시켜 상기 파쇄기기를 동작시키는 파쇄기 제어기로 이루어지는 지능형 만능파쇄기에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는, 상기 인코더와 상기 전류센서로부터 센서 신호를 수신받아 기 저장된 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 신호의 값에 해당하는 파쇄물을 선택하는 방법으로 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 유도전동기를 제어하고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.」를 제공한다.

청구항 2에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는: 상기 파쇄기의 동작을 위한 스위치 신호(자동 및 수동 선택 신호, 정회전 및 역회전 선택 신호, 동작 및 정지 선택 신호)를 입력받는 디지털 입력 모듈과; 상기 디지털 입력 모듈을 통해 입력된 스위치 신호와, 상기 전류센서 및 인코더의 센서 신호를 입력받아서 상기 파쇄기 제어기의 동작을 처리 및 제어하는 제어 프로세서와; 상기 제어 프로세서에서 처리된 데이터에 의하여 상기 유도전동기에 제어신호를 출력하는 파워 모듈; 및 상기 제어 프로세서에서 처리된 데이터에 의하여 상기 압축실린더의 동작을 제어하는 디지털 출력 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.」를 제공한다.

청구항 3에 기재된 발명은, 「제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는: 상기 파쇄기의 동작 상태를 통신을 통해 컴퓨터로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.」를 제공한다.

청구항 4에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 지능형 만능파쇄기는: 상기 유도전동기의 발열을 강제 방열시키는 팬(fan)과; 상기 유도전동기의 회전력을 상기 파쇄기 날로 전달하는 기어와 벨트로 구성된 기어 벨트 박스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.」를 제공한다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 청구항 5에 기재된 발명은, 「지능형 만능파쇄기의 제어 방법에 있어서, (a) 파쇄물을 파쇄기기에 넣어 상기 파쇄기기를 동작시키는 단계와; (b) 상기 파쇄기기가 동작하면 압축실린더가 상하로 동작하면서 상기 파쇄물을 파쇄기 날에 눌러 파쇄시키는 단계와; (c) 상기 파쇄기기가 회전하면서 상기 파쇄기기의 속도 및 전류 상태를 센서로 검출하여 파쇄기 제어기로 전송하는 단계와; (d) 상기 파쇄기 제어기에서 수신받은 센서 값에 의해 기 저장된 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 값에 해당하는 파쇄물을 선택하는 방법으로 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 유도전동기를 제어하는 단계와; (e) 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 상기 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음, 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키는 단계; 및 (f) 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 때까지 상기 (e)단계를 반복 구동하고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키는 단계; 를 포함하는 지능형 만능파쇄기의 제어 방법.」을 제공한다.

청구항 6에 기재된 발명은, 「제 5 항에 있어서, 상기 (d)단계의 파쇄기 제어기의 제어 방법은: 상기 파쇄기의 동작 상태를 통신을 통해 컴퓨터로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기의 제어 방법.」을 제공한다.

본 발명에 따르면, 종래에 사용되는 파쇄기와 같은 상용전원을 사용하는 것이 아니라 지능형 모터 제어기를 통한 상용전원의 제어로 속도 제어와 토오크 제어가 가능하도록 함으로써, 파쇄물의 종류에 관계없이 파쇄물의 적정 토오크를 분석하여 자동으로 파쇄물을 파쇄할 수 있는 효과가 있다.

또한, 파쇄물의 조건에 의한 토오크 변화에 영향을 속도 제어(Speed Control), 및 토오크 제어(Torque Control)를 연동시키는 PID 제어 기술력을 적용함으로써, 파쇄시스템 구조의 한계를 극복한 설계기술을 확보할 수 있고, 핵심적 제어기술인 정지 및 기동 토오크의 구현, 토오크 가변기능, 및 속도제어와의 연계 기능, 다축 동기운전제어 등 고기능의 제어를 구현하여 현장 적응력이 완벽한 파쇄 시스템을 구현할 수 있다.

또한, 파쇄공정 시스템에서 파쇄물의 조건에 변화를 고려하는 비선형성과 공정변화에 지능적으로 대응한 성능 향상 시스템은 산업 전 분야에 적용 가능한 기술로 생산 원가 절감은 물론 예비품 확보에 따른 비용지출의 절감, 에너지 소모 및 유지 관리 지출의 최소화 효과를 가져 올 수 있으며, 외국의 선진기술과의 경쟁에서도 경쟁력을 가질 수 있다.

또한, 지능적 파쇄제어 기술을 구현함으로써 기존 인버터 및 고가의 서보시스템에 의존하던 산업 전반의 동력제어 시스템에 설비의 고급화 및 에너지 절감의 효과가 결합 되어 산업적으로나 경제적으로 큰 파급 효과가 있다. 특히 관련 기술을 응용하여 각종 첨단 산업설비와 고부가 시스템에도 많은 영향을 미치므로 큰 에너지 효과를 가진다.

한편, 제어기술은 앞으로 생활 및 환경자동화로의 시장 확대가 예상되며, 향후 매년 25% 이상씩 급신장할 것으로 보인다. 즉, 각종 분야에 응용되는 다양한 제품군을 완비, 새로운 돌파구로 이용할 수 있다. 이에 본 발명은 제어성능이 우수하고 가격 경쟁력이 있는 동력제어 기술력을 확보하고 특히 강력한 토오크(Torque) 특성을 갖는 범용 유도형 모터를 활용한 동력제어 시스템을 개발하여 다양한 산업현장에 응용함으로써 그 경제적 파급 효과는 매우 클 것으로 예측된다.

또한, 고유가 시대, 에너지자원의 효율적 운영 시스템 관리는 국가경제 및 산업 전반에 미치는 파급 효과를 고려할 때 시급성을 가지고 접근할 필요가 있다. 우리의 현실을 고려할 때 산업의 핵심적 요소인 전동기 동력제어를 통한 시스템의 안전성 확보, 에너지 절감 문제 등 기술주도형 산업으로의 정책적 배려가 요구된다. 이에 전력의 고소비 동력용 제어시스템의 기술적 안전성 확보는 현재 지구촌 전체가 추구하는 환경정책과 에너지 절감이라는 커다란 두 가지 정책을 만족하는 중요한 분야이다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 국내 등록특허 제0172570호에 개시된 음식물 처리장치의 동작 흐름도
도 2는 국내 등록특허 제0416322호에 개시된 음식물쓰레기 선별파쇄기의 구성도
도 3은 국내 등록특허 제0582707호에 개시된 폐 플라스틱 파쇄기의 구성도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지능형 만능파쇄기의 전체 구성을 도시한 개략도
도 5는 도 4에 도시된 파쇄기 제어기의 블록구성도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지능형 만능파쇄기의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

지능형 만능파쇄기의 구성 예

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지능형 만능파쇄기의 전체 구성을 도시한 개략도이다.

본 발명에 의한 지능형 만능파쇄기는 도 4에 도시된 바와 같이, 파쇄기기(100), 압축실린더(110), AC 유도 전동기(120), 기어 벨트 박스(130), 팬(fan: 140), 인코더(encoder: 150), 전류센서(160), 파쇄기 제어기(200)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 파쇄기기(100)는 파쇄물의 종류에 관계없이 파쇄물의 적정 토오크를 분석하여 자동으로 파쇄물을 파쇄하는 기기로서, 파쇄물의 종류에 따라 토오크 변화에 영향을 주는 속도 제어(Speed Control) 및 토오크 제어(Torque Control)를 연동시키는 PID 제어 기술력을 적용하였다.

상기 압축실린더(110)는 상기 파쇄기기(100)가 동작하면 상기 파쇄기 제어기(200)에 의해 자동으로 동작하게 되며, 상하 운동을 하면서 상기 파쇄물을 내부로 밀어서 파쇄기 날에 눌러지도록 동작한다.

상기 AC 유도 전동기(120)는 상기 파쇄기 날을 회전시키는 모터로서, 상기 파쇄기 제어기(200)에 의해 동작이 제어된다.

상기 기어 벨트 박스(130)는 상기 AC 유도전동기(120)의 회전력을 상기 파쇄기 날로 전달하는 동력전달 박스로서, 기어와 벨트로 구성되어 있다.

상기 팬(fan: 140)은 상기 파쇄기 제어기(200)의 제어에 의해 상기 AC 유도전동기(120)의 발열을 강제로 방열시키는 기능을 한다.

상기 인코더(encoder: 150)는 상기 AC 유도전동기(120)의 회전 속도를 검출하는 센서로서, 검출된 센서 신호를 상기 파쇄기 제어기(200)로 전송한다.

상기 전류센서(160)는 상기 AC 유도전동기(120)의 전류 상태를 검출하는 센서로서, 검출된 센서 신호를 상기 파쇄기 제어기(200)로 전송한다.

상기 파쇄기 제어기(200)는 상기 AC 유도전동기(120)와 상기 압축실린더를 작동시켜 상기 파쇄기기(100)를 동작시키며, 상기 인코더(150)와 상기 전류센서(160)로부터 센서 신호를 수신받아 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 AC 유도전동기(120)의 동작을 제어하고, 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음, 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키고, 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 AC 유도전동기(120)를 정지시키게 된다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 지능형 만능파쇄기의 동작은 다음과 같다.

먼저, 상기 파쇄물을 상기 파쇄기기(100)의 입구에 넣어 상기 파쇄기기(100)를 동작시킨다. 상기 파쇄기기(100)가 동작하면 상기 파쇄기 제어기(200)에서 자동으로 상기 압축실린더(110)를 동작시킨다. 상기 압축실린더(110)가 상(UP)/하(DOWN) 하면서 상기 파쇄물이 상기 파쇄기기의 날에 눌러지도록 동작시킨다. 상기 파쇄기기가 저속으로 회전하면서 상기 센서(전류센서 및 인코더)의 정보를 상기 파쇄기 제어기(200)에 보낸다. 상기 파쇄기 제어기(200)에서는 수신된 센서 신호를 가지고 상기 파쇄물의 종류를 판단한다. 이때, 상기 파쇄물의 종류를 판단하는 방법은 상기 센서 신호의 값에 대응하는 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 신호의 값에 해당하는 파쇄물을 선택하면 된다. 상기 파쇄물의 정보 및 센서 신호의 값은 상기 파쇄기 제어기(200)에 미리 저장해 놓고 상기 센서 신호의 값에 따라 해당하는 파쇄물의 종류를 선택할 수 있다.

상기 파쇄물의 종류가 선택되면 상기 파쇄물의 종류에 해당하는 적정 토오크를 선택하여 상기 파쇄기기(100)에 설정한다. 상기 파쇄기기(100)의 토오크가 설정되면 상기 AC 유도전동기(120)가 정격 속도로 회전하면서 파쇄기 날을 회전시켜 상기 파쇄물을 파쇄한다.

상기 파쇄기기(100)의 동작 중에 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에 끼어서 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면, 상기 파쇄기 제어기(200)에서 처음에 설정된 토오크보다 더 높게 토오크를 설정하여 상기 AC 유도전동기(120)를 역회전시키게 된다. 이에 의해, 상기 파쇄기 날에 끼여있던 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 된다. 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지면 상기 파쇄기 제어기(200)에서 처음에 설정된 토오크로 다시 설정하여 상기 AC 유도전동기(120)를 정회전시키게 된다.

상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 때까지 계속 반복하여 구동한 다음, 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키고, 다음 파쇄할 대기 상태로 돌아간다.

파쇄기 제어기(200)의 구성 예

도 5는 도 4에 도시된 파쇄기 제어기의 블록구성도이다.

본 발명에 의한 파쇄기 제어기(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 프로세서(210), 디지털 입력 모듈(220), 파워 모듈(power module: 230), 디지털 출력 모듈(240)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제어 프로세서(210)는 상기 디지털 입력 모듈을 통해 입력된 스위치 신호(자동 및 수동 선택 신호, 정회전 및 역회전 선택 신호, 동작 및 정지 선택 신호)와, 상기 전류센서(160) 및 인코더(150)의 센서 신호를 입력받아서 상기 파쇄기 제어기(200)의 동작을 처리 및 제어하는 기능을 한다.

상기 디지털 입력 모듈(220)은 상기 파쇄기의 동작을 위한 자동 및 수동 선택 신호, 정회전 및 역회전 선택 신호, 동작 및 정지 선택 신호 등의 스위치 신호를 입력받아 상기 제어 프로세서(210)로 전송하는 기능을 한다.

상기 파워 모듈(230)은 상기 제어 프로세서(210)에서 처리된 데이터에 의하여 상기 AC 유도전동기(120)에 제어신호를 출력하는 기능을 한다.

상기 디지털 출력 모듈(240)은 상기 제어 프로세서(210)에서 처리된 데이터에 의하여 상기 압축실린더(110)의 동작을 제어하는 기능을 한다.

상기 구성에 의해, 상기 파쇄기 제어기(200)는 상기 인코더(150)와 상기 전류센서(160)로부터 센서 신호를 각각 수신받아 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 AC 유도전동기(120)를 제어하고, 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음, 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키고, 상기 AC 유도전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 AC 유도전동기(120)의 동작을 정지시키게 된다.

지능형 만능파쇄기의 제어 방법

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지능형 만능파쇄기의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

도 4 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 파쇄기기(100)의 데이터를 세팅(Setting) 한 후 상기 파쇄기기(100)에 파쇄물을 넣어 상기 파쇄기기(100)를 동작시킨다(단계 S100∼S110). 이때, 상기 파쇄기기(100)의 토오크를 온(On) 시키고 상기 AC 유도전동기(120)의 동작을 온(On) 시켜 정격 속도로 동작시키게 된다(단계 S120∼S140).

그 다음, 상기 파쇄기기(100)가 동작하면 상기 압축실린더(110)가 상하로 동작하면서 상기 파쇄물을 파쇄기 날에 눌러 파쇄시키게 된다. 이때, 상기 파쇄기기(100)가 회전하면서 상기 파쇄기기(100)의 속도 및 전류 상태를 센서로 검출하여 상기 파쇄기 제어기기(100)로 전송한다.

상기 파쇄기 제어기(200)에서는 수신받은 센서 값에 의해 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 AC 유도전동기(120)의 동작을 제어하게 된다.

상기 유도 전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상(예를 들어 200%)이면(단계 S150의 "Yes"), 상기 토오크를 처음에 설정된 토오크 보다 더 높게(예를 들어, 300%) 설정한 후 상기 AC 유도전동기(120)의 회전 방향을 반대로 변경(역회전)하여 동작시킨다(단계 S152). 이때, 상기 AC 유도전동기(120)를 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시킴으로써, 상기 파쇄기 날에 끼여있던 파쇄물이 역회전에 의해 빠지게 된다.

상기 AC 유도전동기(120)를 역회전시킨 다음, 다시 상기 AC 유도전동기(120)를 처음에 설정된 토오크로 정회전 시킨다. 이때, 상기 유도 전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이하(200%) 이면(단계 S154의 "Yes") 상기 단계 S140로 돌아가서 정격속도로 동작시키고, 상기 유도 전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상(200%) 이면(단계 S154의 "No") 상기 단계 S152로 돌아가서 상기 AC 유도전동기(120)의 회전 방향을 반대로 변경(역회전)하여 동작시킨다(단계 S152).

상기 단계 S150에서, 상기 유도 전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 미만(예를 들어 200% 미만)이면(단계 S150의 "No"), 상기 AC 유도전동기(110)가 동작 중에 정지하였는지를 판단한다(단계 S160). 이때, 상기 AC 유도전동기(110)가 동작 중에 정지하였으면(단계 S160의 "Yes"), 토오크 발생이 0%인지를 판단하여(단계 S162) 토오크 발생이 0%이면(단계 S162의 "Yes") 상기 파쇄기기(100)의 동작을 정지시키고(단계 S170), 토오크 발생이 0%가 아니면(단계 S162의 "No") 상기 단계 S140로 돌아가서 상기 AC 유도전동기(110)를 정격속도로 동작시킨다.

상기 단계 S160에서, 상기 유도 전동기(120)의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이하(예를 들어 200% 이하) 이면(단계 S160의 "No") 상기 파쇄기기(100)의 동작을 정지시키고(단계 S170), 토오크를 오프하고(단계 S180) 상기 AC 유도전동기(110)의 동작을 정지(단계 S190)시킨 다음 대기 상태로 돌아간다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 지능형 만능파쇄기 및 그의 제어 방법은 지능형 모터 제어기를 통한 상용전원의 제어로 속도 제어와 토오크 제어가 가능하고, 파쇄물의 끼임 발생 토오크를 산술하여 끼임이 발생하기 전에 파쇄기의 회전 방향을 반전시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 파쇄기기 110 : 압축실린더
120 : AC 유도 전동기 130 : 기어 벨트 박스
140 : 팬(fan) 150 : 인코더(encoder)
160 : 전류센서 200 : 파쇄기 제어기
210 : 제어 프로세서 220 : 디지털 입력 모듈
230 : 파워 모듈(power module) 240 : 디지털 출력 모듈

Claims (6)

1. 파쇄물을 파쇄하는 파쇄기기와, 상기 파쇄물을 내부로 밀어서 파쇄기 날에 눌러지도록 하는 압축실린더, 상기 파쇄기 날을 회전시키는 유도전동기(모터), 상기 유도전동기의 회전 속도를 검출하는 인코더, 상기 유도전동기의 전류 상태를 검출하는 전류센서 및, 상기 유도전동기와 상기 압축실린더를 작동시켜 상기 파쇄기기를 동작시키는 파쇄기 제어기로 이루어지는 지능형 만능파쇄기에 있어서,
   상기 파쇄기 제어기는,
   상기 인코더와 상기 전류센서로부터 센서 신호를 수신받아 기 저장된 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 신호의 값에 해당하는 파쇄물을 선택하는 방법으로 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 상기 유도전동기를 제어하고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 처음에 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는:
   상기 파쇄기의 동작을 위한 스위치 신호(자동 및 수동 선택 신호, 정회전 및 역회전 선택 신호, 동작 및 정지 선택 신호)를 입력받는 디지털 입력 모듈과;
   상기 디지털 입력 모듈을 통해 입력된 스위치 신호와, 상기 전류센서 및 인코더의 센서 신호를 입력받아서 상기 파쇄기 제어기의 동작을 처리 및 제어하는 제어 프로세서와;
   상기 제어 프로세서에서 처리된 데이터에 의하여 상기 유도전동기에 제어신호를 출력하는 파워 모듈; 및
   상기 제어 프로세서에서 처리된 데이터에 의하여 상기 압축실린더의 동작을 제어하는 디지털 출력 모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 파쇄기 제어기는:
   상기 파쇄기의 동작 상태를 통신을 통해 컴퓨터로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 지능형 만능파쇄기는:
   상기 유도전동기의 발열을 강제 방열시키는 팬(fan)과;
   상기 유도전동기의 회전력을 상기 파쇄기 날로 전달하는 기어와 벨트로 구성된 기어 벨트 박스;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기.
   
5. 지능형 만능파쇄기의 제어 방법에 있어서,
   (a) 파쇄물을 파쇄기기에 넣어 상기 파쇄기기를 동작시키는 단계와;
   (b) 상기 파쇄기기가 동작하면 압축실린더가 상하로 동작하면서 상기 파쇄물을 파쇄기 날에 눌러 파쇄시키는 단계와;
   (c) 상기 파쇄기기가 회전하면서 상기 파쇄기기의 속도 및 전류 상태를 센서로 검출하여 파쇄기 제어기로 전송하는 단계와;
   (d) 상기 파쇄기 제어기에서 수신받은 센서 값에 의해 기 저장된 파쇄물의 정보로부터 상기 센서 값에 해당하는 파쇄물을 선택하는 방법으로 상기 파쇄물의 종류를 판단하고, 상기 판단된 파쇄물의 종류에 따라 토오크를 설정하여 유도전동기를 제어하는 단계와;
   (e) 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 이상이면 상기 설정된 토오크보다 더 높은 토오크로 역회전시켜 상기 파쇄물이 상기 파쇄기 날에서 빠지게 한 다음, 다시 처음에 설정된 토오크로 정회전시키는 단계; 및
   (f) 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 때까지 상기 (e)단계를 반복 구동하고, 상기 유도전동기의 토오크가 처음에 설정된 토오크 값보다 적을 경우 상기 파쇄물의 파쇄가 완료된 것으로 판단하여 상기 유도전동기를 정지시키는 단계;
   를 포함하는 지능형 만능파쇄기의 제어 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 (d) 단계의 파쇄기 제어기의 제어 방법은:
   상기 파쇄기의 동작 상태를 통신을 통해 컴퓨터로 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 지능형 만능파쇄기의 제어 방법.
   

Images