KR101040133B1

KR101040133B1 - 밸브 액츄에이터 제어 시스템

Info

Publication number: KR101040133B1
Application number: KR1020100138415A
Authority: KR
Inventors: 민성기
Original assignee: 민성기
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-06-09

Abstract

본 발명은 각종 관체에 설치되어 관로(管路)를 개폐하는 밸브(Valve) 액츄에이터(Actuator) 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 전용 변류기(C.T)를 이용하여 모터의 전류변화 추이를 체크하되 운전 중 발생하는 과부하 상태를 검출하여 과부하 상태이면 모터를 정지시켜 소손을 방지하고, 밸브(Valve)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손을 방지하고, 소형으로 제작하여 콤팩트하고 간편한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있으며, 통신망을 이용하여 원격제어 할 수 있도록 한 것이다.

Description

밸브 액츄에이터 제어 시스템{VAVLE ACTUATOR CONTROL SYSTEM}

본 발명은 각종 관체에 설치되어 관로(管路)를 개폐하는 밸브(Valve) 액츄에이터(Actuator) 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 전용 변류기를 이용하여 모터의 과부하 상태를 검출하도록 하여 모터의 소손을 방지하고, 밸브(Valve)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손을 방지하고, 콤팩트한 소형으로 제작하여 간단한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있도록 하고, 통신망을 이용하여 원격제어가 가능하도록 한 것이다.

일반적으로 각종 관체에 설치되어 관로를 개폐하는 밸브의 요구 토크는 밸브의 종류, 통과 유체의 압력과 유량 등에 따라 다양하게 설계되며, 모터의 구동력을 밸브로 전달하는 액츄에이터는 밸브의 개폐시간, 구동 토크, 제어방식 등은 밸브에 따라 설계된다.

상기 밸브는 사용에 의해 요구되는 토크가 점차적으로 증가하게 된다. 이러한 이유로는 밸브의 장기간 사용에 따른 기계장치의 부분 마모로 작동부하가 증가하게 되고, 기밀유지(氣密維持)를 위해 설치되는 패킹(Packing)의 노후에 따른 부하(負荷)의 증가 및 이물질의 유입 등에 기인한다.

상기 액츄에이터는 밸브에 체결되어 모터의 구동력을 밸브로 전달하는 장치로 밸브의 점진적 부하증가, 전기공급장치의 결함에 따른 과전류, 밸브 내의 이물질 끼임, 또는 장치의 파손으로 락킹(Locking) 등 여러가지 과부하 요인에도 모터가 소손되지 않아야 한다.

한편, 전용 토크 스위치를 이용하여 설정된 토크(Torque) 이상의 과부하가 모터에 작용 될 경우 모터를 정지시키는 방법을 적용하고 있으나, 구성이 복잡하고 응답속도가 느려 액츄에이터를 포함한 각종 부품이나 구동부의 손상이나 고장으로 이어지는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명은 모터에 전용 변류기를 설치하여 변화되는 전류값을 제어기로 입력시켜 밸브의 과부하 운전상태를 연속적으로 측정하여 과부하로 판단되면 모터를 정지시키도록 함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손을 사전에 방지할 수 있는 밸브 액츄에이터 제어 시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 밸브(Valve)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손을 방지하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 콤팩트한 소형으로 제작하여 간단한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 통신망을 이용하여 원격제어가 가능하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 밸브 액츄에이터 제어 시스템은, 설정버튼(51)을 설정모드(Setting Mode)로 전환하면 밸브설정표시부(45)는 설정모드(Setting Mode) 상태를 표시하는 단계, 상기 설정모드 상태에서 밸브닫기버튼(54)을 눌러 밸브(34)를 폐쇄하는 단계, 상기 밸브폐쇄단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋시키는 단계, 상기 밸브폐쇄단계에서 폐쇄 에러없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계, 상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계에서 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 설정하는 단계, 상기 밸브(34) 전부 닫힘위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정 완료를 표시하는 단계, 상기 전부 닫힘위치 설정 완료가 표시되면 밸브열기버튼(55)을 눌러 밸브(34)를 개방하는 단계, 상기 밸브개방단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋시키는 단계, 상기 밸브개방단계에서 개방 에러없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계, 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 열림위치를 설정하는 단계, 상기 밸브(34) 전부 열림위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34)의 전부 열림위치 설정 완료를 표시하는 단계를 포함한다.

본 발명은 상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계에서 전부 닫힘위치신호와, 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계에서 전부 열림위치신호는 엔코더(27)가 펄스로 감지하여 제어부(C)로 입력하고, 제어부(C)는 엔코더(27)로부터 입력되는 펄스를 카운터하여 밸브(34)의 전부 개폐를 포함한 위치를 판단하고, 상기 엔코더(27)로부터 입력되는 신호를 기준위치신호와 비교연산하여 밸브(34)의 완전 개폐나 일부 개폐를 제어하고, 상기 입력되는 신호 및 기준위치신호는 데이터 처리되어 비휘발성 메모리부에 저장되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 밸브 액츄에이터 제어 시스템은, 하우징(2) 일측에 모터(3)가 설치되고, 하우징(2) 내부에 모터의 회전축과 축연결되는 주축(4)과 보조축(5)이 평행하게 축 설치되고, 상기 주축(4)과 보조축(5)의 일측 단부에는 서로 치합된 헬리컬기어(7)(7a)가 각각 결합되고, 상기 보조축(5)의 축단부에 엔코더(23)가 설치되고, 상기 보조축(5)에 웜기어(6)가 구성되고, 상기 웜기어(6)에 웜휠(19)이 치합되고, 상기 웜휠(19)의 내부 중공부에 밸브(34)를 승강시키는 중공축이 설치 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 하우징(2)의 일단에 제어기(25)가 설치되고, 상기 제어기(25)의 일단에 설정부(28)가 설치되고, 상기 설정부(28) 상단에 밸브설정표시부(45)가 설치되고, 상기 밸브설정표시부(45)의 하단에 과부하 표시등(46)과 결상 표시등(47)과 구속 표시등(48)과 설정 표시등(49)이 배열 설치되고, 상기 표시등 들의 하단에는, 위치전환버튼(50)과 초기화버튼(52)과 완료버튼(53)과 밸브닫기버튼(54)과 밸브열기버튼(55)이 각각 배열 구성되고, 상기 제어기(25)의 입/출력에는 원격제어부와 통신하면서 원격제어할 수 있도록 통신인터페이스와 통신프로토콜이 구비된 통신부가 접속되고, 상기 통신부에는 통신망이 접속되고, 상기 통신망에는 원격지의 원격제어부가 접속됨을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 과부하 표시등(46)은 3상 전원에서 1상이 결상된 후 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 120% 이상으로 3초 이상 유지될 때 점등되고, 상기 결상 표시등(47)은 모터(3)로 공급되는 전류를 검출하는 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 160% 이상의 부하로 3초 이상 경과 할 경우 점등되고, 상기 구속 표시등(48)은 현장모드에서 구속해제 기능을 시도 후 모터(3)가 작동하지 않는 경우와 밸브열기버튼/밸브닫기버튼을 작동 후 5초 경과 후에도 모터(3)가 작동하지 않는 상태에서 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 230% 이상의 부하 상태에서 3초 이상 경과 시 점등되고, 상기 설정 표시등(49)은 밸브 개폐 설정 에러 시에 점등되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 전용 변류기(27)를 이용하여 모터의 전류변화 추이를 체크하되 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별(과부하, 결상, 구속 등)검출하여 과부하 상태이면 모터를 정지시켜 소손이나 고장이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 밸브(Valve)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 소형으로 제작되어 콤팩트하고 간단한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있으며, 통신망(전선로/RS-485/인터넷망 등)을 이용하여 원격제어가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 주축과 보조축의 길이를 길게 구성하여 기동토크를 증가함으로써 밸브가 요구하는 토크가 최적화되며, 또는 관성력은 줄어들어 위치제어가 용이하고 오버런이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명에서 엔코더는 오일이나 수분(물)의 간섭이나 영향없이 보조축의 정역 회전수를 정확히 검출(감지)하여 제어기로 입력하는 마그네틱 엔코더, 또는 홀소자를 이용한 엔코더 등을 이용함으로써 오일이나 수분등이 유입되는 열악한 환경에서도 에러없이 맡은바 임무를 훌륭히 수행하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 제어기의 설정부에는 밸브설정표시부와, 복수의 표시등과, 복수의 조작버튼 들이 이웃하여 배치되는 소형의 콤팩트한 구성이어서 밸브의 개폐위치 설정이나 재설정을 간편하게 조작 및 달성할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명 제어기는 작동중인 밸브의 사용에 의한 점진적 과부하, 결상 등의 전원공급 이상, 밸브의 구속 등 3가지 유형별로 전류값이 설정되고 검출 및 제어되며, 따라서 액츄에이터의 운전신뢰성이 크게 향상되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 밸브 액츄에이터 제어 시스템의 정면도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 밸브 액츄에이터 제어 시스템의 단면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 요부 구성도로, 수동핸들이 연결된 상태.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 요부 구성도로, 수동핸들이 단절된 상태.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 버튼부 정면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 사용 상태 단면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기 회로 블럭도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기 설정 흐름도.
도 9 : 본 발명 다른 예로 도시한 제어기 설정 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 1, 도 2는 수로(水路)등 각종 관체의 개폐용으로 사용되는 본 발명 밸브 액츄에이터 제어 시스템(1)을 일 예로 도시한 정면도 및 단면도이고, 도 3, 도 4는 일 예로 도시한 요부 구성도이다.

본 발명 밸브 액츄에이터 제어 시스템(1)은, 하우징(2) 일측에 모터(감속모터 또는 기어드모터)(3)가 설치되고, 하우징(2) 내부에 모터의 회전축과 축연결되는 주축(4)과, 상기 주축(4)과 평행하는 보조축(5)이 각각의 베어링으로 평행하게 축 설치되고, 상기 주축(4)과 보조축(5)에는 기어비가 같거나 상이한 헬리컬기어(7)(7a)가 각각 결합된 다음 서로 치합되어 모터(3)의 회전력이 감속되면서 보조축(5)으로 전달된다.

상기 주축(4)과 보조축(5)은 길이를 길게 구성함으로써 기동토크가 증가되어 밸브(34)가 요구하는 토크가 최적화되며, 또는 관성력은 줄어들어 위치제어가 용이하고 오버런이 방지된다.

상기 하우징(2)의 일단에는 손잡이(8)가 구비된 핸들(9)이 축 설치되고, 상기 핸들(9)의 축봉(10)은 보조축(5)과 같은 동일축선 상에서 마주보게 설치되며, 보조축(5)과 축봉(10)의 단부에는 포크(11)(12)가 구비된 한 쌍의 커플러(13)(14)가 각각 설치된다.

상기 포크(11)(12)는 마주보게 설치되며, 보조축(5)에 결합된 커플러(13)는 고정되어 있고, 축봉(10)에 결합되는 커플러(14)는 축봉(10)의 길이방향 외면에 형성된 홈(17)에 스플라인 결합되어 축봉(10)의 길이방향으로 소정구간(소정거리) 이동할 수 있게 구성되며, 스플라인 결합된 상기 커플러(14)를 이동시키는 핸들로터(15)에는 전환레버(16)가 축 설치되며, 따라서 상기 전환레버(16)의 조작 상태에 따라 보조축(5)과 축봉(10)이 연결되거나 단절된다.

즉, 도 3과 같이 작업자가 핸들로터(15)에 축 설치된 전환레버(16)를 "A" 방향으로 이동시키면 핸들로터(15)의 작동간(18)이 축회전하면서 커플러(14)를 대향 커플러(13) 방향으로 이동시켜 포크(11)(12)가 결합되고 보조축(5)과 축봉(10)이 연결되어 작업자가 핸들(9)로 보조축(5)을 정회전 또는 역회전시켜 밸브를 개폐시킬 수 있게 구성되며, 반대로 도 4와 같이 전환레버(16)를 "B" 방향으로 이동시키면 핸들로터(15)의 작동간(17)이 축회전하면서 커플러(14)가 대향 커플러(13)의 반대방향으로 이동하고 결합되어 있던 포크(11)(12)가 분리되며 보조축(5)과 축봉(10)의 연결상태가 단절되어 밸브의 수동조작이 금지된다.

상기 전환레버(16)와 작동간(18)은 핸들로터(15)의 축부(15a)를 중심으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있게 구성된다.

보조축(5)의 축단부에는 제어기(25)의 입력에 접속된 엔코더(23)가 설치되어 보조축(5)의 회전에 따라 발생되는 펄스신호가 제어기(25)로 입력되며, 제어기(25)는 엔코더(23)의 펄스신호를 위치기준신호와 비교 판단하여 밸브(34)의 현재위치(밸브의 개폐위치)를 파악하게 된다.

상기 엔코더(23)는 오일이나 수분(물)의 간섭이나 영향없이 보조축(5)의 정역 회전수를 정확히 검출(감지)하여 제어기로 입력하는 비광학식 엔코더, 이를테면 마그네틱 엔코더, 또는 홀소자를 이용한 엔코더 등을 이용함으로써 오일이나 수분등이 침투하거나 유입되는 열악한 환경에서도 에러없이 맡은바 임무를 훌륭히 수행하게 된다.

본 발명에서 모터(3)로 3상전원을 공급하는 전원선에는 과전류 검출수단인 전용 변류기(27)가 설치되어 모터(3)의 전류변화 추이를 체크하게 되며, 모터(3) 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별, 예컨대, 과부하, 결상, 구속 등으로 구분 검출하여 과부하 상태이면 모터를 정지시켜 소손이나 고장을 방지하게 된다.

상기 보조축(5)의 대략 중앙에는 웜기어(6)가 일체형으로 가공되거나, 또는 웜기어가 끼워진 다음 고정되고, 상기 웜기어(6)에는 웜휠(19)이 치합되고, 웜휠(19)의 내부 중공부에는 밸브(34)를 승강시키는 중공축(20)이 설치되어 모터(3)가 역회전하면, 상기 역회전력이 주축(4)→헬리컬기어(7a)→헬리컬기어(7)→보조축(5)→웜기어(6)→웜휠(19)→중공축(20)으로 감속 전달된다.

따라서 중공축(20)에 결합되는 볼스크류(31)가 역회전하게 되고, 상기 볼스크류(31)에 체결된 너트(33)는 밸브(34)의 상단에 고정 또는 설치되어 있어서 밸브(34)가 상승하면서 관체(40)의 관로(41)가 개방되고 유체(流體)가 흐르게되며, 반대로 모터(3)가 정회전하면, 상기 정회전력이 주축(4)→헬리컬기어(7a)→헬리컬기어(7)→보조축(5)→웜기어(6)→웜휠(19)→중공축(20)으로 감속 전달되어 중공축(20)과 볼스크류(31)가 정회전하게 되고, 상기 볼스크류(31)에 체결된 너트(33)는 밸브(34)의 상단에 고정 또는 설치되어 있어서 밸브(34)가 하강하면서 관체(40)의 관로(41)가 폐쇄되고 유체의 흐름이 중단된다.

도 6의 미 설명부호, (42)는 연결부재이고, (35)는 밸브(34)가 상승할 때 볼스크류(32)의 하단이 유입되는 유입홈이고, (36)(37)은 밀폐부재이며, (38)은 밸브(34)가 개폐될 때 유체의 일부가 유입되는 유입실이며, (39)는 상기 유입실(38)로 유입된 유체를 배출시켜 관체(40)의 동파를 방지하는 유출밸브이다.

하우징(2)의 일단에는 제어기(25)가 설치되고, 상기 제어기(25)의 일단에는 복수의 버튼과 표시부가 구비된 설정부(28)가 설치된다.

상기 설정부(28)는, 밸브(34)의 개폐위치 및 전부 닫힘상태 및 전부 열림상태를 설정(세팅)할 때 사용자가 볼 수 있게 표시하는 밸브설정표시부(45)와, 복수의 표시등(46)(47)(48)(49)과, 복수의 조작버튼(50)(51)(52)(53)(54)(55) 들이 이웃하여 배치되는 소형의 콤팩트한 구성이어서 밸브의 개폐위치의 설정이나 재설정을 간편하게 조작 및 달성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 모터(3)로 3상전원을 공급하는 전원선에는 과전류 검출수단인 전용 변류기(27)가 설치되어 모터(3)의 전류변화 추이를 체크하게 되며, 모터(3) 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별, 예컨대, 과부하, 결상, 구속 등으로 구분 검출하여 과부하 상태이면 모터를 정지시켜 소손이나 고장이 방지하게 된다.

즉, 상기 설정부(28)는 상단에 세븐세그먼트 또는 LCD로 구성되고 밸브(34)의 개폐위치 및 전부 닫힘상태 및 전부 열림상태를 설정(세팅)할 때 사용자가 볼 수 있게 표시하는 밸브설정표시부(45)가 설치되며, 밸브설정표시부(45)의 하단에는 복수의 표시등, 이를테면, 모터의 과부하 상태가 표시되는 과부하 표시등(46)과, 3상 전원에서 1상이 결선 또는 2선이 단락(Short)되어 단상으로 되는 경우 점등되는 결상 표시등(47)과, 밸브가 장시간 사용이나 노후 및 이물 유입 등에 의해 구속된 상태인 경우 점등되는 구속 표시등(48)과, 설정에러가 발생되는 경우 점등되는 설정 표시등(49)이 배열 설치된다.

상기 과부하(Overload)표시등(46)은 3상 전원에서 1상이 결상된 후 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 120% 이상으로 3초 이상 유지될 때 점등(ON)된다.

상기 결상(Loss Phase)표시등(47)은 모터(3)로 공급되는 전류를 검출하는 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 160% 이상의 부하(負荷)로 3초 이상 경과 할 경우 점등(ON)된다.

상기 구속(Starting)표시등(48)은 현장모드(Local mode)에서 구속되어 있는 밸브의 구속해제(Jamming release) 기능을 시도한 후에도 모터(3)가 작동하지 않는 경우, 또는 밸브열기(OPEN) 버튼/밸브닫기(CLOSE) 버튼을 작동 후 5초 경과 후에도 모터(3)가 작동하지 않는 상태에서, 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 230% 이상의 부하(負荷) 상태에서 3초 이상 경과 시 구속 표시등(48)이 점등(ON)된다.

상기 설정(Range setting)표시등(49)은 밸브의 개폐 범위(Range)를 설정할 때 밸브열기(OPEN)/밸브닫기(CLOSE)의 위치가 바뀌었거나, 설정(Setting) 버튼 조작이 올바르지 않을 경우에 발생하는 초기 설정 에러(Setting error)시에 점등(ON)되며, 초기화(RESET) 후에 재설정된다.

상기 여러 표시등(46)(47)(48)(49)의 하단에는 복수의 버튼, 예컨대, 현장(Local mode) 제어 및 설정상태나 원격제어 상태로 전환할 수 있는 위치전환버튼(50)과, 각종 설정을 할 수 있는 설정버튼(51)과, 운전상태 및/또는 설정상태를 초기화시키는 초기화버튼(52)과, 설정이 완료되어 설정값을 메모리부에 저장하는 완료버튼(53)과, 밸브닫기버튼(54)과, 밸브열기버튼(55)으로 배열 구성되며, 상기 밸브설정표시부(45)와, 표시등(46)(47)(48)(49)과, 버튼(50)(51)(52)(53)(54)(55)은 프린트기판에 납땜되어 소형으로 콤팩트하게 구성되며, 따라서 밸브의 개폐위치의 설정이나 재설정을 간편하게 조작 및 달성할 수 있게된다.

본 발명은 다회전용(Multi Turn Type) 액츄에이터의 모터(3) 소손이 방지되는 시스템으로, 밸브(34)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 밸브(34) 파손이 방지되며, 밸브(게이트밸브)(34) 및/또는 글로브 밸브의 개폐(운전개도)를 현장제어 및/또는 원격제어할 수 있다.

본 발명은 소형으로 제작되어 콤팩트하고 간단한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있으며, 전선로/RS-485/인터넷망 등을 이용한 네트워크로 원격제어가 가능하며, 제어정밀도는 초기 설정된 운전범위의 1/1,000 정도의 제어 정도가 구현된다.

또한 본 발명은 모터(3)와 밸브(34)의 소손이나 파손을 방지하기 위하여 전용 변류기(27)를 이용하여 모터(3)로 공급되는 전류변화추이를 체크하도록 하되 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별, 예컨대 과부하, 결상(3상에서 단상 상태로 되는 경우), 밸브(34)의 구속 등을 전류변화로 검출하여 모터(3)로 공급되는 전원을 차단함으로써 모터(3)의 소손이 방지되고, 밸브(34)의 요구 토크를 최적화함으로써 밸브(34)의 파손이 방지된다.

도 7은 본 발명 일 예로 도시한 제어기(25)의 회로블럭도로, 중앙처리장치(CPU) 등으로 구성되는 제어부(C)의 입력에 모드(Mode)선택, 밸브(34) 설정 및 초기화 등의 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있게 복수의 버튼으로 구성되는 설정부(28)와, 모터(3)의 회전수를 검출하는 엔코더(23)와, 전원부와, 전원커넥터(29)와, 모터(3) 전원선에 설치되어 과전류를 검출하는 변류기(27)로 구성되어 모터(3)의 과부하 및/또는 결상(3상에서 단상으로 되는 상태) 등의 전원 이상 여부를 검출하는 전원검출부가 각각 접속된다.

상기 제어부(C)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태 등이 표시되는 표시부(D)와, 모터드라이브 및 모터(3)와, 각종 이상이나 동작상태 등을 경보등(경보광) 및/또는 경보음으로 출력하는 경보부와, 밸브설정표시부(45)가 각각 접속된다.

상기 제어부(C)의 입/출력에는 각종 데이터를 저장하는 메모리부와, 원격제어부와 통신하면서 원격제어할 수 있도록 통신인터페이스와 통신프로토콜이 구비된 통신부가 각각 접속되며, 상기 통신부에는 통신커넥터(30)와 인터넷 및/또는 전용의 통신망이 접속되고, 상기 통신망에는 원격지의 원격제어부가 접속되어 본 발명 밸브 액츄에이터 제어 시스템(1)을 원격 제어할 수 있게 된다.

상기 제어부(C)의 입ㆍ출력부에는 운영프로그램 및 액츄에이터를 제어하고 센서로부터 입력되는 신호를 처리하는 운영프로그램 및 제어프로그램과 데이터베이스 및 통신프로토콜 등이 포함된다.

상기 설정부(S)는 통상의 버튼이나 키패드, 스위치군, 터치스크린 등을 각각 또는 혼용할 수 있으며, 제어부(C)를 구성하는 메모리부(도시안됨)의 데이터는 제어부(C)에 의해 독출 및 갱신되고 액츄에이터의 제어와 에러 및 경보 출력 등에 이용되며, 새로 생성되거나 입력되는 데이터 및 수정 데이터, 운영데이터 등은 메모리부에 저장되고 통신부 및 통신망을 통하여 원격제어부로 송수신 된다.

상기 변류기(27)는 모터(3)의 전류변화 추이를 검출하여 제어기(25)의 제어부(C)로 입력하게 되며, 제어부(C)는 입력되는 전류변화 추이를 미리 설정된 기준값과 비교 판단하여 모터(3) 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별, 예컨대, 과부하, 결상, 구속 등으로 구분 검출하여 과부하 상태이면 모터(3)를 정지시켜 소손이나 고장을 방지하게 된다.

상기 표시부는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 각종 센서류 및 액츄에이터 등이 동작중 임을 표시하는 동작표시등과, 각종 이상 상태를 알리는 경보등과 각종 데이터 표시부분을 포함하며, 액정디스플레이(LCD), 세븐 세그먼트, 발광다이오드 등으로 복합 구성되며, 물론 상황여건에 따라 터치스크린으로 표시부(D)를 구성하여 사용의 편의를 도모할 수도 있다.

본 발명에서 중앙처리장치(CPU)를 바탕으로 한 제어부(C)는 버튼를 통해 설정된 모터(3) 구동 속도 값에 대응하는 모터(3) 구동 제어 데이터를 출력하며, 밸브설정표시부(45)에 표시되는 밸브설정 데이터와 상태 및 제어신호를 출력하도록 제어하며, 또한 외부 제어를 지원하기 위한 RS-485 통신 등의 통신부와, 외부 버튼 입력에 따른 모터(3) 동작을 제어하여 밸브(34)를 임의로 열거나 닫을 수 있게 된다.

한편, 장기간 사용이나 마모, 이물유입 등에 의해 밸브(34)의 전부 닫힘위치 및/또는 전부 열림위치가 변경된 경우 밸브(34)의 완전 개방이나 완전 폐쇄를 달성할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기의 이유 또는 기타의 이유로 밸브(34)의 개폐 위치가 변경된 경우, 밸브(34)의 전부 닫힘위치와 밸브(34)의 전부 열림위치를 재설정할 수 있으며, 도 8은 밸브(34)의 개폐위치를 재설정하는 단계를 도시한 것이다.(물론 밸브 액츄에이터를 설치 한 후 초기 설정시에도 해당된다.)

먼저, 설정버튼(51)을 눌러 설정모드(Setting Mode)로 전환하면 세븐세그먼트나 LCD로 구성되는 밸브설정표시부(45)는 "999"가 표시되어 설정모드(Setting Mode) 상태 임을 표시한다(S1 단계).

이어 밸브닫기버튼(54)을 눌러 밸브(34)를 폐쇄하고(S2 단계), 상기 밸브폐쇄단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면(S3 단계), 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋(예컨대, 제품 출하시 초기 위치)시키는 단계(S4 단계), 상기 밸브폐쇄단계에서 폐쇄 에러(error)없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계(S5 단계), 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 설정(메모리부에 저장)하는 단계(S6 단계)로 되어 밸브(34) 전부 닫힘위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 "0"이 표시된다(S7 단계).

이어 밸브열기버튼(55)을 눌러 밸브(34)를 개방하여(S8 단계), 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계(S9 단계), 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 열림위치를 설정(저장)하는 단계(S10 단계)로 되어 밸브(34) 전부 열림위치가 설정(메모리부에 저장)되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34) 개폐위치 완료표시인 "888"이 표시(S11 단계)된 다음 수초 후에 "100"이 표시되어(S12 단계), 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정 및 전부 열림위치 설정이 완료되며, 상기 설정위치"0"과 "100" 사이에서 밸브(34)의 개폐와 전부 폐쇄 및 전부 개방이 이루어지게 된다.

상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정과 전부 열림위치 설정은 작업자가 현장에서 육안으로 직접 확인하면서 설정하도록 함으로써 확실한 설정을 하도록 함이 바람직하며, 원격설정은 허용되지 않도록 함이 바람직하다.

상기에서 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정과 전부 열림위치 설정시 밸브닫기버튼(54) 및/또는 밸브열기버튼(55)을 눌러 밸브(34)의 전부 개방 및/또는 전부 폐쇄 상태를 점검하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계(S5 단계)에서 전부 닫힘위치신호와, 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계(S9 단계)에서 전부 열림위치신호는 엔코더(27)가 펄스로 감지하여 제어부(C)로 입력하고, 제어부(C)는 엔코더(27)로부터 입력되는 펄스를 카운터하여 밸브(34)의 전부 개폐를 포함한 위치를 판단하게되며, 또한 엔코더(27)로부터 입력되는 신호를 기준위치신호와 비교연산하여 밸브(34)의 완전 개폐나 일부 개폐를 제어하게 되며, 이들 신호는 데이터 처리되어 메모리부에 저장된다. 상기 메모리부는 정전시에도 데이터가 남아있는 EEPROM 등의 비휘발성 메모리로 구성된다.

또한, 도 9는 밸브(34)의 개폐위치를 재설정하는 단계를 다른 예로 도시한 것이다.

먼저, 설정버튼(51)을 눌러 설정모드(Setting Mode)로 전환하면 세븐세그먼트나 LCD로 구성되는 밸브설정표시부(45)에 설정모드(Setting Mode) 상태인 "999"가 표시된다(S21 단계).

이어 밸브닫기버튼(54)을 눌러 밸브(34)를 폐쇄하고(S22 단계), 상기 밸브폐쇄단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면(S23 단계), 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋(예컨대, 제품 출하시 초기위치)시키는 단계(S24 단계), 상기 밸브폐쇄단계에서 폐쇄 에러(error)없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계(S25 단계), 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 설정(메모리부에 저장)하는 단계(S26 단계)로 되어 밸브(34) 전부 닫힘위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 "0"이 표시된다(S27 단계).

이어 밸브열기버튼(55)을 눌러 밸브(34)를 개방하고(S28 단계), 상기 밸브개방단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면(S29 단계), 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋(예컨대, 제품 출하시 초기위치)시키는 단계(S30 단계), 상기 밸브개방단계에서 개방 에러(error)없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계(S31 단계), 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 열림위치를 설정하는 단계(S32 단계)로 되어 밸브(34) 전부 열림위치가 설정(메모리부에 저장)되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34) 개폐위치 완료표시인 "888"이 표시(S33 단계)된 다음 수초 후에 "100"이 표시되어(S34 단계), 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정 및 전부 열림위치 설정이 완료되며, 상기 설정위치"0"과 "100" 사이에서 밸브(34)의 개폐와 전부 폐쇄 및 전부 개방이 이루어지게 된다.

삭제

본 발명 제어부(C)는 제어 신호를 입력받아 액츄에이터의 동작을 제어한다. 모터 동작과, 과전류 측정 판단 및 상태 표시등 제어, 밸브설정표시부(45)의 구동을 제어하며, 변류기(27)의 감지전류를 바탕으로 현 상태를 메모리부(EEPROM 등의 비휘발성 메모리)에 저장하는 기능을 하며, 상기 메모리부는 갑작스런 정전(순간정전)에도 최종 메모리 상태가 유지된다.

전원감지 기능도 병행하는 변류기(27)는 제어부(C)의 전원감지에 의해 정전을 인지하며, 정전이 발생하면 현재 상태를 EEPROM에 저장하여 정전 후에도 최종 상태를 유지할 수 있도록 구성된다.

본 발명은 전용 변류기(27)를 이용하여 모터의 전류변화 추이를 체크하되 운전 중 발생하는 과부하 상태를 유형별(과부하, 결상, 구속 등)로 검출하여 과부하 상태이면 모터를 정지시켜 소손을 방지하고, 밸브(Valve)가 요구하는 토크(Torque)를 최적화함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손을 방지하고, 소형으로 제작되어 콤팩트하고 간단한 조작으로 위치제어 범위를 쉽게 설정할 수 있으며, 통신망(전선로/RS-485/인터넷망 등)을 이용하여 원격제어가 가능하다.

본 발명은 모터에 전용 변류기(27)를 설치하여 변화되는 전류값을 제어기로 입력시켜 밸브의 과부하 운전상태를 연속적으로 측정하여 과부하로 판단되면 모터를 정지시키도록 함으로써 모터와 밸브의 소손이나 파손이 사전에 방지된다.

본 발명 제어기는 정상 작동중인 밸브의 운전 전류값이 자동 설정되고, 사용에 의한 점진적 과부하, 결상 등의 전원공급이상, 밸브의 구속 등 3가지 유형별로 전류값이 설정되며, 따라서 액츄에이터의 운전신뢰성이 크게 향상된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--밸브 액츄에이터 제어 시스템 (2)--하우징
(3)--모터 (4)--주축
(5)--보조축 (6)--웜기어
(7)(7a)--헬리컬기어 (8)--손잡이
(9)--핸들 (10)--축봉
(11)(12)--포크 (13)(14)--커플러
(15)--핸들로터 (15a)--축부
(16)--전환레버 (17)--홈
(18)--작동간 (19)--웜휠
(20)--중공축 (23)--엔코더
(25)--제어기 (27)--변류기
(28)--설정부 (31)--볼스크류
(33)--너트 (34)--밸브
(40)--관체 (41)--관로
(45)--밸브설정표시부 (46)--과부하 표시등
(47)--결상 표시등 (48)--구속 표시등
(49)--설정 표시등 (50)--위치전환버튼
(51)--설정버튼 (52)--초기화버튼
(53)--완료버튼 (54)--밸브닫기버튼
(55)--밸브열기버튼

Claims

밸브 액츄에이터 제어 시스템에 있어서;
설정버튼(51)을 설정모드(Setting Mode)로 전환하면 밸브설정표시부(45)는 설정모드(Setting Mode) 상태를 표시하는 단계;
상기 설정모드 상태에서 밸브닫기버튼(54)을 눌러 밸브(34)를 폐쇄하는 단계;
상기 밸브폐쇄단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋시키는 단계;
상기 밸브폐쇄단계에서 폐쇄 에러없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계;
상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계에서 완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 설정하는 단계;
상기 밸브(34) 전부 닫힘위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34)의 전부 닫힘위치 설정 완료를 표시하는 단계;
상기 전부 닫힘위치 설정 완료가 표시되면 밸브열기버튼(55)을 눌러 밸브(34)를 개방하는 단계;
상기 밸브개방단계에서 설정표시등(49)이 점등되어 에러가 표시되면 초기화버튼(52)을 눌러 밸브개폐위치를 리셋시키는 단계;
상기 밸브개방단계에서 개방 에러없이 설정표시등(49)이 점등되지 아니하면 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계;
완료버튼(53)을 눌러 밸브(34)의 전부 열림위치를 설정하는 단계;
상기 밸브(34) 전부 열림위치가 설정되고 밸브설정표시부(45)는 밸브(34)의 전부 열림위치 설정 완료를 표시하는 단계;
를 포함하는 밸브 액츄에이터 제어 방법.
청구항 1에 있어서;
상기 밸브(34)의 전부 닫힘위치를 확인하는 단계에서의 전부 닫힘위치신호 및 밸브(34)의 전부 열림위치를 확인하는 단계에서의 전부 열림위치신호는 엔코더(27)가 펄스로 감지하여 제어부(C)로 입력하고,
상기 제어부(C)는 엔코더(27)로부터 입력되는 펄스를 카운터하여 밸브(34)의 전부 개폐를 포함한 위치를 판단하고,
상기 엔코더(27)로부터 입력되는 신호를 기준위치신호와 비교 연산하여 밸브(34)의 완전 개폐나 일부 개폐를 제어하고,
상기 입력되는 신호 및 기준위치신호는 데이터 처리되어 비휘발성 메모리부에 저장되도록 함을 특징으로 하는 밸브 액츄에이터 제어 방법.
삭제
하우징에 설치된 모터의 회전축과 축연결되는 주축과 보조축이 평행하게 축 설치되고, 상기 모터에 변류기가 설치되고, 상기 주축과 보조축의 일측 단부에는 서로 치합된 헬리컬기어가 각각 결합되고, 상기 보조축의 축단부에 엔코더가 설치되고, 상기 보조축에 웜기어가 설치되고, 상기 웜기어에 웜휠이 치합되고, 상기 웜휠의 내부 중공부에 밸브를 승강시키는 중공축이 설치된 밸브 액츄에이터 제어 시스템에 있어서;
상기 하우징(2)의 일단에 제어기(25)가 설치되고,
상기 제어기(25)의 일단에 설정부(28)가 설치되고,
상기 설정부(28) 상단에 밸브설정표시부(45)가 설치되고,
상기 밸브설정표시부(45)의 하단에 과부하 표시등(46)과 결상 표시등(47)과 구속 표시등(48)과 설정 표시등(49)이 배열 설치되고,
상기 표시등 들의 하단에는 위치전환버튼(50)과 초기화버튼(52)과 완료버튼(53)과 밸브닫기버튼(54)과 밸브열기버튼(55)이 배열 구성되고,
상기 제어기(25)의 입/출력에는 원격제어부와 통신하면서 원격제어할 수 있도록 통신인터페이스와 통신프로토콜이 구비된 통신부가 접속되고,
상기 통신부에는 통신망이 접속되고,
상기 통신망에는 원격지의 원격제어부가 접속된 밸브 액츄에이터 제어 시스템.
청구항 4에 있어서;
과부하 표시등(46)은 3상 전원에서 1상이 결상된 후 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 120% 이상으로 3초 이상 유지될 때 점등되고,
상기 결상 표시등(47)은 모터(3)로 공급되는 전류를 검출하는 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 정격 전류의 160% 이상의 부하로 3초 이상 경과 할 경우 점등되고,
상기 구속 표시등(48)은 현장모드에서 구속해제 기능을 시도 후 모터(3)가 작동하지 않는 경우와 밸브열기버튼/밸브닫기버튼을 작동 후 5초 경과 후에도 모터(3)가 작동하지 않는 상태에서 변류기(27)로부터 입력되는 전류가 230% 이상의 부하 상태에서 3초 이상 경과 시 점등되고,
상기 설정 표시등(49)은 밸브 개폐 설정 에러 시에 점등되도록 함을 특징으로 하는 밸브 액츄에이터 제어 시스템.