KR101040537B1 - 열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법 - Google Patents

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Abstract

열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법이 개시된다. 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치는, 열병합발전 시스템의 전압, 전류, 온도, 압력, 유체흐름 중의 적어도 하나에 대한 아날로그 신호를 측정하는 계측기; 상기 계측기에 의해 측정된 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 열병합발전 시스템을 제어하는 통합 제어기; 및 상기 통합 제어기와 연결되어 데이터를 송수신하며, 상기 통합 제어기에 의해 변환된 상기 디지털 신호에 대한 보정 명령을 전송하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 통합 제어기는 상기 단말기로부터 수신한 보정 명령에 따라 대응되는 채널의 신호를 보정하는 것이 바람직하다.
열병합발전, 인터럽트, 단말기, 직렬 통신, 아날로그, 디지털

Description

열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법{Calibration system for combined heat and power generation, and calibration method thereof}
본 발명은 열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제어장치를 열병합발전 시스템으로부터 분리하지 않고도 오프셋과 스케일을 재조정할 수 있을 뿐만 아니라, 하나 이상의 채널에 대한 보정을 진행하는 중에도 열병합발전 시스템을 계속적으로 운행시킬 수 있는 열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것이다.
열병합발전 시스템이란 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리며, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템을 말한다. 예를 들어, 열병합발전 시스템은 화력 발전에 의해 증기 터빈을 동작시켜 발전기를 구동하고, 증기 터빈의 배기를 이용해서 지역난방을 하는데 이용한다. 이와 같은 열병합발전 시스템은 엔진 또는 터빈을 구동하여 발전을 하면서 발생되는 배기가스 열 또는 냉각수의 폐열을 회수하여 종합 열효율을 70~80%까지 높이는 것이 가능하여, 최근에는 건축물의 전력, 열원으로 주목을 받고 있으며, 특히 폐열을 냉난방, 급탕 등에 많이 활용하고 있는 고효율 에너지 이용방식이다.
한편, 상기와 같은 열병합발전 시스템에는 아날로그 신호인 발전기의 삼상 전압/전류 신호, 계통의 삼상 전압/전류 신호, 엔진 냉각수의 온도, 온수 온도, 배기가스 온도 등의 각종 온도 신호, 냉각수의 압력, 오일 압력, 가스 압력 등의 각종 압력신호, 유체의 양을 계측하기 위한 냉각수 흐름, 온도 흐름, 가스 흐름 등의 유체 신호 등을 측정하는 센서가 설치되며 또한, 각각의 센서에 의해 측정된 값을 기초로 열병합발전 시스템의 온도, 압력, 유체흐름 등을 제어하기 위한 제어장치가 구비된다. 이때, 각각의 대상을 제어하기 위해서는 대상 플랜트에 설치된 센서들로부터 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이 필수적이다.
A/D(Analog/Digital) 변환은 입력된 센서 신호를 A/D 변환기의 입력 레벨로 적절하게 변환시켜 주는 증폭기, 아날로그 필터 등으로 구성된 신호 처리부, A/D 변환기, 버퍼 등으로 구성된다.
이때, A/D 변환된 결과는 각 센서 출력의 자체의 오차나, 열화, 그리고 온도, 압력 등 주변 환경에 의해서 신호의 오프셋이나 스케일에 변동이 발생할 수 있다. 또한, A/D 변환 회로를 구성하는 저항, 콘덴서 등의 수동 소자가 사용 기간이 경과함에 따라서 그 특성이 변동되어 A/D 변환기의 입력 신호가 변동될 수도 있다.
이와 같은 경우, 정밀한 변환 결과를 얻기 위해서는 소프트웨어적으로 A/D 변환 채널별로 오프셋과 스케일을 설정할 수 있도록 하는 것이 일반적이며, 사용 중의 특성 변화에 따른 변동을 감안하기 위하여 주기적으로 채널별 오프셋과 스케일의 보정(calibration)을 해줄 필요가 있다.
종래의 경우 특성이 변경된 채널 입력을 수정하기 위하여 열병합발전 시스템으로부터 제어장치를 분리하여 공장이나 AS(After Service) 센터에 보내어 문제가 발생한 채널에 정확한 기준 신호를 인가하고 A/D 변환을 하여 변경된 오프셋과 스케일을 재조정하는 오프라인 보정 방법이 많이 사용되고 있다.
그런데, 이와 같은 오프라인 보정 방법의 경우, 하나 이상의 채널에 발생한 오차를 보정하기 위해서 장시간 동안 열병합발전 시스템의 운행을 정지하여야 한다는 문제점이 있으며, 또한 현장에서 분리하기 어려운 센서의 작은 변화에 대하여는 고려하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제어장치를 열병합발전 시스템으로부터 분리하지 않고도 오프셋과 스케일을 재조정할 수 있을 뿐만 아니라, 하나 이상의 채널에 대한 보정을 진행하는 중에도 열병합발전 시스템을 계속적으로 운행시킬 수 있는 열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치는, 열병합발전 시스템의 전압, 전류, 온도, 압력, 유체흐름 중의 적어도 하나에 대한 아날로그 신호를 측정하는 계측기; 상기 계측기에 의해 측정된 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 열병합발전 시스템을 제어하는 통합 제어기; 및 상기 통합 제어기와 연결되어 데이터를 송수신하며, 상기 통합 제어기에 의해 변환된 상기 디지털 신호에 대한 보정 명령을 전송하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 통합 제어기는 상기 단말기로부터 수신한 보정 명령에 따라 대응되는 채널의 신호를 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단말기는 상기 계측기로부터 상기 아날로그 신호를 수신하여 모니터링 하며, 수신된 상기 아날로그 신호에 대응하는 보정 값을 자동으로 설정하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 통합 제어기는, 상기 단말기에 연결되어 송수신되는 데이터를 처리하는 메인 제어부; 및 주기적으로 상기 아날로그 신호를 수신하여 상기 디지털 신호로 변환하며, 변환된 상기 디지털 신호에 기초하여 제어 알고리즘을 실행시키는 서브 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 메인 제어부는, 상기 단말기에 연결되어 데이터를 송수신하는 인터페이스부; 상기 단말기로부터 보정 명령을 수신하는 명령 수신부; 및 상기 보정 명령에 따라 보정된 채널의 신호를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서브 제어부는, 상기 계측기로부터 상기 아날로그 신호를 수신하는 계측 데이터 수신부; 상기 명령 수신부에 의해 수신된 보정 명령에 따른 보정 데이터를 수신하는 보정 데이터 수신부; 및 상기 계측 데이터 수신부 및 상기 보정 데이터 수신부에 의해 수신된 데이터에 기초하여 대응되는 채널의 신호를 보정하기 위한 신호를 출력하는 입출력 처리부를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 열병합발전 시스템의 보정장치는, 인터페이스부를 통해 연결된 단말기로부터 보정 명령을 수신하는 단계; 상기 보정 명령에 대응하여 인터럽트 서비스 루틴을 실행하여 대응되는 채널의 신호를 보정하는 단계; 및 상기 인터럽트 서비스 루틴에 의한 보정이 완료되면, 그 보정된 결과에 따른 오프셋 및 스케일을 설정하여 저장하는 단계를 포함하는 열병합발전 시스템의 보정방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기의 열병합발전 시스템의 보정방법은, 상기 보정 명령에 대응하는 대상 채널 및 대상 값을 설정하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기의 열병합발전 시스템의 보정방법은, 계측기로부터 수신되어 변환된 디지털 신호의 채널이 상기 대상 채널과 일치하는지를 판단하는 단계; 및 변환된 상기 디지털 신호의 채널이 상기 대상 채널과 일치하는 경우, 변환된 상기 디지털 신호로 오프셋 합과 제곱 합을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 열병합발전 시스템의 보정방법은, 보정의 횟수를 카운트하며, 카운트된 상기 보정의 횟수가 기 지정된 횟수 이상이면 오프셋과 RMS(Root Mean Square)를 계산하고, 메인 루틴에 보정이 완료되었음을 통지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단말기는 열병합발전 시스템의 계측기로부터 계측된 신호를 수신하여 보정 대상 값을 자동으로 설정하는 것이 바람직하다.
이로써, 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치 및 그 보정방법은, 제어장치를 열병합발전 시스템으로부터 분리하지 않고도 오프셋과 스케일을 재조정할 수 있을 뿐만 아니라, 하나 이상의 채널에 대한 보정을 진행하는 중에도 열병합발전 시스템을 계속적으로 운행시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 이하에 기재된 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명의 실시 범위가 기재된 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치는 열병합발전 시스템(10), 계측기(20), 통합 제어기(30), 및 단말기(40)를 구비한다.
열병합발전 시스템(10)은 본 발명에 따른 보정의 대상이 되는 시스템이며, 전원공급 라인, 배기가스 배관, 냉각수 배관 등에는 열병합발전 시스템의 전압, 전류, 온도, 압력, 유체흐름 등을 측정하기 위한 센서들(계측기)(20)이 설치될 수 있다.
전압, 전류, 온도, 압력, 유체흐름 등에 대한 아날로그 신호는 계측기(20)에 의해 측정되며 이와 동시에 통합 제어기(30)로 전송된다. 통합 제어기(30)는 열병합 시스템의 각종 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 디지털 신호에 기초하여 열병합발전 시스템을 제어한다. 여기서, 통합 제어기(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 단말기(40)에 연결되어 송수신되는 데이터를 처리하는 메인 제어부(32), 및 계측기(20)로부터 주기적으로 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하며 변환된 디지털 신호에 기초하여 제어 알고리즘을 실행하는 서브 제어부(34)를 구비할 수 있다.
또한, 메인 제어부(32)는 도 3에 도시한 바와 같이, 단말기(40)에 연결되어 데이터를 송수신하는 인터페이스부(32a), 단말기(40)로부터 보정 명령을 수신하는 명령 수신부(32b), 및 보정 명령에 따라 보정된 채널의 신호를 저장하는 데이터 저장부(32c)를 구비할 수 있다.
또한, 서브 제어부(34)는 도 4에 도시한 바와 같이, 계측기(20)로부터 아날로그 신호를 수신하는 계측 데이터 수신부(34a), 명령 수신부(32b)에 의해 수신된 보정 명령에 따른 보정 데이터를 수신하는 보정 데이터 수신부(34b), 및 계측 데이터 수신부(34a) 및 보정 데이터 수신부(34b)에 의해 수신된 데이터에 기초하여 대응되는 채널의 신호를 보정하기 위한 신호를 출력하는 입출력 처리부(34c)를 구비할 수 있다.
단말기(40)는 통합 제어기(30)와 직렬 통신으로 연결되어 데이터를 송수신한다. 또한, 단말기(40)는 통합 제어기(30)에 의해 변환된 디지털 신호에 대한 보정 명령을 통합 제어기(30)로 전송할 수 있다.
또한, 단말기(40)는 계측기(20)와 직렬 통신으로 연결되며, 계측기(20)로부터 측정된 아날로그 신호를 수신하여 모니터링 할 수 있다. 또한, 단말기(40)는 계측기(20)로부터 수신된 아날로그 신호에 대응하여 자동으로 보정 값을 설정하도록 구현될 수 있다.
도 5는 도 1의 열병합발전 시스템의 보정장치에 의한 메인 루틴을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하면, 통합 제어기(30)는 열병합발전 시스템의 보정장치가 초기 구동된 후, 실행 초기의 변수 초기치를 설정하고 입출력 포트를 초기화하며, 통신 포트 설정 등을 실행하여 메인 루틴을 초기화 시키고, 인터페이스부(32a)를 통해 단말기(40)로부터 수신되는 데이터를 처리한다(S110, S120). 이와 같은 인터페이스 처리의 예로는 각각의 데이터에 대한 공통 메모리 처리, VFD(Vacuum Fluorescent Display: 진공형광표시장치) 표시처리, LED(Light Emitting Diode: 발광소자) 표시처리, 키(key) 입력 처리 등이 있다.
이후, 메인 루틴에 의해 인터페이스부(32a)를 통해 연결된 단말기(40)와의 통신 인터페이스가 실행된다(S130).
단말기(40)로부터 보정 명령이 수신되면, 보정 대상 채널과 보정 대상 값을 설정한 후 변수(cntCalib)를 0으로 설정하여 타이머 ISR(Timer Interrupt Service Routine)에서의 온라인 보정 블록(S250)을 활성화시켜서 온라인 보정을 시작한다(S131 내지 S133). 이후, 온라인 보정이 종료되면(S134), 보정된 결과에 따른 오 프셋 및 스케일을 새로 설정하며, 그 값을 비휘발성 메모리인 플래시(Flash) 메모리에 저장함으로써, 뒤에 열병합발전 시스템의 보정장치를 재 구동하였을 경우에도 그 변경된 값을 사용할 수 있도록 한다(S135, S136).
도 6은 도 1의 열병합발전 시스템의 보정장치에 의한 타이머 인터럽트 서비스 루틴(ISR, Interrupt Service Routine)을 나타낸 흐름도이다. 실시간 성이 중요시되는 타임 크리티컬 태스크들은 주기적으로 수행되는 타이머 ISR에 위치한다.
타이머 ISR은 센서 데이터의 아날로그/디지털 변환과 일련의 물리량 계산을 위한 블록들(S210 내지 S240, 및 S260)과 제어 알고리즘(S270)을 통해 계산된 결과를 출력하는 제어 입출력 처리블록(S280)으로 구성된다.
온라인 보정 과정(S250)에서는 메인 루틴에서 보정이 활성화되었는지를 확인하며(S251), 온라인 보정이 활성화된 경우에 현재의 변환된 아날로그/디지털 신호의 채널이 대상 채널과 일치하는지를 판단하고(S252), 현재의 변환된 디지털 신호의 채널이 대상 채널과 일치하는 경우에 변환된 디지털 신호로 오프셋 합과 제곱 합을 계산한다(S253).
이때, 인터럽트 서비스 루틴은 보정된 횟수를 카운트하며, 카운트된 보정의 횟수가 기 지정된 횟수 이상이면 오프셋과 RMS(Root Mean Square)를 계산하고, 메인 루틴에 보정이 완료되었음을 통지하도록 구현될 수 있다(S254, S255). 이 경우, 변수(cntCalib)는 -1로 설정될 수 있다.
도 7은 보정을 위해 단말기에서 실행되는 인터페이스 소프트웨어의 예를 나타낸 도면이다. 이와 같은 소프트웨어를 이용하여 총 16개의 전압/전류 물리량과 24개의 온도/압력/흐름에 관련된 물리량에 대한 아날로그 입력 채널의 온라인 보정이 가능하다. 이와 같은 소프트웨어를 통해 현재 채널의 오프셋 및 스케일 값을 확인하고 보정을 원하는 채널을 선정한 뒤 오프셋 설정 또는 스케일 설정 버튼을 누름으로써 온라인 보정 수행을 통합 제어기(30)에 명령할 수 있다.
상기와 같은 온라인 보정을 적용하는 경우, 제어장치가 정상적인 동작을 수행하고 있는 상태로 현장의 환경 변화나 미세한 경년 변화에 즉각적인 대응을 할 수 있으므로 현장의 요구에 신속한 대응이 가능하게 된다. 이와 같은 신속한 대응은 문제가 발생한 채널의 수리 또는 보정을 위해서 필요한 시간을 최소화할 수 있게 되어 시스템의 운용시간을 늘려 경제적 가치를 높일 수 있게 된다.
또한, 온라인 보정의 결과는 통합 제어기의 비휘발성 메모리에 저장되므로 후에 재 기동하더라도 최후의 보정을 유지하여 사용자의 편이성을 높일 수 있게 된다.
또한, 고정밀 온라인 보정의 경우 사용자의 판단에 의한 채널 교정의 오차를 최소화함으로써, 현장에서 최대한의 정밀도를 확보할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가 진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 열병합발전 시스템의 보정장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 열병합발전 시스템의 통합 제어기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 열병합발전 시스템의 메인 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1의 열병합발전 시스템의 서브 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 1의 열병합발전 시스템의 보정장치에 의한 메인 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 도 1의 열병합발전 시스템의 보정장치에 의한 타이머 인터럽트 서비스 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 보정을 위해 단말기에서 실행되는 인터페이스 소프트웨어의 예를 나타낸 도면이다.

Claims (10)

  1. 열병합발전 시스템의 전압, 전류, 온도, 압력, 유체흐름 중의 적어도 하나에 대한 아날로그 신호를 측정하는 계측기;
    상기 계측기에 의해 측정된 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 열병합발전 시스템을 제어하는 통합 제어기; 및
    상기 통합 제어기와 연결되어 데이터를 송수신하며, 상기 통합 제어기에 의해 변환된 상기 디지털 신호에 대한 보정 명령을 전송하는 단말기를 포함하며,
    상기 통합 제어기는 상기 단말기로부터 수신한 보정 명령에 따라 인터럽트 서비스 루틴을 실행하여 대응되는 채널의 신호를 보정하고, 그 보정된 결과에 따른 오프셋 및 스케일을 설정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 계측기로부터 상기 아날로그 신호를 수신하여 모니터링 하며, 수신된 상기 아날로그 신호에 대응하는 보정 값을 자동으로 설정하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 통합 제어기는,
    상기 단말기에 연결되어 송수신되는 데이터를 처리하는 메인 제어부; 및
    주기적으로 상기 아날로그 신호를 수신하여 상기 디지털 신호로 변환하며, 변환된 상기 디지털 신호에 기초하여 제어 알고리즘을 실행시키는 서브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 메인 제어부는,
    상기 단말기에 연결되어 데이터를 송수신하는 인터페이스부;
    상기 단말기로부터 보정 명령을 수신하는 명령 수신부; 및
    상기 보정 명령에 따라 보정된 채널의 신호를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 서브 제어부는,
    상기 계측기로부터 상기 아날로그 신호를 수신하는 계측 데이터 수신부;
    상기 명령 수신부에 의해 수신된 보정 명령에 따른 보정 데이터를 수신하는 보정 데이터 수신부; 및
    상기 계측 데이터 수신부 및 상기 보정 데이터 수신부에 의해 수신된 데이터에 기초하여 대응되는 채널의 신호를 보정하기 위한 신호를 출력하는 입출력 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정장치.
  6. 인터페이스부를 통해 연결된 단말기로부터 보정 명령을 수신하는 단계;
    상기 보정 명령에 대응하여 인터럽트 서비스 루틴을 실행하여 대응되는 채널의 신호를 보정하는 단계; 및
    상기 인터럽트 서비스 루틴에 의한 보정이 완료되면, 그 보정된 결과에 따른 오프셋 및 스케일을 설정하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보정 명령에 대응하는 대상 채널 및 대상 값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    계측기로부터 수신되어 변환된 디지털 신호의 채널이 상기 대상 채널과 일치하는지를 판단하는 단계; 및
    변환된 상기 디지털 신호의 채널이 상기 대상 채널과 일치하는 경우, 변환된 상기 디지털 신호로 오프셋 합과 제곱 합을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    보정의 횟수를 카운트하며, 카운트된 상기 보정의 횟수가 기 지정된 횟수 이상이면 오프셋과 RMS(Root Mean Square)를 계산하고, 메인 루틴에 보정이 완료되었음을 통지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 단말기는 열병합발전 시스템의 계측기로부터 계측된 신호를 수신하여 보정 대상 값을 자동으로 설정하는 것을 특징으로 하는 열병합발전 시스템의 보정방법.
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