KR101110526B1 - 거리감지장치를 이용한 오븐진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거리감지 장치를 이용한 오븐진단시스템에 관한 것으로, 년중 정기적으로 오븐 전체를 위치별로 자동 측정되게 하고 이를 저장 및 데이터화하여 오븐 전체 또는 부분적 진단을 가능하게 하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 오븐과 항상 평행하게 주행하는 이동차에 탑재되며, 전기 제어기에서 하달되는 제어신호에 의해 작동하여 상기 오븐의 각 위치별로 이격 거리를 측정하고 그 거리측정 데이터를 다시 상기 전기 제어기로 전송하는 거리감지장치와; 상위 컴퓨터에서 주어지는 진단명령에 의해 제어신호를 생성하여 상기 거리측정장치를 제어하고, 상기 각 거리측정장치에 전송되는 거리측정데이터를 상위 컴퓨터로 전송하는 전기제어기와; 상기 측정된 데이터를 근거로 하여 오븐 각 부위별로 이상치 정도나 오븐 전체적의 기울기 상태 등의 진단 및 오븐 내부적요인이나 외부적인 온도나 기후 조건에 따른 오븐의 수축과 팽창 정도를 진단하는 진단프로그램을 탑재한 오븐 진단 시스템을 제공하여, 보다 효율적으로 오븐을 관리할 수 있게 한다.

코크스 오븐, 크로스 타이 로드, 벅스테이, 도어 프레임, 거리감지장치

Description

거리감지장치를 이용한 오븐진단시스템{Oven disgnosis system using position sensor}

도 1은 일반적인 코크스 오븐 구조물 및 벅 스테이 상태의 사시도

도 2는 도 1의 절개도

도 3은 도 1의 코크스 오븐 철골구조를 보인 투시도

도 4a와 도 4b는 본 발명에 의한 거리감지장치의 분해도와 조립도

도 5는 본 발명에 의한 거리감지장치의 설치위치를 설명하기 위한 참고도

도 6은 본 발명에 의한 거리감지장치의 설치도

도 7은 본 발명에 의한 코크스 오븐진단시스템의 전체적인 동작흐름도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 코크스 오븐 100a : 연와

100b : 탄화실 100c-1,100c-2 : 벅-스테이

100e : 클로스 타이 로드 100f : 스프링

100f-1 : 오븐 지지 스프링 100g : 도어프레임

100h : 오븐 도어 10 : 서포트

10a-1,10a-2,10a-3 : 거리감지장치 20f : 좌/우 작동모터

20a,20c : 피니언기어 20g : 상/하 작동모터

20b,20d : 네크기어 20h,20i,20j: 위치센서

본 발명은 코크스 생산에 사용되는 오븐의 상태를 진단하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오븐의 상태를 정상적으로 유지하게 하며 오븐을 지지하는 벅 스테이의 철골 구조물의 기울기 상태와 오븐도어 및 도어 프레임의 기울기 정도를 자동으로 측정하여 그 데이터를 이용하여 오븐의 전체 또는 부분적으로 진단할 수 있는 시스템을 구축하여 관리화하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 코크스 제조에 사용되는 오븐은 석탄을 탄화실에 장입하여 높은 열을 가하여 석탄을 코크스화 하는 대형로로서, 이러한 오븐은 외부적인 온도 변화 또는 내부적인 생산량 변동 등에 의해 오븐에 공급되는 열량의 변화에 로온 변화가 발생하게 될때 오븐 자체는 많은 수축과 팽창이 연속적으로 이루어진다.

그러므로 이러한 오븐의 상태를 진단하는 작업이 정기적으로 이루어지게 되며, 연중 2회 벅 스테이(BUCK-STAY)의 수직 굴곡 상태 측정을 통하여 오븐을 전체적으로 진단 및 관리하고 있다.

일반적으로 코크스 오븐(100)의 전체적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같으며, 도 2의 오븐 절개 내부도에서와 같이 수많은 각종 연와(100a)로 축조되어 있다. 상기 도 1에서 오븐(100)은 석탄을 장입하여 일정한 시간동안 건류하여 코크스화하는 가마이며, 연와(100a)는 오븐 내부 축조물이고, 탄화실(100b)은 석탄을 장 입하여 코크스화하는 가열실이다. 그리고 벅-스테이(100c-1,100c-2)는 오븐 연와 등의 구조물을 지지하는 철골이고, 클로스 타이 로드(100e)는 오븐의 상부와 하부에서 벅-스테이와 벅-스테이로 연결되어 벅-스테이를 잡아주는 역할을 하는 철 환봉이며, 스프링(100f)은 벅-스테이에 연결된 타이 로드에 일정한 압력을 가하여 오븐을 지지 한다. 오븐 지지스프링(100f-1)은 오븐 지지 스프링(벅-스테이로부터 오븐을 지지하게 하기 위하여 압력을 주는 스프링이며, 도어프레임(100g)은 오븐 도어(100h)의 탈착시 도어와 밀착되는 철골로 된 프레임이다.

이와 같이 연와(100a)로 축조된 오븐(100)은 탄화실(100b)에 석탄이 장입되며 인접된 연소실을 통해 공급된 열량으로 고온 가열되는 연와(100a)에 의하여 탄화실(100b)에 장입된 석탄이 일정한 시간동안 건류되어 코크스(COKE)화 하게 하는 대형 가마의 구조라 할 수 있다.

이러한 오븐(100)은 내적으로는 코크스를 생산하기 위해 공급된 열량에 의해 연와(100a)에 가열되는 정도의 온도 변화와 외기 실온 상태의 장입탄 장입시 냉각에서부터 승온되는 과정에서의 수축과 팽창, 외적으로는 일간온도 변화 및 년중 계절적 온도 변화와 비 바람 등에 의한 기후조건으로 내부의 연와(100a) 변화보다 철골 구조물의 급격한 변화 등의 요인으로 오븐(100)은 수축과 팽창이 끊임없이 이루어지는 동적인 구조물이라 할 수 있다.

따라서 이러한 코크스 오븐은 콘크리트와 같은 고정 구조물로 이루어진 것이 아니라 수천톤의 연와(100a)로 이루어져 있으며, 도 3의 철골 투시도에 도시된 바와 같이, 벅 스테이(100c-1,100c-2)라 불리우는 빔(beam)과 같은 모양의 철골에 의 하여 지지되어 유지되고 있다.

상기 벅 스테이는 도 2에 도시된 오븐절개도에 도시된 바와 같이, 오븐(100) 양측면에 각각 설치되는 벅 스테이(100c-1,100c-2)의 철골을 오븐의 상부(100d)측과 하부(100d-1)측 부위에 크로스 타이 로드(close tie rod)(100e)라는 철 환봉으로 연결하여 각각의 측면에서 스프링(100f)의 힘으로 압력을 가하여 지지되게 하며, 상기 벅 스테이(100c-1,100c-2)로부터 또 다시 각기 다른 수천 개의 스프링(100f-1)은 오븐에 각각 위치별로 벅 스테이(100c-1,100c-2)를 기점으로 하여 구조물에 힘을 가하며 거대한 오븐(100)을 유지하게 한다.

이러한 구조를 갖는 오븐의 진단은 년 2회에 걸쳐 정기적으로 수직 기울기 등을 측정하게 되는데 국지의 인위적 수동 측정방법으로 이루어지며, 이 측정과정에서 이상이 검출될 경우 각각의 위치별로 또는 전체적으로 브라싱(bracing) 조정이라는 각각의 스프링(100f)(100f-1)에 주는 장력을 조정하게 한다.

이런 일련의 오븐 기울기 등의 진단은 전체적으로는 각각의 벅 스테이(100c-1,100c-2) 상부로부터 수직줄을 띄워 임의의 3개소, 즉 상 중 하 3개소를 작업자가 자를 이용하여 측정한 후 측정 데이터를 근거로 하여 수작업으로 분석 및 판단하며, 개별적으로는 수천 개의 스프링(100f,100f-1)의 길이를 측정하여 그 데이터를 분석 비교하여 벅 스테이(100c-1,100c-2)로부터 부분별 개별적으로 주는 압력을 예측 진단하여 조정 작업을 하게 한다.

이러한 현재의 측정 방법은 개별의 벅 스테이(100c-1, 100c-2) 수직 측정 추의 흔들림에 의한 오차는 물론 개별적 기울기 상태에 따른 수백 개의 각기 다른 벅 스테이를 상호 비교 진단을 할 수가 없으며 수천 개의 스프링(100f, 100f-1) 측정시의 오차와 시간의 소요에 의한 변화 등은 무시되게 된다.

또한 이러한 방법은 벅 스테이(100c-1,100c-2)의 좌우 뒤틀림 현상 등의 변화를 찾기가 어려우며 이상 현상 징후도 정기 측정시 나타나므로 사후 관리가 될수 밖에 없다.

이와 같이 구조물 축의 변형시 축조 물인 오븐(100) 연와(100a)에 미치는 영향과 도어(100h) 및 도어 프레임(100g)을 비롯한 상승관 등 기타 부대 설비 등 오븐(100) 전체적으로 변화가 오게 된다.

상기에 제시된 제반 문제 외 현재의 측정법으로 현 오븐의 전체적인 기울기와 균형상태를 사전 파악할 수 없다는 등의 많은 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 년중 정기적으로 오븐 전체를 위치별로 자동 측정되게 하여 데이터화 함으로써, 오븐 전체 또는 부분적 진단을 가능하게 하는 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오븐과 항상 평행하게 주행하는 이동차에 탑재되며, 전기 제어기(PLC)에서 하달되는 제어신호에 의해 작동하여 상기 오븐의 각 위치별로 이격 거리를 측정하고 그 거리측정 데이터를 다시 상기 전기 제어기로 전송하는 거리측정장치와; 상위 컴퓨터에서 주어지는 진단명령에 의해 제 어신호를 생성하여 상기 거리측정장치를 제어하고, 상기 각 거리측정장치에 전송되는 거리측정데이터를 상위 컴퓨터로 전송하는 전기제어기와; 상기 측정된 데이터를 근거로 하여 오븐 각 부위별로 이상치 정도나 오븐 전체적의 기울기 상태 등의 진단 및 오븐 내부적요인이나 외부적인 온도나 기후 조건에 따른 오븐의 수축과 팽창 정도를 진단하는 진단프로그램을 탑재한 오븐 진단 시스템으로 구성되는 거리감지 장치를 이용한 오븐진단시스템을 제공한다.

본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 의한 거리감지장치의 분해도와 조립도이고, 도 5와 도 6은 본 발명에 의한 거리감지장치의 설치위치를 설명하기 위한 참고도들이다.

도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)는 초음파를 이용한 거리측정기로서 좌/우 작동모터(20f)와 상/하 작동모터(20g) 및 상기 거리감지장치를 좌/우 작동모터 또는 상/하 작동모터와 각각 연결하는 기어(20a,20b,20c,20d)에 의해 상하로 승강하거나 또는 좌우로 틀어서 360도 회전할 수 있도록 조립되어 베이스(30)에 고정되며, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 레일을 따라 오븐과 평행하게 주행하며 작업하는 이동차(200)(300)의 수직으로 직립된 고정장치인 서포트(10)의 상, 중, 하부에 각각 장착된다. 그리고 상 기 베이스(30)의 상면에는 거리감지장치의 위치를 감지하기 위한 다수 개의 위치센서(20h,20i,20j)가 설치되어 있다.

먼저, 본 발명은 상기 도 4에 도시한 바와 같이 오븐(100)과 궤도(400)에 따라 평행으로 이동되는 이동차(200)(300)에 수직된 서포트(10)가 추가적으로 설치되어야 한다.

그리고 상기 수직된 서포트(10)엔 일정한 거리 간격으로 상, 중, 하부에 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)가 각각의 위치에 설치하게 하여 벅-스테이(100c-1,100c-2) 및 도어(100h)와 도어 프레임(100g)을 비롯한 오븐(100) 부위를 측정할수 있게 하고, 데이터를 비교 분석하는 오븐 진단프로그램(도 7 참조)을 탑재한 오븐 진단시스템(도면에는 미도시됨)과 그 하부의 명령 하달을 위한 전기 제어기(도면에는 미도시됨)를 구축하여, 연간 및 일중 또는 일기 변화시의 그 상태를 좀더 면밀히 파악하여 오븐(100)의 상태를 알수 있게 하는 일련의 장치와 프로그램을 구성한다.

즉, 오븐(100)과 항상 평행으로 레일 궤도(400)에 따라 주행되며 작업되고 있는 이동차(200)(300)에 수직 직립될 수 있는 서포트(10)를 설치하고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 상기 수직 직립된 서포트(10)의 일정한 거리와 높이에 거리감지장치(10a-1)(10a-2)(10a-3)를 측정 위치 별로 설치한다.

상기 거리감지장치(10a-1)(10a-2)(10a-3)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 조립하여 측정하고자 하는 부위별로 일정한 위치로 자동 조작될 수 있게 구성한다. 즉, 좌/우로 조작될 수 있는 좌/우 작동모터(20f)가 설치되고 상기 좌/우 작 동모터(20f)에 연결된 구동 피니언 기어(20a)와 거리감지장치 전체를 회전 작동시킬 수 있는 네크 기어(20b)로 구성되어 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)를 좌 우로 회전시킬 수 있게 되며, 다시 상하로 작동시키는 상/하 작동모터(20g)는 상하로 조작 작동될 수 있게 하는 구동 피니언 기어(20c)와 거리감지장치를 상/하로 작동 될 수 있게 하는 네크 기어(20d)가 설치되므로 상기 거리감지장치는 상/하 및 좌/우로 조작될 수 있게 되며 베이스(30)에 견고히 고정하여 설치한다.

이와 같은 기어 타입의 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)를 베이스(30)에 고정 설치되며, 이렇게 고정 설치된 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)는 오븐(100)의 측정 위치와 일치될 수 있는 위치센서(20h,20i,20j)가 설치되어 각각 일정한 위치 만큼만 상/하 작동모터(20g) 및 좌/우 작동모터(20f)에 의해 작동되며, 정위치 될 경우 상/하 작동모터(20g) 및 좌/우 작동모터(20f)는 정지되어 기어에 의하여 고정 되며, 이로써 측정위치 전송 및 확인될 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 동작 및 그에 따른 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)는 도 6에 도시된 바와 같이, 오븐(100)의 전면부 이동차(200)와 오븐(100)의 후면부 이동차(300)에 각각 설치되며, 상기 전면부 이동차(200)와 후면부 이동차(300)는 오븐(100)의 양 측면에서 평행으로 병행 주행되며 코크스를 생성하는 작업을 일련의 작업 스케쥴에 따라 탄화실(100b) 월(WALL) 단위로 작업되게 된다.

1번 탄화실(100b) 월 작업부터 시작되어 132번 탄화실(100b) 월 인 오븐 (100) 전체의 월 작업이 반복되며 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 이동차(200)(300)는 정해진 작업 스케줄에 의하여 오븐(100)의 탄화실(100b) 월 번호대로 작업되는데, 이러한 이동차(200)(300)의 작업과 병행하여 각각의 오븐(100) 탄화실(100b) 월 번호대로 작업을 하기 위한 이동차(200)(300) 정위치시 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)에 의한 측정 데이터는 전기 제어기 및 오븐진단 시스템으로 전송되어 저장 및 데이터화 한다.

도 7의 동작 흐름도에서와 같이, 상기 이동차(200)(300)는 작업 스케줄에 따라 이동되어 오븐(100) 탄화실(100b) 월 번호의 정위치에 인(IN) 포지션(POSITION)되면, 이동차(200)(300) 정위치 확인신호와 같이 거리감지장치의 위치센서 (20h,20i,20j)의 인 포지션 확인 시그널이 점들되고, 거리감지장치(10a-1,10a-2,10a-3)에 의한 거리감지 데이터는 전기 제어기로 전송되고, 이를 전기 제어기(PLC)에서 수신하여 프로세스 컴퓨터인 오븐 진단 시스템으로 전송하여 오븐 진단 시스템에서는 전송된 데이터(DATA)를 저장 및 데이터화하여 이를 분석되게 하게 되므로 신뢰성이 있는 결과를 얻을 수 있게 된다.

상기 프로세스 컴퓨터인 오븐 진단 시스템에 전송된 데이터는 데이터 화하여 코크스 오븐 구조도나 그래픽화되어 추후 활용가능하게 된다.

상기와 같은 일련의 작동은 이동차 작업 스케줄에 의하여 작업되어지는 오븐(100) 탄화실(100b) 월 번호인 1번부터 시작되어 132번까지를 완전하게 한 싸이클동안 작업과 병행되어 오븐(100)의 벅-스테이(100c-1,100c-2)의 상태를 측정하여 데이터를 전송하게 되면 다음의 오븐(100) 탄화실(100b) 월 번호 1번부터 거리감지 장치(10a-1,10a-2,10a-3)는 프로세스 컴퓨터인 오븐 진단 시스템에서 전기 제어기를 통하여 좌/우 작동모터(20f)의 작동 및 상/하 작동모터(20g)를 작동되게 하여 측정하고하 하는 위치별로 이동되게 하며, 거리감지장치의 위치센서(20h,20i,20j)에 의한 위치감지시, 좌/우 및 상/하 작동모터는 작동을 멈추게 되는 것 같이 거리감지장치의 위치센서 (20h,20i,20j)의 위치 만큼만 이동되게 되면 그 위치 센서가 도어 프레임(100h)을 측정할 수 있는 위치센서라면 도어 프레임(100h)의 상,중,하 위치로 거리감지장치 자체는 자동 작동되어 거리감지 장치(10a-1,10a-2,10a-3)는 거리감지장치의 위치 인 포지션되어 데이터는 전송되게 된다.

이와 같이 방법으로 오븐(100)의 어떤 위치던 측정 하고져 하는 부위가 있다면 측정 위치 센서(20h,20i,20j)를 변경시켜 놓고 프로그램 로직화 함으로 어떤 위치로도 이동되어 측정되게 할수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 오븐과 일정한 간격으로 이격되어 레일에 따라 평행으로 일정하게 이동되는 이동차의 작업과 병행하여 요구되는 오븐 각 부위별을 거리를 측정할 수 있게 되므로 기준 거리에 대한 편차의 데이터를 이용하거나 평균치에 대한 이탈 상태를 통하여 오븐 전체 상태나 개별 벅 스테이 및 도어 프레임 또는 그외 벽체 부위를 지속적으로 측정 및 관리할 수 있게 되며, 일기의 변화, 계절적 변화 또는 오븐에 공급되는 열량의 변화를 수시로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 크로스 타이 로드나 각기 수천 개의 스프링의 상태도 파악할 수 있게 하므로, 오븐의 브라싱 작업 또한 정확한 근거를 통하여 조정 작업을 취할 수 있게 하고 조 정작업 후의 사후 관리를 명백히 할 수 있는 오븐 진단 및 관리시스템을 구축 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 오븐과 항상 평행하게 주행하는 이동차의 서포트 일측에 설치된 베이스 일측면에 회동 및 기울기 변경이 가능하도록 탑재되며, 전기 제어기(PLC)에서 하달되는 제어신호에 의해 작동하여 상기 오븐의 각 위치별로 이격 거리를 측정하고 그 거리측정 데이터를 다시 상기 전기 제어기로 전송하는 거리감지장치와;

   상위 컴퓨터에서 주어지는 진단명령에 의해 제어신호를 생성하여 상기 거리감지장치를 제어하고, 상기 각 거리감지장치에 전송되는 거리측정데이터를 상위 컴퓨터로 전송하는 전기 제어기와;

   상기 측정된 데이터를 근거로 하여 오븐 전체적인 기울기 상태 등의 진단 및 오븐 내부적요인이나 외부적인 온도나 기후 조건에 따른 오븐의 수축과 팽창 정도를 진단하는 진단프로그램을 탑재한 오븐 진단 시스템을 포함하되,

   상기 거리감지장치는, 상기 베이스 일측에 구비되는 좌우작동모터에 구동되어 베이스를 기준으로 회동되고, 상기 베이스 일측에 구비되는 상하작동모터에 구동되어 베이스를 기준으로 기울기가 변경되는 것을 특징으로 하는 거리감지 장치를 이용한 오븐진단시스템.

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