KR101157294B1 - 전기식 가버너 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비상운전 또는 고장진단이 가능한 전기식 가버너 제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 가버너 제어장치가 비상운전수단을 구비하여 긴급한 발전이 필요한 상황에 일정 출력전압이 발전되도록 엔진 구동을 제어할 수가 있어서, 긴급한 발전이 필요한 상황에도 불구하고 엔진을 구동할 수가 없어서 발생될 수 있는 사고나 불편을 예방할 수 있다. 또한 장치에 이상이 발생될 수 있는 경우들을 진단하고 이상이 발생되었을 경우에 이를 알림으로써 사용자가 장치에 발생될 수 있는 동작 이상을 용이하게 관리할 수 있도록 해 준다.
가버너, 제어장치, 비상운전, 고장진단

Description

전기식 가버너 제어장치{Electric governor controller}
도 1에서 종래의 전기식 가버너 제어장치를 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 전기식 가버너 제어장치를 도시한 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 제어장치 102 : 액츄에이터
112 : PID 제어기 114 : 운전부
200 : 제 1 진단부 202 : 비상운전 선택부
204 : 비상운전부 206 : 제 2 진단부
본 발명은 비상운전 또는 고장진단이 가능한 전기식 가버너 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전기의 구동원으로 사용되고 있는 디젤엔진에 있어서 정속운전은 발전전압의 안정 여부를 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 정속운전 제어를 위하여 연료분사량을 조절하는 가버너(Governor)가 사용되고 있다.
기존에는 기계식 가버너를 사용해 연료량을 조절해 왔으나, 기계식 가버너는 구성 부품의 수가 많고 이 때문에 제작단가가 높아지며, 조립에 따른 인력과 시간의 낭비가 심하다. 특히 기계식 구조를 가지고 있기 때문에 엔진의 성능을 최적으로 유지하기 위한 기능을 확보하는데 한계가 있을 수 밖에 없는 문제점을 안고 있었다.
이에 따라, 이러한 문제점을 해결하고자 전기식 가버너가 도입되었으며, 전기식 가버너는 크게 제어장치(100)와 액츄에이터(Actuator)(102)로 구성된다.
도 1은 종래의 전기식 가버너 제어장치의 구성을 도시하고 있다.
살펴보면, 제어장치(100) 내의 FV(Frequency-Voltage) 변환부(110)는 속도센서(104)로부터 엔진(106)의 회전 속도에 따른 출력신호를 입력받고, 입력받은 신호의 주파수에 따라 그에 대응되는 전압 크기를 가지는 신호를 출력한다.
PID(Proportional Integral Derivative) 제어기(112)는 FV 변환부(110)에서 출력된 신호를 입력받아 현재 엔진(106)의 회전 속도와 기 설정해 놓은 정격속도의 차이값에 대한 PID 제어기능을 수행한다.
운전부(114)는 PID 제어기(112)의 제어에 따라 펄스폭변조(PWM:Pulse Width Modulation) 신호로 액츄에이터(102)를 제어한다. 이때, 액츄에이터(102)는 솔레노이드로 구현되는 경우가 일반적이며 전류 구동방식을 취한다.
한편, 전원 공급부(116)는 배터리(Battery)(108)로부터 인가되는 전압을 가버너 제어장치(100)의 구동에 사용되는 소정 레벨의 전압으로 변환하여 가버너 제어장치(100) 내의 각 부에 전원을 공급하며, 도 1에서는 전원 공급부(116)에서 각 부에 공급되는 전원라인의 도시가 생략되어 있다.
이와 같은 전기식 가버너는 기계식 가버너에 비해 구조가 단순하고 구동이 정밀하여 엔진의 성능을 최적으로 유지하도록 해 준다.
하지만, 종래 전기식 가버너 제어장치(100)에는 긴급한 발전이 필요한 상황에서도 엔진을 구동시킬 수 있는 비상 운전수단이 구비되지 않아서 사고나 불편을 야기시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다.
또한, 가버너 제어장치(100)의 구동에 이상이 발생될 수 있는 경우들을 진단하고 이상이 발생되었을 경우에 이를 알리는 수단이 미흡하여 가버너의 동작 이상을 관리하기가 용이하지 못하다는 단점을 가지고 있다.
그러므로 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 비상 운전수단을 구비한 전기식 가버너 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 구동에 이상이 발생될 수 있는 경우들을 진단하고 구동에 이상이 발생된 경우에 이를 알리는 전기식 가버너 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기식 가버너 제어장치는 엔진의 회전속도와 정격속도의 차이값에 대한 PID 제어기능을 수행하는 PID 제어기; 상기 PID 제어기의 제어에 따라 액츄에이터를 구동시키는 운전부; 사용자로부터 비상운전을 선택받는 비상운전 선택부; 및 상기 비상운전 선택부를 통해 비상운전이 선택된 경우에, 미리 설정해 놓은 일정 연료량이 분사되도록 상기 액츄에이터를 구동시키는 비상운전부(204);를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기식 가버너 제어장치는 엔진의 회전속도와 정격속도의 차이값에 대한 PID 제어기능을 수행하는 PID 제어기; 상기 PID 제어기의 제어에 따라 액츄에이터를 구동시키는 운전부(114); 및 상기 엔진의 회전속도를 검출하는 속도센서가 엔진의 회전속도를 정상적으로 감지할 수 있는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 판단하고, 상기 속도센서가 정상적으로 감지할 수 없는 거리에 위치한다고 판단되는 경우에 가버너에 구비된 경보부를 제어하여 이를 알리는 제 1 진단부;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 진단부는 상기 속도센서의 신호 전압 크기로 상기 속도센서가 상기 엔진의 회전속도를 정상적으로 감지할 수 없는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 판단한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기식 가버너 제어장치를 도시한 블럭도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기식 가버너 제어장치(100)는 FV 변환부(110)와, PID 변환부(112)와, 운전부(114)와, 전원 공급부(116)와, 비상운전 선택부(202)와, 비상운전부(204)와, 제 1 진단부(200)와, 제 2 진단부(206)로 구성된다.
FV 변환부(110)와, PID 변환부(112)와, 운전부(114)와, 전원 공급부(116)는 도 1을 통해 언급한 바와 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 언급을 생략한다.
본 발명에 따른 전기식 가버너 제어장치(100)는 긴급한 발전이 필요한 상황에 엔진을 구동시킬 수 있는 비상운전수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그에 따라, 비상운전수단으로 도 2에 도시된 바와 같이 비상운전 선택부(202)와 비상운전부(204)를 구비하고 있으며, 비상운전 선택부(202)는 사용자로부터 비상운전을 선택받는다.
비상운전부(204)는 사용자가 비상운전 선택부(202)를 통해 비상운전을 선택한 경우에, 미리 설정해 놓은 일정 연료량이 분사되도록 액츄에이터(102)의 구동을 제어하고, 그리하여 비상시 엔진(106)이 구동되며 일정 출력전압을 발전시킬 수 있도록 해 준다.
또한 본 발명에 따른 비상운전 선택부(202)는 엔진(106)의 종류를 선택할 수 있는 메뉴를 구비하도록 구성될 수 있다.
일반적으로 전기식 가버너는 엔진(106)의 종류에 따라 액츄에이터(102)의 연료분사량을 조절하며 엔진(106)의 정속운전을 제어할 수 있다.
그래서 비상운전 선택부(202)에 엔진(106)의 종류를 선택할 수 있는 메뉴를 구비하고 사용자로부터 엔진(106)의 종류를 선택받아, 비상운전부(204)가 비상운전 선택부(202)에서 선택된 엔진(106)의 종류에 따라 미리 설정된 일정 연료량이 분사되도록 액츄에이터(102)를 구동시킴으로써, 보다 정밀하게 엔진(106)의 운전을 제어될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 전기식 가버너 제어장치(100)는 구동에 이상이 발생될 수 있는 경우들을 진단하고, 이상이 발생된 경우에 이를 알리는 것을 특징으로 한다. 그에 따라, 가버너의 제어장치(100)에 제 1 진단부(200)와 제 2 진단부(206)를 구비하도록 한다.
제 1 진단부(200)는 속도센서(104)가 엔진의 회전 속도를 감지하여 출력하는 신호를 입력받는다. 그리고 신호의 전압 크기를 측정하여 신호의 전압 레벨이 미리 설정해 놓은 전압 크기 값보다 작은 경우에 가버너에 구비되어 있는 경보부(208)를 제어하여 엔진의 회전 속도를 감지하는데 이상이 있음을 알린다.
이와 같이, 제 1 진단부(200)는 속도센서(104)에서 출력되는 신호의 전압 크기가 설정값보다 작은지의 여부를 판단하도록 이루어짐으로써, 기계적인 문제로 인해 엔진(106)과 속도센서(104)와의 간격이 속도센서(104)가 엔진(106)의 회전 속도를 정상적으로 감지할 수 있는 거리보다 벌어졌는지의 여부를 진단하도록 한다.
일반적으로 가버너 제어장치(100) 내에 입력되는 속도센서(104)의 출력신호 이상은 상기에서 언급한 바와 같이 기계적으로 고정되어 있는 엔진(106)과 속도센서(104)가 나사의 풀림 등으로 인해 이동하며 사이 간격이 벌어지는 경우에 발생될 확률이 높기 때문에, 본 발명에서 제 1 진단부(200)는 속도센서(104)에서 출력되는 신호의 전압 크기를 확인함으로써 속도센서(104)가 엔진(106)의 회전 속도를 정상 적으로 감지할 수 있는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 진단하고 정상적으로 감지할 수 없는 거리에 속도센서(104)가 위치한다고 판단되면 가버너에 구비된 경보부(208)로 제어신호를 전송하여 엔진(106)의 회전 속도 감지에 이상이 있음을 알린다.
여기서 가버너에 구비된 경보부(208)는 도면에 도시된 바와 같이 경보등이거나 스피커, 표시패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
제 2 진단부(206)는 전원 공급부(116)의 출력전압을 확인한다. 제 2 진단부(206)는 전원 공급부(116)에서 제어장치(100)의 구동을 위해서 정상적인 전원을 공급해 주고 있는지의 여부를 판단하고, 전원 공급부(116)에서 정상적으로 전원을 공급해 주지 못한다고 판단되는 경우에, 가버너에 구비된 경보부(208)로 제어신호를 전송하여 제어장치의 전원 공급부(116)에 이상이 있음을 알린다.
제 2 진단부(206)는 전원 공급부(116)의 출력전압 크기가 미리 설정해 놓은 전압 레벨보다 작은지의 여부를 비교하여 또는 전원 공급부(116)에서 제어장치(100)에 전원을 공급하는지의 여부를 확인하여 전원 공급부(116)에서 정상적인 전원을 제어장치(100) 내에 공급하고 있는지의 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 제 2 진단부(206) 및 제 2 진단부(206)의 제어를 받는 가버너의 경보부(208)는 배터리(108)로부터 직접 전원을 공급받아 동작한다.
도 2에서는 전원 공급부(116)에서 각 부에 공급되는 전원라인 및 베터리(108)에서 제 2 진단부(206) 및 경보부(208)에 공급되는 전원라인의 도시가 생략되어 있다.
이에 따라, 제어장치(100)에서는 기계적인 문제로 인해 엔진(106)과 속도센서(104)와의 간격이 속도센서(104)가 엔진(106)의 회전 속도를 정상적으로 감지할 수 있는 거리보다 벌어져 구동에 이상을 발생시킬 수 있는 경우를 진단 및 제어장치(100) 내에 정상적으로 전원이 공급되지 못할 경우를 진단할 수 있는 수단을 구비하여 손쉽게 발생된 이상을 확인하고 사용자 스스로 점검할 수 있도록 해 준다.
이상의 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따르면, 가버너 제어장치가 비상운전수단을 구비하여 긴급한 발전이 필요한 상황에 일정 출력전압이 발전되도록 엔진 구동을 제어할 수 있다.
이에 따라, 긴급한 발전이 필요한 상황에도 불구하고 엔진을 구동할 수가 없어서 발생될 수 있는 사고나 불편을 예방할 수 있다.
그리고, 가버너 제어장치는 속도센서가 엔진의 회전속도를 정상적으로 감지할 수 있는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 판단하여, 속도센서의 위치 이동으로 인해 엔진의 정상적인 회전속도 감지에 이상이 발생될 수 있는 경우를 진단한다. 또한, 가버너 제어장치는 구동에 필요한 정상적인 전원이 공급되고 있는지의 여부를 판단하여, 전원 공급에 이상이 발생될 수 있는 경우를 진단하고 이상이 있는 경우에 가버너에 구비된 경보부를 통해 이를 알리도록 함으로써, 사용자가 장치에 발생될 수 있는 동작 이상을 용이하게 관리할 수 있도록 해 준다.

Claims (3)

  1. 엔진의 회전속도와 정격속도의 차이값에 대한 PID 제어기능을 수행하는 PID 제어기(112);
    상기 PID 제어기의 제어에 따라 액츄에이터를 구동시키는 운전부(114);
    사용자로부터 비상운전을 선택받는 비상운전 선택부(202); 및
    상기 비상운전 선택부를 통해 비상운전이 선택된 경우에, 미리 설정해 놓은 일정 연료량이 분사되도록 상기 액츄에이터를 구동시키는 비상운전부(204);를 포함하여 이루어지는 전기식 가버너 제어장치.
  2. 엔진의 회전속도와 정격속도의 차이값에 대한 PID 제어기능을 수행하는 PID 제어기(112);
    상기 PID 제어기의 제어에 따라 액츄에이터를 구동시키는 운전부(114); 및
    상기 엔진의 회전속도를 검출하는 속도센서가 엔진의 회전속도를 정상적으로 감지할 수 있는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 판단하고, 상기 속도센서가 정상적으로 감지할 수 없는 거리에 위치한다고 판단되는 경우에 가버너에 구비된 경보부(208)를 제어하여 이를 알리는 제 1 진단부(200);를 포함하여 이루어지는 전기식 가버너 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 진단부(200)는
    상기 속도센서의 신호 전압 크기로 상기 속도센서가 상기 엔진의 회전속도를 정상적으로 감지할 수 없는 거리에 위치하고 있는지의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기식 가버너 제어장치.
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