KR101167591B1 - 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 오프쇼어 크레인(Offshore Crane)에 설치된 리프트 장치를 이용하여 공급선(Supply Boat)에 리프트 장치의 로프에 구비된 화물을 하역하는 작업시, 상기 오프쇼어 크레인이 구비된 오프쇼어 플랫폼과 상기 공급선의 상대적인 운동에 의한 상기 로프의 장력을 유지하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에 있어서, 상기 리프트 장치는 오프쇼어 플랫폼에 설치된 근위단과 오프쇼어 플랫폼을 벗어나 연장될 수 있는 원위단을 가지는 붐 (Boom)과, 오프쇼어 크레인에 의하여 지지되어 로프를 풀고 감는 전동윈치와, 상기 전동윈치와 맞물려 상기 붐을 따라 연장되는 근위단과, 상기 화물에 연결 가능한 원위단을 가지는 로프를 포함하고, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은, 상기 리프트 장치의 일측에 구비되어 오일을 저장하는 오일탱크; 일측에 구비된 전기모터에 의하여 구동되고, 상기 오일탱크의 오일을 공급하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급되는 오일의 유량을 조절하여 상기 전동윈치를 구동시키는 유압모터; 및 상기 로프에 걸리는 무게를 감지하기 위하여 설치된 로드 셀로부터 감지된 무게 정보를 전달받고, 이를 이용하여 상기 전동윈치의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브 및 비례 릴리프 밸브를 작동시켜 상기 유압모터를 통과하는 유량을 제어하고, 상기 로프에 가해지는 무게를 기준 무게와 비교하여, 상기 유압모터의 후단에 연결된 전동윈치의 동작을 제어하는 PLC 제어프로그램이 구비된 윈치제어부;를 포함하며, 상기 윈치제어부는 상기 로프에 걸리는 무게가 소정의 무게 이하이면, 상기 전동윈치의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브를 온시키고, 상기 장력 솔레노이드 밸브와 상기 전동윈치 사이에 설치되는 비례 릴리프 밸브를 통하여 상기 전동윈치를 통과하는 오일의 압력을 제어하여 상기 전동윈치를 소정의 힘으로 감는 방향을 유지시키며, 상기 로프에 걸리는 무게가 소정의 무게 이상이면, 상기 유압모터를 역회전시키되, 상기 비례 릴리프 밸브의 압력보다 높으면, 상기 비례 릴리프 밸브로 오일을 빠져 나가게 하여 상기 전동윈치를 풀리는 방향으로 유지시키는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템을 개시한다.

Description

오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템{CONSTANT TENSION SYSTEM FOR OFFSHORE CRANE}

본 발명의 일 실시예는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 오프쇼어 크레인(Offshore Crane)에 설치된 크레인을 이용하여 오프쇼어 크레인과 공급선(Supply Boat) 간의 하역 작업을 할 경우, 오프쇼어 크레인에 화물을 싣고 목표하는 지점으로 이동한 후 상기 지점에서 크레인을 이용하여 공급선에 상기 화물을 하역시키게 된다.

이러한 크레인은 크레인의 몸체부 상부에 권양기가 설치되고 상기 권양기에 와이어 로프가 감겨 있으며, 상기 와이어 로프는 권양기에서 출발하여 크레인의 암 부위를 따라 연결 설치되고 암 부위의 끝단에서 아래로 늘어뜨려진 구조로 되어 있다.

따라서 와이어 로프의 끝단에 화물을 연결 설치하면 오프쇼어 크레인으로 목표 지점의 상부로 이동한 후 크레인의 암 부위를 선박 오프쇼어 크레인의 외측으로 이동시켜 정확히 목표 지점의 상부로 화물을 위치시킨 후 권양기에 감겨 있는 와이어 로프를 풀어주면 와이어 로프에 감겨 있는 화물이 하강하여 목표 지점에 하역되게 된다.

하지만 너울(Swell)과 같은 장주기를 갖는 파고가 있는 경우, 혹은 바람이 심하게 불어 파고가 높게 형성되는 경우 오프쇼어 크레인을 이용하여 공급선에 화물을 하역하는 것이 용이하지 않게 된다. 즉 움직이는 파고로 인하여 크레인에 달려 있는 화물이 끊임없이 수직, 수평 혹은 회전 운동을 하게 되어 원하는 지점에 상기 화물을 정확히 하역할 수 없게 되는 것이다.

이러한 이유로 파고가 잔잔해질 때까지 크레인이 화물을 들고 있어야 하는데, 이때, 파고가 잔잔해져 크레인이 화물을 공급선에 하역시킬 수 있게 되기까지는 많은 시간을 기다려야 하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 일 실시예는 오프쇼어 크레인에 설치된 리프트 장치를 이용하여 오프쇼어 크레인과 공급선 간의 하역 작업을 할 경우에, 파도에 의하여 발생되는 오프쇼어 크레인과 공급선 간의 상대 운동에 의한 로프의 장력을 일정하게 유지시켜주는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은 오프쇼어 크레인(Offshore Crane)에 설치된 리프트 장치를 이용하여 공급선(Supply Boat)에 리프트 장치의 로프에 구비된 화물을 하역하는 작업시, 상기 오프쇼어 크레인이 구비된 오프쇼어 플랫폼과 상기 공급선의 상대적인 운동에 의한 상기 로프의 장력을 유지하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에 있어서, 상기 리프트 장치는 오프쇼어 플랫폼에 설치된 근위단과 오프쇼어 플랫폼을 벗어나 연장될 수 있는 원위단을 가지는 붐 (Boom)과, 오프쇼어 크레인에 의하여 지지되어 로프를 풀고 감는 전동윈치와, 상기 전동윈치와 맞물려 상기 붐을 따라 연장되는 근위단과, 상기 화물에 연결 가능한 원위단을 가지는 로프를 포함하고, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은, 상기 리프트 장치의 일측에 구비되어 오일을 저장하는 오일탱크; 일측에 구비된 전기모터에 의하여 구동되고, 상기 오일탱크의 오일을 공급하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급되는 오일의 유량을 조절하여 상기 전동윈치를 구동시키는 유압모터; 및 상기 로프에 걸리는 무게를 감지하기 위하여 설치된 로드 셀로부터 감지된 무게 정보를 전달받고, 이를 이용하여 상기 전동윈치의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브 및 비례 릴리프 밸브를 작동시켜 상기 유압모터를 통과하는 유량을 제어하고, 상기 로프에 가해지는 무게를 기준 무게와 비교하여, 상기 유압모터의 후단에 연결된 전동윈치의 동작을 제어하는 PLC 제어프로그램이 구비된 윈치제어부;를 포함하며, 상기 윈치제어부는 상기 로프에 걸리는 무게가 소정의 무게 이하이면, 상기 전동윈치의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브를 온시키고, 상기 장력 솔레노이드 밸브와 상기 전동윈치 사이에 설치되는 비례 릴리프 밸브를 통하여 상기 전동윈치를 통과하는 오일의 압력을 제어하여 상기 전동윈치를 소정의 힘으로 감는 방향을 유지시키며, 상기 로프에 걸리는 무게가 소정의 무게 이상이면, 상기 유압모터를 역회전시키되, 상기 비례 릴리프 밸브의 압력보다 높으면, 상기 비례 릴리프 밸브로 오일을 빠져 나가게 하여 상기 전동윈치를 풀리는 방향으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

상기 소정의 무게는 1.5톤 이고, 상기 PLC 제어프로그램에 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 리프트 장치에 설치되어 파고에 의한 오프쇼어 플랫폼 또는 공급선의 움직임을 감지하는 MRU 센서를 더 포함하고, 상기 윈치제어부는 상기 MRU 센서에서 감지된 신호를 통하여 상기 전동윈치의 동작을 제어할 수도 있는 것을 특징으로 한다.

상기 윈치제어부는 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부에 연결되는 스위칭 제어장치를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어장치는, 상기 전원부와 상기 윈치제어부 사이를 전기적으로 연결하거나 연결을 해제하는 스위치; 상기 스위치의 양단에 걸리는 전압에 의하여 충전되는 충전부; 상기 충전부에 충전된 전원으로 동작하는 솔레노이드; 및 상기 스위치가 턴 온되고 나서 미리 설정된 기준시간이 지나면, 상기 솔레노이드를 동작시켜 상기 스위치를 턴 오프 시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은 오프쇼어 크레인에 설치된 리프트 장치를 이용하여 오프쇼어 크레인과 공급선 간의 하역 작업을 할 경우에, 파도에 의하여 발생되는 오프쇼어 크레인과 공급선 간의 상대 운동에 의한 로프의 장력을 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 오프쇼어 크레인에 설치된 리프트 장치의 로프에 걸리는 무게를 감지하고, 감지된 무게를 기초하여 전동윈치에 공급되는 유량을 조절함으로써, 보다 간편하고 정확하게 로프의 장력을 일정하게 유지시켜줄 수 있고, 나아가 하역작업을 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 오일탱크, 펌프 및 전기모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 유압모터 및 전동 위치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 윈치제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 스위치 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 7c는 도 6의 스위치 제어장치의 제어부의 제어방법을 간략하게 나타내는 도면이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템의 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템을 간략하게 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 오일탱크, 펌프 및 전기모터의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2의 유압모터 및 전동 위치의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 2의 윈치제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은 오프쇼어 크레인(3)(Offshore Crane)에 설치된 리프트 장치를 이용하여 공급선(2)(Supply Boat)에 리프트 장치(A)의 로프(61)에 구비된 화물(L)을 하역하는 작업시, 오프쇼어 플랫폼(1)과 공급선(2)의 상대적인 운동에 의한 로프(61)의 장력을 유지하는 시스템이다. 여기서, 상기 오프쇼어 크레인(3)은 오프쇼어 플랫폼(1)에 설치되어 공급선(2)에 화물(L)을 하역하기 위한 장치이다.

상기 리프트 장치(A)는 붐(70), 전동윈치(60) 및 로프(61)를 포함한다. 상기 리프트 장치(A)는 오프쇼어 플랫폼(1)에 설치된 몸체기둥(4)에 결합되어 지지된다. 상기 몸체 기둥(4)의 내측 및/또는 외측에는 리프트 장치(A), 오일탱크(20), 펌프(40), 유압모터(50) 및 윈치제어부(10)가 설치될 수 있다.

상기 붐(70)은 오프쇼어 플랫폼(1)에 설치된 근위단(70a)과 오프쇼어 플랫폼(1)을 벗어나 연장될 수 있는 원위단(70b)을 가진다.

상기 전동윈치(60)는 오프쇼어 크레인(3)에 의하여 지지되어 로프(61)를 풀고 감는다.

상기 로프(61)는 전동윈치(60)와 맞물려 붐(70)을 따라 연장되는 근위단(61a)과, 화물(L)에 연결 가능한 원위단(61b)을 가진다. 상기 근위단(61a)은 오프쇼어 크레인(3) 측의 전동윈치(60)에 감겨져 있고, 상기 원위단(61b)은 후크(미도시)를 구비하여 후크가 공급선(2) 측의 화물(L)에 연결되어 있다. 또한, 상기 원위단(61b) 측에는 로프(61)에 걸리는 무게를 감지하는 로드셀(load cell, 미도시)이 설치되어 있다.

또한, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은 오일탱크(20), 펌프(40), 유압모터(50) 및 윈치제어부(10)를 더 포함한다.

상기 오일탱크(20)는 리프트 장치(A)의 일측에 구비되어 오일을 저장하고 있다.

상기 펌프(40)는 오일탱크(20)에 연결되어 일측에 구비된 전기모터(30)에 의하여 구동되고, 오일탱크(20)의 오일을 유압모터(50)의 전단에 설치된 메인 윈치 시스템(600)을 통하여 유압모터(50)로 공급한다.

상기 유압모터(50)는 펌프(40)로부터 공급되는 오일의 유량을 조절하여 전동윈치(60)를 구동시킨다.

상기 윈치제어부(10)는 로프(61)에 걸리는 무게를 감지하기 위하여 설치된 로드 셀로부터 감지된 무게 정보를 전달받고, 이를 이용하여 전동윈치(60)의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브(12) 및 비례 릴리프 밸브(13)(이하, 솔레노이드 밸브(61)라 통칭함)를 작동시켜 유압모터(50)를 통과하는 유량을 제어한다. 그런 다음, 상기 윈치제어부(10)는 로프(61)에 가해지는 무게를 기준 무게와 비교하여, 유압모터(50)의 후단에 연결된 전동윈치(60)의 동작을 제어한다. 이를 위하여, 상기 윈치제어부(10)는 그 내부에 PLC 제어프로그램을 구비한다. 또한, 상기 윈치제어부(10)는 전원을 공급하는 전원부(11)와, 전원부(11)에 연결되는 스위칭 제어장치(100)를 더 포함할 수 있다. 상기 스위칭 제어장치(100)는 도 6 내지 도 7c에 대한 설명부분에서 설명하기로 한다.

보다 구체적으로 설명하자면, 상기 윈치제어부(10)는 로프(61)에 걸리는 무게가 소정의 무게 이하이면, 전동윈치(60)의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브(12)를 온시키고, 장력 솔레노이드 밸브(12)와 전동윈치(60) 사이에 설치되는 비례 릴리프 밸브(13)를 통하여 전동윈치(60)를 통과하는 오일의 압력을 제어하여 전동윈치(60)를 소정의 힘으로 감는 방향을 유지시킨다. 상기 윈치제어부(10)는 로프(61)에 걸리는 무게가 소정의 무게 이상이면, 유압모터(50)를 역회전시키되, 비례 릴리프 밸브(13)의 압력보다 높으면, 비례 릴리프 밸브(13)로 오일을 빠져 나가게 하여 전동윈치(60)를 풀리는 방향으로 유지시킨다. 한편, 만약 상기 윈치제어부(10)가 일정 장력 유지 시스템을 정지시키면, 자동으로 정상 호이스팅 동작, 제동 또는 유지상태로 돌아가게 된다.

여기서, 상기 소정의 무게는 1.5톤 이고, 상기 PLC 제어프로그램에 미리 설정되어 있을 수 있다.

상기와 같이 구성된 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템의 전체적인 동작을 설명하자면, 도 3 및 도 4를 참조하면, 우선, 운전자가 장력 셀렉터 스위치(미도시)(CT selector Switch)를 오프 상태에서 온 상태로 전환 시킨 다음, 메인 윈치 조이스틱(미도시)(Main Winch Joy Stick)을 호이스팅(Hoisting) 방향으로 소정 레버(6)를 당긴다. 본 발명에서는 장력 셀렉터 스위치의 전환과 조이스틱의 당김과 같은 동작을 수동으로 수행하는 것을 일 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 PLC 제어프로그램을 이용하여 자동으로 구현될 수도 있다. 또한, 상기 레버(6)를 당기면 오일은 펌프(40)에서 토출을 하여 매뉴얼 밸브(Manual Valve)(42), 제1 리듀싱 밸브(Reducing Valve)(5-2)로 오일이 지나면서, 비례 리듀싱 밸브(Propotional Reducing Valve)(5-6)의 제어를 거쳐서 메인 스풀(Main Spool)(5-4)을 조정하여 주관로를 열어 준다. 여기서, 주관로 오일은 압력 보상 밸브(Pressure Compensator Valve)(5-3)로 통하여 메인 스풀(Main Spool)(5-4)을 지나서 호이스팅 라인(WA, Hoisting Line)으로 흐른다. 이때, 상기 펌프(40) 압력은 비례 밸브(Propotional Valve)(41)에서 제어하고, 호이스팅 라인으로 흐른 오일은 카운트 밸런스 밸브(Count Balance Valve)(7)를 지나서 유압모터(50)(Hydraulic Motor)로 도달된다. 또한, 오일은 셔틀 밸브(Shuttle Valve)(8)로 통하여 제2 리듀싱 밸브(Reducing Valve)(14), 고속 솔레노이드 밸브(High Speed Solenoid Valve)(16)를 통하여 Motor X Port로 흐르면서 유압모터(50)를 지나는 유량을 최대(Max)에서 최소(Min)로 변환시킨다. 그러면 상기 유압모터(50)는 2배의 속도로 회전할 수 있도록 변화(예를 들면, 모터 cc가 55cc 에서 27.5cc로 변화됨)될 수 있는 데, 이때 솔레노이드 밸브(CT Solenoid Valve)(12)가 온되고, 비례 릴리프 밸브(CT Propotional Relief Valve)(13)도 온되면서 호이스팅 라인의 압력을 제어하기 시작한다. 즉, 상기 호이스팅 라인의 로프 장력을 1.5 Ton으로 유지시키게 된다. 이때, 전동윈치(60)의 윈치 드럼(Winch Drum)에 부하(즉, 로프 장력)가 1.5 Ton미만일 경우는, 유압모터(50)가 2배의 속도로 회전하므로 빠르게 윈치 드럼을 감는 방향으로 들어 올린다. 또한, 외압에 의하여 로프 장력이 1.5Ton이상이 걸렸을 경우, 즉 비례 릴리프 밸브(13)의 압력보다 높을 경우, 로직 밸브(Logic Valve)(10)를 통하여 기름이 로우어링 라인(Lowering Line)으로 빠져나가면서, 호이스팅 라인에 일정한 압력을 유지시켜 주게 된다. 즉, 상기 윈치 드럼은 풀림 방향으로 돌고 있는 상태가 되고, 이에 따라 유압모터(50)는 역회전을 하게 되어, 전동윈치(60)는 서서히 하강을 시작한다. 한편, 도 3 및 도 4에서의 오일이 흐르는 방향은 점선 화살표로 표시되어 있다.

또한, 상기와 같은 동작을 구현하기 위한 윈치제어부(10)의 동작을 살펴보면, 우선 장력 셀렉터 스위치가 온되면, MRU 센서(예를 들면, 슬로잉 각도 센서)로부터 바다 방향을 감지한다. 그런 다음, 솔레노이드 밸브(12)를 작동시키고, 자동 또는 수동으로 조이스틱을 호이스팅 방향으로 레버(6)를 당긴다. 또한, PLC 프로그램으로 메인 밸브(42)를 제어한다. 그런 다음, 로드 셀로부터 입력된 로프(61)의 무게 데이터를 연산(plc)하여 비례 릴리프 밸브(13)의 유량을 자동 조절한다. 그리고, 로프(61)에 가해지는 무게가 1.5톤 이상이면 전동윈치(60)의 동작은 멈추고 이하일 경우 전동윈치(60)가 호이스팅 동작된다.

이를 위하여 상기 윈치제어부(10)는, 도 5를 참조하면, 장력 유지를 위한 장력 셀렉터 스위치(CT selector Switch) 단자(10a), 전동윈치(60)의 구동과 장력 유지 동작을 위한 장치로서, 레버(6)의 움직임 즉 레버(6)의 각도를 아나로그(4~20mA) 변환하여 PLC 프로그램으로 보내주는 조이스틱 단자(10b), 로프(61)에 가해지는 무게(4~20mA)를 감지하여 실시간으로 PLC 프로그램으로 보내주는 로드 셀 단자(10c), 유압 흐름을 차단 혹은 흐름가능으로 제어하는 솔레노이드 밸브 단자(10d), 전동윈치(60)를 구동하기 위한 것으로서 0~10v 전원을 PLC 프로그램으로부터 전달받아, 전달받은 전원(0~10v) 값으로 유량을 조절하는 비례밸브 단자(10e)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에서 파도에 의해 오프쇼어 플랫폼(1)과 공급선(2) 간에 발생되는 상대운동에 의한 로프(61)의 장력을 일정하게 유지시켜주기 위한 시스템 동작을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템이 동작하지 않을 경우, 파도로 인하여 오프쇼어 플랫폼(1)은 하강 운동을, 공급선(2)은 상승 운동을 하게 되어 두 부유물 사이의 높이 차가 줄어드는 현상이 발생한 경우에는, 높이 차가 줄어든 만큼 로프(61)에 슬랙 현상이 발생하여 안전성 미확보된다. 그러나, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템이 동작할 경우, 파도로 인하여 오프쇼어 플랫폼(1)은 하강운동을, 공급선(2)은 상승운동을 하게 되어 두 부유물 사이의 높이 차가 줄어드는 현상이 발생한 경우에는, 높이 차가 줄어든 만큼 윈치제어부(10)로 로프(61)를 감음(즉, 호이스팅)으로써 로프(61)의 장력을 유지시켜 줄 수 있다.

또한, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템이 동작하지 않을 경우, 파도로 인하여 오프쇼어 플랫폼(1)은 상승 운동을, 공급선(2)은 하강 운동을 하게 되어 두 부유물 사이의 높이차가 늘어나는 현상이 발생한 경우에는, 높이 차가 늘어나 중량물이 공중에 떠 있게 되는 현상이 발생하여 안전성 미확보된다. 그러나, 상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템이 동작할 경우, 파도로 인하여 오프쇼어 플랫폼(1)은 상승 운동을, 공급선(2)은 하강운동을 하게 되어 두 부유물 사이의 높이차가 늘어나는 현상이 발생한 경우에는, 높이차가 늘어난 만큼 중량물(Object) 자중에 의하여 로프(61)를 풀어줌(즉, 로우어링)으로써 로프(61)의 장력을 유지시켜 줄 수 있다.

또한, 상기와 같은 동작을 구현하기 위한 조건으로는 로프 장력(Rope tension)의 적용하중이 Max. 1.5ton이고, 동작 구역은 오프 보드(Offboard; 즉 배 밖)이며, 동작 시간은 최대 5분이고, 동작 조건은 자동 또는 운전자가 스위치를 통하여 선택적으로 작동할 수 있다. 나아가, 상기 윈치제어부(10)에 공급되는 전원이 온 상태일 때, 펌프(40) 압력 제어와 동시에 비례밸브(41) 압력을 제어하여 1.5톤 이상을 들지 않게 하는 반면, 빈 후크 상태일 때에는 고속으로 감아올리도록 할 수 있다. 그러나, 상기 윈치제어부(10)에 공급되는 전원이 오프 상태일 때는 윈치제어부(10)가 작동하지 않는다. 더욱 세부적으로는, 상기 윈치제어부(10)는 로프(61)에 걸리는 무게가 1톤 이상시 일정 스피드로 로프(61)를 로우어링(Lowering)시키고, 0.6톤 이하시 호이스팅(Hoisting) 될 수 있도록 프로그램으로 설계되어 전기방식으로 구동될 수 있으며, 나아가 이러한 프로그램을 오일의 유압을 제어하는 방식으로 설계하여 보다 간편하고 정확하게 로프(61)의 장력을 일정하게 유지시켜줄 수 있고, 나아가 하역작업의 효율적으로 수행할 수 있다.

도 6은 도 2의 스위치 제어장치를 나타내는 블록도이고, 도 7a 내지 7c는 도 6의 스위치 제어장치의 제어부의 제어방법을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템의 스위치 제어 장치(100)는 스위치(110), 정류 회로(120), 충전부(130), 솔레노이드(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치(100)는 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2), 제3다이오드(D3), 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제3저항(R3) 및 캐패시터(C)를 더 포함한다. 여기서, 상기 스위치(110)는 전원부(11)를 윈치제어부(10)에 연결시키거나 해제시키는 역할을 한다.

상기 전원부(11)는 윈치제어부(10)에 전원을 공급하는 역할을 한다.

상기 윈치제어부(10)는 전원부(11)로부터 전원을 공급받아 동작한다. 또한, 상기 윈치제어부(10)는 직렬로 연결된 제1저항(R1)에 비해 상대적으로 매우 작은 저항값을 가지고 있다. 따라서, 스위치(110)가 오프 상태 일 때, 윈치제어부(10)에는 미세한 누설 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 상기 윈치제어부(10)에 흐르는 누설 전류에 의해 충전부(130)가 충전될 수 있으며, 누설 전류는 충전부(130)를 충전시킬 수 있는 최소한의 전류다.

상기 스위치(110)는 전원부(11)와 윈치제어부(10) 사이에 위치하며, 전원부(11)와 윈치제어부(10) 사이를 전기적으로 연결하거나 연결을 해제하는 역할을 한다. 즉, 상기 스위치(110)가 턴 온(turn-on)되면, 전원부(11)와 윈치제어부(10)는 전기적으로 연결되어 윈치제어부(10)가 동작하게 된다.

반대로, 상기 스위치(110)가 턴 오프(turn-off)되면, 전원부(11)와 윈치제어부(10)는 연결이 해제되어 하부(A)는 동작하지 않는다. 이때, 상기 스위치(110)가 턴 오프되면, 스위치(110)의 양단에는 전압차가 발생한다. 상기 스위치(110)는 사용자에 의해 턴 온될 수 있으며, 솔레노이드(140)에 의해 턴 오프될 수 있다. 일례로, 사용자에 의해 스위치(110)가 턴 온되어 조명등이 켜지고, 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)에 의해 스위치(110)가 턴 오프되어 조명등이 꺼질 수 있다. 상기 스위치(110)는 전원부(11)와 윈치제어부(10) 사이를 수동으로 온/오프(ON/OFF)할 수 있는 장치이다. 다시 말해, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 스위치(110)는 평상시 스프링 등과 같은 탄성체(미도시)에 의해서 오프 상태를 유지하고, 사용자가 스위치(110)를 온 시키면 스위치(110)가 걸쇠(111)에 걸려 온 상태를 유지하게 된다. 따라서, 상기 스위치(110)는 온 상태 또는 오프 상태를 유지하는데 전류가 소모되지 않는다. 또한, 상기 스위치(110)는 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)에 의해 걸쇠가 해제되어 다시 오프 상태가 된다. 상기 스위치(110)는 걸쇠(111)에 걸려 온 상태를 유지하게 되고, 걸쇠(111)가 해제되고 탄성체(미도시)에 의해 오프 상태를 유지할 수 있다. 여기서, 도 7a 내지 도 7c에는 상기 걸쇠(111)를 개략적으로 도시하였으나, 걸쇠는 스위치(110)가 걸려서 그 상태를 유지하게 할 수 있는 것이라면 어떤 형태로라도 구현될 수 있다.

상기 정류 회로(120)는 스위치(110)에 전기적으로 연결된다.

상기 정류 회로(120)는 스위치(110)가 오프되었을 때, 윈치제어부(10)에 흐르는 누설 전류를 정류하여 충전부(130)에 제공하는 역할을 한다. 여기서, 상기 스위치(110)와 정류 회로(120) 사이에는 제1저항(R1)과 제1다이오드(D1)가 직렬로 연결되어 있다. 또한, 상기 제1저항(R1)과 제1다이오드(D1) 사이에는 제2다이오드(D2)와 제2저항(R2) 및 제3저항(R3)이 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 상기 정류회로(120)에는 제1저항(R1)과 제2다이오드(D2), 제2저항(R2) 및 제3저항(R3)에 의해 분배된 전압이 인가된다. 여기서, 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)는 전류가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지한다. 즉, 상기 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)는 정류 회로(120)를 통해서 충전된 충전부(130)의 전원이 윈치제어부(10)로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 상기 제3저항(R3)과 스위치(110) 사이에는 제3다이오드(D3)가 연결되어 있으며, 제3다이오드(D3)는 전원부(11)의 전원이 제어부(150)로 흐르는 것을 방지한다.

상기 충전부(130)는 정류 회로(120)에 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 충전부(130)는 스위치(110)가 오프 되었을 때, 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압에 의해 충전된다. 다시 말해, 상기 스위치(110)가 오프 상태일 때 부하부(A)에는 누설 전류가 흐르므로, 충전부(150)는 윈치제어부(10)에 흐르는 누설전류를 이용하여 충전된다. 이때, 상기 누설전류는 정류 회로(120)를 통해 정류되어 충전부(130)에 충전된다. 또한, 상기 충전부(130)가 윈치제어부(10)에 흐르는 누설전류로 충전되더라도, 윈치제어부(10)에는 어떠한 영향도 미치지 않는다. 이와 같이, 상기 충전부(130)는 별도의 전원으로 충전되는 것이 아니라, 스위치(110)가 오프 되었을 때 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압으로 충전된다. 따라서, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치(100)는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 충전부(130)에 충전된 전압은 솔레노이드(140)를 동작시켜 스위치(110)의 걸쇠(111)를 해제하는데 사용된다. 이러한 충전부(130)는 충방전이 가능한 이차 전지(secondary battery) 또는 전기이중층 캐패시터(EDLC)일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

상기 솔레노이드(140)는 충전부(130)에 충전된 전원으로 동작하여, 스위치(110)를 턴 오프 시키는 역할을 한다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 솔레노이드(140)는 중심봉(141)과 중심봉(141)을 원통형으로 감싸고 있는 코일(142)로 형성된다. 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흐르면 코일(142) 내부에 균일한 크기의 자기장이 형성되어, 중심봉(141)이 움직이게 된다. 또한, 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흐르지 않으면 중심봉(141)은 다시 원상태로 돌아오게 된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 스위치(110)가 온 상태일 때에는 스위치(110)를 통해 부하부(20)로 전류(iL)가 흘러 윈치제어부(10)가 동작한다. 이때, 상기 솔레노이드(140)에는 전류가 흐르지 않는다. 그리고 나서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 설정된 기준시간이 지나면 솔레노이드(140)의 코일(142)에 전류(iS)가 흘러 중심봉(141)이 움직여 걸쇠(111)를 해제시키므로, 스위치(140)는 턴 오프 된다. 이때, 상기 솔레노이드(140)는 충전부(130)에 충전된 전원으로 동작한다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 솔레노이드(140)는 스위치(110)를 턴오프 시킨 후에는 원상태로 돌아온다. 상기 솔레노이드(140)가 원상태로 돌아오더라도 스위치(110)는 탄성체에 의해 계속하여 오프상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 스위치(110)는 사용자에 의해 턴온 되어 걸쇠(111)에 걸리지 않는 이상 계속 오프 상태를 유지하게 된다. 이러한 솔레노이드(140)는 미세한 전류에 의해서도 동작할 수 있으며, 일반적으로 솔레노이드 밸브라고 불린다.

상기 제어부(150)는 충전부(130)를 충전시키고, 충전부(130)에 충전된 전압을 이용하여 상기 솔레노이드(140)를 제어한다. 상기 제어부(150)는 센싱부(151) 및 저장부(152)를 포함한다. 상기 센싱부(151)는 제2저항(R2)과 제3저항(R3) 사이에 전기적으로 연결되고, 제3저항(R3)에는 캐패시터(C)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압을 센싱하여, 스위치(110)의 상태 즉, 스위치(110)의 온/오프를 감지하는 역할을 한다. 여기서, 상기 제3저항(R3)에는 캐패시터(C)가 병렬로 연결되어 있다. 예를 들어, 상기 스위치(110)가 온 상태이면, 제2다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르지 않으므로, 캐패시터(C)에 충전된 전하가 제3저항(R3)을 통해 방전된다. 따라서, 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압이 하강하는 것을 감지하여 스위치(110)가 온 상태임을 알 수 있다. 반대로, 상기 스위치(110)가 오프 상태이면, 제2다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르므로, 캐패시터(C)에 전하가 충전된다. 따라서, 상기 센싱부(151)는 캐패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 감지하여 스위치(110)가 오프 상태임을 알 수 있다. 상기 저장부(152)에는 사용자에 의해 설정된 기준시간이 저장되어 있다. 상기 기준시간은 스위치(110)가 사용되는 장소 또는 공간에 따라 알맞게 변경될 수 있다.

상기 제어부(150)의 동작 방법을 살펴보면 다음과 같다. 상기 제어부(150)는 센싱부(151)를 통해 스위치(110)의 상태를 확인한다. 이때, 상기 스위치(110)가 오프 상태이면, 제어부(150)는 충전부(130)를 충전시킨다. 여기서, 상기 제어부(150)는 충전부(130)의 충전 전압이 솔레노이드(140)를 동작시킬 수 있는 기준 전압에 도달하면, 충전부(130)의 충전을 중지시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 센싱부(151)로부터 스위치(110)가 오프 상태에서 온 상태로 변경된 것을 확인하고 나서 저장부(152)에 저장된 기준시간이 경과하면, 충전부(130)에 충전된 전압을 이용하여 솔레노이드(140)를 동작시킨다. 상기 솔레노이드(140)가 동작하면 스위치(110)는 턴 오프 된다. 여기서, 상기 솔레노이드(140)는 코일(142)에 전류가 흘러 중심봉(141)이 걸쇠(111)를 해제함으로써, 스위치(110)를 턴 오프 시킬 수 있다.

상기 중심봉(141)은 걸쇠(111)를 해제한 후 다시 원상태로 복귀한다.

즉, 상기 제어부(150)는 스위치(110)가 오프 되었을 때 충전부(130)에 전압을 충전해두고, 스위치(110)가 턴 온되고 난후 설정된 기준시간이 경과하면 솔레노이드(140)를 동작시켜 스위치(110)를 턴 오프시킨다. 따라서, 상기 제어부(150)에 의해 스위치(110)는 설정된 기준시간이 지나면 자동으로 꺼지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의한 스위치 제어 장치(100)는 설정된 기준시간이 지나면 스위치(110)를 오프시키는 제어부(150)를 구비하여 사용자가 스위치(110)를 오프하지 않더라도 자동으로 스위치(110)를 오프시킴으로써, 전원이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스위치 제어 장치(100)는 스위치(110)가 오프상태일 때 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압으로 충전부(130)를 충전시킴으로써, 충전부(130)를 충전시키는 별도의 전원이 필요 없게 된다. 이에 따라, 본 발명에 의한 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템의 윈치제어부(10)는 비용을 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 오프쇼어 플랫폼 2: 공급선
3: 오프쇼어 크레인 4: 몸체기둥
10: 윈치제어부 11: 전원부
20: 오일탱크 30: 전기모터
40: 펌프 50: 유압모터
60: 전동윈치 61: 로프
62: 솔레노이드 밸브 70: 붐
100: 스위칭 제어장치
A: 리프트 장치

Claims (4)

1. 오프쇼어 크레인(3)(Offshore Crane)에 설치된 리프트 장치(A)를 이용하여 공급선(2)(Supply Boat)에 리프트 장치(A)의 로프(61)에 구비된 화물(L)을 하역하는 작업시, 상기 오프쇼어 크레인(3)이 구비된 오프쇼어 플랫폼(1)과 상기 공급선(2)의 상대적인 운동에 의한 상기 로프(61)의 장력을 유지하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템에 있어서,
   상기 리프트 장치(A)는 오프쇼어 플랫폼(1)에 설치된 근위단(70a)과 오프쇼어 플랫폼(1)을 벗어나 연장될 수 있는 원위단(70b)을 가지는 붐(70)(Boom)과, 오프쇼어 크레인(3)에 의하여 지지되어 로프(61)를 풀고 감는 전동윈치(60)와, 상기 전동윈치(60)와 맞물려 상기 붐(70)을 따라 연장되는 근위단(61a)과, 상기 화물(L)에 연결 가능한 원위단(61b)을 가지는 로프(61)를 포함하고,
   상기 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템은,
   상기 리프트 장치(A)의 일측에 구비되어 오일을 저장하는 오일탱크(20);
   일측에 구비된 전기모터(30)에 의하여 구동되고, 상기 오일탱크(20)의 오일을 공급하는 펌프(40);
   상기 펌프(40)로부터 공급되는 오일의 유량을 조절하여 상기 전동윈치(60)를 구동시키는 유압모터(50); 및
   상기 로프(61)에 걸리는 무게를 감지하기 위하여 설치된 로드 셀로부터 감지된 무게 정보를 전달받고, 이를 이용하여 상기 전동윈치(60)의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브(12) 및 비례 릴리프 밸브(13)를 작동시켜 상기 유압모터(50)를 통과하는 유량을 제어하고, 상기 로프(61)에 가해지는 무게를 기준 무게와 비교하여, 상기 유압모터(50)의 후단에 연결된 전동윈치(60)의 동작을 제어하는 PLC 제어프로그램이 구비된 윈치제어부(10);를 포함하며,
   상기 윈치제어부(10)는
   상기 로프(61)에 걸리는 무게가 소정의 무게 이하이면, 상기 전동윈치(60)의 전단에 설치되는 장력 솔레노이드 밸브(12)를 온시키고, 상기 장력 솔레노이드 밸브(12)와 상기 전동윈치(60) 사이에 설치되는 비례 릴리프 밸브(13)를 통하여 상기 전동윈치(60)를 통과하는 오일의 압력을 제어하여 상기 전동윈치(60)를 소정의 힘으로 감는 방향을 유지시키며,
   상기 로프(61)에 걸리는 무게가 소정의 무게 이상이면, 상기 유압모터(50)를 역회전시키되, 상기 비례 릴리프 밸브(13)의 압력보다 높으면, 상기 비례 릴리프 밸브(13)로 오일을 빠져 나가게 하여 상기 전동윈치(60)를 풀리는 방향으로 유지시키고,
   상기 윈치제어부(10)는 전원을 공급하는 전원부(11); 및 상기 전원부(11)에 연결되는 스위칭 제어장치(100)를 더 포함하고,
   상기 스위칭 제어장치(100)는,
   상기 전원부(11)와 상기 윈치제어부(10) 사이를 전기적으로 연결하거나 연결을 해제하는 스위치(110);
   상기 스위치(110)의 양단에 걸리는 전압에 의하여 충전되는 충전부(130);
   상기 충전부(130)에 충전된 전원으로 동작하는 솔레노이드(140); 및
   상기 스위치(110)가 턴 온되고 나서 미리 설정된 기준시간이 지나면, 상기 솔레노이드(140)를 동작시켜 상기 스위치(110)를 턴 오프 시키는 제어부(150)를 포함하며,
   상기 스위칭 제어장치(100)는, 상기 스위치(110)에 형성된 걸쇠(111)를 더 포함하고, 상기 스위치(110)는 상기 걸쇠(111)에 걸려서 온 상태를 유지하며,
   상기 솔레노이드(140)는 상기 걸쇠(111)를 해제하여 상기 스위치(110)를 턴 오프시키고,
   상기 제어부(150)는 상기 스위치(110)의 상태를 감지하는 센싱부(151)를 포함하며,
   상기 스위칭 제어장치(100)는 상기 스위치(110)에 직렬로 연결된 제1저항(R1)과, 상기 스위치(110)에 병렬로 연결된 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)과, 상기 제3 저항(R3)에 병렬로 연결된 캐패시터(C)를 더 포함하고,
   상기 센싱부(151)는 상기 캐패시터(C)의 전압을 센싱하여 상기 스위치(110)의 상태를 감지하되, 상기 캐패시터(C)의 전압이 감소하면 상기 스위치(110)의 상태가 온 상태인 것을 감지하고, 상기 캐패시터(C)의 전압이 증가하면 상기 스위치(110)의 상태가 오프 상태인 것을 감지하는 것을 특징으로 하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소정의 무게는 1.5톤 이고, 상기 PLC 제어프로그램에 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 리프트 장치(A)에 설치되어 파고에 의한 오프쇼어 플랫폼(1) 또는 공급선(2)의 움직임을 감지하는 MRU 센서를 더 포함하고,
   상기 윈치제어부(10)는 상기 MRU 센서에서 감지된 신호를 통하여 상기 전동윈치(60)의 동작을 제어할 수도 있는 것을 특징으로 하는 오프쇼어 크레인의 장력유지 시스템.
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