KR101194628B1 - 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러 - Google Patents

Abstract

자동문의 개폐 제어에 필요한 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM) 신호를 출력하는 마이크로콘트롤러(29)와, 상기 마이크로콘트롤러의 제어 신호를 받아 모터(1) 코일 양단에 가해지는 모터 구동 전압을 스위칭 제어하는 모터드라이브(35)를 포함하는 자동문 콘트롤러에 있어서, 상기 모터드라이브는 모터 구동 전압(V)과 모터(1) 코일의 일단 사이에 마련된 제1스위칭소자(T1)와, 모터 구동 전압(V)과 모터(2) 코일의 타단 사이에 마련된 제3스위칭소자(T3)와, 접지와 모터 코일의 일단 사이에 마련된 제4스위칭소자(T4)와, 접지와 모터 코일의 타단 사이에 마련된 제2스위칭소자(T2)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM)를 입력 받고 이들 신호를 연산하여, 자동문 감속 주행시, 접지측에 연결된 상기 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)에는 로우(L) 신호를 출력하여 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)를 오프시킴과 동시에, 상기 모터 구동 전압(V)측에 연결된 제1스위칭소자(T1) 및 제2스위칭소자(T2)에는 상기 마이크로콘트롤러의 펄스폭변조(PWM)신호를 동시에 출력하여 펄스폭변조(PWM)된 모터 구동 전압(V)이 모터 코일의 양단에 동시에 인가되게 하는 논리회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러{CONTROLLER FOR AUTOMATIC DOOR OF ENHANSED SAFETY}

본 발명은 자동문 콘트롤러에 관한 것으로, 더 상세하게는 감속 주행(제동 주행)시 매우 짧은 구간에서 충격 없이 부드럽게 감속(제동) 제어하고, 물체와 인체와의 작은 접촉에도 신속하게 안전기능을 개시할 뿐만 아니라, 도어가 닫힌 대기 상태에서 적은 에너지 소모로 문의 유동을 방지할 수 있는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러에 관한 것이다.

직류(DC) 모터를 이용하여 여닫이 도어(sliding door)를 개폐하는 자동문 시스템이 널리 보급되어 있고, 관련된 기술이 다수의 특허문헌에 개시되어 있다.

한국등록특허 10-633017호에는 장애물을 감지하고, 자가 진단을 하고, 고장이력을 관리할 수 있는 철도차량의 자동문 제어 시스템이 개시되어 있다. 한국등록특허 10-633017호에 개시된 철도차량의 자동문 제어 시스템은 계전부, 모터드라이버, 측정부 등으로 구성된 모터구동모듈을 가지며, 문을 닫는 과정에 미리 설정된 전류치를 초과하는 모터전류가 흐르면 이를 장애물로 판단하여 문을 반전시키도록 구성되어 있다. 또한, 한국등록특허 10-633017호에 개시된 철도차량의 자동문 제어 시스템은 통신모듈에 의해 승무원 운전반과 통신할 수 있도록 구성되어 있다.

한국공개특허 1999-30604호에는 엘리베이터의 도어 제어 장치가 개시되어 있다. 이 도어 제어 장치는 엔코더의 출력펄스를 연산하여 카의 위치를 파악하고, 도어 열림 닫힘 동작시 전류검출부에서 검출된 도어 모터의 부하전류를 정상적인 부하전류치와 비교하여 과전류면 도어 역전 명령을 내려 안전기능을 수행한다.

한국공개특허 2002-71859호에는 모터구동식 자동문용 예측진단시스템을 갖는 경량 레일 차량이 개시되어 있다. 이 자동문용 예측진단시스템은, 모터전류, 모터전압, 문위치로부터 현재 에너지와 소모시간 값을 계산하고, 기존의 이력에너지와 시간소모값과 함께 에너지 및 시간소모값 세트를 만들어 자동문의 열화도를 판단하고, 고장시간까지의 추정시간을 생성하고, 보수필요성을 표시한다.

한국등록실용 20-402374호에는 직류전동기 제어 및 이를 이용한 자동문 제어장치를 개시하고 있다. 이 제어장치는 마이크로콘트롤러, PWM H-브리지, 엔코더, 논리회로부, 입력설정부 및 표시부 등으로 구성되고 장기 사용으로 인한 기계적 공차 및 감속기 공차를 줄이기 위해 PID제어프로그램을 사용한다고 기재하고 있지만, 구체적인 자동문 콘트롤러에 대한 기재는 없다.

한국등록특허 10-970594호에는 교정시설을 포함하는 공공시설의 자동문 개폐통제시스템이 개시되어 있다. 이 자동문 개폐통제시스템은 PWM으로 모터제어를 하고, 속도변환에는 가변저항을 사용하며, 브레이크(감속 또는 제동)에는 저항을 사용한다고 기재되어 있다. 또한 이 자동문 개폐통제시스템은 락/언락 상태 및 문의 닫힘/열림상태를 통합관리 서버에 전송하도록 구성되어 있다.

한국등록특허 10-676923호에는 자동문의 자동잠금 제어장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 자동문 콘트롤러에 의하면, 문이 닫힌 상태에서는 모터의 전원을 차단하고, 문을 수동으로 개방하려고 할 때만 잠금장치를 가동하게 함으로써 문이 닫힐 때마다 잠금장치를 잠금으로 발생하는 작동 소음, 마모, 오동작에 따른 유지 보수비 등의 문제를 해결하고 있다.

미국특허 4,563,625(등록일 : 1986. 1. 7)에는 초기 형태의 자동문 제어시스템이 개시되어 있고, 미국특허 4,831,509(등록일 : 1989. 5. 16), 미국특허 4,959,598호(등록일 : 1990. 9. 25), 미국 6,316,892호(등록일 : 2001. 11. 13), 미국특허 5,884,237(등록일 : 1999. 3. 16), 미국특허 5,831,403호(등록일 : 1998. 11. 3) 등에는 개선된 형태의 자동문 제어시스템이 개시되어 있다.

이들 종래 기술에 소개된 제어 방법에 의해 제어되는 자동문은 미국특허 5,831,403호 발명의 도 4에 기재되어 있는 바와 같이, 도어의 개폐과정에서, 도어가 닫힌 상태에서 사용자를 센서로 감지하거나 사용자가 키(열림 스위치, 시건장치 키 등)를 조작하면, 열림 방향으로 고속열림속도까지 가속하는 열림 방향 가속주행 -> 가속 후 일정한 속도를 유지하면서 문을 여는 열림 방향 고속주행 -> 열림 위치에 접근하면서 완충속도까지 감속하는 열림 방향 감속주행 -> 감속 후 저속으로 일정구간 열림 방향으로 진행하는 열림 방향 완충주행 -> 모터전원을 차단하고 일시 열린 상태를 유지하는 열림 유지 -> 도어가 열린 상태에서 닫힘 방향으로 고속닫힘속도까지 가속하는 닫힘 방향 가속주행 -> 가속 후 일정한 속도를 유지하면서 문을 닫는 닫힘 방향 고속주행 -> 닫힘 위치에 접근하면서 완충속도까지 감속하는 닫힘 방향 감속주행 -> 감속 후 저속으로 일정구간 닫힘 방향으로 진행하는 닫힘 방향 완충주행 -> 모터전원을 차단하고 전자기 록을 걸거나 록을 걸지 않은 상태로 닫힘 상태 유지하면서 열림 신호가 입력 되기를 대기하는 과정을 반복한다. 또한, 종래 개시된 대부분의 자동문은 열림시나 닫힘시 도어가 주행 중 사람이나 물체와 충돌하면 주행 방향을 반전하도록 제어된다.

그러나, 이러한 종래의 자동문 콘트롤러는, 특히 감속(제동)주행 제어 방법, 장애물 충돌시 안전기능 수행 제어 방법 및 도어가 닫힌 상태에서 닫힘 유지 제어 방법에 있어서, 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 종래 자동문 콘트롤러에 의한 감속(제동)주행 제어 방법의 문제점을 살펴본다.

자동문은 열림 방향 주행 또는 닫힘 방향 주행시 적어도 1회의 감속(제동)주행을 한다. 감속하지 않으면 도어가 문틀과 큰 충돌을 하기 때문이다. 종래 자동문은 감속 제어를 위하여 모터의 코일에 브레이크 저항(brake resistor)을 연결해 주거나, 주행 방향 전압을 차단하고 반대 방향의 브레이크 전압을 인가하는 방법을 사용하여 왔다. 그러나 모터의 코일에 브레이크 저항(brake resistor)을 연결해 주는 방법을 사용할 경우, 모터 전류의 순간 차단이 불가능하여 제동 시간 및 제동 거리가 길어지고 그 사이 사람이나 물체에 큰 충격을 주게 된다. 또한 주행 방향 전압을 차단하고 반대 방향의 브레이크 전압을 인가하는 방법을 사용할 경우, 순간적인 모터의 역회전과 정회전이 반복적으로 일어나, 제동 중에 도어에 떨림이 발생하고, 제동 거리가 길어질 뿐만 아니라, 제동 거리가 일정하지 않고 불규칙하게 된다. 또한, 이들 방법을 사용할 경우 제동 과정에서 많은 전력을 소모하게 된다. 제동 중에 도어가 떨림이 심하거나 제동 거리가 길어 질 경우, 열림 방향 고속 주행 구간이나 닫힘 방향 고속 주행 구간에서 주행 속도를 크게 할 수 없고, 제동 거리가 일정하지 않을 경우 닫힘 구간 뿐만 아니라 열림 구간에도 감속 후 완충주행 구간을 두어야 한다. 이것은 곧 자동문의 총 개폐 동작 소요 시간이 길어 짐을 의미할 뿐만 아니라, 자동문의 매 개폐시마다 불필요하게 많은 에너지를 소모함을 의미한다.

다음, 종래 자동문 콘트롤러에 의한 장애물 충돌시 안전기능 수행 제어 방법의 문제점을 살펴본다.

일반적으로 자동문 제어시스템은 열림 방향 주행 또는 닫힘 방향 주행 중 도어가 사람이나 물체에 충돌할 경우, 진행 방향을 반전시키는 안전기능을 수행한다. 종래의 자동문 제어시스템은 도어의 주행 제어 중 모터 구동 전류를 측정하여 모터 구동 전류가 설정치 이상으로 상승하면 이를 사람 또는 물건과 충돌한 것으로 판단하고 모터의 회전 방향을 반전시킨다. 주행 중의 도어가 사람 또는 물건과 접촉하거나, 도어와 문틀 사이에 사람 또는 물건이 낀 경우, 도어가 즉시 반전되지 않으면, 짧은 시간에도 사람 또는 물건에 큰 충격을 준다. 그러나, 이처럼 모터 구동 전류값을 측정하여 이를 기준으로 안전기능을 수행할 경우, 안전기능 수행이 사람이나 물체에 상당한 충격을 준 후에 개시되는 문제점이 있다. 도어가 진행 중 사람이나 물체와 접촉할 경우 문의 속도가 줄어들고, 문의 속도가 줄어들면, 모터의 회전속도가 줄어 들고, 문의 회전속도가 줄어 들면, 엔코더를 통해 입력되는 단위 시간당 펄스 수가 줄어들고, 자동문 제어시스템은 이를 보상하여 속도를 유지하기 위하여 모터에 가해지는 평균 전압을 상승시키고, 그 결과로 모터의 구동 전류가 상승하게 되는 데, 이 상승된 모터 구동 전류를 기준으로 안전기능을 개시하게 되면, 도어는 이미 사람이나 물체를 상당한 힘으로 충격한 후, 즉 모터 구동 전류가 상당한 수준으로 증가된 후에나 안전기능을 개시하는 결과가 된다. 따라서, 종래 자동문제어시스템에 의하여는 안전기능을 수행하여도 사람이나 물체에 가해지는 충격이 클 수밖에 없다.

마지막으로, 종래 자동문 콘트롤러에 의한 도어 닫힘 유지 제어 방법의 문제점을 살펴본다.

위에서 소개한 대부분의 특허문헌에는 도어가 닫힘 상태에서 출입자를 대기하는 동안, 모터 전원을 차단한다고 기재되어 있다. 도어가 닫혀 있는 상태에서 주행시와 같이 모터에 전원을 투입하면 에너지 소모가 지나치게 커지기 때문이다. 그러나, 도어가 닫힌 채로 모터 전원을 차단할 경우, 바람 등의 외력에 의하여 문이 개방될 수 있고, 아파트 공동 출입문과 같이 시건장치가 설치되어 제한된 출입자만 통행할 수 있는 자동문의 경우, 무단 침입자가 강제로 문을 열고 침입할 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 대부분의 자동문은 모터에 전자기 록(lock)을 설치하고 닫힌 상태에서는 전자기 록(lock)을 쇄정 상태로 전환하여 유지한다. 그러나, 모터의 전자기 록(lock)은 쇄정 상태에서 계속적으로 상당한 전력을 소모할 뿐만 아니라, 쇄정 및 해정 상태의 전환시마다 이음을 발생하고, 문 개방을 지연시키는 단점이 있다.

모터 구동식 자동문은 시간 도과에 따라, 바람 등 기후 조건, 문 통로 또는 문 트랙내의 이물질 존재, 부품 간의 통상적인 마찰, 문 하중 및 이동에 따른 스트레스, 문 개폐를 방해하는 장애물 등 여러 가지 원인에 의하여 자동문의 모터, 롤러, 레일, 감속기 등의 열화가 진행된다. 그러나, 현재 자동문은 열화를 판단할 적절한 기준이 마련되어 있지 않다. 따라서, 정기적으로 관리자가 계측기를 휴대하여 파워서플라이 출력 전압, 모터 전류, 문의 주행 상태 등을 점검하고, 부품을 주기적으로 교체한다. 그러나, 이 같은 정기적 유지보수 및 주기적 부품 교체는 불필요한 경우라도 상기 자동문 제어시스템과 그 부품들이 정비되고 교체 되어지는 결과를 초래하여, 높은 관리비용과 부품의 비효율적인 사용을 유발시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래 자동문의 제어 방법이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하려고 하는 제1과제는 열림 주행 종료 직전 감속주행할 때나, 닫힘 주행 종료 직전 감속주행할 때, 또는 주행중 장애물을 만나 안전기능을 수행할 때, 매우 짧은 구간에서 충격 없이 부드럽게 감속하도록 제어할 수 있는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려고 하는 제2과제는 열림 주행 또는 닫힘 주행 중, 물체나 인체와의 작은 접촉에도, 열림시 안전기능 또는 닫힘시 안전기능이 신속하게 개시될 수 있는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려고 하는 제3과제는 문이 닫힌 상태에서 최소한의 전력소모로 문의 유동을 방지하고, 열림 신호 입력시 즉시 부드럽게 도어를 개방할 수 있는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 제1과제는, 자동문 콘트롤러를 자동문의 개폐 제어에 필요한 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM) 신호를 출력하는 마이크로콘트롤러와, 상기 마이크로콘트롤러의 제어 신호를 받아 모터 코일 양단에 가해지는 모터 구동 전압을 스위칭 제어하는 모터드라이브를 포함하여 구성하되, 상기 모터드라이브는 모터 구동 전압과 모터 코일의 일단 사이에 마련된 제1스위칭소자와, 모터 구동 전압과 모터 코일의 타단 사이에 마련된 제3스위칭소자와, 접지와 모터 코일의 일단 사이에 마련된 제4스위칭소자와, 접지와 모터 코일의 타단 사이에 마련된 제2스위칭소자와, 상기 마이크로콘트롤러의 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM)를 입력 받고 이들 신호를 연산하여, 자동문 감속 주행시, 접지측에 연결된 상기 제4스위칭소자 및 제2스위칭소자에는 로우(L) 신호를 출력하여 제4스위칭소자 및 제2스위칭소자를 오프시킴과 동시에, 상기 모터 구동 전압측에 연결된 제1스위칭소자 및 제2스위칭소자에는 상기 마이크로콘트롤러의 펄스폭변조(PWM)신호를 동시에 출력하여 펄스폭변조(PWM)된 모터 구동 전압이 모터 코일의 양단에 동시에 인가되게 하는 논리회로를 포함하여 구성함으로써 해결된다.

상술한 본 발명의 제1과제는, 상기 마이크로콘트롤러에 정상 주행 및 안전기능 수행시 도어의 각 주행구간에 대응하는 목표속도와, 비례적분미분(PID) 제어를 위한 비례제어 게인값(Kp), 적분제어 게인값(Ki) 및 미분제어 게인값(Kd)을 미리 저장하고, 상기 마이크로콘트롤러는 모터의 엔코더에서 입력된 신호를 연산하여 얻은 도어 위치 및 도어 주행속도를 기초로, 펄스폭변조(PWM) 신호의 듀티비를 도어 주행속도 오차에 따라 비례적분미분(PID) 제어로 조정하여 출력함으로써 더 효과적으로 해결된다.

상술한 본 발명의 제2과제는 자동문 주행 제어 중에 허용되는 최대 펄스폭변조(PWM) 듀티비(MaxDRpwm)를 미리 저장하고, 열림 주행 또는 닫힘 주행 중 비례적분미분(PID) 제어로 조정할 펄스폭변조(PWM)신호의 듀티비(DRpwm)가 상기 허용 최대 펄스폭 듀티비((MaxDRpwm)를 초과할 경우, 정지속도를 목표속도로 하는 감속 주행을 한 후, 문의 주행 방향을 반전시킴으로써 해결된다.

상술한 본 발명이 제2과제는 도어가 닫힘 위치에 대기할 때, 상기 마이크로콘트롤러가 닫힘신호와 함께, 듀티비 10% 이내의 펄스폭변조(PWM)신호를 상기 모터드라이브에 출력하여 닫힌 상태에서 도어의 유동을 방지함으로써 해결된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 열림 주행 종료 직전 감속주행할 때나, 닫힘 주행 종료 직전 감속주행할 때, 또는 주행중 장애물을 만나 안전기능을 수행할 때, 매우 짧은 구간에서 충격 없이 부드럽게 감속하도록 제어할 수 있으므로, 열림 방향 또는 닫힘 방향의 고속주행구간을 넓히거나 고속 주행속도를 높일 수 있게 되어, 자동문의 전체 개폐 시간을 현저히 줄일 수 있고, 열림 주행시 별도로 완충 구간을 둘 필요가 없어 출입자가 나타났을 때 매우 신속하게 완전 열림 위치까지 문을 개방할 수 있으며, 마이크로콘트롤러에서 출력하는 PWM신호의 듀티비(DRpwm)를 도어의 주행 속도를 기준으로 PID제어하면서, 이 PWM신호의 듀티비를 기준으로 미리 설정된 허용 최대듀티비와 비교하여 안전기능을 수행하여 모터 구동 전류가 증가하기 전에 안전기능을 개시할 수 있으므로, 열림 주행 또는 닫힘 주행 중, 물체나 인체와의 작은 접촉에도, 열림시 안전기능 또는 닫힘시 안전기능이 신속하게 개시되는 효과가 있고, 문이 닫힌 상태에서 닫힘 방향의 미세한 PWM 모터구동전압에 의해 닫힘 방향의 힘을 가하므로, 닫힘 상태의 문 유동 방지에 소비되는 전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 콘트롤러에 의하여 제어되는 자동문의 문짝이 완전히 닫힌 상태를 도시한 자동문의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘트롤러에 의하여 제어되는 자동문의 문짝이 열리거나 닫히는 도중에 있는 상태를 도시한 자동문의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘트롤러에 의하여 제어되는 자동문의 문짝이 완전히 열린 상태를 도시한 자동문의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러에 대한 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 모터드라이브의 일 실시 예에 대한 구성도이다.
도 6는 본 발명에 따른 자동문의 정상주행시 구간별 주행 속도 및 이에 대응한 마이크로콘트롤러의 제어 신호 챠트이다.
도 7은 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 열림 도중 안전기능시 구간별 주행 속도 챠트이다.
도 8 및 도 9은 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 닫힘 도중 안전기능시 구간별 주행 속도 챠트이다.
도 10는 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 도어 속도에 대한 비례적분미분(PID) 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 열림시 안전기능 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 12은 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 닫힘시 안전기능 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 13는 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 노화 판단시 제어 방법에 대한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 자동문은 통상 상부 문틀에 마련된 직류(DC) 모터(1)의 구동에 의하여 개폐된다. 상기 모터(1)의 회전속도, 회전 방향 등은 콘트롤러(27)에 의하여 제어된다. 상기 모터(1)에는 펄스폭변조(PWM)된 구동 전압이 투입되며 이때 평균 모터 구동 전류 또는 모터 회전 속도는 펄스폭변조(PWM)된 구동 전압의 듀티비(duty ratio)에 비례한다. 모터 코일의 양단에 투입되는 구동 전압의 방향 또는 이에 따른 전류 방향에 따라 회전 방향이 바뀐다. 상기 모터(1)의 회전력은 감속기(3)에서 감속되면서 토크가 증가된 회전력으로 바뀌고, 토크가 증가된 회전력은 구동풀리(5)에 전달된다. 구동풀리(5)와 일정한 간격을 두고 종동풀리(7)가 마련되고, 구동풀리(5)와 종동풀리(7)에는 이들을 연결하는 벨트(9)가 체결되어 구동풀리(5)의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾼다. 도 1 내지 도 3에는 세로 문틀(15a, 15b) 내에 2개의 도어(17a, 17b)가 1조를 이루어 설치된 일반적인 아파트 출입문을 예시적으로 나타낸 것이다. 이와 같이, 2개의 도어가 아파트 등의 좁은 출입구에 설치되는 경우, 그 중 하나의 도어(17a)는 미닫이 방식으로 개폐되고 다른 도어(17b)는 고정되나, 2개의 도어가 빌딩 등의 넓은 출입구에 설치되는 경우 2개의 도어가 반대 방향으로 동시에 움직이면서 개폐된다. 도 1 내지 도 3에는 1개의 도어만 가동되는 경우를 예시적으로 도시한 것이다. 상기 벨트(9)에는 브라켓(11) 및 행거(13a)에 의하여 가동 도어(17a)가 고정되어 모터의 회전 방향에 따라 개방 또는 폐쇄된다. 2개의 도어(17a, 17b) 모두가 가동되어야 하는 경우에는, 구동풀리(5)와 종동풀리(7)의 간격을 넓히고, 벨트의 길이도 이에 상응하여 늘린 후, 2개의 도어 가운데 하나의 도어는 벨트(9)의 하부 직진 부분에, 다른 도어는 벨트(9)의 상부 직진 부분에 고정한다. 이하에서는 편의상 도어 하나만이 가동되는 경우만을 예시적으로 설명하지만, 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러은 도어 2개가 모두 가동되는 경우에나, 도어 1개만 설치되는 경우에도 그대로 적용된다. 상기 행거(13a, 13b)에는 레일(25)을 원활하게 진행할 수 있도록 롤러(23)를 구비할 수 있다. 상기 모터(1)의 회전축의 구동풀리(5)측 선단에는 감속기(3)가 연결되고, 그 반대편 말단에는, 모터의 회전수 및 회전방향을 식별할 수 있는 펄스 신호를 생성하여 출력하는 엔코더(21)가 설치된다. 문이 열림 또는 닫힘 위치에 있을 때의 엔코더 값과, 현재의 엔코더 값과, 감속기의 감속비와, 구동풀리의 지름 등을 이용하면, 현재의 도어 위치를 간단하게 연산할 수 있다. 상기 모터의 회전축에는 회전축의 회전이 불가능하도록 록킹(locking)할 수 있는 전자석 록(19)이 마련될 수 있다.

사용자의 출입이 없을 경우 도어(17a)는 도 1에 도시된 바와 같이 닫혀 있다가, 사용자의 접근에 의하여 적외선 센서가 상기 콘트롤러(27)에 열림 신호를 입력하거나 또는 사용자가 키(열림 스위치, 번호키 또는 카드키 등)를 조작하여 상기 콘트롤러(27)에 열림 신호를 입력하면, 도어(17a)는 상기 콘트롤러(17)의 구동에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 자동으로 열리기 시작한 후, 도 3에 도시된 위치까지 열렸다가 잠시 대기한 후 도 1에 도시된 위치로 복귀하여 닫힌다. 도 3에 도시된 바와 같이, 완전히 열린 상태에서 스톱퍼(27)는 도어의 열림 방향 이동을 제한한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 콘트롤러(27)는 중앙제어장치(cpu), 메모리(memory), 롬(rom), I/O포트, 통신 포트 등을 모두 하나의 칩에 구비한 마이크로콘트롤러(29)와 모터드라이브(35)에 의하여 구현될 수 있다. 상용전원(220V)의 교류를 파워서플라이(33)에서 정류하여 모터를 구동할 수 있는 직류 전압(V)을 얻고, 직류 전압(V)의 모터 투입을 상기 마이크로콘트롤러(29) 및 상기 모터드라이브(35)에 의하여 제어하여, 도어 개방 및 폐쇄를 하는 것이다. 상기 콘트롤러(27)는 상기 마이크로콘트롤러(39)의 기동을 위하여, 사용자의 접근시나 사용자가 눌렀을 때 이를 감지하여 상기 마이크로콘트롤러(39)에 열림 신호를 입력하는 문 열림 신호 입력 장치(45)를 구비한다. 상기 문 열림 신호 입력 장치(45)는 상술한 바와 같이 사용자 조작 키(열림 스위치, 번호 키 또는 카드 키) 또는 적외선 센서(45)를 포함한다. 또한, 상기 콘트롤러(37)는 모터 록(lock)(19)의 해정 및 쇄정에 필요한 전류 공급 및 차단을 위하여 록드라이브(37)를 구비하고 록드라이브(37)는 상기 마이크로콘트롤러(29)가 온/오프 신호로 제어할 수 있게 한다. 또한, 상기 콘트롤러(27)는 상기 모터(1)에 구비된 엔코더(21)의 아날로그 출력값을 디지털 값으로 변환하여 상기 마이크로콘트롤러(29)에 출력할 수 있는 아날로그디지털컨버터(ADC)(39)를 구비한다. 또한, 상기 콘트롤러(27)는 인터넷을 통하여 원격의 자동문 관리자 서버에 자동문의 보안 또는 관리에 필요한 정보를 전송할 수 있는 이더넷(41)을 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 마이크로콘트롤러(29)에는 자동문의 왕복회수, 열화진행정도, 고장 여부, 록킹상태, 열림 닫힘 상태 등을 외부에 표시할 수 있는 디스플레이(47) 또는 스피커(49)가 더 연결될 수 있다. 또한, 상기 마이크로콘트롤러(29)에는 문 관리자가 문 설치시, 완전 닫힘 상태에서 자동 록(lock) 기능 사용여부, 닫힘시 완충속도, 표준주행속도 등을 설정할 수 있는 딥스위치(31)를 구비할 수 있다. 또한, 파워서플라이(33)와 모터드라이브(35) 사이에는 과전류보호회로(51)를 더 구비할 수 있다.

상기 마이크로콘트롤러(29)는 상기 모터드라이브(35)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력할 수 있는 PWM 신호 포트(A)를 갖는다. 또한, 상기 마이크로콘트롤러(29)는 상기 모터드라이브(35)에 열림 방향 신호 및 닫힘 방향 신호를 출력할 수 있는 열림 신호포트(B) 및 닫힘신호포트(C)를 갖는다.

후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 특징 중 하나는 짧고 부드러운 제동 주행 제어를 하는 데 있다. 이러한 본 발명의 특징적인 제동 주행 제어를 위하여 본 발명은 종래와 다른 구성의 모터드라이브(35)를 제안한다. 상기 모터드라이브(5)는 모터 구동 전압(V)과 모터(1) 코일의 일단 사이에 마련된 제1스위칭소자(T1)와, 모터 구동 전압(V)과 모터(2) 코일의 타단 사이에 마련된 제3스위칭소자(T3)와, 접지와 모터 코일의 일단 사이에 마련된 제4스위칭소자(T4)와, 접지와 모터 코일의 타단 사이에 마련된 제2스위칭소자(T2)와, 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호포트의 출력신호, 닫힘신호포트의 출력신호 및 펄스폭변조신호를 연산하여, 접지측에 연결된 상기 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)에는 로우(L) 신호를 출력하여 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)를 오프시킴과 동시에, 상기 모터 구동 전압(V)측에 연결된 제1스위칭소자(T1) 및 제2스위칭소자(T2)에는 상기 마이크로콘트롤러의 펄스폭변조(PWM)신호를 동시에 출력하여 펄스폭변조(PWM)된 모터 구동 전압(V)이 모터 코일의 양단에 동시에 인가되게 할 수 있는 논리회로를 포함하여 구성된다.

그 구체적인 구성이 도 5에 도시되어 있다. 도 5를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 모터드라이브(35)는 공지의 H-브릿지 스위칭 회로에 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러이 적용될 수 있는 논리 회로를 결합한 것이다. 공지의 H-브릿지 스위칭 회로는 모터 구동 전압(V)이 직접 인가되는 스위칭소자 2개(T1 및 T3)를 병렬 연결하킨 전원 측 스위칭소자(T1 및 T3)와, 접지와 연결되는 스위칭소자 2개(T2 및 T4)를 병렬 연결한 접지측 스위칭소자(T2 및 T4) 사이를 브릿지 상하에 배치하고, 브릿지에 모터(1)를 결합 한 것으로, 브릿지를 중심으로 대각선에 배치되는 스위칭소자 2개씩(T1 및 T2, 또는 T3 및 T4)을 동시에 온(ON)시킴으로써 정방향(도어 열림 방향) 또는 역방향(도어 닫힘 방향)의 전류를 모터에 흘린 수 있는 회로이다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 도 5에 도시된 실시 예에서는 제2스위칭소자(T2)와 제4스위칭소자(T4)는 열림 방향의 모터 구동에 제1스위칭소자(T1) 및 제3스위칭소자(T3)는 닫힘 방향의 모터 구동에 사용된다. 도 5에는 스위칭소자로 트랜지스터(Transistor)(T1, T2, T3, T4)를 사용하였지만, FET(전계효과트랜지스터) 등의 균등한 기능을 하는 스윙치 소자로 치환할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 H-브릿지 스위칭 회로에 결합되는 본 발명에 따른 논리 회로는 상기 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)와 열림신호포트(B)로부터 출력 신호를 입력받아 오어(OR) 연산하는 제1오어게이트(OR-Gate)(OG1)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)와 닫힘신호포트(C)로부터 신호를 입력받아 오어(OR) 연산하는 제2오어게이트(OR-Gate)(OG2)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호포트(B)와 상기 제1오어게이트(OG1)의 출력 신호를 입력 받아 앤드(AND) 연산하여 상기 H-브릿지 스위칭 회로의 제4스위칭소자(T4)의 게이트에 출력하는 제1앤드게이트(AND-Gate)(AG1)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호포트(B)의 반전신호와 상기 제1오어게이트(OG1)의 출력신호를 입력받아 앤드(AND) 연산하여 상기 H-브릿지 스위칭 회로의 제1스위칭소자(T1)의 게이트에 출력하는 제2앤드게이트(AND-Gate)(AG2)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 닫힘신호포트(C)의 반전신호와 상기 제2오어게이트(OG2)의 출력신호를 입력받아 앤드(AND) 연산하여 상기 H-브릿지 스위칭 회로의 제3스위칭소자(T3)의 게이트에 출력하는 제3앤드게이트(AND-Gate)(AG3)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 닫힘신호포트(C)와 상기 제2오어게이트(OG2)의 출력 신호를 입력 받아 앤드(AND) 연산하여 상기 H-브릿지 스위칭 회로의 제2스위칭소자(T2)의 게이트에 출력하는 제4앤드게이트(AND-Gate)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 모터드라이브(35)는 마이크로콘트롤러의 PWM신호포트(A), 열림신호포트(B) 및 닫힘신호포트(C)에서 어떤 신호가 입력되느냐에 따라 모터(1)에 가해지는 구동 전압 및 이에 따른 구동 전류는 다음과 같이 다르게 나타난다.

우선, 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)에서 펄스폭변조(PWM) 신호가 출력되면서, 동시에 열림신호포트(B)가 하이(H) 신호를 출력하고, 닫힘신호포트(C)가 로우(L) 신호를 출력하면, 제1오어게이트(OG1)의 출력 신호는 하이(H)가 되고, 제1앤드게이트(AG1)의 출력 신호는 하이(H)가 되고, 제2앤드게이트(AN2)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제2오어게이트(OG2)의 출력 신호는 제2오어게이트(OG2)에 입력된 PWM 신호와 동일한 신호가 되고, 제3앤드게이트(AG3)의 출력 신호는 제2오어게이트(OG2)의 출력신호와 동일한 신호(PWM 신호)가 되고, 제4앤드게이트(AG4)의 출력 신호는 로우(L)가 된다. 따라서, 스위칭소자 T1과, T2는 오프(off) 되고, 스위칭소자 T4는 온(on) 되고, 스위칭소자 T3에는 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 펄스폭변조(PWM) 신호가 입력되어 스위칭소자 T3가 펄스폭변조신호(PWM)의 하이(H) 구간에서는 온(on)되고 로우(L) 구간에서는 오프(off) 되는 동작을 펄스 주기로 반복한다. 따라서, 모터에는 모터 구동 전압(V)이 스위칭소자 T3를 통해 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 펄스폭변조(PWM) 신호에 따라 가해지고, 모터 구동 전류는 스위칭소자 T3->모터(1)->스위칭소자 T4 순으로 흐르게 된다. 이 방향의 전류가 흐를 때 도어가 열리도록 결합 된다면 상기 마이크로콘트롤러(29)는 PWM신호포트(A)에서 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하고, 동시에 열림신호포트(B)가 하이(H) 신호를 출력하고, 닫힘신호포트(C)가 로우(L) 신호를 출력하여 도어를 열 수 있는 것이다.

다음, 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)에서 펄스폭변조(PWM) 신호가 출력되면서, 동시에 열림신호포트(B)가 로우(L) 신호를 출력하고, 닫힘신호포트(C)가 하이(H) 신호를 출력하면, 제1오어게이트(OG1)의 출력 신호는 제1오어게이트(OG1)에 입력된 PWM 신호와 동일한 신호가 되고, 제1앤드게이트(AG1)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제2앤드게이트(AG2)의 출력 신호는 제1오어게이트(OG1)의 출력신호와 동일한 신호(PWM 신호)가 되고, 제2오어게이트(OG2)의 출력 신호는 하이(H)가 되고, 제3앤드게이트(AN3)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제4앤드게이트(AG3)의 출력 신호는 하이(H)가 되고, 따라서, 스위칭소자 T3과, T4는 오프(off) 되고, 스위칭소자 T2는 온(on) 되고, 스위칭소자 T1에는 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 펄스폭변조(PWM) 신호가 입력되어 스위칭소자 T1이 펄스폭변조신호(PWM)의 하이(H) 구간에서는 온(on)되고 로우(L) 구간에서는 오프(off) 되는 동작을 펄스 주기로 반복한다. 따라서, 모터에는 모터 구동 전압(V)이 스위칭소자 T1를 통해 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 펄스폭변조(PWM) 신호에 따라 가해지고, 모터 구동 전류는 스위칭소자 T1->모터(1)->스위칭소자 T2순으로 흐르게 된다. 이 방향의 전류가 흐를 때 도어가 닫히도록 결합 된다면 상기 마이크로콘트롤러(29)는 PWM신호포트(A)에서 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하고, 동시에 열림신호포트(B)가 하이(L) 신호를 출력하고, 닫힘신호포트(C)가 로우(H) 신호를 출력하여 도어를 닫을 수 있는 것이다.

본 발명의 특징 중 하나인 감속(제동) 운행 제어시에는, 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)를 통해 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하면서, 동시에 열림신호포트(B)와 닫힘신호포트(C)에서 로우(L) 신호를 출력한다. 이때, 제1오어게이트(OG1) 및 제2오어게이트(OG1)의 출력 신호는 PWM신호포트(A)에서 출력되는 PWM 신호와 동일한 신호가 되고, 제1앤드게이트(AG1)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제2앤드게이트(AG2)의 출력 신호는 제1오어게이트(OG1)의 출력신호와 동일한 신호(PWM 신호)가 되고, 제3앤드게이트(AN3)의 출력 신호는 제2오어게이트(OG2)의 출력신호와 동일한 신호(PWM 신호)가 되고, 제4앤드게이트(AG3)의 출력 신호는 로우(L)가 된다. 따라서, 스위칭소자 T2과, T4는 오프(off) 되고, 스위칭소자 T1 및 T3에는 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 펄스폭변조(PWM) 신호가 동시에 같은 위상으로 입력되어 스위칭소자 T1 및 T2가 펄스폭변조신호(PWM)의 하이(H) 구간에서는 온(on)되고 로우(L) 구간에서는 오프(off) 되는 동작을 펄스 주기로 반복한다. 이를 통해 모터(1) 양단에는 동일 크기의 구동 전압(V)이 마이크로콘트롤러(29)에 의하여 펄스폭변조(PWM)되면서 가해졌다 끓어지는 조작이 반복된다. 모터(1) 양단에 동일한 구동 전압이 순간적으로 가해질 경우, 회전하던 모터는 순간적으로 멈추고, 다시 구동 전압이 순간적으로 차단될 경우, 관성에 의하여 원래 방향으로 회전을 계속하지만, 이때는 역기전력이 흘러 원래 방향의 회전이 감속된다. 본 발명의 감속(제동) 운행 제어는 이러한 물리적 특성을 이용하여 모터 감속(제어)을 짧은 구간에서 부드럽게 감속(제동) 제어하는 것이다.

마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)에서 펄스폭변조(PWM) 신호가 출력되면서, 동시에 열림신호포트(B)가 하이(H) 신호를 출력하고, 닫힘신호포트(C)도 하이(H) 신호를 출력하면, 제1오어게이트(OG1)의 출력 신호는 제1오어게이트(OG1)에 입력된 PWM 신호와 상관없이 하이(H)가 되고, 제1앤드게이트(AG1)의 출력 신호는 하이(H)가 되고, 제2앤드게이트(AG2)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제2오어게이트(OG2)의 출력 신호는 제2오어게이트(OG2)에 입력되는 PWM 신호와 상관없이 하이(H)가 되고, 제3앤드게이트(AN3)의 출력 신호는 로우(L)가 되고, 제4앤드게이트(AG3)의 출력 신호는 하이(H)가 된다. 따라서, 스위칭소자 T1과 T3는 오프(off) 되고, 스위칭소자 T2와 T4는 온(on) 되어 모터 코일 양단은 접지되고, 모터에는 모터 구동 전압이 인가되지 않는다.

또한, 모터(1)의 구동전류에 비례하는 모터(1)의 회전속도는 마이크로콘트롤러(29)에서 PWM신호포트(A)를 통하여 모터드라이브(35)에 출력하는 펄스폭 또는 펄스폭의 듀티비(duty ratio)를 늘리거나 줄임으로써 용이하게 바꿀 수 있다.

이러한 구성을 갖는 자동문은 도 6 내지 도 14에 도시된 본 발명의 자동문 제어 방법에 의하여 제어된다.

도 6는 본 발명에 따른 자동문의 정상주행시 구간별 주행 속도 및 이에 대응한 마이크로콘트롤러의 제어 신호 챠트이고, 도 7은 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 열림 도중 안전기능시 구간별 주행 속도 챠트이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 닫힘 도중 안전기능시 구간별 주행 속도 챠트이고, 도 10은 열림 주행 및 닫힘 주행시 도어 속도에 대한 PID 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.

우선, 도 10를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 마이크로콘트롤러(29)에서 엔코더(21) 신호를 연산하여 얻은 도어 위치 및 도어 속도를 기초로, 모터드라이버(35)에 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 비례적분미분(PID) 제어하여 도어의 주행을 제어한다. 이를 위해 상기 마이크로콘트롤러(29)에는 정상 주행 및 안전기능 수행시 도어의 각 주행구간에 대응하는 목표속도가 미리 저장된다. 또한, 상기 마이크로콘트롤러(29)에는 PID 제어를 위하여 비례제어 게인값(Kp), 적분제어 게인값(Ki) 및 미분제어 게인값(Kd)이 미리 저장된다. 마이크로콘트롤러(29)에 의한 PID 주행 제어(100)는 도어가 닫혀 있는 상태에서 열림 신호 입력 수단(45)으로부터 열림 신호가 입력되면 개시되어, 도어가 다시 닫힘 위치로 복귀할 때까지 진행된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로콘트롤러(29)에 의한 PID 주행 제어(100)는 도어 위치 및 도어 위치에 대응하는 목표속도를 확인하는 단계(101)와, 엔코더 입력값으로부터 현재의 주행속도를 연산하는 단계(102)와, 현재 주행구간에서의 목표속도와 현재 주행속도의 오차를 연산하는 단계(103)와, 103단계에서 구한 속도 오차와 미리 저장된 비례제어 게인값(Kp), 적분제어 게인값(Ki) 및 미분제어 게인값(Kd)을 이용하여 속도 비례 제어값, 속도 적분 제어값, 속도 미분 제어값을 연산하는 단계(104)와, 이들 속도 비례 제어값, 속도 적분 제어값, 속도 미분 제어값을 합산하여 속도 PID제어값을 산출하는 단계(105)와, 105단계에서 구한 PID제어값을 이용하여 마이크로콘트롤러(29)에서 모터드라이브(35)에 출력할 PWM 듀티비를 연산하는 단계(106)와, 연산된 PWM 듀티비에 따라 모터드라이브(35)에 PWM 듀티비를 변경하여 출력하는 단계(107)를 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 닫힘 상태에서, 도어는 정지속도(v0)에 있고, 도어가 열리기 시작하면 최초에는 d0 지점과 d1 지점 사이에서 열림 방향 가속 주행을 하게 된다. 이때 PID 주행 제어(100)의 목표속도는 고속열림속도(v1)이다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 이 구간에서 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 출력은 펄스폭이 PID 제어 결과에 상응하여 최초에 대폭 증가하였다가 점점 줄어든다. 또한, 이 구간이 시작되면서 마이크로콘트롤러(29)의 방향신호포트 중 열림신호포트(B)는 로우(L) 상태에서 하이(L) 상태로 전환되고, 닫힘신호포트(C)는 하이(H) 상태에서 로우(L) 상태로 전환되어, 열림 방향 감속 주행이 시작되는 d2지점까지 그대로 유지된다. 도어의 주행속도가 고속열림속도(v1)에 도달한 후에도, 고속열림속도 도달 지점(d1)부터 d2 지점까지 고속열림속도(v1)를 일정하게 유지하기 위하여 고속열림속도(v1)를 목표속도로 하는 PID 주행 제어를 계속한다.

감속(제동) 개시 시점인 d2 지점에 도달하면, PID 주행 제어(100)의 목표속도를 정지속도(v0)로 바꿔 PID 주행 제어를 계속하면서, 마이크로콘트롤러(29)의 방향신호 포트 중 열림신호포트(B)는 하이(H) 상태에서 하이(L) 상태로 전환하고, 닫힘신호포트(C)는 로우(H)를 계속 유지하여, 모터(1)의 양단에 PID 제어된 펄스폭변조(PWM)된 모터 구동 전압이 인가되게 한다.

본 발명에 따른 자동문 콘트롤러의 특징 중 하나는, 이와 같이 감속(제동) 주행할 때, 마이크로콘트롤러(29)가 PID제어의 목표 속도를 최종 감속 속도(열림 주행시에는 열림 위치의 속도인 정지속도)로 하여 PWM 출력 신호의 펄스폭을 PID제어 하면서, 마이크롤콘트롤러(29)의 방향신호 포트를 모두를 로우(L) 상태로 전환하여 모터드라이브(35)가 모터(1)에 구동 전압을 양 방향에서 동시에 인가하도록 제어하는 데 있다. 이렇게 제어하면, 모터 코일의 양단에는 최종 감속 속도를 목표로 PID 제어된 모터 구동 전압이 양 방향에서 동시에 가해진다. 즉, 본 발명은 마이크로콘트롤러(29)가 모터드라이브(35)에 출력하는 PWM 듀티비를 비례적분미분(PID) 제어하여, 모터드라이브(35)가 모터(1) 양단에 PID 제어에 따라 펄스폭이 변조된 모터 구동 전압을 동시에 인가하게 하여 감속(제동)하는 데 특징이 있는 것이다. 그 결과 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로콘트롤러(1)의 PWM포트(A) 출력 신호는 펄스폭이 점차 줄어 들게 되고, 여기에 상응하는 모터 구동 전압이 모터(1)의 양단에 동시에 인가되는 것이다. 이때 모터 코일의 양단에는 PID제어 되는 PWM 전압이 항상 동일한 크기로 양방향에 동시에 걸리게 되어 코일의 양단을 붙였다 뗐다 하면서 PID제어하는 것과 같은 효과를 가져 온다. 모터의 코일에 브레이크 저항(brake resistor)을 연결해 주는 방법을 사용할 경우, 모터 전류의 순간 차단이 불가능하여 제동 시간 및 제동 거리가 길어지고 그 사이 사람이나 물체에 큰 충격을 주게 되고, 주행 방향 전압을 차단하고 반대 방향의 브레이크 전압을 인가하는 방법을 사용할 경우, 순간적인 모터의 역회전과 정회전이 반복적으로 일어나, 제동 중에 도어에 떨림이 발생하고, 제동 거리가 길어질 뿐만 아니라, 제동 거리가 일정하지 않고 불규칙하게 되지만, 본 발명과 같이 감속 제어를 할 경우, 모터 구동 전압의 펄스폭을 PID제어로 점차 줄여 가면서, 역기전력은 주행 방향(d2 - d3 구간에서는 열림방향)의 구동전압 펄스에 의하여 상쇄하고, 관성은 반대 방향(d2 - d3 구간에서는 닫힘방향)의 구동전압 펄스 및 이로 인한 전류로 의하여 상쇄하면서, 매우 짧은 구간에서 충격 없이 부드럽게 감속하게 되는 것이다. 이러한 감속(제동) 주행은 열림 주행 종료 직전 감속 주행할 때뿐만 아니라, 닫힘 주행 종료 직전 1차 감속 주행할 때(도 6의 d10 지점에서 d7 지점 사이), 또는 주행중 장애물을 만나 안전기능을 수행할 때(도 7의 d11 지점에서 d12 지점 사이 및 도 8의 d9 지점에서 d8 지점 사이)도 동일하게 이루어진다. 특히, 안전기능 수행을 위하여 갑자기 제동하는 경우에는 매우 짧은 구간에서 제동하여야 하고, 제동 중 사람이나 물건에 충격을 주지말아야 하기 때문에 더욱 이러한 감속(제동) 제어가 필요하다. 감속 구간(제동 구간)이 짧고 부드럽고 충격 없이 이루어질 경우, 열림 방향 또는 닫힘 방향의 고속주행구간을 넓히거나 고속 주행속도를 높일 수 있게 되어, 자동문의 전체 개폐 시간을 현저히 줄일 수 있게 된다. 또한, 감속 구간(제동 구간)이 짧고 부드럽고 충격 없이 이루어질 경우, 종래 자동문과 달리 열림 주행시 별도로 완충 구간을 둘 필요가 없어 출입자가 나타났을 때 매우 신속하게 완전 열림 위치까지 문을 개방할 수 있게 된다.

다시 도 6를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 도어는 d3 지점까지 열려 이 지점(d3)에서 일시 정지한 후, 이 지점(d3)에서 d4 지점 사이까지 닫힘 방향 가속 주행을 하게 된다. 도어가 d3 지점에서 일시 정지하는 동안 마이크로프로세서(29)의 열림신호포트(B)와 닫힘신호포트(C)는 모두 일시 하이(H) 상태가 유지되어 모터의 구동 전압이 차단된다. 닫힘 방향 가속 주행을 시작하면, PID 주행 제어(100)의 목표속도는 고속닫힘속도(v2)로 바뀐다. 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 이 구간에서 마이크로콘트롤러(29)의 PWM신호포트(A)의 출력은 펄스폭이 PID 제어 결과에 상응하여 최초에 대폭 증가하였다가 점점 줄어든다. 또한, 이 구간이 시작되면서 마이크로콘트롤러(29)의 방향신호 포트 중 열림신호포트(B)는 로우(L) 상태로 전환되고, 닫힘신호포트(C)는 하이(H) 상태를 유지하여, 닫힘 방향 1차 감속 주행이 시작되는 d10지점까지 유지된다. 도어의 주행속도가 고속닫힘속도(v2)에 도달하면, 그 지점부터 d10 지점까지 고속닫힘속도(v2)를 그대로 유지하도록 PID 주행 제어를 계속한다. d10 지점에 도달하면, PID 주행 제어(100)의 목표속도를 저속닫힘속도(v3)로 바꿔 PID 주행 제어를 계속하면서, 마이크로콘트롤러(29)의 방향신호 포트 중 열림신호포트(B)를 로우(L) 상태로 유지하고, 닫힘신호포트(C)도 로우(L) 상태로 전환하여, 도어가 상술한 감속 주행 방법을 따르면서 저속닫힘속도(v3)에 도달하게 한다. 도어의 속도가 저속닫힘속도(v3)에 도달하면, 마이크로콘트롤러(29)의 방향신호 포트 중 열림신호포트(B)는 로우(L) 상태를 유지하고, 닫힘신호포트(C)는 하이(H) 상태로 전환하여, 저속닫힘속도(v3)를 목표속도로 완충주행 개시 지점인 d5 지점까지 저속 주행한다. 저속 주행으로 도어가 d5 지점에 이르면, PID 주행 제어의 목표속도를 완충속도(v5)로 변경하여 닫힘 방향 2차 감속 주행을 한다. 이때에는 저속 주행 중의 감속이기 때문에 열림 방향 감속 주행시나 닫힘 방향 1차 감속 주행시와 달리, 모터(1) 양단에 반대 방향의 모터 구동 전압을 동시에 인가하는 감속 주행은 하지 않는다. 도어의 주행 속도가 완충속도(v5)에 도달하면 그 속도를 목표속도로 계속 유지하면서 PID 주행 제어로 닫힘 위치까지 주행하여 멈춘다.

본 발명의 다른 특징은 이 닫힘 위치에서 닫힘 방향 도어 유동 방지 제어에 있다.

도 5의 (b) 및 (c)를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 상기 마이크로콘트롤러(29)는 도어가 완전히 닫힘 위치에 도달하면, PID 주행 제어를 중지하고, 방향신호 포트 중 닫힘신호포트(C)를 계속 하이(H) 상태로 출력하면서(이때 열림신호포트 신호는 로우), PWM신호포트(A)를 통해 듀티비 0.1배(10%) 이내의 매우 협소한 펄스폭 신호를 계속 출력하여, 도어에 계속적으로 닫힘 방향의 힘이 작용하게 한다. 이를 통해 도어가 닫힌 상태에서 모터 록(lock)를 별도로 구동할 필요가 없게 되며, 모터 록(lock) 구동시 소모되는 전력보다 훨씬 적은 전력으로 도어의 유동을 방지할 수 있게 된다. 본 발명은 닫힘 방향의 PWM전류를 매우 미세하게 흘려 줌으로써, 전자석을 이용하는 모터 록(lock)에 전류를 흘려주지 않고도 도어 유동을 방지할 수 있고 이를 통해 도어가 닫힘 상태에 있을 때 전자기 모터 록을 이용하는 경우보다 에너지를 절감할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 따른 자동문 콘트롤러의 또 다른 특징은 열림시 안전기능 또는 닫힘시 안전기능이 물체나 인체와의 작은 접촉에도 신속하게 개시되는 데 있다. 도어가 닫힐 때는 도어를 통과하는 사람이나 물건이 도어에 충돌할 수 있고, 도어가 열릴 때는 문틀과 도어 뒷면 사이에 사람이나 및 물건이 낄 수 있다. 본 발명에 의하면 PID 제어를 통하여 모터(1)는 목표 속도에 도달하기 위하여 PWM 듀티비(DRpwm)를 조정하며, 이 과정에서 조정된 PWM 듀티비가 미리 지정되어 저장된 허용최대 PWM 듀티비(MaxDRpwm) 보다 크게 되면, 다음과 같이 안전 기능을 수행한다.

우선, 도 7 및 도 11을 참조하여 열림시 안전기능 제어 방법을 설명한다. 열림시 안전기능을 위하여 상기 마이크로콘트롤러(29)에는 PID 주행 제어시 허용되는 출력 PWM 신호의 듀티비에 대한 최대치가 설정되어 저장된다. 본 발명에 의하면, 마이크로콘트롤러(29)가 도어의 주행 속도를 제어 대상으로 하여 PID 제어로 마이크로콘트롤러(29)의 PWM포트(A)에 출력하는 PWM신호의 듀티비를 변경하는 제어를 하는데, 이때, 마이크로콘트롤러(29)가 출력할 수 있는 PWM신호의 듀티비의 허용 최대치를 미리 마이크로콘트롤러에 저장하여 허용최대 PWM 듀티비(MaxDRpwm)를 기준으로 안전기능을 수행하는 것이다.

도 7 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열림시 안전기능 제어 방법은, 마이크로콘트롤러(29)에 의해 상술한 바와 같이 주행 속도를 제어 대상으로 하는 PID 주행 제어로 열림 동작을 수행하는 단계(201)와, 속도 PID 제어값으로부터 연산한 PWM 듀티비(DRpwm)와 마이크로콘트롤러(29)에 저장된 허용최대 PWM 듀티비(MaxDRpwm)을 비교하는 단계(202)와, 현재 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 크면 현재 도어의 위치가 닫힘 위치인지를 판단하는 단계(204)와, 현재 도어 위치가 닫힘 위치가 아니면 현재 도어의 위치가 열림 위치인지를 판단하는 단계(206)와, 현재 도어 위치가 열림 위치가 아니면, PID 주행 제어 목표속도를 정지속도(v0)로 바꾸고 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호포트(B)를 하이(H)으로 유지하면서 닫힘신호포트(C)를 하이(H)으로 전환하여 제동 주행하는 단계(206)와, 도어 속도가 정지 속도(v0)에 도달하면 열림신호포트(B)를 로우(L)로 전환하여 닫힘 방향 주행을 수행하는 단계(206)를 포함한다. 상기 202단계에서 현재 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 크지 않으면, 도어 위치가 열림 위치에 있는지 여부를 판단하여(203), 도어 위치가 열림 위치에 있지 않으면 PID 주행 제어로 열림 주행을 계속하고(201), 도어 위치가 열림 위치에 있으면 모터(1)를 일시 정지한 후 PID 주행 제어로 닫힘 주행을 한다(209). 상기 204단계에서 도어 위치가 닫힘 위치에 있으면 PID 주행 제어로 열림 주행을 계속한다(201). 상기 205 단계에서 도어 위치가 열림 위치에 있으면 모터를 일시 정지한 후 PID 주행 제어로 닫힘 주행을 한다(209). PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 큰 경우에 있어서도, 엔코더 입력값으로 판단한 도어의 위치가 닫힘 또는 열림 위치에 있다면, 정상적인 담힘 또는 열림 동작이므로 안전기능을 수행하지 않는 것이다.

다음, 도 8 및 도 12를 참조하여 닫힘시 안전기능 제어 방법을 설명한다.

도 8 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 닫힘시 안전기능 제어 방법은, 마이크로콘트롤러(29)에 의해 상술한 바와 같이 주행 속도를 제어 대상으로 하는 PID 주행 제어로 닫힘 동작을 수행하는 단계(301)와, 속도 PID 제어값으로부터 연산한 PWM 듀티비(DRpwm)와 마이크로콘트롤러(29)에 저장된 허용최대 PWM 듀티비(MaxDRpwm)을 비교하는 단계(302)와, 현재 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 크면 주행 중 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)를 초과한 횟수를 연산하여 지정된 횟수를 초과했는 지 판단하는 단계(304)와, 주행 중 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)를 초과한 횟수가 지정된 횟수를 초과하지 않았으면 현재 도어 위치가 열림 위치인지를 판단하는 단계(306)와, 현재 도어 위치가 열림 위치가 아니면 현재 도어 위치가 닫힘 위치인지 판단하는 단계(307)와, 현재 도어 위치가 닫힘 위치가 아니면 PID 주행 제어 목표속도를 정지속도(v0)로 바꾸고 마이크로콘트롤러(29)의 닫힘신호포트(C)를 하이(H)으로 유지하면서 열림신호포트(B)를 하이(H)으로 전환하여 제동 주행하는 단계(309)와, 도어 속도가 정지 속도(v0)에 도달하면 닫힘신호포트(C)를 로우(L)로 전환하여 PID 주행 제어로 열림 방향 주행을 수행하는 단계(310)와, 도어가 닫힘 위치에 도달하면 일시 정지 후 PID 주행 제어로 닫힘 주행을 다시 수행하는 단계(311)와, 닫힘 주행 중 도어 위치가 309 단계의 제동 주행 개시 지점으로부터 소정거리 이전 지점(d10')(미리 설정되어 마이크로콘트롤러에 저장됨)에 도달하였는가와 그 지점(d10')이 닫힘 방향 2차 감속 지점(d5) 전인가를 판단하는 단계(312)와, 도어 위치가 309 단계의 제동 주행 개시 지점으로부터 소정거리 이전 지점(d10')이고, 그 지점(d10')이 닫힘 방향 2차 감속 지점(d5) 전이면 닫힘 방향 2차 감속 지점(d5)까지 PID 주행 제어 목표속도를 고속 닫힘 속도(v2)보다 낮은 안전 닫힘 속도(v4)로 변환하여 PID 주행 제어를 하는 단계(313)를 포함한다. 이것은 도어의 재 닫힘시 안전 주행 속도(v4)로 감속하는 것은 해당 위치에서 재차 사람 또는 물건을 충돌할 가능성이 있고, 이때 충격을 완화시키기 위해서이다.

상기 302단계에서 현재 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 크지 않으면, 도어 위치가 닫힘 위치에 있는지 여부를 판단하여(303), 도어 위치가 닫힘 위치에 있지 않으면 PID 주행 제어로 닫힘 주행을 계속하고(301), 도어 위치가 닫힘 위치에 있으면 상술한 닫힘 방향 도어 유동 방지 제어를 하게 된다(308). 상기 304단계에서는 한 번의 도어 닫힘 주행에서 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)를 초과한 횟수를 미리 설정되어 저장된 횟수와 비교한다. PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)를 초과한 횟수가 미리 설정되어 저장된 횟수보다 크면, 현재의 닫힘 주행 과정에서 장애물을 지정된 횟수 이상으로 만났다는 것을 의미하므로, 마이크로콘트롤러(29)의 방향 신호 포트(B, C)을 모두 하이(H)로 전환하여 모터 구동 전압을 끓어 준다. 모터가 동작을 멈춘 때에는 도어 열림 버튼을 누르면 다시 정상 동작 되도록 프로그램하는 것이 바람직하다. 상기 306단계에서 도어 위치가 열림 위치에 있으면 PID 주행 제어로 닫힘 주행을 계속한다(301). 상기 309단계에서 도어 위치가 닫힘 위치에 있으면 닫힘 방향 도어 유동 방지 제어를 한다(308). 열림시 안전기능에서와 같이 PWM 듀티비(DRpwm)가 허용최대 PWM 듀티비(MaxDrpwm)보다 큰 경우에 있어서도, 엔코더 입력값으로 판단한 도어의 위치가 닫힘 또는 열림 위치에 있다면, 정상적인 담힘 또는 열림 동작이므로 안전기능을 수행하지 않는 것이다. 312단계에서 재 닫힘 주행을 하여 도어 위치가 제동 주행 개시 시점으로부터 미리 설정된 소정거리 이전 지점(d10')이 아니거나 닫힘 방향 2차 감속 지점(d5)을 도과한 경우에는 PID 주행 제어의 목표 속도를 안전 닫힘 속도로 변환하지 않고 구간별 PID 주행 제어로 닫힘 주행(301)을 계속한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 따른 자동문 콘트롤러에 의하면, 열림시 안전기능 또는 닫힘시 안전기능이 물체나 인체와의 작은 접촉에도 신속하게 개시되는 장점이 있다. 종래의 자동문에서 처럼 모터 전류를 기준값으로 하여 장애물 존재 판단을 할 경우, 물체에 어느정도 충격이 가해진 후에 안전기능이 개시되게 된다. 그러나 마이크로콘트롤러(29)에서 출력하는 PWM신호의 듀티비(DRpwm)를 도어의 주행 속도를 기준으로 PID제어하면서, 이 PWM신호의 듀티비를 기준으로 미리 설정된 값과 비교하여 안전기능을 수행할 경우, 모터 구동 전류가 증가하기 전에 안전기능을 개시할 수 있으므로, 물체나 인체에 작은 접촉이 있는 경우에도, 즉 모터 전류가 증가되어 사람이나 물건에 충격을 주기 전이라도, 즉시 안전기능을 개시할 수 있게 되는 것이다.

자동문을 원격에서 집중적으로 관리하게 되면 많은 이점이 있다. 이때 관리에 필요한 가장 중요한 정보는 자동문의 노화 정도이다. 주기적으로 또는 원격의 관리자가 요청할 때마다 자동문에서 노화 정도를 판단하고 이를 원격의 관리자에게 통지할 수 있다면, 주기적으로 현장 점검이나 보수유지를 할 필요가 없게 된다. 또한, 자동문이 고장 나기 전에 미리 보수하여 사용자의 이용상의 불편함을 사전에 예방할 수 있다.

본 발명에 따른 노화 판단 방법은 문 열림 신호 입력 장치의 열림 신호 입력 시각을 기록하는 단계와, PWM 신호의 듀티비를 PID 제어하면서 도어 열림 닫힘 왕복 주행을 실행하는 단계와, 도어가 왕복 주행 후 문이 닫힌 시각을 기록하는 단계와, 왕복시간(T) 및 왕복 과정에서 마이크로콘트롤러(29)에서 출력된 PWM 신호 듀티비의 평균값(MeanDRpwm)을 계산하는 단계와, 미리 저장된 왕복시간 및 정상 왕복 주행 PWM 신호 듀티비 평균 설정값을 비교하여 노화를 판단하는 단계와, 디스플레이(47)나 스피커(49) 등을 통해 노화 상태를 표시하는 단계와, 인터넷 등을 통해 원격 서버(43)에 전송하는 단계를 포함한다. 상기 정상 왕복 주행 PWM 신호 듀티비 평균 설정값은 자동문 설치 직후 정상 주행 상태를 확인한 후 실제 주행 테스트를 통해 계산하여 저장하는 것이 바람직하다.

자동문은 바람 등 기후 조건, 문 통로 또는 문 트랙내의 이물질 존재, 부품 간의 통상적인 마찰, 문 하중 및 이동에 따른 스트레스, 문 개폐를 방해하는 장애물 등 여러 가지 원인에 의하여 자동문의 모터, 롤러, 레일, 감속기 등의 열화가 진행되면, 왕복 주행에 소요되는 전력 소모가 커지고, 이러한 전력 소모에 비례하여 PWM신호의 듀티비 평균값도 커진다. 반면, PWM 신호의 듀티비 평균값은 모터 전류, 모터 전압 등과 달리, 별도의 측정 장치없이, PID 제어 과정에서 마이크로콘트롤러에서 용이하게 계산할 수 있다. 따라서, 도어를 왕복 주행 시키면서 1회 왕복시마다의 PWM 신호 듀티비의 평균값을 계산하여 설정값과 비교하면 용이하게 자동문의 노화를 판달할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시 예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

1 : 모터 3 : 감속기
5 : 구동풀리 7 : 종동풀리
9 : 벨트 11 : 브라켓
13a, 13b : 행거 15a, 15b : 문틀
17a, 17b : 도어 19 : 록(lock)
21 : 엔코더 23 : 롤러
25 : 레일 27 : 콘트롤러
29 : 마이크로콘트롤러 31 : 딥스위치
33 : 파워서플라이 35 : 모터드라이브
37 : 록드라이브 39 : 아날로그 디지털 컨버터
41 : 이더넷 43 : 서버
45 : 문 열림 신호 입력 장치 47 : 디스플레이
49 : 스피커

Claims (4)

1. 자동문의 개폐 제어에 필요한 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM) 신호를 출력하는 마이크로콘트롤러(29)와, 상기 마이크로콘트롤러의 제어 신호를 받아 모터(1) 코일 양단에 가해지는 모터 구동 전압을 스위칭 제어하는 모터드라이브(35)를 포함하여 자동문 콘트롤러를 구성하되,
   상기 모터드라이브는 모터 구동 전압(V)과 모터(1) 코일의 일단 사이에 마련된 제1스위칭소자(T1)와, 모터 구동 전압(V)과 모터(2) 코일의 타단 사이에 마련된 제3스위칭소자(T3)와, 접지와 모터 코일의 일단 사이에 마련된 제4스위칭소자(T4)와, 접지와 모터 코일의 타단 사이에 마련된 제2스위칭소자(T2)와, 상기 마이크로콘트롤러(29)의 열림신호, 닫힘신호 및 펄스폭변조신호(PWM)를 입력 받고 이들 신호를 연산하여, 자동문 감속 주행시, 접지측에 연결된 상기 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)에는 로우(L) 신호를 출력하여 제4스위칭소자(T4) 및 제2스위칭소자(T2)를 오프시킴과 동시에, 상기 모터 구동 전압(V)측에 연결된 제1스위칭소자(T1) 및 제2스위칭소자(T2)에는 상기 마이크로콘트롤러의 펄스폭변조(PWM)신호를 동시에 출력하여 펄스폭변조(PWM)된 모터 구동 전압(V)이 모터 코일의 양단에 동시에 인가되게 하는 논리회로를 구비한 것을 특징으로 하는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마이크로콘트롤러(29)에는 정상 주행 및 안전기능 수행시 도어의 각 주행구간에 대응하는 목표속도와, 비례적분미분(PID) 제어를 위한 비례제어 게인값(Kp), 적분제어 게인값(Ki) 및 미분제어 게인값(Kd)을 미리 저장하고, 상기 마이크로콘트롤러(29)는 모터의 엔코더(21)에서 입력된 신호를 연산하여 얻은 도어 위치 및 도어 주행속도를 기초로, 펄스폭변조(PWM) 신호의 듀티비를 도어 주행속도 오차에 따라 비례적분미분(PID) 제어로 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 마이크로콘트롤러(29)에는 자동문 주행 제어 중에 허용되는 최대 펄스폭변조(PWM) 듀티비(MaxDRpwm)를 미리 저장하고, 열림 주행 또는 닫힘 주행 중 비례적분미분(PID) 제어로 조정할 펄스폭변조(PWM)신호의 듀티비(DRpwm)가 상기 허용 최대 펄스폭 듀티비((MaxDRpwm)를 초과할 경우, 정지속도를 목표속도로 하는 감속 주행을 한 후, 문의 주행 방향을 반전시키는 것을 특징으로 하는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 마이크로콘트롤러(29)는 도어가 닫힘 위치에 대기할 때, 닫힘신호와 함께, 듀티비 10% 이내의 펄스폭변조(PWM) 신호를 상기 모터드라이브(35)에 출력하여 닫힌 상태에서 도어의 유동을 방지한 것을 특징으로 하는 안전기능이 향상된 자동문 콘트롤러.
   
   

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