KR101232894B1 - 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법 - Google Patents

벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법에 관한 것으로, 로컬메모리부에는 적재물이 이동하는 평균 중량값을 계산하여 얻은 가상 중량값을 저장하는 가상중량 메모리부와 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 산출하여 저장하는 가상속도 메모리부를 할당하여, 중량 측정부에 형성된 로드셀 또는 속도 측정부에 형성된 속도센서의 입력에 결함이 감지되었을 때에 로컬메모리부의 가상중량 메모리부 또는 가상속도 메모리부에 저장되어 있는 가상데이터를 CPU에 송신하여 벨트 컨베이어가 적재물의 정량 중량을 이송할 수 있도록 동력부에 제어신호를 출력하여, 벨트 컨베이어에 설치된 중량 측정부 및 속도 측정부의 오작동이 발생하였을 경우 정상적으로 벨트 컨베이어가 운행하였을 때의 가상데이터를 토대로 벨트 컨베이어를 구동시킬 수 있는 가상모드로 전환되어 설비 운영에 있어 갑작스러운 운전 정지로 인한 손실을 방지할 수 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법을 제공한다.

Description

벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법{Fault tolerant control method of the belt-conveyor type constant feeder}
벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 벨트 컨베이어에 설치된 중량 측정부 및 속도 측정부의 오작동이 발생하였을 경우 정상적으로 벨트 컨베이어가 운행하였을 때의 가상데이터를 토대로 벨트 컨베이어를 구동시킬 수 있는 가상모드로 전환되어 설비 운영에 있어 갑작스러운 운전 정지로 인한 손실을 방지할 수 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법에 관한 것이다.
스케일 컨베이어는 벨트 컨베이어 내부에 로드셀과 속도센서를 부착하여 벨트 컨베이어를 이동하는 적재물의 중량을 검출하거나 또는, 정량의 적재물을 공급하기 위해 이용된다.
이러한, 스케일 컨베이어는 로드셀 또는 속도센서가 고장이 발생하게 되면, 멈추는 것이 일반적이다.
한편, 발전소나 제철소에서도 이러한 형태의 스케일 컨베이어를 이용하고 있다.
상기 발전소 또는 제철소에서 이용하는 스케일 컨베이어는 석탄이나 철광석을 이송하는 설비에 설치하여 단위시간당 일정 중량의 적재물을 이송할 수 있도록 이용하고 있다.
즉, 벨트 컨베이어 내에 설치되어 있는 로드셀, 속도센서를 통해 적재물의 유량을 기준값과 비교하여 일정한 유량을 유지할 수 있도록 벨트 컨베이어를 피드백 제어를 통해 제어함으로써 정량의 적재물을 이송할 수 있게 된다.
하지만, 상기와 같은 발전소 또는 제철소의 경우 로드셀 또는 속도센서의 고장이 발생하게 되면 정량의 적재물의 공급이 어려워지기 때문에 벨트 컨베이어가 멈추게 되는데, 상기와 같이 벨트 컨베이어의 운영이 어려울 경우에는 발전소 또는 제철소 사업장의 전체 공정이 멈추게 되어 이에 대한 대안이 시급한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법은 벨트 컨베이어와 벨트 컨베이어에 설치되어 적재물의 하중을 측정하는 로드셀부터 측정된 신호를 디지털화된 측정값으로 변환하는 AD컨버터를 포함하는 중량 측정부와; 벨트 컨베이어의 운전 속도를 측정하는 속도센서로부터 측정된 신호를 펄스신호 주파수로 변환하는 펄스 카운터를 포함하는 속도 측정부와; 상기 중량 측정부를 통해 얻은 디지털화된 측정값으로부터 벨트 컨베이어를 통해 이동하는 적재물 공급 중량을 계산하여 공급 중량이 일정 시간당 목표 중량이 유지되도록 벨트 컨베이어를 구동하는 모터 제어장치와 모터로 구성된 동력부에 제어신호를 송신하는 CPU와; 상기 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부;로 이루어진 벨트 컨베이어 타입 정량 공급기를 제어하여 결함 허용에 따른 정상적인 작동이 이루어질 수 있도록 하기 위한 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함 허용을 위한 제어 방법에 있어서, 상기 로컬메모리부에는 적재물이 이동하는 평균 중량값을 계산하여 얻은 가상 중량값을 저장하는 가상중량 메모리부와 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 산출하여 저장하는 가상속도 메모리부를 할당하여, 중량 측정부에 형성된 로드셀 또는 속도 측정부에 형성된 속도센서의 입력에 결함이 감지되었을 때에 로컬메모리부의 가상중량 메모리부 또는 가상속도 메모리부에 저장되어 있는 가상데이터를 CPU에 송신하여 벨트 컨베이어가 적재물의 정량 중량을 이송할 수 있도록 동력부에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부의 가상중량 메모리부는 하중을 측정하는 로드셀 및 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값에 의해 로드셀의 정상작동 유, 무를 판단하기 위한 기준값인 상한값 및 하한값이 기 입력되어 있는 상태에서 중량 측정부의 로드셀 및 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값이 상한값 및 하한값 범위에 있어 정상작동이라 판단되었을 때에 AD컨버터에서 변환한 디지털화된 측정값을 일정주기로 저장하여 평균 중량값을 산출하는 작동을 반복적으로 수행하여 업데이트된 평균 중량값을 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 CPU는 중량 측정부의 로드셀에서 측정하여 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값이 상한값 및 하한값을 벗어나 일정시간 동안 정상범위로 회복되지 않으면 로드셀의 결함이 발생한 것으로 판단해 가상모드로 전환하도록 제어되며, 상기 가상모드 전환 후 로컬메모리부의 가상중량 메모리부에 저장되어 있는 평균 중량값인 가상 중량값을 중량 측정부의 입력값으로 설정해 CPU를 통해 동력부에 제어출력을 송신하도록 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 CPU는 가상모드 전환 후 중량 측정부의 로드셀에서 측정한 측정값이 정상범위로 회복된 것이 감지된 상태에서 일정시간 동안 중량 측정부의 측정값이 유지되면 로드셀의 결함이 해소된 것으로 판단하여 가상모드에서 정상모드로 전환하여 중량 측정부의 입력값을 CPU를 통해 동력부에 제어출력을 송신하도록 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 로컬메모리부의 가상속도 메모리부에 저장되는 모터속도제어 입출력함수는 y = ax+b이고, 이때의, a, b는 파라미터, x는 동력부로 송신하는 제어신호, y는 제어신호에 의해 동력부의 모터가 구동하는 모터속도로서, 제어신호(x)에 따른 모터속도(y)를 대입하여 a, b 파라미터를 평균산출하여 속도제어 입출력함수 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부의 가상속도 메모리부는 속도를 측정하는 속도센서의 정상작동 유, 무를 판단하기 위해 제어신호 하한값이 기 입력된 상태에서 속도 측정부의 속도센서에서 측정한 측정값이 하한값보다 높아 정상작동이라 판단되었을 때에는 펄스 카운터에서 변환한 주파수에 따른 모터속도제어 입출력함수 파라미터값을 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 CPU는 속도 측정부의 속도센서에서 측정하여 펄스 카운터를 통해 변환된 주파수가 하한값보다 미만인 상태를 일정시간 동안 유지하게 되면 속도센서의 결함이 발생한 것으로 판단해 가상모드로 전환하도록 제어되며, 상기 가상모드 전환 후 로컬메모리부의 가상속도 메모리부에 저장되어 있는 모터속도제어 입출력함수 파라미터값을 모터속도제어 입출력함수에 적용하여 계산의 의해 얻어진 모터속도의 가상치를 속도 측정부의 제어신호로 설정해 CPU를 통해 동력부에 제어신호를 송신하도록 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 CPU는 가상모드 전환 후 속도 측정부에 측정한 제어신호가 정상범위로 회복된 상태에서 일정시간 동안 정상범위를 유지하게 되면 속도 측정부의 속도센서의 결함이 해소된 것으로 판단하여 가상모드에서 정상모드로 전환해 속도 측정부의 제어신호를 동력부에 송신하도록 CPU가 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 벨트 컨베이어에 설치된 중량 측정부 및 속도 측정부의 오작동이 발생하였을 경우 정상적으로 벨트 컨베이어가 운행하였을 때의 가상데이터를 토대로 벨트 컨베이어를 구동시킬 수 있는 가상모드로 전환되어 설비 운영에 있어 갑작스러운 운전 정지로 인한 손실을 방지할 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 벨트 컨베이어 타입 정량 공급기를 도시한 예시적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법의 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 중량 측정부의 로드셀 결함 발생시 정상모드에서 가상모드로 전환하는 상태를 도시하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 중량 측정부의 로드셀 입력으로부터 이동 평균값을 계산하기 위한 그래프.
도 5는 도 4를 이용하여 이동 평균값 및 가상 중량값을 계산하는 것을 보여주기 위한 표.
도 6은 본 발명에 따른 중량 측정부의 로드셀 결함이 해소되어 가상모드에서 정상모드로 전환하는 상태를 도시하기 위한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 중량 측정부의 로드셀의 결함허용 제어를 도시한 순서도.
도 8의 (a)는 본 발명에 따른 모터제어 입출력함수 파라미터를 추출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이고, (b)는 작동순서도.
도 9의 (a)는 본 발명에 따른 모터제어 입출력함수 파라미터를 활용한 속도제어 상태를 예시하기 위한 그래프이고. (b)는 작동순서도.
도 10은 본 발명에 따른 속도 측정부의 속도센서 결함 발생시 정상모드에서 가상모드로 전환하는 상태를 도시하기 위한 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 속도 측정부의 속도센서 결함이 해소되어 가상모드에서 정상모드로 전환하는 상태를 도시하기 위한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
우선, 적재물을 공급하기 위한 호퍼(1) 하측에 배치되는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기(100)의 구성은 종래의 스케일 컨베이어의 구성과 큰 차이점이 없다.
즉, 도 1에서와 같이 호퍼(1)의 하측에는 벨트(11)와 롤러(12)로 이루어진 벨트 컨베이어(10)가 구성되어 있다.
다음으로, 중량 측정부(20)는 상기 벨트 컨베이어(10)의 내부에는 벨트 컨베이어(10)를 통해 이동하는 적재물의 중량을 측정하는 로드셀(21)과 상기 로드셀(21)에서 측정한 신호를 디지털화된 측정값으로 변환하는 AD컨버터(22)로 이루어져 있다.
다음으로, 속도 측정부(30)는 상기 벨트 컨베이어(10)의 롤러(12)에 장착되어 속도를 측정하는 속도센서(31)와 속도센서(31)의 펄스 파형 신호를 입력받아 펄스의 주파수로 변환하는 펄트 카운터(32)로 이루어져 있다.
여기서, 상기 속도센서(31)는 속도를 측정할 수 있는 수단이면 족하며, 이때의 속도센서는 타코센서, 인코더 등 다양한 형태로 구현 가능하다.
다음으로, CPU(40)는 상기 중량 측정부(20) 및 속도 측정부(30)에서 데이터를 입력받아 모터제어장치(51)와 모터(52)로 이루어진 동력부(50)에 신호를 전달하여 모터(52)를 구동시킬 수 있도록 연산하는 장치이다.
다음으로, 로컬메모리부(60)는 상기 CPU(40)에서 이용하는 데이터를 저장하기 위한 저장소로서 램(RAM), EEPROM, 플래시 메모리 등 다양한 형태의 것을 이용할 수 있다.
여기서, 본 발명에서는 상기 로컬메모리부(60)에 가상중량 메모리부(61)와 가상속도 메모리부(62)가 각각 할당되어 있다.
상기 가상중량 메모리부(61)는 상술한 중량 측정부(20)에서 측정 및 변환된 디지털화된 중량값을 지속적으로 입력받아 얻은 평균 중량값을 저장할 수 있도록 구성된다.
또한, 가상속도 메모리부(62)는 속도 측정부(30)에서 측정 및 변환된 주파수를 통해 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 산출하여 저장할 수 있도록 구성된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 벨트 컨베이어 타입 정량공급기(100)를 이용해 결함 허용을 위한 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에서의 벨트 컨베이어 타입 정량공급기(100)는 발전소나 제철소에서 석탄 또는 철광석 등의 원자재를 다음 공정으로 이동시키기 위해 설치된다.
즉, 도 1에서와 같이 통상의 호퍼(1)를 통해 공급하는 원자재(이하, '적재물'이라 함)를 이동시키기 위한 것이다.
이러한 호퍼(1)에서 공급되는 적재물은 호퍼(1)를 통해 벨트 컨베이어(10)의 벨트(11)로 적재되는 양이 거의 일정하기 때문에 벨트(11)에 의해 이송되는 적재물의 단위 면적당 중량이 단기적으로는 2% 이내에서 유지되는 것이 일반적이다.
이러한, 단위시간당 벨트 컨베이어(10)를 통해 이동하는 적재물을 일정하게 유지하기 위해서는 벨트 컨베이어(10)를 구동시키는 동력부(50)에 형성된 모터(52)의 회전속도제어를 통해 이루어질 수 있게 된다.
즉, 중량 측정부(20)의 로드셀(21)에서는 벨트 컨베이어(10)를 통과하는 적재물의 중량을 센싱하게 되면 이를, AD컨버터(22)에서 디지털화된 측정값으로 변환하여 데이터를 CPU(40)로 전송하고, 속도 측정부(30)의 속도센서(31)에서는 벨트 컨베이어(10)의 속도를 측정한 신호를 펄스신호 주파수로 변환하는 펄스 카운터(32)를 통해 CPU(40)로 데이터를 전송한다.
그러면, CPU(40)에서는 시간당 이송시켜야할 적재물의 중량을 감안하여 동력부(50)에 형성된 모터(52)를 제어하는 모터 제어장치(51)에 데이터를 전송하여 모터(52) 속도를 제어함으로써 목표 중량에 도달할 수 있도록 제어를 하게 되는 것이다.
예컨대, 500ton/h이 목표 중량일 경우 CPU(40)에서 전달받은 디지털화된 중량값과 속도 측정에 대한 값을 토대로 연산하여 현재 동력부(50) 속도로 적재물을 이동시켰을 때에 목표 중량에 미달하게 되면, 동력부(50)의 모터(52)속도를 상향조정하여 목표 중량에 도달할 수 있도록 제어하고, 이와 반대일 경우에는 모터(52) 속도를 하향조정하여 목표 중량에 도달할 수 있도록 제어하게 된다.
한편, 상술한 중량 측정부(20)의 로드셀(21) 및 속도 측정부(30)의 속도센서(31)의 경우 작업여건(작업실 온도, 적재물 중량 등)에 의해 고장이 발생할 여지가 다분하다.
만약, 상기와 같이 로드셀(21) 또는 속도센서(31)의 고장이 발생하게 될 경우 CPU(40)로 전송되는 데이터의 부재로 인해 벨트 컨베이어(10)가 더 이상 작동을 하지 않는 경우가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 로드셀(21) 및 속도센서(31)의 고장이 발생하더라도 벨트 컨베이어(10)가 작동할 수 있도록 작용하게 된다.
이를 상세히 살펴보면,
본 발명에서의 로컬메모리부(60)에는 가상중량 메모리부(61) 및 가상속도 메모리부(62)가 할당되어 각각 중량 및 속도에 대한 데이터를 저장할 수 있도록 구성되어 있다.
이러한, 가상중량 메모리부(61) 및 가상속도 메모리부(62)는 도 2에서의 순서도에서와 같이 로드셀(21) 및 속도센서(31)의 이상 유, 무에 따라 정상모드 및 가상모드로 전환하여 벨트 컨베이어(10)의 작동이 멈추지 않도록 제어가 된다.
즉, 도 2에서와 같이 중량 측정부(20)의 로드셀(21)에서 측정한 신호 및 속도 측정부(30)의 속도센서(31)를 통해 얻은 신호를 CPU(40)에 기 입력되어 있는 데이터와 비교연산하여 정상적으로 작동하는지 여부에 대해 판단한 후 정상적으로 작동하였을 시에는 정상모드(실제 입력값을이용하여 제어하는 모드)로 진행하도록 제어하고, 정상작동이 이루어지지 않을 경우에는 가상모드(가상입력값을 이용하여 제어하는 모드)로 전환하여 벨트 컨베이어(10)가 연속적으로 구동할 수 있도록 작용하게 되는 것이다.
[실시 예 1]
본 실시 예1에서는 중량 측정부(20)의 로드셀(21)이 고장 유, 무에 따른 제어방법에 대해 설명한다.
우선, 상기 로컬메모리부(60)의 가상중량 메모리부(61)는 앞서 설명한 바와 같이 중량 측정부(20)를 통해 전달받은 디지털화된 중량값을 저장하게 된다.
이때에, 상기 CPU(40)에는 로드셀(21) 및 AD컨버터(22)를 통해 디지털화된 중량값에 대한 기준값인 상한값 및 하한값에 대한 데이터가 입력되어 있어, 상술한 범위를 벗어나게 되면 CPU(40)에서는 로드셀(21)이 고장이 발생한 것으로 인식하게 된다.
만약, 상기 로드셀(21)이 고장이 발생하였다면, 실제 적재물의 중량에 대한 측정이 불가능하여 출력되는 신호가 갑자기 높아지거나 또는 갑자기 낮아지는 현상이 발생하게 된다.
즉, 도 3에서와 같이 실제입력신호가 상한값 및 하한값 범위에 있을 때에는 정상모드로 작동이 이루어진 것으로 판단하게 되고, 상기 범위를 벗어나 실제입력신호가 형성되었을 때에는 가상모드로 전환하게 되는 것이다.
이를 구체적으로 살펴보면 도 3에서와 같이 결함 감지시점(ta1)에서는 실제입력신호가 하한값보다 더 낮은 전압을 형성한 것을 알 수 있다.
그러면, CPU(40)에서는 결정보류기간(Ta) 동안 실제입력신호가 정상범위에 있는지 아니면 비정상범위에 있는지 여부를 파악하며, 만약 계속적으로 비정상범위에 있을 경우에는 로드셀(21)의 고장이 발생한 것으로 판단하여 결함확정지점(ta2)부터 가상모드로 작동하도록 제어가 된다.
상기와 같이 가상모드로 전환이 이루어지게 되면 로컬메모리부(60)의 가상중량 메모리부(61)에 저장되어 있는 평균 중량값(가상입력값)을 CPU(40)를 통해 동력부(50)로 전달하여 벨트 컨베이어(10)를 구동시킬 수 있도록 전환이 된다.
여기서, 상기 실제 입력값이란 현재 시점에서 중량 측정부(20)에서 CPU(40)로 입력된 값을 지칭하고, 가상입력값이란 과거의 입력값으로부터 얻어진 값으로서 실제입력값과 오차범위 내에서 유효하다고 가정할 수 있는 값을 말한다.
이에 대해 설명하면, 도 4에서와 같이 현재 시점이 P3라고 가정할 때에 실제입력값은 10.5mV이고, P3 시점에서 얻어진 평균 중량값(M3)은 10.6mV이다.
Mt = (Pt + Pt -1 + Pt -2 + ···· + Pt -n+1)/n
이렇게 산출되는 평균 중량값은 로드셀(21)이 정상적으로 동작하는 동안 주기적으로 평균 중량값(Mt)을 계산하여 얻은 결과값이다.
즉, 입력값을 일정 주기로 샘플링한 후 현 시점에서 과거 n개의 샘플에 대하여 산술평균을 낸 값이 평균 중량값이다.
도 4는 연속적으로 입력되는 로드셀(21)의 실제입력신호로부터 평균 중량값을 구하는 실시 예를 설명한 것이다.
여기서, 도 4에서는 평균을 산출하기 위한 주기 n을 3으로 가정하였다.
도 4에서와 같이 실제입력신호를 주기적으로 샘플링한 후 최근 3개의 샘플값들로부터 평균 중량값을 계산하는데, 그 결과는 도 5에 도시하였다.
상기와 같이 평균 중량값을 계산하게 되면 로드셀(21)로부터 입력되는 실제입력신호에 더해진 외란이나 잡음의 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 5에서 M2 부터 M6 까지는 평균 중량값 계산에 사용된 샘플링값들이 모두 로드셀(21)의 정상입력 범위 내에 있으므로 계산의 결과 역시 정상적인 평균 중량값으로 간주하여 로켈메모리부(60)의 가상중량 메모리부(61)에 업데이트하게 된다.
하지만, 도 4 내지 도 5에서와 같이 M7 및 M8의 경우 샘플링값 중 일부(P7, P8)가 비정상범위에 위치한 것을 알 수 있다.
이럴 경우에는 평균 중량값을 로컬메모리부(60)에 형성된 가상중량 메모리부(61)에 업데이트를 하지 않게 되어 가장 최근에 업데이트된 M6의 평균 중량값을 가상 입력값으로 하여 동력부(50)를 구동시키도록 CPU(40)가 제어를 하게 되는 것이다.
즉, 본 발명에서 평균 중량값을 계산하는 목적은 가장 최근에 정상적으로 입력된 중량 측정부(20)의 실제입력값을 가상중량 메모리부(61)에 저장시킨 후, 로드셀(21)의 고장이 인지되면 가장 최근에 산출한 가상 입력값을 이용하여 동력부(50)를 구동시키기 위한 것이다.
여기서, 상기 중량 측정부(20)의 로드셀(21) 고장이 인지되는 시점에서는 도면에서는 도시하지 않았지만 통상의 알람이 이벤트 발생을 알려줄 수 있도록 작동하게 되어 작업자가 이에 대한 신속한 대처를 할 수 있도록 작용하게 된다.
한편, 도 6에서와 같이 로드셀(61)의 고장이 회복되어 상한값 및 하한값 범위 내로 실제입력값이 위치한 것이 인지되면 CPU(40)에서는 알람을 off함과 동시에 회복감지시점(tb1)으로 부터 결정보류기간(Tb) 동안 정상범위 내로 로드셀(21)이 실제입력신호를 송신하고 있는지 여부를 파악하게 된다.
만약, 상기 결정보류기간(Tb) 내에서 정상적인 실제입력값 신호가 지속적으로 송신되면 로드셀(21)의 고장이 수리된 것으로 판단하여 회복확정시점(tb2)부터는 CPU(40)에서 중량 측정부(20)로 부터 수신한 실제입력값을 동력부(50)로 송신하여 벨트 컨베이어(10)를 구동시키게 된다.
즉, 본 발명에서는 로드셀(21)이 정상작동시에는 실제입력값을 통해 구동하고, 로드셀(21)이 고장 발생이 있을 때에는 가상입력값을 이용하여 구동하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 상기와 같은 모드전환 이외에 다른 방법으로도 벨트 컨베이어(10)가 연속적으로 작동할 수 있도록 할 수도 있다.
이를 살펴보면, 로드셀(21)이 정상으로 작동하였을 때에 실제입력값을 이용하지 않고 평균 중량값을 이용하여 벨트 컨베이어(10)를 구동시키고, 로드셀(21)의 고장이 감지되면 가상입력값을 이용하여 벨트 컨베이어(10)를 구동시키는 모드를 선택할 수도 있는 것이다.
도 5의 중량 평균값과 가상입력값 사이 관계에서 알 수 있듯이 로드셀(21)이 정상적으로 작동하였을 때에는 "평균 중량값 = 가상입력값"이 성립되기 때문에, 정상모드 및 가상모드 모두 CPU(40)가 가상중량 메모리부(61)의 값을 참조하여 무게를 계산하게 되는 것이다.
즉, 도 4와 도 5의 예에서 제시한 평균 중량값 계산과 가상입력값 업데이트 과정을 통해 자동적으로 입력모드가 전환되는 효과를 얻기 때문에 소프트웨어적인 제어흐름이 도 7과 같이 매우 단순해지는 효과를 얻을 수 있게 된다.
[실시 예2]
본 실시 예2에서는 속도 측정부(30)의 속도센서(31) 고장 유, 무에 따른 제어방법에 대해 설명한다.
본 실시 예2를 설명하기에 앞서, 실시 예1에서 언급되었던 방법에 대해서는 일부 생략하도록 한다.
우선, 속도 측정부(30)의 속도센서(31)의 정상작동시에는 CPU(40)에서 출력되는 모터를 제어하기 위한 동력부(50)의 모터 제어장치(51)는 입력된 신호의 전압레벨에 비례하여 동력부(50)의 모터(62)가 회전할 수 있는 모터구동전력을 발생한다.
상기와 같은 모터(52)의 회전력은 벨트 컨베이어(10)의 롤러(12)에 전달되어 벨트(11)가 어느 한 방향으로 회전할 수 있도록 하게 되며, 이러한 회전력은 벨트 컨베이어(10)에 장착되어 있는 속도 측정부(30)의 속도센서(31)가 이를 센싱하여 회전력에 따른 펄스신호를 발생시키게 된다.
상기와 같은 통상의 속도센서(31)로는 타코센서, 인코더 등이 포함된다.
한편, 상기와 같은 펄스신호는 펄스 카운터(52)를 통해 주파수로 변환되어 CPU(40)에 입력되며, 이렇게 입력된 주파수를 통해 CPU(40)에서는 모터제어신호를 동력부(50)로 전달하여 동력부(50)를 제어할 수 있게 된다.
이렇게, CPU(40)에서 출력되는 모터제어신호는 수 초 내로 일정하게 유지되고, 이에 따라 동력부(50)의 회전 및 벨트 컨베이어(10)의 회전도 일정한 속도를 유지할 수 있게 된다.
즉, 벨트 컨베이어(10)에 모터제어신호를 입력으로 하고 모터의 회전속도를 출력으로 하는 전달함수라 가정하면, 입출력 간에 선형적인 함수관계가 성립되는 것을 알 수 있다.
통상 이러한 함수를 모터속도제어 입출력함수라 하며, 이러한 함수는 1차함수의 형태를 갖추고 있다.
즉, y = ax + b의 식을 통해 표현할 수 있다.
여기서, 상기 a, b는 파라미터, x는 동력부로 송신하는 제어신호, y는 제어신호에 의해 동력부의 모터가 구동하는 모터속도이다.
한편, 상기 식에서 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 구하기 위해서는 모터(51)를 구동할 수 있는 최소한의 제어신호와 모터(52)가 허용하는 제어신호 최대값의 중간에 해당하는 제어신호 2가지를 상술한 식에 대입하는 것이 좋다.
예컨대, 도 8의 (a)는 가장 낮은 제어신호로 1.0V를 인가하여 모터회전속도 4.0Hz를 얻었다고 가정하고, 최대치 절반 수준인 3.0V를 인가하여 모터회전속도 10.0Hz를 얻었다고 하면, a와 b는 다음과 같이 계산된다.
기울기a는
a = (10 - 4) / (3 - 1) = 3 (1)
b는,
b = y -ax = 10 - 3× 3 = 1 (2)
이렇게 산출된 모터속도제어 입출력함수 파라미터는 로컬메모리부(60)의 가상속도 메모리부(62)에 저장된다.
한편, 도 8의 (b)와 같은 폐루프 형태에 의한 모터제어는 일반적인 피드백 선형제어로 속도제어가 가능하다.
하지만, 속도 측정부(30)에 형성된 속도센서(31)의 고장이 발생하여 펄스신호가 펄트 카운터(32)에 입력되지 않으면 더 이상 피드백 제어를 할 수 없게 된다.
이에 본 발명에서는 도 8의 (a)에서 추출한 모터속도제어 입출력함수 파라미터의 속도제어함수를 이용하여 도 9의 (b)와 같이 개루프 제어로 전환하게 된다.
즉, 도 9의 (a)와 같이 모터속도 y가 되도록 동력부(50)의 모터(51)를 제어하고자 할 경우, 모터속도제어 입출력함수를 역으로 적용하여 x = (y - 1)/3의 식으로 모터(51)를 구동하기 위한 제어신호 x를 계산할 수 있다.
예를 들어, 목표하는 속도가 12Hz라면, 제어신호 x = (12 - 1)/3 = 3.67V가 되므로, CPU(40)는 3.67V를 동력부(50)의 모터 제어장치(51)로 인가하게 되면 된다.
상기 벨트 컨베이어(10)에 적용한 모터속도제어 입출력함수는 기온 차에 의한 벨트(11)의 장력변화, 벨트(11)의 쏠림 또는 슬립현상 등으로 인해 약간씩 변동이 생기기 때문에 주기적으로 업데이트할 필요가 있다.
되도록이면, 최소한 수일 주기로 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 추출하여 가상속도 메모리부(62)에 업데이트 해야만 속도센서(31)에 결함이 발생하더라도 가상모드로 운전을 지속할 때에 정상모드와의 오차가 최소화된 제어를 할 수 있다.
도 10 내지 도 11는 정상모드일 때와 가상모드일 때의 상태를 보여주고 있다.
즉, CPU(40)에는 속도 측정부(30)에서 수신되는 주파수의 하한값이 기 입력되어 있어, 도 10에서와 같이 입력되는 신호가 결함감지시점(tc1)에서 하한값 미만으로 검출되면 속도센서(31)에 결함이 발생한 것으로 인식하여 결정보류기간(Tc)을 거쳐 결함확정시점(tc2) 부터 가상모드로 진입이 이루어지게 되고, 속도센서(11)의 결함원인이 해소되면 도 11에서와 같이 회복감지시점(td1)으로 부터 결정보류기간(Td)를 거쳐 회복확정시점(td2)에서 부터는 정상모드로 작동할 수 있도록 작용하게 된다.
물론, 상기와 같이 속도센서(31)의 결함이 발생시에는 알람이 on되고, 속도센서(31)의 결함원인이 해결되면 알람이 off되는 것은 당연한 것이다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 중량 측정부(20)의 로드셀(21) 및 속도 측정부(30)의 속도센서(31)의 결함이 발생하였을 경우 최근에 업데이트된 데이터를 이용하여 벨트 컨베이어(10)를 구동시키도록 작용함으로써 생산라인의 연속적인 가동이 가능하게 됨은 물론, 결함이 발생된 구성요소의 수리가 완료되는 시점에서는 자동으로 이를 인지하여 작동함으로써 생산성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경 실시할 수 있는 것은 본 발명의 기술분야에 종사하는 통상의 기술자들에게 있어서 당연한 것이다.
10 : 벨트 컨베이어
11 : 벨트 12 : 롤러
20 : 중량 측정부
21 : 로드셀 22 : AD컨버터
30 : 속도 측정부
31 : 속도센서 32 : 펄스 카운터
40 : CPU
50 : 동력부
51 : 모터 제어장치 52 : 모터
60 : 로컬메모리부
61 : 가상중량 메모리부 62 : 가상속도 메모리부
100 : 벨트 컨베이어 타입 정량공급기

Claims (8)

  1. 벨트 컨베이어와 벨트 컨베이어에 설치되어 적재물의 하중을 측정하는 로드셀부터 측정된 신호를 디지털화된 측정값으로 변환하는 AD컨버터를 포함하는 중량 측정부와; 벨트 컨베이어의 운전 속도를 측정하는 속도센서로부터 측정된 신호를 펄스신호 주파수로 변환하는 펄스 카운터를 포함하는 속도 측정부와; 상기 중량 측정부를 통해 얻은 디지털화된 측정값으로부터 벨트 컨베이어를 통해 이동하는 적재물 공급 중량을 계산하여 공급 중량이 일정 시간당 목표 중량이 유지되도록 벨트 컨베이어를 구동하는 모터 제어장치와 모터로 구성된 동력부에 제어신호를 송신하는 CPU와; 상기 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부;로 이루어진 벨트 컨베이어 타입 정량 공급기를 제어하여 결함 허용에 따른 정상적인 작동이 이루어질 수 있도록 하기 위한 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함 허용을 위한 제어 방법에 있어서,
    상기 로컬메모리부에는 적재물이 이동하는 평균 중량값을 계산하여 얻은 가상 중량값을 저장하는 가상중량 메모리부와 모터속도제어 입출력함수 파라미터를 산출하여 저장하는 가상속도 메모리부를 할당하여,
    중량 측정부에 형성된 로드셀 또는 속도 측정부에 형성된 속도센서의 입력에 결함이 감지되었을 때에 로컬메모리부의 가상중량 메모리부 또는 가상속도 메모리부에 저장되어 있는 가상데이터를 CPU에 송신하여 벨트 컨베이어가 적재물의 정량 중량을 이송할 수 있도록 동력부에 제어신호를 출력하고,
    상기 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부의 가상중량 메모리부는, 하중을 측정하는 로드셀 및 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값에 의해 로드셀의 정상작동 유, 무를 판단하기 위한 기준값인 상한값 및 하한값이 CPU에 기 입력되어 있는 상태에서 중량 측정부의 로드셀 및 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값이 상한값 및 하한값 범위에 있어 정상작동이라 판단되었을 때에 AD컨버터에서 변환한 디지털화된 측정값을 일정주기로 저장하여 평균 중량값을 산출하는 작동을 반복적으로 수행하여 업데이트된 평균 중량값을 저장하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 CPU는 중량 측정부의 로드셀에서 측정하여 AD컨버터를 통해 변환된 디지털화된 측정값이 상한값 및 하한값을 벗어나 일정시간 동안 정상범위로 회복되지 않으면 로드셀의 결함이 발생한 것으로 판단해 가상모드로 전환하도록 제어되며,
    상기 가상모드 전환 후 로컬메모리부의 가상중량 메모리부에 저장되어 있는 평균 중량값인 가상 중량값을 중량 측정부의 입력값으로 설정해 CPU를 통해 동력부에 제어출력을 송신하도록 작동하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 CPU는 가상모드 전환 후 중량 측정부의 로드셀에서 측정한 측정값이 정상범위로 회복된 것이 감지된 상태에서 일정시간 동안 중량 측정부의 측정값이 유지되면 로드셀의 결함이 해소된 것으로 판단하여 가상모드에서 정상모드로 전환하여 중량 측정부의 입력값을 CPU를 통해 동력부에 제어출력을 송신하도록 작동하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 로컬메모리부의 가상속도 메모리부에 저장되는 모터속도제어 입출력함수는
    y = ax+b이고,
    이때의, a, b는 파라미터, x는 동력부로 송신하는 제어신호, y는 제어신호에 의해 동력부의 모터가 구동하는 모터속도로서,
    제어신호(x)에 따른 모터속도(y)를 대입하여 a, b 파라미터를 평균산출하여 속도제어 입출력함수 파라미터를 저장하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 CPU에서 사용하는 데이터를 저장하는 로컬메모리부의 가상속도 메모리부는 속도를 측정하는 속도센서의 정상작동 유, 무를 판단하기 위해 제어신호 하한값이 CPU에 기 입력된 상태에서 속도 측정부의 속도센서에서 측정한 측정값이 하한값보다 높아 정상작동이라 판단되었을 때에는 펄스 카운터에서 변환한 주파수에 따른 모터속도제어 입출력함수 파라미터값을 저장하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 CPU는 속도 측정부의 속도센서에서 측정하여 펄스 카운터를 통해 변환된 주파수가 하한값보다 미만인 상태를 일정시간 동안 유지하게 되면 속도센서의 결함이 발생한 것으로 판단해 가상모드로 전환하도록 제어되며,
    상기 가상모드 전환 후 로컬메모리부의 가상속도 메모리부에 저장되어 있는 모터속도제어 입출력함수 파라미터값을 모터속도제어 입출력함수에 적용하여 계산의 의해 얻어진 모터속도의 가상치를 속도 측정부의 제어신호로 설정해 CPU를 통해 동력부에 제어신호를 송신하도록 작동하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 CPU는 가상모드 전환 후 속도 측정부에 측정한 제어신호가 정상범위로 회복된 상태에서 일정시간 동안 정상범위를 유지하게 되면 속도 측정부의 속도센서의 결함이 해소된 것으로 판단하여 가상모드에서 정상모드로 전환해 속도 측정부의 제어신호를 동력부에 송신하도록 CPU가 작동하는 것에 특징이 있는 벨트 컨베이어 타입 정량공급기의 결함허용을 위한 제어 방법.
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