KR101366620B1 - 밸브제어시스템 및 밸브제어방법 - Google Patents

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KR101366620B1 KR1020130040756A KR20130040756A KR101366620B1 KR 101366620 B1 KR101366620 B1 KR 101366620B1 KR 1020130040756 A KR1020130040756 A KR 1020130040756A KR 20130040756 A KR20130040756 A KR 20130040756A KR 101366620 B1 KR101366620 B1 KR 101366620B1
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이병수
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주식회사 이지서보
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Abstract

개시된 내용은 밸브제어시스템 및 밸브제어방법에 관한 것으로, 중앙처리장치(CPU)를 이용하여 밸브를 제어하기 위해 입력되는 값을 내부에 적용된 센서의 출력 되는 값과 비교 연산하여 보정하되, 보정치는 각 제어값의 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 통해 조절하며, 상기 비례상수, 적분 상수, 미분 상수의 값을 적용시켜 산출된 솔레노이드 밸브의 개방 시간과 사용자에 의해 설정된 솔레노이드 밸브의 개방 시간을 이용하여 솔레노이드 밸브의 개방 시간을 조절하면서 센싱된 압력값과 명령값(타겟 압력값 또는 타겟 유량값)이 동일해지도록 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는데 그 특징이 있다.

Description

밸브제어시스템 및 밸브제어방법{System and method of controlling valve}
본 발명은 밸브제어시스템 및 밸브제어방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는 중앙처리장치(CPU)를 이용하여 밸브를 제어하기 위해 입력되는 명령값을 내부에 적용된 센서의 센싱값과 비교 연산하여 보정하되, 보정치는 각 제어값의 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 통해 조절하며, 상기 비례상수, 적분 상수, 미분 상수를 적용시켜 산출된 솔레노이드 밸브의 개방시간과 사용자에 의해 설정된 솔레노이드 밸브의 최소 개방 시간을 이용하여 명령값이 센서의 센싱값과 일치할 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 서보 밸브는 입력 신호의 값이 내부 아날로그 회로로 구현된 함수를 이용하여 압력 또는 유량을 제어하는 밸브를 의미한다. 즉, 제어 목적이 되는 출력 압력 값 또는 유량값을 내부 또는 외부에 설치된 센서를 통하여 피드백 신호로 받고, 이 피드백 신호를 이용하여 출력 압력 값 또는 유량값의 변동을 체크하여, 입력 신호와 비교 연산하여 보정 하므로, 정밀도가 높다.
그러나 종래의 서보 밸브는 함수를 아날로그 회로로 구현하고 있기 때문에, 밸브의 출력 압력 값 또는 유량값을 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어를 하기 위한 각 각의 상수 값을 변경하기 어려우며, 동일한 성능으로 재현하기 어렵기 때문에, 사용 환경이 변화하거나, 또는 사용 목적이 변경되는 경우 적절하게 대응하지 못한다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-1999-0060991호(1999.07.26) "디지털 제어장치를 이용한 서보 밸브 제어시스템 및 그 제어방법" 대한민국 등록실용신안공보 제20-0200233호(2000.08.07) "유압 서보밸브의 디지털 제어 장치"
본 발명의 목적은, 미리 설정된 최적화된 비례 상수, 적분 상수, 미분 상수 및 데드 밴드, 제로 데드 밴드, 내장된 솔레노이드 밸브의 최소 개방 시간 관련된 정보를 PC에 탑재된 밸브제어값 설정소프트웨어를 통해 확인할 수 있도록 하며, 사용자(작업자)가 밸브제어값 설정소프트웨어를 통해 미리 설정되어 있는 비례 상수, 적분 상수, 미분 상수 및 데드 밴드, 제로 데드 밴드, 내장된 솔레노이드 밸브의 최소 개방 시간과 관련된 정보를 변경할 수 있도록 하며, 그 결과를 확인할 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 정밀하게 압력제어 또는 유량제어를 목적으로 하는 서보 밸브를 일정 주기별로 교정하거나, 입력 신호 대비 출력 압력 또는 유량값이 미세하게 달라지는 경우 제로 포트와 옵셋 포트라고 불리는 가변 저항을 사용자(작업자)가 직접 돌려서 맞추어야 하는 기존 서보 밸브 제어 대신에, 밸브제어 소프트웨어를 통해서 출력 압력값 혹은 유량값을 모니터링 할 수 있도록 하고, 출력 압력 혹은 유량 범위를 재설정하여, 압력 교정을 용이하게 할 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
즉, 종래에서와 같이 작업자가 가변 저항을 돌려서 압력을 교정하는 방식을 대신하여, 압력 교정 특성상 교정 압력 범위에서 최저 압력과 최고 압력을 반복적으로 변경하면서 모니터링할 수 있도록 하고, 가변 저항 변경을 해야 하는 사용자에게 수치화된 값을 입력하여 설정값을 변경할 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 기존 서보 밸브가 입력측 솔레노이드 밸브 나 출력측 솔레노이드 밸브 중 어느 하나를 구동하여 입력 신호 대비 연산 보상된 출력 압력 또는 유량을 제어하는 반면, 본 발명이 적용된 솔레노이드 밸브는 입력측 솔레노이드 밸브와 출력측 솔레노이드 밸브의 최소 개방 시간을 설정하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브가 중앙처리장치에 의해 개방 또는 폐쇄 제어될 때 적어도 최소 개방 시간을 초과하여 수행될 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 중앙처리장치의 동작제어에 따라 개방된 솔레노이드 밸브에 대해 현재 폐쇄된 또다른 솔레노이드 밸브가 중앙처리장치의 동작제어에 따라 개방 동작제어가 있을 시 신속하게 응답하여 개방될 수 있도록 동작대기상태(개방 직전의 상태)를 유지하고 있는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
즉, 본 발명의 이러한 작용은 사용 압력이 미압일 경우처럼 응답 속도가 중요한 제어의 제어 성능을 높일 수 있으며, 타겟(목표) 압력에 급격히 도달시키기 위한 작업 시 발생되는 피크치를 크게 줄일 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 내부 센서의 내부관로 상태 센싱값, 출력 끝단부에 마련된 피드백 센서의 외부관로 상태 센싱값, 내부센서와 피드백센서의 평균값 중 하나의 값을 이용하여 솔레노이드 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 사용자가 밸브제어시스템에 PC를 연결하고, 연결된 PC를 통해 솔레노이드 밸브의 개폐여부 및 솔레노이드 밸브 개폐에 영향을 주는 다수의 상수 값을 변경하여 제어할 수 있도록 하는 다수의 파라미터를 제공하고 다수의 파라미터 값을 변경할 수 있도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또다른 목적은 밸브제어시스템의 동작 상태를 PC로 수신받아 모니터링 정보를 제공하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 스테인리스강(SUS) 다이아프램 센서를 이용하여 부식성 흄이 발생하는 장소에서도 사용가능하도록 하는 밸브제어시스템 및 밸브제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어시스템에 있어서, 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐 여부를 자동으로 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목에 대응하여 입력되는 밸브제어값들을 설정할 수 있도록 하고, 설정된 밸브제어값을 저장하는 설정모듈과, 사용자의 조작에 따라 명령값을 출력하는 제어모듈로 이루어진 사용자 단말기; 내부센서를 구비하고 있으며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력되는 밸브제어값들을 저장하고, 상기 내부센서에 의해 입력되는 내부관로 상태 센싱값 또는 외부로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후 상기 제어모듈로부터 출력되는 명령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 밸브제어장치; 및 상기 밸브제어장치의 외부 출력측 끝단부에 설치되며, 상기 출력측의 외부 상태를 감지하여 외부 관로 상태 센싱값으로 출력하는 피드백 센서 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 입력받기 위한 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목을 통해 입력된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 저장하는 한편 상기 밸브제어장치로 전송하여 저장되도록 하며, 상기 밸브제어장치는, 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 저장하는 한편, 상기 센싱값이 명령값보다 작거나, 또는 큰 경우 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 하기 수학식에 대입시켜 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시키고, 개방시킨 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시킨 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00001
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브가 개방되는 경우 밸브 최소 개방 시간을 입력받기 위한 밸브 최소 개방 시간 설정 메뉴항목을 더 제공하고, 상기 밸브 최소 개방 시간 설정메뉴항목에 따라 입력된 밸브 최소 개방시간을 저장하는 밸브제어장치로 전송하고, 상기 밸브제어장치는, 상기 밸브 최소 개방 시간을 입력받아 저장하고, 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브가 개방되는 경우 수학식에 의해 산출된 개방 시간(U(t))동안 개방되도록 하되, 상기 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))이 상기 설정된 밸브 최소 개방 시간을 초과하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 피드백 센서 또는 내부 센서 또는 올센서를 선택할 수 있는 센서타입 선택 메뉴항목을 제공하며, 상기 센서타입 선택 메뉴항목에 의해 선택된 센서타입을 저장하는 한편 밸브제어장치로 전송하고, 상기 밸브제어장치는, 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 올센서 메뉴항목이 선택되는 경우 상기 내부 센서로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값과 상기 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 산출하여 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치는, 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 피드백 센서가 선택되는 경우 상기 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후 명령값과 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하고, 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 내부 센서가 선택되는 경우 상기 내부 센서로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후 명령값과 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치는, 상기 비교값이 명령값보다 작은 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하며, 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 상기 밸브제어값 입력요구를 위한 메뉴항목 제공시 밸브제어값을 직접 입력받을 수 있도록 밸브제어값 입력창을 제공하거나, 또는 해당 밸브제어값을 선택하여 입력할 수 있도록 데이터베이스에 저장된 밸브제어값을 읽어들여 룩업테이블 형태로 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 무신호 인식값을 저장하는 한편, 밸브제어장치로 전송시켜 저장되도록 하고, 상기 밸브제어장치는, 사용자 단말기의 설정모듈로부터 입력되는 상기 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 저장하고, 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 출력되는 명령값과 상기 무신호 인식값을 비교하여, 명령값이 무신호 인식값보다 클 경우 유효신호로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 단말기의 설정모듈은 데드밴드(Dead Band)값을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 데드밴드(Dead Band)값을 저장부에 저장하는 한편 밸브제어장치로 출력하고, 상기 밸브제어장치의 제어부는 사용자 단말기의 설정모듈로부터 입력되는 상기 데드밴드(Dead Band)값을 저장부에 저장하고, 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 입력되는 명령값에 상기 저장부에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 적용시켜 오차허용범위를 산출한 후 저장부에 저장시키고, 상기 비교값이 상기 오차허용범위에 존재하는지의 여부를 판단한 후 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 내부센서는 스테인레스강(SUS) 재질로 이루어진 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 내부센서는 실리콘 재질로 이루어진 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 내부센서의 감지압력범위는, -760mmHg ~ 500psi인 것을 특징으로 한다.
상기 내부센서의 감지압력범위는, -1psi ~ 1psi 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 사용자 단말기를 이용하여 현장에 설치되어 있는 다수의 밸브를 제어하고, 제어 결과를 사용자 단말기를 통해 모니터링할 수 있도록 하는 밸브제어장치를 제어하는 제어방법에 있어서, (1) 사용자 단말기의 설정모듈은 밸브제어값 설정요청신호가 입력되는지의 여부를 판단하고, 밸브제어값 설정요청신호가 입력되는 경우 밸브제어값 설정메뉴항목을 제공하고, 상기 밸브제어값 설정 메뉴항목에 따라 밸브제어값이 입력되면, 저장부에 저장하는 한편, 밸브제어장치로 전송하는 단계; 및 (2) 사용자 단말기의 설정모듈은, 사용자의 조작에 따라 설정종료신호가 입력되는지의 여부를 판단하고, 설정종료신호가 입력되는 경우 설정모드를 종료하고, 설정종료신호가 입력되지 않는 경우 밸브제어값 설정모드를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 실시예는, 사용자 단말기를 이용하여 현장에 설치되어 있는 다수의 밸브를 제어하고, 제어 결과를 사용자 단말기를 통해 모니터링할 수 있도록 하는 밸브제어장치를 제어하는 제어방법에 있어서, (1) 사용자 단말기의 제어모듈은, 사용자의 조작에 따라 현재 모드를 제어모드로 전환시킨 후 사용자의 조작에 따라 명령값을 밸브제어장치로 출력하는 단계; (2) 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 명령값이 출력되면, 이를 입력받아 저장수단에 저장된 무신호 인식값(Zero Dead Band)과 비교하고, 명령값이 무신호 인식값보다 큰 경우 유효신호로 인식하는 단계; (3) 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 저장수단에 저장된 센서타입을 체크한 후 설정된 센서타입이 내부센서 타입인 경우 내부센서에 의해 감지된 내부관로 상태 센싱값을 입력받아 비교값으로 설정하는 단계; (4) 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 비교값과 상기 명령값을 비교하는 단계; 및 (5) 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 비교값이 명령값보다 작은 경우 입력측 솔레노이드 밸브를 개방시키는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브가 개방직전상태로 폐쇄시키고, 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시키는 동시에 입력측 솔레노이드 밸브를 개방직전상태로 폐쇄시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 저장수단에 저장된 센서타입이 피드백 센서 타입인 경우 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 피드백센서를 통해 출력되는 외부관로 상태 센싱값을 입력받아 비교값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저장수단에 저장된 센서타입이 올센서 타입인 경우 상기 밸브제어장치의 제어수단은, 내부 센서로부터 출력되는 내부관로 상태 센싱값과 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 산출하고, 산출된 평균값을 비교값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치의 제어수단은, 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시킬 때 저장수단에 저장된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 읽어들여 하기의 수학식에 대입시켜 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시키고, 개방시킨 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시킨 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00002
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시킬 때 저장수단에 저장된 밸브 최소 개방 시간을 읽어들여, 상기 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))이 상기 밸브 최소 개방 시간을 초과하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 내부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후, 저장부에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 읽어들이고, 읽어들인 데드밴드(Dead Band)값을 상기 명령값에 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부에 저장시키고, 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는 경우 상기 비교값을 명령값과 동일한 값으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후, 저장부에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 읽어들이고, 읽어들인 데드밴드(Dead Band)값을 상기 명령값에 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부에 저장시키고, 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는 경우 상기 비교값을 명령값과 동일한 값으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브제어장치의 제어수단은, 상기 내부관로 상태 센싱값과 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 비교값으로 설정한 후, 저장부에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 읽어들이고, 읽어들인 데드밴드(Dead Band)값을 상기 명령값에 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부에 저장시키고, 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는 경우 상기 비교값을 명령값과 동일한 값으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 밸브제어시스템 및 밸브제어방법에 따르면, 중앙처리장치(CPU)를 이용하여 밸브를 제어하기 위해 입력되는 값을 비교연산하며, 각 제어값의 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 조절하며 데드밴드 및 압력조절의 타겟이 되는 솔레노이드 밸브의 개방시간 또는 폐쇄시간을 조절할 수 있도록 하여, 밸브를 제어하기 위한 값을 정확하게 산출할 수 있을 뿐만 아니라 비례 제어 및 적분 제어, 미분 제어의 관계를 정확하게 세팅할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용압력이 미압일 경우처럼 응답속도가 중요한 제어에 대해서 제어 성능을 높일 수 있도록 하는 효과가 있으며, 타겟(목표) 압력 또는 유량에 급격히 도달시키기 위한 작업 시 발생되는 피크치를 크게 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스테인리스(SUS) 다이아프램 센서를 이용하여 부식성 흄이 발생하는 장소에서도 사용가능하도록 하여, 설치장소에 구애받지 않을 뿐만 아니라 사용 수명 연장으로 인해 비용을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 밸브제어시스템의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 밸브제어방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 밸브제어시스템을 상세하게 설명한다.
본 명세서 상에 언급되고 있는 사용자는 작업현장에서의 작업자 또는 관리자를 모두 통칭할 수 있는 용어를 의미한다.
또한, 본 명세서 상에 언급되고 있는 제어모듈은 설정모듈에서 압력 보정을 위한 명령값 출력 및 설정모듈이 탑재된 PC에 설치 되는 사용자의 제어프로그램, PLC 의 제어프로그램을 통칭 할 수 있는 용어를 의미한다.
또한, 본 명세서 상에 언급되고 있는 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브에 대해 개방 직전상태는 폐쇄상태의 솔레노이드 밸브에 구비된 코일에 일정 전류가 공급되도록 하여 폐쇄상태에서 개방상태로 전환되는 시점에 신속하게 반응하여 바로 개방상태로 전환될 수 있는 상태를 의미한다.
또한, 본 명세서 상에 언급되고 있는 비교값은 내부센서(220)의 내부관로 상태 센싱값, 피드백 센서(300)의 외부관로 상태 센싱값, 내부관로 상태 센싱값과 외부관로 상태 센싱값의 평균값 중 하나를 지칭하는 용어로 사용된다.
또한 본 명세서 상에서 사용되는 명령값은 전압신호(0-10VDC), 전류신호(4-20mA), 시리얼 통신(RS-485) 신호 중 어느 하나를 의미하며, 타겟 압력값 또는 타겟 유량값을 지칭하는 용어로 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 밸브제어시스템은 사용자 단말기(100), 밸브제어장치(200) 및 피드백 센서(300)로 구성된다.
상기 사용자 단말기(100)는 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐 여부를 자동으로 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목에 대응하여 입력되는 밸브제어값들을 설정할 수 있도록 하고, 상기 설정된 밸브제어값을 저장부(미도시)에 저장하는 설정모듈(110)과, 사용자의 조작에 따라 명령값을 출력하는 제어모듈(120)로 구성된다.
상기 밸브제어장치(200)는 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 출력되어 입력되는 밸브제어값을 저장하고 있는 저장부(210)와, 내부관로에 연결되어 내부관로 상태 센싱값을 출력하는 내부센서(220)와, 상기 내부관로 상태 센싱값을 입력받아 증폭하는 증폭부(230)와, 상기 증폭된 내부관로 상태 센싱값인 비교값을 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 입력되는 명령값과 비교하거나, 또는 상기 피드백 센서(300)로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값인 비교값을 상기 명령값과 비교하거나, 또는 내부관로 상태 센싱값과 외부관로 상태 센싱값의 평균값인 비교값을 상기 명령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 산출하며, 산출된 개방 시간(U(t))에 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키되, 미리 설정된 밸브 최소 개방 시간보다 길게 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되도록 제어하며, 그 결과를 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 출력하는 제어부(240)로 구성된다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 입력받기 위한 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목을 통해 입력된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 저장하는 한편 상기 밸브제어장치(200)로 전송하여 저장되도록 한다.
그러면, 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 저장부(210)에 저장하는 한편, 상기 비교값이 상기 명령값보다 작거나, 또는 큰 경우 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 하기 수학식에 대입시켜 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고 그에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시킨 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00003
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되는 경우 밸브 최소 개방 시간을 입력받기 위한 밸브 최소 개방 시간 설정 메뉴항목을 더 제공하고, 상기 밸브 최소 개방 시간 설정 메뉴항목에 따라 입력된 최소 개방 시간을 저장부(미도시)에 저장하는 한편, 상기 밸브제어장치(200)로 출력한다.
그러면 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 밸브 최소 개방 시간을 입력받아 저장부(210)에 저장하고, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되는 경우 수학식에 의해 산출된 개방 시간(U(t))동안 개방되도록 하되, 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))이 상기 설정된 밸브 최소 개방 시간을 초과할 수 있도록 제어한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 피드백 센서 또는 내부 센서 또는 올센서를 선택할 수 있는 센서선택 메뉴항목을 제공하며, 상기 센서선택 메뉴항목에 의해 설정된 센서타입을 저장부(미도시)에 저장하는 한편 밸브제어장치(200)로 출력한다.
상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(120)을 통해 올센서 메뉴항목이 선택되는 경우 상기 내부 센서(220)로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값과 상기 피드백 센서(300)로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 산출하여 비교값으로 설정하고, 상기 비교값을 명령값과 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 피드백 센서가 선택되는 경우 상기 피드백 센서(300)로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
또한 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 내부 센서(220)가 선택되는 경우 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 내부 센서(220)로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
한편, 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 내부관로 상태 센싱값인 비교값이 명령값보다 작은 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 개방되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하며, 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되도록 제어한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 상기 밸브제어값 입력요구를 위한 메뉴항목 제공시 밸브제어값을 직접 입력받을 수 있도록 밸브제어값 입력창을 제공하거나, 또는 해당 밸브제어값을 선택하여 입력할 수 있도록 데이터베이스에 저장된 밸브제어값을 읽어들여 룩업테이블 형태로 제공한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 무신호 인식값을 저장부(미도시)에 저장하는 한편, 밸브제어장치(200)로 출력한다.
그러면 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)로부터 입력되는 상기 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 저장부(210)에 저장하고, 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 출력되는 명령값과 상기 무신호 인식값을 비교하여, 명령값이 무신호 인식값보다 클 경우 유효신호로 인식한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(120)은 데드밴드(Dead Band)값을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 데드밴드(Dead Band)값을 저장부(미도시)에 저장하는 한편 밸브제어장치(200)로 출력한다.
그러면 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)로부터 입력되는 상기 데드밴드(Dead Band)값을 저장부(210)에 저장하고, 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 입력되는 명령값에 상기 저장부(210)에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 적용시켜 오차허용범위를 산출한 후 저장부(210)에 저장시키고, 상기 비교값이 상기 오차허용범위에 존재하는지의 여부를 판단한 후 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 내부센서(220)는 스테인레스강(SUS) 재질 또는 실리콘 재질로 이루어진 센서이다.
상기 내부센서의 감지압력범위는 -760mmHg ~ 500psi이거나, 또는 상기 내부센서의 감지압력범위는, -1psi ~ 1psi 이므로, 미압상태에서도 센싱이 가능하다.
상기 기본 구성에 대해서, 좀 더 상세한 구성을 설명하면 하기와 같다.
먼저 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 사용자에 의해 밸브제어값 설정요청신호가 입력되는지의 여부를 판단(S110)하고, 판단 결과 밸브제어값 설정요청신호가 입력된 경우 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 밸브제어값 설정메뉴항목을 제공하고, 상기 밸브제어값 설정메뉴항목에 따라 입력되는 밸브제어값을 미도시된 저장부에 저장하는 한편, 상기 밸브제어장치(200)로 출력(S115)하여, 저장부(210)에 저장되도록 한다.
이때 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 사용자의 조작에 따라 밸브제어값 설정종료신호가 입력되는지의 여부를 판단(S120)하여, 설정종료신호가 입력되는 경우 밸브제어값 설정모드를 종료시키고, 설정종료신호가 입력되지 않은 경우 상기 S115 단계를 반복수행한다.
상술한 바와 같이 S115 단계를 통해 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)로부터 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 입력받은 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 저장부(210)에 저장하는 한편, 상기 비교값이 명령값보다 작거나, 또는 큰 경우 상기 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 하기 수학식에 대입시켜 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시킨 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00004
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되는 경우 밸브 최소 개방시간을 입력받기 위한 밸브 최소 개방 시간 설정 메뉴항목을 더 제공한다.
그리고, 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 밸브 최소 개방 시간을 입력받아 저장부(210)에 저장하고, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되는 경우 수학식에 의해 산출된 개방 시간(U(t))동안 개방되도록 하되, 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))이 상기 설정된 밸브 최소 개방 시간을 초과하도록 제어한다.
또한, 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 피드백 센서 또는 내부 센서 또는 올센서를 선택할 수 있는 센서선택 메뉴항목을 제공한다.
상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 올센서 메뉴항목이 선택되는 경우 상기 내부 센서(220)로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값과 상기 피드백 센서(300)로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 산출하여 비교값으로 설정하고, 상기 비교값을 명령값과 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)을 통해 피드백 센서(300)가 선택되는 경우 상기 피드백 센서(300)로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어하고, 상기 사용자 단말기(100)를 통해 내부 센서(220)가 선택되는 경우 상기 내부 센서(220)로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 비교값이 명령값보다 작은 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 개방되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하며, 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브(260)가 개방되도록 제어한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 상기 밸브제어값 입력요구를 위한 메뉴항목 제공시 밸브제어값을 직접 입력받을 수 있도록 밸브제어값 입력창을 제공하거나, 또는 해당 밸브제어값을 선택하여 입력할 수 있도록 데이터베이스에 저장된 밸브제어값을 읽어들여 룩업테이블 형태로 제공한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(120)은 데드밴드(Dead Band)값을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 데드밴드(Dead Band)값을 저장부(미도시)에 저장하는 한편 밸브제어장치(200)로 출력한다.
그러면 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)로부터 입력되는 상기 데드밴드(Dead Band)값을 저장부(210)에 저장하고, 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 입력되는 명령값에 상기 저장부(210)에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 적용시켜 오차허용범위를 산출한 후 저장부(210)에 저장시키고, 상기 비교값이 상기 오차허용범위에 존재하는지의 여부를 판단한 후 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 사용자 단말기(100)의 설정모듈(110)은 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목을 통해 입력된 무신호 인식값을 저장부(미도시)에 저장하는 한편, 밸브제어장치(200)로 전송시켜 저장되도록 한다.
그러면 상기 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 상기 무신호 인식값을 저장부(210)에 저장시키는 한편, 제어부(240)는 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 명령값이 입력되는 경우 상기 무신호 인식값을 저장부(210)로부터 읽어들여 상기 명령값이 상기 무신호 인식값보다 큰지의 여부를 판단한다. 판단 결과 명령값이 무신호 인식값보다 큰 경우 유효신호로 판단하여 상기 비교값과 비교되고, 비교결과에 따라 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어한다.
상기 내부센서(220)는 스테인레스강(SUS) 재질로 이루어진 센서이거나, 실리콘 재질로 이루어진 센서이다.
상기 내부센서(220)의 센싱압력범위는 -760mmHg ~ 500psi이며, 특히 상기 내부센서(220)의 센싱압력범위는 -1psi ~ 1psi로서, 미압상태에서도 센싱이 가능하다.
상기와 같이 구성된 밸브제어시스템의 운용방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 2의 밸브제어값 설정루틴에 대해서는 위에서 논하였으므로, 여기서는 도 3 및 도 4를 참조로 하는 밸브제어루틴만을 설명하기로 한다.
먼저 밸브제어장치(200)의 제어부(240)는 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 명령값이 입력되는지를 판단하고(S125), 명령값이 입력되는 경우 제어부(240)는 저장부(210)에 저장된 센서타입을 읽어들여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 저장부(210)에 저장된 센서 타입에 따라 제어할 수 있도록 센서타입을 인식한다(S130).
이에, 센서타입이 내부센서, 피드백센서, 올센서가 선택되는 순으로 설명하기로 한다.
(내부센서의 내부관로 상태 센싱값에 따른 밸브제어모드)
상기에서 기술한 바와 같이 제어부(240)는 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 명령값을 입력받고 센서타입을 인식한 후 저장부(210)에 저장된 무신호 인식값(Zero dead band)을 읽어들인다(S140). 그리고 상기 명령값이 무신호 인식값보다 큰지의 여부를 판단한다(S145).
상기 S145 판단 결과 명령값이 무신호 인식값보다 큰 경우 상기 사용자 단말기(100)의 제어모듈(120)로부터 입력된 명령값을 유효신호로 인식하고 현재 모드를 제어모드로 전환한다(S150).
그리고 제어부(240)는 사용자(관리자)에 의해 설정되어 저장부(210)에 저장된 데드밴드(Dead band)값을 읽어들이고, 사용자(관리자)에 의해 입력된 명령값에 상기 데드밴드값을 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부(210)에 저장한다(S155).
이후 제어부(240)는 내부센서(220)에 의해 감지되어 증폭부(230)에 의해 증폭된 내부관로 상태 센싱값을 입력받아 비교값으로 설정한다(S160).
그리고 제어부(240)는 저장부(210)로부터 오차허용범위를 읽어들인 후 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는지의 여부를 판단한다(S165).
상기 S165 단계의 판단 결과 상기 비교값이 상기 오차허용범위내에 존재하는 경우 제어부(240)는 상기 비교값을 상기 명령값과 동일한 값으로 인식하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄(S170)시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단(S190)한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 상기 S160 단계부터 재수행한다.
상기 S165 단계의 판단 결과 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는지 않는 경우 제어부(240)는 비교값이 명령값보다 작은지를 판단(S175)하고, 판단 결과 비교값이 명령값보다 작은 경우(S175 단계의 예) 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 개방시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄(S180)시켜 관로의 압력값 또는 유량값이 상승되도록 한 후 제어모드의 종료여부를 판단(S190)한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 상기 S160단계부터 재수행한다.
상기 S175의 판단 결과 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우(S175의 아니오) 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 폐쇄시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방(S185)시켜 관로의 압력값 또는 유량값을 감소시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단(S190)한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 상기 S160단계부터 재수행한다.
상기와 같이 비교값과 명령값을 비교하면서 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어할 때, 제어부(240)는 동작하고 있지 않은 솔레노이드 밸브가 개방직전상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써, 관로의 압력값이나 유량값이 작았다가 갑자기 커지는 순간 제어부(240)의 제어에 따라 동작하고 있지 않았던 출력측 솔레노이드 밸브(260)는 바로 응답하여 오픈되고, 입력측 솔레노이드 밸브(250)는 폐쇄되어, 관로의 압력값이나 유량값을 낮추게 된다.
이때, 상기 S175 단계에서 비교값이 명령값보다 큰지의 여부를 판단하는 프로세스로 변경시켜 구현할 수도 있으며, 그럴 경우 그에 대응하여 하부 프로세스들 또한 변경시켜 구현하게 된다.
한편, 상기와 같이 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시킬 때 제어부(240)는 하기 수식에 상기 저장부(210)에 저장된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 적용시키고, 내부관로 상태 센싱값인 비교값을 적용시켜 입력측 솔레노이드 밸브(250)의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어한다. 이때 제어부(240)는 상기 개방 시간(U(t))과 상기 저장부(210)에 저장된 밸브 최소 개방 시간과 비교하여 적어도 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 상기 밸브 최소 개방 시간을 초과하여 개방될 수 있도록 제어한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00005
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 수학식과 같이 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 한꺼번에 적용한 이유에 대해서 간단히 설명하면, 일단 비례상수를 이용하는 비례제어의 경우 에러량에 게인(이득) 값을 곱하는 것으로 타겟(목표) 압력값 또는 유량값에 도달하면 에러값이 작아지게 한다. 그러나 비례제어의 경우 비례제어값이 목표 압력값 또는 유량값에 근접할수록 아주 미비해짐으로써 헌팅현상은 없으나 조작량이 너무 작아지게 되어 그 이상의 미세한 제어를 할 수 없는 상태가 된다. 그러므로 목표 압력값 또는 유량값에 아주 근접한 제어량의 상태에서 안정된 상태로 된다. 이러한 현상은 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값에는 근접하지만 아무리 시간이 지나도 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값과 일치하지 않게 된다. 이를 보상하기 위해 적분상수를 이용한 적분제어가 추가된다.
상기 적분 제어는 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적분으로 인해서 조작량을 증가하여 편차를 없애는 방식으로, 피드백 제어에서는 조정 압력값 또는 유량값을 목표 압력값 또는 유량값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간(오차를 누적할 시정수)이 필요하며, 이때 시정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠지며, 헌팅현상이 발생하게 된다. 이를 보상하기 위해 미분 상수를 이용한 미분 제어가 추가되며 미분제어는 급격히 일어나는 외란에 대해 현재 편차와 전회 편차를 비교하여, 비교 결과 2개의 편차가 큰 경우 조작량을 많이 하여 기민하게 반응할 수 있도록 한다.
(피드백 센서의 외부관로 상태 센싱값에 따른 밸브제어모드)
이후 피드백 센서타입 및 올 센서타입 선택과 관련된 과정은 내부 센서타입 과정과 유사하므로, 동작흐름도는 생략하기로 한다. 또한 명령값을 유효신호로 인식하는 과정은 내부센서타입 선택모드에서와 동일하므로 피드백센서타입 선택모드 및 올센서타입 선택모드에서는 생략하기로 한다.
앞서 내부센서타입 선택모드에서 설명한 바와 같이 제어부(240)는 사용자(관리자)에 의해 설정되어 저장부(210)에 저장된 데드밴드(Dead band)값을 읽어들이고, 사용자(관리자)에 의해 입력된 명령값에 상기 데드밴드값을 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부(210)에 저장한다.
이후 제어부(240)는 피드백 센서(220)에 의해 감지되어 입력된 외부관로 상태 센싱값을 입력받아 비교값으로 설정한다.
그리고 제어부(240)는 저장부(210)로부터 오차허용범위를 읽어들인 후 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는지의 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 비교값이 상기 오차허용범위내에 존재하는 경우 제어부(240)는 상기 비교값을 상기 명령값과 동일한 값으로 인식하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하지 않는 경우 제어부(240)는 비교값이 명령값보다 작은지를 판단하고, 판단 결과 비교값이 명령값보다 작은 경우 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 개방시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄시켜 관로의 압력값 또는 유량값이 상승되도록 한 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 폐쇄시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시켜 관로의 압력값 또는 유량값을 감소시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기와 같이 비교값과 명령값을 비교하면서 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어할 때, 제어부(240)는 동작하고 있지 않은 솔레노이드 밸브가 개방직전상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써, 관로의 압력값이나 유량값이 작았다가 갑자기 커지는 순간 제어부(240)의 제어에 따라 동작하고 있지 않았던 출력측 솔레노이드 밸브(260)는 바로 응답하여 오픈되고, 입력측 솔레노이드 밸브(250)는 폐쇄되어, 관로의 압력값이나 유량값을 낮추게 된다.
이때, 상기 비교값이 명령값보다 큰지의 여부를 판단하는 프로세스로 변경시켜 구현할 수도 있으며, 그럴 경우 그에 대응하여 하부 프로세스들 또한 변경시켜 구현하게 된다.
한편, 상기와 같이 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시킬 때 제어부(240)는 하기 수식에 상기 저장부(210)에 저장된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 적용시키고, 외부관로 상태 센싱값인 비교값을 적용시켜 입력측 솔레노이드 밸브(250)의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어한다. 이때 제어부(240)는 상기 개방 시간(U(t))과 상기 저장부(210)에 저장된 밸브 최소 개방 시간과 비교하여 적어도 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 상기 밸브 최소 개방 시간을 초과하여 개방될 수 있도록 제어한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00006
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 수학식과 같이 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 한꺼번에 적용한 이유에 대해서 간단히 설명하면, 일단 비례상수를 이용하는 비례제어의 경우 에러량에 게인(이득) 값을 곱하는 것으로 타겟(목표) 압력값 또는 유량값에 도달하면 에러값이 작아지게 한다. 그러나 비례제어의 경우 비례제어값이 목표 압력값 또는 유량값에 근접할수록 아주 미비해짐으로써 헌팅현상은 없으나 조작량이 너무 작아지게 되어 그 이상의 미세한 제어를 할 수 없는 상태가 된다. 그러므로 목표 압력값 또는 유량값에 아주 근접한 제어량의 상태에서 안정된 상태로 된다. 이러한 현상은 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값에는 근접하지만 아무리 시간이 지나도 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값과 일치하지 않게 된다. 이를 보상하기 위해 적분상수를 이용한 적분제어가 추가된다.
상기 적분 제어는 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적분으로 인해서 조작량을 증가하여 편차를 없애는 방식으로, 피드백 제어에서는 조정 압력값 또는 유량값을 목표 압력값 또는 유량값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간(오차를 누적할 시정수)이 필요하며, 이때 시정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠지며, 헌팅현상이 발생하게 된다. 이를 보상하기 위해 미분 상수를 이용한 미분 제어가 추가되며 미분제어는 급격히 일어나는 외란에 대해 현재 편차와 전회 편차를 비교하여, 비교 결과 2개의 편차가 큰 경우 조작량을 많이 하여 기민하게 반응할 수 있도록 한다.
(올센서의 내부관로 및 외부관로 상태 센싱값에 따른 밸브제어모드)
다른 센서타입 모드에서 설명한 바와 같이 제어부(240)는 사용자(관리자)에 의해 설정되어 저장부(210)에 저장된 데드밴드(Dead band)값을 읽어들이고, 사용자(관리자)에 의해 입력된 명령값에 상기 데드밴드값을 적용시켜 오차허용범위를 산출하여 저장부(210)에 저장한다.
이후 제어부(240)는 내부센서에 의해 감지되어 증폭부(230)에 증폭된 내부관로 상태 센싱값과 피드백 센서(220)에 의해 감지되어 입력된 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 비교값으로 설정한다.
그리고 제어부(240)는 저장부(210)로부터 오차허용범위를 읽어들인 후 상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는지의 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 비교값이 상기 오차허용범위내에 존재하는 경우 제어부(240)는 상기 비교값을 상기 명령값과 동일한 값으로 인식하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기 비교값이 오차허용범위 내에 존재하는지 않는 경우 제어부(240)는 비교값이 명령값보다 작은지를 판단하고, 판단 결과 비교값이 명령값보다 작은 경우 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 개방시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 폐쇄시켜 관로의 압력값 또는 유량값이 상승되도록 한 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 내부관로 상태 센싱값 및 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 입력측 솔레노이드 밸브(250)를 폐쇄시키고 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시켜 관로의 압력값 또는 유량값을 감소시킨 후 제어모드의 종료여부를 판단한다. 판단 결과 제어모드가 종료되지 않은 경우 내부관로 상태 센싱값 및 외부관로 상태 센싱값을 입력받는 단계부터 재수행한다.
상기와 같이 비교값과 명령값을 비교하면서 입력측 솔레노이드 밸브(250) 및 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개폐여부를 제어할 때, 제어부(240)는 동작하고 있지 않은 솔레노이드 밸브가 개방직전상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써, 관로의 압력값이나 유량값이 작았다가 갑자기 커지는 순간 제어부(240)의 제어에 따라 동작하고 있지 않았던 출력측 솔레노이드 밸브(260)는 바로 응답하여 오픈되고, 입력측 솔레노이드 밸브(250)는 폐쇄되어, 관로의 압력값이나 유량값을 낮추게 된다.
이때, 상기 비교값이 명령값보다 큰지의 여부를 판단하는 프로세스로 변경시켜 구현할 수도 있으며, 그럴 경우 그에 대응하여 하부 프로세스들 또한 변경시켜 구현하게 된다.
한편, 상기와 같이 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시킬 때 제어부(240)는 하기 수식에 상기 저장부(210)에 저장된 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 적용시키고, 내부관로 상태 센싱값 및 외부관로 상태 센싱값의 평균값인 비교값을 적용시켜 입력측 솔레노이드 밸브(250)의 개방 시간(U(t))을 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값을 명령값과 비교하여 에러 값이 존재하면, 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)의 개방 시간(U(t))을 재 산출하여 입력측 솔레노이드 밸브(250) 또는 출력측 솔레노이드 밸브(260)를 개방시키고, 그 결과에 따른 비교값과 명령값을 비교하는 과정을 반복 수행하여 상기 에러 값이 제거되도록 제어한다. 이때 제어부(240)는 상기 개방 시간(U(t))과 상기 저장부(210)에 저장된 밸브 최소 개방 시간과 비교하여 적어도 입력측 솔레노이드 밸브(250)가 상기 밸브 최소 개방 시간을 초과하여 개방될 수 있도록 제어한다.
[수학식]
Figure 112013032281835-pat00007
여기서, e는 명령값으로부터 비교값을 감산한 후 그 결과값이다.
상기 수학식과 같이 비례상수, 적분상수 및 미분상수를 한꺼번에 적용한 이유에 대해서 간단히 설명하면, 일단 비례상수를 이용하는 비례제어의 경우 에러량에 게인(이득) 값을 곱하는 것으로 타겟(목표) 압력값 또는 유량값에 도달하면 에러값이 작아지게 한다. 그러나 비례제어의 경우 비례제어값이 목표 압력값 또는 유량값에 근접할수록 아주 미비해짐으로써 헌팅현상은 없으나 조작량이 너무 작아지게 되어 그 이상의 미세한 제어를 할 수 없는 상태가 된다. 그러므로 목표 압력값 또는 유량값에 아주 근접한 제어량의 상태에서 안정된 상태로 된다. 이러한 현상은 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값에는 근접하지만 아무리 시간이 지나도 조정 압력값 또는 유량값이 목표 압력값 또는 유량값과 일치하지 않게 된다. 이를 보상하기 위해 적분상수를 이용한 적분제어가 추가된다.
상기 적분 제어는 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 누적분으로 인해서 조작량을 증가하여 편차를 없애는 방식으로, 피드백 제어에서는 조정 압력값 또는 유량값을 목표 압력값 또는 유량값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간(오차를 누적할 시정수)이 필요하며, 이때 시정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠지며, 헌팅현상이 발생하게 된다. 이를 보상하기 위해 미분 상수를 이용한 미분 제어가 추가되며 미분제어는 급격히 일어나는 외란에 대해 현재 편차와 전회 편차를 비교하여, 비교 결과 2개의 편차가 큰 경우 조작량을 많이 하여 기민하게 반응할 수 있도록 한다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 사용자 단말기(PC)
110 : 설정모듈 120 : 제어모듈
200 : 밸브제어장치
210 : 저장부 220 : 내부센서
230 : 증폭부 240 : 제어부
250 : 입력측 솔레노이드 밸브 260 : 출력측 솔레노이드 밸브
270 : 통신부
300 : 피드백 센서

Claims (20)

  1. 밸브제어시스템에 있어서,
    입력측 솔레이노드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐 여부를 자동으로 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 메뉴항목을 제공하고, 상기 메뉴항목에 대응하여 입력되는 밸브제어값들을 설정할 수 있도록 하고, 설정된 밸브제어값을 저장하는 설정모듈과, 사용자의 조작에 따라 명령값을 출력하는 제어모듈로 이루어진 사용자 단말기;
    내부센서를 구비하고 있으며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력되는 밸브제어값들을 저장하고, 상기 내부센서에 의해 입력되는 내부관로 상태 센싱값 또는 외부로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정한 후 상기 제어모듈로부터 출력되는 명령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 밸브제어장치; 및
    상기 밸브제어장치의 외부 출력측 끝단부에 설치되며, 상기 출력측의 외부 상태를 감지하여 외부관로 상태 센싱값으로 출력하는 피드백 센서 수단을 포함하며,
    상기 밸브제어장치는 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 출력되어 입력되는 밸브제어값을 저장하고 있는 저장부와, 내부관로에 연결되어 내부관로 상태 센싱값을 출력하는 내부센서와, 상기 내부관로 상태 센싱값을 입력받아 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 내부관로 상태 센싱값인 비교값을 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 입력되는 명령값과 비교하거나, 또는 상기 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값인 비교값을 상기 명령값과 비교하거나, 또는 내부관로 상태 센싱값과 외부관로 상태 센싱값의 평균값인 비교값을 상기 명령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브의 개방 시간(U(t))을 산출하며, 산출된 개방 시간(U(t))에 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브를 개방시키되, 미리 설정된 밸브 최소 개방 시간보다 길게 입력측 솔레노이드 밸브 또는 출력측 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어하며, 그 결과를 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 출력하는 제어부로 이루어지며,
    상기 밸브제어장치는,
    상기 비교값이 명령값보다 작은 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하며, 상기 비교값이 명령값보다 큰 경우 상기 입력측 솔레노이드 밸브가 개방직전상태로 폐쇄되도록 제어하는 동시에 상기 출력측 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어하여, 관로의 압력값이나 유량값이 작았다가 갑자기 커지는 순간 제어부의 제어에 따라 동작하고 있지 않았던 출력측 솔레노이드 밸브는 바로 응답하여 오픈되고, 동작하고 있던 입력측 솔레노이드 밸브는 폐쇄되어 관로의 압력값이나 유량값을 낮추게 되는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 피드백 센서 또는 내부 센서 또는 올센서를 선택할 수 있는 센서선택 메뉴항목을 제공하며, 상기 센서선택 메뉴항목을 통해 선택된 센서타입을 저장하고, 상기 밸브제어장치로 출력하며,
    상기 밸브제어장치는, 상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 올센서 메뉴항목이 선택되는 경우 상기 내부 센서로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값과 상기 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값의 평균값을 산출하고, 산출된 평균값을 비교값으로 설정하며, 상기 비교값을 명령값과 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브제어장치는,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 피드백 센서가 선택되는 경우 상기 피드백 센서로부터 입력되는 외부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하고,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈을 통해 내부 센서가 선택되는 경우 상기 내부 센서로부터 입력되는 내부관로 상태 센싱값을 비교값으로 설정하고, 설정된 비교값과 명령값을 비교하여 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 상기 밸브제어값 입력요구를 위한 메뉴항목 제공시 밸브제어값을 직접 입력받을 수 있도록 밸브제어값 입력창을 제공하거나, 또는 해당 밸브제어값을 선택하여 입력할 수 있도록 데이터베이스에 저장된 밸브제어값을 읽어들여 룩업테이블 형태로 제공하는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈은, 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 무신호 인식값을 밸브제어장치로 출력하고,
    상기 밸브제어장치는, 사용자 단말기의 설정모듈로부터 입력되는 상기 무신호 인식값(Zero Dead Band)을 저장하고, 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 출력되는 명령값과 상기 무신호 인식값을 비교하여, 명령값이 무신호 인식값보다 클 경우 유효신호로 인식하는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기의 설정모듈은 데드밴드(Dead Band)값을 입력받을 수 있도록 메뉴항목을 제공하고 상기 메뉴항목을 통해 입력된 데드밴드(Dead Band)값을 저장부에 저장하는 한편 밸브제어장치로 출력하고,
    상기 밸브제어장치의 제어부는 사용자 단말기의 설정모듈로부터 입력되는 상기 데드밴드(Dead Band)값을 저장부에 저장하고, 상기 사용자 단말기의 제어모듈로부터 입력되는 명령값에 상기 저장부에 저장된 데드밴드(Dead Band)값을 적용시켜 오차허용범위를 산출한 후 저장부에 저장시킨 후, 비교값이 상기 오차허용범위에 존재하는지의 여부를 판단한 후 입력측 솔레노이드 밸브 및 출력측 솔레노이드 밸브의 개폐여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브제어시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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