KR101489532B1

KR101489532B1 - Ｃｐｐ 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법

Info

Publication number: KR101489532B1
Application number: KR20100076430A
Authority: KR
Inventors: 조필성; 김현성; 김정한; 박지훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2015-02-06
Also published as: KR20120014398A

Abstract

본 발명은 메인 엔진의 부하를 제어할 수 있도록 하는 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 메인 엔진 조정기로부터 실시간으로 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호를 입력받는 과정과; 상기 입력받은 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태를 확인하는 과정과; 최적 운전 조건 곡선에 의거하여 상기 메인 엔진의 운전 상태가 최적 운전 조건을 만족시킬 수 있도록 프로펠러 피치의 각도와 상기 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 메인 엔진의 RPM뿐만 아니라 프로펠러 피치의 각도를 동시에 조절하여 메인 엔진의 부하를 제어하므로, 메인 엔진의 부하를 빠르게 감소 및 증가시킬 수 있게 된다.

Description

ＣＰＰ 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MAIN ENGINE LOAD OF CPP CONTROL SYSTEM}

본 발명은 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 메인 엔진의 부하를 제어할 수 있도록 하는 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법에 관한 것이다.

선박의 CPP(Controllable Pitch Propulsion) 추진 제어 시스템은 프로펠러 피치의 각도를 자유롭게 바꿀 수 있는 구조로 되어 있어, 추진 기관을 일정한 방향과 일정한 속도로 회전시켜 놓고 프로펠러 피치의 각도 조작만으로 전진, 후진, 저속, 고속, 정지 등의 여러 가지 상태로 자유롭게 운항할 수 있다.

이와 같은 CPP 추진 제어 시스템은, 역전 장치가 필요 없으며, 정지 때에도 기관을 정지시킬 필요가 없고, 단시간에 최고속도에 도달할 수 있고, 속도에 따른 프로펠러 피치의 각도를 증감할 수 있으므로, 추진 기관의 운전효율을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.

전술한 바와 같은 CPP 추진 제어 시스템에서는 메인 엔진이 최적의 운전 특성을 유지할 수 있도록 메인 엔진의 부하를 제어할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 필요성을 감안하여 안출된 것으로서, 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선에 의거하여 각각의 운전 조건에서 연료 소모를 최소로 할 수 있는 최적 운전 조건을 또 다른 곡선으로 나타내고, 최적 운전 조건을 만족하는 곡선을 기준으로 메인 엔진 조정기로부터 실시간으로 입력받은 엔진 RPM(Revolutions Per Minute)과 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 프로펠러 피치와 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하여 메인 엔진의 부하를 제어할 수 있도록 하는 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1관점에 따른 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법은, 메인 엔진 조정기로부터 실시간으로 메인 엔진의 RPM과 연료 인덱스(엔진 부하) 신호를 입력받는 과정과; 상기 입력받은 메인 엔진의 RPM과 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태를 확인하는 과정과; 최적 운전 조건 곡선에 의거하여 상기 메인 엔진의 운전 상태가 최적 운전 조건을 만족시킬 수 있도록 프로펠러 피치의 각도와 상기 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 최적 운전 조건 곡선은, 상기 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선을 기준으로 각 운전 조건에서 연료 소모를 최소로 하는 최적 운전 조건을 나타내는 곡선인 것이 바람직하다.

본 발명의 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법에 따르면, 메인 엔진의 RPM뿐만 아니라 프로펠러 피치의 각도를 동시에 조절하여 메인 엔진의 부하를 제어하므로, 메인 엔진의 부하를 빠르게 감소 및 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 부하 제어 방법이 적용되는 CPP 추진 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명에 적용되는 엔진의 속도와 엔진 부하의 관계 곡선을 예시적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법을 설명하기 위한 처리도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부하 제어 방법이 적용되는 CPP 추진 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도이다.

우선, 도 1에서 콘트롤 헤드(10)는 메인 콘트롤러(20)에서 전달되는 상태 정보들을 사용자가 인식할 수 있도록 표시해 주고, 사용자의 명령을 인식하여 메인 콘트롤러(20)에 전달해 준다.

전술한 콘트롤 헤드(10)는 사용자의 버튼이나 키 입력을 감시하고 입력된 키에 대한 키 입력 값을 메인 프로세스 모듈로 전달하는 키 스캔 모듈과, 사용자가 메인 엔진의 RPM이나 피치 각도를 조절하기 위해 각 레버를 조작하면, 각 레버에 연결되어 있는 전위차계에 의해 측정된 전압 값을 디지털 값으로 변환하여 이를 사용자 입력 값으로 메인 프로세스 모듈로 전달하는 ADC(Analog Digital Converter) 스캔 모듈과, 엔진의 회전수와 기어를 통해 전달되는 샤프트(Shaft)의 회전수를 표시하고, 레버로부터 얻어지는 사용자의 엔진 속도 및 피치 각 제어 명령의 입력 값과 메인 콘트롤러(20)로부터 수신한 피드백 값을 그래프로 보여주고, 각 장치들의 상태 정보를 나타내는 디지털 입력, 아날로그 입력 값들을 그 의미와 값의 범위에 맞추어 표현하여 사용자가 한눈에 전체 시스템의 상태를 확인할 수 있도록 하는 디스플레이 모듈과, 메인 콘트롤러(20)의 통신 모듈과 CAN(Controller Area Network) 통신 방식으로 데이터를 주고받는 통신 모듈과, 키 스캔 모듈, ADC 스캔 모듈, 디스플레이 모듈 및 통신 모듈을 제어하고 관리하는 메인 프로세스 모듈을 포함하여 이루어진다.

한편, 메인 콘트롤러(20)는 피치 펌프(Pitch Pump), 기어 박스(Gear Box), 인버터(Inverter), 메인 엔진 등으로부터 들어오는 다양한 입력 신호들을 측정하고, 그에 따른 출력 신호를 제어하며, 이러한 입출력 신호의 정보를 통신을 통해 콘트롤 헤드(10)에 제공한다. 또한, 콘트롤 헤드(10)로부터 받은 사용자의 명령에 따라 내부적인 로직 회로에 의해 연결되어 있는 장치들을 제어한다. 그리고, 디지털 입/출력, 아날로그 입/출력, 펄스 입력, RTD(Registance Temperature Detector) 데이터를 전송하는 펑션 코드(Function Code)를 구현하여 콘트롤 헤드(10)로 전송한다. 또한, 메인 콘트롤러(20)는 데이터 로깅 기능도 수행하는 데, 시리얼 포트를 통해 피치 펌프 제어기(40) 및 엔진의 각종 상태를 파일 형태로 저장한다.

전술한, 메인 콘트롤러(20)는 디지털 입/출력 신호를 제어하여 메인 콘트롤러(20)에 연결되어 있는 피치 펌프, 기어 박스, 인버터, 메인 엔진 등에 대한 각각의 동작 상태와 알람 정보를 확인하고, 로컬/리모트 및 동작/정지 명령을 보내주는 역할을 수행하는 입출력 모듈과, 메인 프로세서 모듈에 의해 주기적으로 호출되어 온도나 압력 센서로부터 입력되는 아날로그 데이터를 읽어오는 ADC 스캔 모듈과, 콘트롤 헤드(10)와 통신을 통해 얻어진 엔진 RPM과 피치 각의 사용자 입력 값을 엔진 및 피치 펌프 제어기(40)로 보내기 위해 아날로그 출력 신호를 만드는 DAC(Digital Analog Converter) 스캔 모듈과, 콘트롤 헤드(10)의 통신 모듈과 CAN 통신 방식으로 데이터를 주고받는 통신 모듈과, 입출력 모듈, ADC 스캔 모듈, DAC 스캔 모듈 및 통신 모듈을 제어하고 관리하는 메인 프로세스 모듈을 포함하여 이루어진다.

전술한, 메인 콘트롤러(20)의 메인 프로세스 모듈은 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선에 의거하여 각 운전 조건에서 연료 소모를 최소로 할 수 있는 최적 운전 조건을 또 다른 곡선(이하, '최적 운전 조건 곡선'이라 한다)으로 저장하고 있다가, 메인 엔진 조정기(30)로부터 실시간으로 입력받은 엔진 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태를 확인하고, 최적 운전 조건 곡선에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태가 최적 운전 조건에 만족할 수 있도록 프로펠러 피치의 각도와 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하여 메인 엔진의 부하를 제어한다.

메인 엔진 조정기(30)는 엔진 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호를 메인 콘트롤러(20)로 실시간 전송하고, 메인 콘트롤러(20)로부터 수신한 메인 엔진의 RPM 제어 값에 의거하여 메인 엔진의 RPM을 제어한다.

피치 펌프 제어기(40)는 메인 콘트롤러(20)로부터 인가받은 프로펠러 피치 각도 제어 값에 의거하여 프로펠러 피치의 각도를 제어한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 엔진 속도와 엔진 부하의 관계 곡선을 예시적으로 보인 도이다.

도 2에서 ①은 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선으로, 메인 엔진의 출력의 크기에 따라서 곡선의 특성은 달라질 수 있다.

②는 메인 엔진의 최대 부하 곡선을 고려한 CPP 추진 제어 시스템의 속도에 대한 과부하 보호 곡선이다.

③은 FPP(Fixed Pitch Propulsion) 추진 제어 시스템의 속도에 대한 과부하 보호 곡선이다.

④는 CPP 추진 제어 시스템의 콤비네이션 운전 모드에서의 속도에 대한 부하 곡선이다.

⑤는 공회전 상태에서의 메인 엔진의 속도에 대한 부하 구간이다.

⑥는 CPP 추진 제어 시스템에서 프로펠러 피치를 제로 포지션으로 설정했을 때의 메인 엔진의 속도에 대한 부하 곡선이다.

도 2에서, 우측 상단에 있는 MCR(Maximum Continuous Rating)은 메인 엔진이 최고 속도에서 낼 수 있는 최대 부하를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법을 설명하기 위한 처리도이다.

우선, 메인 콘트롤러(20)는 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선을 기준으로 각 부하에서 연료 소모를 최소로 할 수 있는 최적 운전 조건을 나타내는 곡선인 최적 운전 조건 곡선을 저장하고 있다가, 메인 엔진 조정기(30)로부터 실시간으로 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호를 입력받는다(S10).

이후에는 상기한 과정 S10을 통해 입력받은 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태를 확인한다(S12).

그리고, 상기한 과정 S12를 통해 확인된 메인 엔진의 운전 상태를 최적 운전 조건 곡선과 비교하여 메인 엔진의 운전 상태가 최적 운전 조건을 만족시킬 수 있도록 프로펠러 피치의 각도와 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하여, 메인 엔진의 부하를 제어한다(S14).

상기한 과정 S14에서 메인 콘트롤러(20)는 메인 엔진 조정기(30)로 메인 엔진의 RPM 제어 값을 인가하는 동시에 피치 펌프 제어기(40)로 프로펠러 각도 제어 값을 인가하여 프로펠러 피치의 각도와 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어한다.

상기한 과정 S14를 통해 메인 콘트롤러(20)로부터 메인 엔진의 RPM 제어 값을 수신한 메인 엔진 조정기(30)는 메인 콘트롤러(20)로부터 수신한 메인 엔진의 RPM 제어 값에 의거하여 메인 엔진의 RPM을 제어하고, 피치 펌프 제어기(40)는 메인 콘트롤러(20)로부터 수신한 프로펠러 피치 각도 제어 값에 의거하여 프로펠러 피치의 각도를 제어한다.

본 발명의 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10. 콘트롤 헤드, 20. 메인 콘트롤러,
30. 메인 엔진 조정기, 40. 피치 펌프 제어기

Claims

메인 엔진 조정기로부터 실시간으로 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호를 입력받는 과정과;
상기 입력받은 메인 엔진의 RPM 상태 신호와 연료 인덱스(엔진 부하) 신호에 의거하여 메인 엔진의 운전 상태를 확인하는 과정과;
상기 확인된 메인 엔진의 운전 상태를 최적 운전 조건 곡선과 비교하여 메인 엔진의 운전 상태가 최적 운전 조건을 만족시킬 수 있도록 상기 메인 엔진 조정기로 메인 엔진의 RPM 제어 값을 인가하는 동시에 피치 펌프 제어기로 프로펠러 각도 제어 값을 인가하여 프로펠러 피치의 각도와 상기 메인 엔진의 RPM을 동시에 제어하는 과정을 포함하여 이루어지는 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법.
제 1항에 있어서, 상기 최적 운전 조건 곡선은,
상기 메인 엔진의 속도에 대한 최대 부하 곡선을 기준으로 각 부하에서 연료 소모를 최소로 하는 최적 운전 조건을 나타내는 곡선인 것을 특징으로 하는 CPP 추진 제어 시스템에서의 부하 제어 방법.