KR101615273B1

KR101615273B1 - 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치

Info

Publication number: KR101615273B1
Application number: KR1020150160194A
Authority: KR
Inventors: 신호용
Original assignee: 화인시스템(주)
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-05-13

Abstract

본 발명은 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치에 관한 것으로, 수처리 펌프 전동기와 접속되도록 설치되고 수처리 펌프 전동기의 전류 지연 특성 및 고조파가 발생되는 특성을 사용하여 전동기의 비정상상태를 표시한다.

Description

전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치{Instrument control unit having motor abnormality detecting function for water treatment system}

본 발명은 수처리 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세히는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(Instrument control unit)에 관한 것이다.

일반적으로 수원에서 송수되어 온 원수를 상수로 정화하여 상수도로 배출하는 정수장이나, 공장이나 가정 등에서 배출되는 공장폐수나 하수 등의 유입수로부터 유해물질이나 오염물질을 제거하여 유출수의 수질을 허용 한계 수질로 처리한 후 하천 등으로 배출하는 하수 및 폐수처리장 등에는 원수나 유입수 등과 같은 처리수를 저장하기 위한 다수의 처리수 저장조를 구비하고 있으며, 다수의 처리수 저장조에 저장된 처리수는 처리수 이송로를 통해 이송되면서 정수 처리되거나, 혹은 하수 및 폐수 처리되어 외부로 배출된다.

또한, 정수장이나 하수 및 폐수처리장 등에는 처리수 저장조에 저장된 처리수를 처리수 이송로를 통해 이송시키면서 정수 처리하거나 하수 및 폐수 처리하기 위한 수처리 시스템을 구비하고 있다.

상기 수처리 시스템은 수처리가 진행되는 동안 수처리 계측기(예컨대, 처리수 저장조나 처리수 이송로에 설치되는 수위계, 유량계, 수질계 또는 압력계 등) 수질분석기 또는 수처리 펌프 전동기(예컨대, 처리수 저장조나 처리수 이송로에 설치되어 처리수 유입용이나 이송용, 배출용 또는 가압장, 펌프장에 사용되는 펌프 전동기)의 동작을 계장제어장치(Instrument control unit)를 통해 원격제어기 또는 중앙제어기에서 원격 감시하고 제어한다.

상기 수처리 시스템용 계장제어장치는 정수장이나 하수 및 폐수처리장 등에서 상기 수처리 계측기와 접속되도록 설치되거나 상기 수처리 펌프 전동기와 접속되도록 설치된다.

또한, 상기 계장제어장치는 전원공급선을 통해 전원을 공급받아 동작하며, 상기 원격제어기 또는 상기 중앙제어기와 연결되는 통신회선을 통해 상기 원격제어기 또는 상기 중앙제어기와 통신을 하면서 원격제어기 또는 중앙제어기에 의해 원격 감시되고 제어된다.

예컨대, 상기 수처리 펌프 전동기와 접속되도록 설치되는 계장제어장치는 상기 원격제어기 또는 중앙제어기에 의해 작동이 온/오프 제어되고, 예컨대 처리수 저장조나 처리수 이송로에 설치되어 처리수 유입용이나 이송용, 배출용 또는 가압장, 펌프장에 사용되는 수처리 펌프 전동기를 구동함으로써 처리수 저장조에서 유입되거나 배출되는 처리수의 유입량 혹은 배출량을 조절하거나 처리수 이송로를 따라 이송되는 처리수의 이송량을 조절한다.

참고로, 도 1의 (a)와 (b)에 나타낸 사진은 배수펌프와 접속되도록 설치되는 계장제어장치를 나타낸 실시예로서, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 계장제어장치의 커버가 개방된 상태를 나타낸다.

한편, 상기한 바와 같은 종래의 수처리 펌프 전동기를 사용하는 경우, 통상 전동기는 인덕터 특성으로 인해 전류 위상이 전압의 위상에 비하여 지연되는데, 이러한 전류 지연 현상은 전동기의 상태에 따라 다양하게 형성된다.

예를 들어, 무부하 상태에서 공회전할 때는 전류 위상이 지연되어 흐르다가 기계적인 부하가 걸리면 전류 위상이 빨라진다. 이때, 전동기의 코일이 과열되거나 코일의 층간 절연이 불량하여 수 가닥의 단락이 발생한 경우 전류 위상은 더욱 빨라진다.

그 밖에 과열, 과부하, 접촉 불량에 의한 아크 발생으로 인한 코일 단선, 운전용 콘덴서 단선 등의 경우에도 전류의 위상은 정상상태에 비해 빨라지거나 지연되는 등으로 나타난다.

또한 전동기의 열화는 베어링이 갈라지거나, 에어갭의 불량, 또는 절연 열화로 진행되고, 나아가 이러한 열화가 계속 발생하면 회전이 불규칙하게 되고, 전동기의 권선을 흐르는 전류가 불균형하게 되어 다양한 고조파가 발생하게 된다. 또한 이러한 고조파는 열화의 진행과 함께 그 발생량도 증가한다.

또한 제어계통에 고조파가 발생하면 기기의 동작 불량, 전동기의 진동, 높은 주파수의 고조파로 인한 과열, 고조파전류의 중첩으로 인한 동손, 철손 등과 같은 손실의 증가 및 국부적인 과전류 발생 등의 반복으로 절연파괴, 전원의 실효치가 증가하므로 무효전력이 증가하므로 효율저하, 수명단축 등의 원인으로 나타난다.

KR

10-2002-0032787

A

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수처리 펌프 전동기와 접속되도록 설치되고 수처리 펌프 전동기의 전류 지연 특성을 이용하여 비정상상태를 표시한다.

또한 전동기의 코일에 발생하는 고조파를 각각 측정하여 전동기의 열화 정도를 파악하고, 그 결과를 표시하는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치는, 수처리 펌프 전동기에 접속되는 기기접속단자와; 전원을 공급하고 계장제어장치를 현장 운용자가 제어하는 로컬 모드를 설정하거나 수처리 시스템용 중앙제어기가 원격 제어하는 리모트 모드를 설정하는 수처리 시스템용 원격제어기가 로컬 모드를 설정하면 수처리 펌프 전동기의 동작을 전력선통신(PLC:Power Line Communication)을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 전력선통신선이 접속되는 전력선접속단자; 상기 원격제어기가 리모트 모드를 설정하면 수처리 시스템용 중앙제어기에서 수처리 펌프 전동기의 동작을 직렬통신을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 직렬통신선이 접속되는 직렬통신접속단자; 상기 전력선접속단자를 통해 신호를 송수신하는 전력선통신 송수신부; 상기 직렬선통신접속단자를 통해 신호를 송수신하는 직렬통신 송수신부; 상기 기기접속단자에 접속되는 상기 수처리 펌프 전동기를 온 혹은 오프시키는 전동기 구동부; 상기 원격제어기가 로컬 모드를 설정하면 상기 전력선통신 송수신부를 통해 상기 원격제어기와 전력선통신을 하고, 로컬 표시등을 점등한 상태에서 로컬 버튼이 눌려지면 상기 원격제어기로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 원격제어기가 리모트 모드를 설정하면 상기 직렬통신 송수신부를 통해 상기 중앙제어기와 직렬통신을 하고, 리모트 표시등을 점등한 상태에서 리모트 버튼이 눌려지면 상기 중앙제어기로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 원격제어기 또는 상기 중앙제어기로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하는지 여부와 상관없이, ON 작동 버튼의 온 요청 신호 혹은 OFF 작동 버튼의 오프 요청 신호를 수신하면 상기 전동기 구동부로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 전동기 온 신호를 출력할 때는 ON 작동 표시등을 점등하고, 상기 전동기 오프 신호를 출력할 때는 상기 OFF 작동 표시등을 점등하는 마이크로컨트롤러; 및 상기 전력선접속단자를 통해 공급되는 전원을 상기 전력선통신 송수신부, 상기 직렬통신 송수신부, 전동기 구동부, 마이크로컨트롤러의 구동 전원으로 변환하여 공급하는 전원변환부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치는 상기 수처리 펌프 전동기의 전류 입력단자에 상호 반대 방향으로 병렬 접속된 한 쌍의 다이오드로 구성되어, 부하 측에 흐르는 전류 위상을 검출하여 구형파로 변환하는 전류위상검출부와; 상기 전류위상검출부의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상을 구형파로 변환하여 출력하는 전류위상변환부; 상기 전동기의 전압 입력단자에 저항과 콘덴서로 연결되며, 입력 전압의 위상을 지연시키고, 입력되는 전동기의 전압을 저항을 통해 콘덴서에 충방전시킴으로써 전동기의 전압의 위상을 검출하는 전압위상검출부; 상기 전압위상검출부의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전압 위상을 구형파로 변하여 출력하는 전압위상변환부; 상기 전류위상변환부의 출력 및 상기 전압위상변환부의 출력 합성분과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차를 구형파로 출력하고, 상기 전류위상변환부의 출력 및 상기 전압위상변환부의 출력이 다를 때는 전원전압과 동일한 양의 전압 또는 음의 전압이 인가되는데 이 순간을 선별하여 출력하는 위상비교부; 상기 위상비교부의 출력을 적분하여 톱니파 형태로 변환하여 출력하고 저항, 콘덴서 및 다이오드로 구성되는 톱니파발생부; 상기 톱니파발생부의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차에 대응하는 펄스 신호를 출력하는 위상차검출부; 및 상기 위상차검출부의 출력을 카운터로 계수하며 누적 계수치가 정해진 값 이상일 때 상기 전동기의 비정상을 알리는 경고를 출력하여 표시부에 표시하고, 경고 출력 후 카운터의 리셋기능에 의해 새로운 계수 동작을 수행하는 비정상상태판단부; 로 구성되고 상기 전원변환부의 공급 전원으로 작동하는 위상비정상상태검출부는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치는 부하 측에 흐르는 전류를 검출하여 전류배율증폭부로 보내는 전류검출부; 상기 전류검출부에서 검출된 전류신호를 일정값의 배율로 증폭하는 전류배율증폭부; 부하 측에 흐르는 전압를 검출하여 전압배율증폭부로 보내는 전압검출부; 상기 전압검출부에서 검출된 전압신호를 일정값의 배율로 증폭하는 전압배율증폭부; 상기 전류배율증폭부 및 전압배율증폭부를 통해 전달된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜주는 A/D변환부; 상기 A/D변환부를 통하여 디지털화된 신호를 고속 푸리에 변환처리하고, 신호의 기본파 성분과 고조파 성분을 산출하며, 전체 신호의 실효치에 대한 고조파 성분의 실효치의 비율을 계산하여 신호의 왜곡율을 연산하는 고조파판단부;로 구성되고, 상기 전원변환부의 공급 전원으로 작동하는 고조파비정상상태검출부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치에 있어서, 상기 위상비정상상태검출부 및 고조파비정상상태검출부가 표시부에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하면 상기 마이크로컨트롤러가 경고표시등을 점등하고, 경고표시등 점등 상태에서 리셋버튼이 눌려지면 경고 표시를 소거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 수처리 시스템용 계장제어장치가 수처리 펌프 전동기와 접속한 상태에서 수처리 펌프 전동기의 전류 지연 특성에 기인하는 비정상상태(예컨대, 전동기의 코일이 과열되거나 코일의 층간 절연이 불량하여 발생하는 수 가닥의 단락, 과열, 과부하, 접촉 불량에 의한 아크 발생으로 인한 코일 단선, 운전용 콘덴서 단선 등) 또한 제어계통에 고조파가 발생하면 기기의 동작 불량, 전동기의 진동, 높은 주파수의 고조파로 인한 과열, 고조파전류의 중첩으로 인한 동손, 철손 등과 같은 손실의 증가 및 국부적인 과전류 발생 등의 반복으로 절연파괴, 전원의 실효치가 증가하므로 무효전력이 증가하므로 효율저하, 수명단축 등의 원인을 용이하게 검출하여 표시할 수 있으며, 그 결과로 신속하게 비정상 해결 조치를 수행함으로써 추가적인 2차 사고를 예방, 방지하고 2차 사고로 인하여 발생되는 막대한 경제적, 시간적 손실을 현저하게 경감할 수 있다.

도 1은 수처리 시스템의 배수펌프와 접속되도록 설치되는 종래의 계장제어장치를 나타낸 사진.
도 2는 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 위상비정상상태검출부의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 고조파비정상상태검출부의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 원격제어기의 평면도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(100)는 수처리 시스템용 원격제어기(200) 또는 중앙제어기(200')에서 원격 감시하고 제어한다.

본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(100)는 상기 원격제어기(200)와 전력선통신(PLC)을 하고, 상기 중앙제어기(200')와 직렬통신을 하여 원격 감시 제어를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(100)는 다음과 같이 구성된다.

기기접속단자(110)는 수처리 펌프 전동기(300)에 접속된다.

상기 수처리 펌프 전동기(300)는 수처리 시스템의 처리수 저장조나 처리수 이송로에 설치되어 처리수 유입용이나 이송용 또는 배출용으로 사용되는 전동기인 것이 바람직하며, 예컨대, 처리수 유입용 급수 펌프 전동기, 처리수 이송용 이송 펌프 전동기, 처리수 배출용 배수 펌프 전동기, 가압장 및 펌프장 펌프 전동기 등이다.

상기 계장제어장치(100)는 원격제어기(200)의 선택스위치가 리모트 모드(210)일 경우 계장제어장치(100)의 원격제어기 리모트 표시등이 점등되고 계장제어장치(100)의 모드를 로컬 모드(151)로 설정하면 계장제어장치(100)에서 수동으로 ON 동작버턴(153) 및 OFF 동작버턴(154)을 누르면 ON 동작램프(153a) 및 OFF 동작램프(153b)가 점등되고 수처리 펌프 전동기(300)를 ON/OFF 동작을 한다.

또한 계장제어장치(100)는 원격제어기(200)의 선택스위치가 리모트 모드(210)일 경우 계장제어장치(100)의 원격제어기 리모트 표시등이 점등되고 계장제어장치(100)의 모드를 리모트 모드(152)로 설정하면 직렬통신접속단자(131') 와 직렬통신선을 통하여 중앙제어기(200')에서 수동으로 ON 동작 및 OFF 동작을 실행하면 ON 동작램프(153a) 및 OFF 동작램프(153b)가 점등되고 수처리 펌프 전동기(300)를 ON/OFF 동작을 한다.

전력선접속단자(131)는 전원을 공급하고 원격제어기(200)가 로컬 모드(210)로 계장제어장치(100)를 현장 운용자가 제어하는 로컬 모드를 설정하거나 수처리 시스템용 중앙제어기(200')가 원격 제어하는 리모트 모드를 설정하는 수처리 시스템용 원격제어기(200)가 로컬 모드를 설정하면 수처리 펌프 전동기(300)의 동작을 전력선통신(PLC)을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 전력선통신선이 접속된다.

직렬통신접속단자(131')는 상기 원격제어기(200)가 리모트 모드를 설정하면 수처리 시스템용 중앙제어기(200')에서 수처리 펌프 전동기(300)의 동작을 직렬통신을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 직렬통신선이 접속된다.

전력선통신 송수신부(130)는 상기 전력선접속단자(131)를 통해 신호를 송수신한다.

직렬통신 송수신부(130')는 상기 직렬선통신접속단자(131')를 통해 신호를 송수신한다.

전동기 구동부(140)는 상기 기기접속단자(110)에 접속되는 상기 수처리 펌프 전동기(300)를 온 혹은 오프시킨다.

마이크로컨트롤러(190)는 상기 원격제어기(200)가 로컬 모드를 설정하면 상기 전력선통신 송수신부(130)를 통해 상기 원격제어기(200)와 전력선통신을 하고, 로컬 표시등(151a)을 점등한 상태에서 상기 원격제어기(200)로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

상기 마이크로컨트롤러(190)는 상기 원격제어기(200)가 리모트 모드를 설정하면 상기 직렬통신 송수신부(130')를 통해 상기 중앙제어기(200')와 직렬통신을 하고, 리모트 표시등(152a)을 점등한 상태에서 리모트 버튼(152)이 눌려지면 상기 중앙제어기(200')로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

상기 마이크로컨트롤러(190)는 상기 원격제어기(200)의 리모트 모드 상태 및 계장제어장치(100)의 리모트 램프(152a) 점등 후 로컬 모드 버턴(151)을 누른 후 ON 작동 버튼(153)의 온 요청 신호 혹은 OFF 작동 버튼(154)의 오프 요청 신호를 수신하면 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

상기 마이크로컨트롤러(190)는 상기 전동기 온 신호를 출력할 때는 ON 작동 표시등(153a)을 점등하고, 상기 전동기 오프 신호를 출력할 때는 상기 OFF 작동 표시등(154a)을 점등한다.

전원변환부(160)는 상기 전력선접속단자(131)를 통해 공급되는 전원을 상기 전력선통신 송수신부(130), 상기 직렬통신 송수신부(130'), 전동기 구동부(140), 마이크로컨트롤러(190)의 구동 전원으로 변환하여 공급한다.

위상비정상상태검출부(170)는 상기 전원변환부(160)의 공급 전원으로 작동하고 수처리 펌프 전동기(300)의 전류 지연 특성에 기인하는 비정상상태를 검출한다.

전류위상검출부(171)는 상기 수처리 펌프 전동기(300)의 전류 입력단자(I)에 상호 반대 방향으로 병렬 접속된 한 쌍의 다이오드로 구성될 수 있고, 부하 측에 흐르는 전류 위상을 검출하여 구형파로 변환한다.

전류위상변환부(172)는 상기 전류위상검출부(171)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상을 구형파로 변환하여 출력한다.

전압위상검출부(173)는 상기 전동기의 전압 입력단자(V)에 저항과 콘덴서로 연결되며, 입력 전압의 위상을 지연시키고, 입력되는 전동기의 전압을 저항을 통해 콘덴서에 충방전시킴으로써 전동기의 전압의 위상을 검출한다.

전압위상변환부(174)는 상기 전압위상검출부(173)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전압 위상을 구형파로 변하여 출력한다.

위상비교부(175)는 상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력 합성분과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차를 구형파로 출력하고, 상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력이 다를 때는 전원전압과 동일한 양의 전압 또는 음의 전압이 인가되는데 이 순간을 선별하여 출력한다.

톱니파발생부(176)는 상기 위상비교부(175)의 출력을 적분하여 톱니파 형태로 변환하여 출력하고 저항, 콘덴서 및 다이오드로 구성될 수 있다.

위상차검출부(177)는 상기 톱니파발생부(176)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차에 대응하는 펄스 신호를 출력한다.

비정상상태판단부(178)는 상기 위상차검출부(177)의 출력을 카운터로 계수하며 누적 계수치가 정해진 값 이상일 때 상기 전동기의 비정상을 알리는 경고를 출력하여 표시부(155)에 표시하고, 경고 출력 후 카운터의 리셋기능에 의해 새로운 계수 동작을 수행할 수 있다.

고조파비정상상태검출부(180)는 상기 전원변환부(160)의 공급 전원으로 작동하고 수처리 펌프 전동기(300)의 고조파 발생 특성에 기인하는 비정상상태를 검출한다.

전류검출부(181)는 부하 측에 흐르는 전류를 검출하여 전류배율증폭부로 보내고, 전류배율증폭부(182)는 상기 전류검출부에서 검출된 전류신호를 일정값의 배율로 증폭한다.

전압검출부(183)는 전동기의 전압 입력단자(V)에 흐르는 전압를 검출하여 전압배율증폭부로 보내고, 전압배율증폭부(184)는 상기 전압검출부에서 검출된 전압신호를 일정값의 배율로 증폭한다.

A/D변환부(185)는 상기 전류배율증폭부 및 전압배율증폭부를 통해 전달된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환한다.

고조파판단부(186)는 상기 A/D변환부를 통하여 디지털화된 신호를 고속 푸리에 변환처리하고, 신호의 기본파 성분과 고조파 성분을 산출하며, 전체 신호의 실효치에 대한 고조파 성분의 실효치의 비율을 계산하여 신호의 왜곡율을 연산하고 그 결과를 표시한다.

상기 위상비정상상태검출부(170) 및 고조파비정상상태검출부(180)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하면 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등하고, 경고표시등(156a) 점등 상태에서 리셋버튼(156)이 눌려지면 경고 표시를 소거한다.

상기 전동기의 비정상을 알리는 경고는 상기 표시부(155)를 통해 LED 점등 혹은 점멸, 경고음 발생 등과 같은 다양한 방식으로 표시할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 원격제어기(200)는 전력선통신선(130)을 통해 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(100)로 전원을 공급한다.

상기 원격제어기(200)는 관리자가 로컬/리모트 선택 스위치(210)를 조작하여 상기 계장제어장치(100)를 원격 제어하는 로컬 모드를 설정하거나 수처리 시스템용 중앙제어기(200')가 원격 제어하는 리모트 모드를 설정할 수 있다.

상기 원격제어기(200)는 상기 계장제어장치(100)를 원격 제어하는 로컬 모드를 설정한 상태에서 원격 ON 작동 버튼(220)의 전동기 온 요청 신호 혹은 원격 OFF 작동 버튼(230)의 전동기 오프 요청 신호를 상기 계장제어장치(100)로 전달한다.

상기 원격제어기(200)는 상기 전동기 온 요청 신호를 출력할 때는 원격 ON 작동 표시등(221)을 점등하고, 상기 전동기 오프 요청 신호를 출력할 때는 원격 OFF 작동 표시등(231)을 점등한다.

상기 원격제어기(200)는 상기 비정상상태판단부(178) 및 고조파판단부(186)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하고 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등하면, 이와 동시에 원격 경고표시등(241)을 점등하고, 원격 경고표시등(241) 점등 상태에서 원격리셋버튼(240)이 눌려지면 상기 계장제어장치(100)의 표시부(155)에 표시된 경고 표시를 소거한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치(100)는 다음과 같이 작동한다.

상기 계장제어장치(100)는 상기 수처리 시스템을 구비한 정수장이나 하수 및 폐수처리장 등의 현장에서 상기한 수처리 펌프 전동기(300)에 접속되도록 설치된다.

이때, 상기 계장제어장치(100)의 기기접속단자(110)에 상기한 수처리 펌프 전동기(300)가 접속되고, 상기 계장제어장치(100)의 전력선접속단자(131)에 상기 수처리 시스템의 원격제어기(200)와 연결되는 전력선통신선(132)이 접속되고, 상기 직렬통신접속단자(131')에 상기 수처리 시스템의 중앙제어기(200')와 연결되는 직렬통신선(132')이 접속된다.

이 상태에서, 현장 운용자가 상기 원격제어기(200)의 로컬/리모트 선택 스위치(121)를 로컬로 선택하면 상기 계장제어장치(100)의 마이크로컨트롤러(190)는 로컬 표시등(151a)을 점등함으로써 현재 상기 계장제어장치(100)가 상기 수처리 시스템용 원격제어기(200)에 의해 원격 제어되는 상태임을 표시한다.

상기 로컬 표시등(151a)이 점등된 상태에서 마이크로컨트롤러(190)는 전력선통신(PLC)을 통해 상기 원격제어기(200)로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

이와 달리, 현장 운용자가 상기 원격제어기(200)의 로컬/리모트 선택 스위치(121)를 리모트로 선택하면 상기 계장제어장치(100)의 마이크로컨트롤러(190)는 리모트 표시등(152a)이 점등된 상태에서 현장 운영자가 로컬 버턴(151)을 누른 후 ON 작동 버튼(153)의 온 요청 신호 혹은 OFF 작동 버튼(154)의 오프 요청 신호를 수신하면 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

상기 리모트 표시등(152a)이 점등된 상태에서 현장 운용자가 상기 계장제어장치(100)의 리모트 버튼(152)을 누르면, 마이크로컨트롤러(190)는 직렬통신을 통해 상기 중앙제어기(200')로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달한다.

상기 마이크로컨트롤러(190)는 상기 전동기 온 신호를 출력할 때, 도 2에 나타낸 ON 작동 표시등(153a)을 점등하여 현재 수처리 펌프전동기(300)가 작동 중임을 현장 운용자나 중앙제어기(200')의 관리자에게 알려준다.

상기 마이크로컨트롤러(190)는 상기 전동기 오프 신호를 출력할 때, 도 2에 나타낸 OFF 작동 표시등(154a)을 점등하여 현재 수처리 펌프전동기(300)가 작동 중이 아님을 현장 운용자나 중앙제어기(200')의 관리자에게 알려준다.

상기와 같이 수처리 펌프전동기(300)를 구동함으로써 상기 처리수 저장조에서 유입되거나 배출되는 처리수의 유입량 혹은 배출량을 조절하거나 처리수 이송로를 따라 이송되는 처리수의 이송량을 조절할 수 있다.

한편, 상기와 같이 수처리 펌프전동기(300)를 구동하는 동안, 상기 위상비정상상태검출부(170)는 해당 수처리 펌프 전동기(300)의 전류 지연 특성에 기인하는 비정상상태(예컨대, 전동기의 코일이 과열되거나 코일의 층간 절연이 불량하여 발생하는 수 가닥의 단락, 과열, 과부하, 접촉 불량에 의한 아크 발생으로 인한 코일 단선, 운전용 콘덴서 단선, 비정상고조파 발생 등)를 검출하여 표시부(155)에 표시한다.

상기 위상비정상상태검출부(170)가 수처리 펌프 전동기(300)의 구동 중에 전류 지연 특성에 기인하는 비정상상태를 검출하여 표시하는 작동을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 수처리 펌프 전동기(300)의 구동 중에 상기 전류위상검출부(171)가 해당 전동기의 전류 입력단자(I), 즉 부하 측에 흐르는 전류 위상을 검출하여 구형파로 변환하여 출력하면 상기 전류위상변환부(172)가 상기 전류위상검출부(171)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상을 구형파로 변환하여 출력한다.

이때, 상기 전압위상검출부(173)가 상기 전동기의 전압 입력단자(V) 측에서 입력 전압의 위상을 지연시키고, 입력되는 전동기의 전압을 저항을 통해 콘덴서에 충방전시킴으로써 전동기의 전압의 위상을 검출하면 상기 전압위상변환부(174)가 상기 전압위상검출부(173)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전압 위상을 구형파로 변하여 출력한다.

이어서, 상기 위상비교부(175)가 상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력 합성분과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차를 구형파로 출력하고, 특히 상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력이 다를 때는 전원전압과 동일한 양의 전압 또는 음의 전압이 인가되는데 이 순간을 선별하여 출력한다.

이어서, 상기 톱니파발생부(176)가 상기 위상비교부(175)의 출력을 적분하여 톱니파 형태로 변환하여 출력하면 상기 위상차검출부(177)가 상기 톱니파발생부(176)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차에 대응하는 펄스 신호를 출력하여 상기한 비정상상태판단부(178)로 전달한다.

이에 따라서, 최종적으로 상기 비정상상태판단부(178)가 상기 위상차검출부(177)의 출력을 카운터로 계수하며 누적 계수치가 정해진 값 이상일 때 상기 전동기의 비정상을 알리는 경고를 출력하여 표시부(155)에 표시한다.

상기 비정상상태판단부(178)는 경고 출력 후 카운터의 리셋기능에 의해 새로운 계수 동작을 수행할 수 있다.

또한 수처리 펌프 전동기(300)의 구동 중에 고조파 발생 특성에 기인하는 비정상상태를 검출하여 표시하는 작동을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 수처리 펌프 전동기(300)의 구동 중에 전류검출부(181) 및 전류배율증폭부(182)는 부하 측에 흐르는 전류를 검출하여 일정값의 배율로 증폭한다.

전압검출부(183) 및 전압배율증폭부(184)는 부하 측에 흐르는 전압를 검출하여 일정값의 배율로 증폭한다.

이와 같이 상기 위상비정상상태검출부(170) 및 고조파비정상상태검출부(180)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하면 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등한다.

또한, 상기 경고표시등(156a) 점등 상태에서 리셋버튼(156)이 눌려지면 상기 마이크로컨트롤러(190)는 경고 표시를 소거한다.

특히, 상기 계장제어장치(100)가 상기 수처리 시스템용 원격제어기(200)에 의해 원격 제어되는 경우, 상기와 같이 상기 비정상상태판단부(178) 및 고조파판단부(186)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하고 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등하면, 이와 동시에 상기 원격제어기(200)가 원격 경고표시등(241)을 점등한다.

또한, 상기 원격 경고표시등(241) 점등 상태에서 원격리셋버튼(240)이 눌려지면 상기 원격제어기(200)는 상기 계장제어장치(100)의 표시부(155)에 표시된 경고 표시를 소거한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수처리 시스템용 계장제어장치(100)는 수처리 펌프 전동기(300)와 접속한 상태에서 수처리 펌프 전동기(300)의 전류 지연 특성에 기인하는 비정상상태(예컨대, 전동기의 코일이 과열되거나 코일의 층간 절연이 불량하여 발생하는 수 가닥의 단락, 과열, 과부하, 접촉 불량에 의한 아크 발생으로 인한 코일 단선, 운전용 콘덴서 단선 등) 또는 제어계통에 고조파가 발생하면 기기의 동작 불량, 전동기의 진동, 높은 주파수의 고조파로 인한 과열, 고조파전류의 중첩으로 인한 동손, 철손 등과 같은 손실의 증가 및 국부적인 과전류 발생 등의 반복으로 절연파괴, 전원의 실효치가 증가하므로 무효전력이 증가하므로 효율저하, 수명단축 등의 원인을 용이하게 검출하여 표시할 수 있다.

그 결과, 현장 운용자나 중앙제어기(200')의 관리자가 신속하게 비정상 해결 조치를 수행함으로써 추가적인 2차 사고를 예방, 방지하고 2차 사고로 인하여 발생되는 막대한 경제적, 시간적 손실을 현저하게 경감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

100: 계장제어장치 110: 기기접속단자
130: 전력선통신 송수신부 130': 직렬통신 송수신부
131: 전력선접속단자 131': 직렬통신접속단자
132: 전력선통신선 132': 직렬통신선
140: 전동기 구동부 150: 표시수단
151: 로컬 버튼 151a: 로컬 표시등
152: 리모트 버튼 152a: 리모트 표시등
153: ON 작동 버튼 153a: ON 작동 표시등
154: OFF 작동 버튼 154a: OFF 작동 표시등
155: 표시부 156: 리셋버튼
156a: 경고표시등 160: 전원변환부
170: 위상비정상상태검출부 171: 전류위상검출부
172: 전류위상변환부 173: 전압위상검출부
174: 전압위상변환부 175: 위상비교부
176: 톱니파발생부 177: 위상차검출부
178: 비정상상태판단부 180: 고조파비정상상태검출부
181: 전류검출부 182: 전류배율증폭부
183: 전압검출부 184: 전압배율증폭부
185: A/D변환부 186: 고조파판단부
190: 마이크로컨트롤러 300: 수처리 펌프 전동기
200: 원격제어기 210: 원격제어기 리모트/로컬 선택 스위치
220: 원격 ON 작동 버튼 221: 원격 ON 작동 표시등
230: 원격 OFF 작동 버튼 231: 원격 OFF 작동 표시등
240: 원격 리셋 버튼 241: 원격 경고 표시등

Claims

수처리 펌프 전동기(300)에 접속되는 기기접속단자(110)와;
전원을 공급하고 계장제어장치(100)를 현장 운용자가 제어하는 로컬 모드를 설정하거나 수처리 시스템용 중앙제어기(200')가 원격 제어하는 리모트 모드를 설정하는 수처리 시스템용 원격제어기(200)가 로컬 모드를 설정하면 수처리 펌프 전동기(300)의 동작을 전력선통신(PLC)을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 전력선통신선(130)이 접속되는 전력선접속단자(131);
상기 원격제어기(200)가 리모트 모드를 설정하면 수처리 시스템용 중앙제어기(200')에서 수처리 펌프 전동기(300)의 동작을 직렬통신을 통해 원격 감시하고 제어하도록 하는 직렬통신선(130')이 접속되는 직렬통신접속단자(131');
상기 전력선접속단자(131)를 통해 신호를 송수신하는 전력선통신 송수신부(130);
상기 직렬통신접속단자(131')를 통해 신호를 송수신하는 직렬통신 송수신부(130');
상기 기기접속단자(110)에 접속되는 상기 수처리 펌프 전동기(300)를 온 혹은 오프시키는 전동기 구동부(140);
상기 원격제어기(200)가 로컬 모드를 설정하면 상기 전력선통신 송수신부(130)를 통해 상기 원격제어기(200)와 전력선통신을 하고, 로컬 표시등(151a)을 점등한 상태에서 상기 원격제어기(200)로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 원격제어기(200)가 리모트 모드를 설정하면 상기 직렬통신 송수신부(130')를 통해 상기 중앙제어기(200')와 직렬통신을 하고, 리모트 표시등(152a)을 점등한 상태에서 리모트 버튼(152)이 눌려지면 상기 중앙제어기(200')로부터 전동기 온 요청 신호 혹은 전동기 오프 요청 신호를 수신하여 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 원격제어기(200)의 리모트 모드 상태 및 계장제어장치(100)의 리모트 표시등(152a) 점등 후 로컬 모드 버턴(151)을 누른 후 ON 작동 버튼(153)의 온 요청 신호 혹은 OFF 작동 버튼(154)의 오프 요청 신호를 수신하면 상기 전동기 구동부(140)로 전동기 온 신호 또는 전동기 오프 신호를 전달하고, 상기 전동기 온 신호를 출력할 때는 ON 작동 표시등(153a)을 점등하고, 상기 전동기 오프 신호를 출력할 때는 상기 OFF 작동 표시등(154a)을 점등하는 마이크로컨트롤러(190); 및
상기 전력선접속단자(131)를 통해 공급되는 전원을 상기 전력선통신 송수신부(130), 상기 직렬통신 송수신부(130'), 전동기 구동부(140), 마이크로컨트롤러(190)의 구동 전원으로 변환하여 공급하는 전원변환부(160);
로 구성되고,
상기 수처리 펌프 전동기(300)의 전류 입력단자에 상호 반대 방향으로 병렬 접속된 한 쌍의 다이오드로 구성되어, 부하 측에 흐르는 전류 위상을 검출하여 구형파로 변환하는 전류위상검출부(171)과;
상기 전류위상검출부(171)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상을 구형파로 변환하여 출력하는 전류위상변환부(172);
상기 전동기의 전압 입력단자에 저항과 콘덴서로 연결되며, 입력 전압의 위상을 지연시키고, 입력되는 전동기의 전압을 저항을 통해 콘덴서에 충방전시킴으로써 전동기의 전압의 위상을 검출하는 전압위상검출부(173);
상기 전압위상검출부(173)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전압 위상을 구형파로 변하여 출력하는 전압위상변환부(174);
상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력 합성분과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차를 구형파로 출력하고, 상기 전류위상변환부(172)의 출력 및 상기 전압위상변환부(174)의 출력이 다를 때는 전원전압과 동일한 양의 전압 또는 음의 전압이 인가되는데 이 순간을 선별하여 출력하는 위상비교부(175);
상기 위상비교부(175)의 출력을 적분하여 톱니파 형태로 변환하여 출력하고 저항, 콘덴서 및 다이오드로 구성되는 톱니파발생부(176);
상기 톱니파발생부(176)의 출력과 기준전압을 비교기로 비교하여 전류 위상과 전압 위상의 위상차에 대응하는 펄스 신호를 출력하는 위상차검출부(177); 및 상기 위상차검출부(177)의 출력을 카운터로 계수하며 누적 계수치가 정해진 값 이상일 때 상기 전동기의 비정상을 알리는 경고를 출력하여 표시부(155)에 표시하고, 경고 출력 후 카운터의 리셋기능에 의해 새로운 계수 동작을 수행하는 비정상상태판단부(178) 로 구성되고, 상기 전원변환부(160)의 공급 전원으로 작동하는 위상비정상상태검출부(170)와;
부하 측에 흐르는 전류를 검출하여 전류배율증폭부로 보내는 전류검출부(181);
상기 전류검출부에서 검출된 전류신호를 일정값의 배율로 증폭하는 전류배율증폭부(182);
전동기의 전압 입력단자(V)에 흐르는 전압를 검출하여 전압배율증폭부로 보내는 전압검출부(183);
상기 전압검출부에서 검출된 전압신호를 일정값의 배율로 증폭하는 전압배율증폭부(184);
상기 전류배율증폭부 및 전압배율증폭부를 통해 전달된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜주는 A/D변환부(185);
상기 A/D변환부를 통하여 디지털화된 신호를 고속 푸리에 변환처리하고, 신호의 기본파 성분과 고조파 성분을 산출하며, 전체 신호의 실효치에 대한 고조파 성분의 실효치의 비율을 계산하여 신호의 왜곡율을 연산하는 고조파판단부(186);로 구성되고, 상기 전원변환부의 공급 전원으로 작동하는 고조파비정상상태검출부(180)를
더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수처리 펌프 전동기(300)는 수처리 시스템의 처리수 저장조나 처리수 이송로에 설치되어 처리수 유입용이나 이송용, 배출용 또는 가압장, 펌프장에 사용되는 전동기인 것을 특징으로 하는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 비정상상태판단부(178)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하면 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등하고, 경고표시등(156a) 점등 상태에서 리셋버튼(156)이 눌려지면 경고 표시를 소거하는 것을 특징으로 하는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고조파판단부(186)가 표시부(155)에 전동기의 비정상을 알리는 경고를 표시하면 상기 마이크로컨트롤러(190)가 경고표시등(156a)을 점등하고, 경고표시등(156a) 점등 상태에서 리셋버튼(156)이 눌려지면 경고 표시를 소거하는 것을 특징으로 하는 전동기 비정상 상태 표시 기능을 구비한 수처리 시스템용 계장제어장치.