KR101671074B1 - 다기능 심정펌프 컨트롤러 - Google Patents

다기능 심정펌프 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하수를 지상으로 공급하기 위한 수직형의 심정펌프를 컨트롤하기 위한 다기능 심정펌프 컨트롤러에 관한 것으로서, 과부하로 인한 과전류의 인가를 차단하여 모터를 보호하고, 저수위시 펌프의 공회전을 방지할 수 있음은 물론 지하수가 부족하면 펌프의 공회전시의 전류량을 측정하여 펌프의 ON/OFF를 제어할 수 있는 다기능 심정펌프 컨트롤러에 관한 것이다.

Description

다기능 심정펌프 컨트롤러{Deepwater Pump Multi-Function Controller}
본 발명은 지하수를 지상으로 공급하기 위한 수직형의 심정펌프를 컨트롤하기 위한 다기능 심정펌프 컨트롤러에 관한 것으로서, 과부하로 인한 과전류의 인가를 차단하여 모터를 보호하고, 저수위시 펌프의 공회전을 방지할 수 있음은 물론 지하수가 부족하면 펌프의 공회전시의 전류량을 측정하여 펌프의 ON/OFF를 제어할 수 있는 다기능 심정펌프 컨트롤러에 관한 것이다.
지하수는 가정용 식수, 청소 등 생활용, 논, 밭 등 농업용, 공장시설 내 공업용 등으로 많이 이용되고 있으며, 또한 먹는 샘물, 주류 및 음료 등과 같은 음용수, 비닐하우스 수막재배용 등 전천후 농업용수, 온천, 지열에너지를 이용한 냉난방, 유출수를 이용한 하천 유지용수 등 매우 다양한 용도로 이용되고 있다.
이와 같은 지하수는 지표면 아래 깊은 심도를 굴착하여 굴착공 내부로 유입되는 지하수를 지상으로 펌핑한 후 지상에 구비된 물탱크에 보관한다. 이때 지상으로 지하수를 펌핑하기 위해 수직형 터빈펌프인 심정펌프를 사용한다. 심정펌프는 지하수의 수위 또는 지상에 구비된 물탱크의 수위에 따라 ON/OFF되는데, 이를 제어하기 위한 컨트롤러가 반드시 구비되어야 한다.
상기된 종래의 심정펌프 컨트롤러는 지하수 관정에 구비된 전극봉 수위센서와 연결되어 지하수의 유무를 감지하여 심정펌프의 작동을 제어하거나 물탱크의 수위를 감지하는 측정센서로부터 신호를 전달받아 심정펌프의 작동을 제어한다. 또한 컨트롤러에는 펌프의 작동을 사용자에게 인식시켜줄 수 있는 LED표시 장치가 구비되어 현재 지하수위 및 물탱크 내부의 수위, 펌프의 작동유무 등을 시각적으로 제공할 수 있으여 알람장치 등이 구비되어 있다.
이러한 종래의 컨트롤러는 물이 없는 상태에서 펌프 구동모터가 지속적으로 가동되면 물에 의해 모터의 냉각이 이루어지지 않아 모터의 과열로 쉽게 고장날 수 있으며, 전극봉 수위센서가 지하수에 의해 부식되어 원활한 수위의 측정이 어렵고, 수위센서와 컨트롤러를 연결하는 전선이 단선되면 펌프의 가동이 불가능하게되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 지하수의 수위를 측정하는 전극봉 수위센서의 부식 및 교체가 불필요하고, 펌프의 구동모터의 오작동 및 과전류로 인한 파손 등을 방지할 수 있는 다기능 심정펌프 컨트롤러의 개발이 필요한 실정이다.
1. 한국공개특허공보 제10-2011-0070254호 '펌프 운전 제어장치' (공개일 2011.06.24) 2. 한국공개특허공보 제10-2010-0100168호 '디지털펌프 자동 제어시스템' (공개일 2010.09.15) 3. 한국공개특허공보 제10-2000-0036351호 '무선 자동 수위 조절시스템' (공개일 2000.07.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 지하수의 수위 검출센서를 제거하고, 과부하로 인한 과전류 보호기능이 탑재되며, 저수위시 구동모터의 공회전 방지 및 모터의 공회전시 공급되는 전류량을 측정하여 지하수의 유무를 감지할 수 있는 다기능 심정펌프 컨트롤러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러는 구동모터(10)로부터 동력을 전달받아 지하에 위치한 유체를 저장부(20)로 이송시키는 펌프(30)의 작동을 제어하는 본체(100)로 이루어지며, 상기 본체(100)는 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 포함하되, 상기 제1 제어부(200)는 상기 저장부(20)에 수용되는 유체의 수위 상태를 감지하여 감지된 신호를 상기 본체(100)로 송신하는 수위센서부(210); 상기 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 가동시키기 위해 임의로 설정된 설정값을 입력하고 입력된 설정값을 저장하기 위해 조작하는 기능부(220); 상기 구동모터(10)를 작동시키기 위해 전류가 전달되면 구동모터(10)의 구동 시 발생되는 전류를 검출하여 데이터를 측정하고, 측정값이 설정값 이하로 감지되면 상기 펌프(30)의 작동을 정지시키는 모터전류 감지부(230);를 포함하며, 상기 제2 제어부(300)는 상기 펌프(30)의 구동을 위해 전달되는 전류를 ON/OFF하여 상기 구동모터(10)의 작동을 제어하는 전자접촉기(310); 상기 구동모터(10)가 OFF 상태에서 ON 상태로 작동될 수 있도록 상기 구동모터(10)의 구동 시 구동모터(10)에 일정량의 진상전류를 공급하는 기동콘덴서(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 유체의 수위가 상기 펌프(30)의 가동범위 이하로 떨어져 공회전하는 경우, 상기 모터전류 감지부(230)가 측정한 상기 구동모터(10)의 전류량 측정 데이터값이 상기 설정값 이하로 측정되는 시간이 지속되면 상기 전자접촉기(310)가 OFF 되어 상기 펌프(30)의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 제어부(200)는 상기 펌프(30)의 작동이 정지된 후 임의로 설정된 시간이 경과하면 상기 전자접촉기(310)를 ON 상태로 변경하여 상기 펌프(30)의 구동이 이루어지도록 상기 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달하는 재가동 동작부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 제어부(200)는 상기 모터전류 감지부(230)에서 설정값 이상의 전류가 일정시간동안 지속적으로 감지되면 상기 전자접촉기(310)를 OFF 시켜 상기 구동모터(10)의 파손을 방지하기 위한 과전류 감지부(250)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 과전류 감지부(250)는 상기 전자접촉기(310)를 OFF 시킨 후 임의로 설정된 시간이 경과하면, 상기 전자접촉기(310)를 ON 상태로 변경하여 상기 펌프(30)의 구동이 이루어지도록 상기 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지하수의 수위를 감지하는 수위센서가 구비되지 않아 장시간 사용시 센서의 부식이나 센서의 교체가 불필요하여 유지 보수가 용이하며, 수위센서와 컨트롤러를 연결하는 전선의 배선이 이루어지지 않아 경제적인 이점이 발생한다.
또한 본 발명은 펌프의 정상작동과, 공회전시 사용되는 전력량의 차이를 측정하여 지하수의 수위를 감지할 수 있기 때문에 펌프 구동모터의 과열을 방지할 수 있고, 구동모터가 정지되면 일정시간이 경과한 후 구동모터의 작동이 이루어지는 자동복귀 기능이 탑재되어 별도의 관리가 필요하지 않는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러의 전체적인 시스템을 나타낸 개략도.
도 2 는 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러의 제1 제어부 및 제2 제어부의 주요구성을 나타낸 개략도.
도 3 은 본 발명의 가동 실시예를 나타낸 순서도.
도 4 는 본 발명의 지하수위의 저하시 가동 실시예를 나타낸 순서도.
도 5 는 본 발명의 구동모터 및 펌프에 과전류가 발생시 가동 실시예를 나타낸 순서도.
도 6 은 본 발명의 저장부의 수위에 따른 구동모터 및 펌프의 가동 실시예를 나타낸 순서도.
도 7 은 본 발명의 제1 제어부의 회로를 나타낸 회로도.
도 8 은 본 발명의 제2 제어부의 회로를 나타낸 회로도.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러의 전체적인 시스템을 나타낸 개략도, 도 2 는 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러의 제1 제어부 및 제2 제어부의 주요구성을 나타낸 개략도, 도 3 은 본 발명의 가동 실시예를 나타낸 순서도, 도 4 는 본 발명의 지하수위의 저하시 가동 실시예를 나타낸 순서도, 도 5 는 본 발명의 구동모터 및 펌프에 과전류가 발생시 가동 실시예를 나타낸 순서도, 도 6 은 본 발명의 저장부의 수위에 따른 구동모터 및 펌프의 가동 실시예를 나타낸 순서도, 도 7 은 본 발명의 제1 제어부의 회로를 나타낸 회로도, 도 8 은 본 발명의 제2 제어부의 회로를 나타낸 회로도에 관한 것이다.
도 1 을 참조하면 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러는 본체(100)를 갖는다. 본체(100)는 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)로 이루어진다. 본체(100)는 지하수가 수용된 관로에 삽입되는 펌프(30)와 외부로부터 동력을 전달받아 펌프(30)를 작동시키는 구동모터(10)의 작동을 제어한다. 그리고 펌프(30)로부터 유체(지하수)를 펌핑하면 펌핑된 유체는 지상에 구비된 저장부(20)로 이송되어 보관된다.
도 2 를 참조하면 본체(100)는 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 포함한다. 제1 제어부(200)는 MCU(Micro Controller Unit)으로써 수위센서부(210)와 기능부(220) 및 모터전류 감지부(230)를 포함한다.
먼저 수위센서부(210)는 저장부(20)에 설치되며, 저장부(20)에 수용된 유체의 수위를 감지하기 위해 설치된다 즉, 저장부(20)에 수용된 유체가 일정량에 도달하면 수위센서(210)가 이를 감지하여 특정신호를 본체(100)로 송신하고, 펌프(30)의 작동을 중지하여 유체가 저장부(20)에 과용량 수용되는 것을 방지한다.
기능부(220)는 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 조작하고, 하술하는 모터전류 감지부(230) 등을 통해 임의로 설정값의 입력 및 저장이 필한 경우 사용자에 의해 설정값을 저장하기 위한 수단으로 사용된다. 또한 기능부(220)는 현재 사용자에 의해 설정된 설정값과 모터전류 감지부(230)를 통해 감지된 전류값을 출력하는 LED 또는 LCD 등의 표시부(221)를 포함할 수 있다.
또한 기능부(220)는 한번 누를 때 마다 표시부(221)에 현재 입력한 설정값을 표시할 수 있는 SET 버튼과, 설정값을 상승 또는 하강시키는 UP 버튼 및 DOWN 버튼과 UP 버튼 및 DOWN 버튼으로 입력된 임의의 설정값을 메모리에 저장시키는 STORE 버튼으로 구성될 수 있다.
모터전류 감지부(230)는 구동모터(10)를 작동시키기 위해 전류가 구동모터(10)로 공급되면 구동모터(10)의 구동시 소요되는 전류량을 검출하여 이를 데이터화할 수 있다. 이렇게 측정된 데이터를 상기 기능부(220)에서 입력된 설정값과 대비하여 측정값이 설정값 이하로 감지되면 구동모터(10)의 작동을 위해 공급되는 전류를 차단하여 펌프(30)의 작동을 정지시킬 수 있다.
도 2 를 참조하면 제2 제어부(300)는 전자접촉기(310), 기동콘덴서(320) 및 교류전류를 제어할 수 있는 전류제어부(330)를 포함한다. 먼저 전자접촉기(310)는 구동모터(10)로 전달되는 전류를 ON/OFF 하여 구동모터(10)의 작동을 제어하기 위한 목적을 갖는다. 그리고 기동콘덴서(320)는 구동모터(10)의 구동 시 기동코일에 진상전류를 공급하여 구동모터(10)가 작동할 수 있도록 하는 목적을 갖는다. 즉 구동모터(10)가 정지한 후 재가동시 구동모터(10)의 회전자를 작동시켜야 구동모터(10)가 작동할 수 있기 때문에 일정량 이상의 전류를 구동모터(10)에 전달할 수 있다. 이후 구동모터(10)의 지속적인 작동이 이루어지면 기동콘덴서(320)에서 기동코일로 전달되는 진상전류는 차단된다.
전류제어부(330)는 기동콘덴서(320)를 통해 구동모터(10)로 전달되는 전류를 제어하기 위한 목적으로 구비된다. 전류제어부(330)는 보조제어부(331)를 포함하며, 보조제어부(311)에 의해 ON/OFF 될 수 있다. 즉 보조제어부(331)가 ON 되면 전류가 흘러 전류제어부(330)가 작동하여 기동콘덴서(320)을 작동시키고, 보조제어부(331)가 OFF되면 전류제어부(330)로 공급되는 전류가 차단되어 기동콘덴서(320)의 작동이 정지될 수 있는 것이다.
도 3 을 참조하여 구동모터(10)의 최초 기동 및 재기동에 대해 상세히 설명한다. 먼저 펌프(30)의 동작명령을 제1 제어부(200)로부터 전달받으면 구동모터(10)를 구동하기 위한 전류를 공급받는다. 이후 보조제어부(331)는 ON 되어 전류제어부(330)를 작동시키면 구동모터(10)의 기동이 시작된다. 이후 구동모터(10)의 기동이 시작되고 임의로 설정한 설정시간이 경과하면 전류제어부(330)는 OFF 되어 구동모터(10)의 기동을 완료한다.
도 4 를 참조하면 유체의 수위가 펌프(30)의 가동범위 이하인 경우(지하수의 수위가 낮아진 경우) 펌프(30)는 공회전 상태를 유지한다. 이때 펌프(30)는 공회전을 하고 있기 때문에 구동모터(10)의 가용전류가 감소한다. (펌프(30)의 공회전 시 가용되는 전류량은 약 60~80% 정도의 전류가 사용될 수 있다.) 이를 모터전류 감지부(230)가 감소된 전류량을 측정한다. 이때 펌프(30)의 공회전 상태가 일정시간 이상 지속되어 측정된 전류량이 설정된 값 이하로 떨어지면 전자접촉기(310)와 연결된 출력릴레이(231)에 전류가 공급되어 가동된다. 이후 전자접촉기(310)가 OFF 되면서 구동모터(10)의 작동을 위해 전달되는 전류를 차단하고 이로 인해 펌프(30)의 작동이 정지될 수 있는 것이다.
도 2 및 도 4 를 참조하면 제1 제어부(200)는 재가동 동작부(240)를 포함한다. 재가동 동작부(240)는 일정시간이 경과한 후 펌프(30)를 재구동 시키기 위해 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달하는 목적을 갖는다. 보다 상세히 설명하면 펌프(30)의 작동이 정지되면 모터전류 감지부(230)에서 측정된 전류값을 상기 표시부(221)로 전송하고, 재가동 동작부(240)는 펌프(30)의 정지상태를 감지한다. 이후 펌프(30)가 정지되면 사용자가 임의로 설정한 시간을 카운터 하고 설정된 시간이 경과하면 출력릴레이(231)의 작동이 멈춤과 동시에 전자접촉기(310)가 ON 되어 펌프(30)가 작동할 수 있다.
도 2 및 도 5 를 참조하면 제1 제어부(200)는 과전류 감지부(250)를 더 포함할 수 있다. 과전류 감지부(250)는 모터전류 감지부(230)에서 설정값 이상의 전류가 측정되고, 설정값 이상으로 감지되는 과전류량의 지속시간이 일정시간 이상 경과하면 출력릴레이(231)가 가동됨과 동시에 전자접촉기(310)가 OFF 상태가 되어 펌프(30)의 작동이 정지된다. 따라서, 구동모터(10)에 허용전류 이상의 과전류가 공급되어 구동모터(10)의 오작동 및 파손을 방지할 수 있는 장점이 발생한다.
도 2 및 도 5 를 참조하여 과전류 감지부(250)의 다른 실시예에 대해 설명하면 과전류 감지부(250)는 작동유무를 사용자가 인식할 수 있도록 표시부(221)에 출력할 수 있다. 동시에 전자접촉기(310)를 OFF 시키는데, 이때 전자접촉기(310)의 OFF 후 시간을 카운터하여 사용자가 설정한 시간이 경과하면 전자접촉기(310)를 ON 상태로 변경하도록 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달할 수 있다. 따라서, 펌프(30)의 구동이 이루어질 수 있으며, 과전류에 의해 펌프(30)의 작동이 멈추어도 과전류 감지부(250)의 상기와 같은 기술적 특징으로 인해 지속적인 펌프(30)의 작동이 가능할 수 있다.
도 2 및 도 6 을 참조하면 수위센서부(210)는 저장부(20)의 상단에 설치되는 제1 센서(211)와 하단에 설치되는 제2 센서(212)를 포함할 수 있다. 제1 센서(211)에서 유체가 접촉되면 저장부(20)의 수위는 최대한계에 도달하고, 제2 센서(212)에 유체가 접촉되면 저장부(20)의 수위는 최저한계에 도달한다. 제1 센서(211)와 제2 센서(212) 사이에 다수개의 측정센서가 구비되어 저장부(20)의 수위량을 표시부(221)에 표시할 수 있다. 제1 센서(211)에 유체가 감지되면 제1 센서(211)에서 특정신호가 발신되어 본체(100)로 송신하고, 이후 출력릴레이(231)가 작동됨과 동시에 전자접촉기(310)가 OFF 상태가 되어 펌프(30)의 작동이 정지된다. 이와 반대로 제2 센서(212)에서는 유체가 감지되지 않으면 출력릴레이(231)의 작동이 멈춤과 동시에 전자접촉기(310)가 ON 상태가 되어 펌프(30)가 작동하여 저장부(20)에 유체를 공급할 수 있다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명의 다기능 심정펌프 컨트롤러는 지하수의 수위를 감지하는 수위센서가 구비되지 않아 경제적인 효과를 발생시킬 수 있으며, 유지보수가 용이하여 간편하게 사용할 수 있다. 또한 본 발명은 구동모터의 과열을 방지할 수 있음은 물론 구동모터의 정지와 재가동이 자동으로 이루어질 수 있어 별도의 관리가 필요하지 않는 장점이 있다.
10 : 구동모터 20 : 저장부
30 : 펌프 100 : 본체
200 : 제1 제어부 210 : 수위센서부
220 : 기능부 230 : 모터전류 감지부
240 : 재가동 동작부 250 : 과전류 감지부
300 : 제2 제어부 310 : 전자접촉기
320 : 기동콘덴서 330 : 전류제어부

Claims (5)

  1. 펌프(30)의 작동을 제어하기 위한 본체(100)를 포함하는 심정펌프 컨트롤러에 있어서,
    상기 본체(100)는 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 포함하되,
    상기 제1 제어부(200)는
    상기 펌프(30)에 의해 공급되는 유체를 저장하는 저장부(20)에 수용된 유체의 수위 상태를 감지하며, 감지된 신호를 상기 본체(100)로 송신하는 수위센서부(210);
    상기 제1 제어부(200)와 제2 제어부(300)를 가동시키기 위해 임의로 설정된 설정값을 입력하고 입력된 설정값을 저장하기 위해 조작하는 기능부(220);
    상기 펌프(30)의 가동하기 위한 구동모터(10)를 구동에 필요한 전류가 전달되면 구동모터(10)의 구동 시 소요되는 전류량을 검출하고, 검출된 전류량과 상기 기능부(220)에 의해 설정된 설정값을 대비하여 측정값이 설정값 이하로 감지되면 상기 펌프(30)의 작동을 정지시키는 모터전류 감지부(230);를 포함하며,
    상기 제2 제어부(300)는
    상기 펌프(30)의 구동을 위해 전달되는 전류를 ON/OFF하여 상기 구동모터(10)의 작동을 제어하는 전자접촉기(310);
    상기 구동모터(10)가 OFF 상태에서 ON 상태로 작동될 수 있도록 상기 구동모터(10)의 구동 시 구동모터(10)에 일정량의 진상전류를 공급하는 기동콘덴서(320);
    상기 제1 제어부(200)로부터 상기 펌프(30)의 동작명령 전달 유무에 따라 ON/OFF되는 보조제어부(331)를 포함하며, 상기 보조제어부(331)의 ON/OFF에 따라 상기 기동콘덴서(320)를 통해 상기 구동모터(10)로 전달되는 전류를 제어하여 상기 기동콘덴서(320)를 작동시키는 전류제어부(330);를 포함하고,
    상기 제1 제어부(200)는 상기 모터전류 감지부(230)에서 설정값 이상의 전류가 일정시간동안 지속적으로 감지되면 상기 전자접촉기(310)를 OFF 시켜 상기 구동모터(10)의 파손을 방지하기 위한 과전류 감지부(250)를 더 구비하며,
    상기 과전류 감지부(250)는 상기 전자접촉기(310)를 OFF 시킨 후 상기 전자접촉기(310)의 OFF 후 시간을 카운터 하여 설정한 시간이 경과하면 상기 전자접촉기(310)를 ON 상태로 변경하도록 상기 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 다기능 심정펌프 컨트롤러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체의 수위가 상기 펌프(30)의 가동범위 이하로 떨어져 공회전하는 경우, 상기 모터전류 감지부(230)가 측정한 상기 구동모터(10)의 전류량 측정 데이터값이 상기 설정값 이하로 측정되는 시간이 지속되면 상기 전자접촉기(310)가 OFF 되어 상기 펌프(30)의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 다기능 심정펌프 컨트롤러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 제어부(200)는
    상기 펌프(30)의 작동이 정지된 후 임의로 설정된 시간이 경과하면 상기 전자접촉기(310)를 ON 상태로 변경하여 상기 펌프(30)의 구동이 이루어지도록 상기 전자접촉기(310)에 특정신호를 전달하는 재가동 동작부(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 심정펌프 컨트롤러.
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