KR101716329B1 - 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법 - Google Patents

조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101716329B1
KR101716329B1 KR1020110005699A KR20110005699A KR101716329B1 KR 101716329 B1 KR101716329 B1 KR 101716329B1 KR 1020110005699 A KR1020110005699 A KR 1020110005699A KR 20110005699 A KR20110005699 A KR 20110005699A KR 101716329 B1 KR101716329 B1 KR 101716329B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plc
module
value
cylinder
block
Prior art date
Application number
KR1020110005699A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120084371A (ko
Inventor
이종건
김상준
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020110005699A priority Critical patent/KR101716329B1/ko
Publication of KR20120084371A publication Critical patent/KR20120084371A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101716329B1 publication Critical patent/KR101716329B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F3/00—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads
    • B66F3/46—Combinations of several jacks with means for interrelating lifting or lowering movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F3/00—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads
    • B66F3/24—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads fluid-pressure operated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F3/00—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads
    • B66F3/24—Devices, e.g. jacks, adapted for uninterrupted lifting of loads fluid-pressure operated
    • B66F3/25—Constructional features
    • B66F3/26—Adaptations or arrangements of pistons
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/409—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using manual data input [MDI] or by using control panel, e.g. controlling functions with the panel; characterised by control panel details or by setting parameters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 조선용 리프트 블록에 사용되는 유압 실린더의 위치 동조 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 종래의 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어 대신 비례밸브를 사용하여 제어성능을 향상시키며, 평균값을 이용한 온/오프 제어 대신 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 이용한 아날로그 제어방법을 이용하여 동조 편차를 10mm이하로 줄이는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치로서, 상기 조선용 블럭을 지지하는 하이드롤릭(hydraulic) 실린더 모듈; 상기 하이드롤릭 실린더 모듈로부터 실린더의 위치신호를 PLC(Programmable Logic Controller) 연산하여 출력하는 PLC; 그래픽에 터치하여 값을 입력하는 패널로서 상기 블럭의 최종 도달 위치 지령값을 입력하는 GP(Graphic Touch Panel); 상기 PLC로부터의 신호를 증폭하는 앰프(Amplifier); 유량을 공급하는 펌프 및 모터; 상기 앰프로부터의 PLC 제어된 실린더의 위치신호에 따라 상기 펌프 및 모터로부터 공급된 유량을 비례 제어하는 비례 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치를 제시한다.

Description

조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법{Position Alignment Control Apparatus and Method of Block Lift Equipment for Shipbuilding}
본 발명은 조선용 리프트 블록에 사용되는 유압 실린더의 위치 동조 제어 장치 및 방법에 관한 것으로 특히 종래의 블록 리프트 동조 방법 즉, 실린더 위치 평균값을 이용한 솔레노이드 온/오프 제어방법에 비해 블록 리프트의 위치 동조 오차가 현저하게 저감된 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
블록 리프트 장치는 최대 편차 20mm 이내로 동조시켜 1,800mm를 들어올리는 유압 동조장치로 동조 편차가 20mm이상 발생시 블록 주판 처짐에 의해 블록 끝단부 가용접 부분의 터짐 현상이 발생하여 재 용접작업으로 인한 생산성 악화 및 블록 전복에 대한 안전 문제 또한 대두되고 있는바, 동조 방식은 실린더에 설치된 위치 센서(LVDT)로부터 현재 위치 값을 받아 개별 실린더를 리프팅 시키게 되는데 동작되는 실린더들의 현재 위치값의 평균값+10mm보다 크면 정지(솔레노이드 밸브 오프)해 있다가 평균값보다 다시 작아지면 리프팅(솔레노이드 밸브 온)시키는 방법으로 4~8축의 유압 실린더를 동조시키고 있으나, 실린더 편하중 증가로 인한 용량 증대 및 편차(최대 100mm)가 가중되고 있다.
도 1은 종래 기술의 조선용 리프트 위치 동조 제어장치에서 위치 평균값을 이용한 솔레노이드 밸브 온/오프 제어 구성도를 도시한다.
도시한 바와 같이, 종래의 구성은 PLC(Programmable Logic Controller) A/D(Analog/Digital) 모듈(110), CPU 온/오프 제어부(CPU On/Off Control; 120"), PLC DO(Digital Output) 모듈 (130), 이더넷 모듈(150)을 포함하는 PLC(100), GP(200), 릴레이(300), 온/오프 솔레노이드 밸브(500), 펌프 및 모터(700) 및 하이드롤릭(hydraulic) 실린더 모듈(800)로 구성된다.
이 구성의 동작을 보면 하이드롤릭 실린더 모듈(800)로부터 실린더의 위치를 피드백 받아 PLC A/D 모듈(110)을 통해 CPU 제어부(120)에서 신호를 처리한 다음 PLC DO 모듈(130)을 거쳐 릴레이(300)를 통해 솔레노이드 밸브(500)를 온/오프 제어한다.
도 2는 상기 종래 기술의 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어방법에서 위치 평균값을 이용한 온/오프 제어 알고리즘을 나타낸다.
먼저 S10 단계에서 하이드롤릭 실린더 모듈(800)로부터 실린더 A, B의 위치 신호를 피드백(feedback) 받고 단계 S20에서 평균을 구한 후 단계 S30에서 현재값과 평균을 비교하여 평균보다 같거나 작으면 릴레이(300)를 통해 솔레이노이드 밸브(500)를 온시키고 평균+5보다 크면 릴레이(300)를 통해 솔레노이드 밸브(500)를 오프시킨다.
상기 위치 평균값을 이용한 온/오프 제어 방법은 유압 실린더의 실시간 위치의 평균값을 현재값과 비교하여 솔레노이드 밸브를 온/오프하여 동조시키는 방법으로 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 방법에 비해 저렴하고 구현이 대체로 용이하다는 장점을 갖지만 유량은 100%(온) 또는 0%(오프)로 제어하므로 동조 오차가 크며 실린더 용량 부족으로 인한 문제가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
현재 조선소의 내압공장에서는 중량의 대형 블록(50~250ton)을 리프팅 및 이송 그리고 곡가공하는데 유압 동조 시스템을 적용한 장비들을 다수 운용하고 있다. 최근 수주 물량의 증대로 인한 가동률의 증가로 신규 유압동조 장비 도입 및 기존 노후 장비에 대한 개조 및 유지보수의 필요성이 대두되고 있다. 그런데 이러한 유압동조 장비 개조 및 유지보수 전문 업체의 부족과 조선소 자체의 기술력 부족으로 업체 의존도가 높아 제작 단가가 높으며 기존 장치 개조 및 업그레이드 시 적용 기술에 대한 이해부족으로 인해 관리 및 업그레이드에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
또한 종래의 유압동조 시스템의 경우, 고가의 서보 제어밸브 및 전용 유압동조 제어기를 이용함으로써 장비 제작 단가가 높아 현업 적용에 부담을 가중시키고 있는 실정이다. 따라서 본 발명에서는 현업장비 개발 및 개조시 고가의 서보 밸브 및 전용 유압동조 제어기 대신 저가의 비례 제어밸브 및 PLC를 이용하여 기능 및 성능면에서 종래의 것과 유사하면서 장치 제작 단가를 낮추는데 주안점을 두고 있다.
유압 동조기술은 기계, 전기, 전자 기술의 복합기술로서 높은 지식과 풍부한 경험을 요구하기 때문에 일반 조선소들에서 숙련된 엔지니어가 부족한 실정이다.
또한, 관련 기술을 갖춘 제작 업체의 부족 및 조선소의 기술력 부족으로 인해 신규 장비 도입 및 노후화 그리고 기능 변경으로 인한 기존 장비 개조에 있어서 소수의 제작업체만이 참여하다 보니 제작단가가 높으며 소프트웨어의 경우 업체 의존도가 높아 제작업체가 파산하거나 추후 장비의 소프트웨어를 업그레이드할 경우 상당한 어려움을 겪게 된다.
또한, 유압동조 시스템은 대부분 중량의 블록을 리프트 및 이송하기 때문에 안전상의 관점에서 현장 장비를 통한 기술력 축적이 어려우며 대부분 생산 라인에 설치되어 있기 때문에 시간적 여유를 갖고 실험을 통하여 기술력을 축적하기란 사실상 불가능하였었다.
따라서 상당부분 이러한 경험을 가진 소수의 전문업체에 위임을 하다 보니 조선소에서 유압동조 기술력을 축적하기가 어려운 상황이다.
또한, 현재의 유압동조 시스템의 경우 정밀제어를 위해 고가의 서보 제어밸브 및 고가의 전용 유압 동조 제어기를 이용되고 있다. 따라서 장비 제작 단가가 높으며 유지 보수 시에도 고가의 유지보수 비용이 소요되어왔다.
또한, 다른 기술로 스로틀 밸브를 이용한 미터 인 및 미터 아웃(meter-in & meter-out) 방법이 있는데 이 방법은 순수 유압회로 기술로 위치를 동조시키는 방법으로서 유량을 제어하는 스로틀 밸브의 구경을 동일하게 세팅하여 유입되는 유량을 동일하게 공급하는 방법이다.
이 기술은 스로틀 밸브의 구경을 용이하게 세팅할 수 있는 장점은 있으나, 리프팅하는 부하가 틀릴 경우 그만큼 속도차가 발생하게 되어 양호한 위치 동조특성을 나타내지 못하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서 종래의 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어 대신 비례 밸브를 사용하여 제어성능을 향상시키며, 평균값을 이용한 솔레노이드 밸브 온/오프 제어 대신 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 이용한 아날로그 제어방법을 이용하여 동조 편차를 10mm이하로 줄이는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 저가의 비례밸브 및 저가의 PLC(Programmable Logic Controller)를 이용하여 유압동조 시스템을 구성함으로써 향후에 현업에 있어 신규 장비를 도일할 시 상기 유압동조 시스템을 적용하여 유압동조 장비의 개발 단가를 줄임과 동시에 상황에 따른 대처능력 즉 현장의 요구에 적절히 대응할 수 있는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 유압동조 시뮬레이터를 구성하여 축적한 기술을 바탕으로 향후 신규장비의 도입 및 기존 장비 제작을 제외한 설계에서 소프트웨어 개발 모두를 조선소에서 수행함으로써 장비 제작 단가를 낮추고 기존 장비의 노후화 및 기능 변경 시 현장의 요구에 맞게 적절히 대처하여 원가 절감 및 생산성 향상을 기할 수 있는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치는, 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치로서, 상기 조선용 블럭을 지지하는 하이드롤릭(hydraulic) 실린더 모듈; 상기 하이드롤릭 실린더 모듈로부터 실린더의 위치신호를 PLC(Programmable Logic Controller) 연산하여 출력하는 PLC; 그래픽에 터치하여 값을 입력하는 패널로서 상기 블럭의 최종 도달 위치 지령값을 입력하는 GP(Graphic Touch Panel); 상기 PLC로부터의 신호를 증폭하는 앰프(Amplifier); 유량을 공급하는 펌프 및 모터; 상기 앰프로부터의 PLC 제어된 실린더의 위치신호에 따라 상기 펌프 및 모터로부터 공급된 유량을 비례 제어하는 비례 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치를 제시한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법은, 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법으로서, 그래픽 터치 패널로부터 실린더의 최종 목표 위치 지령을 입력하면 그 입력 값이 PLC(Programmable Logic Controller)에 이더넷 통신을 통해 입력되는 단계; 레퍼런스 발생기가 최종 목표 위치에 도달하기 위해 제어 지령값(Reference) 값을 증가시키는 단계; 하이드롤릭 실린더 모듈의 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서를 통해 8개의 실린더의 위치가 PLC A/D(Analog/Digital) 모듈로 실시간으로 피드백되는 단계; 상기 8개의 실린더의 위치 차이가 누적되면 최대값과 최소값의 차이가 10mm이상인지를 판단하여 10mm이상이면 최대값을 나타내는 실린더의 제어지령값 즉 레퍼런스값이 증가되는 것을 정지시켜 빠른 실린더의 리프팅 속도를 낮추어서 8개의 실린더의 편차가 10mm이하에서 동조하여 상승하도록 제어하는 단계; 상기 레퍼런스 값들과 실제 실린더들의 위치값의 차이가 에러로 발생되어 CPU PID(Proportional Integral Derivative) 제어부에 입력되고 PID 제어부가 상기 에러를 0으로 만드는 출력을 앰프로 출력하는 단계; 및 상기 앰프로 출력된 제어 출력은 앰프에서 증폭되고 이 증폭된 신호에 비례하여 비례 밸브의 유량을 실린더로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법을 제시한다.
본 발명에 의하면 기존 평균값을 이용한 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어 대신 비례 밸브를 사용하여 유량의 제어 성능을 향상시키며, 평균값을 이용한 온/오프 제어 대신 PID 제어를 이용한 아날로그 제어방법을 이용하여 실린더의 동조 편차를 10mm이하로 줄일 수 있는 현저한 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 저가의 비례 밸브 및 저가의 PLC(Programmable Logic Controller)를 이용하여 유압동조 시스템을 구성함으로써 향후에 현업에 있어 신규 장비를 도일할 시 상기 유압동조 시스템을 적용하여 유압동조 장비의 개발 단가를 줄임과 동시에 상황에 따른 대처능력 즉 현장의 요구에 적절히 대응할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 기술의 조선용 리프트 위치 동조 제어장치에서 위치 평균값을 이용한 솔레노이드 밸브 온/오프 제어 구성도를 도시한다.
도 2는 상기 종래 기술의 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어방법에서 위치 평균값을 이용한 온/오프 제어 알고리즘을 나타낸다.
도 3은 본 발명에서 구성한 유압동조 시뮬레이터의 구성을 도시한다.
도 4는 종래 기술과 본 발명의 기술을 대비한 유압실린더 장치의 높이 동조 시뮬레이터 제어패널의 블록구성도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 동조편차를 이용한 PID 제어 구성도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 동조편차를 이용한 PID 제어 알고리즘의 구성도이다.
도 7은 서로 다른 부하 조건에서의 동조편차를 이용한 본 발명의 PID제어 방법의 실험결과(위치궤적)를 보여주는 도면이다.
도 8은 위치 궤적 동안 실린더 A, B와의 동조 편차를 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명한다. 도면 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면 부호를 부여한다.
도 3은 본 발명에서 구성한 유압동조 시뮬레이터의 구성을 도시한다.
유압동조 시뮬레이터는 제어기(1100) 및 앰프(Amplifier; 1200)를 구비하는 제어패널(1000), 유압펌프(2100) 및 밸브(2200)를 구비하는 유압 유닛(2000) 그리고 유압 액추에이터로서 유압실린더(3000)로 구성된다.
도 4는 종래 기술과 본 발명의 기술을 대비한 유압실린더 장치의 높이 동조 시뮬레이터 제어패널의 블록구성도를 도시한다.
도시한 바와 같이, 제어패널은 PLC(Programmable Logic Controller) A/D(Analog/Digital) 모듈(110), CPU 제어부(CPU Control; 120), PLC DO(Digital Output) 모듈 (130), PLC D/A(Digital/Analog) 모듈(140), 이더넷 모듈(150)을 포함하는 PLC(100), GP(200), 릴레이(300), 앰프(400), 온/오프 솔레노이드 밸브(500), 비례 밸브(600), 펌프 및 모터(700) 및 하이드롤릭 실린더 모듈(800)로 구성된다.
PLC A/D 모듈(110)은 프로그램가능한 논리 제어 아날로그-디지털 모듈로서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. CPU 제어부(120)는 상기 PLC A/D 모듈(110)로부터의 신호를 연산하여 PLC D/A 모듈(130)로 출력하며 상기 GP(200)와 LAN(Local Area Network)을 이용하여 이더넷 통신을 한다.
PLC DO 모듈(130)은 CPU 제어부((120)로부터 디지털 신호값을 출력하는 모듈이다. PLC D/A 모듈(140)은 CPU 제어부(120)로부터의 디지털 값을 아날로그 값으로 출력하는 모듈이다. GP(Graphic Touch Panel; 200)은 그래픽에 터치하여 값을 입력하는 패널로서 블럭의 최종 도달 위치 지령값을 입력하는 패널이다. 예를 들어 1800mm를 입력할 수 있다. 이더넷 모듈(150)은 GP(200)와 CPU 제어부(120) 사이의 LAN 통신을 위한 통신 프로토콜 모듈이다. 릴레이(300)는 온/오프 솔레노이드 밸브(500)의 온/오프를 제어하는 스위칭 소자이다. 앰프(400)는 PLC D/A 모듈(150)로부터의 신호를 증폭하는 장치이고, 비례 밸브(600)는 PLC D/A 모듈(140)로부터의 신호에 따라 펌프 및 모터(700)로부터 공급되는 유량을 비례 제어하는 밸브이다. 상기 하이드롤릭 실린더 모듈(800)은 블럭을 지지하는 유압 실린더 모듈이다.
상기 제어패널(10)은 유압 실린더의 위치를 상기 하이드롤릭 실린더 모듈(800)에 내장된 도시치 않은 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서를 이용하여 신호를 피드백 받아서 PLC A/D 모듈(110)을 통해 CPU 제어부(120)에서 신호를 처리한 다음 PLC DO 모듈(130) 또는 PLC D/A 모듈(140)을 통해 릴레이(300)와 앰프(400)를 거쳐서 신호를 인식하여 실시간으로 위치 동조를 맞춘다.
상기 LVDT는 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는 센서로서 코어(core or armature)의 이동으로 1차 코일에서 2차코일에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스듀서로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생된다. LVDT의 구성은 코일이 감기는 포머(former), 코어(core), 코어를 지지해 주는 지지봉 그리고 케이스(case)로 구성되어 있다.
도 5는 본 발명의 동조편차를 이용한 PID 제어 구성도를 도시한다.
도 4에서 기술한 바와 같이 본 발명의 제어 구성은 PLC A/D 모듈(110), CPU PID 제어부(CPU PID Control; 120'), PLC D/A 모듈(140), 이더넷 모듈(140)을 포함하는 PLC(100), GP(200), 릴레이(300), 앰프(400), 비례 밸브(600), 펌프 및 모터(700) 및 하이드롤릭 실린더 모듈(800)로 구성되는데 이들에 대한 설명은 도 4에서 기술한 바와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략한다. 차이점은 PID 제어를 위해 CPU PID 제어부(120')가 구성되는데 있다.
상기 구성의 동작을 보면 하이드롤릭 실린더 모듈(800)로부터의 실린더의 위치값을 PLC A/D 모듈(110)을 통해 피드백 받아 CPU PID 제어부(120')를 통해 위치값을 PID 제어하여 PLC D/A 모듈(130)을 통해 그리고 증폭기(400)를 거쳐 비례 밸브(600)에 의해 유량을 제어하여 하이드롤릭 실린더 모듈(800)을 PID 제어함으로써 보다 정밀한 제어가 가능하게 된다.
도 6은 본 발명의 동조편차를 이용한 PID 제어 알고리즘의 구성도이다.
여기에서 사용되는 동조편차를 이요한 PID 제어방법은 유압 실린더의 실시간 위치 오차를 제로로 만들기 위하여 실린더에 대한 출력을 인가하여 동조시키는 방법이다.
이하 제어 알고리즘의 동작을 상세하게 설명한다.
도 5의 그래픽 터치 패널(200)로부터 실린더의 최종 목표 위치 지령을 입력하면 그 입력 값이 PLC(100)에 이더넷 통신을 통해 입력되게 된다(S100). 그러면 단계 S110에서 레퍼런스 발생기는 최종 목표 위치에 도달하기 위해 제어 지령값(Reference) 값을 증가시키게 된다. 예를 들어 제어 지령값이 1800이고 현재 실린더가 초기 위치(초기값 0)에 있다면 레퍼런스 발생기가 그 타이머를 통해 카운트를 1,2,3,4......로 하나씩 증가시켜서 각 실린더로 하여금 따라오도록 한다. 하이드롤릭 실린더 모듈(800)의 LVDT 센서를 통해 PLC A/D 모듈(110)로 실시간으로 피드백되는 8개의 실린더의 위치는 파이프의 길이, 밸브 유량, 밸브 위치, 부하 등 각 실린더의 조건에 따라 레퍼런스 발생기가 그 타이머를 1 증가시켜도 각각의 실린더의 움직이는 추종 위치는 1.2mm, 0.5mm, 1mm 등으로 편차가 생기게 된다. 차이가 누적되면 최대값과 최소값의 차이가 10mm이상인지를 판단하여(S130) 10mm이상이면 최대값을 나타내는 실린더의 제어지령 값 즉 레퍼런스값이 증가되는 것을 정지시켜 빠른 실린더의 리프팅 속도를 낮추어서 8개의 실린더의 편차가 10mm이하에서 동조하여 상승하도록 제어한다.
이어서 상기 레퍼런스 값들과 실제 실린더들의 위치값의 차이가 에러로 발생되어(S120) CPU PID 제어부(120')에 입력되고 PID 제어부(120')는 상기 에러를 0으로 만드는 출력을 앰프(400)로 출력하게 된다. 상기 앰프로 출력을 보내줄 때 최소 출력 2V에서 최대출력 10V로 출력하게 된다(S140). 이는 PLC D/A 모듈(130)의 출력제한이 10V이기 때문이고 또한 최소출력이 2V인 이유는 비례 밸브의 오프를 방지하기 위함이다. 앰프(400)로 출력된 제어 출력(2V~10V)은 앰프(400)에서 증폭되고, 증폭되어 출력된 신호에 비례하여 비례 밸브(600)의 개폐구가 열려 유량을 실린더로 출력하게 된다.
여기서 상기 PID 제어부(120')의 게인은 상수로 설정되며 고정된 값으로 사용된다. 이상의 본 발명의 알고리즘에 의하면 편부하에서도 우수한 동조성능을 나타내는 장점을 구현할 수 있다.
도 7은 서로 다른 부하 조건에서의 동조편차를 이용한 본 발명의 PID제어 방법의 실험결과(위치궤적)를 보여주는 도면이다. 도 8은 위치 궤적 동안 실린더 A, B와의 동조 편차를 나타내는 도면이다.
도 7은 평균값을 이용한 온/오프 제어 방법처럼 1000mm를 업/다운하고 0.5초 마다 위치를 센싱하여 표시하였다. 1000mm 상승하는데 소요되는 시간은 30초이며, 하강 또한 30초가 소요되었다. 200mm까지의 경로를 확인해보면 약간 울퉁불퉁하지만 실린더가 같이 동조되어 움직이는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 8에 도시한 상승/하강 동안의 편차는 평균값을 이용한 온/오프 제어가 최대 25mm인데 비해 본 발명의 PID 제어에서는 최대 9mm의 오차를 보였고, 평균 편차 또한 평균값을 이용한 온/오프 제어가 평균 11.71mm의 편차가 발생하는데 비하여 본 발명에서는 평균 2.83mm라는 양호한 결과는 나타내었다.
따라서 본 발명에 의하면 기존 평균값을 이용한 솔레노이드 밸브의 온/오프 제어 대신 비례 밸브를 사용하여 유량의 제어 성능을 향상시키며, 평균값을 이용한 온/오프 제어 대신 PID 제어를 이용한 아날로그 제어방법을 이용하여 실린더의 동조 편차를 10mm이하로 줄일 수 있는 현저한 효과를 얻을 수 있었다.
또한 본 발명에 의하면 저가의 비례 밸브 및 저가의 PLC(Programmable Logic Controller)를 이용하여 유압동조 시스템을 구성함으로써 향후에 현업에 있어 신규 장비를 도일할 시 상기 유압동조 시스템을 적용하여 유압동조 장비의 개발 단가를 줄임과 동시에 상황에 따른 대처능력 즉 현장의 요구에 적절히 대응할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: PLC 110: PLC A/D 모듈
120: CPU 제어부 120':CPU 온/오프 제어부
120": CPU PID 제어부 130: PLC DO 모듈
140:PLC D/A 모듈 150: 이더넷 모듈
200: GP 300: 릴레이
400: 앰프 500: 온/오프 솔레노이드 밸브
600: 비례 밸브 700: 펌프 및 모터
800: 하이드롤릭 실린더 모듈 1000: 제어 패널
1100: 제어기 1200: 앰프
2000: 유압유닛 2100: 유압펌프
2200: 밸브 3000: 유압실린더

Claims (6)

  1. 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치로서,
    상기 조선용 블럭을 지지하는 하이드롤릭(hydraulic) 실린더 모듈;
    상기 하이드롤릭 실린더 모듈로부터 실린더의 위치신호를 PLC(Programmable Logic Controller) 연산하여 출력하는 PLC;
    그래픽에 터치하여 값을 입력하는 패널로서 상기 블럭의 최종 도달 위치 지령값을 입력하는 GP(Graphic Touch Panel);
    상기 PLC로부터의 신호를 증폭하는 앰프(Amplifier);
    유량을 공급하는 펌프 및 모터; 및
    상기 앰프로부터의 PLC 제어된 실린더의 위치신호에 따라 상기 펌프 및 모터로부터 공급된 유량을 비례 제어하는 비례 밸브를 포함하고,
    상기 PLC는,
    상기 하이드롤릭 실린더 모듈에 내장된 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서로부터 실린더들의 위치신호를 피드백 받아 그 위치신호를 디지털 신호로 변환하는 PLC A/D(Analog/Digital) 모듈;
    상기 PLC A/D 모듈로부터의 위치신호를 PID(Proportional Integral Derivative) 연산하여 출력하는 CPU PID 제어부;
    상기 CPU PID 제어부로부터 위치신호를 입력 받아 아날로그 값으로 출력하는 PLC D/A 모듈; 및
    상기 GP와 LAN(Local Area Network) 통신을 위한 이더넷 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법으로서,
    그래픽 터치 패널로부터 실린더의 최종 목표 위치 지령을 입력하면 그 입력 값이 PLC(Programmable Logic Controller)에 이더넷 통신을 통해 입력되는 단계;
    레퍼런스 발생기가 최종 목표 위치에 도달하기 위해 제어 지령값(Reference) 값을 증가시키는 단계;
    하이드롤릭 실린더 모듈의 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서를 통해 8개의 실린더의 위치가 PLC A/D(Analog/Digital) 모듈로 실시간으로 피드백되는 단계;
    상기 8개의 실린더의 위치 차이가 누적되면 최대값과 최소값의 차이가 10mm이상인지를 판단하여 10mm이상이면 최대값을 나타내는 실린더의 제어지령값 즉 레퍼런스값이 증가되는 것을 정지시켜 빠른 실린더의 리프팅 속도를 낮추어서 8개의 실린더의 편차가 10mm이하에서 동조하여 상승하도록 제어하는 단계;
    상기 레퍼런스값들과 실제 실린더들의 위치값의 차이가 에러로 발생되어 CPU PID(Proportional Integral Derivative) 제어부에 입력되고 PID 제어부가 상기 에러를 0으로 만드는 출력을 앰프로 출력하는 단계; 및
    상기 앰프로 출력된 제어 출력은 앰프에서 증폭되고 이 증폭된 신호에 비례하여 비례 밸브의 유량을 실린더로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 앰프로 출력을 보내줄 때 최소 출력 2V에서 최대출력 10V로 출력하는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 PID 제어부의 게인은 상수로 고정된 값으로 설정 사용되는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법.
  6. 청구항 3에 있어서
    상기 편차는 파이프의 길이, 밸브 유량, 밸브 위치, 부하와 같은 각 실린더의 조건에 따라 생기는 것을 특징으로 하는 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 방법.
KR1020110005699A 2011-01-20 2011-01-20 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법 KR101716329B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110005699A KR101716329B1 (ko) 2011-01-20 2011-01-20 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110005699A KR101716329B1 (ko) 2011-01-20 2011-01-20 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120084371A KR20120084371A (ko) 2012-07-30
KR101716329B1 true KR101716329B1 (ko) 2017-03-14

Family

ID=46715292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110005699A KR101716329B1 (ko) 2011-01-20 2011-01-20 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101716329B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102101365B1 (ko) * 2018-06-25 2020-04-16 삼성물산 주식회사 전기 유압 하이브리드 액츄에이터(eha)가 장착된 선조립 구조물의 리프팅 장비 및 이를 이용한 선조립 구조물의 리프팅 방법
CN110304587B (zh) * 2018-11-02 2020-11-06 林德（中国）叉车有限公司 一种舵柄的模式切换控制方法
KR102189583B1 (ko) * 2019-01-22 2020-12-11 충북대학교 산학협력단 2축 각도센서를 이용한 케이슨 슬립폼의 경사도 제어방법 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독이 가능한 기록매체
KR102189580B1 (ko) * 2019-01-22 2020-12-11 충북대학교 산학협력단 케이슨 제작용 슬립폼 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3570051B2 (ja) * 1995-12-13 2004-09-29 豊田工機株式会社 非真円形工作物加工装置
KR100556281B1 (ko) * 2003-11-25 2006-03-03 대우조선해양 주식회사 리프트장치 동조시스템
KR100949241B1 (ko) * 2007-12-13 2010-03-24 두산메카텍 주식회사 유압 리프트 동조 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120084371A (ko) 2012-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101716329B1 (ko) 조선용 블록 리프트 위치 동조 제어 장치 및 방법
US20190120031A1 (en) Multi-fluid, high pressure, modular pump
CN101975202B (zh) 一种液压缸同步控制系统的控制方法
CN109696927B (zh) 一种海工升降平台自动调平系统及方法
CN101091968A (zh) 轧机液压压下系统
CN102225590A (zh) 搅拌站、搅拌主机及其控制装置及控制方法
CN105060161A (zh) 一种多点同步液压顶升系统
CN102295248B (zh) 液压升降调平装置及其控制使用方法
CN101334672B (zh) 结晶器在线调宽系统
CN101683686B (zh) 结晶器在线调宽方法
CN101382158A (zh) 电液伺服控制系统液压保护装置
JP2017190858A (ja) 電子制御式コントロール弁の較正装置およびその方法
CN102310179A (zh) 动态轻压下扇形段液压系统泄漏故障在线判断与预警方法
KR20090132703A (ko) 서보밸브 진단방법
CN204295871U (zh) 先张轨道板同步张拉放张控制系统
JP2021523317A (ja) 弁位置の制御
US7406910B2 (en) Device and method for controlling the position of a pneumatic actuator
CN106006386A (zh) 一种液压提升设备的控制方法
CN102274861A (zh) 用于工作辊弯辊和平衡的双闭环液压控制系统
CN104085726B (zh) 一种用于卷取机压辊的气动控制系统及方法
CN204716670U (zh) 液压系统的闭环自动控制机构
CN102602839A (zh) 一种控制系统、卷扬系统和起重机
CN205243985U (zh) 一种板坯连铸机扇形段驱动辊热坯压力液压控制系统
CN102271453A (zh) 功率比例调节器和调节方法、电感耦合等离子体发生装置
CN201561006U (zh) 比例同步液压控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant