KR101794433B1 - 토크바이패스 회로를 이용한 전동구동밸브 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동구동밸브 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 밸브의 개폐를 조절하는 전동구동기, 전동구동기를 구동하는 전동구동회로, 전동구동기에 가해지는 토크를 측정하는 토크 센서, 전동구동회로와 외부로부터 제어신호가 입력되는 입력단 사이에 마련되어, 토크 센서가 측정한 토크가 기준치 이상일 때 동작하는 토크 스위치, 토크 스위치와 병렬로 연결되는 토크바이패스 스위치, 및 이상 발생을 감지하고, 이상이 발생한 것을 감지한 경우 토크 바이패스 스위치를 닫도록 제어하는 제어회로를 포함하는 전동구동밸브 제어장치를 제공하여, 이상 발생시나 사고시에 밸브를 확실하게 닫아 밸브의 안전기능을 확보할 수 있게 한다.

Description

토크바이패스 회로를 이용한 전동구동밸브 제어장치 및 제어방법{Motor Operated Valve Controlling apparatus and method by torque bypass circuit}

본 발명은 전동구동밸브에서 토크바이패스 회로를 이용하여 밸브를 닫는 방법에 관한 것이다.

전동구동밸브는 전기적 신호에 의한 원격제어방식으로 모터에 전기를 공급하여 밸브를 동작시킨다.

밸브 동작시, 과도한 차압, 기계적인 마찰(스템 휨, 그리스 부족) 등에 의해 과도한 힘이 발생하여 설정토크값 이상으로 토크가 가해지면 토크 스위치가 동작하여 모터 구동을 강제로 정지시킨다.

한편, 원자력 발전소 안전관련 계통의 전동구동밸브는 사고 시 또는 비상 시 안전기능을 수행하여야 한다. 즉, 밸브를 확실하게 닫아 밸브를 통해 흐르는 유체를 확실히 차단할 필요가 있다. 그러나 전압강하에 의한 모터의 힘 부족, 과도한 차압, 기계적 마찰 등으로 인해 밸브의 행정 도중 토크스위치 설정값 이상의 토크가 가해지면, 밸브가 완전히 닫히지 않아도 토크 스위치가 동작하여 밸브의 동작이 멈추게 되므로 사고 시 밸브의 안전기능을 확보하지 못해 원자로를 안전하게 정지하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 이상 발생 시나 사고 시에 밸브를 확실히 닫을 수 있도록 토크바이패스 회로를 추가하여 밸브의 안전기능을 확보하는 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예들의 일 측면에 의하면, 밸브의 개폐를 조절하는 전동구동기, 전동구동기를 구동하는 전동구동회로, 전동구동기에 가해지는 토크를 측정하는 토크 센서, 전동구동회로와 외부로부터 제어신호가 입력되는 입력단 사이에 마련되어, 토크 센서가 측정한 토크가 기준치 이상일 때 동작하는 토크 스위치, 토크 스위치와 병렬로 연결되는 토크바이패스 스위치, 및 이상 발생을 감지하고, 이상이 발생한 것을 감지한 경우 토크 바이패스 스위치를 닫도록 제어하는 제어회로를 포함하는 전동구동밸브 제어장치를 제공한다.

이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 제어회로는 전동구동기에 의한 밸브의 닫힘 행정이 기준치 이상 진행된 경우에, 토크바이패스 스위치를 오픈시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 기준치는 밸브의 전체 닫힘 행정의 95% 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 전동구동밸브 제어장치는 조우코매틱(joucomatic) 구동기일 수 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예들의 다른 측면에 의하면, 밸브의 개폐를 제어하는 전동구동기의 닫힘 구동을 수행하는 단계, 전동구동기에 가해지는 토크를 측정하는 단계, 이상 발생을 감지하는 단계, 이상이 발생한 것을 감지한 경우, 측정한 토크의 크기와 무관하게 토크바이패스 스위치를 닫는 단계, 및 토크바이패스 스위치를 통하여 전동구동기의 닫힘 구동을 계속하는 단계를 포함하는 전동구동밸브 제어방법.

이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 전동구동기에 의한 밸브의 닫힘 행정의 진행 정도를 판단하는 단계, 진행 정도가 기준치 이상 진행된 경우에, 토크바이패스 회로의 동작을 중지시키는 단계, 및 토크 스위치를 통하여 전동구동기의 닫힘 구동을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 기준치는 밸브의 전체 닫힘 행정의 95% 이상일 수 있다.

상기와 같은 구성들에 의하여, 이상 발생시나 사고시에 밸브를 확실하게 닫아 밸브의 안전기능을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동구동밸브 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동구동밸브 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 종래의 전동구동밸브 제어장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동구동밸브 제어장치의 회로도이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동구동밸브 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동구동밸브 제어장치(1)(이하, 간단히 '밸브 제어장치'라고 함)는 가스나 액체 등의 유체가 흐르는 유로(2)에 마련된 밸브(3)를 제어하는 장치이다. 밸브 제어장치(1)는 전동구동기(10), 전동구동회로(20), 제어회로(30), 토크 센서(40), 제어 스위치(50), 토크 스위치(60) 및 토크바이패스 회로(70) 등을 포함한다.

전동구동기(10)는 전동구동회로(20)로부터의 구동신호에 따른 동작을 수행한다. 전동구동기(10)는 밸브(3)에 연결되며, 전동구동회로(20)에 의한 닫힘 제어 및 열림 제어에 따라서 밸브(3)의 개폐를 조절한다. 전동구동기(10)에 의한 개폐동작에 의해 밸브(3)의 개도가 조절되어, 유로(2)를 흐르는 유체를 차단할 수 있다.

전동구동회로(20)는 제어회로(30)로부터의 제어신호에 기초하여 전동구동기(10)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하며, 생성한 구동 신호를 전동구동기(10)에 인가한다.

제어회로(30)는 밸브 제어장치(1)의 전반적인 제어 및 각 부분의 동작 제어를 수행한다. 제어회로(30)는 외부의 상황을 감지하여 이상이 발생하였는지를 판단한다. 이상이란 사고나 자연재해 등의 비상 상황일 수 있으며, 제어회로(30)는 이상의 감지를 위하여 추가적인 센서를 구비할 수도 있으며, 이상을 감지하는 외부 시스템과 연결될 수도 있을 것이다.

제어회로(30)는 이상이 발생한 것을 감지한 경우, 후술할 토크바이패스 회로(70)의 토크바이패스 스위치를 닫도록, 즉 토크바이패스 스위치가 On 상태가 되도록 제어한다.

이때 제어회로(30)는 전동구동기(10)에 의한 밸브(3)의 닫힘 행정의 진행 정도를 판단하고, 닫힘 행정이 전체 행정 대비 기준치 이상 진행된 경우에 토크바이패스 회로(70)의 토크바이패스 스위치를 다시 열도록, 즉 토크바이패스 스위치가 Off 상태가 되도록 제어한다. 여기서 기준치는 유로(2)를 흐르는 유체가 실질적으로 차단되어 안전에 위험이 되지 않을 정도일 수 있으며, 예를 들어 전체 행정의 95% 이상일 수 있다.

또한 제어회로(30)는 후술하는 토크 센서(40)에서 수신한 토크값을 기준 토크와 비교하고, 수신한 토크값이 기준 토크 이상이면 토크 스위치(60)를 Off 상태로 하는, 즉 신호 경로를 차단하기 위한 제어신호를 생성하여 토크 스위치(60)에 인가한다.

토크 센서(40)는 전동구동기에 가해지는 토크를 측정한다. 토크 센서(40)는 측정한 토크값을 제어회로(30)로 전송한다.

제어 스위치(50)는 제어회로(30)와 토크 스위치(60) 사이에 직렬로 연결되어, 전동구동회로(20)와 제어회로(30) 사이의 신호 경로를 차단하는 스위치이다. 즉, 제어 스위치(50)는 제어회로(30)에서 생성되어 출력된 제어신호가 전동구동회로(20)로 전달되는 경로의 닫힘 및 열림을 제어한다. 제어 스위치(50)는 전기적으로 On/Off가 전환되는 마이크로 스위치일 수 있다.

제어 스위치(50)는 평상시에는 열림 상태로 되어 있다가, 밸브(3)를 닫아 유체가 유로(2)를 흐르는 것을 차단해야 할 경우에 제어회로(30)로부터의 제어신호에 따라 닫힘 상태로 변경될 수 있다. 또는 제어 스위치(50)는 평상시에는 닫힘 상태로 되어 있다가, 필요시에 열림 상태로 변경되는 구성일 수도 있을 것이다.

토크 스위치(60)는 전동구동기(10)에 가해지는 토크가 기준 토크 이상일 경우, 전동구동회로(20)와 제어회로(30) 사이의 신호 경로를 차단하는 스위치이다. 토크 스위치(60)는 제어 스위치(50)와 전동구동회로(20) 사이에 직렬로 연결된다. 토크 스위치(60)는 물리적으로 신호 경로를 차단한다.

토크 스위치(60)는 평상시에는 닫힘 상태로 되어 있다가, 전동구동기(10)에 가해지는 토크가 기준 토크 이상일 경우, 제어회로(30)로부터의 제어신호에 기초하여 신호 경로를 차단함으로써 열림 상태로 변경된다.

본 실시예에서는, 제어회로(30)와 전동구동회로(20) 사이에 제어 스위치(50), 토크 스위치(60) 순으로 스위치들이 직렬로 연결되어 있었으나 그 순서가 반대가 되도록 배치될 수도 있을 것이다.

바이패스 회로(70)는 제어 스위치(50) 및 토크 스위치(60)의 직렬 회로와 병렬로 연결되는 회로로서, 제어신호가 제어회로(30)에서 출력되어 전동구동회로(20)로 전달되는 경로의 우회 경로를 형성한다. 바이패스 회로(70)는 전기적으로 On/Off가 전환되는 마이크로 스위치로서, 제어회로(30)가 이상 발생을 감지하는 경우에 생성하는 제어신호가 인가되어 On 상태, 즉 닫힌 상태가 된다. 그리고 전동구동기(10)에 의한 밸브(3)의 닫힘 행정이 기준치 이상 진행된 경우에 제어회로(30)가 생성하는 제어신호가 인가되어 Off 상태, 즉 열린 상태가 된다.

이상과 같은 밸브 제어장치(1)는 조우코매틱(joucomatic) 구동기일 수 있다. 그러나 밸브 제어장치(1)는 이에 한정되는 것은 아니고 다른 모터 구동기일 수도 있을 것이다.

이하에서는 상기와 같은 밸브 제어장치(1)의 구동방법에 대해서 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동구동밸브 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 유로(2)가 형성되어 있는 전체 시스템에서 유로(2)의 밸브(3)를 닫을 필요가 있는 경우, 제어회로(30)의 동작에 의하여 밸브 닫힘 행정이 개시된다(S1). 즉 밸브(3)의 닫힘 구동이 개시된다. 밸브 닫힘 행정이 개시되면 제어 스위치(50) 및 토크 스위치(60)는 On 상태, 즉 닫힌 상태가 되며, 토크바이패스 스위치는 Off 상태, 즉 열린 상태가 된다(S2). 그리고 제어회로(30)에 의한 전동구동기의 닫힘 구동을 위한 제어신호가 제어회로(30)로부터 전동구동회로(20)로 전송된다.

제어회로(30)는 전동구동기의 닫힘 행정의 개시 이후, 주변의 상황을 감시하여 이상이 발생했는지를 감지한다(S3). 이상이란 사고나 자연재해 등의 비상 상황일 수 있다.

이상이 감지되지 않은 경우(S3의 No), 제어회로(30)는 토크 센서(40)를 통하여 전동구동기(10)에 가해지는 토크를 측정하고(S4), 측정된 토크가 기준 토크 이상인지 판단한다(S5).

측정된 토크가 기준 토크 미만인 경우(S5의 No), 다시 S3 단계로 돌아간다. 반면, 측정된 토크가 기준 토크 이상인 경우(S5의 Yes), 토크 스위치(60)를 On 시켜 제어회로(30)와 전동구동회로(20) 사이의 신호 경로를 물리적으로 차단한다(S6). 이로써 밸브 닫힘 행정 동작은 강제적으로 종료된다.

한편, S3 단계에 있어서 이상이 감지된 경우(S3의 Yes), 제어회로(30)는 바이패스 스위치를 On 상태로 변경한다(S7). 즉, 제어회로(30)는 전동구동기(10)에 가해지는 토크의 측정과 별개로, 즉 토크 측정값과는 무관하게 토크바이패스 스위치를 닫는다.

그리고 바이패스 스위치의 On 상태에 의하여 제어회로(30)로부터의 제어신호가 전동구동회로(20)에 계속 입력되어 전동구동기(10)의 닫힘 구동이 계속되고, 제어회로(30)는 밸브 닫힘 행정의 진행 정도를 측정한다(S8).

닫힘 행정이 기준치 이상 진행되었는지를 판단하고(S9), 기준치 이상 진행되지 않은 경우(S9의 No)에는 S8 단계로 돌아가 밸브 닫힘 행정을 계속한다. 그리고 기준치 이상 진행된 경우(S9의 Yes)에는 토크바이패스 스위치를 Off로 하여 밸브 닫힘 행정을 중지한다(S10). 즉, 토크바이패스 회로(70)의 동작을 중지시킨다. 이 경우, 토크 센서(40)에 의하여 측정된 토크가 기준 토크 이상이면 토크 스위치(60)도 동작시켜 물리적인 신호 경로도 추가적으로 차단한다.

도 3은 종래의 전동구동밸브 제어장치의 회로도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동구동밸브 제어장치의 회로도이다. 도 3 및 도 4의 설명에서는 본 발명에 관련되는 부분에 대해서만 설명하고, 그 외의 부분에 대해서는 발명의 논지를 흐릴 수 있으므로 설명을 생략하도록 한다.

도 3을 참조하면, 제어회로(30)로부터 출력되는 전동구동기(10)의 닫힘 구동을 위한 제어신호가 25번 단자로 입력되고 있다. 입력된 제어신호는 50번 단자, 48번 단자, 47번 단자 및 26번 단자를 경유하면 닫힘 구동계전기가 동작하면서 전동구동회로(20)로 인가된다. 이를 위해 제어 스위치(50)는 50번 단자와 48번 단자가 연결되도록 설정되며, 토크 스위치(60)도 47번 단자와 25번 단자가 연결되는 정상 상태로 되어 있다.

도 3의 경우 토크 센서(40)에 의하여 측정된 전동구동기(10)에 가해지는 토크가 기준 토크 이상이 되면 47번 단자와 26번 단자 사이의 연결이 해제된다. 즉, 토크 스위치(60)가 동작하여 신호 경로가 차단된다.

그러나 전동구동기(10)의 상태에 따라서는 밸브 닫힘 행정이 완전히 완료되지 않은 상태임에도 불구하고 기계적 마찰이나 힘 부족 등, 소정의 조건에 의하여 토크가 기준치 이상이 되어 토크 스위치(60)가 동작해버리는 경우가 있다. 이 경우, 이상이 발생한 상태이면 밸브(3)가 완전히 닫힌 상태가 아니므로 유로(2)를 따라서 유체가 계속 공급되어 매우 위험한 상황이 발생할 수 있다.

그러나 도 4와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 기존의 회로에 더하여 25번 단자로 입력된 제어신호가 54번 단자, 55번 단자 및 26번 단자를 경유하여 전동구동회로(20)로 인가되는 병렬 바이패스 회로(70)가 추가적으로 형성된다.

이로써, 이상이 발생한 경우에는 바이패스 회로(70)를 통하여 제어신호가 전동구동회로(20)로 확실하게 전달될 수 있도록 하여 밸브 닫힘 행정이 기준치 이상 진행되는 것을 담보할 수 있게 된다.

이상의 구성에 의하여 이상 발생 시나 사고 시에 밸브를 확실하게 닫아 밸브의 안전기능을 확보할 수 있는 전동구동밸브 제어장치를 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

1 전동구동밸브 제어장치 2 유로
3 밸브 10 전동구동기
20 전동구동회로 30 제어회로
40 토크 센서 50 제어 스위치
60 토크 스위치 70 토크바이패스 회로

Claims (7)

1. 밸브의 개폐를 조절하는 전동구동기;
   상기 전동구동기를 구동하는 전동구동회로;
   상기 전동구동기에 가해지는 토크를 측정하는 토크 센서;
   상기 전동구동회로와 외부로부터 제어신호가 입력되는 입력단 사이에 마련되어, 상기 토크 센서가 측정한 토크가 기준치 이상일 때 동작하는 토크 스위치;
   상기 토크 스위치와 병렬로 연결되는 토크바이패스 스위치; 및
   이상 발생을 감지하고, 상기 이상이 발생한 것을 감지한 경우 상기 토크 바이패스 스위치를 닫도록 제어하는 제어회로;를 포함하며,
   상기 제어회로가 상기 토크바이패스 스위치를 닫음으로써 상기 토크 스위치의 동작과 무관하게 상기 전동구동회로가 상기 전동구동기의 닫힘 행정이 기준치까지 동작하도록 강제하는 전동구동밸브 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어회로는 상기 전동구동기에 의한 상기 밸브의 닫힘 행정이 상기 기준치 이상 진행된 경우에, 상기 토크바이패스 스위치를 오픈시키는 것을 특징으로 하는 전동구동밸브 제어장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 기준치는 상기 밸브의 전체 닫힘 행정의 95% 이상인 것을 특징으로 하는 전동구동밸브 제어장치.
4. 삭제
5. 밸브의 개폐를 제어하는 전동구동기의 닫힘 구동을 수행하는 단계;
   상기 전동구동기에 가해지는 토크를 측정하는 단계;
   이상 발생을 감지하는 단계;
   상기 이상이 발생한 것을 감지한 경우, 상기 측정한 토크의 크기와 무관하게 토크바이패스 스위치를 닫는 단계; 및
   상기 토크바이패스 스위치를 통하여 상기 전동구동기의 닫힘 구동을 계속하는 단계;를 포함하며,
   상기 전동구동기의 닫힘 구동을 계속하는 단계는, 상기 측정된 토크가 기준 토크 이상일 경우 상기 전동구동기의 동작을 중지시키는 토크 스위치의 동작과 무관하게 상기 토크바이패스 스위치를 닫음으로써 상기 전동구동기의 닫힘 행정이 기준치까지 동작하도록 강제하는 것인 전동구동밸브 제어방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 전동구동기에 의한 상기 밸브의 닫힘 행정의 진행 정도를 판단하는 단계; 및
   상기 밸브의 닫힘 행정의 진행 정도가 상기 닫힘 행정의 기준치 이상 진행된 경우에, 상기 토크바이패스 스위치를 여는 단계;를 더 포함하는 전동구동밸브 제어방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 기준치는 상기 밸브의 전체 닫힘 행정의 95인% 이상인 것을 특징으로 하는 전동구동밸브 제어방법.

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