KR101802474B1 - An absolute liquid level measuring equipment using two absolute encoders and measurement method it using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method to measure a liquid level using two absolute encoders to precisely measure a level of liquid, such as a water level of a dam, a river, or a port, an oil level of an oil tank, a water level of a large facility of water supply facility, etc. and measure change in a water level even when power supply is blocked. According to the present invention, the apparatus comprises: a float (157) floating on a liquid surface to be measured to be vertically moved in accordance with a change in the liquid surface; a timing pulley (151) receiving a vertical moving distance of the float (157) through a timing belt (158) to convert the same into a rotational amount; an absolute displacement meter (100) receiving the rotational amount of the timing pulley (151) and measuring the same through two absolute encoders coupled through a deceleration gear (106) to output an output value; and a liquid level measurement controller (200) analyzing the output value of the absolute encoders of the absolute displacement meter (100) to calculate an absolute position value of the float (157) and calculating a value of the liquid level in accordance with a calculated absolute position of the float (157). Accordingly, provided is an effect capable of precisely measuring the change in the water level.

Description

2개의 절대형 엔코더를 이용한 액면레벨 계측장치 및 계측방법 {AN ABSOLUTE LIQUID LEVEL MEASURING EQUIPMENT USING TWO ABSOLUTE ENCODERS AND MEASUREMENT METHOD IT USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a liquid level using two absolute encoders,

본 발명은 액면레벨 계측장치 및 계측방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 2개의 절대형 엔코더를 이용하여 댐이나 하천 또는 항만의 수위, 저유탱크의 오일레벨, 용수공급시설의 대규모 시설물 수위 등 액체의 레벨을 정밀하게 측정하고, 전원 공급이 차단된 때에도 수위의 변화를 측정할 수 있도록 하는 2개의 절대형 엔코더를 이용한 액면레벨 계측장치 및 계측방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a liquid level measuring apparatus and method, and more particularly, to a liquid level measuring apparatus and a liquid level measuring method using two absolute encoders, And a measurement method using the two absolute type encoders which can measure the level of the water level accurately even when the power supply is cut off.

댐이나 하천 또는 항만의 수위, 정유시설에서 저유탱크의 액체레벨, 암벽 내 저장하는 원유저장시설의 원유 레벨, 용수공급시설의 수위 등을 측정하는 액면레벨 측정장치는 설비 운영에 근간이 되는 매우 중요한 역할을 담당하는 설비 중 하나이다. The liquid level measuring device for measuring the level of a dam, a river or a harbor, a liquid level of a storage tank at a refinery, a crude oil level of a crude oil storage facility stored in a rock wall, and a water level of a water supply facility is very important It is one of the facilities that plays a role.

일반적으로 액면레벨 측정방법으로 액면에 따라 상하로 이동할 수 있도록 액면 위에 플로트를 설치하고, 이 플로트에 와이어로프를 연결한 후 액면레벨 측정장치의 풀리에 감고, 그 맞은편에 추를 설치하여, 수위 변화에 따른 와이어로프의 이동을 풀리의 회전량을 통하여 감지하여 수위를 측정하는 방법이 주로 이용되고 있다. In general, a float is provided on a liquid surface so as to move up and down according to a liquid level by a liquid level measurement method. A wire rope is connected to the float and then wound on a pulley of a liquid level measuring apparatus. A method of measuring the water level by sensing the movement of the wire rope according to the change through the amount of rotation of the pulley is mainly used.

종래에는 이러한 와이어로프가 연결된 풀리의 회전량을 측정하는 방식으로 4자리 또는 5자리의 숫자 휠에 약한 자석을 설치하고 이 자석의 자력선 영향으로 리드 릴레이를 작동시켜 회전위치를 읽어내는 R/D 컨버터 장치가 주로 사용하고 있다. 상기 R/D 컨버터는 1 자리 숫자가 0, 2, 3, .., 9로 증가하고 다시 0으로 바뀔 때 10 단위 숫자 휠이 1단위 증가하고, 다시 10자리 숫자휠이 0, 2, 3, .., 9 로 증가하고 다시 0으로 바뀔 때 100 자리 숫자 휠이 1단위 증가하는 방식으로 구성되어 있다. Conventionally, an R / D converter that measures the amount of rotation of a pulley connected with such a wire rope, a weak magnet is mounted on a 4-digit or 5-digit number wheel, and a reed relay is operated by the magnetic force of the magnet to read the rotation position The device is mainly used. When the 1-digit number is increased to 0, 2, 3, .., 9 and then to 0, the R / D converter increments the 10-unit number wheel by 1 unit and the 10- .., 9, and when it is changed back to 0, the 100 digit wheel is incremented by 1 unit.

이러한 방식에서 숫자 휠의 값을 검출하는 방법은 숫자 단위당 1, 2, 4, 8의 값을 갖는 4개의 리드 릴레이로 구성된 BCD 방식을 이용하여 숫자 값을 표시하게 되는데, 이 리드 릴레이는 약한 자석에 의해 동작하는 리드 릴레이로서 숫자 값을 표시하여 출력하게 된다. 이때, 상기 리드 릴레이는 약한 자력선에 의해 접점이 붙거나 떨어지는 매우 취약한 구조로 되어 있어서, 약한 써지 전압에도 접점이 소손되어 동작이 정상적으로 이루어지지 않는 현상이 빈번히 발생하고, 숫자가 바뀔 때 숫자와 숫자 사이에 자석이 없는 구간을 지날 때 순간적으로 값이 0으로 출력되는 현상이 발생하여 설비의 가동이 정지되는 문제점이 있다. In this way, the method of detecting the value of the number wheel is to display the numerical value by using the BCD system composed of four reed relays having the values of 1, 2, 4, 8 per number unit, And outputs a numerical value as a reed relay operated by the reed relay. At this time, the reed relay has a very weak structure in which a contact is attached or dropped due to a weak magnetic force line, so that a phenomenon that the operation is not normally performed due to a weak contact voltage is destroyed due to a weak surge voltage, There is a phenomenon that the value is instantaneously output as 0 when passing through the section without the magnet, and the operation of the facility is stopped.

한편, 다른 액면레벨 계측방식으로 액면레벨 측정용 풀리의 한쪽에 증분형 엔코더를 부착하여 풀리의 회전량에 따라 발생하는 펄스를 적산하고, 이 적산된 펄스 값에 펄스당 이송거리 계수를 곱하여 액면레벨를 계측하는 방식이 이용되기도 한다. 이러한 증분형 엔코더를 이용하는 경우 비교적 간편하고 안정적으로 액면레벨를 계측할 수 있는 장점이 있으나, 정전이 발생하거나 증분형 엔코더의 연결케이블에 이상이 생기거나 컨트롤러에 문제가 발생한 후에 액면레벨에 변화가 있으면 이 동안에 발생한 펄스를 잃어버리게 되어 그 만큼 수위 값의 오차가 발생하는 문제가 있었다. On the other hand, an incremental encoder is attached to one side of the pulley for measuring the level of the liquid level by another liquid level measurement method, and the pulses generated in accordance with the amount of rotation of the pulley are integrated, and the accumulated pulse value is multiplied by the feed distance coefficient per pulse Measuring methods are also used. However, if there is a change in the level of the liquid level after a power failure or an abnormality in the connection cable of the incremental encoder or a problem in the controller, the level of the liquid level may be changed. There is a problem in that an error of the level value occurs by that much.

한편, 또 다른 액면레벨 계측방식으로 절대형 엔코더를 이용하는 방식이 있는데, 이 방식은 절대형 엔코더를 한 개만 사용하기 때문에 긴 이동거리를 측정하는 경우 엔코더 앞 단에 복잡한 감속기어를 설치하여 플로트의 전체 이동량을 절대치 엔코더의 1회전 이내로 감속하여 사용해야 한다. 이렇게 감속 기어를 이용하는 경우 기어의 백러쉬에 의한 큰 오차가 발생하게 되며, 전체 이동거리를 엔코더의 분해능으로 나눈 절대형 엔코더의 정밀도는 이동거리가 길면 길수록 상대적으로 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 예를 들면, 액면레벨 변동폭이 최대 50m 이고, 1000펄스 분해능의 절대형 엔코더를 사용하는 경우, 펄스당 최소 분해능은 5000/1000 = 5cm 로 일반 액면레벨 측정기에서 요구하는 최소 분해능인 1cm 이내를 만족하지 못하여 사용할 수 없게 된다. On the other hand, there is a method of using an absolute encoder as another liquid level measuring method. In this method, since only one absolute encoder is used, when a long moving distance is measured, a complicated reduction gear is provided at the front end of the encoder, Decelerate the movement within one revolution of the absolute encoder and use it. When the reduction gear is used, a large error occurs due to the backlash of the gear. The accuracy of the absolute encoder obtained by dividing the total travel distance by the resolution of the encoder is relatively long as the travel distance is long. For example, if the variation in the level of the liquid surface is 50 m, and the absolute encoder of 1000 pulse resolution is used, the minimum resolution per pulse is 5000/1000 = 5 cm, which satisfies the minimum resolution of 1 cm And can not be used.

대한민국 등록특허공보 제10-0968791호 (2010.07.01. 등록)Korean Registered Patent No. 10-0968791 (Registered on July 1, 2010)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 급격한 수위 변화에 의해 와이어가 풀리로부터 이탈하는 것을 방지하고, 액면레벨 계측장치를 신규로 설치하거나 설비의 유지보수를 위하여 액면의 레벨을 재설정해야하는 경우에 액면의 영점을 설정하는 기능을 제공하며, 2개의 절대형 엔코더를 이용하여 액면레벨 변화를 정밀하게 측정할 수 있고, 전원이 차단된 상태에서 액면레벨이 변동하는 경우에도 전원이 인가되는 즉시 액면레벨 변화를 계측할 수 있도록 하는 2개의 절대형 엔코더를 이용한 절대치방식 액면레벨 계측장치 및 계측방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to prevent a wire from being separated from a pulley due to a sudden change in water level, It provides a function to set the zero point of the liquid surface when the level of the liquid surface must be reset for maintenance. It is possible to precisely measure the liquid level change by using two absolute type encoders, and the liquid level And an absolute value system liquid level measuring device and a measuring method using two absolute type encoders which can measure the liquid level change immediately after power is applied even when the power level is fluctuated.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액면레벨 계측장치는 절대형 엔코더를 이용하여 액면레벨을 계측하는 장치에 있어서, 계측 대상이 되는 액면 위에 부상하여 액면의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트와; 상기 플로트의 상하 이동량을 타이밍벨트를 통하여 전달받아 회전량으로 변환하는 타이밍벨트 풀리와; 상기 타이밍벨트 풀리의 회전량을 전달받아, 타이밍벨트 풀리의 회전량을 감속기어를 통하여 결합된 2개의 절대형 엔코더를 통하여 측정하여 출력하는 절대변위계와; 상기 절대변위계의 절대형 엔코더 출력값을 분석하여 플로트의 절대위치 값을 계산하고, 계산된 플로트의 절대위치에 따른 액면레벨 값을 계산하는 액면계측 컨트롤러;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a liquid level using an absolute encoder, comprising: a float which floats on a liquid level to be measured and moves up and down according to a change in a liquid level; A timing belt pulley that receives the vertical movement amount of the float through a timing belt and converts the amount of rotation into a rotation amount; An absolute displacement gauge which receives the amount of rotation of the timing belt pulley and measures and outputs the amount of rotation of the timing belt pulley through two absolute type encoders coupled through a reduction gear; And a liquid level measurement controller for analyzing the absolute encoder output value of the absolute displacement gauge to calculate the absolute position value of the float and calculate the liquid level value according to the absolute position of the calculated float.

여기에서, 상기 절대변위계는 타이밍벨트 풀리의 회전을 커플링을 통하여 전달받아 회전하는 회전축에 결합되어, 상기 회전축의 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더와; 상기 회전축에 형성되는 기어와 맞물려 회전축의 회전 속도를 감속하는 복수의 기어로 이루어진 감속기어와; 상기 감속기어 중 마지막 단에 설치된 기어의 축에 설치되어, 감속된 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더;를 포함한다. Here, the absolute displacement meter includes a precision encoder, which is an absolute encoder for precision measurement, coupled to a rotating shaft that receives rotation of the timing belt pulley through coupling, and measures and outputs a value corresponding to a rotation angle of the rotating shaft; A reduction gear formed of a plurality of gears that are engaged with gears formed on the rotary shaft to reduce a rotation speed of the rotary shaft; And a wide-angle encoder which is installed on an axis of a gear installed at a last end of the reduction gear and measures a value corresponding to a decelerated rotation angle and outputs the measured value.

또한, 상기 액면계측 컨트롤러는 광역엔코더의 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더의 회전수에 정밀엔코더의 분해능을 곱한 후, 측정된 정밀엔코더의 값을 더하여 플로트의 절대위치 값을 계산한다. 여기에서, 상기 액면계측 컨트롤러는 정밀엔코더의 각 회전수에 대한 스텝업_하한값과 스텝업_상한값 및 다운스텝_밴드값이 설정된 정밀엔코더 회전수 계산 테이블을 검사하여, 상기 광역엔코더의 값이 정밀엔코더 회전수 계산 테이블의 스텝업_하한값 보다 크거나 같고 스텝업_상한값 보다 작은 범위의 테이블 인텍스 값을 정밀엔코더의 회전수로 설정하되, 상기 광역엔코더 값이 다운스텝_밴드값 보다 작고, 정밀엔코더의 값이 다운스텝 하한값 보다 큰 경우, 설정된 정밀엔코더의 회전수에서 1을 빼는 다운스텝 보정을 수행하여 정밀엔코더의 회전수를 계산하게 된다. The liquid level measuring controller calculates the number of revolutions of the precise encoder using the value of the wide-angle encoder, multiplies the calculated number of revolutions of the precise encoder by the resolution of the precise encoder, Calculate the position value. Here, the liquid level measuring controller checks the precision encoder rotation number calculation table in which the step-up lower limit value, the step-up upper limit value and the down step-band value are set for each revolution number of the precision encoder, A table index value in a range that is equal to or greater than a step-up lower limit value of the encoder rotation speed calculation table and smaller than a step-up upper limit value is set as the rotation speed of the precision encoder, Is smaller than the lower limit of the down-step, the down-step correction is performed by subtracting 1 from the set number of revolutions of the precise encoder to calculate the number of revolutions of the precise encoder.

한편, 상기 일단이 플로트에 연결되어 타이밍벨트 풀리에 접촉하는 타이밍벨트의 타단에는 플로트와의 무게 균형을 맞추기 위한 평형추가 연결되고, 상기 타이밍벨트 풀리의 양측에는 급격한 수위 변화에 의해 타이밍벨트가 타이밍벨트 풀리로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 타이밍벨트를 눌러주는 타이밍벨트 누름 베어링이 설치된다. 또한, 상기 타이밍벨트 풀리의 측면에는 동절기에 타이밍벨트가 타이밍벨트 풀리에 얼어붙는 것을 방지하는 위한 동결방지용 히터 및 온도조절장치가 설치되어, 타이밍벨트 풀리 및 타이밍벨트의 온도를 일정하게 유지하게 된다. The other end of the timing belt connected to the float is connected to the float, and the other end of the timing belt is coupled to the other end of the timing belt to balance the weight with the float. A timing belt pressing bearing is provided which presses the timing belt to prevent it from separating from the pulley. A side surface of the timing belt pulley is provided with a heater for preventing freezing and a temperature adjusting device for preventing the timing belt from freezing on the timing belt pulley during the winter season so that the temperature of the timing belt pulley and the timing belt are kept constant.

상기 절대변위계와 액면계측 컨트롤러는 액면레벨 검출장치에 설치되고, 상기 액면레벨 검출장치의 일측에는 액면의 영점을 설정하기 위한 영점설정 브라켓이 설치되고, 상기 영점설정 브라켓의 일측에는 액면레벨 검출장치의 수평 방향으로 연장되는 영점설정 수평자가 설치되어, 액면레벨 기준이 되는 기준 바닥면과 상기 영점설정 수평자의 윗면과의 높이 차에서 영점설정 브라켓의 크기를 뺀 값이 LCD & Key 보드를 통하여 액면계측 컨트롤러에 입력되어 플로트의 영점으로 설정되며, 상기 영점설정 브라켓의 아랫면에 플로트가 접촉된 상태에서 LCD & Key 보드의 영점 설정을 통하여 플로트의 영점이 설정된다. The zero point setting bracket is provided at one side of the liquid level detecting device, and the zero level setting bracket is provided at one side of the zero level setting bracket. A value obtained by subtracting the size of the zero point setting bracket from the height difference between the reference floor and the upper surface of the zero point setting horizon, which is a reference of the liquid level, is provided to the liquid level measuring controller And the zero point of the float is set through the zero point setting of the LCD & Key board in a state where the float is in contact with the bottom of the zero point setting bracket.

여기에서, 상기 기준 바닥면의 고도를 'H0'이라 하고, 상기 기준 바닥면과 영점설정 수평자의 윗면과의 높이 차를 'H1'이라 하고, 상기 영점설정 수평자의 윗면과 영점설정면(164)과의 높이 차를 'H2'라고 할 때, 상기 영점설정면의 고도값은 'H3 = H0 + H1 -H2'로 계산되어 LCD & Key 보드를 통하여 액면계측 컨트롤러의 메모리에 입력되어 저장되며, 상기 플로트가 상승하여 영점설정면에 접촉된 상태에서 상기 LCD & Key 보드를 통하여 영점이 설정되면 상기 플로트의 위치가 'H3'의 값으로 설정되고, 상기 플로트가 'H4'의 위치로 이동한 경우에 수위값(Hw)은 'Hw = H3 - H4'로 계산된다. Herein, the height of the reference floor is referred to as 'H0', the height difference between the reference floor and the upper surface of the zero point setting horizon is referred to as 'H1', the upper surface of the zero point setting horizon and the zero point setting surface 164, The altitude of the zero point setting surface is calculated as 'H3 = H0 + H1-H2', inputted into the memory of the liquid level measurement controller through the LCD & Key board and stored, When the zero point is set through the LCD & Key board in a state where the float is in contact with the zero point setting surface, the float is set to the value of 'H3', and when the float is moved to the position of 'H4' The water level value (Hw) is calculated as 'Hw = H3 - H4'.

한편, 상기 일단이 플로트에 연결되어 타이밍벨트 풀리에 접촉하는 타이밍벨트의 타단에는 타이밍벨트를 감는 타이밍벨트 권취장치가 연결되되, 상기 타이밍벨트 권취장치는 타이밍벨트를 감는 벨트감기 풀리와, 상기 타이밍벨트를 감기 위한 동력을 제공하는 벨트감기 스프링과, 상기 벨트감기 풀리와 벨트감기 스프링 사이를 연결하는 벨트감기 기어를 포함한다. A timing belt winding device for winding a timing belt is connected to the other end of the timing belt, the one end of which is connected to the float and contacts the timing belt pulley. The timing belt winding device includes a belt winding pulley for winding a timing belt, And a belt winding gear for connecting between the belt winding pulley and the belt winding spring.

상기 액면계측 컨트롤러는 정밀엔코더로부터 측정 신호가 입력되는 정밀엔코더 인터페이스부와, 상기 광역엔코더로부터 측정 신호가 입력되는 광역엔코더 인터페이스부와, 상기 정밀엔코더 인터페이스부 및 광역엔코더 인터페이스부를 통하여 정밀엔코더 측정 신호 및 광역엔코더 측정 신호를 입력받아 분석하여 절대수위 값을 계산하는 마이크로 프로세서를 포함한다. 상기 마이크로 프로세서는 수면의 출렁임을 보정하여 정확한 액면레벨 값을 산출하기 위하여 Blackman window를 적용한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)를 적용하여 측정값에서 차단주파수를 필터링하되, 상기 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)는 다음의 수학식을 통한 전달함수(h[i])를 통하여 차단주파수(fc)가 설정된다.The liquid level measuring controller includes a precise encoder interface unit to which a measurement signal is input from a precise encoder, a wideband encoder interface unit to which a measurement signal is input from the wideband encoder, and a precise encoder measurement signal and a precise encoder measurement signal through the precise encoder interface unit and the wideband encoder interface unit. And a microprocessor that receives and analyzes the wideband encoder measurement signal and calculates an absolute water level value. The microprocessor filters a cut-off frequency in a measured value by applying a windowed-sinc filter using a Blackman window to correct the slope of the water surface and calculate an accurate liquid level value, windowed-sinc filter) is set to the cut-off frequency fc through the transfer function h [i] through the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure 112016111918800-pat00001
Figure 112016111918800-pat00001

(여기에서, fc는 차단주파수, M은 필터커널 길이, i는 샘플링 변수 0=i=M, K는 유니티게인 상수를 나타낸다)(Where fc is the cut-off frequency, M is the filter kernel length, i is the sampling variable 0 = i = M, and K is the unity gain constant)

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액면레벨 계측방법은 절대형 엔코더를 이용하여 액면레벨을 계측하는 방법에 있어서, 액면 위에 부상하여 액면의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트의 이동량이 타이밍벨트 및 타이밍벨트 풀리를 통하여 회전량으로 변환되는 단계와; 상기 타이밍벨트 풀리의 회전량을 전달받는 회전축에 결합된 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더에서 상기 회전축의 회전 각도에 따른 값을 측정하여 액면계측 컨트롤러에 입력하는 단계와; 기 회전축의 회전 속도를 감속하는 감속기어에 설치된 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더에서 상기 감속기어에 의해 감속된 회전 각도에 따른 값을 측정하여 액면계측 컨트롤러에 입력하는 단계와; 상기 액면계측 컨트롤러에서 측정된 광역엔코더의 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더의 회전수에 정밀엔코더의 분해능을 곱한 후, 측정된 정밀엔코더의 값을 더하여 플로트의 절대위치값을 계산하고, 상기 계산된 플로트의 절대위치에 따른 액면레벨 값을 계측하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a level of a liquid using an absolute encoder, the method comprising: moving the float on the liquid level so that the amount of movement of the float, A belt and a timing belt; Measuring a value corresponding to a rotation angle of the rotation shaft in a precision encoder, which is an absolute encoder for precision measurement, coupled to a rotation axis to which a rotation amount of the timing belt pulley is transmitted, and inputting the value to a liquid level measurement controller; Measuring a value corresponding to a rotation angle decelerated by the reduction gear in a wide-angle encoder which is an absolute encoder for wide-range measurement installed in a reduction gear that decelerates the rotation speed of the basic rotation shaft, and inputting the measured value to the liquid level measurement controller; The rotation speed of the precision encoder is calculated by using the value of the wide-angle encoder measured by the liquid level measuring controller, the rotation speed of the precision encoder is multiplied by the resolution of the precision encoder, Calculating a position value, and measuring a liquid level value according to an absolute position of the calculated float.

여기에서, 상기 액면계측 컨트롤러는 정밀엔코더의 각 회전수에 대한 스텝업_하한값과 스텝업_상한값 및 다운스텝_밴드값이 설정된 정밀엔코더 회전수 계산 테이블을 검사하여, 상기 광역엔코더의 값이 정밀엔코더 회전수 계산 테이블의 스텝업_하한값 보다 크거나 같고 스텝업_상한값 보다 작은 범위의 테이블 인텍스 값을 정밀엔코더의 회전수로 설정하되, 상기 광역엔코더 값이 다운스텝_밴드값 보다 작고, 정밀엔코더의 값이 다운스텝 하한값 보다 큰 경우, 설정된 정밀엔코더의 회전수에서 1을 빼는 다운스텝 보정을 수행하여 정밀엔코더의 회전수를 계산하게 된다. Here, the liquid level measuring controller checks the precision encoder rotation number calculation table in which the step-up lower limit value, the step-up upper limit value and the down step-band value are set for each revolution number of the precision encoder, A table index value in a range that is equal to or greater than a step-up lower limit value of the encoder rotation speed calculation table and smaller than a step-up upper limit value is set as the rotation speed of the precision encoder, Is smaller than the lower limit of the down-step, the down-step correction is performed by subtracting 1 from the set number of revolutions of the precise encoder to calculate the number of revolutions of the precise encoder.

본 발명의 절대치방식 액면레벨 계측장치 및 계측방법에 따르면, 급격한 수위 변화에 의해 와이어가 풀리로부터 이탈하는 것을 방지하고, 액면레벨 계측장치를 신규로 설치하거나 설비를 보수한 후 액면의 레벨을 재설정하는 경우에 액면의 영점을 설정하는 기능을 제공하며, 감속기어를 통하여 연결되는 정밀용 절대 엔코더와 광역용 절대 엔코더를 통하여 액면레벨 변화를 정밀하게 계측할 수 있으며, 일례로서 50 m의 거리를 0.48 mm 단위로 정밀하게 측정할 수 있어서 길이 측정 계측기로서는 가장 우수한 정밀도를 갖는다. 특히 2개의 절대형 엔코더를 이용함으로써 전원이 차단된 상태에서 수위가 변동하는 경우에도 전원이 인가되는 즉시 2개의 절대형 엔코더의 출력값을 이용하여 액면레벨 변화를 계산할 수 있는 효과가 있다. According to the absorptive liquid level measuring device and measuring method of the present invention, it is possible to prevent the wire from deviating from the pulley due to a sudden change in the water level, to reset the level of the liquid level after newly installing the liquid level measuring device, It is possible to precisely measure the level change of the liquid level through the absolute encoder and the wide absolute encoder connected through the reduction gear. For example, if the distance of 50 m is 0.48 mm It can be measured precisely in units, and it has the highest precision as a length measuring instrument. In particular, even when the water level fluctuates in a state where the power is cut off by using two absolute type encoders, the level change of the liquid level can be calculated by using the output values of the two absolute type encoders as soon as the power is applied.

도 1은 본 발명에 따른 절대 수위 계측장치의 평면 설치 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 절대 수위 계측장치의 정면 설치 개념도,
도 3는 본 발명에 따른 절대 수위 계측장치의 측면 설치 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 타이밍벨트 권취장치의 일례,
도 5은 본 발명에 따른 절대수위 계측장치에 구비된 절대변위계의 평면 부분 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 절대변위계에 구비된 정밀엔코더와 광역엔코더의 출력값 관계를 나타낸 도표,
도 7은 두 개의 기어 사이에 형성되는 일반적인 백래쉬의 일례,
도 8은 종래 일반적인 방식에 따라 광역엔코더 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도,
도 9는 본 발명에 따라 광역엔코더 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 정밀엔코더와 광역엔코더의 연속된 이동에 대한 시뮬레이션 결과를 엑셀 프로그램로 도시한 일례,
도 13은 본 발명에 따른 정밀엔코더 회전수 계산 테이블의 개념도,
도 14는 본 발명에 따른 액면계측 컨트롤러의 블럭 구성도,
도 15는 본 발명에 따른 절대수위 계측장치를 통하여 절대수위 값이 계측되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 16은 본 발명에 따른 절대수위 계측장치에서 사용되는 파라메터의 구성 일례,
도 17 내지 도 19는 본 발명에 따른 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 특성 일례를 나타낸 것이다.
1 is a schematic plan view of an absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
FIG. 2 is a front view of the absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
FIG. 3 is a side view of the absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
4 is an example of a timing belt winding apparatus according to the present invention,
FIG. 5 is a plan view and partial cross-sectional view of an absolute displacement meter provided in the absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
FIG. 6 is a graph showing a relationship between output values of a precision encoder and a wide-angle encoder provided in an absolute displacement meter according to the present invention,
7 shows an example of a general backlash formed between two gears,
FIG. 8 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precise encoder using a wide-range encoder value according to a conventional method,
9 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precision encoder using a wide-range encoder value according to the present invention,
10 to 12 show an example of a simulation result of continuous movement of the precision encoder and the wide-angle encoder according to the present invention in an Excel program,
13 is a conceptual diagram of a precision encoder rotation number calculation table according to the present invention,
14 is a block diagram of a liquid level measuring controller according to the present invention,
15 is a flowchart illustrating a process of measuring an absolute water level value through the absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
16 shows an example of the configuration of parameters used in the absolute water level measuring apparatus according to the present invention,
17 to 19 show an example of characteristics of a windowed-sinc filter according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절대치방식 액면레벨 계측장치의 평면 설치 개념도이고, 도 2는 절대 수위 계측장치의 정면 설치 개념도이며, 도 3는 절대 수위 계측장치의 측면 설치 개념도이고, 도 4는 절대 수위 계측장치의 타이밍벨트 권취장치 개념도를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 절대치방식 액면레벨 계측장치는 전원공급이 차단된 상태에서 액면레벨이 변동하는 경우에도 전원이 인가되는 즉시 절대 액면레벨을 검출할 수 있으며, 액면레벨 변동이 큰 경우에도 절대치 방식으로 액면레벨을 정밀하게 측정할 수 있는 장치이다. FIG. 1 is a conceptual view of a plane installation of an absolute value system liquid level measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view installation conceptual view of an absolute liquid level measuring apparatus, The absolute value method liquid level detecting apparatus according to the present invention detects the absolute liquid level immediately after power is applied even when the liquid level is fluctuated in a state in which the power supply is interrupted And it is a device which can precisely measure the liquid level by the absolute value method even when the liquid level fluctuation is large.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절대치방식 액면레벨 계측장치는 계측 대상이 되는 수면 위에 부상하여 수위의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트(157)와, 상기 플로트(157)의 상하 이동량을 회전량으로 변환하는 타이밍벨트 풀리(151)와, 상기 플로트(157)의 상하 이동량을 타이밍벨트 풀리(151)에 전달하기 위한 타이밍벨트(158)와, 상기 플로트(157)의 무게의 평형을 맞추기 위해 타이밍벨트(158)의 반대쪽에 설치되는 평형추(161)와, 상기 타이밍벨트 풀리(151)와 플로트(157)의 무게를 지지하기 위한 베어링 지지대(155)와, 상기 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 절대변위계(100)에 전달하기 위한 커플링(154)과, 상기 커플링(154)을 통하여 전달되는 회전량을 측정하여 출력하는 절대변위계(100)와, 상기 절대변위계(100)의 출력값을 분석하여 플로트(157)의 절대위치 값을 연산하여 액면레벨 값을 계측하는 액면계측 컨트롤러(200)와, 상기 액면계측 컨트롤러(200)의 상태 값을 표시하고 액면레벨 측정과 관련된 파라메터를 입력하기 위한 LCD & KEY보드(131)와, 액면계측 컨트롤러(200)의 상태 값을 외부에 무선방식으로 전송하기 위한 CDMA 모뎀 또는 LTE 모뎀 등의 무선통신부(160)를 포함하여 이루어진다. 상기 절대변위계(100)와 액면계측 컨트롤러(200)를 비롯하여, 타이밍벨트 풀리(151)의 회전축, 베어링 지지대(155), 커플링(154), LCD & KEY보드(131), 무선통신부(153) 등은 액면레벨 검출장치에 설치된다. 1 to 4, the absolute value system liquid level measuring apparatus according to the present invention includes a float 157 which floats on a water surface to be measured and moves up and down according to a change in a water level, A timing belt 158 for transmitting the up and down movement amount of the float 157 to the timing belt pulley 151 and a timing belt 158 for transmitting the up and down movement amount of the float 157 to the weight A counterweight 161 mounted on the opposite side of the timing belt 158 to balance the timing belt pulley 151 and the float 157, a bearing support 155 for supporting the weight of the timing belt pulley 151 and the float 157, A coupling 154 for transmitting the amount of rotation of the pulley 151 to the absolute displacement gauge 100 and an absolute displacement gauge 100 for measuring and outputting the amount of rotation transmitted through the coupling 154, The output value of the displacement meter 100 is analyzed and the float 1 57) for calculating a liquid level of the liquid level measuring controller (200), a liquid level measuring controller (200) for calculating a liquid level value by calculating an absolute position value of the liquid level measuring controller And a wireless communication unit 160 such as a CDMA modem or an LTE modem for transmitting the state values of the liquid level measurement controller 200 to the outside in a wireless manner. The rotation axis of the timing belt pulley 151, the bearing support 155, the coupling 154, the LCD & KEY board 131, the wireless communication unit 153, the absolute displacement meter 100, the liquid level measurement controller 200, Etc. are provided in the liquid level detection device.

상기 액면레벨 검출장치(150)에 설치되는 절대변위계(100)는 커플링(154)을 통하여 전달되는 회전량을 측정하여 액면계측 컨트롤러(200)에 전송하게 되고, 액면계측 컨트롤러(200)는 절대변위계(100)를 통하여 측정된 회전량을 분석하여 플로트(157)의 상하 이동에 따른 절대위치를 계산하고 이를 통하여 절대수위 값인 액면레벨 값을 계산하게 된다. The absolute displacement meter 100 provided in the liquid level detection device 150 measures the amount of rotation transmitted through the coupling 154 and transmits the measurement result to the liquid level measurement controller 200. The liquid level measurement controller 200 The absolute position of the float 157 is calculated by analyzing the amount of rotation measured through the displacement meter 100, and the absolute value of the liquid level is calculated through the absolute position.

본 발명의 실시 예에서 상기 절대변위계(100)는 절대형 엔코더를 통하여 플로트(157)의 상하 이동에 따른 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 측정하게 되는데, 이 절대형 엔코더는 전원공급이 차단된 후에도 이동량을 계측할 수 있어서 전원이 공급되는 즉시 타이밍벨트 풀리(157)의 회전량을 계측하여 액면계측 컨트롤러(200)에 전송하게 된다. 한편, 절대형 엔코더는 1회전 이내의 거리에 대한 이동량만을 측정할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 감속 기어로 연결된 2개의 절대형 엔코더를 이용함으로써 1회전 이내의 측정 한계를 극복하고, 상대적으로 긴 거리에 대한 이동량을 정밀하게 측정할 수 있도록 구성된다. In the embodiment of the present invention, the absolute displacement meter 100 measures the amount of rotation of the timing belt pulley 151 as the float 157 moves up and down through an absolute encoder, The amount of rotation of the timing belt pulley 157 is measured and supplied to the liquid level measuring controller 200 as soon as the power is supplied. On the other hand, since the absolute type encoder can measure only the movement amount with respect to the distance within one revolution, in the present invention, by using two absolute type encoders connected with the reduction gear, the measurement limit within one rotation can be overcome, So as to precisely measure the amount of movement with respect to the moving object.

한편, 액면레벨 계측장치을 이용하여 하천 수위를 측정하는 경우 수위가 갑자기 높아지거나 큰 파고에 의해 플로트(157)가 급속히 상승하게 되면 타이밍벨트(158)가 타이밍벨트 풀리(151)에서 분리되거나 미끄럼이 발생하여 큰 오차를 발생하게 된다. 본 발명에서는 이를 보완하기 위하여 타이밍벨트 풀리(151)의 양측에 벨트누름 베어링(152)을 설치하여 타이밍벨트(158)가 타이밍벨트 풀리(151)에서 분리되지 않도록 밀착시키는 역할을 수행하도록 하였다. 또한, 동절기에 타이밍벨트(158)가 타이밍 풀리(151)에 얼어붙어서 측정이 곤란한 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위하여 동결방지용 히터(153) 및 온도조절장치(156)을 타이밍벨트 풀리(151) 주변의 액면레벨 검출장치(150)에 설치하여 타이밍 벨트(158)과 타이밍 풀리(151)가 일정한 온도를 유지하여 얼어붙지 않도록 하였다.On the other hand, when the river level is measured using the liquid level measuring device, when the float 157 rapidly rises due to a sudden increase in water level or a large peak, the timing belt 158 is separated from the timing belt pulley 151 or slip occurs Resulting in a large error. In order to compensate for this, in the present invention, belt pressing bearings 152 are provided on both sides of the timing belt pulley 151 to closely contact the timing belt 158 so as not to be separated from the timing belt pulley 151. In the present invention, the freezing prevention heater 153 and the temperature regulating device 156 may be provided to prevent the timing belt 158 from being frozen in the timing pulley 151 during the winter season. The timing belt 158 and the timing pulley 151 are maintained at a constant temperature so as not to be frozen by installing the timing belt 158 and the timing pulley 151 in the liquid level detecting device 150 around the timing belt pulley 151. [

또한, 하절기에 습기가 많아 액면계측 컨트롤러(200)의 내부 부품에 결로가 생기는 것을 방지하기 위하여 액면계측 컨트롤러(200)의 일측에 온습도 센서(167) 및 스페이스 히터(168)를 설치하여, 온습도 센서(167)에서 계측된 습도가 설정값 이상으로 높거나 계측된 온도가 설정값 이하로 내려가면 스페이스 히터(168)가 가동되어 습도를 낮추거나 온도를 높이도록 동작하게 된다. A humidity sensor 167 and a space heater 168 are provided on one side of the liquid level measuring controller 200 to prevent condensation from occurring in the internal components of the liquid level measuring controller 200 due to a large amount of moisture in the summer, If the humidity measured by the humidity sensor 167 is higher than the set value or the measured temperature falls below the set value, the space heater 168 is operated to lower the humidity or increase the temperature.

한편, 상기 플로트(157)의 위치는 액면레벨 계측장치가 새로 설치되는 경우 또는 사용 중에 액면레벨을 점검하고자 하는 경우에 임의의 설정 값으로 영점을 설정해 주어야 한다. 즉, 플로트(157)를 통한 수위 측정시 측정 기준이 되는 영점인 영점 설정면(164)이 설정되어야 하는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 영점설정면(164)은 높이조절 스큐류 형태로 이루어진 영점설정 조절장치(162)에 결합되어 높이조절용 너트를 통하여 높이가 조절되는 영점설정 브라켓(163)의 하부면 위치가 된다.On the other hand, the position of the float 157 should be set to a certain set value when the liquid level measuring apparatus is newly installed or when the liquid level is to be checked during use. That is, a zero point setting surface 164, which is a zero point that is a measurement reference when measuring the level through the float 157, should be set. In the embodiment of the present invention, the zero point setting surface 164 is a zero point And the bottom surface of the zero point setting bracket 163, which is coupled to the setting adjusting device 162 and whose height is adjusted through a height adjusting nut.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 영점설정면(164)의 고도는 기준 바닥면(183) 과의 고도 편차를 통하여 계산되는데, 기준 바닥면(183)의 고도는 산업용 GPS를 기준 바닥면(183)에 장시간 설치한 후 위성으로부터 전송되는 고도 값을 평균하여 측정하거나, 시설물의 구조도면에 표시되어 있는 고도 값을 참조하여 결정할 수 있다. 이러한 기준 바닥면(183)과 영점설정면(164)의 고도 편차를 측정하기 위하여, 상기 고도기준 설정 브라켓(163)의 일측에는 영점설정 수평자(166)가 설치된다. 한편, 기준 바닥면(183)과 영점설정 브라켓(163) 상단 간의 거리를 디지털 줄자 또는 다른 측정장치를 이용하여 측정하여 고도편차를 측정하고, 이 값을 LCD & KEY보드(131)를 이용하여 액면계측 컨트롤러(200)에 입력한다.3, the elevation of the zero setting surface 164 is calculated through an altitude deviation with respect to the reference floor 183 such that the altitude of the reference floor 183 corresponds to the height of the industrial GPS on the reference floor 183 ), It can be determined by averaging the altitude value transmitted from the satellite or by referring to the altitude value indicated in the structure diagram of the facility. In order to measure the altitude deviation between the reference bottom surface 183 and the zero point setting surface 164, a zero point setting horizon 166 is installed on one side of the altitude reference setting bracket 163. On the other hand, the distance between the reference bottom surface 183 and the upper end of the zero point setting bracket 163 is measured using a digital tape measure or another measuring device to measure the altitude deviation, and this value is measured using the LCD & And inputs it to the measurement controller 200.

예를 들면, 기준 바닥면(183)의 고도를 'H0'이라고 하고, 기준바닥면(183)과 영점설정 수평자(166)의 윗면과의 높이차를 'H1'이라 하고, 영점설정 수평자(166)의 윗면과 영점설정면(164)과의 높이차를 'H2'라고 할 때, 고도 영점설정 면(164)의 고도값(H3)은 'H3 = H0 + H1 - H2' 이 된다. 이때, 영점설정 조절장치(162)는 기준바닥면(183)과 영점설정 수평자(166)의 윗면과의 높이차 'H1'이 정수값이 아닐 때, 영점설정 조절장치(162)의 나사를 조절하여 영점설정 수평자(166)의 윗면 높이를 조절하여 임의의 정수값으로 설정하는데 이용된다. For example, the altitude of the reference bottom surface 183 may be referred to as 'H0', the height difference between the reference bottom surface 183 and the upper surface of the zero point setting horizon 166 may be referred to as 'H1' The altitude value H3 of the altitude zero setting surface 164 becomes 'H3 = H0 + H1 - H2', where 'H2' is the height difference between the upper surface of the elevation surface 166 and the zero setting surface 164. At this time, when the height difference 'H1' between the reference bottom surface 183 and the upper surface of the zero setting horizon 166 is not an integer value, the zero setting controller 162 sets the screw of the zero setting controller 162 And adjusts the height of the upper surface of the zero point setting horizon 166 to set it to an arbitrary integer value.

상기 고도 영점설정면(164)의 고도값 'H3'을 LCD & Key 보드(131)를 통하여 입력하여 액면계측 컨트롤러(200)의 메모리에 저장하고, 플로트(157)를 들어올려 고도 영점설정면(164)에 접촉시킨 상태에서 LCD & Key 보드(131)를 통하여 영점을 설정하면 플로트(157)의 위치가 'H3'의 값으로 재설정된다. The altitude value H3 of the altitude zero setting surface 164 is inputted through the LCD & Key board 131 and stored in the memory of the level meter controller 200. The float 157 is lifted to set the altitude zero setting surface 164, when the zero point is set through the LCD & Key board 131, the position of the float 157 is reset to the value of 'H3'.

만약, 플로트(157)가 수위 변화에 의해 'H4'의 위치로 이동한 경우에 수위값(Hw)은 'Hw = H3 - H4'로 표시된다. If the float 157 moves to the position of 'H4' by the change of the water level, the water level value Hw is represented as 'Hw = H3-H4'.

한편, 액면레벨 계측장치가 외부의 바람의 영향으로 평형추(161)가 흔들리면서 플로트(154)에 연결된 타이밍벨트(158)에 엉켜서 작동이 불가능해지거나 플로트(157)가 설치되는 관의 직경이 작은 경우 평형추(161)의 설치가 곤란한 경우에 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 도 4에서와 같이 평형추(161)를 대신하여 타이밍벨트(158)를 감아 들이는 타이밍벨트 권취장치가 적용될 수 있다. 이러한 타이밍벨트 권취장치는 타이밍벨트(158)를 감는 벨트감기 풀리(187)와, 원형 스프링의 복원력을 이용하여 벨트감기 풀리(187)에 벨트를 감기위한 동력을 발생하는 벨트감기 스프링(184)과, 벨트감기 풀리(187)와 벨트감기 스프링(184)의 사이를 연결하는 벨트감기 기어A(185)와 벨트감기 기어B(185)로 구성된다.On the other hand, when the counterweight 161 is shaken due to the influence of wind on the liquid level measuring device, the counterweight 161 is jammed on the timing belt 158 connected to the float 154 and becomes inoperable or the diameter of the pipe It may occur when the counterweight 161 is difficult to install. In order to prevent this, a timing belt winding device for winding the timing belt 158 instead of the counterweight 161 as shown in Fig. 4 can be applied . This timing belt winding apparatus includes a belt winding pulley 187 for winding a timing belt 158, a belt winding spring 184 for generating power for winding the belt on the belt winding pulley 187 by using the restoring force of the circular spring, A belt winding gear A 185 and a belt winding gear B 185 that connect between the belt winding pulley 187 and the belt winding spring 184.

이하에서는 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 커플링(154)을 통하여 전달받아, 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 측정하는 절대변위계(100)에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, an absolute displacement meter 100 that receives the amount of rotation of the timing belt pulley 151 through the coupling 154 and measures the amount of rotation of the timing belt pulley 151 will be described.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 절대변위계의 평면 부분 단면도를 나타낸 것이다. 5 is a plan view and partial sectional view of an absolute displacement meter according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절대변위계(100)는 커플링(154)을 통하여 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 전달받아 회전하는 회전축(104)과, 상기 회전축(104)에 결합되어 회전축(104)의 회전 각도에 따른 고유한 값을 출력하는 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더(112)와, 상기 회전축(104)에 형성되는 기어(105)와 맞물려 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106)와, 상기 감속기어(106)에 의해 감속된 회전각에 따른 고유한 코드값을 출력하는 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더(113)를 포함하여 이루어진다. 5, the absolute displacement meter 100 according to the present invention includes a rotation shaft 104 that receives a rotation amount of a timing belt pulley 151 through a coupling 154 and rotates, A precision encoder 112 which is an absolute encoder for precision measurement which is coupled to the rotary shaft 104 and outputs a unique value according to the rotation angle of the rotary shaft 104; And a wide-angle encoder 113, which is an absolute encoder for wide-area measurement, which outputs a unique code value according to the rotation angle reduced by the reduction gear 106 .

상기 회전축(104)은 커플링(154)을 통하여 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 전달받아 회전하게 되는데, 이 회전축(104)에는 베어링(103)이 삽입되어 원활한 회전이 이루어질 수 있도록 구성된다. The rotation shaft 104 is rotated by receiving the amount of rotation of the timing belt pulley 151 through the coupling 154. The bearing 103 is inserted into the rotation shaft 104 so that the rotation can be smoothly performed .

상기 회전축(104)에 결합되는 정밀엔코더(112)는 회전축(104)의 1회전 내에서 이루어지는 임의의 회전 각도에 대한 고유한 코드값을 출력하는 절대형 방식의 엔코더로서, 이 정밀엔코더(112)는 분해능에 따라 회전축(104)의 회전에 따른 고유값을 출력함으로써 회전축(104)의 1회전 이내에서의 이동량을 정밀하게 측정하게 된다. The precision encoder 112 coupled to the rotation shaft 104 is an absolute type encoder that outputs a unique code value for an arbitrary rotation angle within one rotation of the rotation shaft 104. The precision encoder 112, And outputs an eigenvalue corresponding to the rotation of the rotary shaft 104 according to the resolution, thereby accurately measuring the amount of movement of the rotary shaft 104 within one rotation.

상기 회전축(104)에는 기어(105)가 형성되고, 이 기어(105)에는 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106)가 결합되는데, 본 발명의 실시 예에서 감속기어(106)는 회전축(104)에 순차적으로 결합되어 회전축(104)의 회전 속도를 순차적으로 감속시키는 복수의 기어로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시 예에서 상기 감속기어(106)는 적정한 감속 비율을 갖는 제 1 기어(107a), 제 2 기어(107b), 제 3 기어(107c)를 포함하여 이루어져, 회전축(104)의 회전을 순차적으로 감속시켜 회전하게 되는데, 이러한 감속기어(106)의 수 및 기어비는 검출 대상물의 이동 범위에 따라 적절하게 변경될 수 있으며, 다른 감속방법으로 단일 부품으로 구성된 감속기 혹은 하모닉 드라이버 등을 사용할 수도 있다. A gear 105 is formed on the rotary shaft 104 and a reduction gear 106 for reducing the rotation speed of the rotary shaft 104 is coupled to the gear 105. In the embodiment of the present invention, And a plurality of gears that are sequentially coupled to the rotary shaft 104 and sequentially decelerate the rotary speed of the rotary shaft 104. That is, in the embodiment of the present invention, the reduction gear 106 includes a first gear 107a, a second gear 107b, and a third gear 107c having appropriate deceleration ratios, The number of reduction gears 106 and the gear ratio can be appropriately changed according to the movement range of the detection subject and a speed reducer or a harmonic driver or the like constituted by a single component can be used by another deceleration method It is possible.

상기 회전축(104)의 회전 속도를 감속시키는 감속기어(106) 중 마지막 단에 위치하는 기어, 즉 제 3 기어(107c)의 축에는 광역엔코더(113)가 결합되는데, 이 광역엔코더(113)는 감속기어(106)에 의해 회전축(104)의 회전속도가 감속된 제 3 기어(170c)의 1회전 내에서 이루어지는 임의의 회전 각도에 대한 고유한 코드값을 출력하는 절대형 방식의 엔코더이다. 즉, 제 3 기어(107c)는 회전축(104)과의 감속 비율에 따라 회전축(104)이 여러 번 회전할 때 1회전을 하게 되는데, 상기 광역엔코더(113)는 분해능에 따라 제 3 기어(107c)의 1회전 이내에서의 회전 각도에 따른 고유값을 출력함으로써, 회전축(104)의 여러 회전에 해당하는 넓은 범위의 이동량을 측정할 수 있게 된다.A wide-angle encoder 113 is coupled to the shaft of the third gear 107c located at the last end of the reduction gear 106 that decelerates the rotation speed of the rotary shaft 104. The wide- Is an absolute type encoder that outputs a unique code value for an arbitrary rotation angle within one revolution of the third gear 170c whose rotation speed of the rotation shaft 104 is reduced by the reduction gear 106. [ That is, the third gear 107c makes one rotation when the rotation shaft 104 rotates several times according to the deceleration ratio with respect to the rotation shaft 104. The wide-angle encoder 113 rotates the third gear 107c , The eccentricity can be measured over a wide range corresponding to the number of rotations of the rotary shaft 104.

상기 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)를 통하여 출력되는 값은 액면계측 컨트롤러(200)로 전송되며, 액면계측 컨트롤러(200)는 정밀엔코더(112)가 설치된 회전축(104)과 광역엔코더(113)가 설치된 제 3 기어(107c)의 감속 비율 및 백러쉬 오차를 고려하여, 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)의 출력값을 분석함으로써 플로트의 상하 이동에 따른 절대수위 값인 액면레벨 값을 계산하게 된다. The values output through the precise encoder 112 and the wide-angle encoder 113 are transmitted to the liquid level measuring controller 200. The liquid level measuring controller 200 includes a rotary shaft 104 provided with the precise encoder 112, The level of the liquid level, which is an absolute level value according to the up-and-down movement of the float, is analyzed by analyzing the output values of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 in consideration of the deceleration rate and the backlash error of the third gear 107c .

상기의 구성으로 이루어진 절대변위계(100)는, 커플링(154)으로 연결된 타이밍벨트 풀리(151)의 회전에 따라 회전축(104)이 회전하게 되고, 회전축(104)의 회전에 따라 이 회전축(104)에 설치된 정밀엔코더(112)는 1회전 이내에서의 회전 각도에 따른 고유값을 출력하게 된다. 또한, 회전축(104)의 회전에 따라 이 회전축(104)에 결합된 제 1 기어(107a), 제 2 기어(107b), 제 3 기어(107c)로 이루어진 감속기어(106)는 감속하여 회전하게 되며, 감속기어(106)의 마지막 단, 즉 제 3 기어(107c) 축에 결합된 광역엔코더(113)는 1회전 이내에서의 회전 각도에 따른 고유값을 출력하게 된다. 상기 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)의 출력값은 액면계측 컨트롤러(200)에 의해 분석되어, 타이밍벨트 풀리(151)를 회전시키는 플로트(157)의 상하 이동에 따른 절대위치 값을 계산하고, 이를 통하여 액면레벨 값을 계산하게 된다. In the absolute displacement gyroscope 100 having the above configuration, the rotation shaft 104 is rotated in accordance with the rotation of the timing belt pulley 151 connected to the coupling 154, and the rotation shaft 104 ) Outputs an eigenvalue corresponding to the rotation angle within one rotation. The reduction gear 106 composed of the first gear 107a, the second gear 107b and the third gear 107c coupled to the rotation shaft 104 is rotated and rotated according to the rotation of the rotation shaft 104 And the wide-angle encoder 113 coupled to the last end of the reduction gear 106, that is, the third gear 107c axis, outputs an eigenvalue corresponding to the rotation angle within one rotation. The output values of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 are analyzed by the liquid level measuring controller 200 to calculate an absolute position value in accordance with the up-down movement of the float 157 for rotating the timing belt pulley 151 , And the liquid level value is calculated through this.

이하에서는 액면계측 컨트롤러(200)에 의해 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)의 측정값이 분석되어 액면레벨 값이 계산되는 과정에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of calculating the liquid level value by analyzing the measured values of the precise encoder 112 and the wide-angle encoder 113 by the liquid level measuring controller 200 will be described.

액면레벨을 의미하는 절대수위는 플로트(157)의 위치 변화에 따라 결정되므로, 기준 위치에서 수위 변화에 따라 이동하는 플로트(157)의 위치 변화를 계산함으로써 구해질 수 있다. 즉, 절대수위는 기준 바닥면을 기준으로 하여 플로트(157)의 이동한 거리를 계산하여 절대위치가 산출되는데, 이러한 플로트(157)의 절대위치는 광역엔코더(113) 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능을 곱하고 여기에 정밀엔코더(112) 값을 더함으로써 구해질 수 있다. Since the absolute water level indicating the liquid level is determined according to the positional change of the float 157, it can be obtained by calculating the positional change of the float 157 moving in accordance with the water level change at the reference position. That is, the absolute position is calculated by calculating the distance traveled by the float 157 with reference to the reference floor, and the absolute position of the float 157 is calculated using the wide encoder 113 112 and multiplying the calculated number of rotations of the precise encoder 112 by the resolution of the precise encoder 112 and adding the value of the precise encoder 112 thereto.

여기에서, 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 가장 쉬운 방법은 정밀엔코더(112)의 분해능이 1024 라고 할 때, 정밀엔코더(112)의 값이 1023에서 0으로 변경되는 순간에 정밀엔코더(112)의 회전수를 1 증가하고, 0에서 1023으로 변경되는 순간에 정밀엔코더(112)의 회전수를 1 감소시키는 방법이 있을 수 있다. 하지만, 이 방식은 전원을 켜는 순간에 광역엔코더(113)의 값을 읽어서 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산할 수가 없기 때문에 적용이 불가능하다. 또한, 이 방식은 전원이 차단되기 전의 회전수를 백업 메모리에 저장하고, 전원이 공급되면 이 값을 읽어서 이전까지의 회전수를 알 수는 있으나, 만약 전원이 차단된 후에 플로트가 이동했다면 이때 이동한 양은 계산할 수가 없기 때문에 결과적으로 플로트의 절대위치 측정에 적용이 불가능하게 된다.The easiest way to calculate the number of revolutions of the precision encoder 112 is to calculate the number of revolutions of the precision encoder 112 at a moment when the value of the precision encoder 112 is changed from 1023 to 0 The number of revolutions of the precision encoder 112 may be reduced by one at the instant when the number of revolutions of the precision encoder 112 is increased by 1 and the number of revolutions of the precision encoder 112 is changed from 0 to 1023. However, this method can not be applied because the number of rotations of the precision encoder 112 can not be calculated by reading the value of the wide-angle encoder 113 at the moment when the power is turned on. In this method, the number of revolutions before the power is turned off is stored in the backup memory, and when the power is supplied, the value is read to know the number of revolutions until the power is turned off. However, Since one quantity can not be calculated, it can not be applied to the absolute position measurement of the float as a result.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정밀엔코더와 광역엔코더의 출력값 관계를 도표로 나타낸 것이다. FIG. 6 is a graph showing output values of a precision encoder and a wide-angle encoder according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 분해능이 1024 라고 할 때, 정밀엔코더(112)가 1회전 하는 동안 정밀엔코더(112)의 값은 0에서 1023까지 증가했다가 다시 0이 되고 다시 1023까지 증가하는 동작을 반복하게 되며, 이때 광역엔코더(113)는 감속기어(106)에 의하여 감속된 만큼 천천히 이동하게 된다. 6, when the resolution of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 is 1024, the value of the precision encoder 112 increases from 0 to 1023 during one rotation of the precision encoder 112 The wide-angle encoder 113 is moved to the deceleration gear 106 as it is decelerated.

여기서, 정밀엔코더(112)의 값을 Enc_A, 광역엔코더(113)의 값을 Enc_B, 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 분해능이 1024 라고 정의할 때, 플로트의 이동에 따른 절대위치 값은 다음의 수학식 1로 표현할 수 있다.When the value of the precision encoder 112 is Enc_A, the value of the wide-angle encoder 113 is Enc_B, and the resolution of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 is 1024, the absolute position value Can be expressed by the following equation (1).

Figure 112016111918800-pat00002
Figure 112016111918800-pat00002

여기서, f(Enc_B)는 광역엔코더(113)의 값 Enc_B를 변수로 하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 일련의 함수로서, 이 f(Enc_B)의 값이 정밀엔코더(113)의 회전수가 된다. Here, f (Enc_B) is a series of functions for calculating the number of rotations of the precision encoder 112 with the value Enc_B of the wide-angle encoder 113 as a variable. The value of f (Enc_B) .

일반적으로 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 과정에 있어서, 회전축 기어와 제 1 기어(107a), 제 2 기어(107b), 제 3 기어(107c)의 상호 맞물림 사이에는 백래쉬가 있기 때문에, 회전축(104)의 회전방향이 바뀔 때 회전축(104)이 회전해도 광역엔코더(113)의 값이 변하지 않는 무응답 영역이 존재하게 된다. The first gear 107a, the second gear 107b, the third gear 107c, and the third gear 107c in the process of calculating the number of revolutions of the precision encoder 112 using the value of the wide- There is a non-response region in which the value of the wide-angle encoder 113 does not change even if the rotation axis 104 rotates when the rotation direction of the rotation axis 104 is changed.

또한, 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값이 정수가 아닌 경우가 대부분인데, 예를 들면, 제 1 기어(107a), 제 2 기어(107b), 제 3 기어(107c)의 기어 비율이 90 : 1 이고, 광역엔코더(113)의 분해능이 1024 라고 가정하면, 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값(A1)은 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.In most cases, the value of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precision encoder 112 is not an integer. For example, the first gear 107a, the second gear 107b, the third gear The value A1 of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precision encoder 112 is calculated by the following equation (2): " (1) " .

Figure 112016111918800-pat00003
Figure 112016111918800-pat00003

상기 수학식 2에서와 같이 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값이 정수가 아니기 때문에, 또한 기어 사이에 존재하는 백래쉬 때문에 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 데에는 복잡한 과정을 거치게 된다. Since the value of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precision encoder 112 is not an integer as in Equation (2) above, the value of the wide-angle encoder 113 is used because of the backlash existing between the gears, A complicated process is required to calculate the number of revolutions of the rotor 112.

먼저, 기어 사이에 존재하는 백래쉬에 대하여 설명하기로 한다. First, backlash existing between gears will be described.

도 7은 두 개의 기어 사이에 형성되는 일반적인 백래쉬의 일례를 나타낸 것으로, 두 기어 사이의 백래쉬 량을 dθ라고 가정하자.Fig. 7 shows an example of a general backlash formed between two gears. Assume that the amount of backlash between two gears is d ?.

일반적으로 백래쉬는 회전축(104)의 회전방향이 바뀌는 시점에서 발생하게 되는데, 본 발명의 절대위치 계측장치(100)에서 회전축(104)과 제 1 기어(107a) 사이의 백래쉬 량 및 기어비를 dθ1 및 Gr1 이라 하고, 제 1 기어(107a)와 제 2 기어(107b)의 백래쉬 량 및 기어비를 dθ2 및 Gr2 라 하며, 제 2 기어(107c)와 제 3 기어(107c)의 백래쉬 량 및 기어바를 dθ3 및 Gr3 이라 할 때, 회전축(104)으로부터 제 3 기어(107c) 사이의 형성되는 전체 백래쉬 량(Δθ)을 회전축(104) 기준으로 환산해 보면 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.Generally, backlash occurs at the time when the rotational direction of the rotating shaft 104 is changed. In the absolute position measuring apparatus 100 of the present invention, the amount of backlash and the gear ratio between the rotating shaft 104 and the first gear 107a are expressed by d? The backlash amount and the gear ratio of the first gear 107a and the second gear 107b are denoted by d? 2 and Gr2 and the amount of backlash and the gear bar between the second gear 107c and the third gear 107c are denoted by d? The total backlash amount ?? formed between the rotating shaft 104 and the third gear 107c can be expressed by the following equation (3).

Figure 112016111918800-pat00004
Figure 112016111918800-pat00004

또한, 이 전체 백래쉬 량(Δθ)을 정밀엔코더(112)의 값(A2)으로 환산하면 다음의 수학식 4와 같이 표시될 수 있다. The total backlash amount [Delta] [theta] is converted into the value A2 of the precision encoder 112, and can be expressed by the following equation (4).

Figure 112016111918800-pat00005
Figure 112016111918800-pat00005

도 8은 종래 일반적인 방식에 따라 광역엔코 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 광역엔코더 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도를 나타낸 것이다.FIG. 8 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precise encoder using a wide-area encoder value according to a conventional method, FIG. 9 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precise encoder using a wide- .

일반적으로 플로트(157)의 절대위치 값은 광역엔코더(113)의 값을 정해진 계수로 나누어 정밀엔코더(112)의 회전수 계산하고, 이 값에 정밀엔코더(112)의 분해능 1024를 곱한 후, 정밀엔코더(112)의 값을 더하여 절대위치 값을 계산하게 된다. 하지만, 광역엔코더(113)의 값은 실수가 아닌 정수형태로 출력되므로, 이로 인해 연산과정에서 라운드오프 에러(Round-off error)가 발생하여 정밀엔코더(112)의 값이 0에서 1023 또는 1023에서 0으로 바뀌는 부분에서 절대위치 값이 (+) 위치오차인 1024 또는 (-) 위치오차인 -1024 라는 큰 오차가 발생하게 된다. In general, the absolute position value of the float 157 is obtained by dividing the value of the wide-angle encoder 113 by a predetermined coefficient to calculate the number of revolutions of the precise encoder 112, multiplying the value by the resolution 1024 of the precise encoder 112, And adds the value of the encoder 112 to calculate an absolute position value. However, since the value of the wide-angle encoder 113 is outputted as an integer rather than a real number, a round-off error occurs in the calculation process, and the value of the precision encoder 112 is changed from 0 to 1023 or 1023 A large error of 1024 which is a positive (+) position error or -1024 which is a (-) position error occurs in the portion where 0 is changed.

이를 좀 더 구체적으로 설명하기 위하여, 엑셀 프로그램을 작성하여 정밀엔코더(112)의 값을 1씩 증가하면서 4회전한 후, 반대방향으로 1씩 감소하면서 절대위치 값이 0에 도달하는 과정에 대한 광역엔코더(113)의 값을 계산하는 시뮬레이션을 수행하였다. 또한, 백래쉬 량(Δθ)이 15인 경우를 가정하여 정밀엔코더(112)의 값이 증가하거나 감소하는 동안 방향이 바뀔 때마다 신호전달의 지연에 따른 광역엔코더(113)의 값이 변화하는 과정도 시뮬레이션 하였다. 이러한 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 연속된 이동에 대한 시뮬레이션 결과는 도 10 내지 도 12의 엑셀 프로그램으로 도시되어 있다. In order to explain this more specifically, an Excel program is created, and the value of the precision encoder 112 is incremented by 1, four rotations, and then decremented by 1 in the opposite direction, A simulation for calculating the value of the encoder 113 was performed. Also, assuming that the backlash amount [Delta] [theta] is 15, the process of changing the value of the wide-angle encoder 113 due to the delay of signal transmission every time the direction of the precision encoder 112 increases or decreases Respectively. The simulation results for this continuous movement of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 are shown in the Excel program of Figs. 10-12.

도 10에 도시된 시뮬레이션 항목은 공통항목과 일반계산, 발명계산, 정밀엔코더 회전수 계산 테이블로 구분되어 있는데, 각각의 항목은 다음과 같다.The simulation items shown in FIG. 10 are classified into a common item, a general calculation, an invention calculation, and a precision encoder rotation number calculation table. The items are as follows.

[ 공통항목 ][Common Items]

공통항목에서 B열은 1씩 증가하거나 1씩 감소하는 값으로 기준이 되는 절대위치를 나타내고, C열은 정밀엔코더(112)의 값이 1씩 증가하거나 1씩 감소하는 과정을 나타내며, E열은 백래쉬가 백래쉬 량(Δθ)이 15인 장치에서 백래쉬가 아래쪽으로 치우쳐 있는 경우를 가정하여 표시한 것이고, F열은 백래쉬 영향을 감안한 이론적인 광역엔코더(113)의 값을 나타내며, G열은 F열의 값을 정수화하여 실제 엔코더 출력과 같이 디지털 값으로 나타낸 것이다. In the common item, the B column is incremented by 1 or decremented by 1 to indicate a reference absolute position, the C column represents a process in which the value of the precision encoder 112 is incremented by 1 or decremented by 1, The backlash is expressed on the assumption that the backlash is shifted downward in an apparatus having a backlash amount (??) of 15. The row F represents the theoretical value of the wide-angle encoder 113 taking into account the influence of backlash, The value is expressed as a digital value like an actual encoder output by integrating.

[ 일반계산 ][General calculation]

일반계산 항목의 I열은 전체 행정에서 광역엔코더(113)의 값이 972이고 회전축(104)과의 기어비가 90 : 1 인 경우를 가정하여 계산한 정밀엔코더(112)의 회전수를 나타내고, J열은 정밀엔코더(112)의 회전수인 I열의 값에 정밀엔코더(112)의 분해능 1024를 곱하고 C열의 정밀엔코더(112) 값을 더한 값을 나타내며, K열은 절대위치 B열에서 J열(절대위치_일반)을 뺀 차이값을 나타낸 것이다. Column I of the general calculation item indicates the number of rotations of the precision encoder 112 calculated on the assumption that the value of the wide-angle encoder 113 is 972 and the gear ratio to the rotation axis 104 is 90: 1 in the entire stroke, and J Column represents the value of I column which is the number of revolutions of the precise encoder 112 multiplied by the resolution 1024 of the precise encoder 112 plus the value of the precise encoder 112 of the C column and the K column represents the value of the J column Absolute position_general) is subtracted.

[ 발명계산 ][Invention calculation]

발명계산 항목에서 M열은 이론적 광역엔코더(113)의 값인 G열 값을 우측에 있는 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 참조하여 후술되는 수학식 17에 따라 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산한 값을 나타내고, N열은 M열에 표시한 정밀엔코더(112)의 회전수에 대한 다운스텝 밴드 값을 나타내며, O열은 후술되는 수학식 19에 따라 다운스텝 보정을 할 것인지 판단하여 다운스텝 보정을 행할 경우 1로 표시하고 다운스텝 보정을 하지 않는 경우 0으로 표시한 것이다. 또한, P열은 M열에 표시한 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능인 1024를 곱한 후 C열의 정밀엔코더(112) 값을 더한 값을 나타내고, Q열은 절대위치 B열에서 P열(절대위치_발명) 값을 뺀 차이값을 나타낸 것이다.In the inventive calculation item, column M refers to the value of the theoretical wide-angle encoder 113, which is the value of the column G, to the number of revolutions of the precision encoder 112 according to Equation 17 described later with reference to the precision encoder rotation number calculation table 420 on the right side And N represents a downstep band value with respect to the number of revolutions of the precision encoder 112 displayed in the column M, and the column O determines whether down-step correction is to be performed according to the following equation (19) When the correction is performed, the value is indicated as 1. When the down-step correction is not performed, the value is indicated as 0. The P column indicates a value obtained by multiplying the number of revolutions of the precise encoder 112 displayed in the column M by the resolution 1024 of the precise encoder 112 plus the value of the precise encoder 112 in the column C, (Absolute position_invention) value in the column.

도 10에 표시된 일반계산은, C열에 표시한 정밀엔코더(112)의 값을 1씩 증가하거나 1씩 감소하는 전 과정에 대하여 이론적인 광역엔코더(113)의 값을 계산하고 정수화하여 G열에 표시하는데, G열의 값을 단순히 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값으로 나누어 I열에 정밀엔코더(112)의 회전수를 표시하며, 이 값에 C열의 정밀엔코더(112)의 분해능인 1024를 곱하고 정밀엔코더(112)의 값를 더하여 J열을 계산하는 과정을 나타낸다.In the general calculation shown in FIG. 10, the value of the theoretical wide-angle encoder 113 is calculated and integerized for the entire process of incrementing the value of the precision encoder 112 displayed in column C by 1 or decrementing by 1, , The value of the G column is simply divided by the value of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precise encoder 112 to indicate the number of rotations of the precise encoder 112 in the I column, The resolution is multiplied by 1024, and the value of the precision encoder 112 is added to calculate the J-th column.

또한, 발명계산은, 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 참조하여 공통항목의 이론적인 광역엔코더(113) 값인 G열 값을 이용하여 M열의 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능 1024를 곱하고 C열의 정밀엔코더(112)의 값를 더한 P열의 절대위치 값을 계산하는 과정을 나타낸다. 상기 발명계산에서 참조하는 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)의 T열은 스텝업 하한값을 나타내고, V열은 스텝업 상한값을 나타내며, U열은 정밀엔코더(112)의 값이 0 → 1023 또는 1023 → 0으로 변경되는 부분에서 절대위치 계산에 큰 오차가 발생하는 현상을 배제하기 위해 다운스텝 보정을 하기 위한 다운스텝 밴드값을 나타낸다. 상기 다운스텝 보정이란 도 4에서 설명한 정밀엔코더의 값이 0 → 1023 또는 1023 → 0으로 변경되는 부분에서 절대위치 값를 계산하는데 (+)위치오차 또는 (-)위치오차가 발생하는 현상을 배제하기 위하여, 광역엔코더(113)의 값이 다운스텝 밴드값 보다 작고, 정밀엔코더(112)의 값이 다운스텝 하한값 보다 큰 경우에 정밀엔코더(112)의 회전수에서 1을 빼주는 동작을 수행하는 것을 의미한다. 본 발명의 실시에에서 상기 다운스텝 하한값은 정밀엔코더(112) 분해능의 0~0.75 범위의 상수로 설정되는데, 이하에서는 상기 다운스텝 하한값이 정밀엔코더(112)의 분해능인 1024의 0.5, 즉 512로 설정된 예를 들어 설명하기로 한다. Further, the invention calculation is performed by calculating the number of revolutions of the M-column precision encoder 112 using the G column value, which is the theoretical wide-range encoder 113 value of the common item, by referring to the precision encoder rotation number calculation table 420, Which is obtained by multiplying the number of rotations of the precision encoder 112 by the resolution 1024 of the precision encoder 112 and adding the value of the precision encoder 112 of the C column. The U column indicates that the value of the precise encoder 112 is 0? 1023 or 1023 (?), And the U column indicates the step-up upper limit value. Step down compensation for eliminating the phenomenon that a large error is generated in the absolute position calculation at the portion where the change is made from 0 to? 0. In the down-step correction, in order to eliminate the occurrence of (+) position error or (-) position error in calculating the absolute position value at the portion where the value of the precision encoder described in FIG. 4 is changed from 0 → 1023 or 1023 → 0 , Subtracting 1 from the number of revolutions of the precise encoder 112 when the value of the wide encoder 113 is smaller than the value of the down step band and the value of the precise encoder 112 is larger than the down step lower limit value . In the practice of the present invention, the lower step lower limit value is set to a constant in the range of 0 to 0.75 of the resolution of the precision encoder 112. Hereinafter, the lower step lower limit value is set to 0.5, that is, 512 of the resolution of the precision encoder 112 A set example will be described.

도 13은 이러한 정밀엔코더 회전수 계산 테이블의 개념도를 나타낸 것이다.Fig. 13 is a conceptual diagram of such a precision encoder rotation number calculation table.

본 발명의 실시예에서 상기 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)의 스텝업 하한값(306)과 스텝업 상한값(308) 및 다운스텝 밴드값(307)을 산정하는 과정은 다음과 같다. A step-up lower limit value 306, a step-up upper limit value 308 and a down step band value 307 of the precision encoder rotation speed calculation table 420 are calculated as follows.

먼저, 전체 행정에서 광역엔코더(113)의 값을 B1 이라 하고, 이때 정밀엔코더(112)의 회전수를 B2 라며, 이때 정밀엔코더(112)의 회전당 광역엔코더(113)의 값을 A3 이라고 하면, 앞에서 설명한 수학식 2는 다음의 수학식 5와 같이 변형될 수 있다. 이때, 수학식 5에서 정밀엔코더(112)의 1회전당 광역엔코더(113)의 값(A3)을 정수값으로 변환하기 위하여 int 함수를 이용하고 반올림을 위하여 0.5를 더하여 계산하였다.First, the value of the wide-angle encoder 113 is B1, and the number of revolutions of the precise encoder 112 is B2. At this time, if the value of the wide-angle encoder 113 per revolution of the precise encoder 112 is A3 , The above-described equation (2) can be modified as the following equation (5). In this case, the int function is used to convert the value (A3) of the wide-angle encoder 113 per rotation of the precision encoder 112 into an integer value in Equation (5), and 0.5 is added for rounding.

Figure 112016111918800-pat00006
Figure 112016111918800-pat00006

또한, 상기 정밀엔코더(112)의 회전당 광역엔코더(113)의 값(A3)을 이용하여, 전체 행정에서 정밀엔코더(112)의 회전수 N에 대한 스텝업 하한값(306)과, 스텝업 상한값(308) 및 다운스텝 밴드값(307)은 다음의 수학식을 통하여 계산된다. The step-up lower limit value 306 for the number of revolutions N of the precise encoder 112 in the entire stroke and the step-up upper limit value 306 for the number of revolutions N of the precise encoder 112 in the entire stroke can be obtained by using the value A3 of the wide-angle encoder 113 per revolution of the precise encoder 112 (308) and the down step band value (307) are calculated through the following equations.

Figure 112016111918800-pat00007
Figure 112016111918800-pat00007

Figure 112016111918800-pat00008
Figure 112016111918800-pat00008

Figure 112016111918800-pat00009
Figure 112016111918800-pat00009

여기서, A3은 수학식 5의 정밀엔코더 1회전당 광역엔코더의 값, N은 정밀엔코더의 회전수, int()는 실수를 정수로 변환하는 함수를 나타낸다. 또한, α는 0~0.499 범위의 상수이고, β는 0.5~0.999 범위의 상수이며, γ는 0~0.499 범위의 상수이다. Here, A3 is the value of the wide-angle encoder per one rotation of the precision encoder of Equation (5), N is the number of rotations of the precision encoder, and int () represents a function of converting real numbers to integers. Α is a constant in the range of 0 to 0.499, β is a constant in the range of 0.5 to 0.999, and γ is a constant in the range of 0 to 0.499.

상기 수학식 6 내지 8을 통하여 계산된 스텝업 하한값(306)과 스텝업 상한값(308) 및 다운스텝 밴드값(307)을 토대로 도 10과 도 13의 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 작성하게 되는데, 도 10과 도 13의 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)은 α가 0.25로, β가 0.75로, γ가 0.25로 설정된 예를 나타낸 것이다. 이와 같이 설정되는 스텝업 하한값(306)은 T열에 표시되고, 스텝업 상한값(308)은 V열에 표시되며, 다운스텝 밴드값(307)은 U열에 표시된다.10 and Fig. 13 based on the step-up lower-limit value 306, the step-up upper-limit value 308 and the down-step band value 307 calculated through the above Expressions (6) The precision encoder rotation number calculation table 420 shown in Figs. 10 and 13 shows an example where? Is set to 0.25,? Is set to 0.75, and? Is set to 0.25. The step-up lower limit value 306 thus set is displayed in the column T, the step-up upper limit value 308 is displayed in the column V, and the downstep band value 307 is displayed in the column U.

상기 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 연속된 이동에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도 10의 엑셀 프로그램에서 각 행 번호는 순차적으로 증가하게 되는데, 다음의 수학식들은 엑셀 프로그램의 각 행 중 4행에 표시되는 항목별 시뮬레이션 값을 나타낸 것이다. In the Excel program of FIG. 10 showing the simulation results of the continuous movement of the precise encoder 112 and the wide-area encoder 113, each row number is sequentially increased. The following equations are obtained for each row of the Excel program The simulation results for each item displayed on the line are shown.

Figure 112016111918800-pat00010
Figure 112016111918800-pat00010

Figure 112016111918800-pat00011
Figure 112016111918800-pat00011

Figure 112016111918800-pat00012
Figure 112016111918800-pat00012

Figure 112016111918800-pat00013
Figure 112016111918800-pat00013

Figure 112016111918800-pat00014
Figure 112016111918800-pat00014

Figure 112016111918800-pat00015
Figure 112016111918800-pat00015

Figure 112016111918800-pat00016
Figure 112016111918800-pat00016

Figure 112016111918800-pat00017
Figure 112016111918800-pat00017

Figure 112016111918800-pat00018
Figure 112016111918800-pat00018

Figure 112016111918800-pat00019
Figure 112016111918800-pat00019

Figure 112016111918800-pat00020
Figure 112016111918800-pat00020

Figure 112016111918800-pat00021
Figure 112016111918800-pat00021

Figure 112016111918800-pat00022
Figure 112016111918800-pat00022

Figure 112016111918800-pat00023
Figure 112016111918800-pat00023

도 11에서는, C열의 정밀엔코더(112) 값 C1982가 955이고 G열의 광역엔코더(113)의 회전수 G1982는 21에서, 정밀엔코더(112)의 값이 956으로 변경되는 과정을 나타내고 있다. 11 shows a process in which the value C1982 of the precise encoder 112 in the column C is 955 and the value G1982 of the wide band encoder 113 in the column G is 21 and the value of the precise encoder 112 is changed to 956 in FIG.

[ 실시 예 1 (공통), 행 = 1982 ][Example 1 (common), row = 1982]

도 11에서 I열의 정밀엔코더(112) 회전수 I1982는 1이고, C열의 정밀엔코더(112) 값 C1982는 955이므로, 절대위치 값 J1982는 다음의 수학식과 같이 계산된다. 11, the number of rotations I1982 of the precision encoder 112 in the I column is 1 and the value C1982 of the precision encoder 112 in the C column is 955, the absolute position value J1982 is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00024
Figure 112016111918800-pat00024

여기에서 정밀엔코더 값이 1 증가하는 경우의 절대위치 값을 일반적인 계산 방법과 본 발명에 의한 계산 방법으로 나누어 설명하기로 한다. Herein, the absolute position value when the precision encoder value increases by one is divided into a general calculation method and a calculation method according to the present invention.

[ 실시 예 1A (일반계산 방법), 행 = 1983 ][Example 1A (general calculation method), row = 1983]

일반적인 계산 방법은, C열의 정밀엔코더(112) 값 C1983이 956으로 증가하면, G열의 광역엔코더(113) 회전수 G1983은 22로 변경되고, 일반계산 항목의 정밀엔코더(112)의 회전수 I1983은 다음의 수학식과 같이 G열의 광역엔코더(113) 회전수 G1982를 정밀엔코더(112) 1회전당 광역엔코더(113)의 값으로 나누어 계산된다. As a general calculation method, when the value C1983 of the precision encoder 112 in the column C is increased to 956, the number of rotations G1983 of the wide band encoder 113 in the column G is changed to 22 and the revolution number I1983 of the precision encoder 112 in the general calculation item is Is calculated by dividing the rotation number G1982 of the wide-angle encoder 113 in the G column by the value of the wide-angle encoder 113 per rotation of the precision encoder 112 as shown in the following equation.

Figure 112016111918800-pat00025
Figure 112016111918800-pat00025

또한, 이때의 절대위치 값인 J1983은 다음의 수학식과 같이 계산된다. The absolute position value J1983 at this time is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00026
Figure 112016111918800-pat00026

이와 같이, 일반적인 계산 방법에 의하면, 절대위치_일반 J1983의 값은 3004가 되며, 이는 절대위치_일반 J1982의 값과 K1983과의 차이는 (+) 위치오차인 1024의 큰 오차가 발생하게 된다. Thus, according to the general calculation method, the value of absolute position_general J1983 becomes 3004, which causes a large error of 1024, which is the (+) position error, between the value of absolute position_general J1982 and the value of K1983.

[ 실시 예 1B (발명계산 방법), 행 = 1983 ][Example 1B (invention calculation method), line = 1983]

본 발명계산에 따르면, 광역엔코더(113) 회전수 G1983은 22이므로, 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)에서 이 값이 속하는 범위를 찾으면, 5행에서 하한값은 T5의 19, 상한값은 V5의 30, 다운스텝 밴드값은 U5 24에 해당하며, 이때 정밀엔코더(112) 회전수는 S5에서 2에 해당함을 알 수 있다. According to the calculation of the present invention, since the number of rotations G1983 of the wide-angle encoder 113 is 22, if the range to which this value belongs is found in the precision encoder rotation number calculation table 420, the lower limit value is 19 and the upper limit value is 30 , The down step band value corresponds to U5 24, and the number of rotations of the precision encoder 112 corresponds to 2 at S5.

이 상태에서 다운스텝 보정 여부를 판정해보면, 광역엔코더(113)의 값 G1983은 22이고, 정밀엔코더(112)의 회전수인 M1983은 2이며, 이때 다운스텝 밴드값 U5는 24이므로, G1983의 값 22가 U5의 값 24보다 작고, 정밀 엔코더 값 C1983이 956으로 다운스텝 하한값이 512 보다 커서, 다운스텝 보정판정 O1983이 1로 되어, 다운스텝 보정이 적용되어야 한다. In this state, the value G1983 of the wide-angle encoder 113 is 22, and the number of rotations M1983 of the precision encoder 112 is 2. At this time, since the downstep band value U5 is 24, the value of G1983 22 is less than the value 24 of U5, the precision encoder value C1983 is 956, and the lower step lower limit value is larger than 512, the down step correction judgment O1983 becomes 1, and the down step correction should be applied.

따라서, 이때의 절대위치 값은 다음의 수학식과 같이 계산된다. Therefore, the absolute position value at this time is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00027
Figure 112016111918800-pat00027

이와 같이, P1983의 값은 P1982에 비해 선형적으로 1이 증가하고 있음을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the value of P1983 increases linearly with respect to P1982.

도 12에서는, 정밀엔코더(112) 값이 1씩 감소하는 상태에서 정밀엔코더(112) 값 C열에 대한 절대위치 값을 계산한 결과를 나타내고 있다. 12 shows the result of calculating the absolute position value for the C column of the precision encoder 112 in a state where the value of the precision encoder 112 is decremented by one.

[ 실시 예 2 (공통), 행 = 6447 ][Example 2 (common), row = 6447]

도 12에서, 정밀엔코더(112) 값이 C6447의 0에서 C6448의 1023으로 변경하는 과정에서, C열의 정밀엔코더(112) 값 C6447이 0이고, I열 정밀엔코더(112) 회전수 I6447는 2이므로, 절대위치 값 J6447은 다음의 수학식과 같이 계산된다. 12, in the process of changing the value of the precision encoder 112 from 0 of C6447 to 1023 of C6448, the value C6447 of the precision encoder 112 in the C column is 0 and the number of rotations I6447 of the I column precision encoder 112 is 2 , The absolute position value J6447 is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00028
Figure 112016111918800-pat00028

여기에서 행이 1 감소하는 경우의 절대위치 값을 일반적인 방법에 의해 계산 방법과 본 발명에 의한 계산 방법으로 나누어 설명한다. Here, the absolute position value when the row is decremented by one is divided into a calculation method and a calculation method according to the present invention by a general method.

[ 실시 예 2A (일반계산 방법), 행 = 6448 ][Example 2A (general calculation method), row = 6448]

일반적인 계산 방법은, C열의 정밀엔코더(112) 값이 C6448에서 1023으로 바뀌는 경우, G열의 광역엔코더(113)의 회전수 G6448은 22로 변경이 없으며, I열 정밀엔코더(112) 회전수 I6448는 2이므로, 절대위치 값 J6448은 다음의 수학식과 같이 계산된다. The general calculation method is as follows. When the value of the precision encoder 112 in the C column is changed from C6448 to 1023, the number of revolutions G6448 of the wide-angle encoder 113 in the G column is not changed to 22 and the number of revolutions I6448 in the I column precision encoder 112 is 2, the absolute position value J6448 is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00029
Figure 112016111918800-pat00029

이와 같이, 일반적인 계산 방법에 의하면, 절대위치_일반 J6448의 값은 3071가 되며, 이는 절대위치_일반 J6447의 값과 K6448과 같이 1024의 큰 오차가 발생하게 된다. Thus, according to the general calculation method, the value of absolute position_general J6448 becomes 3071, which causes a large error of 1024 as in the case of absolute position_general J6447 and K6448.

[ 실시 예 2B (발명계산 방법), 행 = 6448 ][Example 2B (Inventive calculation method), row = 6448]

본 발명계산에 따르면, 광역엔코더(113) 회전수 G6448은 22이므로, 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)에서 이 값이 속하는 범위를 찾으면, 5행에서 하한값은 T5의 19, 상한값은 V5의 30, 다운스텝 밴드값은 U5 24에 해당하며, 이때 정밀엔코더(112) 회전수는 S5에서 2에 해당함으로 알 수 있다. According to the calculation of the present invention, since the number of revolutions G 6448 of the wide-angle encoder 113 is 22, if the range to which this value belongs is found in the precision encoder revolution number calculation table 420, the lower limit value is 19 and the upper limit value of T 5 is 30 , The down step band value corresponds to U5 24, and the number of rotations of the precision encoder 112 corresponds to 2 in S5.

이 상태에서 다운스텝 보정 여부를 판정해보면, 광역엔코더(113)의 값 G6448은 22이고, 정밀엔코더(112)의 회전수인 M6448은 2이며, 이때 다운스텝 밴드값 U5는 24이므로, G6448의 값 22가 U5의 값 24보다 작고, 정밀 엔코더 값 C6448이 1023으로 다운스텝 하한값인 512 보다 커서, 다운스텝 보정판정 O6448이 1로 되어, 다운스텝 보정이 적용되어야 한다. The value G6448 of the wide-angle encoder 113 is 22, and the number of rotations of the precision encoder 112 is M6448 is 2, and since the downstep band value U5 is 24, the value of G6448 22 is less than the value 24 of U5 and the precision encoder value C6448 is 1023, which is greater than the downstep lower limit value of 512, and the downstep correction judgment O6448 becomes 1, and the downstep correction should be applied.

따라서, 이때의 절대위치 값은 다음의 수학식과 같이 계산된다. Therefore, the absolute position value at this time is calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00030
Figure 112016111918800-pat00030

이와 같이, P6448의 값은 P6447에 비해 선형적으로 1이 감소하고 있음을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the value of P6448 is 1 linearly decreased compared to P6447.

상기 도 10 내지 도 13을 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 광역엔코더(113)의 값에 따라 스텝업 하한값 및 스텝업 상한값, 다운스텝 밴드값을 적용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고 이를 바탕으로 절대위치 값를 계산함으로써, 정밀엔코더(112)의 회전수가 0 → 1023 또는 1023 → 0으로 변경되는 부분에서 (+) 위치오차 또는 (-) 위치오차를 완전히 배제할 수 있어 선형적으로 정확한 절대위치 값을 계산할 수 있게 된다. 10 to 13, in the present invention, the rotation speed of the precision encoder 112 is calculated by applying the step-up lower limit value, the step-up upper limit value and the down-step band value according to the value of the wide- (+) Position error or (-) position error at the portion where the rotation number of the precision encoder 112 is changed from 0 → 1023 or 1023 → 0 can be completely eliminated by calculating the absolute position value based on this, The absolute position value can be calculated.

이하에서는, 플로트(157)의 절대위치를 통하여 절대 수위를 계산하는 액면계측 컨트롤러(200)의 구성 및 동작에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration and operation of the liquid level measuring controller 200 for calculating the absolute water level through the absolute position of the float 157 will be described.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 액면계측 컨트롤러의 블럭 구성도를 나타낸 것이다. 14 is a block diagram of a liquid level measuring controller according to an embodiment of the present invention.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액면계측 컨트롤러(200)에는 정밀엔코더(112)로부터 측정 신호가 입력되는 정밀엔코더 인터페이스부(204)와, 광역엔코더(113)로부터 측정 신호가 입력되는 광역엔코더 인터페이스부(206)와, 상기 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 측정 신호를 분석하여 절대수위 값을 계산하는 마이크로 프로세서(201)가 구비되어 있다. 또한, 상기 액면계측 컨트롤러(200)에는 전원 공급을 위한 DC/DC 컨버터(208)와, 각종 파라메타 및 변수가 저장되는 FRAM 메모리(203)와, 외부 장치와의 통신을 위한 RS-232C 통신부(209) 및 RS-485 통신부(210)와, 액면 레벨 값을 외부로 출력하는 액면레벨값 출력부(211)와, 장치의 동작 범위를 제한하기 위한 리미트 신호를 외부 제어장치로 전송하는 리미트 신호 출력부(212)와, 광신호를 송수신하는 광신호 송수신부(213)와, 이더넷 방식으로 데이터를 전송하는 이더넷 통신부(214)와, 무선방식으로 데이터를 송수신하는 무선 송수신부(215)가 구비된다. 14, the liquid level measuring controller 200 according to the present invention includes a precision encoder interface unit 204 to which a measurement signal is input from the precision encoder 112, And a microprocessor 201 for analyzing measurement signals of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 and calculating an absolute water level value. The liquid level measuring controller 200 is provided with a DC / DC converter 208 for supplying power, an FRAM memory 203 for storing various parameters and variables, and an RS-232C communication unit 209 And a limit signal output unit 211 for outputting a limit signal for limiting the operation range of the apparatus to an external control device. An optical communication unit 212 for transmitting and receiving optical signals, an Ethernet communication unit 214 for transmitting data in an Ethernet system, and a wireless transceiver unit 215 for transmitting and receiving data in a wireless manner.

상기 정밀엔코더 인터페이스부(204)에는 정밀엔코더(112)가 연결되는데, 이 정밀엔코더 인터페이스부(204)는 정밀엔코더(112)로부터 입력되는 신호의 레벨을 조절하고, RC 필터를 통하여 노이즈가 혼입되는 현상을 방지하며, 신호를 2진수로 변환하여 마이크로 프로세서(201)에 입력하는 역할을 하게 된다. 상기 RC 필터의 시정수는 정밀엔코더(112)의 최대 주파수보다 높게 설계되는 것이 바람직하다. The precision encoder interface unit 204 is connected to the precision encoder interface unit 204. The precision encoder interface unit 204 adjusts the level of a signal input from the precision encoder 112, And converts the signal into a binary number and inputs the binary number to the microprocessor 201. Preferably, the time constant of the RC filter is designed to be higher than the maximum frequency of the precision encoder 112.

상기 광역엔코더 인터페이스부(206)에는 광역엔코더(113)가 연결되는데, 이 광역엔코더 인터페이스부(206)는 광역엔코더(113)로부터 입력되는 신호의 레벨을 조절하고, RC 필터를 통하여 노이즈가 혼입되는 현상을 방지하며, 신호를 2진수로 변환하여 마이크로 프로세서(201)에 입력하는 역할을 하게 된다. 상기 RC 필터의 시정수 또한 광역엔코더(113)의 최대 주파수보다 높게 설계되는 것이 바람직하다. The wide-angle encoder interface unit 206 is connected to the wide-angle encoder interface unit 206. The wide-angle encoder interface unit 206 adjusts the level of a signal input from the wide-angle encoder 113, And converts the signal into a binary number and inputs the binary number to the microprocessor 201. It is preferable that the time constant of the RC filter is designed to be higher than the maximum frequency of the wide-angle encoder 113.

상기 DC/DC 컨버터(208)는 외부 DC 24V 전원(123)을 DC 5V로 변환하여 액면계측 컨트롤러(200)의 동작 전원으로 공급하는 기능을 수행하게 된다. The DC / DC converter 208 converts the external DC 24V power supply 123 to DC 5V and supplies it to the operation power supply of the liquid level measurement controller 200.

상기 마이크로 프로세서(201)는 정밀엔코더 인터페이스부(204) 및 광역엔코더 인터페이스부(206)를 통하여 입력되는 신호를 분석하여 플로트(157)의 절대위치 및 액면레벨 값을 계산하게 되는데, 이 마이크로 프로세서(201)의 내부에는 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 측정 신호를 분석하여 절대수위 값을 계산하는 프로그램이 내장되는 Flash 메모리와, 각종 변수가 저장되는 SRAM이 구비되어 있다. 상기 마이크로 프로세서(201)에는 USB 포트(202)가 연결되는데, 이 USB 포트(202)에는 노트북 컴퓨터(130)가 연결되어, 노트북 컴퓨터(130)와 마이크로 프로세서(201)가 USB 통신방식으로 통신을 수행함으로써, 노트북 컴퓨터(130)에서 마이크로 프로세서(201)에 동작 프로그램을 전송하거나 파라메터 값을 전송하여 설정할 수 있도록 한다. The microprocessor 201 analyzes signals input through the precision encoder interface unit 204 and the wide-angle encoder interface unit 206 to calculate the absolute position and level of the float 157. The microprocessor 201 201 are provided with a flash memory in which a program for analyzing measurement signals of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 and calculating an absolute water level value, and an SRAM for storing various variables. A USB port 202 is connected to the microprocessor 201. A notebook computer 130 is connected to the USB port 202 so that the notebook computer 130 and the microprocessor 201 can communicate with each other through a USB communication method. The notebook computer 130 transmits an operation program to the microprocessor 201 or transmits parameter values to be set.

상기 FRAM 메모리(203)는 전원이 차단되어도 내용이 지워지지 않는 불휘발성 메모리로서, 이 FRAM 메모리(203)에는 노트북 컴퓨터(130)나 외부 장치에서 전송하는 파라메터 값를 저장하거나 중요한 변수값을 저장하는 기능을 수행하게 된다. The FRAM memory 203 is a nonvolatile memory whose contents are not erased even when the power is turned off. The FRAM memory 203 stores a parameter value transmitted from the notebook computer 130 or an external device or stores important parameter values .

상기 RS-232C 통신부(209)는 외부 키보드 또는 LCD & Key 보드(131) 등과 같은 외부 장치와 통신을 하는 회로로서, 이 RS-232C 통신부(209)와 연결된 키보드를 통하여 파라메터의 입력 또는 수정이 이루어질 수 있으며, 동작상태가 LCD & Key 보드(131)에 표시되게 되는데, 키보드가 눌린 상태 또는 장치의 상태 및 경보 상태가 부져를 통하여 표시될 수 있도록 하는 기능도 수행하게 된다. The RS-232C communication unit 209 is a circuit for communicating with an external device such as an external keyboard or an LCD & Key board 131, and inputs or modifies parameters through a keyboard connected to the RS-232C communication unit 209 And the operation state is displayed on the LCD & Key board 131. The keyboard and the keyboard can also be operated to display the pressed state of the keyboard or the state of the device and the alarm state through the buzzer.

상기 RS-485 통신부(210)는 반이중 통신 방식에 의하여 CDMA 모뎀(153) 또는 LTE 모뎀 등에 절대수위 값이나 동작상태 값을 전송하는 기능을 수행하는 통신회로로서, 이 RS-485 통신부(210)는 MODBUS-RTU 또는 MODBUS-ASCII 또는 CAN 통신 또는 CC-Link 방식으로 해당 파라메터에 지정된 특정한 PLC 프로토콜 등의 프로토콜을 통하여 신호를 전송하게 된다. 또한, 이 RS-485 통신부(210)는 외부에 메디아 변환기를 설치하여, CDMA 모뎀, LTE 모뎀, WIFI, ZIGBEE 등 무선으로 신호를 변환하여 데이터를 송수신하는 기능도 수행하게 된다.The RS-485 communication unit 210 is a communication circuit that performs a function of transmitting an absolute value or an operation state value to the CDMA modem 153 or the LTE modem according to a half-duplex communication system. The RS- MODBUS-RTU or MODBUS-ASCII or CAN communication or CC-Link method, the signal is transmitted through the protocol such as PLC protocol specified in the parameter. The RS-485 communication unit 210 also performs a function of exchanging signals by radio such as a CDMA modem, an LTE modem, WIFI, ZIGBEE, and transmitting / receiving data by installing a media converter on the outside.

상기 액면레벨값 출력부(211)는 마이크로 프로세서(201)에 의해 계산된 절대수위 값을 상위 감시장치A(132)로 출력하는 회로로서, 이 레벨값 출력부(211)는 광절연소자를 이용하여 릴레이 또는 오픈 콜렉터 소자를 구동하기 위한 전압으로 변환하여 릴레이 접점신호 또는 오픈 콜렉터 출력신호로 출력하는 기능을 수행하게 된다. 상기 액면레벨값 출력부(211)를 통하여 출력되는 신호의 형태는, 후술되는 도 16에서와 같이 Para_Output 파라메터에 설정된 값에 따라 값이 1이면 BCD 신호, 값이 2이면 바이너리 신호, 값이 3이면 그레이코드 형태로 출력된다. The liquid level value output unit 211 is a circuit for outputting the absolute water level value calculated by the microprocessor 201 to the upper monitoring device A 132. The level value output unit 211 uses the optical insulating device And converts the voltage into a voltage for driving a relay or an open collector device and outputs the voltage as a relay contact signal or an open collector output signal. As shown in FIG. 16, if the value is 1, the signal output through the liquid level value output unit 211 is a BCD signal if the value is 1, a binary signal if the value is 2, and 3 if the value is 3 according to the value set in the Para_Output parameter And output in gray code form.

상기 리미트신호 출력부(212)는 절대 위치값이 설정된 위치값_1에 도달하거나 초과하면 신호를 상위 제어장치B(133)에 출력하는 Para_Pos1 과, 절대 위치값이 설정된 위치값_2에 도달하거나 초과하면 신호를 출력하는 Para_Pos2 가 있다. The limit signal output unit 212 outputs Para_Pos1, which outputs a signal to the upper control device B 133 when the absolute position value reaches or exceeds the set position value 1, If it exceeds, there is Para_Pos2 which outputs a signal.

상기 광신호 송수신부(213)는 글래스 옵틱 파이버 또는 플라스틱 옵틱 파이버의 신호를 입력받거나 출력하는 회로로서, 외부의 광신호 변환장치(134)와 광섬유를 통하여 외부와 데이터를 송수신함으로써 신호선을 통하여 외부로부터 유입되는 써지신호를 차단하여 장치를 보호하는 기능을 수행하게 된다. The optical signal transmitting and receiving unit 213 is a circuit for receiving or outputting signals of a glass optic fiber or a plastic optic fiber. The optical signal transmitting and receiving unit 213 transmits and receives data to and from the outside through an external optical signal converter 134 and an optical fiber, And functions to protect the device by blocking the incoming surge signal.

상기 이더넷 통신부(214)는 이더넷을 메디아로 사용하는 MODBUS-TCP 또는 EtherCAT, EthernetIP, Profinet, CC Link IE 등의 프로토콜로 데이터를 상위 감시장치C(135)에 전송하게 된다.The Ethernet communication unit 214 transmits data to the upper monitoring apparatus C 135 using a protocol such as MODBUS-TCP using Ethernet as a medium, EtherCAT, EthernetIP, Profinet, and CC Link IE.

상기 무선 송수신부(215)는 액면레벨 계측장치가 외부 별도 위치에 설치되는 경우가 많으므로 계측된 수위값을 메인 감시장치로 무선으로 전송하기 위한 장치로서, 이 무선 송수신부(215)는 ZIGBEE, WIFI 또는 데이터전송용 주파수인 424MHz 무선방식으로 데이터를 변조하여 외부에 설치되는 안테나(136)를 통하여 외부장치에 데이터를 송신하고 수신하는 역할을 수행한다.The wireless transceiver unit 215 wirelessly transmits the measured level to the main monitoring unit, since the liquid level measuring apparatus is often installed at a separate external location. The wireless transmitting / receiving unit 215 includes ZIGBEE, And transmits and receives data to and from an external device through an antenna 136 provided outside the WIFI or a 424 MHz wireless system, which is a frequency for data transmission.

상기의 구성으로 이루어진 액면레벨 컨트롤러(200)는, 먼저 플로트(157)가 영점설정면(164) 위치에 도달하면, LCD & Key 보드(131)의 영점 입력을 통하여, 마이크로 프로세서(201)는 정밀엔코더 인터페이스부(204) 및 광역엔코더 인터페이스부(206)를 통하여 입력된 이때의 정밀엔코더(112)의 값과 광역엔코더(113)의 값을 즉시 FRAM 메모리(203)에 할당된 정밀엔코더 영점값 영역과 광역엔코더 영점값 영역에 저장하게 된다. When the float 157 reaches the position of the zero point setting surface 164, the liquid level controller 200 having the above-described structure, through the zero point input of the LCD & Key board 131, The value of the precise encoder 112 and the value of the wide area encoder 113 inputted through the encoder interface unit 204 and the wide area encoder interface unit 206 are immediately transferred to the precision encoder zero value area And the wide encoder zero point value area.

본 발명의 실시 예에서, 상기 정밀엔코더 영점값과 광역엔코더 영점값은 측정에서 기초가 되는 중요한 값이므로 연속해서 3개를 저장하며, 전원 공급 후 파라메터를 읽는 과정에서 3개의 값을 비교하여 이중 하나의 값이 틀리더라도 나머지 2개의 값이 일치하면 올바른 값으로 인식하도록 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하였다. In the embodiment of the present invention, since the precision encoder zero value and the wide encoder zero value are important values based on the measurement, three consecutive values are stored, and in the process of reading the parameter after power supply, Even if the values of the two values are different, if the two values match, it is recognized as a correct value, thereby improving the reliability.

상기 과정을 통하여 영점값이 설정되면, 마이크로 프로세서(201)는 정해진 매 스캔마다 광역엔코더 인터페이스부(206)를 통하여 입력되는 원시 광역엔코더(113) 값에서 광역엔코더(113) 영점값을 뺀 결과값을 광역엔코더(113) 값으로 계산하고, 정밀엔코더(112)의 값도 정밀엔코더 인터페이스부(204)를 통하여 입력되는 원시 정밀엔코더(112) 값에서 정밀엔코더(112) 영점값을 뺀 결과값으로 계산하게 된다. 즉, 광역엔코더(113) 값 및 정밀엔코더(112) 값은 다음의 수학식과 같이 계산된다. When the zero point value is set through the above process, the microprocessor 201 calculates a result value obtained by subtracting the zero value of the wide-angle encoder 113 from the value of the raw wide-angle encoder 113 input through the wide-angle encoder interface unit 206 every predetermined scan And the value of the precision encoder 112 is also calculated from the value of the raw precision encoder 112 input through the precision encoder interface unit 204 minus the precision encoder 112 zero value . That is, the value of the wide-angle encoder 113 and the value of the precise encoder 112 are calculated by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00031
Figure 112016111918800-pat00031

Figure 112016111918800-pat00032
Figure 112016111918800-pat00032

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 절대수위 계측장치를 통하여 절대위치 값이 계측되는 과정을 나타낸 흐름도이다. 15 is a flowchart illustrating a process of measuring an absolute position value through an absolute water level measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

단계 S100 : 정주기 인터럽트(1ms)을 통하여 측정이 시작되면, 수면 위에 부상하여 수위의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트(157)의 이동량이 타이밍벨트(158) 및 타이밍벨트 풀리(151)를 통하여 회전량으로 변환되어 절대변위계(100)로 전달되게 된다. 이에 따라, 절대변위계(100)에 구비된 절대엔코더(112) 및 광역엔코더(113)는 회전에 따른 출력 값을 액면계측 컨트롤러(200)에 전송하게 된다. 액면계측 컨트롤러(200)에서 먼저 광역엔코더 값(A)을 계산하게 되는데, 광역엔코더 값(A)은 수학식 30에서와 설명한 바와 같이 광역엔코더 인터페이스부(203)를 통하여 입력되는 원시 광역엔코더 값(A0)에서 설정된 광역엔코더(113)의 영점값을 뺀 값이 된다. Step S100: When the measurement is started through the periodic interrupt (1 ms), the amount of movement of the float 157 which floats on the water surface and moves up and down according to the change of the water level is transmitted through the timing belt 158 and the timing belt pulley 151 And is then transmitted to the absolute displacement meter 100. [ Accordingly, the absolute encoder 112 and the wide-angle encoder 113 provided in the absolute displacement meter 100 transmit the output value corresponding to the rotation to the liquid level measurement controller 200. The wide area encoder value A is first calculated by the liquid level measuring controller 200 in such a manner that the wide area encoder value A is input to the wide area encoder 203 through the wide area encoder interface 203, A0) of the wide-angle encoder 113 is subtracted.

단계 S110 : 광역엔코더 값(A)이 계산되면, 정밀엔코더 값 또한 계산하게 되는데, 정밀엔코더 값(B)은 수학식 31에서 설명한 바와 같이 정밀엔코더 인터페이스부(202)를 통하여 입력되는 원시 정밀엔코더 값(B0)에서 설정된 정밀엔코더(112)의 영점값을 뺀 값이 된다. Step S110: When the wide-angle encoder value A is calculated, the precise encoder value B is also calculated as the precise encoder value B input through the precise encoder interface unit 202, Is a value obtained by subtracting the zero point value of the precision encoder 112 set in the binary encoder B0.

단계 S120, S130 : 상기 과정을 통하여 계산된 광역엔코더 값(A) 및 정밀엔코더 값(B)을 통하여 절대위치 값을 계산하기 위해, 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)에서 정밀엔코더(112)의 회전수를 찾기 위한 값인 스텝업 인덱스 값은 0으로 설정하며(S120), 이 스텝업 인덱스 값에 대한 스텝업_상한값과 스텝업_하한값 및 다운스텝_밴드값을 읽어 들인다(S130). Steps S120 and S130: In order to calculate the absolute position value through the wide-angle encoder value A and the precise encoder value B calculated through the above process, the precision encoder 112 The step up index value, which is a value for finding the number of rotations, is set to 0 (S120), and the step up upper limit value, the step up lower limit value and the down step_band value for the step up index value are read (S130).

단계 S140, S141, S142 : 다음으로 다운스텝 보정을 수행할지 결정하기 위해, 먼저 광역엔코더 값(A)이 스텝업_하한값보다 같거나 큰지를 판단하게 된다(S140). 만약, 광역엔코더 값(A)이 스텝업_하한값보다 작다면, 스텝업 인덱스를 1 증가시킨 후(S141), 증가된 스텝업 인텍스 값이 최대 인덱스 값보다 크거나 같은지를 판단하여 작으면 상기 단계 S130으로 이동하고 크거나 같으면 정밀위치 계산 과정을 종료하게 된다(S142). Steps S140, S141, and S142: Next, in order to determine whether to perform down-step correction, it is first determined whether the wide-angle encoder value A is equal to or greater than the step-up lower limit value (S140). If the wide-angle encoder value A is smaller than the step-up_lower limit value, the step-up index is incremented by one (S141). If the incremented step-up index value is greater than or equal to the maximum index value, If it is greater than or equal to S130, the fine position calculation process is terminated (S142).

단계 S150 : 만약, 광역엔코더 값(A)이 스텝업_하한값보다 크거나 같다면, 광역엔코더 값(A)이 스텝업_상한값보다 작은지를 판단하게 되는데, 만약 광역엔코더 값(A)이 스텝업_상한값보다 작지 않다면 상기 단계 S413으로 이동하여 스텝업 인덱스 값을 1 증가하는 과정을 수행하게 된다. Step S150: If the wide-angle encoder value A is greater than or equal to the step-up-lower limit value, it is determined whether the wide-angle encoder value A is smaller than the step-up_limit value. If the wide- If it is not smaller than the upper limit value, the process goes to step S413 and the step up index value is incremented by one.

단계 S160 : 광역엔코더 값(A)이 스텝업 하한값보다 크거나 같고 스텝업 상한값보다 작다면, 스텝업 인덱스 값을 정밀엔코더(112)의 회전수로 입력하게 된다.Step S160: If the wide-angle encoder value A is equal to or greater than the step-up lower limit value and smaller than the step-up upper limit value, the step-up index value is input as the number of rotations of the precision encoder 112.

단계 S170, S180, S190 : 다운스텝 보정 적용 여부를 판단하기 위해, 광역엔코더 값(A)이 다운스텝 밴드값보다 작은지를 판단하고(S170), 작은 경우 정밀엔코더 값(B)이 다운스텝 하한값, 즉 512 보다 큰지를 판단하여(S180), 큰 경우 다운스텝 보정을 수행하여 정밀엔코더(112)의 회전수에서 1을 빼주는 연산을 하게 된다(S190). 한편, 광역엔코더 값(A)이 다운스텝 밴드값보다 작지 않거나 정밀엔코더 값(B)이 다운스텝 하한값인 512보다 크지 않다면, 다운스텝 보정을 적용하지 않게 된다. 상기 다운스텝 하한값 512는 정밀엔코더(112)의 분해능이 1024인 경우 정밀엔코더 분해능의 0.5로 설정된 값으로, 이는 정밀엔코더 분해능의 0~0.75 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다. Step S170, S180, and S190: It is determined whether the wide encoder value A is smaller than the downstep band value to determine whether the down-step correction is to be applied (S170). If the precision encoder value B is smaller than the down- (S180). If it is greater than 512, down-step correction is performed to subtract 1 from the number of rotations of the precision encoder 112 (S190). On the other hand, if the wide-range encoder value A is not smaller than the down-step band value or the fine encoder value B is not larger than the down-step lower limit value 512, down-step correction is not applied. The lower step lower limit value 512 is a value set to 0.5 of the precision encoder resolution when the resolution of the precision encoder 112 is 1024, which can be appropriately changed within the range of 0 to 0.75 of the precision encoder resolution.

단계 S200 : 상기 과정을 통하여 정밀엔코더(112)의 회전수가 계산되면, 상술한 수학식 1에 따라 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능을 곱하고 정밀엔코더(112)의 값을 더하여 절대위치 값을 연산하게 된다. Step S200: When the number of revolutions of the precise encoder 112 is calculated through the above process, the number of revolutions of the precise encoder 112 is multiplied by the resolution of the precise encoder 112 and the value of the precoder 112 And the absolute position value is calculated.

단계 S210 : 상기의 과정을 통하여 계산된 절대위치 값은 플로트(157)의 절대위치 값이 되며, 이는 수위변화에 따른 플로트(157)의 위치 이동값, 즉 타이밍벨트(158) 이동값을 의미한다. 따라서, 액면계측 컨트롤러(200)는 기준 바닥면 고도 + 기준 설정면의 높이 편차 - 플로트의 타이밍벨트 풀림길이를 계산하여 절대 수위값, 즉 액면레벨 값을 계산한 후, 정주기 인터럽트를 종료하게 된다.Step S210: The absolute position value calculated through the above process is the absolute position value of the float 157, which means the position movement value of the float 157 according to the water level change, i.e., the movement value of the timing belt 158 . Accordingly, the liquid level measuring controller 200 calculates the absolute level value, i.e., the liquid level value, by calculating the height deviation of the reference bottom surface + the height deviation of the reference setting surface-the float of the timing belt, .

도 16은 본 발명이 적용되는 기술 분야에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있도록 적정하게 설정하는 파라메터의 일례를 나타낸 것으로, 마이크로 프로세서(201)는 LCD & Key 보드(131) 또는 USB 포트(202) 또는 RS-485 통신부(210)를 통하여 외부 장치로부터 파라메터를 입력받아 이를 FRAM 메모리(205)에 저장하고, 전원이 공급되는 순간 리셋 동작에서 마이크로 프로세서(201)의 각 해당 변수를 초기화 하여 다양한 연산과 기능을 구현하도록 설정한다. The microprocessor 201 is connected to the LCD & Key board 131 or the USB port 202 or the RS port 202. The RS < RTI ID = 0.0 > -485 communication unit 210, stores the parameter in the FRAM memory 205, and initializes each corresponding variable of the microprocessor 201 in a reset operation at the instant when power is supplied to perform various calculations and functions To be implemented.

각 파라메터에 대하여 설명하면, 연산단위를 mm 혹은 cm 를 설정하는 Para_Unit 와, 액면레벨이 저수위일때는 타이밍벨트 무게가 플로트(158)쪽으로 치우쳐 평형추(161) 무게를 상쇄하도록 작용하고 액면레벨이 고수위일때는 타이밍벨트 무게가 평형추(161) 쪽으로 치우쳐 평형추(161) 무게에 더해지도록 작용하여 액면 레벨에 따라 타이밍벨트 무게가 플로트(158)를 들어 올리거나 더 가라앉게 작용하는 현상에 대한 타이밍벨트의 무게보정을 수행할지를 설정하는 Para_Comp 와, 연산값에 초기 옵셋값을 더하거나 빼는 값을 설정하는 Para_Offset 과, 출력 형태를 BCD 혹은 바이너리로 설정하는 Para_Output 과, 통신속도를 설정하는 Para_Baud 와, 실제 물리량 1000 mm 에 대한 절대 위치값의 비율을 설정하는 Para_Ratio 와, 절대 위치값이 설정된 위치값_1에 도달하거나 초과하면 신호를 출력하는 Para_Pos1 과, 절대 위치값이 설정된 위치값_2에 도달하거나 초과하면 신호를 출력하는 Para_Pos2 가 있다. When the liquid level is low, the weight of the timing belt is shifted toward the float 158 so as to cancel the weight of the counterweight 161. When the liquid level is at the high level The weight of the timing belt is biased toward the counterweight 161 and added to the weight of the counterweight 161 so that the weight of the timing belt according to the level of the liquid surface lifts or floats the float 158. [ Para_Optset for setting the output type to BCD or binary, Para_Baud for setting the communication speed, and the actual physical quantity 1000 mm, and Para_Ratio, which sets the ratio of the absolute position value to mm. When the absolute position value reaches or exceeds the set position value 1, If the reaching or exceeding the Para_Pos1 and a position value _2 the absolute position value is set to output a Para_Pos2 for outputting a signal.

한편, 댐 수위를 계측함에 있어 바람이나 너울에 의해 수위가 변동하거나 발전기의 기동과 정지에 의해 일시적으로 큰 수위변동이 발생하여 방류량 계산에 음수값이 산출되는 현상 등이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 현상을 배제하고 정확한 수위를 계측하기 위하여 측정된 값을 디지털 필터에 적용하여 액면레벨 값을 산출하는 방법을 이용하게 되는데, 이하에서는 이러한 디지털 필터의 한 예로서 이상적인 로우패스 필터의 주파수 특성을 갖는 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)를 적용한 예를 설명한다.On the other hand, in the measurement of the dam level, a phenomenon may occur in which the water level fluctuates due to wind or waviness, or a large water level fluctuation occurs temporarily due to the start and stop of the generator, and a negative value is calculated in the discharge amount calculation. In the present invention, a method of calculating a liquid level value by applying a measured value to a digital filter in order to precisely measure a water level is used. Hereinafter, an example of such a digital filter will be described as an ideal low- An example in which a windowed-sinc filter having the characteristic of a windowed-sinc filter is applied will be described.

신호처리 방법에는 저항, 콘덴서, 코일을 이용한 아날로그 필터방식과 프로세서의 프로그램에 의하여 필터 기능을 구현하는 디지털 필터방식으로 구분되며, 디지털 필터방식에는 시간영역(Time domain)에서 계산하는 방식과 주파수 영역(Frequency domain)에서 계산하는 방식으로 나누어진다. 상기 디지털 필터방식의 시간영역에서 계산하는 방식은 IIR 방식(Infinite Impulse Response Methode), FIR 방식(Finite Impulse Response Methode)이 있으며, 주파수 영역 방식은 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier transform)을 이용하여 신호 중에서 특정한 영역의 주파수 성분만 발췌하여 사용하는 방식으로 계산량이 비교적 적으면서도 용이하고 필터성능이 우수한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter) 계산 방식이 많이 적용되고 있다.The signal processing method is divided into an analog filter method using a resistor, a capacitor, a coil, and a digital filter method implementing a filter function by a program of a processor. The digital filter method includes a method of calculating in a time domain and a method of calculating a frequency domain Frequency domain). The method of calculating the digital filter method in the time domain includes an IIR method (Infinite Impulse Response Methode) and an FIR method (Finite Impulse Response Methode). The frequency domain method uses a fast Fourier transform (FFT) A windowed-sinc filter calculation method which has a relatively small amount of calculation but is easy and has excellent filter performance has been applied in a method of extracting only a frequency component of a specific region from among a plurality of frequency domain components.

도 17과 도 18 및 도 19는 이러한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 특성을 나타낸 것으로, 상기 윈도우드 싱크 필터는 통과 대역 내에서는 완벽하게 평탄한 특성을 가지고 있어 모든 진폭을 그대로 통과하는 특성을 가지나, 차단 주파수(cut-off frequency) 보다 높은 주파수는 모두 차단하는 특성을 갖고 있다.Figs. 17, 18 and 19 show the characteristics of the windowed-sinc filter. The windowed sink filter has perfectly flat characteristics in the passband, But cuts off all frequencies higher than the cut-off frequency.

결과적으로 이 윈도우드 싱크 필터 (windowed-sinc filter)의 차단주파수를 적절히 설정하면 바람이나 너울에 의한 수면의 파고 또는 일시적인 큰 수위변동을 제거한 정확한 수위 연산값 측정이 가능해진다. 이 필터의 전달함수(h[i])는 다음의 수학식으로 표시되는데, 여기에서 fc는 차단 주파수를 나타낸다.As a result, if the cut-off frequency of the windowed-sinc filter is appropriately set, it becomes possible to measure an accurate water level calculation value by eliminating the water surface wave caused by the wind or the swell or the temporary large water level fluctuation. The transfer function (h [i]) of this filter is expressed by the following equation, where fc represents the cut-off frequency.

Figure 112016111918800-pat00033
Figure 112016111918800-pat00033

상기 수학식에 차단주파수에 대하여 좀 더 효율적인 필터기능을 구현하기 위하여 Blackman window를 적용한 수식은 다음의 수학식과 같이 표시된다. In order to implement a more efficient filter function with respect to the cutoff frequency, the equation using the Blackman window is expressed by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00034
Figure 112016111918800-pat00034

여기에서, fc는 차단주파수, M은 필터커널 길이, i는 샘플링 변수로서 0=i=M, K는 유니티게인 상수를 나타낸다. 상기 차단 주파수(fC) 대한 밴드폭 BW와 필터 샘플링 수(M)의 관계는 다음의 수학식과 같이 표현된다.Where fc is the cut-off frequency, M is the filter kernel length, i is the sampling variable, 0 = i = M, and K is the unity gain constant. The relationship between the band width BW for the cutoff frequency f C and the number of filter samples M is expressed by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00035
Figure 112016111918800-pat00035

도 17은 이러한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 차단 주파수(FC)가 0.0015 Hz 이고, 샘플링 수(M)가 600개인 필터의 특성을 나타낸 것이다.FIG. 17 shows the characteristics of a filter having a windowed-sinc filter cut-off frequency F C of 0.0015 Hz and a sampling number M of 600.

먼저, 상기 수학식 35에 i값을 -300에서 300을 대입하여 일련의 연산을 거쳐 H[i]의 값을 연산한 후, 이 값을 모두 더한 값으로 나눈 H[i]/SUM의 값을 계산한다. First, the value of H [i] / SUM obtained by dividing the value of H [i] by the sum of the values of H [i] / SUM is calculated by substituting the value of i from -300 to 300 in the above equation .

여기서 유니티게인 상수(K)는 주파수가 0인 상태, 즉 DC 입력신호가 일정한 상태에서 무한시간이 경과하여도 출력신호가 변동 없이 그대로 출력되도록 설계되어야 하므로, 모든 필터상수의 합이 1.0이 되도록 하기 위하여 H[i]의 값을 모두 더한 값(SUM)으로 나누는, 즉 H[i]/SUM 으로 균일화(노오말라이즈)하는 상수이다.Since the unity gain constant K must be designed so that the output signal remains unchanged even when the frequency is zero, that is, even when the DC input signal is constant and the infinite time elapses, the sum of all the filter constants should be 1.0 Is a constant that divides the values of H [i] by SUM (sum of all), that is, H (i) / SUM.

측정된 수위값에 순차적으로 H[i]/SUM의 계수를 곱한 후, 이 값들을 모두 적산하면 필터가 적용된 수위값을 얻을 수 있게 된다. By multiplying the measured water level value by the coefficient of H [i] / SUM sequentially, and then integrating all of these values, the water level value at which the filter is applied can be obtained.

도 18의 (a)는 sin(2π·fc·i) 에 i값을 -300에서 300으로 대입하여 계산한 값을 그래프로 표시한 것이며, (b)는 일련의 계산을 거친 최종적인 H[i]/SUM의 값을 그래프로 표시한 것이다.(A) of Figure 18 are simplified to show the value calculated by substituting the value of i to sin (2π · f c · i ) from -300 to 300 in the graph, (b) is a final H rough a set of calculated [ i] / SUM is displayed in a graph.

도 19는 적용하는 윈도우드 싱크 필터의 특성을 시험하기 위하여 가상으로 수면의 흔들리는 경우를 시뮬레이션 한 일례로서, 수면이 바람으로 인하여 작은 파동이 발생하는 것을 가정하여 주기와 진폭이 각기 다른 3개의 신호를 합성하였고, 여기에 발전기가 기동하여 수면이 갑자기 요동치거나 배가 지나가는 경우를 가정하여 2개의 양수(+) 방향의 큰 외란과 2개의 음수(-) 방향의 큰 외란(Pd)을 가정하여 시험하였으며, 이때 시험하는 수위값(input_val)은 다음의 수학식과 같이 표현된다.FIG. 19 is an example of simulating a case where the water surface shakes virtually in order to test the characteristics of a window deck filter to be applied. It is assumed that a small wave occurs due to wind, and three signals having different cycles and amplitudes (Pd) of two positive (+) direction and two (Pd) negative (-) directions were assumed assuming that the generator started and suddenly fluctuates suddenly or doubled. , The water level value to be tested (input_val) is expressed by the following equation.

Figure 112016111918800-pat00036
Figure 112016111918800-pat00036

도 19에서 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 연산 결과를 'SINC 필터출력'으로 표시하였고, 다른 연산 예로서 IIR 필터의 연산 결과를 'IIR 평균값'으로 표시하였다. In FIG. 19, the operation result of the windowed-sinc filter is denoted by 'SINC filter output' and the operation result of the IIR filter is denoted by 'IIR average value' as another operation example.

이를 더 상세히 설명하면, 바람과 너울에 의하여 수시로 변하는 수위변동과 발전기의 기동과 정지에 따른 20cm 크기의 큰 외란을 5초 동안 발생한 경우를 가정하여 시뮬레이션 하였는데, 윈도우드 싱크 필터를 적용하면 연산결과로 불과 3cm의 수위 변동을 갖는 매우 안정적인 수위 값을 산출할 수 있게 됨을 알 수가 있다.In more detail, simulation was performed assuming that the water level fluctuates frequently due to wind and swell, and that a large disturbance of 20 cm due to the start and stop of the generator occurs for 5 seconds. When the window deck filter is applied, It is possible to calculate a very stable water level value having a water level variation of only 3 cm.

이와 같이, 본 발명에 따른 액면레벨 계측장치는 절대변위계(100)와 액면계측 컨트롤러(200)를 통하여 수위 변화에 따라 이동하는 플로트(157)의 절대 위치를 계산하고 이를 통하여 절대 수위 값인 액면레벨을 계측할 수 있게 된다. 또한, 측정된 값을 디지털 필터인 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)에 적용함으로써 갑작스런 수위 변화에도 안정적인 수위 값 산출이 가능해지다.As described above, the liquid level measuring apparatus according to the present invention calculates the absolute position of the float 157 moving according to the change of the water level through the absolute displacement meter 100 and the liquid level measuring controller 200, So that it can be measured. In addition, by applying the measured value to a windowed-sinc filter, which is a digital filter, it is possible to calculate a stable water level value even when the water level is suddenly changed.

이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the appended claims. Of course, can be achieved.

100 : 절대변위계 103 : 베어링
104 : 회전축 105 : 회전축 기어
106 : 감속기어 107a : 제 1 기어
107b : 제 2 기어 107c : 제 3 기어
112 : 정밀엔코더 113 : 광역엔코더
123 : DC 24V 전원 130 : 노트북 컴퓨터
131 : LCD & Key 보드 132 : 상위 감시장치A
133 : 상위 제어장치B 134 : 광신호 변환장치
135 : 상위 감시장치C 136 : 안테나
150 : 액면레벨 검출장치 151 : 타이밍벨트 풀리
152 : 벨트누름 베어링 153 : 동결방지용 히터
154 : 커플링 155 : 베어링 지지대
156 : 온도조절장치 157 : 플로트
158 : 타이밍벨트 160 : 무선통신부
161 : 평형추 162 : 영점설정 조절장치
163 : 영점설정 브라켓 164 : 영점설정면
166 : 영점설정 수평자 167 : 온습도 센서
168 : 스페이스 히터 183 : 기준바닥면
184 : 벨트감기 스프링 185 : 벨트감기 기어A
186 : 벨트감기 기어B 187 : 벨트감기 풀리
200 : 액면계측 컨트롤러 201 : 마이크로 프로세서
202 : USB 포트 203 : FRAM 메모리
204 : 정밀엔코더 인터페이스부 206 : 광역엔코더 인터페이스부
208 : DC/DC 컨버터 209 : RS-232C 통신부
210 : RS-485 통신부 211 : 액면레벨 출력부
212 : 리미트신호 출력부 213 : 광신호 송수신부
214 : 이더넷 통신부 215 : 무선 송수신부
100: absolute displacement meter 103: bearing
104: rotating shaft 105: rotating shaft gear
106: reduction gear 107a: first gear
107b: second gear 107c: third gear
112: precision encoder 113: wide-angle encoder
123: DC 24V power supply 130: notebook computer
131: LCD & Key board 132: Upper monitor A
133: host controller B 134: optical signal converter
135: upper monitoring device C 136: antenna
150: liquid level detecting device 151: timing belt pulley
152: Belt pressing bearing 153: Freezing heater
154: Coupling 155: Bearing support
156: Temperature control device 157: Float
158: timing belt 160: wireless communication section
161: Balance weight 162: Zero point adjustment device
163: Zero setting bracket 164: Zero setting side
166: Zero setting leveler 167: Temperature and humidity sensor
168: Space heater 183: Reference bottom surface
184: Belt winding spring 185: Belt winding gear A
186: Belt winding gear B 187: Belt winding pulley
200: liquid level measurement controller 201: microprocessor
202: USB port 203: FRAM memory
204: Precision encoder interface unit 206: Wide encoder interface unit
208: DC / DC converter 209: RS-232C communication unit
210: RS-485 communication unit 211: liquid level output unit
212: limit signal output unit 213: optical signal transmission /
214: Ethernet communication unit 215: Wireless transmission /

Claims (13)

액면 위에 부상하여 액면의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트(157)와; 상기 플로트(157)의 상하 이동량을 타이밍벨트(158)를 통하여 전달받아 회전량으로 변환하는 타이밍벨트 풀리(151)와; 상기 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 전달받는 회전축(104)에 설치되어 회전축(104)의 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더(112), 상기 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106), 상기 감속기어 축에 설치되어 감속된 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더(113)가 구비된 절대변위계(100)와; 상기 절대변위계(100)의 출력값을 분석하여 플로트(157)의 절대위치 값을 계산하고 계산된 플로트(157)의 절대위치에 따른 액면레벨 값을 계산하는 액면계측 컨트롤러(200);를 포함하는 액면레벨 계측장치로서,
상기 액면계측 컨트롤러(200)는 상기 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능을 곱한 후, 측정된 정밀엔코더(112)의 값을 더하여 플로트(157)의 절대위치 값을 계산하되,
상기 액면계측 컨트롤러(200)는 상기 정밀엔코더(112)의 각 회전수에 대한 스텝업_하한값과 스텝업_상한값 및 다운스텝_밴드값이 설정된 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 검사하여, 상기 광역엔코더(113)의 값이 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)의 스텝업_하한값 보다 크거나 같고 스텝업_상한값 보다 작은 범위의 테이블 인텍스 값을 정밀엔코더(112)의 회전수로 설정하고, 상기 광역엔코더(113) 값이 다운스텝_밴드값 보다 작고 정밀엔코더(112)의 값이 다운스텝 하한값 보다 큰 경우 설정된 정밀엔코더(112)의 회전수에서 1을 빼는 다운스텝 보정을 수행하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
A float 157 which floats on the liquid surface and moves up and down according to the change of the liquid level; A timing belt pulley 151 for transferring a vertical movement amount of the float 157 through a timing belt 158 and converting the amount of rotation into a rotation amount; A precision encoder 112, which is an absolute encoder for precise measurement, provided on a rotary shaft 104 to which the rotation amount of the timing belt pulley 151 is transmitted, measures and outputs a value corresponding to the rotation angle of the rotary shaft 104; Which is an absolute encoder for wide-range measurement, provided on the reduction gear shaft and measuring and outputting a value corresponding to the reduced rotation angle, A displacement meter (100); And a liquid level measurement controller (200) for calculating an absolute position value of the float (157) by analyzing an output value of the absolute displacement meter (100) and calculating a liquid level value according to an absolute position of the calculated float A level measuring apparatus comprising:
The liquid level measurement controller 200 calculates the rotation speed of the precision encoder 112 using the value of the wide angle encoder 113 and calculates the resolution of the precision encoder 112 to the rotation speed of the calculated precision encoder 112 And then adding the value of the measured precision encoder 112 to calculate the absolute position value of the float 157,
The liquid level measurement controller 200 checks the precision encoder rotation number calculation table 420 in which the step-up lower limit value, the step-up upper limit value and the down step-band value are set for each revolution of the precision encoder 112, The table index value in the range in which the value of the wide-angle encoder 113 is greater than or equal to the step-up lower limit value of the precision encoder rotation speed calculation table 420 and smaller than the step-up upper limit value is set as the rotation speed of the precision encoder 112 Step correction is performed by subtracting 1 from the set number of revolutions of the precise encoder 112 when the value of the wide encoder 113 is smaller than the value of the down step_band value and the value of the precise encoder 112 is larger than the down step lower limit value, And calculates the number of revolutions of the encoder (112).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 타이밍벨트 풀리(151)에 플로트(157)의 상하 이동량을 전달하는 타이밍벨트(158)의 일단에는 플로트(157)가 연결되고, 타단에는 상기 플로트(157)와의 무게 균형을 맞추기 위한 평형추(161)가 연결되며,
상기 타이밍벨트 풀리(151)의 양측에는 급격한 수위 변화에 의해 타이밍벨트(158)가 타이밍벨트 풀리(151)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 타이밍벨트(158)를 눌러주는 타이밍벨트 누름 베어링(152)이 설치되는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
The method according to claim 1,
A float 157 is connected to one end of a timing belt 158 for transmitting the up and down movement amount of the float 157 to the timing belt pulley 151 and a counter weight 157 for balancing the weight with the float 157 is connected to the other end. 161,
Timing belt pressing bearings 152 for pressing the timing belt 158 to prevent the timing belt 158 from being disengaged from the timing belt pulley 151 due to a sudden change in the water level are provided on both sides of the timing belt pulley 151 The level of the liquid level is measured.
제 1항에 있어서,
상기 타이밍벨트 풀리(151)의 측면에는 동절기에 타이밍벨트(158)가 타이밍벨트 풀리(151)에 얼어붙는 것을 방지하는 위한 동결방지용 히터(153) 및 온도조절장치(156)가 설치되어, 타이밍벨트 풀리(151) 및 타이밍벨트(158)의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
The method according to claim 1,
A freezing prevention heater 153 and a temperature control device 156 are provided on the side surface of the timing belt pulley 151 to prevent the timing belt 158 from freezing on the timing belt pulley 151 during the winter season, And the temperature of the pulley (151) and the timing belt (158) is kept constant.
제 1항에 있어서,
상기 절대변위계(100)와 액면계측 컨트롤러(200)는 액면레벨 검출장치(150)에 설치되고, 상기 액면레벨 검출장치(150)의 일측에는 액면의 영점을 설정하기 위한 영점설정 브라켓이 설치되고, 상기 영점설정 브라켓(163)의 일측에는 액면레벨 검출장치(150)의 수평 방향으로 연장되는 영점설정 수평자(166)가 설치되어,
액면레벨 기준이 되는 기준 바닥면(183)과 상기 영점설정 수평자(166)의 윗면과의 높이 차에서 영점설정 브라켓(163)의 크기를 뺀 값이 LCD & Key 보드(131)를 통하여 액면계측 컨트롤러(200)에 입력되어 플로트(157)의 영점으로 설정되며,
상기 영점설정 브라켓(163)의 아랫면에 플로트(157)가 접촉된 상태에서 LCD & Key 보드(131)의 영점 설정을 통하여 플로트(157)의 영점이 설정되는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
The method according to claim 1,
The absolute displacement meter 100 and the liquid level measuring controller 200 are installed in the liquid level detecting device 150 and a zero point setting bracket for setting the zero point of the liquid level is provided on one side of the liquid level detecting device 150, A zero point setting horizon 166 extending in the horizontal direction of the liquid level detecting device 150 is installed at one side of the zero point setting bracket 163,
The value obtained by subtracting the size of the zero point setting bracket 163 from the height difference between the reference bottom surface 183 as the liquid level reference and the upper surface of the zero point setting horizon 166 is measured through the LCD & Is input to the controller 200 and is set as the zero point of the float 157,
Wherein the zero point of the float (157) is set by setting the zero point of the LCD & Key board (131) in a state where the float (157) touches the bottom surface of the zero point setting bracket (163).
제 7항에 있어서,
상기 기준 바닥면(183)의 고도를 'H0'이라 하고, 상기 기준 바닥면(183)과 영점설정 수평자(166)의 윗면과의 높이 차를 'H1'이라 하고, 상기 영점설정 수평자(166)의 윗면과 영점설정면(164)과의 높이 차를 'H2'라고 할 때,
상기 영점설정면(164)의 고도값(H3)은 'H3 = H0 + H1 -H2'로 계산되어 LCD & Key 보드(131)를 통하여 액면계측 컨트롤러(200)의 메모리에 입력되어 저장되며,
상기 플로트(157)가 상승하여 영점설정면(164)에 접촉된 상태에서 상기 LCD & Key 보드(131)를 통하여 영점이 설정되면 상기 플로트(157)의 위치가 'H3'의 값으로 설정되고,
상기 플로트(157)가 'H4'의 위치로 이동한 경우에 수위값(Hw)은 'Hw = H3 - H4'로 계산되는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
8. The method of claim 7,
A height difference between the reference floor 183 and the upper surface of the zero point setting horizon 166 is defined as H1 and the height of the reference floor 183 is referred to as H0, 166 and the zero-point setting surface 164 is " H2, "
The altitude value H3 of the zero point setting surface 164 is calculated as H3 = H0 + H1-H2 and input to the memory of the liquid level measurement controller 200 via the LCD & Key board 131,
When the zero point is set through the LCD & Key board 131 in a state where the float 157 rises and comes into contact with the zero point setting surface 164, the float 157 is set to the value 'H3'
And the water level Hw is calculated as Hw = H3 - H4 when the float 157 moves to the position of H4.
제 1항에 있어서,
상기 타이밍벨트 풀리(151)에 플로트(157)의 상하 이동량을 전달하는 타이밍벨트(158)의 일단에는 플로트(157)가 연결되고, 타단에는 상기 타이밍벨트(158)를 감는 타이밍벨트 권취장치가 연결되되,
상기 타이밍벨트 권취장치는 타이밍벨트(158)를 감는 벨트감기 풀리(187)와, 상기 타이밍벨트(158)를 감기 위한 동력을 제공하는 벨트감기 스프링(184)과, 상기 벨트감기 풀리(187)와 벨트감기 스프링(184) 사이를 연결하는 벨트감기 기어(185)(186)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
The method according to claim 1,
A float 157 is connected to one end of a timing belt 158 for transmitting the up and down movement amount of the float 157 to the timing belt pulley 151 and a timing belt winding device for winding the timing belt 158 is connected to the other end However,
The timing belt winding apparatus includes a belt winding pulley 187 for winding a timing belt 158, a belt winding spring 184 for providing power for winding the timing belt 158, a belt winding pulley 187, And a belt winding gear (185) (186) connecting between the belt winding springs (184).
제 1항에 있어서,
상기 액면계측 컨트롤러(200)는
상기 정밀엔코더(112)로부터 측정 신호가 입력되는 정밀엔코더 인터페이스부(204)와,
상기 광역엔코더(113)로부터 측정 신호가 입력되는 광역엔코더 인터페이스부(206)와,
상기 정밀엔코더 인터페이스부(204) 및 광역엔코더 인터페이스부(206)를 통하여 정밀엔코더 측정 신호 및 광역엔코더 측정 신호를 입력받아 분석하여 절대수위 값을 계산하는 마이크로 프로세서(201)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
The method according to claim 1,
The liquid level measurement controller 200
A precision encoder interface unit 204 to which a measurement signal is inputted from the precision encoder 112,
A wide-angle encoder interface 206 for receiving a measurement signal from the wide-angle encoder 113,
And a microprocessor 201 for receiving and analyzing the precise encoder measurement signal and the wide-angle encoder measurement signal through the precision encoder interface unit 204 and the wide-area encoder interface unit 206 to calculate an absolute water level value Liquid level measuring device.
제 10항에 있어서,
상기 마이크로 프로세서(201)는
수면의 출렁임을 보정하여 정확한 액면레벨 값을 산출하기 위하여 Blackman window를 적용한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)를 적용하여 측정값에서 차단주파수를 필터링하되, 상기 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)는 다음의 수학식을 통한 전달함수(h[i])를 통하여 차단주파수(fc)가 설정되는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측장치.
[수학식]
Figure 112016111918800-pat00037

(여기에서, fc는 차단주파수, M은 필터커널 길이, i는 샘플링 변수 0=i=M, K는 유니티게인 상수를 나타낸다)
11. The method of claim 10,
The microprocessor 201
A windowed-sinc filter using a Blackman window is applied to correct the slope of the water surface and to calculate the exact level of the liquid level. The cut-off frequency is filtered out from the measured values. The windowed-sinc filter ) Is set to a cut-off frequency (fc) through a transfer function (h [i]) through the following equation.
[Mathematical Expression]
Figure 112016111918800-pat00037

(Where fc is the cut-off frequency, M is the filter kernel length, i is the sampling variable 0 = i = M, and K is the unity gain constant)
액면 위에 부상하여 액면의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트(157)의 이동량이 타이밍벨트(158) 및 타이밍벨트 풀리(151)를 통하여 회전량으로 변환되는 단계(a)와; 상기 타이밍벨트 풀리(151)의 회전량을 전달받는 회전축(104)에 결합된 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더(112)에서 상기 회전축(104)의 회전 각도에 따른 값을 측정하여 액면계측 컨트롤러(200)에 입력하는 단계(b)와; 상기 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106)에 설치된 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더(113)에서 상기 감속기어(106)에 의해 감속된 회전 각도에 따른 값을 측정하여 액면계측 컨트롤러(200)에 입력하는 단계(c)와; 상기 액면계측 컨트롤러(200)에서 측정된 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능을 곱한 후, 측정된 정밀엔코더(112)의 값을 더하여 플로트의 절대위치값을 계산하고, 상기 계산된 플로트의 절대위치에 따른 액면레벨 값을 계측하는 단계(d);를 포함하는 액면레벨 계측방법으로,
상기 액면계측 컨트롤러(200)는 상기 정밀엔코더(112)의 각 회전수에 대한 스텝업_하한값과 스텝업_상한값 및 다운스텝_밴드값이 설정된 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 검사하여, 상기 광역엔코더(113)의 값이 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)의 스텝업_하한값 보다 크거나 같고 스텝업_상한값 보다 작은 범위의 테이블 인텍스 값을 정밀엔코더(112)의 회전수로 설정하되, 상기 광역엔코더(113) 값이 다운스텝_밴드값 보다 작고 정밀엔코더(112)의 값이 다운스텝 하한값 보다 큰 경우 설정된 정밀엔코더(112)의 회전수에서 1을 빼는 다운스텝 보정을 수행하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 것을 특징으로 하는 액면레벨 계측방법.
(A) in which the amount of movement of the float (157) that moves up and down in accordance with the change of the liquid level is lifted through the timing belt (158) and the timing belt pulley (151); The precision encoder 112, which is an absolute encoder for precise measurement coupled to a rotation shaft 104 to which the rotation amount of the timing belt pulley 151 is transmitted, measures a value according to the rotation angle of the rotation shaft 104, (B); A value corresponding to the rotation angle decelerated by the reduction gear 106 is measured by the wide-angle encoder 113, which is an absolute encoder for wide-range measurement, provided in the reduction gear 106 that reduces the rotation speed of the rotation shaft 104, (C) inputting to the measurement controller 200; The rotation speed of the precision encoder 112 is calculated using the value of the wide angle encoder 113 measured by the liquid level measuring controller 200 and the resolution of the precision encoder 112 (D) calculating the absolute position value of the float by adding the value of the measured precision encoder 112 and measuring the liquid level value according to the calculated absolute position of the float, As a method,
The liquid level measurement controller 200 checks the precision encoder rotation number calculation table 420 in which the step-up lower limit value, the step-up upper limit value and the down step-band value are set for each revolution of the precision encoder 112, The table index value in the range in which the value of the wide-angle encoder 113 is equal to or greater than the step-up lower limit value of the precision encoder rotation speed calculation table 420 and smaller than the step-up upper limit value is set as the rotation speed of the precision encoder 112 Step correction is performed by subtracting 1 from the set number of revolutions of the precise encoder 112 when the value of the wide encoder 113 is smaller than the value of the down step_band value and the value of the precise encoder 112 is larger than the down step lower limit value, And the number of revolutions of the encoder (112) is calculated.
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