KR101820538B1 - 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템 - Google Patents

복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설장비에서 발생하는 전기적 제어신호를 수신하여 건설장비의 전기작동 및 전자제어기능을 수행하는 CPU를 각각 구비한 메인 제어기와 서브 제어기 및 메인 제어기와 서브 제어기를 통해 발생하는 명령신호를 전자제어밸브로 출력하는 출력제어회로를 구비하는 건설장비용 제어기 안전 시스템으로서, 메인 제어기의 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 판단하는 진단회로를 가지는 제어유닛과, 메인 제어기의 명령신호가 비정상일 경우, 메인 제어기의 명령신호를 차단하는 동시에 서브 제어기의 명령신호가 출력제어회로로 출력되는 것을 가능하게 하는 개폐회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 건설장비의 각종 전기 작동부나 전자제어기능을 수행하는 제어시스템의 메인 제어기에서의 회로 상의 이상을 자체적으로 진단 및 판단하여 서브 제어기로 전기전자제어기능의 수행을 이관함으로써, 건설장비의 오동작을 방지하여 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 제어기 간의 통신을 통한 상호 동작상태를 모니터링 함으로써, 메인 제어기의 오동작시 서브 제어기가 비상으로 대응함으로써 자체 진단기능이 강화되는 효과가 있다.

Description

복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템{Control device safety system for construction equipment having dual control system}
본 발명은 건설장비용 제어기 안전 시스템에 관한 것으로서, 특히 건설장비의 각종 전기 작동부나 전자제어기능을 수행하는 제어시스템의 메인 제어기가 비정상적인 동작 상태가 되었을 때, 회로 상의 이상을 자체적으로 진단 및 판단하여 서브 제어기로 전기전자제어기능의 수행을 이관할 수 있는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건설장비라 함은 통상적으로 굴삭기, 휠로더, 지게차 및 백호 등을 일컬으며, 엔진과 그 엔진의 동력을 이용하여 유압을 발생시키는 유압펌프와, 유압펌프에서 발생하는 유압을 유압밸브에 의해 제어하는 제어부와, 유압에 의해 작동하는 액추에이터로 이루어지며, 그 구성들에 의해 작업을 수행한다.
특히, 상술한 건설장비는 펌프에서 생성된 유량과 압력을 제어함에 따라 각각의 액추에이터 등을 작동시키고, 예컨대 액추에이터는 붐(Boom), 아암(Arm) 및 버킷(Bucket) 등을 작동시키면서 소정의 작업을 하게 되며, 이때 각각의 액추에이터에 가해지는 유량과 압력을 제어해야 한다.
도 1 및 도 2는 종래의 건설장비 유압구동시스템 및 제어시스템을 개략적으로 나타낸 개념도 이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 일반적인 건설장비의 유압구동시스템 및 전자 제어시스템은 조이스틱(10), 전자제어 밸브(20), 액추에이터(30), 제어부(40), 압력센서(S), 전자제어 펌프(P) 및 유압탱크(T)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 유압 펌프(P)와 상기 액추에이터(30) 사이에는 상기 액추에이터(30)로의 작동유 공급과 펌프를 제어하는 전자제어 밸브들로 구성된다.
한편, 작업자로부터 상기 액추에이터(30)의 조작신호를 입력받기 위해, 통상적으로 조이스틱(Joystick)이 구성된다.
상기 제어부(40)는 컨트롤러로서, 상기 조이스틱(10)으로부터 상기 액추에이터의 조작신호를 입력받아 이에 대응하여 상술한 상기 전자제어 밸브(20)에 전기적 신호를 출력하면, 상기 액추에이터(30)의 작동이 이루어지게 된다.
상술한 액추에이터(30)의 각 챔버의 압력을 감지하는 압력센서(S)가 구비되어, 감지된 압력 값을 상기 제어부(40)로 출력한다.
상기 제어부(40)에서는 상기 조이스틱(10)으로부터 입력받은 액추에이터(30)의 조작신호와, 상기 압력센서(S)로부터 입력받은 상기 액추에이터(30)의 라지 챔버 압력 값을 토대로, 상기 전자제어 밸브(20)에 출력할 파일럿 압력신호를 결정한다. 이때, 미설명부호 T는 작동유의 귀환이 이루어지는 유압탱크이다.
한편, 종래의 건설장비에서는 시동시 또는 작업도중에 작업기 모니터, 컨트롤러, 센서 및 기타 전장품의 라인 상에 단선이나 쇼트가 발생하였을 경우, 상기 제어부(40) 내부의 출력제어회로(42)의 비교기에 의해 기준전압과 이상 발생시의 전압을 대비하여 부품의 단선이나 쇼트 같은 이상발생 신호를 상기 제어부(40)의 CPU(중앙처리장치)(41)에 보내어 이 CPU(41)에서 이상 발생을 판단한 후, 이상발생신호를 표시기능을 갖는 출력수단(미도시)에 출력신호를 보내어 사용자로 하여금 이상발생 유무를 감지하게 할 뿐만 아니라 이상발생 부위도 상기 출력수단에서의 조합된 출력신호에 의해 발견할 수 있었다.
그러나, 원인은 알 수 없는 전자 노이즈나 CPU(중앙처리장치)(41)자체의 결함에 의해 CPU(41)에 이상이 발생하면, 종래와 같은 CPU(41)가 지령신호에 의해 이상 발생 유무를 감지하여 표시하도록 하는 기능이 마비되어 정확한 고장부위를 작업자가 알 수 없게 되므로 실질적으로 진단장치 본래의 기능을 상실하게 되며, 따라서 이 경우 고장발견 및 수리에 상당한 문제점이 있었다.
즉, 다시 말해 기존의 건설장비에서는 제어기, 센서의 파손이나 오작동에 의해서 시스템이 오동작을 하거나 안전 사고가 발생하는 경우가 있었는데, 이것을 방지하기 위해서 소정의 진단시스템을 적용하고 있지만, 진단을 하는 제어기나 센서류 자체의 고장이 발생했을 경우에는 이러한 오동작을 방지하는데 한계가 있는 문제가 있는 실정이다.
(0001) 대한민국 등록특허공보 제10-0136255호(1995년 11월 22일 공개) (0002) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0039724호(2010년 4월 16일 공개)
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 건설장비의 각종 전기 작동부나 전자제어기능을 수행하는 제어시스템의 메인 제어기에서의 회로 상의 이상을 자체적으로 진단 및 판단하여 서브 제어기로 전기전자제어기능의 수행을 이관할 수 있는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 부수적인 과제는, 제어기 간의 통신을 통한 상호 동작상태를 모니터링 함으로써, 메인 제어기의 오동작시 서브 제어기가 비상으로 대응할 수 있는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 건설장비에서 발생하는 전기적 제어신호를 수신하여 상기 건설장비의 전기작동 및 전자제어기능을 수행하는 CPU를 각각 구비한 메인 제어기와, 서브 제어기 및 상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기를 통해 발생하는 명령신호를 전자제어밸브로 출력하는 출력제어회로를 구비하는 건설장비용 제어기 안전 시스템으로서, 상기 메인 제어기의 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 판단하는 진단회로를 가지는 제어유닛과, 상기 메인 제어기의 명령신호가 비정상일 경우, 상기 메인 제어기의 명령신호를 차단하는 동시에 상기 서브 제어기의 명령신호가 상기 출력제어회로로 출력되는 것을 가능하게 하는 개폐회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어기가 파손되었을 경우, 상기 서브 제어기를 별도로 구성하여 비상시 전기구동장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어유닛은 제1 CPU와 제2 CPU에 각각 서로 교차 되어 연결된 제1제어유닛과 제2제어유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기는 RS232 또는 CAN(Controller Area Network)통신을 통해 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 상호 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 건설장비의 각종 전기 작동부나 전자제어기능을 수행하는 제어시스템의 메인 제어기에서의 회로 상의 이상을 자체적으로 진단 및 판단하여 서브 제어기로 전기전자제어기능의 수행을 이관함으로써, 건설장비의 오동작을 방지하여 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제어기 간의 통신을 통한 상호 동작상태를 모니터링 함으로써, 메인 제어기의 오동작시 서브 제어기가 비상으로 대응함으로써 자체 진단기능이 강화되는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 건설장비 유압구동시스템 및 제어시스템을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전시스템을 설명하기 위해 전체적인 구성을 도시한 개념도 이다.
이하, 본 발명에 따른 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템을 설명하기 위해 전체적인 구성을 도시한 개념도 이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템은, 먼저 기본적으로 건설장비에서 발생하는 전기적 제어신호를 수신하여 상기 건설장비의 전기작동 및 전자제어기능을 수행하는 CPU(111, 121)를 각각 구비한 메인 제어기(110)와, 서브 제어기(120) 및 상기 메인 제어기(110)와 상기 서브 제어기(120)를 통해 발생하는 명령신호를 전자제어밸브로 출력하는 출력제어회로(131)를 구비하는 건설장비용 제어기 안전 시스템이다.
즉, 건설장비 중 굴삭기를 예를 들어 작업자에 의해 굴삭기의 엔진이 시동 되면 상기 엔진의 동력에 의해 유압펌프에 유압이 발생 된다. 이러한 상태로 작업자가 전기 조이스틱을 운전하게 되고, 상기 조이스틱의 전기적 조작신호가 제어기에 수신된다.
이때, 상기 제어기에 수신된 조작신호를 바탕으로 상기 CPU(111, 121)에서 상기 제어유닛의 출력제어회로(131)를 거쳐 전자제어밸브로 명령을 내린다.
여기서, 상기 CPU(111, 121)의 명령신호는 제어기의 마이컴(미도시)에 기 저장되는데, 일반적으로 CPU(111, 121)의 정상신호가 기 저장된다.
한편, 상기 제어기는 상기 메인 제어기(110)의 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 판단하는 진단회로(132)를 가지는 제어유닛과, 상기 메인 제어기(110)의 명령신호가 비정상일 경우, 상기 메인 제어기(110)의 명령신호를 차단하는 동시에 상기 서브 제어기(120)의 명령신호가 상기 출력제어회로(131)로 출력되는 것을 가능하게 하는 개폐회로(140)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 상술한 바와 같이 상기 마이컴에 저장된 CPU(111)의 정상 명령신호를 기준으로 추후에 출력되는 신호가 상기 진단회로(132)에 의해 비교판단되어 상기 CPU(111)의 명령신호가 비정상 신호로 판단될 경우, 상기 개폐회로(140)에 의해 상기 CPU(111)에서 출력되는 신호는 차단되게 되며, 대신 상기 CPU(121)로 전기전자제어기능의 수행이 이관된다.
즉, 이와 같은 2중의 CPU를 구성하는 제어기에서 메인의 제1제어기와 비상시 주요 기능이 수행 가능한 제2의 제어기를 구성하여 건설장비의 각종 전기 작동부나 전자제어기능을 수행하는 제1의 메인 제어기가 비정상적인 동작 상태가 되었을 때, 회로상의 이상을 자체적으로 진단 및 판단하여 서브 제어기로 비상의 기본적 전기전자제어기능의 수행을 이관할 수 있는 제어기를 구비한 건설장비용 안전 제어기 시스템인것이다.
한편, 제어유닛은 제1 CPU(210)와 제2 CPU(220)에 각각 서로 교차 되어 연결된 제1제어유닛(230)과 제2제어유닛(230')을 구비한다.
즉, 예를 들어 굴삭기의 펌프, 아암 및 조이스틱 등을 제어하는 제1제어유닛(230)과, 붐 및 버켓 등의 제어를 담당하는 제2제어유닛(230')으로 구분하였을 경우, 각각의 제어유닛에 제1 CPU(210)와 제2 CPU(220)가 각각 서로 교차하며 연결되게 되면, 상호 간의 동작 상태의 모니터링이 가능하여 상기 제1 CPU(210)의 오동작시 제2 CPU(220)가 비상으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
아울러 상기 메인 제어기(110)와 상기 서브 제어기(120)는 RS232 또는 CAN(Controller Area Network)통신을 통해 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 상호 진단할 수 있다.
즉, 제어기 간의 통신을 통한 상호 동작상태를 모니터링 함으로써, 하나의 제어기의 오동작시 타 제어기가 비상으로 대응할 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
100, 200: 건설장비용 제어기 110: 메인 제어기
111, 121: CPU 120: 서브 제어기
131: 출력제어회로 132: 진단회로
140: 개폐회로 210: 제1CPU
220: 제2CPU 230: 제1제어유닛
230': 제2제어유닛

Claims (4)

  1. 건설장비에서 발생하는 전기적 제어신호를 수신하여 상기 건설장비의 전기작동 및 전자제어기능을 수행하는 제1 및 제2 CPU(111, 121)를 각각 구비한 메인 제어기(110)와 서브 제어기(120) 및 상기 메인 제어기(110)와 상기 서브 제어기(120)를 통해 발생하는 명령신호를 전자제어밸브로 출력하는 출력제어회로(131)를 구비하는 건설장비용 제어기 안전 시스템으로서,
    상기 메인 제어기(110)의 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 판단하는 진단회로(132)를 가지는 제어유닛과, 상기 메인 제어기(110)의 명령신호가 정상일 경우, 상기 메인 제어기(110)의 명령 신호가 상기 출력제어회로(131)로 출력되는 것을 가능하게 함과 동시에 상기 서브 제어기(120)의 명령 신호를 차단하고, 상기 메인 제어기(110)의 명령신호가 비정상일 경우, 상기 메인 제어기(110)의 명령신호를 차단하는 동시에 상기 서브 제어기(120)의 명령신호가 상기 출력제어회로(131)로 출력되는 것을 가능하게 하는 개폐회로(140)를 포함하고,
    상기 제어유닛은,
    상기 메인 제어기의 상기 제1 CPU 및 상기 서브 제어기의 제2 CPU에 각각 및 교차로 연결되는 제1제어유닛(230)과 제2제어유닛(230')을 더 포함하고,
    상기 제1제어유닛과 상기 제2제어유닛은,
    펌프, 아암, 조이스틱, 붐, 버켓 중 서로 다른 적어도 하나를 제어하도록 구성되고,
    상기 메인 제어기 및 상기 서브 제어기는,
    상기 제1제어유닛 및 상기 제2제어유닛의 교차 연결에 의해 상호 간의 동작 상태를 모니터링하여, 어느 하나가 오동작일 때, 다른 하나가 대응하여 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어기(110)가 파손되었을 경우, 상기 서브 제어기(120)를 별도로 구성하여 비상시 전기구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어기(110)와 상기 서브 제어기(120)는 RS232 또는 CAN(Controller Area Network)통신을 통해 명령신호가 정상 또는 비정상 신호인지를 상호 진단하는 것을 특징으로 하는 복수의 제어시스템을 구비한 건설장비용 제어기 안전시스템.
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