KR101889562B1 - 유체 액추에이터를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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    • F15B21/08Servomotor systems incorporating electrically operated control means

Abstract

온-보드, 사용자 프로그램 가능한 마이크로프로세서를 사용하는 액추에이터 제어기에 의해 발생되는 신호들에 응해 유체 액추에이터로 및 로부터 가압된 유체의 흐름을 제어하는 전기적으로 작동하는 제어밸브를 포함하는 유체 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 장치가 기술되고, 사용자는 유체압력과 흐름율과 액추에이터 변위와 같은 변수들을 기반으로 액추에이터의 동작을 제어하기 위해 마이크로프로세서 내로 다양한 제어 알고리즘들을 다운로드할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기 또는 SSI 인터페이스와 같은 다양한 신호 인터페이스들을 사용하여 감시와 제어목적을 위해 다양한 외부 센서들이 제어기에 연결될 수 있다. 하나 이상의 슬레이브 액추에이터들과 통신하는데 로컬 통신 버스가 사용된다. 슬레이브 액추에이터 각각은 제어기에 의해 발생되고 또한 로컬 버스를 통해 슬레이브 제어밸브에 전송되는 제어신호들에 응해 슬레이브 액추에이터로 또한 슬레이브 액추에이터로부터 가압된 유체의 흐름을 제어하는 그들 자신의 전기적 작동 제어밸브를 가진다. 센서들은 슬레이브 액추에이터의 다양한 동작 변수들을 측정하는데 사용되고 또한 로컬 버스를 통해 제어기에 전송되는 신호들을 발생한다. 높은 수준의 명령신호들을 제어기에 전송하는데 감독 컴퓨터가 사용되고, 제어기는 하나 이상의 유체 액추에이터들에 폐회로 제어신호를 발생한다.

Description

유체 액추에이터를 제어하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A FLUID ACTUATOR}

단일의, 온-보드 사용자 프로그램 마이크로프로세서로부터 명령신호들에 따라 하나 이상의 유압 액추에이터의 실행을 조절하기 위해 분산된 제어 아키텍처를 구현하기 위한 유체 액추에이터 제어장치.

유압 액추에이터를 제어하기 위한 장치가 DE 195 30 935 C2에 기술되어 있다. 이 참조문헌에는, 위치 제어기에 공급되는 전기신호로 밸브 피스톤의 위치를 표시하기 위한 변위센서가 기술되어 있다. 밸브 피스톤의 위치를 제어하기 위한 제어기는 그 자신의 하우징에 배열되고, 하우징은 밸브의 하우징 위에 설치된다. 제어기는, 전기적 입력변수로서 제어기에 공급되는 위치 설정 포인트를 밸브 피스톤이 추종하는 것을 보장한다. 이 경우에, 밸브 피스톤의 위치는, 유압 실린더와 같은 액추에이터로 또한 액추에이터로부터 유체 흐름을 제어하기 위해 밸브의 통로 단면의 크기를 결정한다.

콕케만의 미국특허 제6,901,315호는, 세 개의 독립적인 제어기들에 의해 생성되는 신호들에 응해 액추에이터에서 압력 매체의 흐름을 제어하는, 전기적으로 동작되는 유압 제어밸브를 포함하는 유압 액추에이터를 제어하기 위한 제어장치를 기술하고 있다. 제1제어기는 제어밸브에서 피스톤의 위치를 조정한다. 제2제어기는 (유압 실린더와 같은) 액추에이터의 이동을 명령한다. 그리고, 제3제어기는 액추에이터의 일련의 이동을 전자적으로 제어한다. 세 개의 제어기들은 제어밸브 위에 설치되는 공통의 하우징에 배열된다. 제1 및 제2제어기는 제어장치의 제조자에 의해 선-프로그램된다. 이 장치에서, 단지 제3제어기가 사용자에 의해 자유롭게 프로그램될 수 있다. 이 선행기술 장치는, 유압 액추에이터를 제어하기 위해 사용자가 상태 피드백 제어 알고리즘으로 제2제어기를 프로그램하는 것을 허용하지 않는다. 또한 이 선행기술 장치에서, 슬레이브 밸브들과 같은 다양한 장치들 또는 외부 센서들로부터 입력을 수신하여 처리할 능력이 없다. 또한, 이 선행기술 장치에서, 모든 제어기들은 단일의 마이크로-제어기로 집적화되기 보다는 개별적인 마이크로-프로세서들 또는 전기회로들로 구성된다.

이후부터 "집중화된 제어 아키텍처(centralized control architecture)"로 부르는, 선행기술 제어 아키텍처는 모든 유압 축들의 이동을 조정하는데 책임이 있는 단일 PLC로 구성된다. 이는 모든 센서 신호들이 단일 기계 PLC로 라우팅되게 되는 필요성을 필요로 한다. 이는 또한, 이 단일 PLC가 유압 축들 모두에 대해 여러 상태 피드백, 폐회로 제어 알고리즘들을 동시에 구동하는 것을 필요로 한다. 그런 다음, 단일 기계 PLC는 명령 또는 조작을 각 유압 제어밸브로 전송한다. 선행기술의 집중화된 제어 아키텍처의 단점은, 기계 전체에 걸쳐 케이블류를 보내는데 상당한 비용이 들어가고 또한 PLC 패널에서 상당한 배선 복잡도를 일으킨다는 것이다. 게다가, 유압 축들 모두를 동시에 조정하고 또한 각 유압 축의 필요한 동적인 실행을 이루기 위해 충분한 제어속도로 여러 상태 피드백 제어 알고리즘들을 구동하는데, 고가의, 최점단 PLC가 필요하다.

또한 선행기술에서, "집중화된 제어 아키텍처"에 대한 개선으로서, 모든 센서들과 제어밸브들과 PLC의 아날로그 인터페이싱은 몇몇 선행기술 설비들에서 필드버스(field bus) 또는 망으로 대체되었다. 이 설비는 케이블 비용과 배선 복잡도를 줄일 수 있는데, 여러 노드들이 링 구조(ring topology)로 PLC에 연결될 수 있기 때문이다. 노드들과 PLC 간에 디지털 통신을 가지는, 집중화된 제어 아키텍처의 이 변형예에 대한 단점은, 필드버스 또는 망의 대역폭에 의해 제어 갱신율이 제한된다는 것이다. 모든 노드들이 8 내지 16비트 워드들의 형태로 그들의 피드백 값들을 지속적으로 방송할 필요가 있다는 것을 고려하고 또한 PLC가 8 내지 16비트 워드들의 형식으로 제어밸브들에 대한 명령들을 지속적으로 방송할 필요가 있다는 것은, 정보가 전송될 수 있는 속도가 필드버스 또는 망의 일정한 대역폭에 의해 제한된다는 것을 의미한다고 고려하자. 최종 결과는, 유압 축들의 실행이 중앙 제어기로부터 수신되는 명령들의 잠복(latency)을 겪는다는 것이다.

본 발명의 목적은 상기에서 기술한 단점을 해결한 유체 액추에이터를 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이들 문제점들에 대한 해결책은 이 명세서에 기술되는 유형의 "분산 제어 아키텍처(distributed control architecture)"를 채용하는 것인데, 각 유압 축에 대한 상태 피드백 제어 알고리즘이 해당 특정 축을 제어하는 유압밸브에서 국부적으로 수행된다. "분산 제어 아키텍처"의 장점은, 센서들이 관련 유압 제어밸브에 직접 연결될 수 있고 또한 더 이상 필드버스 또는 망에서 소중한 대역폭을 차지하지 않는다는 것이다. 게다가, 유압 제어밸브는 중앙 PLC로부터 수신하기보다는 그 자신의 명령 궤적(command trajectory)를 생성할 수 있고, 이는 망 또는 필드버스를 통한 데이터 전달을 더 줄인다. 유압 제어장치(10)의 마이크로프로세서에 상태-피드백 제어 알고리즘이 내장되기 때문에, 제어 명령들이 아주 높은 속도로 실행될 수 있어서, 상기 유압 축의 동적인 실행을 상당히 개선할 수 있다. 마지막으로, 중앙 PLC의 책임은 상당히 단순화되어, 덜 복잡하고 저가의 유닛을 사용할 수 있게 해준다. 새로운 중앙 컴퓨터가, 각 유압 축의 이동을 조정하지만, 더 이상 각 유압 축을 지속적으로 감시하고 또한 지속적으로 조작할 필요가 없는 감독 PLC가 되게 된다. 대신에, 감독 PLC는 분산 제어기(distributed controller)에 "스타프 프로파일(Start Profile)" 비트를 전송할 수 있다. 분산 제어기는 이 "스타트 프로파일" 비트를 수신할 수 있고, 그런 다음에 이의 프로파일을 실행하고, 그런 다음 "프로파일 컴플리트(Profile Complete)" 비트로 응답할 수 있다. 새로운 감독 PLC는 각 분산 제어기의 상태(state)와 오류 등급(fault status)을 감시하고 또한 만일 소정의 분산 제어기가 오류 플래그(fault flag)를 일으키면 적절한 행동을 취할 수 있다. 분산 제어 아키텍처에서 망 또는 필드버스 통신 트래픽은, 디지털 센서 워드들과 디지털 조작 워드들의 연속적인 방송에서 상태 및 오류 비트들의 주기적 방송으로 줄어든다.

이외에도, 예시적인 유압 제어시스템의 구성은 마이크로프로세서 기반 제어 알고리즘들이 제조자에 의한 배타적이 아닌, 사용자에 의해 프로그램될 수 있도록 한다. 이는 프로그래밍을 보다 유연하게 하고 또한 사용자의 지적재산권을 보호한다.

본 발명에 따른 유압 제어시스템의 구성은 마이크로프로세서 기반 제어 알고리즘들이 제조자에 의한 배타적이 아닌, 사용자에 의해 프로그램될 수 있도록 한다.

도 1은 유압 액추에이터에 연결되는 예시적인 유압 제어장치의 개략도.
도 2는 제어 회로보드의 모듈들의 배열과 다양한 입력과 출력들을 보여주는 개략도.
도 3은 일련의 슬레이브 액추에이터에 연결되는 예시적 유체 제어장치의 개략적인 대표도.

다음에 오는 기재와 도면들을 참조하면, 기술한 시스템들과 방법들에 대한 설시적인 해결책들이 도시되어 있다. 비록 도면들은 몇몇 가능한 해결책들을 나타낸다고 하더라도, 본 발명을 잘 도시하고 또한 설명하기 위하여, 도면들은 크기가 조정될 필요가 없고 또한 소정의 특징들은 과장되거나, 제거되거나 또는 부분적으로 단면화될 수 있다. 게다가, 여기에서 주어지는 설명들은 완벽을 기하고자 하는 것이 아니거나, 또는 도면에 도시되고 또한 다음의 상세한 설명에서 기술되는 정확한 형식과 구성들로 청구항들을 제한하는 것이 아니다.

또한, 다음의 상세한 설명에서 다수의 상수들이 도입될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 설시적인 상수값들이 제공된다. 다른 경우에 있어서, 특정 값들이 주어지지 않는다. 상수값들은 관련 하드웨어의 특징들과 또한 이러한 특징들의 상호 관계뿐만 아니라 기술한 시스템과 관련된 환경적 조건들과 작동 조건들에 따라 다르게 된다.

도 1은 유압 액추에이터(12)를 제어하기 위한 제어장치(10)의 개략적인 모습을 보여준다. 하우징(14)이 유압 제어밸브(16)에 설치된다. 제어밸브(16)는 측단면도로서 도시된다. 제어밸브(16)는 유압오일과 같은 작업 유체의 흐름을 제어하고, 작업 유체는 펌프(18)에서부터 가압되어 제어밸브(16)를 통해 궁극적으로 유압 액추에이터(12)로 흐르고 또한 액추에이터(12)에서 회수탱크(20)로 역으로 흐른다. 예시적인 실시예에서, 액추에이터(12)는, 도 1, 2 및 3에서 양면 실런더(double-ended cylinder)로 도시되지만 소정 유형의 적절한 액추에이터일 수 있는 유압 실린더이다. 예컨대, 액추에이터(12)는 차동 실린더(differential cylinder) 또는 유압 모터일 수 있다. 제어밸브(16)에서 액추에이터(12)까지 유압 호스 또는 튜브 연결들은, 펌프(18)에 대한 연결에 대해서는 펌프 연결(P)로, 제어밸브에서 탱크(20)로 연결에 대해서는 탱크 연결(T)로 그리고 제어밸브에서 양단 실린더 액추에이터(12)로 호스 또는 튜브 연결에 대해서는 A와 B로 표시된다. 셔틀(shuttle) 또는 스풀밸브(미도시) 또는 다른 유형의 밸브장치의 위치(x)를 측정하기 위한 밸브위치센서(28)가 제어밸브(16) 내에 포함된다. 밸브위치센서(28)는 제어기 회로보드(26)에 연결되고, 회로보드는 밸브 피스톤의 위치(x)를 전기신호(xi)로 변환하고, 전기신호는 제어기(11)에서 처리되고 그리고 스풀 위치의 실제 값의 처리된 위치로서 공급된다. 마이크로프로세서(32) 내 소프트웨어 기능들과 함께 제어기(11)의 입력 및 출력 인터페이스들과 다른 특징들은 도 2를 참조하여 상세히 논의한다.

도면들 중 도 1을 다시 참조하면, 유압 액추에이터(12)에 유압적으로 연결되는 예시적인 유압 제어장치(10)의 개략도가 도시되어 있다. 제어기(11)를 포함하는 하우징(14)이 유압 제어밸브(16)에 설치된다. 제어밸브(16)가 측사시도로 도시되어 있다. 제어밸브(16)는, 압력라인(P)을 통해 압력펌프(18)에서 유압 액추에이터(12)로 흐르고 또한 탱크라인(T)을 통해 회수탱크(20)로 역으로 흐르는 가압된 유압 오일 또는 다른 작업유체의 흐름을 제어한다. 도 1에서, 유압 액추에이터(12)는, 출력축(22)에 연결되는 피스톤(24)의 각 측에 작용하는 가압된 유체에 의해 한 방향으로 또한 반대방향으로 피동되는 출력(22)을 가지는 이중 작용 유압 액추에이터로 도시되어 있다. 내부적으로, 제어밸브(16)는, 제어기(11)로부터의 신호들을 수신하고 신호들에 반응하여 제어밸브(16) 내에 스풀을 위치시키는 적어도 하나의 고속 전자석 액추에이터(미도시)를 포함한다. 제어밸브(16)는 다단(staged) 스풀밸브를 사용할 수 있는데, 여기서 마지막 단이, 도 1에서 실린더 액추에이터(12)가 도시되는 실린더 또는 모터와 같은 액추에이터로 가압된 유압 오일의 흐름을 제어하기 전까지 제1스풀밸브는 가압된 유압 유체의 제2스풀밸브로의 흐름을 제어하는데 사용되고 그리고 이어서 계속 이렇게 된다.

도 1을 다시 참조하면, 양단 실린더인 액추에이터(12)를 제어하기 위해 도 1에 도시된 것과 같은 제어기(11)의 블록 회로도를 보여준다. 제어밸브의 위치(x)와 액추에이터(12)의 피스톤의 위치를 제어하기 위한 제어기(11)에는 밸브위치센서(28)로부터의 출력신호(xi)가 실제 값으로서 또한 제어기(11)에 대한 입력신호들로서 설정 포인트(set point)(xs)가 공급되고, 액추에이터(12)로부터 위치 또는 압력신호와 함께 이 신호들울 사용하여 액추에이터(12)의 실행을 제어하기 위한 폐회로 제어시스템을 제공한다. 제어기(11)의 출력단은 제어밸브(16) 내에 포함된 전자석 액추에이터의 코일들에 전류(ia 및 ib)를 공급하고, 이는, 액추에이터 피스톤(24) 또는 피스톤 로드(22)의 위치의 실제 값이 이의 원하는 설정 포인트를 가능한 빨리 추종하도록 하기 위해 신호(xs)에 의해 선규정된 위치를 추정하기 위하여 액추에이터 피스톤(24)을 이동시키기 위하여 유체라인(A 및 B)를 통한 액추에이터(12)로 가압된 유압 오일 또는 다른 가압된 유체의 흐름을 제어하기 위하여 스풀을 위치시키는 기능을 한다. 중요한 것은, 제어기(11)는 통신선(48 또는 34)를 통해 사용자에 의해 자유롭게 프로그램될 수 있는 마이크로-칩 또는 마이크로-제어기(32)를 기반으로 하고, 이는 또한 제조자에 의해 프로그램될 수 있다.

밸브 액추에이터(16: 즉, 제어밸브)와 양단 실린더(12) 간의 유체 연결(A 및 B)은 공통적으로 사용되는 유압 연결라인들과 피팅(fitting)들을 통해 연결된다. 양단 실린더(12)의 피스톤 로드(22)에는 피스톤 로드(22)의 위치를 전기적 신호(si Cp)로 변환시키는 변위센서(23)가 제공된다. 신호(si Cp)는 실제 위치 값으로서 제어기(11)에, 특히 마이크로프로세서(32)에 공급된다. 신호(xi Cp)를 미분함으로써, 양단 실린더 액추에이터(12)의 피스톤 로드(22)의 속도의 실제 값을, 필요하다면 속도 제어를 위해 요청될 때 구할 수 있다. 제어밸브(16)에 통합된 압력센서(25)는 인터페이스 라인(P 및 T)뿐만 아니라 작업포트 라인(A 및 B)에서 압력을 측정하고 또한 신호(Pa, Pb, Ps 및 Pt)들을 제어기(11)에 공급한다. 신호(Pa, Pb, Ps 및 Pt)들 이외에, 밸브위치센서(28)로부터 밸브 피스톤의 위치의 실제 값(xi)이 제어기(11)에 공급된다. 신호(Pa 및 Pb)들 간에 가중된 압력 차이로부터, 양단 실린더 액추에이터(12)의 피스톤 로드(22)에 작용하는 힘의 척도인 실제 압력 값(pi)을 계산할 수 있다. 인터페이스 압력(Ps 및 Pt)들 또한 포트 압력(Pa 및 Pb)과 밸브 피스톤 위치(xi)와 함께 사용되어 실린더 액추에이터(12) 내외로 흐름을 계산한다. 제어기(11)는 단일 마이크로프로세서(32)로서 구성되고 또한 폐회로 디지털 제어시스템의 일부이다. 따라서, 마이크로프로세서(32)는 실린더 액추에이터(12)의 피스톤 로드(22)의 위치제어를 위한 알고리즘들뿐만 아니라 압력 또는 흐름제어의 알고리즘들을 처리하여 궁극적으로 실린더 액추에이터(12)에 공급되는 유체압력을 제어할 수 있다. 기술한 위치제어 대신에, 속도 제어, 힘 제어 또는 압력 제어 또한 디지털 제어기(11)에 의해 구현될 수 있다. 장치는 최종 사용자가 그들 자신의 상태 피드백 알고리즘들 및 그들 자신의 시퀀스 논리 및 명령 프로파일들을 단일 마이크로프로세서(32)에 직접 프로그램하도록 하는 플랫폼을 제공한다. 대안적으로, 이 제어 소프트웨어는 제조자에 의해 프로그램될 수 있다. 기술한 위치제어 이외에, 사용자가 생각할 수 있는 소정의 다른 응용을, 한정하는 것은 아니지만 다음을 포함하는 제어기(11)에 프로그램될 수 있다.

● pQ 펌프 제어

● pQ 실린더 제어

● 부하 감지 펌프 제어

● 단축(single axis) 제어

● 압력 및 온도 보상된 흐름 제어

● 압력 제어

● 동기축(synchronous axis) 제어(마스터/슬레이브)

● 트윈 스풀 메터 인/메터 아웃 제어(Twin spool Meter in/Meter out control)(마스터/슬레이브)

● 병렬(Parallel) 흐름 제어

● 안전차단의 제어(Control of safety shutoff(s)

● 예측 & 진단(관련 밸브 및 기계)

제어기(11)는 NC 및/또는 PLC 기능을 가지는, 자유롭게 프로그램 가능한 시퀀스 제어기인 마이크로프로세서(32)를 중심으로 한다. 이 경우에, NC는 "수치제어"numeric control)"용 기계 제어시스템들에서 사용되는 명칭이고, 그리고 PLC는 "프로그램 가능한 논리 제어기(programmable logic controllers)"에 사용되는 용어이다. 마이크로프로세서(32)는 또한 자유롭게 프로그램 가능한 상태 피드백 제어 알고리즘들을 위한 플랫폼을 제공한다. 마이크로프로세서(32)의 프로그래밍은 외부의 엔티티들로부터 사용자의 지적재산권을 보호하기 위하여 사용자에 의해 수행될 수 있다. 기계 상의 유압 축들을 제어하기 위해 유압 밸브들을 사용하는 많은 OEM들은 유압 축 제어의 분야에서 그들의 지적재산권을 보호하기를 원한다. 이들은, 유압 축의 제어가 그들의 핵심 기능이고 또한 다른 기계 제조자들에 대해 경쟁력이 있는 장점으로 여긴다. 여기서 권리를 주장하는 유압 제어시스템(10: 제어장치)은 최종 사용자가 그들의 논리제어와 그리고 상태 명령 프로파일들과 상태 피드백 알고리즘들을 프로그램하도록 하기 위한 플랫폼을 제공하고, 따라서, 그들의 IP를 보호하기 위한 능력을 기계 제조자에게 제공한다.

자유롭게 프로그램 가능한 플랫폼을 제공하는 이외에, 여기에서 권리를 주장하는 유압 제어시스템은 다중 축 제어를 위한 "분산 제어 아키텍처"가 가능하게 한다. 전형적인 기계장치에는, 동시에 제어해야할 필요가 있는 여러 유압 축들이 있다. 이후부터 "집중화된 제어 구조"라 부르는, 현재 기술의 제어 아키텍처는 모든 유압 축들의 이동을 조정하는데 책임이 있는 단일 PLC로 구성된다. 이는 모든 센서 신호들이 단일 기계 PLC로 라우팅되게 되는 것을 필요로 한다. 이는 또한 이 단일 PLC가 유압 축들 모두에 대해 여러 상태 피드백, 폐회로 제어 알고리즘들을 동시에 실행하는 것을 필요로 한다. 그런 다음, 단일 기계 PLC는 명령 또는 조작을 각 유압 제어밸브로 전송한다. 집중화된 제어 아키텍처의 단점은, 기계 전체를 통해 케이블을 설치하는데 상당한 비용이 들어가고 또한 PLC 패널에서 상당한 배선 복잡도를 일으킨다는 것이다. 또한, 유압 축들 모두를 동시에 조정하고 또한 각 유압 축의 요구된 동적 실행을 이루기 위해서 충분한 제어율로 여러 상태 피드백 제어 알고리즘들을 실행하기 위하여 고가, 최점단 PLC가 필요하다.

"집중화된 제어 아키텍처"에 대한 개선으로서, 모든 센서들과 제어밸브들의 PLC의 아날로그 인터페이싱은 몇몇 설비에서 필드버스 또는 망으로 대체되었다. 이 설비는 케이블 설치 단가와 배선 복잡도를 줄이는데, 여러 노드들이 링구조로 PLC에 연결될 수 있기 때문이다. 노드들과 PLC간에 디지털 통신을 가지는 집중화된 제어 아키텍처의 이 변형예의 단점은, 필드버스 또는 망의 대역폭에 의해 제어 갱신율이 제한된다는 것이다. 모든 노드들이 8 내지 16비트 워드들의 형태로 그들의 피드백 값들을 지속적으로 방송할 필요가 있다는 것을 고려하고 또한 PLC가 8 내지 16비트 워드들의 형식으로 제어밸브들에 대한 명령들을 지속적으로 방송할 필요가 있다는 것은, 정보가 전송될 수 있는 속도가 필드버스 또는 망의 일정한 대역폭에 의해 제한된다는 것을 의미한다고 고려하자. 최종 결과는, 유압 축들의 실행이 중앙 제어기로부터 수신되는 명령들의 잠복(latency)을 겪는다는 것이다.

이들 문제점들에 대한 해결안은 "분산 제어 아키텍처(distributed control architecture)"를 사용하는 것인데, 여기서 각 유압 축에 대한 상태 피드백과 제어 알고리즘은 특정 축을 제어하는 유압밸브에서 국부적으로 실행된다. "분산 제어 아키텍처"의 장점은, 모든 센서들이 관련 유압 제어밸브에 직접 연결될 수 있고 또한 더 이상 필드버스 또는 망에서 소중한 대역폭을 차지하지 않는다는 것이다. 또한, 유압 제어밸브는 중앙 PLC로부터 수신하기 보다는 그 자신의 명령 궤적을 국부적으로 발생할 수 있어서, 망 또는 필드버스를 통한 데이터 전송을 더 줄인다. 상태-피드백 제어 알고리즘들이 유압 제어장치(10) 및 구체적으로는 제어기(11)의 마이크로프로세서(32) 내에 내장되기 때문에, 제어 명령들은 훨씬 더 높은 속도로 실행될 수 있어서, 상기 유압 축의 동적 실행을 상당히 개선한다. 마지막으로, 중앙 PLC의 책임은 상당히 단순화되어 덜 복잡하고 또한 저가의 유닛을 사용할 수 있도록 한다. 새로운 중앙 컴퓨터가 각 유압 축의 이동을 조정하지만, 더 이상 각 유압 축을 지속적으로 감시하고 또한 지속적으로 조작할 필요가 없는 감독 PLC가 되게 된다. 대신에, 감독 PLC는 분산 제어기(distributed controller)에 "스타프 프로파일(Start Profile)" 비트를 전송할 수 있다. 분산 제어기는 이 "스타트 프로파일" 비트를 수신할 수 있고, 그런 다음에 이의 프로파일을 실행하고, 그런 다음 "프로파일 컴플리트(Profile Complete)" 비트로 응답할 수 있다. 새로운 감독 PLC는 각 분산 제어기의 상태(state)와 오류 등급(fault status)을 감시하고 또한 만일 소정의 분산 제어기가 오류 플래그(fault flag)를 일으키면 적절한 행동을 취할 수 있다. 분산 제어 아키텍처에서 망 또는 필드버스 통신 트래픽은, 디지털 센서 워드들과 디지털 조작 워드들의 연속적인 방송에서 상태 및 오류 비트들의 주기적 방송으로 줄어든다.

도 2를 참조하면, 제어회로보드 내 모듈들과 다양한 입력과 출력들의 배열을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 제어기(11)는 글로벌 버스시스템(global bus system)(34)에 대한 제1인터페이스(113)를 가지고, 이를 통해 제어장치(10)는 감독 PLC(60)와 같은 더 높은 계층의 제어기에 연결된다. 제어기(11)는 로컬 버스시스템(33)에 대한 제2인터페이스를 가진다. 각각의 경우에서 추가적인 실린더들 또는 다른 액추에이터들을 제어하기 위한 더 이상의 장치와 센서들이 도 2에 도시된 것과 같이 망 또는 필드버스 인터페이스(113)를 통할 수 있는 이 버스시스템(33)에 연결된다. 버스시스템(33 및 34)들은 도 1과 2에 도시된 바와 같이 회로보드(26)에 연결된다. 망 버스인터페이스(113)와 같은 회로보드 요소를 교체함으로써, 제어장치(10)는 단순한 방식으로 다른 버스 또는 망 시스템들에 연결될 수 있다.

제어기(11)는 글로벌 버스시스템(34)을 통해 감독 PLC(60)에 연결된다. 이 글로벌 버스시스템(34)에서, 감독 PLC(60)는 "마스터"로서 표시되고 그리고 밸브제어기(11)는 "슬레이브"로 표시된다. 로컬 버스시스템(33)으로 표시되는 제1버스시스템이, 유압 축이 두 개 이상의 유압 액추에이터(12B)들과 유압 제어밸브(50)에 의해 제어되어야만 할 때 사용을 위해 제공된다. 이의 예는, 두 개의 유압 실린더들이 서로에 평행한 동일 궤적을 추종하여야만 하는 프레스 응용(press application)이다. 이 경우에, 제어기(11)는 마스터로서 표시될 수 있고 또한 제2유압 제어밸브(50)는 로컬 버스시스템(33) 상의 슬레이브 노드로서 표시할 수 있다. 제어기(11)는 그 자신의 유압 제어밸브(16)를 제어하는데 책임이 있을 수 있고 또한 제어기(11)는 또한 제2유압 제어밸브(50)를 제어하는데 책임이 있을 수 있다. 예컨대, 로컬 버스시스템은 로컬 버스(33)를 통한 CAN 버스이다. 이는 장치들과 또한 가능하다면 적절한 통신 능력을 가지는 다른 장치들을 서로 연결시키는데, 로컬 및 글로벌 버스(33, 34)들이 다수의 장치들 간의 데이터 교환을 허용하기 때문이다. 글로벌 버스시스템(34)과 로컬 버스시스템(33) 간의 이 데이터 교환은, 확장된 객체 딕셔너리 데이터베이스(Expanded Object Dictionary Databse)(24)에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 이 데이터 교환을 통해, 두 개의 액추레이터 실린더들의 피스톤 로드들의 동시 제어가 구현될 수 있다. 글로벌 버스시스템(34)은 장치들을 감독 컴퓨터(60: 즉, 상기 감독 PLC)와 같은 높은 계층의 제어기에 연결한다. 개별적인 장치들과 감독 컴퓨터(60) 간에 통신을 위해 사용된다. 도 2에서, 감독 컴퓨터(60)는 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)로서 도시하지만, PC로 구현될 수 있다. 글로벌 버스시스템(34)을 통해, 감독 컴퓨터(60)에 액추에이터(12)로부터, 또는 객체 딕셔너리 데이터베이스(124) 내에 포함되는 센서 데이터로부터 상이한 실제 값들이 공급될 수 있거나, 또는 감시 또는 제어목적을 위해 제어밸브 상태정보 또는 오류 비트들 또는 진단 데이터가 공급될 수 있다.

유압 오일과 같은 가압된 유압 유체는 각 유압라인(A 및/또는 B)를 통해 액추에이터(12)로 도입되고, 그 흐름율과 압력은 제조자, 사용자 또는 몇몇 제3공급자에 의해 공급되는 알고리즘들을 사용하는 다양한 센서 입력들과 요청된 이동 명령들을 기반으로 제어밸브(16) 내 스풀밸브(미도시)의 동작(motion)에 응한다. 제어기 및 마이크로프로세서(32)는 글로벌 또는 로컬 디지털 통신시스템에 또는 이들 둘 다에 연결될 수 있다. 글로벌 또는 로컬 디지털 통신시스템은 CAN과 같은 필드버스 또는 이더넷과 같은 망일 수 있다. 로컬 및 글로벌 디지털 통신시스템에 대한 전기적인 접속의 설명을 위해 커넥터(33 및 34)들이 도시되어 있다. 또한, 전기적 접속(도면부호 48 및 46)들이 도시되어 있는데, 여기서 커넥터(48)는 마이크로프로세서(32)를 플래시 프로그램하는데 사용할 수 있고 또한 커넥터(46)는 변위, 압력, 온도 또는 진동 센서들과 같은 다양한 외부 센서(42)들에 접속될 수 있다. 제어기(11)로 외부 센서 데이터를 전송하기 위한 다른 해결책은, 멀티플렉싱과 같은 시스템을 사용하는 직렬 통신선을 통해, 도 2에 도시된 A/D(123) 또는 SSI(synchronous serial interface) 인터페이스(126)과 같은 개별적인 통신장치 또는 마이크로프로세서(32)를 사용하여 직렬로 전송된 센서 값들을 부호화하고 그리고 그런 다음에 복호화하는 것이다.

도면들 중에서 도 2를 다시 참조하면, 예시적인 제어장치(10)의 제어기(11)의 설시적 그림이 도시되어 있다. 온-보드 응용 제어기(103)가 도 2에 도시된 점선 박스 내에 포함되는 것으로 도시되어 있고 또한 상태 피드백 응용 제어 알고리즘을 처리하는 프로세서 섹션(102)과 시퀀스 논리와 CNC 명령 프로파일 둘 다를 처리하는 시퀀스 논리섹션(104)을 포함한다.

예시적인 제어장치(10)에서, 소프트웨어 플랫폼이 제공되어, 응용 제어 알고리즘은 사용자에 의해 프로그램될 수 있지만, 대신에 제조자에 의해 프로그램될 수도 있다. 소프트웨어 플랫폼은 또한 사용자가 시퀀스 논리와 CNC 프로파일들을 프로그램할 수 있도록 하거나 또는 대신에 제조자에 의해 프로그램될 수 있도록 한다.

예시적이 유압 제어장치(10)는 캐스케이드된 제어 아키텍처(cascaded control architecture)를 사용하므로, 시퀀스 논리 및 NC 제어기(Sequencing Logic and NC controller)(104)는 가장 높은 레벨에서 작동한다. 이 제어기의 기능은, 감독 PLC(60)로부터 "스타트 프로파일" 명령을 수신하고 또한 "프로파일 컴플리트" 상태를 감독 PLC(60)로 전송하는 것이다. 시퀀스 논리 및 NC 제어기(104)는 또한 상태 기계의 현 상태 또는 진단 또는 오류 정보와 같은 다른 다양한 상태 워드들을 감독 PLC(60)로 전송할 수 있다. 마지막으로, 시퀀스 논리 및 NC 제어기(104)는, 캐스케이드에서 응용 상태 피드백 제어기(Application State Feedback controller)(102)인 다음의 낮은(lower) 제어기에 명령 프로파일과 시퀀스 정보를 제공한다.

응용 제어기(103: applicaiton controller)는 객체 딕셔너리 데이터베이스(124)에 대한 판독/기록 액세스를 가진다. 이 데이터베이스는 A/D(123) 또는 SSI 인터페이스(126)에 의해 기록되는, 감지된 데이터를 페칭(fetcing)하기 위한 저장소이다. 이 데이터베이스(124)는 또한 망/필드버스 인터페이스(113)에 의해 방송되게 되는 상태 정보를 저장하기 위한 저장소이다. 캐스케이드에서 상기 다음의 낮은 제어기는 응용 상태 피드백 제어기(102)이다. 이 제어기의 기능은, 실시간 상태 피드백 제어 알고리즘을 실행하기 위하여 급속한, 고정 샘플율(rapid, fixed sample rate)로 소프트웨어 명령들을 수행하는 것이다. 응용 상태 피드백 제어기(102)는 시퀀스 논리 및 NC 제어기(104)로부터 그의 명령 궤적을 수신하고 또한 객체 딕셔너리 데이터베이스(124)를 통해 감지한 상태 피드백 변수들을 수신한다. 이들 명령들과 피드백들을 기반으로, 응용 상태 피드백 제어기(102)는 캐스케이드에서 다음의 낮은 제어기로 통과되게 될 조작(manipulation)을 계산한다. 응용 상태 피드백 제어기(102)는 사용자에 의해 프로그램될 수 있거나 또는 제조자에 의해 재-프로그램될 수 있다. 캐스케이드에서 상기 다음의 낮은 제어기는 `제어밸브 피스톤위치 제어기(114)일 수 있거나 또는 제어밸브 액추에이터 전류 제어기(Control Valve Actuator Current Controller)(116)일 수 있거나 또는 제어밸브 액추에이터 PWM 제어기(112)일 수 있다. 이의 선택은, 객체 딕셔너리 데이터베이스(124)에서 "제어모드(Control Mode)" 변수를 통해 응용 제어기(103)에 의해 소프트웨어적으로 선택 가능하다. 제어모드의 이 소프트웨어 선택은 도 2에서 스위치(110)로 도시되어 있다.

흐름 제어기(106)가 스위치(110)에 연결되거나 또는 압력 제어기(108)가 스위치(110)에 연결되도록 스위치(107)의 위치는 프로세서 섹션(102)에 의해 선택된다. `제어밸브 피스톤위치 제어기(114)는 명령된 피스톤위치와 실제 피스톤위치(xi) 간의 에러를 기반으로 현재 명령을 계산하고 또한 생성하기 위하여 소프트웨어 논리를 포함한다. 이 신호는 전류 제어기(116)에 전송된다. 전류 제어기(116)는 명령된 전류와 감지한 액추에이터 전류(ia 또는 ib) 간의 에러를 기반으로 PWM 명령신호를 발생한다. PWM 신호들은 펄스폭 변조(Pulse Width Modulated)(PWM) 전류구동기(112)로 전송된다. PWM 전류구동기(112)는 전자석밸브 액추에이터 A(118)과 B(120)을 통해 흡수되어 제어밸브 피스톤을 이동시키도록 힘을 가하는 전류(ia 및 ib)를 발생한다. 전자석밸브 액추에이터(118 및 120)들은 제어밸브 피스톤의 위치를 결정하고, 그런 다음 유압 액추에이터(52)로 가압된 유압 오일의 흐름을 제어한다.

예컨대, 시퀀스 논리 및 NC 제어기(104)는 사용자 프로그램된 논리를 기반으로 흐름 제어 상태 피드백 제어기(106) 또는 압력 제어 상태 피드백 제어기(108)를 호출하여, 사출성형장치에서 공통적으로 사용되는 pQ 제어 애플리케이션을 실행한다. 시퀀스 논리 및 NC 제어기(104)는 동작 상태에서, 선택된 상태 피드백 제어기에 사용자 프로그램된 흐름 명령 프로파일 또는 압력 명령 프로파일을 제공할 수 있다. 선택된 상태 피드백 제어기의 출력은 궁극적으로 제어밸브 스풀을 위치시키는 스위치(110)의 상태를 기반으로 한 조작(114, 116 또는 112)일 수 있다.

유사한 방식으로, 추가적인 유압 액추에이터가 로컬 필드버스 상의 슬레이브 밸브(50)를 통해 응용 제어기(103)에 의해 제어될 수 있다. 만일 요청된다면, 위치 제어기(114) 또는 전류 제어기(116) 또는 둘 다는 객체 딕셔너리 데이터베이스(124)에서 "밸브 제어 모드"의 선택을 통해 "소프트웨어 스위치"를 사용하여 프로세싱 열(processing chain)에서 제거될 수 있다. 도 2에서 아이뎀(110)으로 도시된 바와 같이 이 "소프트웨어 스위치"의 상태는 응용 제어기(103)에 의해 제어된다. 이 매카니즘을 사용하여 응용 제어기에 의해 발생된 제어신호는 위치 제어기(114) 또는 전류 제어기(116)에 공급되거나 또는 PWM 전류구동기(112)에 직접 공급될 수 있다.

기계에서 한 분산 유압 축(12A 및 12B)과 다른 분산 유압 축들의 높은 수준의 동작을 조정하기 위하여, 감독 PLC 컴퓨터(60)가 응용 제어기(103)에 연결되는 글로벌 망 버스라인(즉, 글로벌 버스시스템(34))에 연결된다. 사용자는 감독 PLC(60)에 의해 명령되는 바와 같이 유압 축의 원하는 동작 또는 실행을 명령하기 위하여 응용 제어기(103)를 프로그램할 수 있다. 그런 다음, 응용 제어기(103)는 원하는 제어신호를 발생하고, 제어신호는 캐스케이드 내 다운스트림 제어기들(112, 114, 116)에 전송되고 또한 동시 축 제어의 경우에 로컬 버스망 접속(33)을 통해 슬레이브 유압 제어밸브(50)에 전송된다. 비록 하나 또는 다수의 액추에이터들이 예시적인 시스템에 사용할 수 있다 하더라도, 이 예에서 두 개의 액추에이터들이 도시되어 있다.

액추에이터(12A 및 12B)의 동작은 응용 제어기(103)의 사용을 통한 폐회로 제어인데, 센서들의 선택은 폐회로 제어 입력을 제공하는데 사용된다. 제어밸브(16)에서 그의 각 액추에이터(12)로 작업포트 압력들의 측정을 위해 센서(Pa 및 Pb)로 구성되는 압력센서들이 도 1에서는 아이템(도면부호 25)로 그리고 도 2에서 아이템(도면부호 130)으로 도시되어 있다. 압력센서(Ps)는 고압 유체 공급라인의 압력을 측정하고 또한 압력센서(Pt)는 회수탱크(미도시)에서 유체 레벨을 측정한다. 센서(Vp)는 제2단 제어밸브 스풀(미도시)의 위치를 측정하는 한편 센서(Cp)는 유압 액추에이터 피스톤(12)의 위치를 측정한다. 사용자가 그들 자신의 제어논리와 알고리즘을 응용 제어기(103)에 프로그램할 수 있도록 최대 유연성을 제공하기 위해, 추가적인 센서 데이터가 필요할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 목적을 위해, 외부 센서 인터페이스(125)가 제공되어 외부 센서 데이터가 제어기(11)로 전달될 수 있다. 이 외부 센서 데이터는 확장된 객체 딕셔너리 데이터베이스(103)에 대한 판독 액세스(read access)를 통해 응용 제어기(103)에서 이용할 수 있게 된다.

확장된 객체 딕셔너리(124)는 A/D(123)와, 망버스 인터페이스(113)와, 응용 제어기(103)와 그리고 SSI 인터페이스(126)에 연결된다. 외부 아날로그 센서(130)로부터 신호들을 디지털화 하는 A/D(123)와는 달리, SSI 인터페이스(126)는 외부 디지털 센서(미도시)에서 객체 딕셔너리(124)로 신호들을 통과시키는 역할을 한다. 객체 딕셔너리(124)는 교정 셋팅(calibration settings), 센서 변수들, 진단 플래그(diagnostic flags), 제어 알고리즘 변수들, 이득 테이블(gain tables), 신호 임계치(signal thresholds) 및 불감대(dead band)와 같은 정보와 다른 데이터를 포함할 수 있다.

도면들 중 도 3을 참조하면, 일련의 슬레이브 액추에이터에 연결되는 제어기(11)의 개략적인 모습이 도시되어 있다. 제어기(11)의 회로보드는 마이크로프로세서(32)와 인터페이스 모듈과 같은 다양한 전자 요소들을 포함한다. 로컬통신 신호라인(33A)이 CAN 버스 또는 이더넷 망과 같은 로컬통신 필드버스 또는 망에 연결된다. 글로벌 통신 신호라인(34:즉, 글로벌 버스시스템)은 CAN 또는 이더넷과 같은 글로벌 통신 필드버스 또는 망에 연결된다. 마이크로프로세서(32)는 유압 제어밸브(16)와 슬레이브 유압 제어밸브(50A 및 50B)에 전송되는 제어신호와 같은 다양한 신호들을 발생시키는데 필요한 신호 처리와 알고리즘 지원을 제공하는 응용 특정 집적회로(ASCI) 마이크로칩 또는 비슷한 장치일 수 있다. 다양한 유압 제어밸브들이, 버스 또는 망 통신시스템(33) 상의 노드(50A 및 50B)로서 제어기(11)에 연결되는 것으로 도 3에 도시되어 있다. 제어기(11)는 "마스터"로서 표시되고 그리고 추가적인 유압 제어밸브들은 슬레이브로서 표시된다. 각 유압 제어밸브(16, 50A 및 50B)는 유압 접속들을 통해 실린더 액추에이터(12A, 12B 및 12C)에 연결된다. 각 실린더 액추에이터는 애추에이터 피스톤의 위치 및/또는 속도를 감지하기 위해 센서(23A, 23B 및 23C)를 가지는 기구이다. 각 액추에이터 센서는 인터페이스(56A, 56B 및 56C)를 통해 제어기(11)에 연결된다. 인터페이스(56A, 56B 및 56C)는 SSI와 같은 아날로그 인터페이스 또는 디지털 인터페이스일 수 있거나 또는 엔코더와 같은 별개의 인터페이스일 수 있다. 액추에이터 센서(23A, 23B 및 23C)들은 또한 로컬 망 또는 버스시스템(33) 상의 추가적인 슬레이브 노드들로서 제어기(11)에 인터페이스될 수 있다. 이러한 형식에서, 제어기(11)는 유압 제어밸브(16)에 의해 제어되는 유압 액추에이터(12A)를 제어할 수 있어서, 제어기(11)는 하나 이상의 추가적인 유압 액추에이터(12B 및 12C) 내에 상주한다. 각 유압 액추에이터에 대한 제어논리와 상태 피드백 알고리즘들은 여기에서 기술한 바와 같이 사용자에 의해 제어기(11) 내로 프로그램될 수 있다.

도면들 중에서 도 3을 참조하면, 예시적인 유압 제어시스템의 개략적인 모습이 도시되어 있는데, 여기서 제어기(11)는 제어밸브(50A, 50B)와 같은 적어도 하나의 슬레이브 제어밸브유닛에 제어신호들을 전송하는데 사용된다. 제어기(11)는, 앞서 기술하였던 CAN 버스로서 알려진 것일 수 있는 로컬 버스(33)에 전기적으로 연결된다. 슬레이브 제어밸브(50A, 50B)들 각각에 연결되는 로컬 버스(33)를 통해 전기적 통신신호들이 전송된다. 전송된 신호들을 부호화되어, 적절한 슬레이브 액추에이터(50A 및 50B)만이 그의 슬레이브 제어신호에 응답한다. 슬레이브 제어신호는 예컨대, 요청된 실린더 위치 또는 제어밸브 위치 또는 압력레벨 또는 힘 레벨과 같은 변수를 나타낸다. 슬레이브 액추에이터들의 실행과 관련된 변수들은, 유압 실린더(12A, 12B 및 12C)들의 이동을 감지하는 액추에이터(23A, 23B 및 23B)들 각각에 있는 센서에 연결되는 통신선(56A, 56B 및 56C)들에 의해 전송된다. 그런 다음, 센서들로부터 신호들은 제어기(11)로 전송되는데, 여기서 신호들이 처리되고 또한 새로운 신호가 로컬 버스라인(33)을 통해 제어밸브(16, 50A, 50B)들에 전송된다. 유압 실린더(12A, 12B 및 12C)들의 위치는 슬레이브 통신라인(56A, 56B 및 56C)을 통해 제어기(11)로 전송된다. 센서들에 의해 생성된 신호들의 진폭은 부호화되고 또한 다중화되거나(multiplexed) 또는 액추에이터 센서(23A, 23B 및 23B)들과 같은 센서들은 제어기(11)에 직접 연결될 수 있다.

제어기(11)는 글로벌 버스 통신라인(34)을 통해, PLC일 수 있는 중앙 감독 컴퓨터(60)와 전기적으로 통신한다. 감독 컴퓨터(60)는 마스터 유압 제어장치(10)를 조절하여, 마스터 제어장치와 특히 마이크로프로세서(32)에 의해 생성되는 신호들을 제어하도록 응답하는 슬레이브 액추에이터들의 실행을 조절하도록 프로그램될 수 있다. 예컨대, 사용자는, 마스터 및 슬레이브 액추에이터(12A - C)들의 이동이 순차적으로 이동하도록 하는 요청을 프로그램할 수 있다. 그런 다음, 사용자에 의해 플래시 프로그램된 마이크로프로세서(32)가 제어신호들을 발생하고, 제어신호들은 마스터 제어밸브(16)와 슬레이브 유압 제어밸브(50A 및 50B) 각각에 전송되어 액추에이터(12A, 12B 및 12C)들의 원하는 동작을 발생한다. 이러한 형식에서, 신호 제어기(11)는 분산 제어 아키텍처에서 작동할 수 있어서, 두 개 이상의 유압 제어밸브들을 필요로 하는 기계에서 분산 기능을 제어한다. 분산된, 다중-제어 밸브 기능들의 예들은, 제한하는 것은 아니지만 다음을 포함한다:

● 동시 축 제어(마스터/슬레이브)

● 트윈 스풀 메터 인/메터 아웃 제어(마스터/슬레이브)

● 병렬 흐름 제어

● 안전 차단의 분산 제어

마스터 유압 제어밸브(16)는 글로벌 망 또는 감독 PLC(60)에 의해 제어되는 필드버스 인터페이스(34)에서 슬레이브로서 작동한다. 감독 PLC(60)는 10, 10', 10"과 같은 기계 상의 다른 분산 제어기들을 감시하고 또한 조정한다.

본 명세서는, 명세서의 기재 내용을 수행하기 위한 최고 모드들을 단순히 도시하고 있는 선행 도면들을 참조하여 도시하고 기술하였다. 여기에서 기술한 명세서의 설명에 대한 다양한 대안들이, 다음 청구항들에 규정된 것과 같은 본 발명의 사상과 범위를 이탈하는 일이 없이 본 발명을 실행하는데 채용할 수 있다는 것을 본 기술분야의 당업자라면 이해할 것이다. 다음의 청구항들은 본 발명의 범위를 규정하고 또한 이들 청구항들의 범위 내에 있는 방법과 장치들과 그리고 이들의 등가안들이 이에 의해 커버된다. 본 발명의 상세한 설명은 모든 새로운 요소들과 또한 여기에서 기술된 요소들의 비-자명한 조합들을 포함한다는 것을 이해해야 하고, 또한 청구항들은 이들 요소들의 소정의 신규 및 비-자명 조합이 본 출원 또는 나중 출원에 제시될 수 있다. 게다가, 상기 설명은 설시적인 것이고, 또한 본 출원 또는 나중 출원에서 주장될 수 있는 모든 가능한 조합들에 단일 특징 또는 요소가 필수적이지 않다.

Claims (23)

  1. 유체 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 알고리즘들을 가지는 유체 제어시스템에 있어서, 상기 유체 제어시스템은:
    제어 알고리즘을 포함하는 마이크로프로세서와;
    액추에이터로의 가압된 유체의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브와;
    상기 제어밸브에 연결되고 또한 위치신호를 발생하는 밸브위치센서(28); 및
    마이크로프로세서로부터 분리된 감독 제어기를 포함하고;
    상기 마이크로프로세서는 상기 감독 제어기로부터 분산된 제어 명령신호를 수신하고,
    상기 감독 제어기는 상기 제어밸브를 조작하지 않고 또는 상기 밸브위치센서(28) 또는 가압된 유체를 감시하지 않고, 상기 마이크로프로세서의 동작 상태를 감시하며,
    마이크로프로세서가 상기 감독 제어기로부터 수신된 분산된 명령신호에 응답해서 적어도 하나의 제어밸브 명령신호를 발생하고, 상기 제어밸브 명령신호는 상기 제어밸브(16)에 전송되어 이를 이동시켜서, 가압된 유체가 액추에이터로 도입되도록 하여 액추에이터(12)가 이동되게 함으로써, 마이크로프로세서에 의해 실행된 폐회로 제어 알고리즘에서의 사용을 위해, 변위센서(23)가 액추에이터의 변경된 위치신호를 상기 마이크로프로세서(32)로 전송하게 하고, 상기 감독 제어기에 전송하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 외부 센서와 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 적어도 하나의 외부 센서와 상기 마이크로프로세서에 연결되고; 그리고
    상기 아날로그-디지털 변환기는, 변환기가 연결되는 외부 센서들 중 적어도 하나로부터 신호들을 수신하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    동기 직렬 인터페이스(synchronous serial interface:SSI) 장치를 더 포함하고, 상기 동기 직렬 인터페이스(synchronous serial interface:SSI) 장치는 외부 센서와 상기 마이크로프로세서 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 응용 제어 알고리즘과 시퀀스 논리 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    감독 제어기와 적어도 하나의 슬레이브 액추에이터들과 통신을 위한 망 버스 인터페이스를 더 포함하고 그리고 상기 적어도 하나의 슬레이브 액추에이터는 마이크로프로세서로부터 망 버스 인터페이스를 통해 명령들을 수신하고, 또한 마이크로프로세서는 감독 제어기로부터 높은 레벨의 명령신호들을 수신하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    작업유체는 유압 오일인 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서에 연결되고 또한 적어도 하나의 외부 센서에 연결되는 로컬 통신 버스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서에 연결되고 또한 상기 감독 제어기에 연결되는 글로벌 통신 버스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  11. 유체 작동 액추에이터를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    프로그램 가능한 마이크로프로세서를 포함하고, 또한 제어 알고리즘들이 그 안에 프로그램되는 제어기를 제공하는 단계와;
    높은 레벨의 분산된 제어 명령신호를 발생하고, 이들을 선택적으로 제어기에 전송하는 감독 제어기를 제공하는 단계와;
    감독 제어기가 액추에이터 또는 그것 내의 유체를 연속적으로 감시하지 않고 마이크로프로세서의 동작 상태를 감시하는 단계와;
    상기 제어기에 전기적으로 연결되고 유체 작동 액추에이터에 유압적으로 연결되는 제어밸브를 제공하는 단계와;
    위치신호를 발생하여 이 신호를 제어기에 전송하는 밸브위치센서(28)를 제어밸브에 제공하는 단계를 포함하고;
    제어기가 상기 감독 제어기로부터 수신된 분산된 제어 명령신호에 응답해서 제어밸브 명령신호를 제어밸브에 전송하여, 제어밸브(16)가 이동하게 함으로써, 가압된 유체가 유체 작동 액추에이터에 도입되게 하고 또한 액추에이터가 이동하게 하여, 폐회로 제어 알고리즘에서의 사용을 위해, 변위센서(23)가 액추에이터의 변경된 위치신호를 제어기(11)로 전송하게 하고, 감독 제어기에 전송하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    액추에이터 센서를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 액추에이터 센서는 상기 유체 작동 액추에이터에 연결되고 또한 상기 제어기에 전기적으로 연결되며, 상기 제어기는 상기 제어밸브에 신호를 발생시켜 상기 액추에이터 센서의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어기와 적어도 하나의 슬레이브 액추에이터 사이의 통신을 위한 로컬 버스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제어기와 감독 제어기 사이의 통신을 위한 글로벌 버스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서에 연결되는 적어도 하나의 센서를 가지고 또한 슬레이브 액추에이터로의 가압된 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 슬레이브 제어밸브를 가지는 적어도 하나의 슬레이브 액추에이터를 더 포함하고, 상기 슬레이브 제어밸브는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    유체 액추에이터의 동작을 제어하고 또한 변위센서(23)로부터 신호들을 수신하는 제어기의 한 요소인 상기 마이크로프로세서와;
    상기 유체 액추에이터에 유체적으로 연결되는 상기 제어밸브와;
    제어기와 통신하여 제어기의 동작상태를 감시하고 또한 높은 레벨의 명령신호들을 선택적으로 제어기에 전송하는 감독 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어시스템.
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