KR101920922B1 - 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법 - Google Patents

공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 검출하는 신호 검출부, 및 신호 검출부로부터 구동 신호 및 피드백 신호를 입력받아 상호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 산출된 개도 편차에 기초하여 밸브의 이상을 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법{APPARATUS FOR DIAGNOSING PNEUMATIC CONTROL VALVE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공압식 제어 밸브의 물리적 이상 및 유체의 상태를 진단하기 위한 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전소에 사용되는 공압식 제어 밸브는 급수유량, 연료량, 드럼수위 제어등 주요 프로세스에 사용되어 안정적이고 효율적으로 양질의 전기를 생산하는데 중요한 역할을 수행하고 있다. 공압식 제어 밸브는 주로 개폐용 또는 유량 조절용으로 사용되며, 그 종류로는 피스톤 방식, 실린더 방식 및 다이아프램 방식의 공압식 제어 밸브가 있다.
이러한 공압식 제어 밸브는 유체의 개폐, 압력, 유량 등을 제어하는 산업체의 필수 부품으로 발전소, 석유, 화학 및 플랜트 등 여러 분야에서 중요한 역할을 수행하고 있어, 그 고장 발생 시에는 출력 감발 및 발전 정지가 발생할 위험이 존재한다.
예를 들어, 공압식 제어 밸브의 트림 및 스템(Trim & Stem)의 구성품에 발생하는 기계적 결함, 다이아프램 또는 실린더에서 발생하는 공기 누설, 또는 밸브의 개도를 제어하는 포지셔너의 고장 등 공압식 제어 밸브에 이상이 발생하는 경우, 출력 감발 및 발전 정지에 따라 생산성이 저감되고 보수 비용이 증가하는 문제점이 존재하지만, 종래 이를 통합적으로 계측하는 진단 설비 및 분석 장비가 존재하지 않아 공정 계통이 비정상적으로 동작할 경우에만 사후적으로 조치할 수 밖에 없는 한계가 존재하였다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2007-0053947호(2007. 05. 28 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 공압식 제어 밸브의 이상을 통합적으로 진단하여 그 고장에 따른 출력 감발 및 발전 정지를 사전에 방지하고, 공압식 제어 밸브에 대한 예방 정비를 통해 보수 비용 및 비계획 손실을 절감시키기 위한 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치는, 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 상기 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 상기 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 검출하는 신호 검출부, 및 상기 신호 검출부로부터 상기 구동 신호 및 상기 피드백 신호를 입력받아 상호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 상기 산출된 개도 편차에 기초하여 상기 밸브의 이상을 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 밸브의 이상은 상기 포지셔너를 통해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 포지셔너 이상, 상기 밸브의 스템(stem) 고착으로 인해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 밸브 고착, 및 상기 밸브의 개도가 상기 구동 신호에 대응되는 목표 개도에 도달하는데 소요되는 시간이 지연되는 상태인 밸브 응답성 이상 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제1 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 포지셔너 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제2 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제2 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 구동 신호의 시간에 대한 기울기, 및 상기 피드백 신호의 시간에 대한 기울기 간의 편차가 미리 설정된 기준 기울기 편차 이상이면 상기 밸브 고착으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간에 근거하여 상기 밸브 응답성 이상을 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단부는, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 이상인 것으로 판단되었을 때의 상기 피드백 신호의 값과, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때의 상기 피드백 신호의 값 간의 편차, 및 상기 소요시간의 비로 결정되는 응답성 기울기가 미리 설정된 기준 응답성 기울기 이하인 경우, 상기 밸브 응답성 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 밸브의 바디로부터 유체가 누설되는 밸브 누설로 인해 발생하는 음향 신호를 검출하여 상기 진단부로 전달하는 누설 검출부를 더 포함하고, 상기 진단부는, 상기 누설 검출부로부터 입력받은 음향 신호에 근거하여 상기 밸브 누설 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단부는, 상기 입력받은 음향 신호를 샘플링하고 상기 샘플링된 음향 신호에 대하여 주기적으로 산출되는 평균값에 기초하여 상기 밸브 누설 여부를 진단하되, 미리 설정된 제1 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값을 누적하여 기준값을 산출하고, 상기 제1 설정시간 경과 후에 미리 설정된 제2 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값 중 최대값을 결정한 후, 상기 기준값 및 상기 최대값 간의 편차가 미리 설정된 기준치 이상이면 상기 밸브 누설로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 밸브로 공급될 유체의 노점을 측정하는 노점 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 노점 측정부는 상기 유체의 노점을 실시간으로 측정하여 상기 진단부로 전달하고, 상기 진단부는, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 노점 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 노점 이상을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 밸브로 공급될 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수하여 유체의 오염 여부를 진단하는 입자 계수부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 입자 계수부는, 상기 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수한 결과를 토대로 상기 입자들의 평균 크기를 실시간으로 산출하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 산출된 평균 크기 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 오염도 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 오염 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 밸브로 공급될 유체의 압력을 진단하는 압력 진단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 압력 진단부는, 상기 유체의 압력을 실시간으로 측정하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 유체의 압력 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 압력 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 압력 이상을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법은, 진단부가, 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 상기 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 상기 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 입력받는 단계, 및 상기 진단부가, 상기 구동 신호 및 상기 피드백 신호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 상기 산출된 개도 편차에 기초하여 상기 밸브의 이상을 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 공압식 제어 밸브의 물리적 이상 및 밸브로 공급되는 유체의 이상을 통합적으로 진단함으로써 밸브 진단에 소요되는 시간이 단축되는 동시에 출력 감발 및 발전 정지로 인한 생산 감축을 억제시킬 수 있으며, 공압식 제어 밸브에 대한 종합적인 상태 분석을 통해 발전 설비의 신뢰도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치를 포터블(portable) 방식으로 구현한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 포지셔너 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 고착을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 누설을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 노점 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 오염 여부를 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 압력을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 먼저 공압식 제어 밸브에 대하여 설명한다.
공압식 제어 밸브(Pneumatic Control Valve)는 전술한 것과 같이 공압을 이용하여 밸브를 구동시키는 것으로서, 피스톤 방식, 실린더 방식 및 다이아프램 방식의 공압식 제어 밸브가 주로 사용된다.
피스톤(Piston) 방식의 공압식 제어 밸브는 밸브 바디 위에 수직 방향으로 실린더와 피스톤이 설치된 밸브로서, 주로 글로브형 밸브 바디의 개폐 용도로 사용된다. 즉, 피스톤의 하부로 공기를 공급하면 피스톤이 상승하여 밸브가 개방되고 그 반대의 경우에는 폐쇄되는 구조이다.
실린더(Cylinder) 방식의 공압식 제어 밸브는 밸브 바디 위에 수평 방향으로 실린더가 설치되고 내부에 피스톤을 가진 밸브로서, 볼 밸브(Ball Valve) 또는 버터플라이 밸브(Butterfly Valve) 등과 같이 90도 회전하면서 밸브가 개폐되는 용도로 사용된다. 주로 밸브의 스템을 회전시키는 용도로 랙기어와 피니언이 사용되며, 예컨대, 실린더의 어느 한 쪽에 공압이 가해지면 피스톤이 랙기어를 구동시켜 중앙에 있는 피니언을 회전시키면서 밸브를 개폐시킨다.
다이아프램(Diaphragm) 방식의 공압식 제어 밸브는 글로브 밸브를 바디로 사용하는데, 대부분의 경우 다이아프램 방식의 공압식 제어 밸브는 유량 조절을 통한 온도제어 등의 용도로 사용되고 있다. 다이아프램 방식의 공압식 제어 밸브에는 포지셔너로부터 연결관을 통하여 입력받는 공기의 공압에 의해 변형막인 다이아프램이라는 액츄에이터의 위치를 변경할 수 있다. 공압에 따라서 다이아프램의 높낮이가 변경됨으로써, 이에 연결된 스템이 상하로 왕복 이동될 수 있다. 따라서 스템과 연결된 차단체를 들어 올리거나 내리는 것으로 밸브를 구동시킬 수 있다. 결국, 포지셔너를 사용하여 일정한 위치에서 공기의 공급을 조절하여 차단체를 통해 밸브의 입력단과 출력단 사이를 단속함으로써 밸브의 개방 정도를 조절할 수 있다.
본 실시예에서는 그 이해를 돕기 위해 다이아프램 방식의 공압식 제어 밸브를 예로 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않으며 본 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치 및 방법은 실린더 방식의 공압식 제어 밸브 및 피스톤 방식의 공압식 제어 밸브에 대하여 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 또한 이하에서 표기하는 유체는 공기를 의미하는 것으로 설명하지만, 밸브로 공급되어 그 개폐를 제어할 수 있는 모든 유체를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치는 신호 검출부(10), 증폭기부(20), 누설 검출부(30), 전치증폭기부(40), 모듈부(50), 입자 계수부(60), 압력 진단부(70), 노점 측정부(80), 진단부(90) 및 각 부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(100)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치는 후술할 것과 같이 밸브의 이상(포지셔너 이상, 밸브 고착 및 밸브 응답성 이상)을 통합적으로 진단하는 구성에 그 특징이 있으며, 이와 함께 밸브 누설 및 유체의 상태(유체의 노점, 오염도 및 압력)도 진단할 수 있는 공압식 제어 밸브의 통합 진단 장치를 제공하는 것에 그 특징이 있다. 밸브의 이상, 밸브 누설, 유체의 노점, 유체의 오염도 및 유체의 압력은 각각 신호 검출부(10), 누설 검출부(30), 노점 측정부(80), 입자 계수부(60) 및 압력 진단부(70)를 이용하여 진단할 수 있으며, 이하에서는 전술한 진단 항목을 정의하면서 각 구성을 통해 밸브의 이상, 밸브 누설 및 유체의 상태를 진단하는 과정을 구체적으로 설명한다.
먼저, 신호 검출부(10)를 통해 밸브의 이상을 진단하는 과정을 설명한다.
신호 검출부(10)는 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 검출할 수 있다.
구체적으로, 포지셔너는 밸브의 개도를 제어하기 위해 외부의 제어장치(예: DCS-Distributed Control System, 분산 제어 시스템)로부터 입력받은 구동 신호에 따라 결정된 공압을 밸브로 공급함으로써 밸브의 개도를 제어할 수 있다. 또한 포지셔너는 밸브의 실제 개도상태를 반영한 궤환 신호, 즉 피드백 신호를 출력할 수 있다. 포지셔너로 입력되는 구동 신호 및 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호는 통상적으로 20[mA]이하의 값을 갖는 전류 신호로서, 따라서 본 실시예에 따른 신호 검출부(10)는 전류 신호인 구동 신호 및 피드백 신호를 검출하기 위해 전류 센서(Current Meter)로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
신호 검출부(10)는 검출한 구동 신호 및 피드백 신호를 증폭기부(20)를 통해 증폭시킨 후 진단부(90)로 전달할 수 있다. 이에 따라 진단부(90)는 신호 검출부(10)로부터 구동 신호 및 피드백 신호를 입력받아 구동 신호 및 피드백 신호 간의 편차인 개도 편차(즉, 개도 편차는 구동 신호 및 피드백 신호 간의 편차로 정의된다.)를 산출하고, 산출된 개도 편차에 기초하여 밸브의 이상을 진단할 수 있다. 즉, 진단부(90)는 밸브의 목표 개도가 반영되어 외부의 제어장치로부터 포지셔너로 입력되는 구동 신호와, 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호에 근거하여 밸브의 이상을 진단할 수 있다. 개도 편차의 단위는 구동 신호 및 피드백 신호가 전류 신호임을 고려하여 전류 단위인 [mA]로 설정될 수 있고, 밸브의 개도율을 고려하여 [%]로 설정될 수도 있다.
밸브의 이상은 전술한 것과 같이 포지셔너 이상, 밸브 고착 및 밸브 응답성 이상 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 하기와 같이 정의하기로 한다.
포지셔너 이상은 포지셔너를 통해 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태로 정의한다. 밸브 고착은 밸브의 스템(stem) 고착으로 인해 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태로 정의한다. 밸브 응답성 이상은 밸브의 개도가 구동 신호에 대응되는 목표 개도에 도달하는데 소요되는 시간이 지연되는 상태로 정의한다.
포지셔너 이상을 진단하는 과정을 설명한다.
진단부(90)는 개도 편차가 미리 설정된 제1 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 포지셔너 이상으로 판단할 수 있다.
포지셔너로 입력되는 구동 신호 및 이에 응답하여 출력되는 피드백 신호는 통상적으로 소정의 편차(2% ~ 5%)가 존재하기 때문에, 제1 기준편차를 통상적으로 존재하는 소정의 편차 이상인 값으로 설정한 후, 개도 편차가 제1 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 포지셔너로 입력되는 구동 신호에 대응되는 밸브의 개도가 형성되지 않은 것으로 판단하여 포지셔너에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다(따라서 제1 기준편차는 통상적으로 존재하는 소정의 편차를 고려하여 미리 설정될 수 있다(예: 10%)). 또한 포지셔너에 일시적 이상이 발생한 경우를 배제하기 위해, 개도 편차가 제1 기준편차 이상인 상태가 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우를 포지셔너 이상으로 판단함으로써 보다 정확하게 포지셔너 이상을 진단할 수 있다. 제1 기준 지연시간 또한 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 진단부(90)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
다음으로, 밸브 고착을 진단하는 과정을 설명한다.
진단부(90)는, 개도 편차가 미리 설정된 제2 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제2 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 구동 신호의 시간에 대한 기울기(즉, 구동 신호 값의 시간에 따른 증감량), 및 피드백 신호의 시간에 대한 기울기(즉, 피드백 신호 값의 시간에 따른 증감량) 간의 편차가 미리 설정된 기준 기울기 편차 이상이면 밸브 고착으로 판단할 수 있다.
즉, 구동 신호가 시간에 따라 증감하고 있음에도 이에 대응되는 피드백 신호의 시간에 따른 증감량이 구동 신호에 응답하지 못하는 경우, 밸브의 스템 고착으로 인해 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태로 판단함으로써 밸브 고착을 진단할 수 있다. 제2 기준편차, 제2 기준 지연시간 및 기준 기울기 편차는 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 진단부(90)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
다음으로, 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정을 설명한다.
진단부(90)는 개도 편차가 미리 설정된 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간에 근거하여 밸브 응답성 이상을 진단할 수 있다.
제3 기준편차는 밸브 응답성 이상 진단에 대한 개시조건이 된다. 개도 편차가 제3 기준편차 미만인 경우라면, 구동 신호에 대응되는 밸브의 개도가 현재 형성된 상태로 볼 수 있어 밸브 응답성 이상을 진단할 수 없기 때문에, 개도 편차가 제3 기준편차 이상으로 판단된 때(이하 개시시점)를 폐쇄 상태에 있던 밸브가 개방되기 시작한 때로 판단하여 밸브 응답성 이상 진단을 개시할 수 있다. 따라서 제3 기준편차는 밸브가 개방되기 시작하는 시점을 어느 시점으로 결정할 것인지에 따라 설계자에 의해 적절히 설계될 수 있다(즉, 제3 기준편차는 밸브 응답성 이상을 진단하기 위해 설계자에 의해 선택되는 구동 신호 및 피드백 신호 간의 편차를 의미한다.).
소정의 시간이 소요되어 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때(이하 도달시점), 진단부(90)는 구동 신호에 대응되는 밸브의 개도가 형성된 것으로 판단하여 개시시점으로부터 도달시점까지의 소요시간을 산출하고, 산출된 소요시간에 근거하여 밸브 응답성 이상을 진단할 수 있다.
진단부(90)는 전술한 소요시간에 근거하여 밸브 응답성 이상을 진단하기 위해, 개시시점 및 도달시점 간의 피드백 신호 값의 증가율인 응답성 기울기를 이용할 수 있다. 즉, 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 것으로 판단되었을 때의 피드백 신호의 값(개시시점의 피드백 신호 값)과, 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때의 피드백 신호의 값(도달시점의 피드백 신호 값) 간의 편차, 및 소요시간의 비로 결정되는 응답성 기울기가 미리 설정된 기준 응답성 기울기 이하인 경우, 밸브 응답성 이상으로 판단할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다.
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소요시간이 길수록 응답성 기울기가 감소하므로, 응답성 기울기가 기준 응답성 기울기 이하인 경우, 진단부(90)는 밸브 응답성 이상으로 판단할 수 있으며, 기준 응답성 기울기는 밸브의 사양과 성능, 및 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 진단부(90)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
본 실시예에서는 진단부(90)가 밸브 응답성 이상을 진단할 때, 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 후, 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간에 기초하여 밸브 응답성 이상을 진단하는 구성으로 설명하였으나, 실시예에 따라서는 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 소정의 시간 동안의 피드백 신호의 기울기를 산출하여 밸브 응답성 이상을 진단하는 구성으로 구현될 수도 있다.
즉, 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 진단부는 입력받는 피드백 신호의 시간에 대한 기울기(즉, 피드백 신호 값의 시간에 대한 증감율)을 산출하고, 산출된 기울기가 미리 설정된 설정 기울기 미만인 경우, 밸브 응답성 이상으로 판단할 수도 있다.
이상에서 밸브의 이상을 진단하는 과정을 설명하였으며, 이하에서는 누설 검출부(30)를 통해 밸브 누설을 진단하는 과정을 설명한다.
밸브 누설은 밸브 바디 내부의 시트(seat)면의 이물질 삽입, 부식, 불량 또는 균열 등으로 인해 밸브 바디로부터 유체가 누설되는 것으로 정의한다.
누설 검출부(30)는 밸브 누설을 검출할 수 있으며, 구체적으로 밸브 누설로 인해 발생하는 음향 신호를 검출하여 진단부(90)로 전달함으로써 진단부(90)가 음향 신호에 근거하여 밸브 누설 여부를 진단하도록 할 수 있다. 이를 위해 본 실시예에 따른 누설 검출부(30)는 음향 방출 센서(AE Sensor: Acoustic Emission Sensor)로 구현될 수 있다. 음향 방출 센서로 구현될 수 있는 본 실시예의 누설 검출부(30)는 검출한 음향 신호를 전치증폭기부(40)를 통해 증폭시킨 후 진단부(90)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 진단부(90)는 누설 검출부(30)로부터 입력받은 음향 신호에 근거하여 밸브 누설 여부를 진단할 수 있다.
구체적으로, 진단부(90)는 입력받은 음향 신호를 미리 설정된 샘플링 수(예: 1000개/1초) 만큼 샘플링하여 FFT(Fast Fourier Transform) 방식으로 음향 신호의 주파수 스펙트럼을 분석할 수 있다. 이를 로그 스케일(Log Scale)로 변환하여 제1 설정시간(예: 5분) 동안 주기적으로(예: 1분마다) 산출되는 평균값을 누적하여 기준값(Value_Standard)을 산출하고, 제1 설정시간 경과 후에 미리 설정된 제2 설정시간(예: 2분 내지 10분) 동안 주기적으로(예: 1분) 산출되는 평균값 중 최대값(Value_Leakage)을 결정한 후, 기준값 및 최대값 간의 편차가 미리 설정된 기준치 이상이면 밸브 누설로 판단할 수 있다. 제1 및 제2 설정시간과 기준치는 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 진단부(90)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
다음으로, 유체의 상태 중 유체의 노점 이상을 진단하는 과정을 설명한다.
유체의 노점은 밸브로 공급될 압축공기의 이슬점을 의미하며, 압축공기의 노점이 높은 경우, 연결관의 온도에 따라(예: 압축공기의 노점보다 낮은 온도로 유지되는 연결관) 압축공기에 포함되어 있는 수분이 응축하여 연결관에 물이 고이게 되어 압축공기의 공급 효율이 저하되기 때문에, 압축공기의 노점은 소정의 기준치 미만의 온도를 가져야 한다.
노점 측정부(80)는 미리 설정된 측정시간(예: 30분 내지 2시간) 동안 밸브로 공급될 유체의 노점을 측정할 수 있으며, 구체적으로 밸브로 공급될 유체를 모듈부(50)로부터 입력받아 유체의 노점을 실시간으로(주기적으로) 측정하여 진단부(90)로 전달할 수 있다. 이에 따라 진단부(90)는 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 노점 값들에 대한 누적 평균값을 산출하고, 산출된 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 노점 이상을 판단할 수 있다. 상기 실측정시간은 상기 측정시간이 완료되기 전 미리 설정되는 최종 실측정시간을 의미하며(예: 최종 10분), 즉 전술한 예시에서 2시간으로 설정된 측정시간 중 최종 10분 동안 측정되는 유체의 노점 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단함으로써 유체의 노점 이상을 판단할 수 있다. 본 실시예에서 노점 이상 판단 조건은 압축공기의 국제 표준을 정한 ISO 8573을 참조하여 설정될 수 있다(dew point).
다음으로, 유체의 상태 중 유체의 오염 여부를 진단하는 과정을 설명한다.
유체의 오염은 유체에 포함된 입자 중 그 크기가 큰 입자가 많을수록 유체가 오염된 것으로 정의될 수 있다. 입자 계수부(60)는 미리 설정된 측정시간(예: 30분 내지 2시간) 동안 밸브로 공급될 유체를 모듈부(50)로부터 입력받아 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수하여 유체의 오염 여부를 진단할 수 있다. 구체적으로, 입자 계수부(60)는 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수한 결과를 토대로 입자들의 평균 크기를 실시간으로 산출하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 산출된 평균 크기 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 오염도 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 오염 여부를 판단할 수 있다. 상기 실측정시간은 상기 측정시간이 완료되기 전 미리 설정되는 최종 실측정시간을 의미한다(예: 최종 10분). 본 실시예에서는 0.5um, 1um, 2um, 5um의 입자를 계수하며, 오염도 판단 조건은 압축공기의 국제 표준을 정한 ISO 8573을 참조하여 설정될 수 있다(particle size).
다음으로, 유체의 상태 중 유체의 압력을 진단하는 과정을 설명한다.
압력 진단부(70)는 미리 설정된 측정시간(예: 30분 내지 2시간) 동안 밸브로 공급될 유체의 압력을 실시간으로 측정할 수 있으며, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 압력 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 압력 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 노점 이상을 판단할 수 있다. 상기 실측정시간은 상기 측정시간이 완료되기 전 미리 설정되는 최종 실측정시간을 의미한다(예: 최종 10분). 그리고, 압력 판단 조건은 밸브로 공급될 유체의 적정 압력 범위를 의미하며, 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 압력 진단부(70)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 신호 검출부(10), 누설 검출부(30), 모듈부(50), 입자 계수부(60), 압력 진단부(70) 및 노점 측정부(80)를 분리된 구성으로 설명하였으나, 도 2에 도시된 것과 같이, 실시예에 따라서는 밸브의 이상 및 누설을 진단하기 위한 신호 검출부(10) 및 누설 검출부(30)가 PCVA(Pneumatice Control Valve Analyzer)로 통합된 구성으로 구현될 수도 있으며, 유체의 상태를 진단하기 위한 모듈부(50), 입자 계수부(60), 압력 진단부(70) 및 노점 측정부(80)가 AQA(Air Quality Analyzer)로 통합된 구성으로 구현될 수도 있다.
본 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치는 포터블(portable) 방식으로도 구현될 수 있으며, 도 2는 포터블 방식으로 구현된 공압식 제어 밸브의 진단 장치의 예시도를 나타낸다.
밸브의 이상을 진단하는 경우, 신호 검출부(10), 즉 2개의 Current Meter를 BNC 커넥터에 연결한 후, 연결된 각 Current Meter를 포지셔너의 구동 신호 입력단 및 피드백 신호 출력단에 각각 체결한다.
밸브 누설을 진단하는 경우, 누설 검출부(30), 즉 음향 방출 센서를 BNC 커넥터에 연결한 후, 연결된 음향 방출 센서를 밸브 바디에 부착한다.
유체의 노점 및 오염도를 진단하는 경우, inlet에 튜브를 연결하고 니들 밸브를 조정하여 유량 센서를 적정 유량(4.5~5.5/L)으로 설정하고 USB Port를 PC와 연결한다.
상기와 같은 연결 구조를 기반으로 밸브의 이상, 밸브 누설 및 유체의 상태를 진단한 결과를 PC를 통해 확인할 수 있으며, 본 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 장치는 진단 결과를 Normal, Warning, Examine의 3 단계로 구분하여 PC를 통해 표시할 수 있다. 이에 따라 사용자는 밸브 및 유체의 상태를 단계별로 인지하여 그에 적합한 사후적 조치를 취할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 포지셔너 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 고착을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 밸브 누설을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 노점 이상을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 오염 여부를 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법에서 유체의 압력을 진단하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공압식 제어 밸브의 진단 방법을 설명하면, 먼저 진단부(90)는 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 입력받는다(S100).
이어서, 진단부(90)는 구동 신호 및 피드백 신호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 산출된 개도 편차에 기초하여 밸브의 이상을 진단한다(S200). 밸브의 이상은 전술한 것과 같이 포지셔너 이상, 밸브 고착 및 밸브 응답성 이상 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
S200 단계에서 포지셔너 이상, 밸브 고착 및 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정은 그 순서가 시계열적으로 한정되지 않는 병렬적으로 처리될 수 있는 구성이며, 이하에서는 S200 단계에서 포지셔너 이상, 밸브 고착 및 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정을 구분하여 설명한다.
도 4를 참조하여 S200 단계에서 포지셔너 이상을 진단하는 과정에 대하여 설명하면, 진단부(90)는 개도 편차가 미리 설정된 제1 기준편차 이상인 상태로(S211) 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우(S212), 포지셔너 이상으로 판단한다(S213).
도 5를 참조하여 S200 단계에서 밸브 고착을 진단하는 과정에 대하여 설명하면, 진단부(90)는 개도 편차가 미리 설정된 제2 기준편차 이상인 상태로(S221) 미리 설정된 제2 기준 지연시간 동안 유지되는 경우(S222), 구동 신호의 시간에 대한 기울기, 및 피드백 신호의 시간에 대한 기울기를 각각 산출하고(S223) 그 편차가 미리 설정된 기준 기울기 편차 이상이면(S224) 밸브 고착으로 판단한다(S225).
도 6을 참조하여 S200 단계에서 밸브 응답성 이상을 진단하는 과정에 대하여 설명하면, 개도 편차가 미리 설정된 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간에 근거하여 밸브 응답성 이상을 진단한다.
보다 구체적으로, 진단부(90)는 개도 편차가 제3 기준편차 이상인지 판단한다(S231). 즉, 제3 기준편차는 밸브 응답성 이상 진단에 대한 개시조건이 된다. 개도 편차가 제3 기준편차 미만인 경우라면, 구동 신호에 대응되는 밸브의 개도가 현재 형성된 상태로 볼 수 있어 밸브 응답성 이상을 진단할 수 없기 때문에, 개도 편차가 제3 기준편차 이상으로 판단된 때(이하 개시시점)를 폐쇄 상태에 있던 밸브가 개방되기 시작한 때로 판단하여 밸브 응답성 이상 진단을 개시한다.
다음으로, 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 경우, 진단부(90)는 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입하였는지 판단한다(S232). 즉, 소정의 시간이 소요되어 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때(이하 도달시점), 진단부(90)는 구동 신호에 대응되는 밸브의 개도가 형성된 것으로 판단한다.
다음으로, 개도 편차가 제3 기준편차 미만으로 도달한 경우, 진단부(90)는 개시시점의 피드백 신호의 값과 도달시점의 피드백 신호의 값 간의 편차, 및 전술한 소요시간의 비로 결정되는 응답성 기울기를 산출한다(S233). 즉, 응답성 기울기는 전술한 수학식 1에 따라 결정된다.
다음으로, 산출된 응답성 기울기가 미리 설정된 기준 응답성 기울기 이하인 경우(S234), 진단부(90)는 밸브 응답성 이상으로 판단한다(S235).
한편, 개도 편차가 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 진단부는 입력받는 피드백 신호의 시간에 대한 기울기(즉, 피드백 신호 값의 시간에 대한 증감율)을 산출하고, 산출된 기울기가 미리 설정된 설정 기울기 미만인 경우, 밸브 응답성 이상으로 판단할 수도 있다.
도 7을 참조하여 밸브 누설을 진단하는 과정을 설명한다.
진단부(90)는 밸브의 바디로부터 유체가 누설되는 밸브 누설로 인해 발생하는 음향 신호를 입력받아 밸브 누설을 진단한다(S300).
구체적으로, 진단부(90)는 입력받은 음향 신호를 미리 설정된 샘플 수(예: 1000개/1초) 만큼 샘플링하여 FFT 방식으로 음향 신호의 주파수 스펙트럼을 분석한다(S310).
다음으로, 진단부(90)는 FFT 수행된 음향 신호를 로그 스케일로 변환하여 제1 설정시간(예: 5분) 동안 주기적으로(예: 1분마다) 산출되는 평균값을 누적하여 기준값을 산출한다(S320).
다음으로, 제1 설정시간 경과 후에 미리 설정된 제2 설정시간(예: 2분 내지 10분) 동안 주기적으로(예: 1분) 산출되는 평균값 중 최대값을 결정한다(S330).
다음으로, 기준값 및 최대값 간의 편차가 미리 설정된 기준치 이상이면(S340) 밸브 누설로 판단한다(S350).
도 8 내지 도 10을 참조하여 유체의 상태(유체의 노점, 오염도 및 압력)를 진단하는 과정을 설명한다.
먼저 도 8을 참조하여 유체의 노점 이상을 진단하는 과정을 설명하면, 진단부(90)는 밸브로 공급될 유체의 노점 이상을 진단한다(S400).
구체적으로, 진단부(90)는 미리 설정된 측정시간(예: 30분 내지 2시간) 동안 밸브로 공급될 유체의 노점을 수집한다(S410).
다음으로, 진단부(90)는 미리 설정된 실측정시간(예: 10분) 동안 최종적으로 측정된 노점 값들의 누적 평균값을 산출한다(S420). 실측정시간은 전술한 측정시간이 완료되기 전 미리 설정되는 최종 실측정시간을 의미한다.
다음으로, 진단부(90)는 산출된 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 노점 이상을 판단한다(S430). 즉, 산출된 누적 평균값이 노점 이상 판단 조건에 부합하지 않는 경우, 유체의 노점 이상으로 판단한다. 본 실시예에서 노점 이상 판단 조건은 압축공기의 국제 표준을 정한 ISO 8573을 참조하여 설정될 수 있다(dew point).
도 9를 참조하여 유체의 오염 여부를 진단하는 과정을 설명한다.
입자 계수부(60)는 밸브로 공급될 유체에 존재하는 입자들을 크기별(0.5um, 1um, 2um, 5um)로 계수하여 유체의 오염 여부를 진단한다(S500).
구체적으로, 입자 계수부(60)는 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수한 결과를 토대로 입자들의 평균 크기를 실시간으로 산출한다(S510).
다음으로, 입자 계수부(60)는 미리 설정된 실측정시간(예: 10분) 동안 최종적으로 산출된 평균 크기 값들의 누적 평균값을 산출한다(S520).
다음으로, 산출된 누적 평균값이 미리 설정된 오염도 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 오염 여부를 판단한다(S530). 즉, 산출된 누적 평균 값이 오염도 판단 조건에 부합하지 않는 경우, 유체의 오염으로 판단한다. 본 실시예에서 오염도 판단 조건은 압축공기의 국제 표준을 정한 ISO 8573을 참조하여 설정될 수 있다(particle size).
도 10를 참조하여 유체의 압력을 진단하는 과정(S600)을 설명한다.
압력 진단부(70)는 밸브로 공급될 유체의 압력을 진단한다. 구체적으로, 압력 진단부(70)는 미리 설정된 측정시간(예: 30분 내지 2시간) 동안 밸브로 공급될 유체의 압력을 실시간으로 측정한다(S610).
다음으로, 압력 진단부(70)는 미리 설정된 실측정시간(예: 10분) 동안 최종적으로 측정된 유체의 압력 값들의 누적 평균값을 산출한다(S620).
다음으로, 압력 진단부(70)는 산출된 누적 평균값이 미리 설정된 압력 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 유체의 압력 이상을 판단한다(S630). 즉, 누적 평균값이 압력 판단 조건에 부합하지 않는 경우, 유체의 압력 이상으로 판단한다. 압력 판단 조건은 밸브로 공급될 유체의 적정 압력 범위를 의미하며, 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 압력 진단부(70)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
한편, 밸브의 이상을 진단하는 S200 단계, 밸브 누설을 진단하는 S300 단계, 및 유체의 상태를 진단하는 S400 단계, S500 단계 및 S600 단계는 그 순서가 시계열적으로 한정되지 않는 병렬적으로 처리될 수 있는 구성이므로 전술한 기재 순서에 그 동작 순서가 한정되지 않는다.
이와 같이 본 실시예는, 공압식 제어 밸브의 물리적 이상 및 밸브로 공급되는 유체의 이상을 통합적으로 진단함으로써 밸브 진단에 소요되는 시간이 단축되는 동시에 출력 감발 및 발전 정지로 인한 생산 감축을 억제시킬 수 있으며, 공압식 제어 밸브에 대한 종합적인 상태 분석을 통해 발전 설비의 신뢰도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 신호 검출부
20: 증폭기부
30: 누설 검출부
40: 전치증폭기부
50: 모듈부
60: 입자 계수부
70: 압력 진단부
80: 노점 측정부
90: 진단부
100: 전원공급부
VALVE: 밸브
POSITIONER: 포지셔너

Claims (22)

  1. 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 상기 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 상기 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 검출하는 신호 검출부; 및
    상기 신호 검출부로부터 상기 구동 신호 및 상기 피드백 신호를 입력받아 상호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 상기 산출된 개도 편차에 기초하여 상기 밸브의 이상을 진단하는 진단부;를 포함하고,
    상기 밸브의 이상은,
    상기 밸브의 스템(stem) 고착으로 인해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 밸브 고착;을 포함하고,
    상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제2 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제2 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 구동 신호의 시간에 대한 기울기, 및 상기 피드백 신호의 시간에 대한 기울기 간의 편차가 미리 설정된 기준 기울기 편차 이상이면 상기 밸브 고착으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브의 이상은,
    상기 포지셔너를 통해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 포지셔너 이상; 및
    상기 밸브의 개도가 상기 구동 신호에 대응되는 목표 개도에 도달하는데 소요되는 시간이 지연되는 상태인 밸브 응답성 이상; 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제1 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 포지셔너 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 진단부는, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제3 기준편차 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간에 근거하여 상기 밸브 응답성 이상을 진단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진단부는, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 이상인 것으로 판단되었을 때의 상기 피드백 신호의 값과, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때의 상기 피드백 신호의 값 간의 편차, 및 상기 소요시간의 비로 결정되는 응답성 기울기가 미리 설정된 기준 응답성 기울기 이하인 경우, 상기 밸브 응답성 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸브의 바디로부터 유체가 누설되는 밸브 누설로 인해 발생하는 음향 신호를 검출하여 상기 진단부로 전달하는 누설 검출부를 더 포함하고,
    상기 진단부는, 상기 누설 검출부로부터 입력받은 음향 신호에 근거하여 상기 밸브 누설 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 진단부는, 상기 입력받은 음향 신호를 샘플링하고 상기 샘플링된 음향 신호에 대하여 주기적으로 산출되는 평균값에 기초하여 상기 밸브 누설 여부를 진단하되,
    미리 설정된 제1 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값을 누적하여 기준값을 산출하고, 상기 제1 설정시간 경과 후에 미리 설정된 제2 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값 중 최대값을 결정한 후, 상기 기준값 및 상기 최대값 간의 편차가 미리 설정된 기준치 이상이면 상기 밸브 누설로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 밸브로 공급될 유체의 노점을 측정하는 노점 측정부를 더 포함하고,
    상기 노점 측정부는 상기 유체의 노점을 실시간으로 측정하여 상기 진단부로 전달하고,
    상기 진단부는, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 노점 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 노점 이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밸브로 공급될 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수하여 유체의 오염 여부를 진단하는 입자 계수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입자 계수부는, 상기 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수한 결과를 토대로 상기 입자들의 평균 크기를 실시간으로 산출하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 산출된 평균 크기 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 오염도 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 오염 여부를 판단하는 것을 특징으로 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 밸브로 공급될 유체의 압력을 진단하는 압력 진단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 압력 진단부는, 상기 유체의 압력을 실시간으로 측정하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 유체의 압력 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 압력 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 압력 이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 장치.
  14. 진단부가, 밸브의 개도를 제어하기 위해 포지셔너로 입력되는 구동 신호, 및 상기 밸브의 실제 개도상태가 반영되어 상기 포지셔너로부터 출력되는 피드백 신호를 입력받는 단계; 및
    상기 진단부가, 상기 구동 신호 및 상기 피드백 신호 간의 편차인 개도 편차를 산출하고, 상기 산출된 개도 편차에 기초하여 상기 밸브의 이상을 진단하는 단계;를 포함하고,
    상기 밸브의 이상은,
    상기 밸브의 스템(stem) 고착으로 인해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 밸브 고착;을 포함하고,
    상기 밸브의 이상을 진단하는 단계에서, 상기 진단부는,
    상기 개도 편차가 미리 설정된 제2 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제2 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 구동 신호의 시간에 대한 기울기, 및 상기 피드백 신호의 시간에 대한 기울기 간의 편차가 미리 설정된 기준 기울기 편차 이상이면 상기 밸브 고착으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 밸브의 이상은,
    상기 포지셔너를 통해 상기 밸브의 개도를 제어할 수 없는 상태인 포지셔너 이상; 및
    상기 밸브의 개도가 상기 구동 신호에 대응되는 목표 개도에 도달하는데 소요되는 시간이 지연되는 상태인 밸브 응답성 이상; 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 밸브의 이상을 진단하는 단계에서, 상기 진단부는,
    상기 개도 편차가 미리 설정된 제1 기준편차 이상인 상태로 미리 설정된 제1 기준 지연시간 동안 유지되는 경우, 상기 포지셔너 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 밸브의 이상을 진단하는 단계는,
    상기 진단부가, 상기 개도 편차가 미리 설정된 제3 기준편차 이상인지 판단하는 단계;
    상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 이상인 경우, 상기 진단부가, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입하였는지 판단하는 단계;
    상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입한 경우, 상기 진단부가, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 이상인 것으로 판단되었을 때의 상기 피드백 신호의 값과, 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입했을 때의 상기 피드백 신호의 값 간의 편차, 및 상기 개도 편차가 상기 제3 기준편차 미만으로 재진입하기까지의 소요시간의 비로 결정되는 응답성 기울기를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 응답성 기울기가 미리 설정된 기준 응답성 기울기 이하인 경우, 상기 진단부가 상기 밸브 응답성 이상으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 진단부가, 상기 밸브의 바디로부터 유체가 누설되는 밸브 누설로 인해 발생하는 음향 신호를 입력받아 상기 밸브 누설을 진단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 밸브 누설을 진단하는 단계에서, 상기 진단부는,
    상기 입력받은 음향 신호를 샘플링하고 상기 샘플링된 음향 신호에 대하여 주기적으로 산출되는 평균값에 기초하여 상기 밸브 누설 여부를 진단하되,
    미리 설정된 제1 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값을 누적하여 기준값을 산출하고, 상기 제1 설정시간 경과 후에 미리 설정된 제2 설정시간 동안 주기적으로 산출되는 평균값 중 최대값을 결정한 후, 상기 기준값 및 상기 최대값 간의 편차가 미리 설정된 기준치 이상이면 상기 밸브 누설로 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 진단부가, 상기 밸브로 공급될 유체의 노점 이상을 진단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 유체의 노점 이상을 진단하는 단계에서, 상기 진단부는,
    상기 유체의 노점을 실시간으로 수집하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 노점 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 노점 이상 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 노점 이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    입자 계수부가 상기 밸브로 공급될 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수하여 유체의 오염 여부를 진단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 유체의 오염 여부를 진단하는 단계에서, 상기 입자 계수부는,
    상기 유체에 존재하는 입자들을 크기별로 계수한 결과를 토대로 상기 입자들의 평균 크기를 실시간으로 산출하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 산출된 평균 크기 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 오염도 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 오염 여부를 판단하는 것을 특징으로 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    압력 진단부가, 상기 밸브로 공급될 유체의 압력을 진단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 유체의 압력을 진단하는 단계에서, 상기 압력 진단부는,
    상기 유체의 압력을 실시간으로 측정하고, 미리 설정된 실측정시간 동안 최종적으로 측정된 유체의 압력 값들의 누적 평균값이 미리 설정된 압력 판단 조건에 부합하는지 여부를 판단하여 상기 유체의 압력 이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 공압식 제어 밸브의 진단 방법.
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