KR102196303B1 - An apparatus for diagnosing a pneumatic control valve using positioner model and method thereof - Google Patents

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Abstract

위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법이 제공된다. 방법은, 위치 전송기, 구동기 및 밸브의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 제어 압력에 따른 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성하는 단계와, 공기구동 제어 밸브의 정상 작동에 따른 측정값과 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정하는 단계, 공기구동 제어 밸브의 진단 작동에 따른 측정값과 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정하는 단계 및 초기 파라미터 값과 진단 파라미터 값을 비교하여 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 공기구동 제어 밸브 작동시 이들 파라미터들의 변화를 실시간으로 평가하여 정상 상태에서의 파라미터 값과 비교하여 공기구동 제어밸브의 상태를 진단할 수 있다. A method of diagnosing an air driven control valve using a position transmitter model is provided. The method includes the steps of constructing a relational expression for outputting the stem displacement of the valve according to the control pressure and including parameters for the characteristics of the position transmitter, the actuator and the valve, and the measured value and the relational expression according to the normal operation of the air-driven control valve. The initial parameter value is determined by adjusting the values of the parameters until the difference in the output value is less than the predetermined error limit.The difference between the measured value according to the diagnostic operation of the air-driven control valve and the output value according to the relational expression is a predetermined error limit It may include determining a diagnostic parameter value by adjusting values of the parameters until they become smaller, and determining whether or not an abnormality of the air-driven control valve is present by comparing the initial parameter value and the diagnostic parameter value. Accordingly, when the air-driven control valve is operated, changes in these parameters are evaluated in real time, and the state of the air-driven control valve can be diagnosed by comparing it with the parameter values in the normal state.

Figure R1020180087492
Figure R1020180087492

Description

위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법 및 장치{AN APPARATUS FOR DIAGNOSING A PNEUMATIC CONTROL VALVE USING POSITIONER MODEL AND METHOD THEREOF}Air-driven control valve diagnosis method and device using position transmitter model {AN APPARATUS FOR DIAGNOSING A PNEUMATIC CONTROL VALVE USING POSITIONER MODEL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 공기구동 제어 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기구동 제어 밸브를 진단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an air-driven control valve, and more particularly, to a method and apparatus for diagnosing an air-driven control valve.

공기구동 제어 밸브는 발전 설비 등에서 사용될 수 있다. 이러한 공기구동 제어 밸브는 유량 조절이나 수위 조절 등 발전소 운전에 매우 중요한 역할을 하는 기기로써 발전소 정상 운전시 고장 없이 운전되어야 한다. 따라서, 공기구동 제어 밸브는 밸브 상태를 최적으로 유지하기 위하여 정기적으로 정비가 요구되며 중요한 부품에 대해서는 일정 주기로 교체해야 한다. 또한, 운전 중의 이상 상태가 발생하면 발전소를 정지하여 밸브 진단장비를 이용하여 상태를 점검해야 한다. 따라서, 공기구동 제어 밸브가 적절한 상태를 유지할 수 있도록 정확하게 진단하고 이상 상태를 미리 예방할 수 있는 것이 중요하다. The air-driven control valve can be used in power generation facilities and the like. These air-driven control valves are devices that play a very important role in power plant operation such as flow control or water level control, and must be operated without failure during normal operation of the power plant. Therefore, the air-driven control valve requires periodic maintenance in order to optimally maintain the valve state, and important parts must be replaced at regular intervals. In addition, if an abnormal condition occurs during operation, the power plant should be stopped and the condition should be checked using valve diagnostic equipment. Therefore, it is important to be able to accurately diagnose and prevent abnormal conditions in advance so that the air driven control valve can maintain an appropriate state.

미국 등록특허공보 US 6,466,893 (Statistical determination of estimates of process control loop parameters)US Patent Publication US 6,466,893 (Statistical determination of estimates of process control loop parameters)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공기구동 제어밸브를 구성하고 있는 위치 전송기, 구동기 및 밸브에 대한 관계식을 구성하고, 그 관계식으로부터 공기구동 제어밸브의 상태를 나타내는 파라미터들을 결정하고 공기구동 제어밸브 작동시 이들 파라미터들의 변화를 실시간으로 평가하여 정상 상태에서의 파라미터(기준값) 값과 비교하여 공기구동 제어밸브의 상태를 진단할 수 있는 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above-described problem is to construct a relational equation for the position transmitter, actuator, and valve constituting the air-driven control valve, and determine parameters representing the state of the air-driven control valve from the relational expression, and Provides a diagnostic method for air-driven control valves using a position transmitter model that can diagnose the status of air-driven control valves by evaluating changes in these parameters in real time when operating the control valve and comparing it with the parameter (reference value) in a normal state. Is to do.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 공기구동 제어밸브를 구성하고 있는 위치 전송기, 구동기 및 밸브에 대한 관계식을 구성하고, 그 관계식으로부터 공기구동 제어밸브의 상태를 나타내는 파라미터들을 결정하고 공기구동 제어 밸브 작동시 이들 파라미터들의 변화를 실시간으로 평가하여 정상 상태에서의 파라미터(기준값) 값과 비교하여 공기구동 제어 밸브의 상태를 진단할 수 있는 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention for solving the above-described problem is to construct a relational expression for the position transmitter, actuator, and valve constituting the air-driven control valve, and determine parameters representing the state of the air-driven control valve from the relational expression, and A diagnostic device for air-driven control valves using a position transmitter model that can diagnose the condition of the air-driven control valve by evaluating the changes in these parameters in real time when the drive control valve is operating and comparing it with the parameter (reference value) in the normal state. To provide.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved of the present invention is not limited thereto, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법은, 제어 압력을 출력하는 제어기, 상기 제어 압력을 입력 신호로 받아 구동기에 공급되는 압력을 조절하는 위치 전송기, 상기 공급된 압력을 기반으로 밸브를 구동하기 위한 구동기, 및 밸브를 포함하는 공기구동 제어 밸브를 진단하기 위한 방법으로서, 상기 위치 전송기, 구동기 및 밸브의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 상기 제어 압력에 따른 상기 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성하는 단계; 상기 공기구동 제어 밸브의 정상 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정하는 단계; 상기 공기구동 제어 밸브의 진단 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정하는 단계; 및 상기 초기 파라미터 값과 상기 진단 파라미터 값을 비교하여 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention includes a controller that outputs a control pressure, and a pressure supplied to the actuator by receiving the control pressure as an input signal. A method for diagnosing an air-driven control valve including a position transmitter to control, a actuator for driving a valve based on the supplied pressure, and a valve, comprising parameters for characteristics of the position transmitter, the actuator, and the valve, Constructing a relational expression for outputting a stem displacement of the valve according to the control pressure; Determining an initial parameter value by adjusting values of the parameters until a difference between a measured value according to a normal operation of the air-driven control valve and an output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; Determining a diagnostic parameter value by adjusting the values of the parameters until a difference between the measured value according to the diagnosis operation of the air-driven control valve and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; And comparing the initial parameter value with the diagnostic parameter value to determine whether the air drive control valve is abnormal.

일 측면에 따르면, 상기 파라미터들은 모델 파라미터, 내부 파라미터 및 추정 내부 파라미터를 포함하고, 상기 모델 파라미터 값의 변화에 따라 상기 관계식의 출력 값이 변화하고, 상기 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브의 사양에 따라 고정된 값이며, 상기 추정 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브에 대해 최초 1회 추정되어 고정되는 값을 가질 수 있다. According to an aspect, the parameters include a model parameter, an internal parameter, and an estimated internal parameter, and the output value of the relational expression changes according to the change of the model parameter value, and the internal parameter corresponds to the specification of the air-driven control valve. Accordingly, it is a fixed value, and the estimated internal parameter may have a value that is estimated and fixed once for the first time for the air drive control valve.

일 측면에 따르면, 상기 초기 파라미터 값을 결정하는 단계는 미리 결정된 내부 파라미터 값을 기반으로 초기 모델 파라미터 및 초기 추정 내부 파라미터를 결정하고, 상기 진단 파라미터 값을 결정하는 단계는 미리 결정된 내부 파라미터 값 및 상기 초기 추정 내부 파라미터 값을 기반으로 진단 모델 파라미터를 결정하며, 상기 판단하는 단계는 상기 초기 모델 파라미터와 상기 진단 모델 파라미터를 비교함으로써 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단할 수 있다. According to an aspect, the determining of the initial parameter value includes determining an initial model parameter and an initial estimated internal parameter based on a predetermined internal parameter value, and determining the diagnostic parameter value includes a predetermined internal parameter value and the The diagnostic model parameter is determined based on the initial estimated internal parameter value, and the determining step may determine whether the air-driven control valve is abnormal by comparing the initial model parameter with the diagnostic model parameter.

일 측면에 따르면, 상기 모델 파라미터는 상기 위치 전송기에 포함된 스프링의 프리로드 및 상기 위치 전송기에 포함된 스템 변위 피드백 연결부의 스템 변위 전달율을 포함할 수 있다. According to an aspect, the model parameter may include a preload of a spring included in the position transmitter and a stem displacement transmission rate of a stem displacement feedback connector included in the position transmitter.

일 측면에 따르면, 상기 내부 파라미터는 상기 위치 전송기에 포함된 다이어프램의 단면적 및 상기 구동기에 포함된 피스톤의 단면적을 포함할 수 있다. According to an aspect, the internal parameter may include a cross-sectional area of a diaphragm included in the position transmitter and a cross-sectional area of a piston included in the actuator.

일 측면에 따르면, 상기 추정 내부 파라미터는 상기 위치 전송기에 포함된 파일롯 밸브의 압력 증폭율 및 상기 구동기에 포함된 피스톤 내부 공기의 체적 탄성 계수를 포함할 수 있다. According to an aspect, the estimated internal parameter may include a pressure amplification factor of a pilot valve included in the position transmitter and a volume elastic modulus of air inside a piston included in the actuator.

일 측면에 따르면, 상기 관계식은 하기의 전달함수를 가질 수 있다. According to one aspect, the relational expression may have the following transfer function.

Figure 112018074278012-pat00001
Figure 112018074278012-pat00001

Figure 112018074278012-pat00002
Figure 112018074278012-pat00002

Figure 112018074278012-pat00003
Figure 112018074278012-pat00003

단, 여기서 xs 는 밸브의 스템 변위, Pc 는 제어 압력, Ac 는 위치 전송기 다이어프램의 단면적, Fpopre 는 위치 전송기 내부 스프링의 프리로드, Vp 는 위치 전송기의 파일롯 밸브의 압력 증폭률, Ps 는 위치 전송기 파일롯 밸브의 공급 압력, Aact 는 구동기의 피스톤의 단면적, kair 는 피스톤 내부 공기의 체적 탄성 계수, Gfb 는 스템 변위 전달율, Fstem 은 구동기 또는 밸브에서 발생하는 부하를 나타낸다. However, where x s is the valve stem displacement, P c is the control pressure, A c is the cross-sectional area of the position transmitter diaphragm, F popre is the preload of the position transmitter inner spring, V p is the pressure amplification factor of the pilot valve of the position transmitter, P s is the supply pressure of the position transmitter pilot valve, A act is the cross-sectional area of the piston of the actuator, k air is the volumetric modulus of air inside the piston, G fb is the stem displacement transmission rate, and F stem is the load generated by the actuator or valve.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치는, 제어 압력을 출력하는 제어기, 상기 제어 압력을 입력 신호로 받아 구동기에 공급되는 압력을 조절하는 위치 전송기, 상기 공급된 압력을 기반으로 밸브를 구동하기 위한 구동기, 및 밸브를 포함하는 공기구동 제어 밸브를 진단하기 위한 장치로서, 상기 위치 전송기, 구동기 및 밸브의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 상기 제어 압력에 따른 상기 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성하는 모델 생성부; 상기 공기구동 제어 밸브의 정상 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정하는 초기 값 결정부; 상기 공기구동 제어 밸브의 진단 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정하는 진단 값 결정부; 및 상기 초기 파라미터 값과 상기 진단 파라미터 값을 비교하여 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단하는 진단부를 포함할 수 있다. In order to solve the above-described problem, an apparatus for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to another embodiment of the present invention includes a controller that outputs a control pressure and a pressure supplied to the actuator by receiving the control pressure as an input signal. A device for diagnosing an air-driven control valve including a position transmitter to be adjusted, a actuator for driving a valve based on the supplied pressure, and a valve, comprising parameters for characteristics of the position transmitter, the actuator and the valve, A model generator that configures a relational expression for outputting a stem displacement of the valve according to the control pressure; An initial value determination unit for determining an initial parameter value by adjusting values of the parameters until a difference between the measured value according to the normal operation of the air-driven control valve and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; A diagnostic value determination unit configured to determine a diagnostic parameter value by adjusting values of the parameters until a difference between a measured value according to a diagnostic operation of the air-driven control valve and an output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; And a diagnostic unit that compares the initial parameter value with the diagnostic parameter value to determine whether the air drive control valve is abnormal.

일 측면에 따르면, 상기 파라미터들은 모델 파라미터, 내부 파라미터 및 추정 내부 파라미터를 포함하고, 상기 모델 파라미터 값의 변화에 따라 상기 관계식의 출력 값이 변화하고, 상기 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브의 사양에 따라 고정된 값이며, 상기 추정 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브에 대해 최초 1회 추정되어 고정되는 값을 가질 수 있다. According to an aspect, the parameters include a model parameter, an internal parameter, and an estimated internal parameter, and the output value of the relational expression changes according to the change of the model parameter value, and the internal parameter corresponds to the specification of the air-driven control valve. Accordingly, it is a fixed value, and the estimated internal parameter may have a value that is estimated and fixed once for the first time for the air drive control valve.

일 측면에 따르면, 상기 초기 값 결정부는 미리 결정된 내부 파라미터 값을 기반으로 초기 모델 파라미터 및 초기 추정 내부 파라미터를 결정하고, 상기 진단 값 결정부는 미리 결정된 내부 파라미터 값 및 상기 초기 추정 내부 파라미터 값을 기반으로 진단 모델 파라미터를 결정하며, 상기 진단부는 상기 초기 모델 파라미터와 상기 진단 모델 파라미터를 비교함으로써 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단할 수 있다. According to an aspect, the initial value determining unit determines an initial model parameter and an initial estimated internal parameter based on a predetermined internal parameter value, and the diagnostic value determining unit is based on a predetermined internal parameter value and the initial estimated internal parameter value. A diagnostic model parameter may be determined, and the diagnosis unit may determine whether or not the air drive control valve is abnormal by comparing the initial model parameter with the diagnostic model parameter.

일 측면에 따르면, 상기 관계식은 하기의 전달함수를 가질 수 있다. According to one aspect, the relational expression may have the following transfer function.

Figure 112018074278012-pat00004
Figure 112018074278012-pat00004

Figure 112018074278012-pat00005
Figure 112018074278012-pat00005

Figure 112018074278012-pat00006
Figure 112018074278012-pat00006

단, 여기서 xs 는 밸브의 스템 변위, Pc 는 제어 압력, Ac 는 위치 전송기 다이어프램의 단면적, Fpopre 는 위치 전송기 내부 스프링의 프리로드, Vp 는 위치 전송기의 파일롯 밸브의 압력 증폭률, Ps 는 위치 전송기 파일롯 밸브의 공급 압력, Aact 는 구동기의 피스톤의 단면적, kair 는 피스톤 내부 공기의 체적 탄성 계수, Gfb 는 스템 변위 전달율, Fstem 은 구동기 또는 밸브에서 발생하는 부하를 나타낸다. However, where x s is the valve stem displacement, P c is the control pressure, A c is the cross-sectional area of the position transmitter diaphragm, F popre is the preload of the position transmitter inner spring, V p is the pressure amplification factor of the pilot valve of the position transmitter, P s is the supply pressure of the position transmitter pilot valve, A act is the cross-sectional area of the piston of the actuator, k air is the volumetric modulus of air inside the piston, G fb is the stem displacement transmission rate, and F stem is the load generated by the actuator or valve.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는, 제어 압력을 출력하는 제어기, 상기 제어 압력을 입력 신호로 받아 구동기에 공급되는 압력을 조절하는 위치 전송기, 상기 공급된 압력을 기반으로 밸브를 구동하기 위한 구동기, 및 밸브를 포함하는 공기구동 제어 밸브를 진단하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 컴퓨터에 포함된 프로세서로 하여금, 상기 위치 전송기, 구동기 및 밸브의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 상기 제어 압력에 따른 상기 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성하게 하기 위한 명령어; 상기 공기구동 제어 밸브의 정상 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정하게 하기 위한 명령어; 상기 공기구동 제어 밸브의 진단 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정하게 하기 위한 명령어; 및 상기 초기 파라미터 값과 상기 진단 파라미터 값을 비교하여 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단하게 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다. A computer-readable storage medium according to another embodiment of the present invention for solving the above-described problem includes a controller that outputs a control pressure, a position transmitter that receives the control pressure as an input signal and adjusts the pressure supplied to the driver, and the supply A computer-readable storage medium including instructions for diagnosing an actuator for driving a valve based on the pressure, and an air-driven control valve including the valve, wherein the processor included in the computer causes the position transmitter and the actuator And instructions for constructing a relational expression including parameters for characteristics of the valve and outputting the stem displacement of the valve according to the control pressure. A command for determining an initial parameter value by adjusting values of the parameters until a difference between a measured value according to a normal operation of the air-driven control valve and an output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; A command for determining a diagnostic parameter value by adjusting values of the parameters until a difference between a measured value according to a diagnostic operation of the air-driven control valve and an output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit; And a command for comparing the initial parameter value and the diagnostic parameter value to determine the presence or absence of an abnormality in the air drive control valve.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법 및 장치에 따르면, 위치 전송기, 구동기 및 밸브에 대한 관계식을 구성하고, 그 관계식으로부터 공기구동 제어밸브의 상태를 나타내는 파라미터들을 결정하고 공기구동 제어밸브 작동시 이들 파라미터들의 변화를 실시간으로 평가하여 정상 상태에서의 파라미터(기준값) 값과 비교하여 공기구동 제어밸브의 상태를 진단할 수 있다. According to the above-described method and apparatus for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention, a relational expression for a position transmitter, an actuator, and a valve is constructed, and the state of the air-driven control valve is determined from the relational expression. It is possible to diagnose the state of the air-driven control valve by determining the displayed parameters and evaluating the changes in these parameters in real time when the air-driven control valve is operated and comparing it with the parameter (reference value) value in the normal state.

따라서, 공기구동 제어 밸브의 이상 현상이 발생하기 전에도 미리 공기구동 제어 밸브 내의 위치 전송기, 구동기 및 밸브 중 어느 하나의 상태 변이를 미리 확인할 수 있고, 공기구동 제어 밸브의 이상으로 발전소 설비의 운영이 중단되는 것을 방지할 수 있어 운영 효율을 향상시킬 수 있다. Therefore, even before an abnormality in the air-driven control valve occurs, it is possible to check the state change of any one of the position transmitter, actuator, and valve in the air-driven control valve in advance, and operation of the power plant facility is stopped due to an abnormality in the air-driven control valve. Can be prevented, thus improving operational efficiency.

도 1 은 공기구동 제어 밸브의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 공기구동 제어 밸브 시스템의 입출력 구성을 나타내는 상세 블록도이다.
도 3 은 도 2 의 파일롯 밸브의 단면을 나타낸다.
도 4 는 공기구동 제어 밸브 시스템의 동작 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 공기구동 제어 밸브의 구성 기기별 자유 물체도이다.
도 6 은 수학식 1 내지 수학식 3 에 대한 블록 다이어그램이다.
도 7 은 블록 다이어그램의 간략화를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 밸브 시스템 모델 및 모델 파라미터를 나타낸다.
도 9 는 구동힘 공급부 신호를 입력으로 하는 블록 다이어그램이다.
도 10 은 스템 힘 신호를 입력으로 하는 블록 다이어그램이다.
도 11 은 최적화 함수를 통한 모델 파라미터 추정 프로세스를 나타낸다.
도 12 는 개발 모델 운영 프로세스를 나타낸다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법의 흐름도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15 는 실험 결과와 모델 예측의 결과 비교를 나타내는 그래프이다. 1 is a block diagram showing the configuration of an air driven control valve.
FIG. 2 is a detailed block diagram showing the input/output configuration of the air driven control valve system of FIG. 1.
3 shows a cross section of the pilot valve of FIG. 2.
4 is a flow chart showing an operation process of the air driven control valve system.
5 is a free body diagram for each component of an air-driven control valve.
6 is a block diagram of Equations 1 to 3;
7 shows a simplified block diagram.
8 shows a control valve system model and model parameters according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram in which a driving force supply unit signal is input.
10 is a block diagram of a stem force signal as an input.
11 shows a model parameter estimation process through an optimization function.
12 shows the development model operation process.
13 is a flowchart of a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention.
14 is a block diagram showing a configuration of a diagnosis apparatus for an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing comparison of experimental results and results of model prediction.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.

본 발명은 공기구동 제어 밸브를 구성하고 있는 위치 전송기와 구동기 및 밸브에 대한 관계식을 구성하고 이를 이용한 진단방법에 관한 것으로, 관계식으로부터 공기구동 제어 밸브의 상태를 나타내는 파라미터들을 결정하고 공기구동 제어 밸브 작동시 이들 파라미터들의 변화를 실시간으로 평가하여 정상 상태에서의 파라미터 (기준값) 값과 비교하여 공기구동 제어 밸브의 상태를 진단할 수 있다. The present invention relates to a diagnostic method using and constructing a relational expression for a position transmitter, an actuator and a valve constituting an air-driven control valve, and determining parameters representing the state of an air-driven control valve from the relational expression, and operating the air-driven control valve. At the same time, it is possible to diagnose the state of the air-driven control valve by evaluating the change of these parameters in real time and comparing them with the parameter (reference value) value in the normal state.

도 1 은 공기구동 제어 밸브의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2 는 도 1 의 공기구동 제어 밸브 시스템의 입출력 구성을 나타내는 상세 블록도이다. 도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이, 공기구동 제어 밸브 (1) 는 통상 입력 시스템(제어루프) (20) 과 출력 시스템(밸브-공기구동기) (10) 로 구성되어 있으며 도 1 과 같이 단순화시킬 수 있다. 입력 시스템 (20) 의 주요 구성기기는 I/P 변환기(이하 '제어기'라고 지칭될 수 있음) (21) 와 위치 전송기 (23) 이며 위치 전송기 (23) 는 제어기 (21) 에서 출력된 압력을 입력신호로 받아 구동기 (11) 에 공급하는 압력을 출력하고, 밸브 (13) 의 변위를 피드백 받아 밸브 변위가 원하는 위치로 이동할 수 있도록 제어한다. 출력 시스템 (10) 은 구동기 (11) 와 밸브 (13) 가 결합된 형태로 구성되어 있는데, 도 2 의 예는 내부에 스프링이 없는 피스톤 타입 구동기 (11) 를 사용한 것으로 제어 압력이 인가됨에 따라 출력 시스템 (10) 의 구동기 (11) 와 밸브 (13) 가 작동한다.1 is a block diagram showing the configuration of an air driven control valve, and FIG. 2 is a detailed block diagram showing the input/output configuration of the air driven control valve system of FIG. 1 to 2, the air driven control valve 1 is usually composed of an input system (control loop) 20 and an output system (valve-air actuator) 10, and is simplified as shown in FIG. I can make it. The main components of the input system 20 are an I/P converter (which may be referred to as a'controller' hereinafter) 21 and a position transmitter 23, and the position transmitter 23 receives the pressure output from the controller 21. The pressure supplied to the actuator 11 is outputted as an input signal, and the displacement of the valve 13 is fed back, and the valve displacement is controlled to move to a desired position. The output system 10 is configured in a form in which the actuator 11 and the valve 13 are combined, and the example in FIG. 2 uses a piston-type actuator 11 without a spring inside, and outputs as a control pressure is applied. The actuator 11 and valve 13 of the system 10 are actuated.

입·출력 시스템의 작동원리를 파악하기 위해서는 제어 압력에 따라 동작하는 위치 전송기 (23) 에 대한 이해가 필요하다. 일반적으로 밸브 (13) 를 제어하기 위해서는 제어기 (21) 에서 출력한 제어 압력에 따라 밸브 스템 (15) 이 동작해야 한다. 하지만 구동기 (11) 의 형태, 유체의 압력, 스템과 패킹 마찰에 의해 발생하는 힘의 불균형 등에 의해 제어 신호가 의도한 대로 밸브 스템 (15) 이 움직이지 않는 경우가 있다. 이러한 경우 위치 전송기 (23) 가 필요하며, 특히 구동기 (11) 내부에 스프링이 없는 피스톤 타입 구동기이거나, 작은 제어 신호 변화에 대하여 정확한 동작이 요구되는 경우에는 위치 전송기 (23) 를 사용해야 한다. In order to grasp the operating principle of the input/output system, it is necessary to understand the position transmitter 23 that operates according to the control pressure. In general, in order to control the valve 13, the valve stem 15 must operate according to the control pressure output from the controller 21. However, there are cases where the valve stem 15 does not move as intended by the control signal due to the shape of the actuator 11, the pressure of the fluid, the imbalance of force caused by the stem and packing friction, and the like. In this case, a position transmitter 23 is required, and in particular, a piston type actuator without a spring in the actuator 11, or if an accurate operation is required for small control signal changes, a position transmitter 23 should be used.

위치 전송기 (23) 의 내부 구조를 도식화한 도 2의 우측을 참조하여 위치 전송기 (23) 의 주요 구성 부품에 대해 설명하면, 다이어프램부 (24) 는 위치 전송기 (23) 의 구동기 역할을 하는 부분으로 제어기 (21) 에서 출력된 압력 (통상 3 ∼ 15 psi) 이 입력되는 부분이며, 다이어프램부 (24) 와 밸런스 빔 (25) , 내부 스프링 (27) , 파일롯 밸브 (26) 의 스템은 서로 연결되어 있어 제어 압력에 따라 함께 움직인다. 본 발명에서는 밸런스 빔 (25) 의 움직임이 파일롯 밸브 (26) 의 스템의 움직임과 동일한 것으로 가정한다. 또한 제어기 (21) 와 위치 전송기 (23) 외 실제 제어 밸브 시스템을 구성하고 있는 액세서리 중 솔레노이드 밸브, 방향전환밸브 등과 같이 시스템의 제어 신호와 관계없이 독립적인 동작 신호에 따라 동작하는 부속품은 본 발명의 관계식에 포함하지 않았다.Referring to the right side of Fig. 2, which schematically shows the internal structure of the position transmitter 23, the main components of the position transmitter 23 will be described, the diaphragm part 24 is a part serving as a driver of the position transmitter 23. The pressure output from the controller 21 (usually 3 to 15 psi) is input, and the diaphragm part 24 and the balance beam 25, the inner spring 27, and the stem of the pilot valve 26 are connected to each other. There is a control pressure that moves together. In the present invention, it is assumed that the movement of the balance beam 25 is the same as the movement of the stem of the pilot valve 26. In addition, among the accessories constituting the actual control valve system other than the controller 21 and the position transmitter 23, accessories that operate according to an independent operation signal irrespective of the control signal of the system, such as a solenoid valve and a directional control valve, are of the present invention. Not included in the relationship.

도 3 은 도 2 의 파일롯 밸브의 단면을 나타낸다. 즉, 도 3은 도 2에 표시한 파일롯 밸브 (26) 의 단면 형상을 도식화한 것이며, 파일롯 밸브 (26) 의 입·출력 포트를 같이 나타내었다. 도 3의 파일롯 밸브 (26) 는 공급 압력 포트 (D) 와 구동기 상부가 연결된 출력 압력 포트2 (B) 가 연결되어 있으며 구동기 하부와 연결된 출력 압력 포트1 (A) 은 스풀에 의해 차단된 상태이다. 파일롯 밸브 스템 위치는 앞에서 설명한 다이어프램부에서 발생한 구동힘의 크기에 따라 변경되고 각각의 출력 압력 포트 개도가 조절된다. 이에 따라 구동기 상·하부로 들어가는 압력이 조절된다. 구동기 상·하부로 공급되는 압력은 공급 압력 포트를 통해 입력된 것으로써 제작사마다 차이가 있으나 통상 공급압력의 범위는 25 ∼ 150 psi이다. 마지막으로 피드백 링크 구조 (28) 는 출력 시스템 (10) 의 밸브 스템 (15) 위치가 변하면 변경된 밸브 스템 위치 정보를 위치 전송기 (23) 로 피드백 해주는 다리 역할을 하는 부분으로써 출력 시스템 (10) 의 밸브 스템 (15) 과 연결되어 있다. 추가적으로 피드백 링크 구조 (28) 에 연결된 스팬 (Span) 조절 나사와 영점 (Zero) 조절 나사는 위치 전송기 (23) 의 초기 설치나 교정 시 사용한다. 3 shows a cross section of the pilot valve of FIG. 2. That is, FIG. 3 is a schematic diagram of the cross-sectional shape of the pilot valve 26 shown in FIG. 2, and the input/output ports of the pilot valve 26 are shown together. In the pilot valve 26 of FIG. 3, a supply pressure port (D) and an output pressure port 2 (B) connected to the upper part of the actuator are connected, and the output pressure port 1 (A) connected to the lower part of the actuator is blocked by a spool. . The pilot valve stem position is changed according to the magnitude of the driving force generated from the diaphragm portion described above, and the opening of each output pressure port is adjusted. Accordingly, the pressure entering the upper and lower parts of the actuator is adjusted. The pressure supplied to the top and bottom of the actuator is input through the supply pressure port and varies depending on the manufacturer, but the range of supply pressure is usually 25 to 150 psi. Finally, the feedback link structure 28 is a part that serves as a bridge that feeds back the changed valve stem position information to the position transmitter 23 when the position of the valve stem 15 of the output system 10 is changed. It is connected to the stem (15). In addition, a span adjustment screw and a zero adjustment screw connected to the feedback link structure 28 are used for initial installation or calibration of the position transmitter 23.

도 4 는 공기구동 제어 밸브 시스템의 동작 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 즉, 도 4는 도 2의 입력 시스템인 위치 전송기와 출력 시스템인 구동기 및 밸브의 작동원리를 도식화한 것이다. 프로세스가 시작되면 앞에서 설명한 것과 같이 위치 전송기에 제어 압력(Pc)과 공급 압력(Ps)이 입력되고 다이어프램부로 입력된 제어 압력이 구동힘(Fc)으로 변환된다. 변환된 구동힘이 위치 전송기 내부 스프링 프리로드(Fpopre)보다 커지면 다이어프램부와 연결되어 있는 구성 부품들이 함께 동작하여 파일롯 밸브의 개도를 변화시킨다.4 is a flow chart showing an operation process of the air driven control valve system. That is, FIG. 4 schematically illustrates the operating principles of the position transmitter as the input system of FIG. 2 and the actuator and valve as the output system. When the process starts, control pressure (P c ) and supply pressure (P s ) are input to the position transmitter as described above, and the control pressure input to the diaphragm is converted into driving force (F c ). When the converted driving force is greater than the internal spring preload (F popre ) of the position transmitter, the components connected to the diaphragm unit work together to change the opening degree of the pilot valve.

파일롯 밸브의 개도에 따라 압력 모관으로부터 공급된 압력이 구동기 상·하부 실린더에 나누어 공급되며, 출력 시스템의 구동기에 구동력이 발생한다. 발생한 구동력의 크기가 패킹 마찰력이나 실린더 및 오링에 의한 마찰력 등과 같이 구동기나 밸브에서 발생하는 부하보다 커지면 출력 시스템의 밸브 스템이 이동한다. 밸브의 스템이 이동하면 출력 시스템의 밸브 스템과 위치 전송기 사이에 연결된 피드백 링크를 통해 스템 위치가 피드백 되고, 피드백된 스템 위치를 제어 압력과 비교해 스템 위치의 재조정 여부를 결정하게 된다. 만약, 스템 위치의 조정이 필요하지 않은 경우에는 현재 스템 위치를 유지하게 된다.Depending on the opening of the pilot valve, the pressure supplied from the pressure cap is divided and supplied to the upper and lower cylinders of the actuator, and a driving force is generated in the actuator of the output system. When the magnitude of the driving force generated is greater than the load generated by the actuator or valve, such as packing friction force or friction force caused by cylinders and O-rings, the valve stem of the output system moves. When the valve stem moves, the stem position is fed back through a feedback link connected between the valve stem of the output system and the position transmitter, and the stem position is compared with the control pressure to determine whether to readjust the stem position. If it is not necessary to adjust the stem position, the current stem position is maintained.

도 5 는 공기구동 제어 밸브의 구성 기기별 자유 물체도이다. 도 5를 참조하여 공기구동 제어 밸브의 입·출력 시스템을 구성하고 있는 위치 전송기와 구동기 및 밸브에 대한 관계식을 설명한다. 도 5에서 실제 위치 전송기 내부 구조는 여러 가지 부속기기들이 복잡하게 구성되어 있으나 위치 전송기의 거동 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 간략화하였다. 도 5의 좌측 그림 (a) 에서 x1과 x2는 각각 위치 전송기 밸런스 빔과 스템 변위 피드백 링크 구조의 움직임을 의미하며 밸런스 빔의 동작은 위치 전송기의 파일롯 밸브의 개도에 변화를 주고 구동기 상·하부로 들어가는 압력을 제어하는 역할을 한다. 또한 스템 변위 피드백 링크 구조는 밸브 스템의 변위가 발생하였을 때 스템 변위를 위치 전송기로 피드백 해주는 부분이다. 구동기와 밸브에 대한 자유 물체도는 도 5의 우측 (b) 에 표시하였으며 구동기와 밸브는 서로 독립적인 기기로 분리가 가능하지만, 실제로는 구동기, 밸브의 스템부가 커넥터로 결합되어 있을 수 있고, 점선을 기준으로 위쪽은 구동기, 아래쪽은 밸브를 의미할 수 있다. 5 is a free body diagram for each component of an air-driven control valve. Referring to FIG. 5, a relational expression for the position transmitter, the actuator, and the valve constituting the input/output system of the air-driven control valve will be described. In FIG. 5, the internal structure of the actual position transmitter is simplified in a range that does not affect the behavioral characteristics of the position transmitter, although various accessory devices are complicatedly configured. In the left figure (a) of Fig. 5, x 1 and x 2 refer to the movement of the position transmitter balance beam and the stem displacement feedback link structure, respectively, and the operation of the balance beam changes the opening of the pilot valve of the position transmitter, It serves to control the pressure entering the lower part. In addition, the stem displacement feedback link structure is a part that feeds back the stem displacement to the position transmitter when the valve stem displacement occurs. The free body diagram of the actuator and the valve is shown in (b) on the right side of Fig. 5, and the actuator and the valve can be separated as independent devices, but in reality, the stem of the actuator and valve may be connected by a connector, and the dotted line On the basis of, the upper part may refer to an actuator and the lower part may refer to a valve.

도 5로부터 위치 전송기 다이어프램부에 제어 압력이 입력되어 발생되는 힘을 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 수학식 2는 위치 전송기의 밸런스 빔과 내부 스프링 피드백 링크 구조의 힘 평형 관계식이다. 수학식 3은 구동기 상부와 하부에 들어간 압력이 구동기 피스톤에 작용하여 발생하는 힘을 각각 Fup 와 Flo 로 정의한 것으로, 구동기에서 발생하는 힘 Fa 는 구동기 상부와 하부에서 발생한 힘 차이와 같다. 수학식 4는 구동기와 밸브에 작용하는 힘 평형 관계식으로 Fa_act 는 구동기 및 밸브를 움직이는 힘을 의미한다. 또한 스템과 플러그 무게에 의한 부하(FDS)나 패킹 부하(Fpack)등 밸브에서 발생하는 부하는 밸브 스템의 스템 힘 센서(Fstem)에서 측정될 수 있다. 그리고 주급수 제어 밸브의 구동기 내부에는 스프링이 없는 형태로 수학식 5와 같이 스템 변위를 산출하기 위해 구동기 실린더 내부에 존재하는 공기의 체적탄성계수를 가정하여 관계식을 유도할 수 있다. From FIG. 5, the force generated by inputting the control pressure to the diaphragm of the position transmitter can be expressed as Equation 1 below, and Equation 2 is a force balance relation between the balance beam of the position transmitter and the internal spring feedback link structure. Equation 3 defines the force generated by the pressure entering the upper and lower parts of the actuator acting on the actuator piston as F up and F lo , respectively, and the force F a generated in the actuator is equal to the difference in the force generated in the upper and lower parts of the actuator. Equation 4 is a force balance relation between the actuator and the valve, and F a_act denotes a force that moves the actuator and the valve. In addition, the load generated by the valve such as the load by the weight of the stem and plug (F DS ) or the packing load (F pack ) can be measured by the stem force sensor (F stem ) of the valve stem. In addition, in order to calculate the stem displacement as shown in Equation 5 in the form of no spring inside the actuator of the main feed water control valve, a relational expression may be derived by assuming the volume modulus of air existing inside the actuator cylinder.

Figure 112018074278012-pat00007
Figure 112018074278012-pat00007

Figure 112018074278012-pat00008
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도 6 은 수학식 1 내지 수학식 3 에 대한 블록 다이어그램이다. 즉, 도 6은 제어압력과 다이어프램 단면적에 대한 관계식, 파일롯 밸브 스템 변위(x1)를 산출하기 위한 위치 전송기 실제 구동힘(Fs)과 스프링의 관계식 등을 수학식 1 내지 수학식 3을 블록 다이어그램으로 표현한 것이다. 또한 도 6의 점선 안에 표시한 VA1, VA2 는 도 3의 A, B로 표시된 출력 압력 포트와 관련된 변수로써, 파일롯 밸브 스템의 변위에 따른 유량 정보나 단면적과 같은 물리적 의미들을 포함한다. 이 변수들은 출력 압력 포트를 통과하는 공기의 압력 증폭률을 의미하며, 구동기의 압력은 파일롯 밸브 스템 변위에 따라 선형으로 변한다고 가정할 수 있다. 또한, 구동기 상부압력과 하부압력을 의미하는 PaU 와 PaL 이 구동기 피스톤 단면적 (Aact) 에 작용하여 발생하는 힘을 Fup과 Flo로 표시하였으며 그 힘의 차이인 Fa를 도 6과 같이 블록 다이어그램으로 변환하였다. FFB 는 출력 시스템의 밸브 스템 변위가 발생하면 피드백 링크 구조를 통하여 전달되는 변위와 스프링과의 관계를 나타낸 것이다. 6 is a block diagram of Equations 1 to 3; That is, FIG. 6 is a block diagram showing the relationship between the control pressure and the diaphragm cross-sectional area, the position transmitter actual driving force (F s ) and the spring for calculating the pilot valve stem displacement (x 1 ). It is expressed as a diagram. In addition, VA 1 and VA 2 indicated in the dotted line of FIG. 6 are variables related to the output pressure ports indicated by A and B of FIG. 3, and include physical meanings such as flow rate information or cross-sectional area according to the displacement of the pilot valve stem. These variables represent the pressure amplification factor of the air passing through the output pressure port, and it can be assumed that the actuator pressure changes linearly with the pilot valve stem displacement. In addition, the force generated by the action of PaU and PaL, which means the upper and lower pressures of the actuator, acting on the actuator piston cross-sectional area (A act ), is expressed as F up and F lo , and the difference between the force, F a , is shown in FIG. Converted to a diagram. F FB shows the relationship between the spring and the displacement transmitted through the feedback link structure when the valve stem displacement of the output system occurs.

도 7 은 블록 다이어그램의 간략화를 나타낸 것으로서, 도 6의 점선 부분으로 표시된 블록다이어그램을 총 4단계로 간략화한 것이다. 4 단계 모두 x1 이 입력되어 Fa 가 출력되는 블록다이어그램으로써, 시스템의 관점에서는 STEP 1부터 STEP 4는 모두 동일한 입력과 출력을 갖고 있는 블록다이어그램으로 판단될 수 있다. 하지만 모델의 관점에서 봤을 때 블록다이어그램을 간략화하면서 변수들이 통합되고 알아야 할 변수의 수가 변경된다. 예를 들어, 간략화하기 전에는 VA1 과 VA2 와 같이 두 개로 표현되던 압력 증폭률이 간략화 마지막 단계인 STEP 4에서는 VA 로 통합될 수 있다는 것을 알 수 있다. 만약, 압력 증폭율이 추정해야할 변수라고 한다면 STEP1에서는 두 개의 변수를 추정해야 하지만, STEP4에서는 하나의 변수만 추정하면 된다는 것을 알 수 있다. FIG. 7 shows a simplified block diagram, and the block diagram indicated by the dotted line of FIG. 6 is simplified into 4 steps. All four steps are block diagrams in which x 1 is input and F a is output. From a system point of view, STEP 1 to STEP 4 can all be determined as block diagrams having the same input and output. However, from a model's point of view, while simplifying the block diagram, the variables are integrated and the number of variables to be known changes. For example, it can be seen that the pressure amplification factor, which was expressed as two such as VA 1 and VA 2 before simplification, can be integrated into VA in STEP 4, the last step of simplification. If the pressure amplification rate is a variable to be estimated, it can be seen that in STEP 1, two variables must be estimated, but in STEP 4, only one variable needs to be estimated.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 밸브 시스템 모델 및 모델 파라미터를 나타낸다. 먼저, 도 8 의 (a)는 앞에서 유도한 수학식 1 내지 수학식 5를 블록다이어그램으로 도식화한 것이고, 도 8 의 (b) 는 모델 파라미터의 위치를 나타낸다. 제어 밸브 모델 블록 다이어그램은 모델 파라미터, 내부 파라미터, 추정 내부 파라미터들로 구성되어 있으며, 하기의 표 1 에 개시되어 있다. 여기서 모델 파라미터는 파라미터 값의 변화에 따라 모델의 출력 결과에 영향을 주는 파라미터이다. 도 8에 나타낸 것과 같이 본 모델에서는 구동힘 공급부와 스템 변위 피드백 연결부에 존재하는 위치 전송기의 내부 스프링 프리로드(Fpopre)나 스템 변위 피드백 전달율(Gfb)이 모델 파라미터에 해당한다. 내부 파라미터는 위치 전송기 다이어프램 단면적(Ac)이나 구동기 실린더 피스톤 단면적(Aact)에 대한 정보는 제작사 제공 자료나 실측, 계산을 통해 이미 알고 있는 정보이고 모델의 고정 값으로 입력된다. 마지막으로, 추정 내부 파라미터는 모델의 대상이 되는 제어 밸브 시스템이 변경되면 초기에 한번 추정하고 고정되는 파라미터로, 값이 변해도 모델 출력 결과에 영향을 주지 않는다. 본 모델에서 정의한 파일롯 밸브 압력 증폭율(Vp)이나 구동기 체적 탄성 계수(kair)가 추정 내부 파라미터에 해당한다.8 shows a control valve system model and model parameters according to an embodiment of the present invention. First, (a) of FIG. 8 is a block diagram of Equations 1 to 5 derived above, and (b) of FIG. 8 shows the location of model parameters. The control valve model block diagram consists of model parameters, internal parameters, and estimated internal parameters, and is disclosed in Table 1 below. Here, the model parameter is a parameter that affects the output result of the model according to the change of the parameter value. As shown in FIG. 8, in this model, the internal spring preload (F popre ) or the stem displacement feedback transmission rate (G fb ) of the position transmitter existing in the driving force supply unit and the stem displacement feedback connection are the model parameters. The internal parameter is information about the position transmitter diaphragm cross-sectional area (A c ) or actuator cylinder piston cross-sectional area (A act ), which is already known through data provided by the manufacturer, actual measurement, and calculation, and is input as a fixed value of the model. Finally, the estimated internal parameter is a parameter that is initially estimated and fixed once when the control valve system that is the target of the model is changed. Even if the value changes, the model output result is not affected. The pilot valve pressure amplification factor (V p ) or the actuator volume elastic modulus (k air ) defined in this model correspond to the estimated internal parameters.

Figure 112018074278012-pat00013
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앞에서 기술한 내용을 참조로 본 발명에 이용되는 최종 모델 관계식에 대해 설명한다. 도 9와 도 10은 도 8 의 (a) 의 제어 밸브 블록다이어그램 모델을 입력 신호에 따라 두 개의 블록다이어그램으로 나누어 재구성한 것이다. 도 9는 모델에 구동힘 공급부의 신호가 입력되고 Fstem (구동기 또는 밸브에서 발생하는 부하) 부분이 0인 상태에서 밸브 스템 변위가 출력되는 블록다이어그램이며 도 10은 모델에 Fstem 신호가 입력되고 구동힘 공급부 신호가 0인 상태에서 밸브 스템 변위가 출력되는 블록 다이어그램이다.The final model relational expression used in the present invention will be described with reference to the above description. 9 and 10 are reconstructed by dividing the control valve block diagram model of FIG. 8 (a) into two block diagrams according to an input signal. FIG. 9 is a block diagram in which the signal of the driving force supply unit is input to the model and the valve stem displacement is output when the F stem (load generated from the actuator or valve) is 0. FIG. 10 is a block diagram in which the F stem signal is input to the model. This is a block diagram in which the valve stem displacement is output when the drive force supply signal is zero.

각 블록다이어그램의 입력과 출력에 대한 전달함수는 하기의 수학식 6 및 수학식 7 과 같이 유도된다. Transfer functions for inputs and outputs of each block diagram are derived as in Equations 6 and 7 below.

Figure 112018074278012-pat00014
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수학식 8 은 수학식 6과 수학식 7을 선형 결합한 형태로 제어 밸브 시스템을 선형 시스템으로 가정한 모델의 관계식이며 아래에서 설명하는 모델 파라미터 최적화 함수에 입력된다. 여기서, xs 는 밸브의 스템 변위, Pc 는 제어 압력, Ac 는 위치 전송기 내부 다이어프램의 단면적, Fpopre 는 위치 전송기 스프링의 프리로드, Vp 는 위치 전송기의 파일롯 밸브의 압력 증폭률, Ps 는 위치 전송기 파일롯 밸브의 공급 압력, Aact 는 구동기의 피스톤의 단면적, kair 는 피스톤 내부 공기의 체적 탄성 계수, Gfb 는 스템 변위 전달율, Fstem 은 구동기 또는 밸브에서 발생하는 부하를 나타낼 수 있다. Equation 8 is a relational expression of the model assuming that the control valve system is a linear system in the form of a linear combination of Equations 6 and 7 and is input to the model parameter optimization function described below. Where x s is the stem displacement of the valve, P c is the control pressure, A c is the cross-sectional area of the diaphragm inside the position transmitter, F popre is the preload of the position transmitter spring, V p is the pressure amplification factor of the pilot valve of the position transmitter, P s Is the supply pressure of the position transmitter pilot valve, A act is the cross-sectional area of the piston of the actuator, k air is the volumetric modulus of air inside the piston, G fb is the stem displacement transmission rate, and F stem can represent the load generated by the actuator or valve. .

도 11은 모델 파라미터 최적화 프로세스를 표시한 것으로, 수학식 8을 코드화한 함수와 파라미터 초기 가정 값을 최적화 함수에 입력하여 실행시키는 방법으로 모델 파라미터를 추정할 수 있다.FIG. 11 shows a model parameter optimization process, and model parameters can be estimated by inputting a function coded in Equation 8 and an initial assumption value of the parameter into the optimization function and executing it.

도 12a 내지 도 12b 는 개발된 공기구동 제어 밸브 모델의 운영 프로세스를 도식화한 것으로, 구조와 동작 방식이 유사한 제어 밸브에 대해서는 내부 파라미터와 추정 내부 파라미터를 변경하여 적용할 수 있다. 도 12a는 제어 밸브 시스템에 개발된 제어 밸브 모델이 최초로 적용되는 경우에 운영되는 프로세스로, 측정 신호 및 모델 파라미터 가정 값, 내부 파라미터를 모델에 입력하여 실행하면, 모델 파라미터와 추정 내부 파라미터들이 출력되어 저장되는 순서로 프로세스가 진행된다. 초기 운영 프로세스에서 추정된 모델 파라미터는 제어 밸브 시스템의 현재 상태를 나타내는 기준 값이다. 도 12b는 최초 운영 프로세스를 수행한 경험이 있는 제어 밸브 시스템에 본 발명에 의한 제어 밸브 진단모델이 지속적으로 적용되는 경우로, 모델 파라미터를 추정하기 위한 가정 값은 최초 운영 프로세스와 마찬가지로 임의로 줄 수 있으나 최초 운영 프로세스에서 추정한 값을 이용하면 모텔 파라미터 추정이 더 빨라질 수 있다. 측정신호를 이용하여 모델 파라미터가 새롭게 추정되면, 데이터베이스에 저장되어 있는 과거의 추정 모델 파라미터들과의 비교를 통해 제어 밸브 시스템의 상태 변화를 감시하는 지표로 사용할 수 있다. 12A to 12B are diagrams illustrating the operating process of the developed air-driven control valve model, and the internal parameters and estimated internal parameters may be changed and applied to a control valve having a similar structure and operation method. 12A is a process that is operated when a control valve model developed in a control valve system is applied for the first time.When a measurement signal, assumed model parameter values, and internal parameters are input to the model and executed, model parameters and estimated internal parameters are output. The process proceeds in the order in which they are stored. The model parameters estimated in the initial operating process are reference values representing the current state of the control valve system. 12B is a case where the control valve diagnosis model according to the present invention is continuously applied to the control valve system having experience in performing the initial operation process, and the assumed value for estimating the model parameter can be arbitrarily given as in the initial operation process. If the value estimated in the initial operation process is used, the motel parameter estimation may be faster. When a model parameter is newly estimated using the measurement signal, it can be used as an index to monitor the state change of the control valve system through comparison with past estimated model parameters stored in the database.

도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법의 흐름도이다. 이하, 도 2 및 도 13 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법을 보다 상세히 설명한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법은, 제어 압력을 출력하는 제어기 (21), 제어 압력을 입력 신호로 받아 구동기 (11) 에 공급되는 압력을 조절하는 위치 전송기 (23), 공급된 압력을 기반으로 밸브 (13) 를 구동하기 위한 구동기 (11) 및 밸브 (13) 를 포함하는 공기구동 제어 밸브 (1) 의 상태를 진단할 수 있다. 13 is a flowchart of a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 13. As shown in FIG. 2, a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention includes a controller 21 outputting a control pressure, and a driver 11 receiving the control pressure as an input signal. The state of the air-driven control valve (1) including the position transmitter (23) for controlling the pressure supplied to), the actuator (11) for driving the valve (13) and the valve (13) based on the supplied pressure. Can be diagnosed.

도 13 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법은 먼저, 위치 전송기 (23), 구동기 (11) 및 밸브 (13) 의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 제어 압력 (Pc) 에 따른 밸브의 스템 (15) 의 변위를 출력하는 관계식을 구성할 수 있다 (단계 1310). 여기서, 파라미터들은 모델 파라미터, 내부 파라미터 및 추정 내부 파라미터를 포함할 수 있으며, 전술한 바와 같이 모델 파라미터 값의 변화에 따라 상기 관계식의 출력 값이 변화할 수 있고, 내부 파라미터는 진단의 대상이 되는 공기구동 제어 밸브 (1) 의 사양에 따라 고정된 값이며, 추정 내부 파라미터는 진단이 되는 공기구동 제어 밸브 (1) 가 변경될 경우 그 공기구동 제어 밸브 (1) 에 대해서 최초 1회 추정되어 고정되는 값을 가질 수 있다. Referring to FIG. 13, in a method for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention, first, parameters for the characteristics of the position transmitter 23, the actuator 11, and the valve 13 Including and outputting the displacement of the stem 15 of the valve according to the control pressure (P c ) can be constructed (step 1310). Here, the parameters may include model parameters, internal parameters, and estimated internal parameters, and as described above, the output value of the relational expression may change according to the change of the model parameter value, and the internal parameter is air to be diagnosed. It is a fixed value according to the specifications of the drive control valve (1), and the estimated internal parameter is estimated and fixed once for the air driven control valve (1) when the air driven control valve (1) to be diagnosed is changed. Can have a value.

한편, 전술한 바와 같이 모델 파라미터는 예를 들어 위치 전송기 (23) 에 포함된 스프링 (27) 의 프리로드 (Fpopre) 및 위치 전송기 (23) 에 포함된 스템 변위 피드백 연결부 (28) 의 스템 변위 전달율 (Gfb) 을 포함할 수 있다. 또한, 내부 파라미터는 위치 전송기 (23) 에 포함된 다이어프램 (24) 의 단면적 (Ac) 및 구동기 (11) 의 피스톤의 단면적 (Aact)을 포함할 수 있다. 아울러, 추정 내부 파라미터는 위치 전송기 (23) 에 포함된 파일롯 밸브 (26) 의 압력 증폭율 (Vp) 및 구동기 (11) 에 포함된 피스톤 내부 공기의 체적 탄성 계수 (kair)를 포함할 수 있다. On the other hand, the model parameters are, for the stem displacement of the example included in the position transmitter (23) a spring (27) preloading (F popre) and position the stem displacement feedback connection (28) included in the transmitter 23 in as described above, The transfer rate (G fb ) may be included. In addition, the internal parameters may include a cross-sectional area A c of the diaphragm 24 included in the position transmitter 23 and a cross-sectional area A act of the piston of the actuator 11. In addition, the estimated internal parameter may include a pressure amplification factor (V p ) of the pilot valve 26 included in the position transmitter 23 and a volume modulus of elasticity (k air ) of the air inside the piston included in the actuator 11. have.

다시 도 13 을 참조하면, 공기구동 제어 밸브 (1) 가 정상 상태인 것이 확인된 시점에서, 공기구동 제어 밸브 (1) 의 정상 작동에 따른 측정값 (예를 들어, 소정 제어 압력에 따른 스템 변위) 과 앞서 생성된 관계식에 의한 출력 값 (예를 들어, 동일 제어 압력에 따른 스템 변위) 의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정 (단계 1320) 할 수 있다. 보다 구체적으로, 미리 결정된 내부 파라미터 값을 기반으로 초기 모델 파라미터 및 초기 추정 내부 파라미터를 결정할 수 있다. Referring back to FIG. 13, when it is confirmed that the air-driven control valve 1 is in a normal state, a measured value according to the normal operation of the air-driven control valve 1 (e.g., stem displacement according to a predetermined control pressure) ) And the output value (e.g., stem displacement according to the same control pressure) according to the previously generated relational expression is determined by adjusting the values of the parameters until the difference between them is less than a predetermined error limit (step 1320). I can. More specifically, an initial model parameter and an initial estimated internal parameter may be determined based on a predetermined internal parameter value.

이후, 공기구동 제어 밸브 (1) 의 진단이 필요한 시점에서, 공기구동 제어 밸브 (1) 의 진단 작동에 따른 측정값과 앞서 생성된 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정 (단계 1330) 할 수 있다. 보다 구체적으로, 미리 결정된 내부 파라미터 값 및 상기 초기 추정 내부 파라미터 값을 기반으로 진단 모델 파라미터를 결정할 수 있다. Thereafter, at the time when diagnosis of the air-driven control valve 1 is necessary, until the difference between the measured value according to the diagnosis operation of the air-driven control valve 1 and the output value according to the previously generated relational expression becomes smaller than the predetermined error limit. A diagnostic parameter value may be determined (step 1330) by adjusting the values of the parameters. More specifically, a diagnostic model parameter may be determined based on a predetermined internal parameter value and the initial estimated internal parameter value.

이후, 초기 파라미터 값과 진단 파라미터 값을 비교하여 공기 구동 제어 밸브 (1) 의 이상 유무를 판단 (단계 1340) 할 수 있다. 구체적으로, 초기 모델 파라미터와 진단 모델 파라미터를 비교함으로써 공기 구동 제어 밸브 (1) 의 이상 유무를 판단할 수 있으며, 초기 모델 파라미터와 진단 모델 파라미터의 차가 소정 오차한도 이내일 경우 정상 상태임을 나타낼 수 있고, 복수의 레벨 값을 결정하여 단계 별로 이상 정도를 판단할 수도 있다. Thereafter, the initial parameter value and the diagnostic parameter value may be compared to determine the presence or absence of an abnormality in the air drive control valve 1 (step 1340). Specifically, by comparing the initial model parameter and the diagnostic model parameter, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in the air-driven control valve 1, and when the difference between the initial model parameter and the diagnostic model parameter is within a predetermined error limit, it can indicate that it is in a normal state. , It is also possible to determine the degree of abnormality for each step by determining a plurality of level values.

도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치 (1400) 는, 모델 생성부 (1410), 초기 값 결정부 (1420), 진단 값 결정부 (1430) 및 진단부 (1440) 를 포함할 수 있다. 14 is a block diagram showing the configuration of an air-driven control valve diagnosis apparatus using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the apparatus 1400 for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention includes a model generator 1410, an initial value determination unit 1420, and a diagnosis value. A determination unit 1430 and a diagnosis unit 1440 may be included.

모델 생성부 (1410) 는 위치 전송기 (23), 구동기 (11) 및 밸브 (13) 의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 제어 압력에 따른 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성할 수 있다. 초기 값 결정부 (1420) 는 공기구동 제어 밸브 (1) 의 정상 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정할 수 있다. 또한, 진단 값 결정부 (1430) 는 공기구동 제어 밸브 (1) 의 진단 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정할 수 있다. 아울러, 진단부 (1440) 는 초기 파라미터 값과 진단 파라미터 값을 비교하여 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단할 수 있다. The model generator 1410 may include parameters for characteristics of the position transmitter 23, the actuator 11, and the valve 13, and may configure a relational expression for outputting the stem displacement of the valve according to the control pressure. The initial value determination unit 1420 adjusts the values of the parameters until the difference between the measured value according to the normal operation of the air-driven control valve 1 and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit. Can be determined. In addition, the diagnostic value determination unit 1430 is diagnosed by adjusting the values of the parameters until the difference between the measured value according to the diagnostic operation of the air-driven control valve 1 and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit. You can determine the parameter value. In addition, the diagnostic unit 1440 may compare the initial parameter value and the diagnostic parameter value to determine whether or not the air drive control valve is abnormal.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치의 구체적인 동작은, 전술한 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 방법에 따를 수도 있다. A specific operation of the apparatus for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model according to an embodiment of the present invention may be performed according to the method for diagnosing an air-driven control valve using the above-described position transmitter model.

상술한 본 발명에 따른 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어밸브의 진단 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described method for diagnosing an air-driven control valve using the position transmitter model according to the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media in which data that can be decoded by a computer system is stored. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium can be distributed to a computer system connected through a computer communication network, and stored and executed as code that can be read in a distributed manner.

도 15는 초기 가정한 모델 파라미터를 모델에 입력시켜 출력된 결과와 개발된 프로그램을 통해 최적화된 파라미터를 모델에 입력하여 출력된 결과를 실험 데이터와 비교한 것이다. 도 15의 (a) 와 (b) 를 참조하면 개발된 모델이 제어 밸브 시스템의 동작을 정확하게 표현하고 있으며, 모델 파라미터 최적화를 통해 예측의 정확도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 15 shows results obtained by inputting the initially assumed model parameters into the model, and inputting the optimized parameters through the developed program into the model, and comparing the output results with experimental data. Referring to FIGS. 15A and 15B, it can be seen that the developed model accurately represents the operation of the control valve system, and the accuracy of prediction can be improved through model parameter optimization.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the drawings and examples, it does not mean that the protection scope of the present invention is limited by the drawings or examples, and those skilled in the art It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope.

Claims (6)

제어 압력을 출력하는 제어기와, 상기 제어 압력을 입력받아 구동기에 공급되는 압력을 조절하는 위치 전송기와, 상기 구동기에 공급된 압력을 기반으로 밸브를 구동하기 위한 구동기와, 그리고 상기 밸브를 포함하는 공기구동 제어 밸브를 진단하기 위한 장치로서,
상기 위치 전송기, 상기 구동기 및 상기 밸브 중 적어도 하나의 특성에 대한 파라미터들을 포함하고 상기 제어 압력에 따른 상기 밸브의 스템 변위를 출력하는 관계식을 구성하는 모델 생성부;
초기 파라미터 값을 결정하는 초기 값 결정부;
진단 파라미터 값을 결정하는 진단 값 결정부; 및
상기 초기 파라미터 값과 상기 진단 파라미터 값을 비교하여 상기 공기 구동 제어 밸브의 이상 유무를 판단하는 진단부를 포함하되,
상기 파라미터들은 모델 파라미터, 내부 파라미터 및 추정 내부 파라미터 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 모델 파라미터 값의 변화에 따라 상기 관계식의 출력 값이 변화하고,
상기 초기 값 결정부는 상기 공기구동 제어 밸브의 정상 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 초기 파라미터 값을 결정하는
위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치.A controller that outputs a control pressure, a position transmitter that receives the control pressure and adjusts the pressure supplied to the actuator, a driver for driving a valve based on the pressure supplied to the actuator, and air including the valve As a device for diagnosing a drive control valve,
A model generation unit including parameters for characteristics of at least one of the position transmitter, the actuator and the valve, and configuring a relational expression for outputting a stem displacement of the valve according to the control pressure;
An initial value determination unit determining an initial parameter value;
A diagnostic value determination unit that determines a diagnostic parameter value; And
Comprising a diagnostic unit for comparing the initial parameter value and the diagnostic parameter value to determine the presence or absence of an abnormality in the air drive control valve,
The parameters include at least one of a model parameter, an internal parameter, and an estimated internal parameter,
The output value of the relational expression changes according to the change of the model parameter value,
The initial value determination unit determines the initial parameter value by adjusting the values of the parameters until the difference between the measured value according to the normal operation of the air-driven control valve and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit.
Air-driven control valve diagnosis device using position transmitter model. 제 1 항에 있어서,
상기 파라미터들은 모델 파라미터, 내부 파라미터 및 추정 내부 파라미터를 포함하는, 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치.The method of claim 1,
The parameters include a model parameter, an internal parameter, and an estimated internal parameter, an apparatus for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model. 제 2 항에 있어서, 상기 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브의 사양에 따라 고정된 값이며,
상기 추정 내부 파라미터는 상기 공기구동 제어 밸브에 대해 최초 1회 추정되어 고정되는 값인, 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치.The method of claim 2, wherein the internal parameter is a fixed value according to the specification of the air driven control valve,
The estimated internal parameter is a value that is estimated and fixed once for the first time with respect to the air-driven control valve, a diagnostic apparatus for an air-driven control valve using a position transmitter model. 제 1 항에 있어서,
상기 진단 값 결정부는 상기 공기구동 제어 밸브의 진단 작동에 따른 측정값과 상기 관계식에 의한 출력 값의 차가 미리 결정된 오차 한도보다 작아질 때까지 상기 파라미터들의 값을 조정함으로써 진단 파라미터 값을 결정하는 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치. The method of claim 1,
The diagnostic value determining unit determines the diagnostic parameter value by adjusting the values of the parameters until the difference between the measured value according to the diagnostic operation of the air-driven control valve and the output value according to the relational expression becomes smaller than a predetermined error limit. Diagnosis device for air driven control valve using model. 제 1 항에 있어서,
출력 시스템-여기서, 상기 출력시스템은 상기 구동기와, 상기 밸브와, 상기 제어기에서 출력되는 제어압력에 따라 동작하는 밸브 스템을 포함함-의 상기 밸브 스템과 상기 위치 전송기 사이에 연결된 피드백 링크를 통해 밸브 스템 위치가 피드백 되고, 상기 피드백된 밸브 스템 위치를 상기 제어 압력과 비교해 상기 밸브 스템 위치의 재조정 여부를 결정하는 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치. The method of claim 1,
A valve through a feedback link connected between the valve stem and the position transmitter of the output system-wherein the output system includes the actuator, the valve, and a valve stem that operates according to a control pressure output from the controller. An apparatus for diagnosing an air-driven control valve using a position transmitter model in which a stem position is fed back and the feedback valve stem position is compared with the control pressure to determine whether to readjust the valve stem position. 제5항에 있어서,
상기 스템 위치의 조정이 필요하지 않은 경우에는 현재 스템 위치를 유지하는 위치 전송기 모델을 이용한 공기구동 제어 밸브의 진단 장치. The method of claim 5,
When the adjustment of the stem position is not necessary, a diagnosis apparatus for an air-driven control valve using a position transmitter model that maintains the current stem position.
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