KR102286071B1

KR102286071B1 - 고형연료 제조 시스템

Info

Publication number: KR102286071B1
Application number: KR1020210032185A
Authority: KR
Inventors: 이종우
Original assignee: 일성에스지(주)
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-08-04

Abstract

본 발명은 고형연료 제조 시스템에 관한 것으로서, 고형연료(SRF: Solid Refuse Fuel) 제조를 위한 폐기물을 파쇄 장치로 투입하기 위한 제1 투입 호퍼와, 파쇄 장치와, 제1 투입 호퍼 및 파쇄 장치 각각의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 고형연료 제조 시스템으로서, 제1 투입 호퍼는, 제1 구동 모터의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 폐기물 투입량 조절 부재를 포함하되, 폐기물 투입량 조절 부재의 복수의 블레이드 사이의 피치 공간은 제1 투입 호퍼로 유입되는 폐기물에 대하여 설정량의 폐기물을 수용하도록 구성되고, 파쇄 장치는, 파쇄 모터의 회전에 의한 복수의 파쇄 스크류 간의 교차 회전에 따라 복수의 파쇄 스크류 상으로 투입되는 폐기물을 파쇄하도록 동작하며, 컨트롤러는, 제1 구동 모터 및 파쇄 모터에 대한 제어를 통해 제1 투입 호퍼 및 파쇄 장치 각각의 동작을 제어하되, 파쇄 스크류 상으로 폐기물의 투입 시 파쇄 장치에 야기되는 파쇄 스크류 스턱(Stuck)이 방지되도록, 제1 구동 모터의 회전 속도를 제어함으로써 폐기물 투입량 조절 부재로부터의 설정량의 폐기물이 파쇄 장치로 투입되는 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

고형연료 제조 시스템{SYSTEM FOR MANUFACTURING SOLID REFUSE FUEL}

본 발명은 고형연료 제조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고형연료의 제조 과정에서 그 제조 설비에 해당하는 파쇄기 및 분쇄기의 막힘 현상을 제거하기 위한 고형연료 제조 시스템에 관한 것이다.

환경부의 통계에 따르면, 국내에서 2018년 기준 446,102톤의 쓰레기가 매일 배출되고, 그 양은 계속해서 증가하고 있다. 매립장의 매립 연한은 계속 줄어들고 지역주민의 반대로 인해 소각장 건립이 무산되고 있는 현 상황에서 최근 중국의 "폐플라스틱수입거부"로 인해 폐기물 처리에 대한 부담이 가중되어 전국적으로 약 128개의 쓰레기산과 120.3만톤의 폐기물이 방치되고 있는 상황이다.

이에 따라, 생활 폐기물을 자원화하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있으며, 대표적으로 생활 폐기물에 함유된 수분, 금속류 및 유리 등의 불연성분을 건조, 파쇄, 선별 등의 공정을 통하여 제거하고 가연성분만을 가공하여 만든 고형연료(SRF: Solid Refuse Fuel)를 제조하는 방법이 제시되고 있다. 폐기물을 연료화하고 신재생 에너지로 활용하며, 최소불연성만의 매립으로 매립지의 사용 기간을 연장하는데 기여하고 고형연료 1톤이 석유 약 500리터 원유수입의 대체효과를 갖는 점에서 고형연료는 친환경 대체 에너지로 부각되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1798643호(2017.11.20. 공고)에 개시된 것과 같이, 고형연료를 제조하는 공정은 다양한 성상을 갖는 폐기물을 폐기물 처리 장치에 투입하여 자력 선별을 통해 철제 금속 물질을 제거하고, 자력 선별을 거친 폐기물을 파쇄기에 투입하여 소정 크기로 파쇄하며, 파쇄된 폐기물에 대한 건조 처리 및 토사 선별 작업을 거쳐 분쇄기를 통해 분쇄한 후, 분쇄된 폐기물을 고형연료로 성형하는 과정으로 이루어진다.

한편, 고형연료 제조 과정 중 파쇄 공정 및 분쇄 공정에 있어서, 파쇄기 및 분쇄기의 스크류가 폐기물에 막혀 그 회전이 정지되는 막힘 현상(본 명세서에서 스크류 스턱(Stuck)으로 정의한다)이 매우 빈번하게 발생하고 있다. 즉, 파쇄 공정 및 분쇄 공정이 정상적으로 이루어지기 위해서는 파쇄기 또는 분쇄기에 폐기물을 투입할 시 비중이 높은 철제 금속 물질을 제거하고 용량에 맞는 정량을 투입해야 하지만, 철제 금속 물질의 미제거, 폐기물 정량 투입 조절 실패, 및 다양하고 상이한 폐기물의 성상 등의 요인으로 인해 현실적으로는 고형연료 생산 업체에서 하루 수 회의 스크류 스턱 현상이 발생하여 회당 30분 내지 2시간 정도의 생산 작업이 중단되고 있는 실정이다. 이에 따라, 고형연료 제조 공정 상의 스크류 스턱 확인 및 해소를 위한 작업자의 수작업이 요구되며, 결과적으로 고형연료 생산성이 저하되는 문제점이 존재하여, 이에 대한 해결 방안이 요청된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 고형연료 제조 과정에서 파쇄기 및 분쇄기에 야기되는 스크류 스턱을 사전에 방지하여, 고형연료의 제조 작업 상의 효율성 및 생산성을 향상시키기 위한 고형연료 제조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 고형연료(SRF: Solid Refuse Fuel) 제조를 위한 폐기물을 파쇄 장치로 투입하기 위한 제1 투입 호퍼와, 상기 파쇄 장치와, 상기 제1 투입 호퍼의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 고형연료 제조 시스템으로서, 상기 제1 투입 호퍼는, 제1 구동 모터의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 폐기물 투입량 조절 부재를 포함하되, 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 복수의 블레이드 사이의 피치 공간은 상기 제1 투입 호퍼로 유입되는 폐기물에 대하여 설정량의 폐기물을 수용하도록 구성되고, 상기 파쇄 장치는, 파쇄 모터의 회전에 의한 복수의 파쇄 스크류 간의 교차 회전에 따라 상기 복수의 파쇄 스크류 상으로 투입되는 폐기물을 파쇄하도록 동작하며, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 구동 모터에 대한 제어를 통해 상기 제1 투입 호퍼의 동작을 제어하되, 상기 파쇄 스크류 상으로 폐기물의 투입 시 상기 파쇄 장치에 야기되는 파쇄 스크류 스턱(Stuck)이 방지되도록, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 제어함으로써 상기 폐기물 투입량 조절 부재로부터의 설정량의 폐기물이 상기 파쇄 장치로 투입되는 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 컨트롤러는, 상기 파쇄 장치의 부하 정보를 기반으로 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 컨트롤러는, 상기 파쇄 장치의 부하가 미리 정의된 임계치 미만인 영역에서는 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 설정 속도로 제어하고, 상기 파쇄 장치가 부하가 상기 임계치 이상인 영역에서는 상기 파쇄 장치의 부하가 클수록 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 더 낮은 값으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제1 투입 호퍼의 내측면에는 유입되는 폐기물 중의 금속제 검출을 위한 금속제 검출 센서가 구비되고, 상기 제1 투입 호퍼의 하부에는 상기 제1 투입 호퍼를 이동시키기 위한 트롤리가 구비되며, 상기 파쇄 장치의 일측 외부에는 선별 검사대가 구비되고, 상기 파쇄 장치의 상부에는 상기 트롤리의 이동 경로가 되는 가이드 레일이 구비되며, 상기 컨트롤러는, 상기 금속제 검출 센서에 의해 상기 제1 투입 호퍼로 유입되는 폐기물 중의 금속제가 검출된 경우, 상기 제1 구동 모터를 정지시키고, 상기 가이드 레일을 따라 상기 트롤리를 이동시켜 상기 제1 투입 호퍼를 상기 선별 검사대의 상부에 위치시킨 후, 상기 제1 구동 모터를 회전시켜 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용된 폐기물이 상기 선별 검사대에 토출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 파쇄 장치에 파쇄 스크류 스턱이 발생한 경우, 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용된 폐기물의 중량 데이터, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 파쇄 모터의 부하 정보를 상기 컨트롤러로부터 전송받아 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건에 대한 제1 코스(Coarse) 분석을 수행하는 중앙 서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 중앙 서버는, 상기 컨트롤러로부터 전송받은 상기 폐기물의 중량 데이터, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 파쇄 모터의 부하 정보를 입력 데이터로 하고, 신경망(Neural Network)을 통해 입력 데이터의 클래스로서 파쇄 스크류 스턱 발생 여부를 식별하도록 구성된 제1 신경망 모델을 학습시키는 방식으로 상기 제1 코스 분석을 수행하고, 상기 학습된 제1 신경망 모델을 기반으로 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용되는 폐기물의 중량 범위, 및 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 범위로 구성되는, 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 컨트롤러는, 상기 중앙 서버의 제1 코스 분석에 따라 결정되는 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 상기 중앙 서버로부터 전송받고, 상기 전송받은 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 토대로 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱을 방지하기 위한 제1 코스 제어를 수행하되,

상기 제1 코스 제어를 수행하는 과정에서 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 현재 수용된 폐기물의 중량이 상기 폐기물의 중량 범위 내의 제1 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 범위 내의 제2 기준치 이하의 영역에서 제어하는 제1 파인(Fine) 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 파쇄 장치에 의해 파쇄된 폐기물로부터 생성되는 중간재를 분쇄 장치로 투입하기 위한 제2 투입 호퍼; 및 상기 분쇄 장치;를 더 포함하고, 상기 제2 투입 호퍼는, 제2 구동 모터의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 중간재 투입량 조절 부재를 포함하되, 상기 중간재 투입량 조절 부재의 복수의 블레이드 사이의 피치 공간은 상기 제2 투입 호퍼로 유입되는 중간재에 대하여 설정량의 중간재를 수용하도록 구성되고, 상기 분쇄 장치는, 분쇄 모터의 회전에 의한 복수의 분쇄 스크류 간의 교차 회전에 따라 상기 복수의 분쇄 스크류 상으로 투입되는 중간재를 분쇄하도록 동작하며, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 구동 모터에 대한 제어를 통해 상기 제2 투입 호퍼의 동작을 제어하되, 상기 분쇄 스크류 상으로 중간재의 투입 시 상기 분쇄 장치에 야기되는 분쇄 스크류 스턱이 방지되도록, 상기 제2 구동 모터의 회전 속도를 제어함으로써 상기 중간재 투입량 조절 부재로부터의 설정량의 중간재가 상기 분쇄 장치로 투입되는 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 중앙 서버는, 상기 분쇄 장치에 분쇄 스크류 스턱이 발생한 경우, 상기 중간재 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용된 중간재의 중량 데이터, 상기 제2 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 분쇄 모터의 부하 정보를 상기 컨트롤러로부터 전송받아 상기 분쇄 장치의 분쇄 스크류 스턱 회피 조건에 대한 제2 코스 분석을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 중앙 서버는, 상기 컨트롤러로부터 전송받은 상기 중간재의 중량 데이터, 상기 제2 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 분쇄 모터의 부하 정보를 입력 데이터로 하고, 신경망을 통해 입력 데이터의 클래스로서 분쇄 스크류 스턱 발생 여부를 식별하도록 구성된 제2 신경망 모델을 학습시키는 방식으로 상기 제2 코스 분석을 수행하고, 상기 학습된 제2 신경망 모델을 기반으로 상기 중간재 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용되는 중간재의 중량 범위, 및 상기 제2 구동 모터의 회전 속도 범위로 구성되는, 상기 분쇄 장치의 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 컨트롤러는, 상기 중앙 서버의 제2 코스 분석에 따라 결정되는 상기 분쇄 장치의 분쇄 스크류 스턱 발생 조건을 상기 중앙 서버로부터 전송받고, 상기 전송받은 분쇄 스크류 스턱 발생 조건을 토대로 상기 분쇄 장치의 분쇄 스크류 스턱을 방지하기 위한 제2 코스 제어를 수행하되, 상기 제2 코스 제어를 수행하는 과정에서 상기 중간재 투입량 조절 부재의 피치 공간에 현재 수용된 중간재의 중량이 상기 중간재의 중량 범위 내의 제3 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제2 구동 모터의 회전 속도를 상기 제2 구동 모터의 회전 속도 범위 내의 제4 기준치 이하의 영역에서 제어하는 제2 파인 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 중앙 서버는, 상기 제1 코스 분석을 통해 획득되는 파쇄 스크류 회피 조건과, 상기 제2 코스 분석을 통해 획득되는 분쇄 스크류 회피 조건의 중첩 영역으로 정의되는 공통 제어 조건을 결정하여 상기 컨트롤러로 전송하되, 상기 공통 제어 조건은, 상기 폐기물의 중량 범위 및 상기 중간재의 중량 범위 간 중첩되는 공통 중량 범위와, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 범위 및 상기 제2 구동 모터의 회전 속도 범위 간 중첩되는 공통 구동 모터 회전 속도 범위로 구성되고, 상기 컨트롤러는, 상기 공통 제어 조건을 상기 중앙 서버로부터 전송받고, 상기 공통 제어 조건을 토대로 상기 제1 및 제2 투입 호퍼에 대한 동기화 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 파쇄 장치 및 분쇄 장치에 폐기물을 투입하는 호퍼(Hopper) 상에 정량의 폐기물을 투입하기 위한 소정의 투입량 조절 부재를 마련하고, 파쇄 장치 및 분쇄 장치의 부하량에 따라 투입량 조절 부재의 동작을 제어하여 정량의 폐기물이 정속으로 파쇄 장치/분쇄 장치에 투입되도록 함으로써, 스크류 스턱의 발생 후 사후 해소에 의존하였던 종래의 한계에서 벗어나 스크류 스턱의 사전 방지를 가능하게 할 수 있으며, 이에 따라 고형연료의 제조 작업 상의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고형연료 제조 과정에서 획득되는 복수의 데이터를 통해 스크류 스턱을 회피하기 위한 신경망 학습을 수행하고, 그 결과에 따라 고형연료 제조 공정을 제어하는 제어 방식을 채용함으로써, 투입량 조절 부재 이외에 스크류 스턱을 회피하기 위한 별도의 구조물에 대한 의존성을 제거하고 제어 로직만으로 스크류 스턱이 방지되도록 하여 저비용으로 고품질의 고형연료를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템을 기능적 측면에서 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템의 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 폐기물 투입량 조절 부재 및 파쇄 장치의 구조를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 중간재 투입량 조절 부재 및 분쇄 장치의 구조를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고형연료 제조 시스템를 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템을 기능적 측면에서 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템의 구조를 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 폐기물 투입량 조절 부재 및 파쇄 장치의 구조를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 설명하기 위한 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 중간재 투입량 조절 부재 및 분쇄 장치의 구조를 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템에서 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고형연료 제조 시스템은 제1 투입 호퍼(100), 파쇄 장치(200), 제2 투입 호퍼(300), 분쇄 장치(400), 컨트롤러(500) 및 중앙 서버(600)를 포함할 수 있다. 위 구성과 함께, 통상의 고형연료 제조 시스템에 구비되는 연소 장치, 건조 장치, 선별기(자력 선별기, 풍력 선별기, 비철금속 선별기 등), 성형 장치, 그리고 폐기물(M)을 각 장치 간 이송하기 위한 컨베이어(C)가 본 실시예에 마련될 수 있음은 물론이며, 본 실시예에서는 파쇄 장치(200) 및 분쇄 장치(400)에 야기되는 스크류 스턱을 방지하기 위한 구성에 포커싱하여 기술하기로 한다.

제1 투입 호퍼(100)는 고형연료 제조를 위한 폐기물을 컨베이어를 통해 유입받아 후술하는 파쇄 장치(200)로 투입하는 기능을 수행한다. 제1 투입 호퍼(100)의 내부에는 설정량의 폐기물을 파쇄 장치(200)로 투입하도록 구성되는 롤러 구조의 폐기물 투입량 조절 부재(130)가 구비되고, 폐기물 투입량 조절 부재(130)는 제1 구동 모터(110)에 의해 그 동작이 제어되도록 구성된다. 제1 구동 모터(110)는 제1 투입 호퍼(100)의 하우징 외측에 구비된 별도의 하우징을 통해 제1 투입 호퍼(100)와 일체로 설치되는 등, 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 동작을 제어할 수 있는 범위 내에서 다양한 구조로 마련될 수 있으며, 후술하는 컨트롤러(500)와 확립된 유무선 통신 링크를 기반으로 컨트롤러(500)에 의해 제어된다(컨트롤러(500)에 의한 동작 제어는 후술하는 제2 구동 모터(310)에도 동일하게 적용되며, 모터 구동을 위한 인버터와 같은 구동 장치가 마련될 수 있음은 물론이다). 한편, 폐기물 투입량 조절 부재(130)가 롤러 구조로 구현됨에 따라, 단일의 폐기물 투입량 조절 부재(130)만이 제1 투입 호퍼(100)에 마련될 경우 폐기물이 파쇄 장치(200)의 파쇄 스크류(220)의 중앙이 아닌 사이드로 편향되어 투입될 수도 있는 점을 고려하여, 도 3에 도시된 것과 같이 폐기물 투입량 조절 부재(130)는 제1 투입 호퍼(100) 내에서 듀얼 구조로 2개 마련될 수 있다(이 경우 제1 구동 모터(110)도 2개 마련될 수 있다).

도 3을 참조하면, 폐기물 투입량 조절 부재(130)는 제1 구동 모터(110)의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트(131)와, 회전 샤프트(131)의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 판상형 구조의 복수의 블레이드(132)를 포함한다. 복수의 블레이드(132) 사이의 피치 공간(즉, 블레이드(132) 간 상호 이격되어 형성되는 공간)은 제1 투입 호퍼(100)로 유입되는 폐기물에 대하여 설정량의 폐기물을 수용하도록 구성된다. 여기서, 설정량은 체적의 개념으로서, 블레이드(132)의 높이 및 길이, 피치 공간의 너비(즉, 블레이드(132) 간 이격 거리), 그리고 회전 샤프트(131)에 구비되는 블레이드(132)의 수에 의존적으로 결정된다. 즉, 파쇄 장치(200)의 사양 등을 고려하여 파쇄 장치(200)로 1회 투입되어야 하는 투입량이 사전에 결정되면, 결정된 투입량에 해당하는 체적이 피치 공간에 확보되도록 설계자에 의해 블레이드(132)의 높이 및 길이, 피치 공간의 너비, 및 블레이드(132)의 수가 설계될 수 있다(듀얼 구조의 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 경우, 폐기물 투입량 조절 부재(130) 각각의 설정량은 상기한 투입량의 반(half)에 해당하는 체적일 수 있다). 이에 따라, 컨베이어로부터 폐기물이 제1 투입 호퍼(100)에 유입되면 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 설정량의 폐기물이 수용되고, 제1 구동 모터(110)의 회전에 따라 회전 샤프트(131)가 회전되어 피치 공간에 수용된 폐기물이 파쇄 장치(200)로 낙하하여 투입됨으로써, 설계된 투입량에 따른 폐기물이 파쇄 장치(200)로 공급된다. 한편, 회전 샤프트(131)의 내부에는 중량 센서(미도시)가 구비되며, 이에 따라 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 수용된 폐기물의 중량이 중량 센서를 통해 획득되어 컨트롤러(500)로 전달될 수 있다.

제1 투입 호퍼(100)의 내측면에는 컨베이어로부터 유입되는 폐기물 중의 금속제를 검출하기 위한 금속제 검출 센서(140)가 구비된다. 금속제 검출 센서(140)는 전자기 유도 현상을 이용하여 금속을 검출하는 금속 탐지기로 구현될 수 있으며, 후술하는 컨트롤러(500)는 유무선 통신 링크를 기반으로 금속제 검출 센서(140)를 통해 폐기물 중의 금속제를 검출할 수 있다.

제1 투입 호퍼(100)의 하부에는 후술하는 파쇄 장치(200)에 마련된 가이드 레일(R)을 따라 제1 투입 호퍼(100)를 이동시키기 위한 트롤리(150)가 구비된다. 제1 구동 모터(110)의 동력에 따라 트롤리(150)의 캐스터가 가이드 레일(R) 상에서 회전 이동하는 방식을 통해 제1 투입 호퍼(100)가 가이드 레일(R)을 따라 이동될 수 있으며, 제1 구동 모터(110)의 동력은 제1 구동 모터(110)와 제1 투입 호퍼(100) 사이에 설치된 동력 절환 장치(120)를 통해 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 회전 샤프트(131), 및 트롤리(150)의 캐스터로 선택적으로 전달될 수 있다. 동력 절환 장치(120)는 기어박스 및 클러치 등 모터의 동력을 복수의 대상에 절환시켜 전달할 수 있는 범위 내에서 통상의 구조로 구현될 수 있다. 한편, 트롤리(150)는 폐기물이 제1 투입 호퍼(100)로부터 파쇄 장치(200)로 투입될 수 있도록 상하 연통된 구조로 구현된다.

전술한 제1 구동 모터(110), 제1 투입 호퍼(100) 및 폐기물 투입량 조절 부재(130)는, 각각 후술하는 제2 구동 모터(310), 제2 투입 호퍼(300) 및 중간재 투입량 조절 부재(330)와 그 구조 및 기능이 동일하다.

파쇄 장치(200)는 주지된 것과 같이 파쇄 모터(210)의 회전에 의한 복수의 파쇄 스크류(220) 간의 교차 회전에 따라 제1 투입 호퍼(100)로부터 복수의 파쇄 스크류(220) 상으로 투입되는 폐기물을 파쇄하도록 동작한다. 파쇄 모터(210)는 기 정의된 회전 속도(RPM)에 따라 회전하도록 동작한다. 도 2에 도시된 것과 같이 파쇄 장치(200)의 상부에는 제1 투입 호퍼(100)의 하부에 구비된 트롤리(150)의 이동 경로가 되는 가이드 레일(R)이 구비되며, 파쇄 장치(200)의 일측 외부에는 선별 검사대(700)가 구비된다. 제1 투입 호퍼(100)의 트롤리(150), 가이드 레일(R) 및 선별 검사대(700)는 후술하는 것과 같이 폐기물 중 금속제가 검출된 경우 작업자가 해당 폐기물을 선별 검사대(700) 상에서 육안으로 확인하도록 하는 기능을 지원한다.

컨트롤러(500)는 제1 구동 모터(110)에 대한 제어를 통해 제1 투입 호퍼(100)의 동작을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(500)는 본 실시예의 고형연료 제조 시스템을 제어하기 위한 제어반에 구비되는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 컨트롤러(500)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.

본 실시예에서 컨트롤러(500)는 파쇄 스크류(220) 상으로 폐기물의 투입 시 파쇄 장치(200)에 야기되는 파쇄 스크류 스턱(Stuck)이 방지되도록, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 제어함으로써 폐기물 투입량 조절 부재(130)로부터의 설정량의 폐기물이 파쇄 장치(200)로 투입되는 속도를 조절하도록 동작한다. 앞서 언급한 것과 같이 스크류 스턱은 스크류가 폐기물에 막혀 그 회전이 정지되는 막힘 현상으로 정의되며, 본 실시예에서는 파쇄 장치(200) 및 분쇄 장치(400)(후술)에 야기된 스크류 스턱을 각각 파쇄 스크류 스턱 및 분쇄 스크류 스턱으로 표기한다.

파쇄 장치(200)에 야기되는 파쇄 스크류 스턱은 파쇄 스크류(220)로 1회 투입되는 폐기물의 양과 그 투입 속도에 의존한다. 전술한 것과 같이 파쇄 스크류(220)로 1회 투입되는 폐기물의 양은 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 각 블레이드(132)의 높이 및 길이와, 피치 공간의 너비와, 블레이드(132)의 수에 대한 설계를 통해 설정량에 따라 미리 결정되어 있으며, 따라서 파쇄 장치(200)로의 폐기물의 투입 속도가 파쇄 스크류 스턱을 회피하기 위한 나머지 제어 요소에 해당한다. 파쇄 장치(200)로의 폐기물의 투입 속도는 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 회전 속도에 의존하기 때문에, 컨트롤러(500)는 전술한 제1 투입 호퍼(100)의 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 구조를 기반으로, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 제어하여 설정량의 폐기물이 파쇄 장치(200)로 투입되는 속도를 조절하도록 동작한다.

제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 조절하는 방식과 관련하여, 컨트롤러(500)는 파쇄 장치(200)의 부하 정보를 기반으로 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 파쇄 장치(200)의 부하 정보는 파쇄 장치(200)의 전력 사용량, 또는 파쇄 모터(210)의 토크 부하 등 파쇄 장치(200)에 인가되는 로드(Load)를 지표할 수 있는 파라미터에 해당한다. 즉, 파쇄 장치(200)의 부하가 큰 경우 파쇄 스크류 스턱이 야기될 수 있는 조건이 형성된 것으로 판단하여, 컨트롤러(500)는 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 감소시켜 폐기물이 파쇄 장치(200)로 투입되는 속도를 감소시킴으로써 파쇄 스크류 스턱이 사전에 방지되도록 할 수 있다. 컨트롤러(500)가 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 조절하는 구체적인 방식으로서, 파쇄 장치(200)의 부하가 미리 정의된 임계치 미만인 영역에서는 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 설정 속도로 제어하고, 파쇄 장치(200)의 부하가 임계치 이상인 영역에서는 파쇄 장치(200)의 부하가 클수록 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 더 낮은 값으로 제어하는 방식이 마련될 수 있다.

한편, 파쇄 장치(200)의 부하가 낮은 상태에 해당하더라도 폐기물 중의 금속제가 포함된 경우 파쇄 스크류 스턱이 발생할 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러(500)는 금속제 검출 센서(140)에 의해 제1 투입 호퍼(100)로 유입되는 폐기물 중의 금속제가 검출된 경우, 제1 구동 모터(110)를 정지시켜 금속제가 포함된 폐기물이 파쇄 장치(200)로 투입되는 것을 방지하고, 제1 구동 모터(110)의 동력이 트롤리(150)에 전달되도록 동력 절환 장치(120)를 조작한 후, 제1 구동 모터(110)를 동작시켜 가이드 레일(R)을 따라 트롤리(150)를 이동시킬 수 있다. 트롤리(150)의 이동에 따라 제1 투입 호퍼(100)가 선별 검사대(700)의 상부에 위치되면, 컨트롤러(500)는 제1 구동 모터(110)을 정지시키고 제1 구동 모터(110)의 동력이 폐기물 투입량 조절 부재(130)에 전달되도록 동력 절환 장치(120)를 조작한 후, 제1 구동 모터(110)를 회전시켜 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 수용된 폐기물이 선별 검사대(700)에 토출되도록 할 수 있다. 이에 따라, 폐기물 중의 금속제에 의한 파쇄 스크류 스턱이 사전에 방지될 수 있으며, 작업자는 해당 폐기물을 선별 검사대(700) 상에서 육안으로 확인할 수 있다.

한편, 파쇄 스크류 스턱은 폐기물 중에 금속제가 포함되는 경우 이외에도, 폐기물의 다양한 성상, 중량, 기타 요인에 의해서도 발생할 수 있다. 이러한 요인에 의해 파쇄 스크류 스턱이 발생한 경우, 컨트롤러(500)는 파쇄 스크류 스턱이 발생한 상황을 지시하는 소정의 데이터를 중앙 서버(600)로 전송할 수 있으며(컨트롤러(500)는 파쇄 모터(210)의 토크 또는 전류량의 증가 상태와 파쇄 모터(210)의 회전 동작 정지 상태를 파악하는 방식으로 파쇄 스크류 스턱의 발생 여부를 판단할 수 있다), 중앙 서버(600)는 전송받은 데이터를 기반으로 파쇄 스크류 스턱이 발생한 조건을 분석할 수 있다. 여기서, 파쇄 스크류 스턱이 발생한 상황을 지시하는 데이터로서 컨트롤러(500)가 중앙 서버(600)로 전송하는 데이터는, 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 수용된 폐기물의 중량 데이터, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 데이터, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보(전력 사용량)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 중앙 서버(600)는 전송받은 각 데이터를 토대로 파쇄 장치(200)의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건에 대한 제1 코스(Coarse) 분석을 수행할 수 있다. 제1 코스 분석은 파쇄 모터(210)가 기 정의된 회전 속도에 따라 회전 동작하는 상태에서 파쇄 스크류 스턱이 회피될 수 있는 폐기물의 중량 범위 및 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위를 1차적으로 추출하는 '대략적인' 분석으로 정의되며, 중앙 서버(600)에 의한 제1 코스 분석 결과는 후술할 컨트롤러(500)의 제1 코스 제어 및 제1 파인(Fine) 제어의 기초가 된다.

제1 코스 분석에 대하여 구체적으로 설명하면, 중앙 서버(600)는 컨트롤러(500)로부터 전송받은 폐기물의 중량 데이터, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 데이터, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보를 입력 데이터로 하고, 신경망(Neural Network)을 통해 입력 데이터의 클래스로서 파쇄 스크류 스턱 발생 여부를 식별하도록 구성된 제1 신경망 모델을 학습시키는 방식으로 제1 코스 분석을 수행할 수 있다(제1 신경망 모델의 학습은, 폐기물의 중량 데이터, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 데이터, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보가 소정 기간 누적되어 데이터 셋을 구성하고, 구성된 데이터 셋이 훈련 데이터로서 이용되는 것을 전제한다). 제1 신경망 모델은 딥 러닝(Deep Learning) 모델에 해당하는 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), LSTM(Long Short-Term Memory) 등이 채용될 수 있다.

이후, 중앙 서버(600)는 학습된 제1 신경망 모델을 기반으로 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 수용되는 폐기물의 중량 범위, 및 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위로 구성되는, 파쇄 장치(200)의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 결정할 수 있다. 구체적으로, 앞서 언급한 소정 기간 누적되어 구성된 데이터 셋은 파쇄 스크류 스턱의 발생 원인에 따라서는 상호 연계성이 부재한 산포(distribution)를 가질 수 있다. 연계성이 부재한 산포를 갖는 데이터 셋(즉, 폐기물의 중량 데이터 셋, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 데이터 셋, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보 셋)을 모두 클러스터링한 후, 고형연료 제조 과정에서 획득된 폐기물의 중량 데이터, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 데이터, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보가 상기한 클러스터링된 데이터 셋에 포함되는지 여부를 판단하는 방식으로 파쇄 스크류 스턱의 발생을 판단하게 될 경우, 매우 빈번하게 파쇄 스크류 스턱이 발생한 것으로 판단됨과 동시에 제1 구동 모터(110)의 제어 로직의 일관성이 부재하게 되어 그 제어 성능이 저감되게 된다.

따라서, 본 실시예에서 중앙 서버(600)는 폐기물의 가용 중량 범위(즉, 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 수용될 수 있는 가용 중량 범위), 제1 구동 모터(110)의 가용 회전 속도 범위, 및 파쇄 모터(210)의 부하 정보를 전술한 과정을 통해 학습된 제1 신경망 모델에 입력하고, 파쇄 모터(210)가 기 정의된 회전 속도에 따라 회전 동작하는 상태에서 제1 신경망 모델의 출력 클래스가 파쇄 스크류 스턱 발생에 해당하지 않는 범위만을 결정하며(즉, 파쇄 모터(210)의 전력 사용량의 급격한 증가를 야기하지 않는 폐기물의 중량 범위 및 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위), 결정된 범위를 파쇄 스크류 스턱 회피 조건으로 결정할 수 있다.

도 4는 전술한 과정을 통해 결정된 파쇄 스크류 스턱 회피 조건의 예시를 보이고 있으며, 0 ~ ③값의 범위를 갖는 가용 회전 속도 범위 내에서 파쇄 모터(210)의 회전 속도(WS)가 설정 회전 속도(RPM1)로 기 정의된 상태에서, 폐기물의 중량 범위(W)가 0 ~ ①값의 범위로, 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위(WD1)가 0 ~ ②값의 범위로 결정되어 파쇄 스크류 스턱 회피 조건이 도출된 예시를 보이고 있다. 컨트롤러(500)는 중앙 서버(600)의 제1 코스 분석에 따라 결정되는 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 중앙 서버(600)로부터 전송받고, 전송받은 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 토대로, 도 4의 2차원 평면(C1) 내에서 제1 구동 모터(110)를 제어하는 제1 코스 제어를 수행하여 파쇄 스크류 스턱이 방지되도록 할 수 있다.

한편, 컨트롤러(500)에 의한 제1 코스 제어를 통해 파쇄 스크류 스턱이 최소화될 수 있으나, 제1 코스 제어의 기초가 되는 파쇄 스크류 스턱 회피 조건은 중앙 서버(600)에 의한 제1 코스 분석, 즉 제1 신경망 모델의 학습에 의해 소프트웨어적으로 도출된 데이터에 해당하는 점에서, 고형연료 제조 공정에서 돌발적인 변수에 의해 야기되는 파쇄 스크류 스턱을 완벽히 제거할 수는 없는 현실적인 한계가 존재한다. 이를 위해, 본 실시예에서는 제1 코스 제어의 리던던시(Redundancy) 제어 로직으로서 제1 파인(Fine) 제어를 적용한다.

제1 파인 제어는 전술한 돌발적인 변수를, 폐기물의 중량이 파쇄 스크류 스턱 회피 조건의 폐기물의 중량 범위 내의 제1 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우로 상정한다. 제1 기준치는 폐기물의 중량 범위 내의 값에 해당함과 동시에, 돌발적인 변수로서의 과중량의 폐기물을 선정하기 위한 기준값으로서 미리 정의되어 있을 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(500)는 제1 코스 제어를 수행하는 과정에서 폐기물 투입량 조절 부재(130)의 피치 공간에 현재 수용된 폐기물의 중량이 폐기물의 중량 범위 내의 제1 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우, 폐기물의 중량은 제어 가능한 인자에 해당하지 않기 때문에, 제어 가능한 인자로서 기능하는 제1 구동 모터(110)의 회전 속도를 제어하도록 동작하며, 구체적으로는 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위 내의 제2 기준치 이하의 영역에서 제어하는 제1 파인 제어를 수행할 수 있다.

도 4의 예시로서 구체적으로 설명하면, 폐기물의 중량(W)이 제1 기준치(T1) 미만에 해당하는 영역인 B 영역에서는 제1 코스 제어가 수행된다. 이 과정에서, 폐기물의 중량(W)이 제1 기준치(T1) 이상에 위치하게 된 경우로서(제어점이 A 영역으로 진입, (제어점은 (W, WD1)의 2축 제어 좌표로 정의된다)) 제1 구동 모터 회전 속도(WD1)의 제어점이 'a'에 해당하는 경우, 과중량에 의한 의도치 않은 파쇄 스크류 스턱의 발생을 사전에 방지하기 위해 컨트롤러(500)는 제1 구동 모터(110)의 회전 속도(WD1)를 제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위 내의 제2 기준치(T2) 이하의 영역에서 제어한다(즉, 제어점이 'a'에서 'b'로 이동). 이에 따라, 과중량의 폐기물이 파쇄 장치(200)로 투입되는 속도가 감소되어 파쇄 스크류 스턱이 회피될 수 있다. 즉, 도 4의 예시에서 B 영역에서는 제1 코스 제어가 수행되고 A 영역에서는 제1 파인 제어가 수행된다.

파쇄 공정이 완료되면, 도 2에 도시된 것과 같이 파쇄된 폐기물(본 실시예에서 중간재(m)로 정의한다)에 대한 분쇄 공정이 수행되며, 분쇄 공정에 적용되는 제2 투입 호퍼(300), 분쇄 장치(400) 및 컨트롤러(500)의 구조, 기능 및 동작은 파쇄 공정에 적용되는 제1 투입 호퍼(100), 파쇄 장치(200) 및 컨트롤러(500)와 동일하다. 용어를 구분하여 분쇄 공정에서의 각 구성의 구조 및 동작을 하기에 압축적으로 기술한다.

제2 투입 호퍼(300)는 제2 구동 모터(310)의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트(331)와, 회전 샤프트(331)의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 복수의 블레이드(332)를 포함하는 중간재 투입량 조절 부재(330)를 포함한다(도 5 참조). 중간재 투입량 조절 부재(330)의 복수의 블레이드(332) 사이의 피치 공간은 제2 투입 호퍼(300)로 유입되는 중간재에 대하여 설정량의 중간재를 수용하도록 구성된다. 제1 투입 호퍼(100)와 마찬가지로 제2 투입 호퍼(300)에도 금속제 검출 센서(340) 및 트롤리(350)가 구비되어 있을 수 있다.

분쇄 장치(400)는 분쇄 모터(410)의 회전에 의한 복수의 분쇄 스크류(420) 간의 교차 회전에 따라 복수의 분쇄 스크류(420) 상으로 투입되는 중간재를 분쇄하도록 동작한다(도 5 참조). 분쇄 모터(410)는 기 정의된 회전 속도(RPM2)에 따라 회전하도록 동작한다.

컨트롤러(500)는 제2 구동 모터(310)에 대한 제어를 통해 제2 투입 호퍼(300)의 동작을 제어하되, 분쇄 스크류(420) 상으로 중간재의 투입 시 분쇄 장치(400)에 야기되는 분쇄 스크류 스턱이 방지되도록, 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 제어함으로써 중간재 투입량 조절 부재(330)로부터의 설정량의 중간재가 분쇄 장치(400)로 투입되는 속도를 조절한다.

제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 조절하는 방식과 관련하여, 컨트롤러(500)는 분쇄 장치(400)의 부하 정보를 기반으로 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 분쇄 장치(400)의 부하 정보는 분쇄 장치(400)의 전력 사용량, 또는 분쇄 모터(410)의 토크 부하 등 분쇄 장치(400)에 인가되는 로드(Load)를 지표할 수 있는 파라미터에 해당한다. 즉, 분쇄 장치(400)의 부하가 큰 경우 분쇄 스크류 스턱이 야기될 수 있는 조건이 형성된 것으로 판단하여, 컨트롤러(500)는 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 감소시켜 중간재가 분쇄 장치(400)로 투입되는 속도를 감소시킴으로써 분쇄 스크류 스턱이 사전에 방지되도록 할 수 있다. 컨트롤러(500)가 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 조절하는 구체적인 방식으로서, 분쇄 장치(400)의 부하가 미리 정의된 임계치 미만인 영역에서는 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 설정 속도로 제어하고, 분쇄 장치(400)가 부하가 임계치 이상인 영역에서는 분쇄 장치(400)의 부하가 클수록 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 더 낮은 값으로 제어하는 방식이 마련될 수 있다.

중앙 서버(600)는 분쇄 장치(400)에 분쇄 스크류 스턱이 발생한 경우, 중간재 투입량 조절 부재(330)의 피치 공간에 수용된 중간재의 중량 데이터, 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 데이터, 및 분쇄 모터(410)의 부하 정보(전력 사용량)를 컨트롤러(500)로부터 전송받아 분쇄 장치(400)의 분쇄 스크류 스턱 회피 조건에 대한 제2 코스 분석을 수행한다.

구체적으로, 중앙 서버(600)는 컨트롤러(500)로부터 전송받은 중간재의 중량 데이터, 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 데이터, 및 분쇄 모터(410)의 부하 정보를 입력 데이터로 하고, 신경망을 통해 입력 데이터의 클래스로서 분쇄 스크류 스턱 발생 여부를 식별하도록 구성된 제2 신경망 모델을 학습시키는 방식으로 제2 코스 분석을 수행하고, 학습된 제2 신경망 모델을 기반으로 중간재 투입량 조절 부재(330)의 피치 공간에 수용되는 중간재의 중량 범위, 및 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 범위로 구성되는, 분쇄 장치(400)의 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 결정한다.

도 6은 전술한 과정을 통해 결정된 분쇄 스크류 스턱 회피 조건의 예시를 보이고 있으며, 0 ~ ⑥값의 범위를 갖는 가용 회전 속도 범위 내에서 분쇄 모터(410)의 회전 속도(WC)가 설정 회전 속도(RPM2)로 기 정의된 상태에서, 중간재의 중량 범위(W)가 0 ~ ④값의 범위로, 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 범위(WD2)가 0 ~ ⑤값의 범위로 결정되어 분쇄 스크류 스턱 회피 조건이 도출된 예시를 보이고 있다. 컨트롤러(500)는 중앙 서버(600)의 제2 코스 분석에 따라 결정되는 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 중앙 서버(600)로부터 전송받고, 전송받은 분쇄 스크류 스턱 회피 조건을 토대로, 도 6의 2차원 평면 내에서 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 제어하는 제2 코스 제어를 수행하여 분쇄 스크류 스턱이 방지되도록 한다.

제1 코스 제어의 경우와 마찬가지로, 고형연료 제조 공정에서 돌발적인 변수에 의해 야기되는 분쇄 스크류 스턱을 완벽히 제거할 수는 없는 현실적인 한계가 존재하며, 이를 위해 본 실시예에서는 제2 코스 제어의 리던던시 제어 로직으로서 제2 파인 제어를 적용한다.

제2 파인 제어는 전술한 돌발적인 변수를, 중간재의 중량이 분쇄 스크류 스턱 회피 조건의 중간재의 중량 범위 내의 제3 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우로 상정한다. 제3 기준치는 중간재의 중량 범위 내의 값에 해당함과 동시에, 돌발적인 변수로서의 과중량의 중간재를 선정하기 위한 기준값으로서 미리 정의되어 있을 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(500)는 제2 코스 제어를 수행하는 과정에서 중간재 투입량 조절 부재(330)의 피치 공간에 현재 수용된 중간재의 중량이 중간재의 중량 범위 내의 제3 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우, 중간재의 중량은 제어 가능한 인자에 해당하지 않기 때문에, 제어 가능한 인자로서 기능하는 제2 구동 모터(310)의 회전 속도를 제어하도록 동작하며, 구체적으로는 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 범위 내의 제4 기준치 이하의 영역에서 제어하는 제2 파인 제어를 수행한다.

도 6의 예시로서 구체적으로 설명하면, 중간재의 중량(W)이 제3 기준치(T3) 미만에 해당하는 영역인 D 영역에서는 제2 코스 제어가 수행된다. 이 과정에서, 중간재의 중량(W)이 제3 기준치(T3) 이상에 위치하게 된 경우로서(제어점이 C 영역으로 진입, (제어점은 (W, WD2)의 2축 제어 좌표로 정의된다)) 제2 구동 모터 회전 속도(WD2)의 제어점이 'c'에 해당하는 경우, 과중량에 의한 의도치 않은 분쇄 스크류 스턱의 발생을 사전에 방지하기 위해 컨트롤러(500)는 제2 구동 모터(310)의 회전 속도(WD)를 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 범위 내의 제4 기준치(T4) 이하의 영역에서 제어한다(즉, 제어점이 'c'에서 'd'로 이동). 이에 따라, 과중량의 중간재가 분쇄 장치(400)로 투입되는 속도가 감소되어 분쇄 스크류 스턱이 회피될 수 있다. 즉, 도 6의 예시에서 D 영역에서는 제2 코스 제어가 수행되고 C 영역에서는 제2 파인 제어가 수행된다.

위에서는 컨트롤러(500)가 제1 투입 호퍼(100) 및 제2 투입 호퍼(300)를 각각 독립적으로 제어하는 구성으로 설명하였으나, 실시예에 따라서는 컨트롤러(500)가 제1 투입 호퍼(100) 및 제2 투입 호퍼(300)를 동기적으로 제어하는 구성이 마련될 수도 있다.

이 경우, 중앙 서버(600)는 제1 코스 분석을 통해 획득되는 파쇄 스크류 회피 조건과, 제2 코스 분석을 통해 획득되는 분쇄 스크류 회피 조건의 중첩 영역(즉, 도 4의 2차원 평면 및 도 6의 2차원 평면의 중첩 영역)으로 정의되는 공통 제어 조건을 결정하여 컨트롤러(500)로 전송하도록 동작할 수 있다. 여기서, 공통 제어 조건은 ⅰ)폐기물의 중량 범위 및 중간재의 중량 범위 간 중첩되는 공통 중량 범위, 및 ⅱ)제1 구동 모터(110)의 회전 속도 범위 및 제2 구동 모터(310)의 회전 속도 범위 간 중첩되는 공통 구동 모터 회전 속도 범위로 구성될 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(500)는 공통 제어 조건을 중앙 서버(600)로부터 전송받고, 공통 제어 조건을 토대로 제1 및 제2 투입 호퍼(100, 300)에 대한 동기화 제어를 수행할 수 있다. 제1 및 제2 투입 호퍼(100, 300)가 컨트롤러(500)에 의해 동기화되어 제어됨으로써 그 제어 성능이 향상될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 파쇄 장치 및 분쇄 장치에 폐기물을 투입하는 호퍼(Hopper) 상에 정량의 폐기물을 투입하기 위한 소정의 투입량 조절 부재를 마련하고, 파쇄 장치 및 분쇄 장치의 부하량에 따라 투입량 조절 부재의 동작을 제어하여 정량의 폐기물이 정속으로 파쇄 장치/분쇄 장치에 투입되도록 함으로써, 스크류 스턱의 발생 후 사후 해소에 의존하였던 종래의 한계에서 벗어나 스크류 스턱의 사전 방지를 가능하게 할 수 있으며, 이에 따라 고형연료의 제조 작업 상의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고형연료 제조 과정에서 획득되는 복수의 데이터를 통해 스크류 스턱을 회피하기 위한 신경망 학습을 수행하고, 그 결과에 따라 고형연료 제조 공정을 제어하는 제어 방식을 채용함으로써, 투입량 조절 부재 이외에 스크류 스턱을 회피하기 위한 별도의 구조물에 대한 의존성을 제거하고 제어 로직만으로 스크류 스턱이 방지되도록 하여 저비용으로 고품질의 고형연료를 제조할 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.

100: 제1 투입 호퍼 110: 제1 구동 모터
120: 동력 절환 장치 130: 폐기물 투입량 조절 부재
131: 회전 샤프트 132: 블레이드
140: 금속제 검출 센서 150: 트롤리
200: 파쇄 장치 210: 파쇄 모터
220: 파쇄 스크류 300: 제2 투입 호퍼
310: 제2 구동 모터 330: 중간재 투입량 조절 부재
331: 회전 샤프트 332: 블레이드
340: 금속제 검출 센서 350: 트롤리
400: 분쇄 장치 410: 분쇄 모터
420: 분쇄 스크류 500: 컨트롤러
600: 중앙 서버 700: 선별 검사대
M: 폐기물 m: 중간재
R: 가이드 레일 C: 컨베이어

Claims

고형연료(SRF: Solid Refuse Fuel) 제조를 위한 폐기물을 파쇄 장치로 투입하기 위한 제1 투입 호퍼와, 상기 파쇄 장치와, 상기 제1 투입 호퍼의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 고형연료 제조 시스템으로서,
상기 제1 투입 호퍼는, 제1 구동 모터의 회전에 따라 회전하도록 구성되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트의 외주면에서 방사상 등간격으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 폐기물 투입량 조절 부재를 포함하되, 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 복수의 블레이드 사이의 피치 공간은 상기 제1 투입 호퍼로 유입되는 폐기물에 대하여 설정량의 폐기물을 수용하도록 구성되고,
상기 파쇄 장치는, 파쇄 모터의 회전에 의한 복수의 파쇄 스크류 간의 교차 회전에 따라 상기 복수의 파쇄 스크류 상으로 투입되는 폐기물을 파쇄하도록 동작하며,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 구동 모터에 대한 제어를 통해 상기 제1 투입 호퍼의 동작을 제어하되, 상기 파쇄 스크류 상으로 폐기물의 투입 시 상기 파쇄 장치에 야기되는 파쇄 스크류 스턱(Stuck)이 방지되도록, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 제어함으로써 상기 폐기물 투입량 조절 부재로부터의 설정량의 폐기물이 상기 파쇄 장치로 투입되는 속도를 조절하고,
상기 파쇄 장치에 파쇄 스크류 스턱이 발생한 경우, 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용된 폐기물의 중량 데이터, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 파쇄 모터의 부하 정보를 상기 컨트롤러로부터 전송받아 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건에 대한 제1 코스(Coarse) 분석을 수행하는 중앙 서버;를 더 포함하고,
상기 중앙 서버는, 상기 컨트롤러로부터 전송받은 상기 폐기물의 중량 데이터, 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 데이터, 및 상기 파쇄 모터의 부하 정보를 입력 데이터로 하고, 신경망(Neural Network)을 통해 입력 데이터의 클래스로서 파쇄 스크류 스턱 발생 여부를 식별하도록 구성된 제1 신경망 모델을 학습시키는 방식으로 상기 제1 코스 분석을 수행하고, 상기 학습된 제1 신경망 모델을 기반으로 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 수용되는 폐기물의 중량 범위, 및 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 범위로 구성되는, 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 결정하고,
상기 컨트롤러는, 상기 중앙 서버의 제1 코스 분석에 따라 결정되는 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 상기 중앙 서버로부터 전송받고, 상기 전송받은 파쇄 스크류 스턱 회피 조건을 토대로 상기 파쇄 장치의 파쇄 스크류 스턱을 방지하기 위한 제1 코스 제어를 수행하되,
상기 제1 코스 제어를 수행하는 과정에서 상기 폐기물 투입량 조절 부재의 피치 공간에 현재 수용된 폐기물의 중량이 상기 폐기물의 중량 범위 내의 제1 기준치 이상인 영역에 위치하게 된 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 상기 제1 구동 모터의 회전 속도 범위 내의 제2 기준치 이하의 영역에서 제어하는 제1 파인(Fine) 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 고형연료 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 파쇄 장치의 부하 정보를 기반으로 상기 제1 구동 모터의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 고형연료 제조 시스템.
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