KR102529051B1 - 오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

오존 생성기의 구동 제어방법은 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 생성하는 단계; 주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하는 단계; 생성된 오존의 현재 농도를 측정하는 단계; 측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하는 단계; 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하는 단계; 및 상기 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제2 그래프에서의 출력량보다 상기 최종 출력량이 큰 경우, 상기 최종 출력량 대신 상기 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어하는 단계로 이루어진다.

Description

오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법{System for controlling operation of ozone generator and method thereof}
본 발명은 오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 적용하되, 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 구동 제어를 수행하기 위한 오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다,
최근 수자원 보호에 대한 관심이 높아짐에 따라 고도 처리 공정의 필요성과 오존 사용에 관심이 높아지고 있다. 수처리 시스템에서 오존 처리는 소독, 살균, 맛과 냄새 및 미량 오염물질의 제거를 위한 중요한 공정이다.
오존 처리시 많이 사용되고 있는 무성방전법(silent discharge)에 따르면, 한쌍의 전극 사이에 유리 또는 세라믹과 같은 유전체를 삽입하고 산소를 주입한 후 전극에 교류 고전압을 인가하여 방전공간에서 에너지와 산소가 반응하여 오존을 발생시킨다. 오존 처리시에는 원수(process water)의 유량 변동에 대비하여 오존 주입율을 유지하는 것이 중요하다. 즉, 원수의 유량 변화에 따라 균일한 수처리를 위하여 즉각적으로 오존주입율을 유지할 수 있도록 오존 생산량을 정밀하게 제어하는 것이 필요하다.
오존 생산량 제어방식에는 오존 농도를 제어하는 방식과 오존화 가스량을 제어하는 2가지 방식이 있다. 오존 생성기는 오존 생산 농도가 높을수록 생산량 대비 소모 전력이 높고 산소 소모량을 낮게 유지할 수 있으나, 적정 수준의 농도 이상이 될 경우 세라믹 또는 유리 소재의 방전관이 파손되는 문제가 발생한다. 이에 오존 생성기의 정밀 제어에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 최근 정수처리장 또는 폐수처리장에서는 원수량(water flow)의 변화에 빠르게 대처하기 위하여 생산 오존 농도를 고정하고, 오존화 가스량을 제어하는 방식으로 오존 주입율을 일정하게 유지한다. 이때 원료 가스인 산소 가스 소모량을 최소화하고 오존 농도를 장비성능의 최대치로 고정하여 사용하는 것이 가스 비용 및 전력 비용을 최소화할 수 있는 일반적인 운전 방법이다.
한편, PID 제어는 실제 응용 분야에서 가장 많이 사용되는 대표적인 형태의 제어기법이다. 기본적으로 피드백 제어기의 형태를 가지고 있으며, 제어하고자 하는 대상의 현재값(present value, 이하 PV라 약함)을 측정하여 이를 원하는 설정값(set value 또는 set point, 이하 SV 또는 SP라 약함)과 비교하여 오차값(error value)을 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 조작량 혹은 제어량을 계산하는 구조로 되어 있다. 적용이 간편하고 안정성이 우수하여 공정 제어에서 전통적으로 많이 사용되는 방법으로 공조기기나 열시스템에도 많이 사용되고 있다. PID 제어에 있어서 비례제어요소는 조작량을 설정값과 현재값간의 차, 즉 오차값에 비례한 크기가 되도록 서서히 조절한다. 적분제어요소는 정상상태 응답을 개선시키는 역할을 한다. 그리고 미분제어요소는 오차값의 크기가 커지기 전에 오차값의 변화율에 비례하는 조작량을 계산하여 제어하므로 시스템의 안정도를 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 미분제어요소는 정상상태 응답에 직접적으로 영향을 주지는 못하지만, 시스템의 감쇠효과를 주기 때문에 시스템 이득을 증가시킬 수 있게 되어, 그 결과 정상상태 응답특성을 향상시키는 효과도 있다.
그러나, 오존 처리시 PID 제어의 초기 단계에서는 설정값(SP)과 현재값(PV)이 서로 크게 차이가 나게 되므로 큰 오차값을 발생시켜 과출력(over output)을 야기한다. 이와 같이 PID 제어의 초기 단계에서 야기되는 과출력으로 인하여 오버슛트(overshoot)가 필연적으로 발생하게 되어, 오존 생성기의 방전관이 파손되는 등 오존 생성기 또는 오존 생성기를 포함하는 설비를 손상시켜 설비의 수명을 단축시킬 수 있는 문제점이 있다.
특허공개공보 10-2012-0085300(공개일: 2012.07.31)
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, PID 제어를 적용하되, 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 구동 제어를 수행하기 위한 오존 생성기의 구동 제어시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 오존 생성기의 구동 제어시스템은
주입되는 오존화 가스에 대응하여 오존을 생성하는 오존 생성부;
상기 오존 생성부에서 생성되는 오존의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및
상기 농도 측정부에서 측정된 오존 농도의 현재값이 공정 농도인 설정값과 일치되도록 하는 최종 출력량을 산출하고, 상기 최종 출력량에 기초하여 상기 오존 생성부의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함하고,
상기 구동 제어부는 PID 제어를 사용하며, 상기 현재값은 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 설정값을 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프에 근거하여 얻어지고, 상기 최종 출력량은 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 제한되도록 동작한다.
바람직하게는, 상기 구동 제어부는
상기 오존 생성부에 주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하고,
생성된 오존의 현재 농도를 측정하고,
측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하고,
측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하도록 동작한다.
보다 바람직하게는, 상기 구동 제어부는 상기 설정값 이상의 고농도 알람을 줄이기 위하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제1 그래프에서의 출력량에 상기 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 구해진 상기 최종 출력량이, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제2 그래프에서의 출력량보다 큰 경우 상기 최종 출력량 대신 상기 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어한다.
본 발명에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법은
오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 생성하는 단계;
주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하는 단계;
생성된 오존의 현재 농도를 측정하는 단계;
측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하는 단계;
측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하는 단계; 및
상기 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제2 그래프에서의 출력량보다 상기 최종 출력량이 큰 경우, 상기 최종 출력량 대신 상기 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, PID 제어를 적용하되, 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 구동 제어를 수행함으로써, PID 제어의 초기 단계에 과도한 출력량이 발생하지 않기 때문에 과도한 출력량으로 인한 설비의 수명 단축을 예방할 수 있을 뿐 아니라 고농도로 인한 알람이 발생되지 않게 되어 설비가 정지될 경우를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초기 단계를 포함하는 전 단계에 걸쳐 설정값(SP)과 현재값(PV)간의 적은 오차값에 기초하여 PID 제어를 수행함으로써, 주입되는 오존화 가스량이 급격하게 변화하더라도 공정 농도의 오존을 안정적으로 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 2에 있어서 일실시예에 따른 구동 제어부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에서 채용하는 오존 출력량의 상한 출력 그래프 생성방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 의해 생성된 오존 출력량의 상한 출력 그래프를 나타낸다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프를 나타낸다.
도 8은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어시스템의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 2는 도 2에 있어서 일실시예에 따른 구동 제어부의 세부 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명에서 채용하는 오존 출력량의 상한 출력 그래프 생성방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 도 3에 의해 생성된 오존 출력량의 상한 출력 그래프를 나타내고, 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이고, 도 7은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프를 나타내고, 도 8은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들은 다양한 변경이 가해질 수 있으며, 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어시스템의 구성을 보여주는 블록도로서, 오존 생성부(110), 농도 측정부(130) 및 구동 제어부(150)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 오존 생성부(110)는 주입되는 오존화 가스에 대응하여 오존을 생성한다. 오존화 가스의 예로는 공기 또는 산소를 들 수 있다. 인공적으로 오존을 생성하는 방법으로는 무성방전법, 전해법, 광화학법, 고주파 전계법, 방사선 조사법 등이 있으며, 대량의 오존을 생성하는 방법으로는 무성방전법이 에너지 효율면, 성능의 안정성, 조작 및 제어의 편리성으로 널리 사용되고 있다. 오존생성부(110)의 구조는 크게 판형(plate)과 관형(tube)의 2가지로 나눌 수 있다. 기본적인 오존 생성방법은 거의 유사하며, 판형(plate)은 전극과 유도체를 여러 겹으로 겹친 구조이고, 관형(tube)은 원통가스관을 몇 개 끼워 넣은 구조이다.
농도 측정부(130)는 오존 생성부(110)에서 생성되는 오존의 농도를 측정한다. 농도 측정은 미리 설정된 시간 간격으로 수행되거나, 부하 변동 등 외부 환경변화에 따라서 수행되거나, 사용자의 조작에 의해 수행되는 등, 다양한 시뮬레이션을 통해 얻어지는 최적의 시간 주기에 근거하여 수행되거나 실시간으로 측정이 이루어질 수 있다.
구동 제어부(150)는 농도 측정부(130)에서 측정된 오존 농도인 현재값(PV)이 공정 농도인 설정값(SP)이 될 수 있도록 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다. 구동 제어부(150)는 기본적으로 PID 제어에 근거하여 구동을 제어한다.
구동 제어부(150)는 오존 생성부(110)에서 실제 측정된 오존 농도 즉, 현재값과 설정된 공정 농도 즉, 설정값 간의 차이에 해당하는 오차값에 따라서, PID 제어에 의한 출력량을 연산한다.
일반적인 PID 제어에 의한 출력량(MV(t))는 다음 수식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022092024364-pat00001
PID 제어에서 비례동작은 오차값(e) 즉, 설정값과 현재값의 차이에 비례한 출력량을 얻는 동작이다. 비례동작에서 오차값은 단순히 설정값(SP)에서 현재값(PV)을 뺀 것으로, 설정값의 큰 변화나 외부 변동 등으로 인하여 오차값이 크게 변하는 것을 막을 수 있다. 비례동작에 의한 출력량(MV)를 다음 수식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022092024364-pat00002
여기서, Kp는 비례상수를 나타내며 일반적인 비례식과 동일하게 된다. 비례상수(Kp)가 크면 동일한 오차값에 대한 출력량(MV)이 증가하여 비례동작이 강해지며, 비례상수(Kp)가 작으면 비례동작 후의 출력량이 감소한다. 비례상수(Kp)가 크면 현재값(PV)이 설정값(SP)에 빠르게 도달하지만, 비례상수(Kp)가 너무 크면 진동을 하는 등 제어시스템의 안정화에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 이와는 반대로 비례상수(Kp)가 작으면 현재값(PV)이 설정값(SP)에 도달하는 속도가 느려지며, 그 결과 정상상태에서 현재값이 설정값을 벗어난 채로 남는 오차값인 옵셋이 생길 수 있다.
다음, 적분동작은 오차값이 발생할 경우, 시간에 따라 오차값을 출력량에 계속적으로 가감한다. 작은 오차값에 대하여 비례동작은 출력량의 변화에 기대할 수 없으므로 적분동작에 의해 오차값 제거 효과를 얻을 수 있다. 따라서 적분동작을 통해 비례동작에서 발생한 옵셋을 없앨 수 있다. 오차값이 생긴 후에 이를 소거하기 위하여 적분동작으로 출력량이 비례동작의 적분량이 되기까지의 시간을 적분시간이라 칭하고, Ti로 나타낸다. 일정 오차값(e)이 발생했을 때 적분동작은 다음 수식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112022092024364-pat00003
여기서 적분동작에서의 적분시간(Ti)를 조절하여 적분동작을 강하게 혹은 약하게 할 수 있다. 즉, 적분시간을 길게 하면 출력량에 대한 가감량이 적어지며, 현재값(PV)이 설정값(SP)에 접근하는 시간이 길어진다. 한편, 적분시간을 짧게 하면 출력량에 가감량이 많아지게 되어 짧은 시간내에 현재값(PV)이 목표값(SP)에 접근하게 된다. 그러나, 너무 짧게 하면 다시 진동하게 되므로 적절한 적분시간을 필요로 한다. 적분동작은 비례동작과 조합된 PI 동작, 비례동작과 미분동작을 조합한 PID 동작으로 각각 사용되며, 적분동작이 독립적으로 사용되지는 않는다.
다음, 미분동작은 작은 설정값(SP)의 변경이나 외부 변동에 의해 오차값이 발생할 때, 그 오차값을 없애기 위하여 변화속도(일정 시간마다 오차값이 변하는 속도 또는 기울기)에 비례되는 출력량(MV)을 연산하여 오차값의 변화를 억제한다. 미분동작은 제어동작에 속응성을 부여하는 동작으로, 오차값이 발생하는 초기에 큰 제어동작을 가하여 오차값을 빠르게 감소시켜 주는 효과가 있다. 그 결과, 외부 조건으로 제어대상이 크게 변화하는 것을 방지할 수 있다. 미분동작에서 오차값이 발생하고 나서 미분동작의 출력량이 비례동작의 출력량으로 되기까지의 시간을 미분시간이라 하고, Td로 표시한다. 일정 오차값(e)이 발생했을 때 미분동작은 다음 수식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112022092024364-pat00004
여기서 미분시간을 크게 하면 미분동작이 강화된다. 미분동작은 비례동작 및 적분동작과 결합하여 PID 동작으로 사용되지만, 독립적인 미분동작, 비례미분동작으로는 사용되지 않는다.
일실시예에 따르면, 구동 제어부(150)는 오존화 가스량을 변화시키면서 오존 농도를 경보 농도로 유지하기 위한 출력량을 나타내는 상한 출력 그래프를 생성하고, 오존 생성부(110)의 실제 오존 농도인 현재값과 설정값간의 차이에 대응하여, 상한 출력 그래프를 통한 비례제어와 PID 제어 중 하나를 선택적으로 적용하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
다른 실시예에 따르면, 구동 제어부(150)는 농도 측정부(130)에서 측정된 오존 농도인 현재값이 공정 농도인 설정값이 되기 위한 최종 출력량을 산출하고, 최종 출력량에 기초하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
구동 제어부(150)는 PID 제어를 사용하며, 농도 측정부(130)로부터 얻어지는 실제 오존 농도인 현재값은 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프에 근거하여 얻어지고, 오존 생성부(110)의 구동을 제어하기 위한 최종 출력량은 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 제한되도록 동작한다.
구체적으로, 구동 제어부(150)는 오존 생성부(110)에 주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하도록 제어하고, 농도 측정부(130)로부터 제공되는 생성된 오존의 현재 농도를 수신한다. 구동 제어부(150)는 측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하고, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하도록 동작한다.
도 2는 도 2에 있어서 일실시예에 따른 구동 제어부(150)의 세부 구성을 나타내는 블록도로서, 제1 비교부(210), 상한 제어부(230) 및, PID 제어부(250)를 포함한다. 한편, 제2 비교부(270)는 옵션으로 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 비교부(210)는 농도 측정부(130)에서 측정되는 실제 오존 농도인 현재값(PV)과 설정값(SP)을 비교한다. 제1 비교부(210)의 비교 결과에 따라서 상한 제어부(230) 또는 PID 제어부(250) 중의 하나에 근거하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
상한 제어부(230)는 농도 측정부(130)에서 측정되는 실제 오존 농도인 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 오버슛트를 발생시키는 임계치를 초과하는 경우, 상한 출력 그래프에 근거하여 비례제어 오존 생성부(110)의 출력량을 산출하고, 산출된 출력량에 따라서 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다. 여기서, 오버슛트를 발생시키는 임계치는 실험적으로 또는 시뮬레이션을 통해 정해질 수 있다. 그 결과, PID 제어의 초기 단계에서 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 과도하더라도 현재값(PV)이 설정값(SP)을 추종하도록 출력량을 무리하게 높이게 되는 것을 방지할 수 있다.
PID 제어부(250)는 농도 측정부(130)에서 측정되는 실제 오존 농도인 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 오버슛트를 발생시키는 임계치를 초과하지 않는 경우, 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이값에 근거하여 PID 연산을 수행하여 오존 생성부(110)의 출력량을 산출하고, 산출된 출력량에 따라서 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
제2 비교부(270)는 오존화 가스량에 따른 비례제어 출력량과 PID 제어에 의한 출력량을 비교하여, 그 중 작은값의 출력량을 최종 출력량으로 사용하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
도 3은 본 발명에서 채용하는 오존 생성부(110)의 출력량의 상한 출력 그래프 생성방법을 나타내는 흐름도이다.
310 단계에서는 오존 농도를 고농도 알람 조건인 경보 농도로 설정한다. 경보 농도의 예로는 12wt%일 수 있다.
330 단계에서는 오존 생성부(110)에 주입되는 오존화 가스량을 변화시킨다.
350 단계에서는 310 단계에서 설정된 오존 농도를 만족시키는 오존 생성부(110)의 출력량을 측정한다.
370 단계에서는 330 단계에서 변화시키는 오존화 가스량에 대응하여 350 단계에서 측정된 출력량을 나타내는 상한 출력 그래프를 생성한다.
도 4는 도 3에 의해 생성된 오존 출력량의 상한 출력 그래프를 나타낸다. 여기서, x축은 오존 생성부(110)에 주입되는 오존화 가스량(g)을 나타내고, y축은 오존 생성부(110)의 출력량(y)을 나타낸다. 출력량(y)의 상한 출력 그래프(Ymax)는 오존 농도를 설정값, 예를 들면 경보 농도인 12wt%으로 유지하면서 오존화 가스량(g)을 변화시켜 도출한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
510 단계에서는 오존 생성부(110)의 실제 오존 농도인 현재값(PV)과 목표로 하는 공정 농도인 설정값(SP)을 비교한다. 여기서, 공정 농도의 예로는 10wt%일 수 있다.
530 단계에서는 오존 생성부(110)의 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 소정값, 즉 오버슛트를 발생시키는 임계치 이하인지를 판단한다.
550 단계에서는 오존 생성부(110)의 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 소정값보다 큰 경우 상한 출력 그래프(Ymax)에 의한 출력량을 산출하고, 산출된 출력량에 근거하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
570 단계에서는 오존 생성부(110)의 현재값(PV)과 설정값(SP)간의 차이가 소정값 이하인 경우 PID 제어에 의한 출력량을 산출하고, 산출된 출력량에 근거하여 오존 생성부(110)의 구동을 제어한다.
한편, 590 단계에서는 예를 들어 12wt% 이상의 고농도 알람을 줄이기 위하여, 오존 생성부(110)에 주입되는 오존화 가스량에 대응하는 상한 출력 그래프(Ymax)에 의한 출력량을 570 단계에서 산출된 출력량과 비교하고, 상한 출력 그래프(Ymax)에 의한 출력량과 570 단계에서 산출된 출력량 중 작은 값을 갖는 출력량을 오존 생성부(110)의 최종 구동 제어에 사용한다.
이와 같이, 오존 생성부(110)의 실제 오존 농도와 목표로 하는 오존 농도간의 차이에 대응하여, 상한 출력 그래프를 통한 비례제어와 PID 제어 중 하나를 선택적으로 적용함으로써, PID 제어의 초기 단계에서 발생하는 과출력으로 인한 오버슛트 발생을 개선시키는 한편, 고농도 알람 발생을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 생성기의 구동 제어방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 610 단계에서는 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 생성한다. 제1 그래프 및 제2 그래프는 구동 제어부(150)에 저장될 수 있다.
620 단계에서는 구동 제어부(150)는 오존 생성부(110)에 주입되는 오존화 가스량을 측정한다.
630 단계에서는 구동 제어부(150)는 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하도록 오존 생성부(110)를 제어한다.
640 단계에서는 생성된 오존의 현재 농도를 농도 측정부(130)에서 측정한다.
650 단계에서는 구동 제어부(150)는 측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출한다. 즉, 측정된 현재 농도를 현재값(PV)로, 설정 농도를 설정값(SP)으로 하여 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출한다.
660 단계에서는 구동 제어부(150)는 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구한다. PID 연산에 의한 출력량에 따라서 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량이 가감될 수 있다.
670 단계에서는 구동 제어부(150)는 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제2 그래프에서의 출력량과 최종 출력량을 비교한다.
구동 제어부(150)는 만약 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제2 그래프에서의 출력량보다 최종 출력량이 작을 경우, 최종 출력량에 근거하여 구동을 제어하고(680 단계), 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제2 그래프에서의 출력량보다 최종 출력량이 크거나 같을 경우, 최종 출력량 대신 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어한다(690 단계).
오존화 가스량이 60Kg/h인 경우를 예로 들면, 제1 그래프에 의해 31% 출력량을 기준으로 오존 생성부(110)를 구동하면서 PID 제어에 의해 예를 들면 10% 내외의 출력량이 가감되더라도 제2 그래프에 의해 38% 출력량 이내로 제한되어 오존 생성부(110)가 구동되도록 제어되는 것이다.
이에 따르면, PID 제어 초기 단계에서 제1 그래프에서의 출력량에 기초하여 오존 생성부(110)를 구동함으로써, 측정된 현재 농도인 현재값(PV)과 설정 농도인 설정값(SP)간의 과도한 차이로 인하여 오존 생성부(110)의 출력량을 거의 100%에 가깝게 구동함에 따른 방전관 파손 등의 가능성을 아예 차단할 수 있을 뿐 아니라, PID 제어 전단계에 걸쳐 제2 그래프에서의 출력량에 기초하여 오존 생성부(110)의 출력량을 제한함으로써 과농도로 인한 알람을 획기적으로 줄일 수 있다.
뿐만 아니라, 이와 같은 PID 초기 제어 및 상한 제어 방식은 제어속도가 빠를 뿐 아니라, 과출력과 오버슛트가 효율적으로 제어되어, 알람이나 설비의 자동 정지없이 안정적인 설비 운전을 가능케함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프를 나타내고, 도 8은 본 발명에서 채용하는 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 나타낸다. 제1 그래프는 0.007x2-0.0867x+11.133의 이차방정식으로 나타낼 수 있고, 제2 그래프는 0.0066x2-0.0061x+13.917의 이차방정식으로 나타낼 수 있다
일실시예에 따르면, 제1 그래프는 제1 오존농도를 10wt%로 하고, 오존화 가스량을 10~100Kg/h 범위에서 10Kg/h씩 변화시킨 경우 오존 생성부(110)의 출력량을 나타내고, 제2 그래프는 제2 오존농도를 12wt%로 하고, 오존화 가스량을 10~100Kg/h 범위에서 10Kg/h씩 변화시킨 경우 오존 생성부(110)의 출력량을 나타낸다.
제2 그래프를 예로 들면, 오존화 가스량이 10Kg/h일 때 오존생성부(110)의 출력량은 14%로 측정되었고, 오존화 가스량이 50Kg/h시 오존생성부(110)의 출력량은 30%, 오존화 가스량이 100Kg/h경우 오존생성부(110)의 출력량은 80%로 측정되었다. 구체적으로, 시간당 생성되는 오존량으로서 최대 출력량 즉, 100%가 1Kg/h인 오존생성부(110)에 대하여, 14%는 0.14Kg/h, 30%는 0.3Kg/h, 80%은 0.8Kg/h이다.
즉, 오존화 가스량이 증가함에 따라 오존 농도 12wt% 조건을 만족하는 오존생성부(110)의 출력량이 증가하는 상호간의 비례관계를 보인다. 이를 통해 오존화 가스량 증가에 따라서 오존 농도 12wt%를 만족하기 위한 오존생성부(110)의 출력량 또한 증가시키기 위한 구동 제어를 필요로 함을 확인할 수 있다.
상술한 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소와 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 설명된 시스템, 방법 및 구성요소는 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 임의의 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 이들 처리 장치는 운영체제(OS) 및 운영체제상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 실행할 수 있다. 또한, 이들 처리장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 혹은 생성할 수 있다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램, 코드, 명령 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 처리 장치에 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 임의의 유형의 기계, 구성요소, 물리적 장치, 가상 장치, 컴퓨터 저장매체 또는 장치에 영구적으로 또는 일시적으로 내장될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수 있다. 소프트웨어 및 데이터는 프로그램 형태로 구현되어 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러 등에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
110 ... 오존 생성부 130 ... 농도 측정부
150 ... 구동 제어부 210 ... 제1 비교부
230 ... 상한제어부 250 ... PID 제어부
270 ... 제2 비교부

Claims (4)

  1. 주입되는 오존화 가스에 대응하여 오존을 생성하는 오존 생성부;
    상기 오존 생성부에서 생성되는 오존의 농도를 측정하는 농도 측정부; 및
    상기 농도 측정부에서 측정된 오존 농도의 현재값이 공정 농도인 설정값과 일치되도록 하는 최종 출력량을 산출하고, 상기 최종 출력량에 기초하여 상기 오존 생성부의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함하고,
    상기 구동 제어부는 PID 제어를 사용하며, 상기 현재값은 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 설정값을 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프에 근거하여 얻어지고, 상기 최종 출력량은 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프에 근거하여 제한되도록 동작하고,
    상기 오존 생성부에 주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하고,
    생성된 오존의 현재 농도를 측정하고,
    측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하고,
    측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하도록 동작하여,
    상기 제1 그래프 및 제2 그래프를 적용함으로써 PID 제어의 초기 단계에서 과도한 출력량이 발생하지 않고, 최종 출력량의 상한이 제어되어 고농도로 인한 알람 발생 횟수가 감소될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 오존 생성기의 구동 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 구동 제어부는 고농도 알람을 줄이기 위하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제1 그래프에서의 출력량에 상기 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 구해진 상기 최종 출력량이, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제2 그래프에서의 출력량보다 큰 경우 상기 최종 출력량 대신 상기 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 오존 생성기의 구동 제어시스템.
  4. 오존화 가스량을 변화시키면서 공정 농도인 제1 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제1 그래프와 오존화 가스량을 변화시키면서 경보 농도인 제2 오존농도를 유지하기 위한 출력량을 나타내는 제2 그래프를 생성하는 단계;
    주입되는 오존화 가스량을 측정하여, 측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량을 기준으로 오존을 생성하는 단계;
    생성된 오존의 현재 농도를 측정하는 단계;
    측정된 현재 농도와 설정 농도간의 차이에 근거한 PID 연산을 수행하여 출력량을 산출하는 단계;
    측정된 오존화 가스량에 대응하는 제1 그래프에서의 출력량에 PID 연산에 의한 출력량을 반영하여 최종 출력량을 구하는 단계; 및
    상기 측정된 오존화 가스량에 대응하는 상기 제2 그래프에서의 출력량보다 상기 최종 출력량이 큰 경우, 상기 최종 출력량 대신 상기 제2 그래프에서의 출력량에 근거하여 구동을 제어하는 단계를 포함하여,
    상기 제1 그래프 및 제2 그래프를 적용함으로써 PID 제어의 초기 단계에서 과도한 출력량이 발생하지 않고, 최종 출력량의 상한이 제어되어 고농도로 인한 알람 발생 횟수가 감소될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 오존 생성기의 구동 제어방법.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810779A (ja) * 1994-07-04 1996-01-16 Meidensha Corp オゾン発生量制御装置
JPH09255308A (ja) * 1996-03-25 1997-09-30 Fuji Electric Co Ltd オゾン発生方法およびオゾナイザー
KR20120085300A (ko) 2009-11-26 2012-07-31 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 오존 발생 유닛 및 오존 가스 공급 시스템
KR20130118984A (ko) * 2011-03-24 2013-10-30 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 오존 가스 공급 시스템
KR20160134229A (ko) * 2015-05-15 2016-11-23 (주)인우코퍼레이션 오존발생장치의 제어 시스템 및 그 방법
JP2021143092A (ja) * 2020-03-12 2021-09-24 東芝三菱電機産業システム株式会社 ガス生成方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810779A (ja) * 1994-07-04 1996-01-16 Meidensha Corp オゾン発生量制御装置
JPH09255308A (ja) * 1996-03-25 1997-09-30 Fuji Electric Co Ltd オゾン発生方法およびオゾナイザー
KR20120085300A (ko) 2009-11-26 2012-07-31 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 오존 발생 유닛 및 오존 가스 공급 시스템
KR20130118984A (ko) * 2011-03-24 2013-10-30 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 오존 가스 공급 시스템
KR20160134229A (ko) * 2015-05-15 2016-11-23 (주)인우코퍼레이션 오존발생장치의 제어 시스템 및 그 방법
JP2021143092A (ja) * 2020-03-12 2021-09-24 東芝三菱電機産業システム株式会社 ガス生成方法

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