KR200213647Y1

KR200213647Y1 - 인버터 부착 센서의 온라인 이상 판별장치

Info

Publication number: KR200213647Y1
Application number: KR2020000025578U
Authority: KR
Inventors: 선우홍; 정진호
Original assignee: 포항종합제철주식회사
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 고안은 인버터의 온라인 상태에서 운전상황에 따라서 속도센서, 전류센서, 전압센서의 기준값과 궤환값을 각각 비교하고 그 비교값을 감시판넬로 전송하여 정비작업을 할 때 작업자가 각 센서의 상태를 확인하여 센서의 고장 발생시 신속하게 교체할 수 있도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 PLC에서 입력되는 속도,전류,전압기준값에 허용오차를 가산하여 속도,전류,전압허용값을 출력하는 속도,전류,전압허용값 출력부(100,130,160)와, 상기 속도,전류,전압허용값 출력부의 출력값과 속도,전류,전압센서(1,2,3)의 궤환값을 각각 비교하는 속도,전류,전압비교부 (110,140,170)와, 상기 각 비교부의 출력값을 입력받아 속도,전류,전압센서의 이상 유무를 각각 출력하는 속도,전류,전압센서이상 출력부(120,150,180)와, 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부의 출력신호와 인버터고장신호를 각각 로직연산하여 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 판별하는 속도,전류,전압센서 판별부 (190,200,210)와, 상기 속도,전류,전압센서 판별부에 연결되어 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 표시하는 센서이상 표시부(220)로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

인버터 부착 센서의 온라인 이상 판별장치{On-Line Defect Distinction Apparatus of Inverter Union Sensor}

본 고안은 전동기 구동용에 널리 이용되고 있는 속도제어장치(이하 '인버터'라 칭함)에 부착되어 전압,전류,속도 등을 검출하는 각종 센서의 고장유무를 인버터의 온라인(On-Line)(운전중)상태에서 판별할 수 있는 인버터 부착 센서의 온라인 이상 판별장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동기의 속도를 제어하는 인버터에 부착되는 센서는 크게 속도센서, 전류센서, 전압센서로 분류되며 이들 각 센서는 도 1에 나타낸 바와 같이 인버터와 패키지화되어 있고 속도,전류,전압센서(1,2,3)의 센싱값은 제어판(4)으로 궤환되어 상기 인버터를 제어하는 인자로 이용되며 상기 제어판(4)에는 인버터의 고장을 표시하기 위한 고장표시판(5)이 연결되어 있다.

이러한 인버터를 정상적으로 작동시키기 위해서는 인버터의 온라인(On-line)(운전)상태에서 각 센서의 이상여부를 실시간으로 판별하여야 하지만 이들 센서를 측정할 수 있는 장치가 없었으므로 오프라인(Off-line)(정지)상태에서 후술하는 바와 같이 각 센서의 이상유무를 측정하고 있다.

속도센서를 측정할 때에는 속도센서에 형성된 측정위치에 측정장치를 연결하여 출력되는 파형으로 속도센서의 고장유무를 확인하고 있으나, 측정위치가 마련된 속도센서는 측정이 가능하지만 측정위치가 마련되지 않은 속도센서는 측정이 불가능한 실정이다

또한, 전류센서를 측정할 때에는 인버터 오프라인 상태에서 전류센서에 전류인가장치와 측정장치를 연결하고 상기 전류인가장치에서 발생되는 적정한 전류 예를들면, 20A(CT에 감긴선에 따라 전류값이 변화)의 전류를 인가하여 전류센서에 연결된 측정장치의 컨트롤 판넬을 확인하면서 측정하고 있으나, 이러한 측정장치는 고가로서 제품을 생산하는 제조사에서 국한적으로 사용되고 있어 인버터를 사용하는 사용자가 이용하는 것은 불가능한 실정이다.

그리고 전압센서를 측정할 때에는 인버터 오프라인 상태에서 전압센서의 입력측에 전압인가장치에서 발생되는 직류전압을 인가하고 출력측으로 출력되는 전압을 측정장치로 측정하여, 입력전압과 출력전압의 전압비와 전압센서의 전압비를 비교하여 고장여부를 확인하고 있으나 상기 측정장치를 이용하여 전압센서의 고장유무를 정확하게 측정하기 위해서는 전압센서의 정격에 맞는 전압을 인가하여야 하지만 전압센서의 정격에 맞는 직류전압을 확보하기가 어려우므로 정확한 측정은 불가능한 실정이다.

이와 같이 종래에는 인버터 온라인 상태는 물론 오프라인 상태에서도 인버터에 부착된 각 센서의 이상여부를 정확하게 판별할 수 있는 장치가 없으므로 인버터의 운전상황, 고장전후의 관계, 파형의 측정에 의해 얻어지는 자료와 인버터를 정비하는 작업자의 경험 및 감각에 의해 센서를 교체하고 있다.

즉, 정확한 자료를 근거하지 않고 교체함으로 고장복구 시간이 지연될 뿐아니라 센서가 고장에 의해 이상한 데이타를 출력 할 경우에는 이를 복구하기 위한 수리시간이 장기화 되어 정상조업에 지장을 초래하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 인버터의 온라인 상태에서 운전상황에 따라서 속도센서, 전류센서, 전압센서의 기준값과궤환값을 각각 비교하고 그 비교값을 감시판넬로 전송하여 정비작업을 할 때 작업자가 각 센서의 상태를 확인하면서 센서의 고장발생시 신속하게 교환할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 인버터의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 본 고안에 따른 이상 판별장치의 블럭도.

도 3은 본 고안에 따른 이상 판별장치의 회로도.

도 4는 센서의 기준값과 ±허용값을 나타낸 그래프.

도 5는 인버터의 운전상황별 속도ㆍ전압ㆍ전류의 기준값 및 궤환값을 나타낸 타이밍도.

도 6은 본 고안에 따른 이상 판별장치의 작동상태를 설명하기 위한 흐름도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 속도센서 2 : 전류센서

3 : 전압센서 100 : 속도허용값 출력부

101 : +속도허용값 출력부 102 : -속도허용값 출력부

110 : 속도비교부 111 : +속도비교부

112 : -속도비교부 120 : 속도센서이상 출력부

121 : +속도센서이상 출력부 122 : -속도센서이상 출력부

130 : 전류허용값 출력부 131 : +전류허용값 출력부

132 : -전류허용값 출력부 140 : 전류비교부

141 : +전류비교부 142 : -전류비교부

150 : 전류센서이상 출력부 151 : +전류센서이상 출력부

152 : -전류센서이상 출력부 160 : 전압허용값 출력부

161 : +전압허용값 출력부 162 : -전압허용값 출력부

170 : 전압비교부 171 : +전압비교부

172 : -전압비교부 180 : 전압센서이상 출력부

181 : +전압센서이상 출력부 182 : -전압센서이상 출력부

190 : 속도센서 판별부 200 : 전류센서 판별부

210 : 전압센서 판별부 220 : 센서이상 표시부

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 대한 특징적인 기술적 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 PLC에서 입력되는 속도,전류,전압기준값에 허용오차를 가산하여 속도,전류,전압허용값을 출력하는 속도,전류,전압허용값 출력부와, 상기 속도,전류,전압허용값 출력부의 각 출력값과 속도,전류,전압센서에서 센싱된 궤환값을 각각 비교하는 속도,전류,전압비교부와, 상기 속도,전류,전압비교부의 출력값을 입력받아 속도,전류,전압센서의 이상 유무를 신호로 각각 출력하는 속도,전류,전압센서이상 출력부와, 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부의 출력신호와 인버터고장신호를 각각 로직연산하여 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 판별하는 속도,전류,전압센서 판별부와, 상기 속도,전류,전압센서 판별부에 연결되어 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 표시하는 센서이상 표시부로 구성됨을 특징으로 한다.

또는 상기 속도,전류,전압허용값 출력부는 ±허용값을 출력하도록 ±속도,±전류,±전압허용값 출력부가 각각 마련되고, 상기 속도,전류,전압비교부는 ±허용값과 속도,전류,전압센서에서 센싱된 궤환값을 각각 비교하도록 ±속도,±전류,±전압비교부가 마련되며, 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부는 각 ±비교부의 출력값을 입력받아 속도,전류,전압센서의 이상 유무를 신호로 각각 출력하도록 ±속도,±전류,±전압센서이상 출력부가 마련된 구성을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 고안을 나타낸 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 이상 판별장치의 블럭도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이 인버터에 부착되어 전압 및 속도를 각각 검출하는 전압센서(3)와 속도센서(1)는 전압비교기(VC:Voltage Compare)(6)와 속도비교기(SC:Speed Compare)(7)의 입력단에 각각 연결되어 있고 상기 전압비교기(6)와 속도비교기(7)의 또다른 입력단은 PLC와 연결되어 있으며 상기 전압비교기(6)와 속도비교기(7)의 출력단은 전류비교기(CC:Current Compare)(8)의 입력단에 각각 연결되어 있다.

한편, 인버터의 전류를 센싱하는 전류센서(2)는 상기 전류비교기(8)의 또다른 입력단에 각각 연결되어 있고 상기 전류비교기(8)의 출력단과 인버터의 사이에는 출력값에 따라서 인버터를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation ; 펄스 폭 변조)제어기(9)가 연결되어 있다.

그리고 상기 전압,속도,전류센서(1,2,3)는 각 센싱값이 궤환되도록 제어판(4)에 연결되어 있고 상기 제어판(4)에는 고장표시판(5)이 연결되어 있다.

또한 상기 전압,전류,속도비교기(6,7,8)의 입력단은 전압,전류,속도의 기준값과 궤환값을 감시판넬(10)로 전송하기 위하여 감시판넬(10)에 연결되어 있고 그 감시판넬(10)에는 센서의 이상을 표시하는 센서이상표시판(11)이 연결되어 있다.

도 3은 본 고안에 따른 이상 판별장치의 회로도이다. 여기에서 참조되는 바와 같이

상기 PLC로부터 입력되는 기준 속도값과 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)을 가산하여 ±허용속도값을 출력하는 속도허용값 출력부(100)에는 ±속도허용값 출력부(101,102)가 각각 마련되고 그 ±속도허용값 출력부(101,102)는 속도센서(1)의 센싱값이 궤환입력되는 ±속도비교부(111,112)에 연결되며 상기 ±속도비교부(111,112)는 슈미거 트리거에 설정된 시간에 따라서 펄스가 발생되는 속도센서이상 출력부(120)의 ±속도센서이상 출력부(121,122)에 각각 연결되어 있다.

또한 PLC로부터 입력되는 기준 전류값과 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)을 가산하여 ±허용전류값을 출력하는 전류허용값 출력부(130)에는 ±전류허용값 출력부(131,132)가 각각 마련되고 그 ±전류허용값 출력부(131,132)는 전류센서(2)의 센싱값이 궤환입력되는 ±전류비교부(141,142)에 연결되며 상기 ±전류비교부(141,142)는 슈미거 트리거에 설정된 시간에 따라서 펄스가 발생되는 전류센서이상 출력부(150)의 ±전류센서이상 출력부(151,152)에 각각 연결되어 있다.

또한 PLC로부터 입력되는 기준 전압값과 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)을 가산하여 ±허용전압값을 출력하는 전압허용값 출력부(160)에는 ±전압허용값 출력부(161,162)가 각각 마련되고 그 ±전압허용값 출력부(161,162)는 전압센서(3)의 센싱값이 궤환입력되는 ±전압비교부(171,172)에 연결되며 상기 ±전압비교부(171,172)는 슈미거 트리거에 설정된 시간에 따라서 펄스가 발생되는 전압센서이상 출력부(180)의 ±전압센서이상 출력부(181,182)에 각각 연결되어 있다.

상기 속도,전류,전압센서이상 출력부(120,150,180)는 속도,전류 ,전압판별부 (190,200,210)와 각각 연결되어 있고 그 속도,전류,전압판별부(190,200,210)의 또다른 입력측에는 인버터 고장신호가 발생되는 고장표시판(5)이 연결되어 있으며 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부(120,150,180)는 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 표시하는 센서이상 표시부(220)와 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

PLC로부터 입력된 기준값과 각 센서에서 센싱된 궤환값에 따라서 각 센서의 이상유무를 판별하는 과정을 설명한다.

먼저, 속도센서(1)의 이상유무 판단과정은 다음과 같다.

상기 PLC에서 발생되는 기준 속도값은 ±속도허용값 출력부(101,102)로 입력되어 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)과 각각 가산되므로 ±속도허용값 출력부(101,102)의 출력단에는 ±허용속도값(S01,S02)이 출력된다.

상기 ±속도허용값 출력부(101,102)에서 출력되는 ±허용속도값(S01,S02)은 속도센서(1)에서 센싱된 궤환값과 함께 ±속도비교부(111,112)로 입력되어 상기 ±속도비교부(111,112)의 출력단에는 비교값이 출력되며 그 출력값은 ±속도센서이상 출력부(121,122)로 각각 입력된다.

상기 ±속도센서이상 출력부(121,122)로 입력되는 ±속도비교부의 출력값이 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하면 속도센서(1)에 이상이 발생된 경우이므로 상기 ±속도센서이상 출력부(121,122)에서 HIGH 신호가 발생되고 그 신호는 속도센서이상 판별부(190)로 입력된다.

이때 상기 고장표시판(5)에 인버터의 고장신호가 발생하지 않으면 즉, 인버터가 정상상태일 경우에는 속도센서이상 판별부(190)로 HIGH 신호가 전달되므로 그 HIGH 신호는 상기 속도센서이상 판별부(190)에서 발생되는 HIGH 신호와 엔드연산되어 센서이상 표시부(220)에 속도센서이상 신호를 전송하게 되므로 상기 센서이상 표시부(220)에는 속도센서(1)이상이 표시된다.

또한, 전류센서(2)의 이상유무 판단과정은 다음과 같다.

상기 PLC에서 발생되는 기준 전류값은 ±전류허용값 출력부(131,132)로 입력되어 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)과 각각 가산되므로 ±전류허용값 출력부(131,132)의 출력단에는 ±허용전류값(C01,C02)이 출력된다.

상기 ±전류허용값 출력부(131,132)에서 출력되는 ±허용전류값(e2-1,e2-2)은 전류센서(2)에서 센싱된 궤환값과 함께 ±전류비교부(141,142)로 입력되고 상기 ±전류비교부(141,142)의 출력단에는 비교값이 출력되며 그 출력값은 ±전류센서이상 출력부(151,152)로 각각 입력된다.

상기 전류센서이상 출력부(151,152)로 입력되는 ±전류비교부의 출력값이 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하면 전류센서(2)에 이상이 발생된 경우이므로 상기 ±전류센서이상 출력부(151,152)에서 HIGH 신호가 발생되고 그 신호는 전류센서이상 판별부(200)로 입력된다.

이때 상기 고장표시판(5)에 인버터의 고장신호가 발생하지 않으면 즉, 인버터가 정상상태일 경우에는 전류센서이상 판별부(200)로 HIGH 신호가 전달되므로 그 HIGH 신호는 상기 전류센서이상 판별부(200)에서 발생되는 HIGH 신호와 엔드연산되어 센서이상 표시부(220)에 전류센서이상 신호를 전송하게 되므로 상기 센서이상 표시부(220)에는 전류센서(2)이상이 표시된다.

또한, 전압센서(3)의 이상유무 판단과정은 다음과 같다.

상기 PLC에서 발생되는 기준 전압값은 ±전압허용값 출력부(161,162)로 입력되어 설정된 ±허용값(e2-1,e2-2)과 각각 가산되므로 ±전압허용값 출력부(161,162)의 출력단에는 ±허용전압값(V01,V02)이 출력된다.

상기 ±전압허용값 출력부(161,162)에서 출력되는 ±허용전압값(V01,V02)은 전압센서(3)에서 센싱된 궤환값과 함께 ±전압비교부(171,172)로 입력되고 상기 ±전압비교부(171,172)의 출력단에는 비교값이 출력되며 그 출력값은 ±전압센서이상 출력부(181,182)로 입력된다.

상기 ±전압센서이상 출력부(181,182)로 입력되는 ±전압비교부의 출력값이 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하면 전압센서(3)에 이상이 발생된 경우이므로 상기 ±전압센서이상 출력부(181,182)에서 HIGH 신호가 발생되고 그 신호는 전압센서이상 판별부(210)로 입력된다.

이때 상기 고장표시판(5)에 인버터의 고장신호가 발생하지 않으면 즉, 인버터가 정상상태일 경우에는 전압센서이상 판별부(210)로 HIGH 신호가 전달되므로 그 HIGH 신호는 상기 전압센서이상 판별부(210)에서 발생되는 HIGH 신호와 엔드연산되어 센서이상 표시부(220)에 전압센서이상 신호를 전송하게 되므로 상기 센서이상 표시부(220)에는 전압센서(3)이상이 표시된다.

한편, 상기 각 센서에 이상이 발생하기 전에 인버터에 고장이 발생될 경우에는 고장표시판(5)에서는 LOW 신호가 발생되어 속도,전류,전압센서이상 판별부(190,200,210)로 전송되므로 각 센서의 이상여부를 판별하지 않게되는 것이다. 즉 인버터에 고장이 발생하기 전에만 센서의 이상여부를 판별하게 되는 것이다.

한편 도 5는 일반적인 인버터의 운전상황별 속도ㆍ전압ㆍ전류의 기준값 및 궤환값을 나타낸 타이밍도이고 도 6은 본 고안에 따른 이상 판별장치의 작동상태를 설명하기 위한 흐름도로서, 각 구간별 센서의 판별상황을 설명하면 다음과 같다.

구간 1 : 전동기가 정지한 상태에서 전동기를 구동시키기 위해 기준속도를 상승시키는 경우로서, 전동기를 구동시키기 위해서 토크가 필요하며, 이때 전류 및 속도의 궤환값은 증가하고 직류 전압값은 감소해야 센서는 정상이고 그렇지 않으면 비정상이다. 따라서 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하여 궤환값의 크기가 ±허용값의 크기보다 크게 나타나면 센서의 이상으로 표시된다.

구간 2 : 전동기가 일정하게 회전하도록 기준속도를 일정하게 유지하는 경우로서, 기준속도와 궤환속도가 거의 동일하므로 직류전압과 전류의 값이 거의 변화가 없으면 센서는 정상이고 그렇지 않으면 비정상이다. 즉, 따라서 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하여 궤환값의 크기가 ±허용값의 크기보다 크게 나타나면 센서의 이상으로 표시된다.

구간 3 : 전동기가 일정한 상태로 운전중(구간 2)에 부하가 인가되어 기준전류가 상승하는 경우로서, 이때는 궤환속도가 감소되어 기준속도가 궤환속도보다 큰 상태가 되고 궤환전압이 감소되며 궤환전류가 크게 되면 센서는 정상이며, 그렇지 않으면 비정상이다. 따라서 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하여 궤환값의 크기가 ±허용값의 크기보다 크게 나타나면 센서의 이상으로 표시된다.

구간 4 : 전동기의 속도를 감소하기 위해 기준속도를 감소시킨 경우로서, 전동기의 궤환속도는 기준속도에 비해 커야하고 직류전압은 상승해야 하며 전류가 -값으로 상승되면 정상이고, 그렇지 않으면 비정상이다. 따라서 슈미거 트리거에 설정된 시간을 초과하여 궤환값의 크기가 ±허용값의 크기보다 크게 나타나면 센서의 이상으로 표시된다.

따라서 인버터의 운전상황별로 검출되는 센서의 상태가 감시판넬측으로 전송되므로 정비를 할 때 작업자가 감시판넬을 확인하면서 각 센서의 이상유ㆍ무에 따른 교환 및 정비작업이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 고안은 인버터에 부착되어 속도, 전압, 전류를 검출하는 속도센서, 전압센서, 전류센서의 기준값과 궤환값을 각각 비교하여 센서의 이상여부를 감시판넬로 전송하여 인버터를 정비하는 작업자에게 센서의 상태를 알려주게 되므로 센서의 고장으로 인한 설비의 오동작을 미연에 방지하게 된다.

또한 인버터에 고장이 발생되어도 고장부위를 신속하게 판별할 수 있어 단시간내 조치가 가능하여 공장의 생산성을 향상시킬 수 있으며 고장센서가 감시판넬에 표시되므로 경험이 없는 비전문가도 고장개소를 쉽게 확인하여 유지보수에 따르는 시간과 비용을 최소화 할 수 있는 특유의 효과가 있다.

Claims

PLC에서 입력되는 속도,전류,전압기준값에 허용오차를 가산하여 속도,전류,전압허용값을 출력하는 속도,전류,전압허용값 출력부(100,130,160)와, 상기 속도,전류,전압허용값 출력부의 각 출력값과 인버터의 온라인시 속도,전류,전압센서 (1,2,3)에서 센싱된 궤환값을 각각 비교하는 속도,전류,전압비교부(110,140,170)와, 상기 속도,전류,전압비교부의 출력값을 입력받아 속도,전류,전압센서의 이상 유무를 신호로 각각 출력하는 속도,전류,전압센서이상 출력부(120,150,180)와, 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부의 출력신호와 인버터고장신호를 각각 로직연산하여 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 판별하는 속도,전류,전압센서 판별부(190,200,210)와, 상기 속도,전류,전압센서 판별부에 연결되어 속도,전류,전압센서의 이상상태를 각각 표시하는 센서이상 표시부(220)로 구성됨을 특징으로하는 인버터 부착 센서의 온라인 이상 판별장치.
제 1 항에 있어서,

상기 속도,전류,전압허용값 출력부는 ±허용값을 출력하도록 ±속도,±전류,±전압허용값 출력부(101,102,131 ,132,161,162)가 각각 마련되고, 상기 속도,전류,전압비교부는 ±허용값과 속도,전류,전압센서에서 센싱된 궤환값을 각각 비교하도록 ±속도,±전류,±전압비교부(111,112,141,142,171,172)가 마련되며, 상기 속도,전류,전압센서이상 출력부는 각 ±비교부의 출력값을 입력받아 속도,전류,전압센서의 이상 유무를 신호로 각각 출력하도록 ±속도,±전류,±전압센서이상 출력부(121,122,151,152,181,182)가 마련된 구성을 특징으로 하는 인버터 부착 센서의 온라인 이상 판별장치.