KR200368133Y1

KR200368133Y1 - 권양기의 밸런스 제어장치

Info

Publication number: KR200368133Y1
Application number: KR20-2004-0022277U
Authority: KR
Inventors: 최장건; 이종찬; 이재훈; 구도형; 김병기
Original assignee: (주)성림엠앤씨; 한국수자원공사
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2004-11-17

Abstract

본 고안은 물체의 좌·우측 상단에 연결된 와이어 로프를 모터 및 드럼을 통하여 감아 올리거나 내려놓는 과정에서 물체가 수평상태를 유지하여 이동될 수 있도록 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기를 제어하는 권양기의 밸런스 제어장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 권양기의 밸런스 제어장치는 물체의 일측 및 타측 상단에 직접 또는 간접적으로 각각 연결되는 와이어 로프를 모터 및 드럼을 통하여 감아 올리거나 내려 물체의 상하 이동을 제어하는 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기 제어장치에 있어서, 물체의 상단에 연결된 일측 와이어 로프(21)와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이를 실시간으로 검출하는 와이어 로프 이동길이 검출부(110)와, 상기 와이어 로프 이동길이 검출부(110)를 통하여 검출되는 일측 와이어 로프(21)와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이를 비교하여 물체의 기울어진 좌·우 편차를 검출하는 편차검출부(120)와, 상기 편차 검출부(120)를 통하여 검출되는 좌·우 편차를 제거하기 위하여 일측 또는 타측 와이어 로프(21)(22)가 감겨있는 드럼(31)(32)을 회전시키는 모터(41)(42)의 구동속도를 조절하여 물체를 수평상태로 보정하는 밸런스제어부(130);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

권양기의 밸런스 제어장치 { Balance Controller of Hoist }

본 고안은 권양기의 밸런스 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 물체의좌·우측 상단에 연결된 와이어 로프를 모터 및 드럼을 통하여 감아 올리거나 내려놓는 과정에서 물체가 수평상태를 유지하여 이동될 수 있도록 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기를 제어하는 권양기의 밸런스 제어장치에 관한 것이다.

Two Motor-Two Drum 형식의 권양기(Hoist)는 물체의 좌·우측 상단에 각각 연결된 와이어 로프(Wire Rope)를 두개의 모터(Motor) 및 드럼(Drum)을 통하여 감아 올리거나 내려놓는 장치로서, 이러한 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기로는 저수지나 수로 등의 수량을 조절하는 수문 개폐용 권양기가 있다.

이 수문 개폐용 권양기는 와이어 로프를 통하여 연결된 수문을 들어올리거나 내려놓음으로써 수문의 개폐를 제어하게 되는데, 도 1은 이러한 종래의 통상적인 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 개략적인 설치 구성도이고, 도 2는 종래 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 제어회로 일례를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 저수지나 수로 등에 물을 가두기 위하여 콘크리트구조물로 구축된 제방(1)에는 수문(10)이 상하로 이동 가능하게 결합되는 가이드 프레임(Guide Frame)(2)이 설치되고, 상기 가이드 프레임(2) 내부에 설치되어 있는 수문(10)의 양측 상단은 직접 또는 간접적으로 각각 와이어 로프(20 ; 21,22)의 일단에 결합되는데, 이 와이어 로프(20)의 타단은 권양기에 연결된다.

상기 권양기에는 와이어 로프(20)가 각각 감기는 두개의 드럼(30 ; 31,32)과, 상기 드럼(30)을 각각 회전시키는 두개의 모터(40 ; 41,42)가 구비되어 있는데, 상기 모터(40)는 제어장치에 의해 구동이 제어된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 권양기의 제어장치에는 외부의 전원부(70)로부터 전원이 과잉 공급되는 것을 방지하기 위한 차단기(NFB ; No Fuse Breaker)(60)와, 상기 전원부(70)로부터 공급되는 전원을 좌측모터(41) 및 우측모터(42)에 전달하여 수문(10)을 상하로 개폐시키는 상하 조작부(50)가 구비되어 있다.

상기 상하 조작부(50)에는 좌측모터(41)의 전원공급을 온/오프 시키는 좌측모터 조작부(51)와 우측모터(42)의 전원공급을 온/오프 시키는 우측모터 조작부(52)가 구비되는데, 상기 좌측모터 조작부(51)와 우측모터 조작부(52)에는 각각 좌측모터 및 우측모터의 회전방향을 설정하기 위한 정회전 스위치(MC-F ; Forward Magnetic Contactor)(51a)(52a)와 역회전 스위치(MC-R ; Reverse Magnetic Contactor)(51b)(52b)가 구비된다. 상기 상하 조작부(50)의 좌·우측모터 조작부(51)(52)에 구비된 정회전 스위치(51a)(52a)와 역회전 스위치(51b)(52b)는 각각 쌍으로 연동되어 한번의 동작에 의해 동시에 온/오프 될 수 있으며, 경우에 따라 각각 조작될 수 있다.

상기의 구성으로 이루어진 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기 제어장치는 모터(40)의 구동을 제어하여 드럼(30)에 와이어 로프(20)를 감거나 풀어줌으로써 수문(10)이 상부로 들어올려지거나 내려지도록 제어하여, 저수지 또는 수로의 수량을 조절하게 된다.

하지만, 이러한 권양기의 제어장치는 수문(10)의 좌·우 상단에 연결된 와이어 로프(20)를 감거나 풀어주는 과정에서 좌·우 와이어 로프(21)(22)를 동일한 길이로 감아주거나 풀어주지 못하게 되면 수문(10)의 상하 이동시 좌·우 균형이 맞지 않게 되어 수문(10)이 가이드 프레임(2)에 끼어지는 잼(Jam) 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

즉, 양측 와이어 로프(21)(22)를 감거나 풀어주기 위하여 각각 드럼(31)(32)을 회전시키는 모터(41)(42) 권선의 임피던스(Impedance), 베어링의 마찰력, 상하 조작부(50)의 스위치(Magnet Contactor) 동작반응 시간 등이 서로 달라지거나, 동작 정지시 발생되는 Brake Slip의 차이 등에 의해 수문(10)의 평형상태가 흐트러져 잼 형상이 발생되었다.

수문(10)이 가이드 프레임(2)에 끼어지는 잼 현상이 발생되면, 잼 발생 위치에 따라 각각의 와이어 로프(21)(22)를 제어하는 두개의 모터(41)(42) 중 일측 모터를 과도하게 동작시켜 수문(10)의 균형을 맞추게 되는데, 이때 과도하게 동작되는 일측 모터의 드럼에 연결된 와이어 로프의 장력에 극심한 변화가 발생되어 수문에 순간적인 점핑(Jumping) 현상이 발생되는 등 수문의 안전 및 조작에 심각한 저해요소가 발생되었다.

따라서, 본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 수문 등과 같은 물체를 상하로 이동시키기 위한 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기에 있어서 물체의 좌·우 상단에 연결되어 물체를 들어올리는 와이어 로프의 좌·우 이동길이를 동일하게 유지시켜 물체의 상하 이동시 좌·우 평형상태를 유지시켜 잼 현상 및 점핑 현상 등을 방지할 수 있도록 하는 권양기의 밸런스 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 통상적인 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 개략적인 설치 구성도,

도 2는 종래의 통상적인 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 제어회로 일례,

도 3은 본 고안에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 개략적인 설치 구성도,

도 4는 본 고안에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 제어회로 일례,

도 5는 본 고안에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 밸런스 제어장치 블록 구성도,

도 6은 본 고안에 따른 밸런스 제어장치에 구비된 와이어 로프 이동길이 검출부의 블록 구성도,

도 7a는 본 고안에 따른 와이어 로프 이동길이 검출부에 구비된 엔코더신호 정합로직의 라인 드라이버 데이터 전송 모형의 일례,

도 7b는 본 고안에 따른 와이어 로프 이동길이 검출부에 구비된 엔코더신호 정합로직에서 와이어 로프의 이동방향을 분석하는데 이용되는 펄스신호의 일례,

도 8a와 도 8b는 본 고안에 따른 밸런스 제어장치를 통하여 수문을 상승시키면서 수문의 평형상태를 유지하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 제방(콘크리트구조물) 2 : 가이드 프레임(Guide Frame)

10 : 수문 20 : 와이어 로프(Wire Rope)

30 : 드럼(Drum) 40 : 모터(Motor)

50 : 상하 조작부 101 : 자동/수동 스위치

110 : 이동길이 검출부 111 : 좌측 이동길이 검출부

112 : 우측 이동길이 검출부 111a, 112a : 펄스엔코더

111b, 112b : 엔코더신호 정합로직 111c, 112c : 펄스적산로직

120 : 편차검출부 121 : 정보정 연산로직

122 : 에러검출기 130 : 밸런스제어부

131 : 비틀림 방지로직 132 : 밸런스제어기

133 : 인버터 140 : 표시부

141 : 부저 142 : 모니터

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 권양기의 밸런스 제어장치는 물체의 일측 및 타측 상단에 직접 또는 간접적으로 각각 연결되는 와이어 로프를 모터 및 드럼을 통하여 감아 올리거나 내려 물체의 상하 이동을 제어하는 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기 제어장치에 있어서, 물체의 상단에 연결된 일측 와이어 로프와 타측 와이어 로프의 이동길이를 실시간으로 검출하는 와이어 로프 이동길이 검출부와, 상기 와이어 로프 이동길이 검출부를 통하여 검출되는 일측 와이어 로프와 타측 와이어 로프의 이동길이를 비교하여 물체의 기울어진 좌·우 편차를 검출하는 편차검출부와, 상기 편차 검출부를 통하여 검출되는 좌·우 편차를 제거하기 위하여 일측 또는 타측 와이어 로프가 감겨있는 드럼을 회전시키는 모터의 구동속도를 조절하여 물체를 수평상태로 보정하는 밸런스제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 밸런스제어부에는 편차검출부로부터 전송되는 일측 와이어 로프의 이동길이와 타측 와이어 로프의 이동길이 차가 기 설정된 기준값을 초과하는 경우 물체의 과도한 기울어짐을 방지하기 위하여 모터의 구동을 정지시키고, 이를 표시부를 통하여 외부로 표시하는 비틀림 방지로직이 구비된다.

또한, 상기 밸런스제어부에는 편차검출부로부터 전송되는 일측 와이어 로프의 이동길이와 타측 와이어 로프의 이동길이 편차를 제거하기 위하여, 일측 와이어 로프를 이동시키는 일측 모터의 구동속도를 기준으로 타측 와이어 로프를 이동시키는 타측 모터의 구동속도를 조절하여 타측 와이어 로프의 이동길이가 일측 와이어 로프의 이동길이에 일치될 수 있도록 제어하는 밸런스제어기가 구비된다.

상기 밸런스제어기는 일측 와이어 로프의 이동길이에 타측 와이어 로프의 이동길이가 일치될 수 있도록, 상기 타측 와이어 로프를 이동시키는 타측 모터에 전원을 공급하는 인버터의 출력 주파수를 조절하여 타측모터의 구동속도를 제어하게 된다.

상기 이동길이검출부는 와이어 로프의 이동길이에 따라 각각 펄스신호를 생성하는 펄스엔코더와, 상기 펄스엔코더를 통하여 출력되는 펄스신호의 파형을 정형하고 펄스신호 파형에 따른 와이어 로프의 상하 이동방향을 판별하는 엔코더신호 정합로직과, 상기 엔코더신호 정합로직으로부터 출력되는 펄스신호를 누적시켜 적산하는 펄스적산로직이 구비된 좌·우 이동길이 검출부를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 개략적인 설치 구성도이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 제어회로 일례이다. 본 고안의 실시예를 설명하는데 있어 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기에 적용된 물체는 수문인 것을 그 일례로 들어 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기는 수문(10)의 좌·우측 상단과 연결된 와이어 로프(20 ; 21,22)를 감아 올리거나 내려 수문(10)을 상하로 개폐시키는 역할을 수행하는데, 상기 수문(10)은 좌·우측 상단에서 훅(H ; Hook)을 통하여 리프팅 디바이스(LD ; Lifting Device)에 결합되고, 상기 리프팅 디바이스(LD)는 좌·우측에서 와이어 로프(20 ; 21,22)에 일단이 연결되는데 이 와이어 로프(20 ; 21,22)의 타단은 각각 권양기의 드럼(30 ; 31,32)에 감기게 된다.

상기 와이어 로프(20 ; 21,22)가 감기는 드럼(30 ; 31,32)을 회전시키는 모터(40 ; 41,42)는 제어장치에 의해 그 구동이 제어되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어장치에는 전원부(60)로부터 전송되는 전원의 과잉공급을 차단하기 위한 차단기(60)와, 좌·우측 모터(40 ; 41,42)의 전원공급을 온오프 시켜 수문(10)이 상하로 이동될 수 있도록 조작하는 상하 조작부(50)와, 좌·우측 모터 (40 ; 41,42)의 동작에 의해 상하로 이동되는 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 이동거리를 동일하게 유지시켜 수문(10)이 수평상태에서 이동될 수 있도록 제어하는 밸런스 제어장치(100)가 구비된다. 상기 상하 조작부(50)에는 정회전 스위치(51a)(52a)와 역회전 스위치(51b)(52b)가 구비된 좌측모터 조작부(51)와 우측모터 조작부(52)가 구비되어 있다.

상기 밸런스 제어장치(100)는 자동/수동 스위치(101)에 의해 그 구동이 제어되는데, 상기 자동/수동 스위치(101)가 수동위치(M ; Manual Mode)로 선택되는 경우 상기 밸런스 제어장치(100)는 구동되지 않는다.

한편, 상기 자동/수동 스위치(101)가 자동위치(A ; Automatic Mode)로 선택되는 경우, 밸런스 제어장치(100)는 좌측모터(41)의 드럼(31)에 감겨져 있는 와이어 로프(21)와 우측모터(42)의 드럼(32)에 감겨져 있는 와이어 로프(22)의 이동거리를 동일하게 유지시켜 수문(10)이 평형상태를 유지하면서 상하로 이동될 수 있도록 제어하게 된다.

도 5는 본 고안의 실시예에 따른 Two Motor-Two Drum 형식 권양기의 밸런스 제어장치 블록 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 밸런스 제어장치(100)에는 좌·우측 모터(40 ; 41,42)의 드럼(30 ; 31,32)에 감기거나 풀어지는 와이어 로프(20 ; 21,22)의 이동길이를 각각 검출하는 와이어 로프 이동길이 검출부(110)와, 상기 와이어 로프 이동길이 검출부(110)를 통하여 검출되는 좌측 와이어 로프(21)의 이동길이와 우측 와이어 로프(22)의 이동길이 편차를 계산하는 편차검출부(120)와, 상기 편차검출부(120)를 통하여 검출된 좌측 와이어 로프 이동길이와 우측 와이어 로프 이동길이의 편차를 제거하기 위하여 좌·우측 모터(41)(42)의 회전속도를 제어하는 밸런스제어부(130)와, 상기 밸런스제어부(130)에 제어에 의해 수문(10)의 좌·우 기울어짐 상태를 외부로 표시하는 표시부(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 와이어 로프 이동길이 검출부(110)에는 좌측모터(41)의 드럼(31)에 감겨져 있는 와이어 로프(21)의 이동길이를 검출하는 좌측 이동길이 검출부(111)와, 우측모터(42)의 드럼(32)에 감겨져 있는 와이어 로프(22)의 이동길이를 검출하는우측 이동길이 검출부(112)를 포함하여 이루어지는데, 도 6은 본 고안의 실시예에 따른 와이어 로프 이동길이 검출부의 블록 구성도를 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 좌측 이동길이 검출부(111)에는 좌측모터(41)의 드럼(31)에 감겨져 있는 와이어 로프(21)의 이동에 따라 펄스신호를 생성하는 펄스엔코더(111a)와, 상기 펄스엔코더(111a)를 통하여 출력되는 펄스신호를 정합하는 엔코더신호 정합로직(111b)과, 상기 엔코더신호 정합로직(111b)을 통하여 출력되는 펄스신호를 적산하는 펄스적산로직(111c)을 포함하여 이루어진다.

상기 펄스엔코더(111a)는 좌측모터(41)의 구동 속도와 동일한 속도로 회전하면서 좌측 와이어 로프(21)의 이동에 따라 펄스신호를 생성하게 되는데, 본 고안의 실시예에서 상기 펄스엔코더(111a)는 좌측모터(41)의 구동에 따라 회전되는 드럼(31)의 중심축과 일직선상에 설치되어 드럼(31)의 회전량을 측정함으로써 와이어 로프(21)의 이동길이를 파악하게 된다. 즉, 드럼(31)이 회전하면 드럼(31)에 감긴 와이어 로프(21)가 감기거나 풀리게 되어 와이어 로프(21)의 길이가 변하게 되는데, 이 드럼(31)의 회전량과 와이어 로프(21)의 변위량 관계를 미리 파악하면, 드럼(31)의 회전량을 통하여 와이어 로프(21)의 이동길이를 파악할 수 있게 된다.

예를 들어, 와이어 로프가 감겨있는 드럼의직경을 D라하고, 펄스엔코더의 회전당 펄스수를 P라고 가정하면, 한 펄스당 와이어 로프의 이송길이 L은 다음과 같다.

만약, 상기 드럼(31)과 펄스엔코더(111a) 사이에 감속비 N인 감속기어가 존재한다면, 상기 수식은 다음과 같이 변경된다.

본 고안의 일실시예에서 상기 펄스엔코더(111a)는 좌측 와이어 로프(21)의 임의의 지점에 기준점을 설정하고 이 기준점을 기준으로 와이어 로프(21)가 1㎜ 이동하는 동안 4개의 펄스신호를 생성시키게 되며, 라인 드라이버(Line Driver) 타입의 출력방식을 통하여 생성된 펄스신호를 엔코더신호 정합로직(111b)에 출력하게 된다.

상기 엔코더신호 정합로직(111b)은 펄스엔코더(111a)로부터 출력되는 펄스신호의 파형을 정형시키고, 펄스엔코더(111a)의 출력 신호를 90도 위상차를 갖는 두개의 신호로 출력하여 이 두 신호의 펄스 위상 차이를 분석함으로써 와이어 로프(21)가 상승 또는 하강하는지 그 이동방향을 판별하며, 펄스신호의 상승 에지(Edge)에서 펄스의 상태를 4가지로 분류하여 펄스 신호를 4체배함으로써 정밀도를 높이게 된다. 본 고안의 일실시예에서 상기 엔코더신호 정합로직(111b)은 펄스엔코더(111a)의 출력신호가 입력될 수 있는 라인 드라이버 입력형 소자인 SN75175 등을 통하여 구현되는데, 도 7a는 SN75175 소자로 구현되는 엔코더신호 정합로직의 라인 드라이버 데이터 전송 모형의 일례를 나타낸 것이고, 도 7b는 엔코더신호 정합로직에서 와이어 로프의 이동방향을 분석하는데 이용되는 90도의 위상차를 갖는 A형과 B형의 펄스신호 일례를 나타낸 것이다.

상기 펄스적산부(111c)는 와이어 로프(21)의 이동에 의해 펄스엔코더(111a)로부터 생성되는 펄스신호가 엔코더신호 정합로직(111b)을 거쳐 수신되면, 수신되는 펄스신호를 적산하여 와이어 로프(21)의 이동거리를 파악하여 저장하고, 파악된 와이어 로프(21)의 이동거리를 편차검출부(120)에 전송하는 역할을 수행한다. 다음의 표 1은 펄스적산부를 통하여 파악되어 저장되는 펄스신호의 적산 데이터 일례를 나타낸 것이다.

상기 우측 이동길이 검출부(112)에 구비되는 펄스엔코더(112a)와 엔코더신호 정합로직(112b) 및 펄스적산부(112c)는 상술한 좌측길이 검출부(111)와 동일한 구성으로 이루어져 우측 와이어 로프(22)의 이동길이를 검출하여 편차검출부(120)에 전송하게 된다.

상기 편차검출부(120)는 상술한 와이어 로프 이동길이 검출부(110)로부터 전송되는 와이어 로프(20 ; 21,22)의 좌측 이동길이와 우측 이동길이의 편차를 계산하게 되는데, 이 편차검출부(120)에는 정보정 연산로직(121)과 에러검출기(122)가 구비되어 있다.

상기 정보정 연산로직(121)은 상하조작부(50)을 조작하여 좌측모터(41)가 상승 혹은 하강방향으로 회전을 시작하면 우측모터(42)을 좀더 빠른 속도로 회전시켜 에러를 빠르게 상쇄하기 위하여 정보정(FF ; Feed Forward) 값을 연산하여 에러검출기(122)에 전송하는데, 이 정보정(FF)은 궤한(FB ; Feed Back)의 반대 개념으로서 상하조작부(50)의 정회전 및 역회전 스위치(51a)(52a)(51b)(52b) 턴온시 좌·우측 모터(41)(42)가 구동되어 와이어 로프(21)(22)가 이동되면서 발생되는 제어량의 변화를 미리 예측하여 예측된 제어량 변화값을 에러검출기(122)에 직접 전송하여 시스템의 반응속도를 빠르게 하는 역할을 수행한다.

상기 에러검출기(122)는 정보정 연산로직(121)을 통하여 전송되는 정보정 값과 이동길이 검출부(110)로부터 전송되는 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 이동길이 차를 분석하여 리프팅 디바이스(LD)의 기울기를 계산하게 되는데, 상기 리프팅 디바이스(LD)는 수문(10)과 평형상태를 유지하므로 이 리프팅 디바이스(LD)의 기울기는 수문(10)의 기울기를 의미한다. 다음의 표 2는 편차검출부를 통하여 검출되는 리프팅 디바이스의 기울기 상태를 나타내는 일례이다.

상기 밸런스제어부(130)는 편차검출부(120)를 통하여 파악되는 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차에 따라 우측모터(42)의 회전속도를 조절하여 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 길이를 같게 하여 리프팅 디바이스(LD)의 기울기가 0이 되어 수평상태를 유지할 수 있도록 제어하는 역할을 수행하게 되는데, 상기 밸런스제어부(130)에는 비틀림 방지로직(131)과 밸런스제어기(132) 및 인버터(133)가 구비되어 있다.

상기 비틀림 방지로직(131)은 편차검출부(120)를 통하여 전송되는 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차가 기설정된 기준값을 벗어나게 되면 표시부(140)의 부저(141)를 통하여 음향으로 경고하는 동시에 좌·우측 모터(40 ; 41,42)의 구동을 강제로 중단시켜 수문(100)이 과도하게 기울어져 가이드 프레임(2)에 끼는 잼 현상을 방지하는 역할을 수행하게 된다. 상기 비틀림 방지로직(131)에 의해 파악되는 리프팅 디바이스(LD) 기울기는 운영자가 이를 육안으로 확인할 수 있도록 표시부(140)에 구비된 모니터(142)에 디스플레이 된다.(어느 부분이 바뀐건지???)

상기 밸런스제어기(132)는 편차검출부(120)를 통하여 파악되는 와이어 로프(20 ; 21,22)의 좌·우 이동거리 편차에 따라 발생되는 리프팅 디바이스(LD)의 기울어짐을 방지하기 위하여 좌·우측 모터(40 ; 41,42)의 회전속도를 조절하여 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차가 지속적으로 0에 수렴될 수 있도록 제어하는 역할을 수행한다.

본 고안의 실시예에서 상기 밸런스제어기(132)는 PI제어기를 통하여 구현되는데, 이 PI제어기는 공지된 비례제어(Proportional Control) 및 적분제어 (Integral Control)를 조합하여 우측모터(42)의 회전속도를 조절하게 되는데, 상기 PI제어기는 좌측모터(41)는 원래의 회전속도로 유지시키고 이 좌측모터(41)의 회전속도를 기준으로 우측모터(42)의 회전속도를 조절함으로써 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차가 0에 수렴되도록 제어한다.

상기 PI제어기는 우측모터(42)의 회전속도를 조절하기 위하여 우측모터(42)에 전원을 공급하는 인버터(133)의 출력 주파수를 조절하게 되는데, 통상 모터에 공급되는 주파수와 모터의 속도는 다음과 같다.

여기서, N은 회전속도(rpm), f는 주파수(Hz), P는 모터의 극수, s는 Slip으로서 0.04∼0.25의 값을 갖는다. 상기 수식에서 나타나는 바와 같이, 모터의 회전속도(N)는 주파수(f)와 비례함으로써, 상기 수식에 따라 모터에 공급되는 전원의주파수를 조절하면 모터의 회전속도를 조절할 수 있다. 본 고안의 실시예에서 상기 PI제어기는 좌측모터(41)의 구동속도를 기준으로 우측모터(42)에 전원을 공급하는 인버터(133)의 출력 주파수를 조절하여 우측모터(42)의 속도를 제어함으로써 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차를 0으로 하여 리프팅 디바이스(LD)가 수평상태를 유지할 수 있도록 제어한다.

이하, 상기의 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 권양기의 밸런스 제어장치의 동작과정에 대하여 설명한다.

도 8a와 도 8b는 본 고안의 실시예에 따른 밸런스 제어장치를 통하여 수문을 상승시키면서 수문의 평형상태를 유지하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 먼저 시스템을 턴온시켜 권양기 및 제어장치에 전원을 공급하고(단계 S110), 자동/수동 스위치(101)를 자동위치(A)로 선택하여 밸런스 제어장치(100)를 통하여 수문의 평형상태가 자동으로 유지될 수 있도록 설정한다(단계 S120).

자동/수동 스위치(101)가 자동위치(A)로 선택된 후, 상하 조절부(50)를 통하여 수문(10)의 상승을 선택하게 되면(단계 S130), 먼저 좌측모터(41)와 우측모터(42)에 전원이 공급되어 초기 기준속도로 좌·우측 모터(40 ; 41,42)가 구동하게 된다(단계 S140, S150).

좌·우측 모터(40 ; 41,42)가 구동하게 되면 좌·우측 모터(40 ; 41,42)의 드럼(30 ; 31,32)에 감겨져 있는 와이어 로프(20 ; 21,22)가 상승하게 되며(단계S141, S151), 좌·우측 모터(40; 41,42)의 구동에 의해 좌·우측 와이어 로프(20 ; 1,22)가 상승하게 되면 와이어 로프 이동길이 검출부(110)의 좌측 이동길이 검출부(111) 및 우측 이동길이 검출부(112)에 구비된 펄스엔코더(111a)(112a)는 와이어 로프(21)의 이동에 따라 펄스신호를 생성하게 되고(단계 S142, S152), 생성된 펄스신호는 엔코더신호 정합로직(111b)(112b)으로 전송되어 정합되며(단계 S143, S153), 정합된 펄스신호는 펄스적산로직(111c)(112c)에 전송되어 적산과정을 거쳐 편차검출부(120)로 전송된다(단계 S144, S154).

한편, 편차검출부(120)의 정보정 연산로직(121)은 상하 조작부(50)의 조작에 따라 좌·우측 모터(40 ; 41,42)가 구동되면 기 설정된 적정비율로 정보정 지령값을 계산하여 에러검출기(122)에 전송하고, 에러검출기(122)는 정보정 연산로직(121)으로부터 전송되는 정보정 지령값과 와이어 로프 이동길이 검출부(110)로부터 전송되는 펄스적산신호를 합산하여 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 이동길이 편차를 계산하게 된다(단계 S160).

만약, 상기 단계(S160)에서 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차가 발생되지 않았다면(단계 S170), 이는 리프팅 디바이스(LD)의 좌우측이 균형을 유지하여 상승하고 있는 것을 의미하므로, 수문(10)의 상승이 종료될 때까지 상기 단계 S140 및 S150으로 돌아가 상기의 수문 상승 과정을 반복하여 수행하게 된다(단계 S180).

만약, 상기 단계(S160)에서 좌·우측 와이어 로프(20 ; 21,22)의 편차가 발생되었다면, 상기 발생된 좌·우 편차 정보는 밸런스제어부(130)의 비틀림 방지로직(131)에 전송되며, 비틀림 방지로직(131)은 편차검출부(120)로부터 전송되는 좌·우 편차를 기 설정된 기준값과 비교하게 된다(S190). 상기 좌·우 편차값과 비교되는 기준값은 수문(10)이 좌측 또는 우측으로 많이 기울어져 가이드 프레임(2)에 끼어지는 잼 현상을 발생시킬 우려가 있는 정도의 좌·우 기울기 값으로 미리 설정된다.

좌·우 편차값과 기준값의 비교 결과, 좌·우 편차값이 기준값 이내에 존재하게 되면, 밸런스제어부(132)의 밸런스제어기(132)는 좌·우 편차를 제거하기 위하여, 좌측 와이어 로프(21)의 이동속도를 고려하여 우측 와이어 로프(22)가 얼마만큼 이동되어야 하는지를 계산하게 되고, 계산된 이동길이만큼 우측 와이어 로프(22)를 이동시키기 위한 우측모터(42)의 구동속도를 계산하게 된다. 우측모터(42)의 구동속도가 계산되면, 계산된 구동속도로 우측모터(42)를 구동시키기 위하여 우측모터(42)에 공급되어야 하는 주파수를 계산하게 되며, 계산된 주파수를 인버터(133)가 출력할 수 있도록 인버터(133)에 인가되는 전류의 세기를 조절하게 되고(단계 S200), 인버터(133)는 인가되는 전류의 세기에 따른 주파수를 우측모터(42)에 출력하게 된다(단계 S210).

상기의 과정을 통하여 우측모터(42)에 변경된 주파수가 공급되면, 상기 단계 S150으로 돌아가 변경된 주파수에 비례하는 속도로 우측모터(42)가 구동되는 과정이 반복되어 수행되는데, 상기 우측모터(42)의 구동에 병행하여 상기 좌측모터(41)는 초기 기준속도를 유지하여 지속적으로 구동되게 된다.

만약, 상기 단계 S190에서, 좌·우 편차가 기준값 이상이 되면 비틀림 방지로직(131)은 수문(10)의 잼 현상을 방지하기 위하여 좌·우 모터(40 ; 41,42)의 구동을 정지시키고, 표시부(140)의 부저(141)를 통하여 경고음을 발생시킨다(단계 S191).

부저(141)를 통하여 경고음이 발생되면, 운영자는 자동/수동 스위치(101)를 수동위치로 전환시킨 후(단계 S192), 상하 조절부(50)의 좌측모터 조작부(51) 및 우측모터 조작부(52)에 구비된 정·역회전 스위치(51a)(52a)(51b)(52b)를 조작하여 수동으로 수문(10)의 좌·우측 균형을 일치시키게 된다(단계 S193). 상기 수동으로 수문(10)을 조작하는 과정에서 이동길이 검출부(110)는 와이어 로프(20 ; 21,22)의 좌·우측 이동길이를 검출하게 되고, 편차검출부(120)는 좌·우측 이동길이에 따른 좌·우 편차를 검출하여 밸런스제어부(130)에 전송하며, 밸런스제어부(130)는 좌·우 편차를 표시부(140)의 모니터(142)에 표시하여 운영자가 이를 육안으로 확인할 수 있도록 한다.

수동에 의한 수문(10)의 조작에 따라 좌·우 편차가 기준값 이내로 들어오게 되면(단계 S194), 운영자가 자동/수동 스위치(101)를 자동위치(A)로 설정하는 상기 단계 S120으로 돌아가 이후의 과정을 반복하여 수행하게 된다.

상기의 과정을 통하여 본 고안에 따른 권양기의 밸런스 제어장치는 좌측모터의 구동에 따른 좌측 와이어 로프의 이동길이를 우측 와이어 로프의 이동길이가 실시간으로 추종할 수 있도록 우측모터의 구동속도를 제어함으로써, 좌측 와이어 로프 및 우측 와이어 로프에 연결된 리프팅 디바이스 및 수문이 평형상태를 유지할 수 있도록 제어하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 권양기의 밸런스 제어장치는 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기에서 수문 등의 물체 양측에 연결되어 물체를 들어올리거나 내리는 좌측 와이어 로프의 이동길이와 우측 와이어 로프의 이동길이를 동일하게 유지시켜 물체가 수평상태에서 이동될 수 있도록 함으로써, 물체의 이동시 좌·우 불균형에 따라 발생되는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 따른 권양기의 밸런스 제어장치는 물체의 상하 이동시 좌측 또는 우측으로 일정 이상 기울어지는 경우 좌·우측 모터의 동작을 정지시킴과 동시에 부저를 통하여 경고음을 발생하도록 하여, 사고를 미연에 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

물체의 일측 및 타측 상단에 직접 또는 간접적으로 각각 연결되는 와이어 로프를 모터 및 드럼을 통하여 감아 올리거나 내려 물체의 상하 이동을 제어하는 Two Motor-Two Drum 형식의 권양기 제어장치에 있어서,

물체의 상단에 연결된 일측 와이어 로프(21)와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이를 실시간으로 검출하는 와이어 로프 이동길이 검출부(110)와;

상기 와이어 로프 이동길이 검출부(110)를 통하여 검출되는 일측 와이어 로프(21)와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이를 비교하여 물체의 기울어진 좌·우 편차를 검출하는 편차검출부(120)와;

상기 편차 검출부(120)를 통하여 검출되는 좌·우 편차를 제거하기 위하여 일측 또는 타측 와이어 로프(21)(22)가 감겨있는 드럼(31)(32)을 회전시키는 모터(41)(42)의 구동속도를 조절하여 물체를 수평상태로 보정하는 밸런스제어부(130);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 권양기의 밸런스 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 밸런스제어부(130)에는

상기 편차검출부(120)로부터 전송되는 일측 와이어 로프(21)의 이동길이와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이 차가 기 설정된 기준값을 초과하는 경우 물체의 과도한 기울어짐을 방지하기 위하여 모터(41)(42)의 구동을 정지시키고, 이를 표시부(140)를 통하여 외부로 표시하는 비틀림 방지로직(131)이 구비되는 것을 특징으로 하는 권양기의 밸런스 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 밸런스제어부(130)에는

상기 편차검출부(120)로부터 전송되는 일측 와이어 로프(21)의 이동길이와 타측 와이어 로프(22)의 이동길이 편차를 제거하기 위하여, 일측 와이어 로프(21)를 이동시키는 일측 모터(41)의 구동속도를 기준으로 타측 와이어 로프(22)를 이동시키는 타측 모터(42)의 구동속도를 조절하여 타측 와이어 로프(22)의 이동길이가 일측 와이어 로프(21)의 이동길이에 일치될 수 있도록 제어하는 밸런스제어기(132)가 구비되는 것을 특징으로 하는 권양기의 밸런스 제어장치.
제 3항에 있어서, 상기 밸런스제어기(132)는

상기 일측 와이어 로프(21)의 이동길이에 타측 와이어 로프(22)의 이동길이가 일치될 수 있도록, 상기 타측 와이어 로프(22)를 이동시키는 타측 모터(42)에 전원을 공급하는 인버터(133)의 출력 주파수를 조절하여 타측모터(42)의 구동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 권양기의 밸런스 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 이동길이 검출부(110)는

상기 와이어 로프(21)(22)의 이동길이에 따라 각각 펄스신호를 생성하는 펄스엔코더(111a)(112a)와, 상기 펄스엔코더(111a)(112a)를 통하여 출력되는 펄스신호의 파형을 정형하고 펄스신호 파형에 따른 와이어 로프(21)(22)의 상하 이동방향을 판별하는 엔코더신호 정합로직(111b)(112b)과, 상기 엔코더신호 정합로직(111b)(112b)으로부터 출력되는 펄스신호를 누적시켜 적산하는 펄스적산로직(111c)(112c)이 구비된 좌·우 이동길이 검출부(111)(112)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 권양기의 밸런스 제어장치.