KR20040044007A

KR20040044007A - 유압압하시스템용 에이브이알 출력전압 실시간 감시장치

Info

Publication number: KR20040044007A
Application number: KR1020020072497A
Authority: KR
Inventors: 박광일
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-05-27
Also published as: KR100916563B1

Abstract

본 발명은 냉간압연설비에서 푸쉬업(Push Up) 방식의 상하 롤 갭(Roll Gap) 제어를 통하여 스트립(Strip) 두께를 제어하는 유압압하시스템(HYROP: Hydraulic Roll Positioning Device)에 제어용 전원을 공급하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)의 이상에 의한 제어불량 및 생산휴지 장기화를 방지하도록 하는 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치에 관한 것으로서,

HYROP 컨트롤 패널 내에는 구비되어 HYROP 제어전원 공급용 AVR이 내장되어 있는 DEU(10); AVR의 출력전압을 검출하여 자체보호 및 PLC 등에 아날로그와 디지털 데이터를 실시간으로 송출하는 AVR 출력전원감시부(20); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 HYROP 내부 제어를 행하는 CTU(30); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 외부기기와의 인터페이스를 담당하는 SCU(40); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받고, CPU 및 아날로그와 디지털 입출력(I/O) PCB가 장착되어 있는 PIU(50); HYROP와 상위 PLC(60)에 각각 내장되어 상호 직렬통신을 행하는 STU(70); HYROP에 운전을 지령하고 운전결과를 실시간으로 감시하며, HYROP의 AVR 출력전원감시부(20)에서 검출한 결과를 토대로 냉간압연기 운전여부를 결정하는 상위 PLC(60); 및 상위 PLC(60)로부터 제공되는 냉간압연기 및 HYROP 운전정보를 감시하고 조작하는 HMI(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

유압압하시스템용 에이브이알 출력전압 실시간 감시장치{realtime monitoring device for output voltage of AVR}

본 발명은 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 냉간압연설비에서 푸쉬업(Push Up) 방식의 상하 롤 갭(Roll Gap) 제어를 통하여 스트립(Strip) 두께를 제어하는 유압압하시스템(이하, HYROP: Hydraulic Roll Positioning Device이라 함.)에 제어용 전원을 공급하는 AVR(Automatic Voltage Regulator)의 이상에 의한 제어불량 및 생산휴지 장기화를 방지하도록 하는 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 냉간압연기 및 SPM(Skin Pass Mill)에 압하제어 시스템으로 주로 채용되고 있는 HYROP는 물론 상용전원용 SMPS가 채용되고 있는 PLC, DCS, 인버터(Inverter) 등 각종 제어 시스템에 SMPS 상태감시를 통한 설비안정화를 목적으로 적용 가능하도록 한 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치에 관한 것이다.

일반적으로 HYROP AVR은 교류전원(AC)이 인가되는 SMPS(Switching Mode Power Supply)의 일종으로, SMPS 특성상 전해콘덴서 열화(전해콘덴서의 수명은 통상 5~7년으로 보고되어 있음) 등에 기인한 출력전압 이상 발생 가능성이 매우 높고, 실제 냉간압연 중 AVR 출력전압 강하로 두께제어 이상 및 품질불량을 초래하고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, HYROP AVR은 DEU(101: DC Power Supply Unit)라 명명되어 있으며, DEU 내부에는 AC 110V를 DC +24V, ±15V, ±12V, +5V로 변환하는 4개의 AVR(102)이 내장되어 있다. +24V, ±15V, ±12V AVR 출력측 양단에는 콘트롤릴레이(103)가 설치되어 AVR에서 출력되는 전압을 감시하고 있으며, DEU 외함 전면에는 운전중에 DEU를 개방하지 않고도 출력전압을 측정할 수 있도록 TP(104: Test Point)가 인출되어 있다.

각 콘트롤릴레이 접점은 AND 처리되어 CTU(105)에 전달되며, CTU에서는 DEU, BF-1, INF의 전원감시 접점 전부를 AND 처리하여 하나의 HP(106: Power Source Healthy at ON) 신호를 만들어, 이를 "Power Source Unhealthy"라는 명칭으로 HYROP 중고장 처리 및 냉간압연기 운전 인터록으로 이용하고 있다.

종래의 HYROP AVR의 주된 문제점은, AVR 출력전압 이상여부를 감시하는 콘트롤릴레이(103)에 있다. HYROP에서는 콘트롤릴레이의 a 접점만을 상시 감시하고 있으며, 여기에 채용되고 있는 범용 콘트롤릴레이의 경우 통상 도 2와 같은 동작특성을 지니고 있다. 최소 동작전압(1b)은 80% 이하, 최대 허용전압(1a)은 110%, 복귀전압(1c)은 15% 이상으로, a접점을 기준하여 전원 미인가 상태에서는 접점 off 상태에 있다가 전압이 80% 인가되면 접점 on 되고, 입력전원 정전 또는 AVR 이상으로 출력전압이 강하되어 15%에 도달하면 접점 off 되게 되며, 최대 허용전압은 110%이다. 문제가 되는 것은 HYROP AVR 출력전압 이상 시 제어불량 구간(1d)인 출력전압 90%~15% 구간에서의 콘트롤릴레이의 접점상태이다. HYROP의 각 제어모듈(CTU, SCU, PIU(50), INF)들은 직류입력 허용전압을 ±10%로 규정하고 있다. 즉 +5V를 사용하는 CTU와 PIU(50)의 적정 입력전압은 4.5~5.5V 이내인 것이다.

입력전원 정전 또는 AVR 이상으로 출력전압이 강하되어 15%에 도달할 때까지 콘트롤릴레이는 접점on 상태를 유지하게 되고, HYROP와 상위 PLC는 DEU를 정상상태로 인식하여 각종 제어출력을 내보내게 되나, 실제 HYROP의 각 제어모듈(CTU, SCU, PIU(50), INF)들은 입력전압 부족으로 인하여 과소한 제어출력을 내보내게 되고 결국 냉간압연기의 두께제어는 불능상태에 이르게 된다.

그러나, HYROP나 상위 PLC 입장에서 두께제어 불능사태의 원인이 HYROP AVR에 있다라고 판단하기에는 HYROP AVR 감시회로 및 방법이 너무 빈약하다. 왜냐하면, "Power Source Unhealthy"라는 HYROP 중고장에는 DEU는 물론 BF-1, INF 등의 전원이상 신호를 모두 AND 처리하여 하나의 신호로 통합하여 관리하고 있는 데다 15%까지 저하되어야만 동작되는 콘트롤릴레이의 접점 하나 이외에는 그 무엇도 감시할 수 없기 때문이다.

또 다른 문제점을 지적하자면, +5V AVR 출력측 양단에는 콘트롤릴레이가 없다는 것이다. 시판되는 콘트롤릴레이는 통상 6V, 12V, 24V, 48V 110V용으로 5V용이 없어 그나마 +5V AVR 감시는 전혀 불가능하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 HYROP AVR의 상태감시 및 보호불량 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, HYROP AVR 출력전압 실시간 상태감시를 통하여 AVR의 이상징후를 사전에 감지하고, 필요한 시기에 정확한 보호회로를 작동시켜 설비운전에 피드백시킴으로써 냉간압연에서 안정적인 두께제어를 지속하도록 하는 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 Trouble Shooting에 필요한 시간을 최소화 하도록 하는 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치의 구성도.

도 2는 도 1의 콘트롤릴레이 동작 특성도.

도 3은 본 발명에 따른 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치의 전체적인 구성도.

도 4a 내지 도 4c는 도 3의 세부 구성도.

도 5는 도 4a의 직류부족전압릴레이 동작 특성도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

10 : DEU20 : AVR 출력전원감시부30 : CTU40 : SCU

50 : PIU60 : 상위 PLC70 : STU80 : 로드셀 패널

90 : INF100 : P-Amp110 : MSU120 : HMI

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치는, HYROP 컨트롤 패널 내에는 구비되어 HYROP 제어전원 공급용 AVR이 내장되어 있는 DEU(10); AVR의 출력전압을 검출하여 자체보호 및 PLC 등에 아날로그와 디지털 데이터를 실시간으로 송출하는 AVR 출력전원감시부(20); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 HYROP 내부 제어를 행하는 CTU(30); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 외부기기와의 인터페이스를 담당하는 SCU(40); DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받고, CPU 및 아날로그와 디지털 입출력(I/O) PCB가 장착되어 있는 PIU(50); HYROP와 상위 PLC(60)에 각각 내장되어 상호 직렬통신을 행하는 STU(70); HYROP에 운전을 지령하고 운전결과를 실시간으로 감시하며, HYROP의 AVR 출력전원감시부(20)에서 검출한 결과를 토대로 냉간압연기 운전여부를 결정하는 상위 PLC(60); 및 상위 PLC(60)로부터 제공되는 냉간압연기 및 HYROP 운전정보를 감시하고 조작하는 HMI(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세하게 설명하면 다음과같다.

도 3은 본 발명에 따른 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치를 나타낸 것으로서, 이에 따른 감시장치의 구성 요소를 살펴보면 다음과 같다.

우선, HYROP 컨트롤 패널(Control Panel) 내에는 HYROP 제어전원 공급용 AVR이 내장된 DEU(10), AVR 출력전압을 검출하여 자체보호 및 PLC 등에 아날로그(Analog)와 디지털(Digital) 데이터(Data)를 실시간으로 송출하는 AVR 출력전원감시부(직류부족전압계전기)(20), DEU(10)로부터 DC +24V, ±15V, +5V 전원을 공급 받아 HYROP 내부제어를 행하는 CTU(Control Unit)(30), DEU(10)로부터 DC +24V 전원을 공급 받아 외부기기와의 인터페이스(Interface)를 담당하는 SCU(Sequencer Unit)(40), DEU(10)로부터 DC +24V, ±15V, ±12V, +5V 전원을 공급 받고 CPU 및 아날로그와 디지털 입출력(I/O) PCB가 장착되어 있는 PIU(Printed Circuit Board Unit)(50) 등이 있다.

외부에는 냉간압연기의 제반 운전과 제어를 총괄하는 상위 PLC(60)와 HMI(Human Machine Interface)(120)가 있다.

상위 PLC는 HYROP에 운전을 지령하고 운전결과를 실시간으로 감시하며, HYROP의 AVR 출력전원감시부(직류부족전압계전기)(20)에서 검출한 결과를 토대로 냉간압연기 운전여부를 결정하게 된다.

HMI(120)는 상위 PLC(60)로부터 제공되는 냉간압연기 및 HYROP 운전정보를 감시하고 조작하는 기능을 갖는다.

상기 항목 이외에도 HYROP 시스템을 구성하는 요소에는 여러가지가 있다. 상위 PLC와 HYROP에 각각 내장되어 상호 직렬통신을 행하는 STU(Serial Transfer Unit)(70), 상위의 REC PLC(60) 및 로드셀 패널(Load Cell Panel)(80)과의 인터페이스를 담당하는 INF(Interface Unit)(90), FMV(Force Motor Valve: 냉간압연기 하부에 장착된 유압실린더를 제어하는 Servo Motor의 일종)에 전류지령을 행하는 P-Amp(Power Amplifier)(100), 유압실린더에 의한 롤갭(Roll Gap) 위치변화를 ㎛ 단위로 읽어내어 카운트 하는 MSU(Magnescale Unit)(110), 실제로 압연을 담당하는 밀스탠드(Mill Stand) 등이 있다.

이하 본 발명에 따라 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, DEU(10a)의 각각의 AVR(10b) 출력부 양단에 전압을 검출하는 AVR 출력전원감시부(직류부족전압계전기)(10c)를 둔다. AVR 출력전원감시부(10c)는 L1, L2(10d) 단자를 통하여 AC 110V의 조작전원을 공급 받고, 전면 상단에 LCD(10e) 표시창을 두어 측정한 전압을 소수점 이하 한 자리까지 디지털로 표시(예; +4.5V)하고 있으며, 중간부 좌측에는 전압 VR(10f)을 두어 저전압 트립치를 설정하여 정격 출력전압의 90%에서 트립을 발생시킬 수 있도록 하고, 중간부 우측에는 시간(Time) VR(10g)을 두어 90%까지 전압이 강하된 것을 검출 한 후 실제로 계전기를 트립시키는데 필요한 시간을 0.2-30S 범위에서 설정가능토록 하며, 중간에는 LED 램프(Lamp)(10h)를 두어 평상시에는 녹색 LED가 점등되어 있다가 직류부족전압계전기가 트립되면 적색 LED가 점멸하여 고장상황을 알리게 한다.

하단부 중간의 외부출력단자 C,a(10i)는 직류부족전압계전기가 트립 시 a접점(Dry Contact)을 CTU(70)에 출력하여 HYROP 및 냉간압연기 운전 인터록으로 이용하게 되며, 하단부 우측의 +,- 단자(10j)에서는 측정한 전압을 SCU(40)와 상위 PLC(60)에 실시간으로 송신하여 감시 및 이중화 인터록으로 사용가능하게 한다.

또한, +5V AVR에도 새로이 AVR 출력전원감시부(직류부족전압계전기)(10c)를 두어 감시 및 보호가 가능하도록 구성한다.

도 4b는 CTU(70)가 DEU(10a)로부터 수신한 Dry 접점(10i)만을 분리하여 DEU내 4개의 AVR중 하나라도 이상이 발생하면 HP 릴레이(Relay)(10k)가 동작하도록 구성하고, 종래의 HP(10l)는 BF-1과 INF 전원감시용으로 전환함으로써 CTU에서 전원을 감시하고 있는 DEU, BF-1, INF 등 3개의 제어모듈 중 어느 곳의 문제인지 쉽게 식별이 가능하도록 회로 및 내부 로직을 구성한다.

도 4c는 DEU(10a)로부터 SCU AI PCB(10m)와 상위 PLC AI PCB(10n)에 AVR 출력전압을 수신하여 그 결과를 운전실에 위치한 HMI(10o) 모니터(Monitor)에 제공하는 것을 나타내고 있다. 여기에서는 비단 AI PCB에 수신 또는 측정전압을 HMI 모니터에 디스플레이(Display)하는 데에 그치지 않고 상위 PLC 프로그래밍(Programming)을 통하여 모니터링(Monitoring) 및 인터록을 구성하게 된다.

도 5를 참조하여 AVR 출력전원감시부인 신규 직류부족전압계전기(20)의 동작특성을 살펴보면 다음과 같다.

HYROP 각 제어모듈(CTU, PIU, SCU, INF)의 입력전압 정격 허용범위는 ±10%로 정격전압의 100%를 정상전압(2a)으로 하고, 정상전압 대비 91%까지는 정상적으로 운영되다가 90%에 달하면 저전압 트립(2b)을 발생시켜 그 결과를 HYROP 자체 및 상위 PLC에 출력하게 된다.

저전압 트립 시점인 90%에 달하여 실제로 직류부족전압계전기(20)가 Dry 접점(Contact)을 외부에 출력하는 데 걸리는 시간은 0.2~30S(2c) 범위 내에서 자유자재로 조정 가능하게 하고, 또한 정한시 동작특성을 지니게 하여 갑작스러운 트립발생에 의한 HYROP 중고장으로 냉간압연설비가 퀵스톱(Quick-Stop)되어 밀스탠드(Mill Stand) 내에서 대형 판파단이 발생, 피해가 확산되는 것을 미연에 방지함과 동시에 필요할 때에는 즉시 응동하도록 한다.

HYROP에서는 AVR 출력전압이 90%까지 강하하면 트립(Trip)을 발생시켜 HYROP 및 냉간압연기 운전 인터록으로 활용하고 있으나, PLC에서는 보다 세분화하여 저전압과 고전압을 동시에 감시 및 보호하도록 구성한다.

105%(2e)와 95%(2f)에서는 경고장으로 처리하여 HMI 화면에 부저(Buzzer)와 메시지(Message)만 표시하고, 110%(2d)와 90%(2b)에서는 중고장 처리하여 트립 및 HYROP와 냉간압연기 제어가 정상(Normal) 정지하도록 구성한다.

따라서, HYROP 제어 패널의 AVR 출력전원감시부(10c: 직류부족전압계전기)에서는 LCD 표시창을 통하여, 상위 PLC에서는 모니터링을 통하여, HMI에서는 화면을 통하여, 2중 3중으로 크로스체크(Cross Check)를 실시하므로 AVR 출력전압과 경고장, 중고장 여부를 한 눈에 알 수 있다.

또한, AVR 출력전압이 규정범위를 이탈했을 때 단계적으로 경고장-중고장 처리를 행하므로 종래의 HYROP AVR 출력전압 이상시 제어불량 구간(1d)인 90-15% 구간에서 롤갭(Roll Gap) 제어불량에 의한 냉연재의 대량 품질불량을 예방할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 첨부한 도면과 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, HYROP AVR 출력전압 실시간 상태감시를 통하여 AVR의 이상징후를 사전에 감지하고, 필요한 시기에 정확한 보호회로를 작동시켜 설비운전에 피드백시킴으로써 냉간압연에서 안정적인 두께제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, AVR 이상여부 판단이 용이하므로 교체에 소요되는 시간을 단축하여 생산휴지를 최소화하는데에도 획기적인 효과를 거둘 수 있다.

Claims

HYROP 컨트롤 패널 내에는 구비되어 HYROP 제어전원 공급용 AVR이 내장되어 있는 DEU(10);

상기 AVR의 출력전압을 검출하여 자체보호 및 PLC 등에 아날로그와 디지털 데이터를 실시간으로 송출하는 AVR 출력전원감시부(20);

상기 DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 HYROP 내부 제어를 행하는 CTU(30);

상기 DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받아 외부기기와의 인터페이스를 담당하는 SCU(40);

상기 DEU(10)로부터 DC 전원을 공급 받고, CPU 및 아날로그와 디지털 입출력(I/O) PCB가 장착되어 있는 PIU(50);

상기 HYROP와 상위 PLC(60)에 각각 내장되어 상호 직렬통신을 행하는 STU(70);

상기 HYROP에 운전을 지령하고 운전결과를 실시간으로 감시하며, HYROP의 AVR 출력전원감시부(20)에서 검출한 결과를 토대로 냉간압연기 운전여부를 결정하는 상위 PLC(60); 및

상기 상위 PLC(60)로부터 제공되는 냉간압연기 및 HYROP 운전정보를 감시하고 조작하는 HMI(120)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압압하시스템용 AVR 출력전압 실시간 감시장치.