KR20040044016A - 픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치 - Google Patents

픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치 Download PDF

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KR20040044016A
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Abstract

본 발명은 슬라브의 권상과 동시에 연속적이고 정밀한 측정이 가능하고, 평량의 정밀도 및 작업생산성을 향상시킬 수 있는 픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치는, 픽업 크레인 통(14)을 지지하는 다수의 활차(24)와 풀리(22)의 각 중심에 삽입되는 두 쌍의 로드셀(20)들과; 로드셀(20)들의 중량 변화를 감지 및 출력할 수 있는 시스템 구성부를 포함한다. 시스템 구성부는 로드셀(20)들로부터 출력된 중량 신호를 조합신호로 출력하는 회로를 가지는 써밍 박스(60)와, 써밍 박스(60)로부터 전달된 조합 신호를 증폭시키는 증폭기(72)와, 증폭기(72)에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(74)와, A/D변환기(74)에 의해 디지털 신호로 변환된 값을 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)을 구비하는 크레인 컨트롤러(70)와, 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)으로부터 신호를 전송받아 중량 데이터 제어 및 관리를 수행하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(80, PLC)와, 프로그래머블 로직 컨트롤러(80)로부터 전송된 신호를 디스플레이하는 HMI(90)를 포함한다.

Description

픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치{Apparatus for measuring weight of slab using pick up crane}
본 발명은 열간압연 소재인 슬라브의 중량 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연 공정의 가열로 장입측에서 슬라브를 운반하여 보급하는 픽업크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열간 압연 공정은 제강 공정의 연속주조기로부터 공급된 슬라브를 가열로에 장입하여 압연에 적당한 온도로 재 가열하여 추출한 후, 조압연기(Roughing Mill)에서 폭 압연 및 두께 압연을 실시하고, 사상 압연기(Finishing Mill)에서 수요자가 원하는 두께의 제품으로 최종 두께 압연을 실시하여 권취기(Down Coiler)에서 코일(Coil) 형태로 권취하여 제품을 생산한다.
상기의 작업과정에서 연속 주조기로부터 공급된 슬라브(30)가 가열로로 장입되기 위해서는 장입기준에 근거하여, 도 1에 도시된 바와 같이 픽업 크레인(10)을 이용하여 가열로(32)의 장입측에 위치된 테이블 롤러(34) 상에 슬라브(30)가 적재 된 상태에서, 작업자는 모니터를 통하여 슬라브(30)의 번호를 확인하고, 평량기(36)를 이용하여 슬라브(30)의 실중량을 측정하며, 포토센서에 의해 슬라브(30)의 길이 및 폭이 자동으로 측정되고, 실측된 데이터가 HMI(Human Machine Interface)화면상에 출력되면 지시 데이터와 실측 데이터의 일치여부가 확인된다.
상기에서 슬라브(30)의 중량을 측정하는 것은 실수율 및 수요자가 요구하는 최소 단중과 최대 단중 등을 맞추기 위한 것으로서, HMI화면 상의 지시중량 데이터와 실중량 데이터와의 일치여부를 확인하여, 오차범위[(실중량-지시중량)≤-500㎏, (실중량-지시중량)≥1000㎏] 내에 있으면 지시중량값으로 장입하고, 오차범위를 벗어나면 결번처리 방법에 따라 결번으로 처리된다. 이와 같이 오차범위를 벗어나서 결번처리되면, 슬라브(30)는 다시 픽업 크레인(10)에 의해 결번 대기장으로 운반되어 대기된다.
그러나, 상기의 측정방식은 지면에 평량기(36)를 설치하여야 하므로, 평량기(36)를 설치하기 위한 설치공간을 확보하여야 하고, 평량 시스템으로 인하여 지면 전체 시스템이 복잡해지며, 별도의 평량 시간이 소요되기 때문에 평량 시간의 지연으로 인한 손실이 발생되는 문제점이 있으며, 특히 테이블 롤러(34)의 하부면에 설치되어 운영되기 때문에, 슬라브(30)에서 떨어지는 고온의 스케일에 의해 에러가 발생되고, 정밀도가 저하되는 등의 문제점이 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 픽업 크레인(10,기중기) 자체에 중량을 측정할 수 있는 장치가 요구되며, 특허 출원 제10-1997-0009626호는 도 2에 도시된 바와 같이 중심축(101)에 회전 가능하게 한 쌍의 휠(102)들이 설치되며, 그 아래에는 훅크(104)가 제공된다. 훅크(104)는 베이스(106)의 중앙 관통부에 설치되어, 베어링(110)을 사이에 두고 고정너트(108)에 의해 베이스(106)에 고정된다.
베이스(106)에는 상부홈(112)이 가공된 한 쌍의 피스톤(114)과, 피스톤 수용부(116)를 가지는 실린더(118)사이에 오일 출입구(120)가 구비된 튜브(122)가 설치되고, 튜브(122)에는 플렉시블 호스(124)가 연결된다. 플렉시블 호스(124)는 다이알 게이지(126)에 연결되어서, 훅크(104)에 물체가 권상되면, 훅크(104)가 아래로 당겨지며, 고정너트(108)가 베어링(110)을 아래로 가압하고, 이러한 가압력에 의하여 실린더(118)가 눌려지면서, 튜브(122)에 압력이 가해져서 튜브(122)에 채워져 있는 오일이 플렉시블 호스(124)를 따라 다이얼 게이지(126)로 보내진다. 다이얼 게이지(126)는 이러한 오일에 의해 물체의 중량을 나타낼 수 있다.
그러나 상기의 장치는 일반적인 다이얼 게이지의 원리를 이용한 것으로서, 간단하게 중량을 측정할 때는 사용이 용이하지만, 연속적인 측정 및 정밀도가 요구되는 측정에 있어서는 사용에 제한이 따르며, 특히 측정값을 확인하기 위하여 작업자가 현장에서 일일이 확인해야 하고, 중량물인 슬라브의 이동중에 측정하므로 흔들림이나 주변의 진동에 많은 영향을 받는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬라브의 권상과 동시에 연속적이고 정밀한 측정이 가능하고, 평량의 정밀도 및 작업생산성을 향상시킬 수 있는 픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 열연공정의 가열로 장입측에서의 슬라브 이송을 도시한 개략도.
도 2는 종래의 중량 측정 장치를 가지는 크레인 훅크를 도시한 도면.
도 3은 픽업 크레인 활차와 풀리 축에 로드셀이 설치된 본 발명에 따른 슬라브의 중량 측정 장치의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 있어 와이어 로프가 지면에 대하여 직각 운동하는 상태의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 있어 와이어 로프의 각도가 변화되는 상태의 단면도.
도 6은 와이어 로프의 각도 변화에 따른 장력 변화 상태도.
도 7은 본 발명의 시스템 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 슬라브의 중량 측정 장치의 작동 흐름을 도시한 흐름도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 픽업 크레인12 : 와이어 로프
14 : 픽업 크레인 통20 : 로드셀
22 : 풀리24 : 활차
60 : 써밍 박스70 : 컨트롤러
72 : 증폭기74 : A/D 변환기
76 : 마이컴80 : 프로그래머블 로직 컨트롤러
90 : HMI
상기된 바와 같은 목적은, 픽업 크레인 통(14)을 지지하는 다수의 활차(24)와 풀리(22)의 각 중심에 삽입되는 두 쌍의 로드셀(20)들과; 로드셀(20)들의 중량 변화를 감지 및 출력하는 시스템 구성부를 포함하며; 상기 시스템 구성부는 로드셀(20)들로부터 출력된 중량 신호를 조합신호로 출력하는 회로를 가지는 써밍 박스(60)와, 상기 써밍 박스(60)로부터 전달된 조합 신호를 증폭시키는 증폭기(72)와, 증폭기(72)에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(74)와, A/D변환기(74)에 의해 디지털 신호로 변환된 값을 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)을 구비하는 크레인 컨트롤러(70)과, 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)으로부터 신호를 전송받아 중량 데이터 제어 및 관리를 수행하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(80, PLC)와, 프로그래머블 로직 컨트롤러(80)로부터 신호를 전송받아 운전실에서 디스플레이되게 하는 HMI(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 픽업 크레인을 이용한 슬라브 중량 측정 장치에 의하여 달성될 수 있다.
바람직하게, 상기 두 쌍의 로드셀(20)들중 적어도 한 쌍은 지면에 대하여 직각으로 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되고, 나머지 한 쌍의 로드셀(20)들은 와이어 로프(12)의 줄걸이 각도에 대응하여 활차(24)와 풀리(22)에 삽입된다.
상기 시스템 구성부는 상기 로드셀(20)들의 중량신호를 조합하여 출력하고, 출력된 신호를 증폭하여, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시켜, 변환된 값을 비교, 연산 및 표시하고, 상기 신호를 제어 및 관리하고, HMI화면(모니터)에 디스플레이한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 픽업 크레인 활차와 풀리 축에 로드셀이 설치된 본 발명에 따른 슬라브의 중량 측정장치의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 픽업 크레인을 이용한 슬라브의 중량 측정 장치는 크게 픽업 크레인 통(14)을 지지하는 다수의 활차(24)와 풀리(22)의 각 중심에 삽입되는 로드셀(20)들과, 로드셀(20)들의 중량 변화를 감지 및 출력하는 시스템 구성부를 나누어질 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시 된 바와 같이 픽업 크레인(10)에 사용되는 다수의 와이어 로프(12)들이 지면에 대하여 직각으로 권상, 권하 운동을 하는 경우에, 본 발명에 따라서 활차(24)와 풀리(22)의 중심축들 대신에 사용되는 두 쌍의 로드셀(20)들은 지면에 대하여 직각으로 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되는 것이 바람직하다.
그러나, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 픽업 크레인(10)에 사용되는 다수의 와이어 로프(12)들의 각도가 변화되어 권상, 권하 운동을 하는 경우에, 활차(24)와 풀리(22)의 중심축 대신에 사용되는 두 쌍의 로드셀(20)들중 적어도 한 쌍은 지면에 대하여 직각으로 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되고, 나머지 한 쌍의 로드셀(20)들은 와이어 로프(12)의 줄걸이 각도에 대응하여 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 5b를 참조하여 설명하면, 로드셀(20)들은 180°에서 107°를 뺀 나머지 값인 73°의 반인 36.5°로 설치된다.
도 6에 도시된 도면을 참조하여 설명하면, 와이어 로프(12)들의 줄걸이 각도에 대응하여 로드셀(20)들에 각도를 부여하여 하는 것은 중량물(W, 슬라브(30))을 권상하는 경우에 와이어 로프(12)들의 각도(α)에 따라 동일한 중량의 중량물(W)을 매달았을 경우라도 와이어 로프(12)에 걸리는 부하는 다양하게 달라진다.
와이어 로프(12)들에 줄걸이를 하였을 때, 짐의 중량물(W)을 지지하는 힘은 양쪽의 와이어 로프(12)들의 당기는 힘(T1,T2)의 합력(T)이며, 힘(T1,T2)은 각각 중량물(W)의 1/2보다 크다. 와이어 로프(12)들의 각도(α)가 커지면, 와이어 로프(12)들이 당기는 힘(T1,T2)도 커지게 되므로, 와이어 로프(12)들의 줄걸이 각도가 변함에도 불구하고, 로드셀(20)들이 지면에 대하여 직각으로 설치되는 경우에 정확한 중량값이 계산될 수 없다.
즉, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 중량물(W)을 최초 권상하는 위치가 최하단, 예를 들어 1600㎝일 경우에는 와이어 로프(12)의 각도가 예를 들어 57°로 작게 되고, 최상단, 예를 들어 4200㎝인 경우에는 와이어 로프(12)들을 권상하였을 때의 각도는 예를 들어 107°로 커지게 된다. 한편, 와이어 로프(12)들의 인장력은 각도에 따라 변화하여, 실제 중량물(W)의 중량은 변화하지 않으나 와이어 로프(12)들의 인장력 변화로 계량중량의 오차가 발생될 수 있다.
따라서, 지면에서 직각으로 설치된 2개의 로드셀(20)들은 와이어 로프(12)들의 각도 변화에 의해 신호 출력값이 감소되고, 와이어 로프(12)들의 줄걸이 각도에 대응하여 설치된 나머지 2개의 로드셀(20)들의 신호출력은 와이어 로프(12)들의 각도에 따라 증가되어, 와이어 로프(12)들의 각도 변화에 의해 발생되는 두개의 오차신호는 서로 상쇄되어 각도에 영향없이 중량물(W)의 순수 중량 신호만을 감지하여 출력한다.
상기에서 와이어 로프(12)들의 각도가 변화함으로써, 와이어 로프(12)들이 대각으로 설치되기 때문에, 픽업 크레인(10)의 통(14)의 흔들림을 물리적인 힘으로 방지할 수 있다.
상기와 같은 조건을 만족한 상태에서 로드셀(20)들의 중량 변화를 감지 및 출력하는 시스템 구성부에 있어서, 상기 로드셀(20)들의 중량신호를 조합하여 출력하고, 출력된 신호를 증폭하여, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시켜, 변환된 값을 비교, 연산 및 표시하고, 상기 신호를 제어 및 관리하고, HMI화면(모니터)에 디스플레이한다.
로드셀(20)의 중량 변화를 감지 및 출력하는 시스템 구성부는 도 7에 도시된 바와 같이 로드셀(20)들로부터 출력된 중량 신호를 조합신호(0~10mV)로 출력하는 회로를 가지는 써밍 박스(Summing Box,60)와, 써밍 박스(60)로부터 전달된 조합 신호(0~10mV)를 증폭시키는 증폭기(72)와, 증폭기(72)에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(74)와, A/D변환기(74)에 의해 디지털 신호로 변환된값을 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)을 구비하는 크레인 컨트롤러(70)와, 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)으로부터 신호를 전송받아 중량 데이터 제어 및 관리를 수행하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(80, PLC)와, 프로그래머블 로직 컨트롤러(80)로부터 신호를 전송받아 운전실에서 디스플레이되게 하는 HMI(90)로 구성되어 진다.
상기와 같이 구성되어 이루어진 본 발명의 일 실시예를 도 8의 흐름도를 통하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업이 시작되면 픽업 크레인 통(14)이 권상된 상태에서 픽업 크레인(10)이 홈 포지션에 대기한 상태가 된다(S210). 이 때, 로드셀(20)들은 픽업크레인 통(14)을 최고로 권상했을 때의 와이어 로프(12)들의 각도에 대응되도록 설치된 상태이다. 예를 들면, 4개의 로드셀(20)들 중 2개는 상기된 바와 같이 지면에 대하여 직각으로 풀리(22)와 활차(24)에 설치되어 있고, 나머지 2개는 36.5°의 각도로 설치가 되어있는 상태이다. 로드셀(20)들의 각도가 36.5°의 각도인 것은 픽업크레인 통(14)을 최고로 권상했을 때의 와이어 로프(12)들의 각도가 107°라 할 때 로드셀(20)의 설치각도는 180°에서 107°를 뺀 나머지 값의 반이기 때문이다.
상기와 같은 조건이 갖추어진 상태에서 슬라브 장입 정보가 있는가를 판단하여(S211), 슬라브 장입 정보가 없으면 작업이 종료되고, 장입 정보가 있으면 픽업크레인(10)이 장입 정보를 수신하여(S212), 픽업 크레인(10)이 장입할 슬라브가 있는 위치로 이동한다(S213).
다음, 가열로에 장입될 슬라브의 위치인가를 판단하여(S214), 장입 슬라브위치이면, 픽업 크레인(10)이 정지된 후에 하강하여 장입될 슬라브(30)를 픽업한다(S215). 그러나, 장입 슬라브 위치가 아닌 경우에, 픽업 크레인(10)은 장입 슬라브의 위치로 이동한다. 그런 다음, 슬라브를 픽업한 픽업크레인 통(14)이 권상되는 동안, 픽업크레인 통(14)이 캠 리미트 스위치를 작동시키는 것에 의해 픽업 크레인(10)의 작동이 정지된다(S216). 이 때, 권상되는 슬라브의 위치는 항상 지면으로부터 일정 위치, 예를 들어 약 4200㎝ 정도의 거리인 상태가 되며, 권상되었을 때의 와이어 로프(12)들의 줄걸이 각도는 상기에서 설명한 바와 같이 항상 일정 각도, 예를 들어 107°를 유지하게 된다.
상기된 바와 같이, 장입될 슬라브가 픽업크레인 통(14)에 의해 권상되면, 풀리(22)와 활차(24)의 중심축으로서 설치된 로드셀(20)들로부터 중량신호가 출력된다(S217). 이후 로드셀(20)들의 중량신호를 조합하여 출력하는 단계에 있어서, 로드셀(20)로부터 출력된 중량신호를 써밍박스(60)에서 조합신호(0~10mV)로 출력한 후에, 컨트롤러(70)에 내장된 1차 증폭기(72)에 의해 증폭되고, 증폭된 신호는 A/D변환기(74)를 통하여 디지털 신호로 변환된다(S218). 마이컴(76)에서 디지털 신호로 변환된 데이터를 제어 및 관리하고, 실제 측정한 중량을 모니터에 디스플레이한다.
즉, 지면에서 직각으로 설치된 2개의 로드셀(20)들은 와이어 로프(12)들의 각도 변화에 의해 신호 출력값이 감소하고, 와이어 로프(12)들의 줄걸이 각도에 대응하여 설치된 나머지 2개의 로드셀(20)은 신호출력이 와이어 로프(12)들의 각도에 따라 증가되어, 각도변화에 의해 발생되는 두개의 오차신호는 서로 상쇄되어 순수중량 신호만을 감지하여 출력되는 것이다.
상기의 과정은 실시간으로 이루어지며, 실측한 중량이 오차범위 이내인가를 판단하고(S220), 실측한 중량이 오차범위 이내이면, 픽업크레인(10)이 이동되어 테이블 롤러(34)상에 위치된 후, 픽업크레인(10)의 픽업크레인 통(14)이 장입측 테이블 롤러(34) 상에 적재되어, 픽업크레인(10)이 홈 포지션으로 이동된다(S221).
상기에서, 실측한 중량이 오차범위를 벗어나면, 알람 및 경보를 발생시켜 작업자에게 경고하고(S222), 픽업크레인(10)을 결번재 대기장으로 이동시켜 결번 재 대기장에 결번 슬라브를 대기시키고, 홈 포지션으로 이동하여 다음 작업을 대기한다(S223).
상기에서 중량의 오차범위의 일 예를 들면, 실중량에서 지시중량을 뺀 값이 -500㎏이상이거나, 실중량에서 지시중량을 뺀 값이 1000㎏이상인 경우라 할 수 있다.
상기된 바와 같은 구조를 가지는 본 발명에 의하면, 가열로 장입측에서 슬라브를 운반하여 보급하는 픽업크레인에 하중변환 센서인 로드셀들이 와이어 로프들이 이루는 각도에 대응하여 설치되어, 와이어 로프의 각도 변화에 관계없이 슬라브의 권상과 동시에, 연속적이고 정밀한 측정이 이루짐으로써, 별도의 측정장치 없이 평량할 수 있으면서도 평량의 정밀도 및 작업생산성은 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 픽업 크레인 통(14)을 지지하는 다수의 활차(24)와 풀리(22)의 각 중심에 삽입되는 두 쌍의 로드셀(20)들과; 로드셀(20)들의 중량 변화를 감지 및 출력하는 시스템 구성부를 포함하며;
    상기 시스템 구성부는 로드셀(20)들로부터 출력된 중량 신호를 조합신호로 출력하는 회로를 가지는 써밍 박스(60)와, 상기 써밍 박스(60)로부터 전달된 조합 신호를 증폭시키는 증폭기(72)와, 증폭기(72)에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(74)와, A/D변환기(74)에 의해 디지털 신호로 변환된 값을 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)을 구비하는 크레인 컨트롤러(70)와, 표시 및 비교, 연산하는 마이컴(76)으로부터 신호를 전송받아 중량 데이터 제어 및 관리를 수행하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(80)와, 프로그래머블 로직 컨트롤러(80)로부터 전송된 신호를 디스플레이하는 HMI(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업 크레인을 이용한 슬라브 중량 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 쌍의 로드셀(20)들중 적어도 한 쌍은 지면에 대하여 직각으로 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되고, 나머지 한 쌍의 로드셀(20)들은 와이어 로프(12)의 줄걸이 각도에 대응하여 활차(24)와 풀리(22)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 픽업 크레인을 이용한 슬라브 중량 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템 구성부는 상기 로드셀(20)들의 중량신호를 조합하여 출력하고, 출력된 신호를 증폭하여, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시켜, 변환된 값을 비교, 연산 및 표시하고, 상기 신호를 제어 및 관리하고, 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 픽업 크레인을 이용한 슬라브 중량 측정 장치.
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