KR20090132703A

KR20090132703A - 서보밸브 진단방법

Info

Publication number: KR20090132703A
Application number: KR1020080058811A
Authority: KR
Inventors: 김성진; 김해룡; 이정주
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-31

Abstract

본 발명은 서보밸브의 압력게인과 리크량과의 상관관계를 이용하여 서보밸브의 이상유무를 진단하고 그 서보밸브의 잔여수명을 진단할 수 있는 서보밸브 진단방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 서보밸브 진단방법은,

서보밸브에 교류전류를 입력하는 단계; 상기 교류전류에 의해 서보밸브가 동작하면 상기 서보밸브의 후단 포트에서 상기 서보밸브 내 스풀의 이동에 따른 유압을 검출하는 단계; 상기 입력된 교류전류 및 상기 검출된 유압을 이용하여 상기 서보밸브의 압력게인(PG)을 계산하는 단계; 및 미리 설정된 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 상기 계산된 압력게인(PG)에 대응되는 내부 리크량을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 내부 리크량을 이용하여 상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계;를 포함한다.

서보밸브, 진단, 교류전류, 유압, 압력게인, 내부 리크량, 잔여수명

Description

서보밸브 진단방법{METHOD FOR MEASURING STATUS OF SERVO VALVE}

본 발명은 서보밸브(Servo Valve) 진단방법에 관한 것으로서, 특히 산업용 유압설비 등에 사용되는 서보밸브의 압력게인과 리크량과의 상관관계를 이용하여 서보밸브의 이상유무를 진단하고 나아가 그 서보밸브의 잔여수명을 진단할 수 있는 서보밸브 진단방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업분야에 다양하게 사용되고 있는 서보밸브는 제철소에서는 압연기의 압연롤의 간격을 조절하기 위한 자동화 유압설비 등에 사용된다. 이러한 서보밸브는 통상적으로 입력되는 전류의 크기에 따라 유압실린더에 공급되는 유압과 유량을 비례적으로 제어하여 원하는 동작특성을 얻도록 구성되며, 이는 매우 민감한 동작특성으로 정밀하게 작동되어야 한다. 이러한 조건을 만족하지 못하는 경우 설비의 성능에 직접적인 영향을 미치고, 그에 따라 전체 시스템에 불균형을 초래하여 생산 제품의 품질불량 및 생산 불안정 등의 문제점을 야기시킬 수 있다.

통상적으로 서보밸브는 도 1에 도시된 바와 같이 입력전류가 코일(1)에 인가되어 아마츄어(amature)(3)에 자기적 극성이 형성되면 상부 및 하부자석(4) 사이에 위치한 아마츄어(3)는 입력전류의 크기와 극성에 따라 상부 또는 하부자석(4) 측으로 이동하게 된다. 이에 따라 아마츄어(3)에 일체로 연결된 플래퍼(Flapper)(6)가 도면의 좌측 또는 우측으로 기울면서 좌우노즐(7)의 배합을 변화시키고, 이러한 좌우노즐(7)의 배압변화는 그 노즐(7)에 각각 연결된 스풀(spool)(8)을 좌우로 움직이게 한다. 이와 같이 스풀(8)이 좌측 또는 우측으로 이동함에 따라 압력포트의 공급압이 C1 포트(10) 또는 C2 포트(11)로 유로가 형성되어 제어유량을 특정 밸브의 액츄에이터의 파워실린더(power cylinder)로 공급하며 그 유압의 힘에 의해 특정밸브의 위치가 결정됨으로써 출력이 조절된다.

서보밸브는 사용년수가 증가함에 따라서 구동부가 마모되고 이로 인해 누유량 증가, 구동부 고착, 제어불량 등의 문제점이 발생되므로 정기적으로 서보밸브의 이상유무를 확인하고 이상발생시 이를 교정 및 교체해 주어야 한다.

그런데, 통상적으로 서보밸브는 PLC(programmable logic controller), 센서, 컨트롤러 등과 같은 전기계통 시스템과 각종 밸브류, 유압실린더 등과 같은 기계계통 시스템과 함께 어우러져 설치되는 관계로 이상 발생시 하나씩 점검하여야 문제를 해결할 수 있는 상황이 매우 어려운 실정이다. 또한, 사용중인 서보밸브의 기계적, 전기적 성능 특성을 현장에서 부착된 상태에서 직접 확인할 수 없기 때문에 서보밸브를 취외하여 수리실로 운반한 후 수리를 거쳐 다시 취부해야 하는 번거로움 이 있고, 이로 인해 공정의 휴지기간이 과다하게 증가하는 문제점이 있다.

또한, 유압설비 시스템에서 이상발생시 서보밸브의 성능저하로 판단하여 정해진 교체주기에 따라 교체하지 않고 돌발적으로 교체하는 경우가 많아 작업이 중단되고, 교체 후 테스트를 하면 정상인 경우가 많아 자원낭비 등의 문제점이 있다.

따라서, 해당 기술분야에서는 서보밸브가 취부된 상태에서 이를 진단하고 내부 리크량 및 잔여수명 등을 체크하도록 하여 정확한 교체주기를 판단할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 서보밸브의 압력게인을 계산하고, 그 압력게인과 리크량과의 상관관계를 통해 그 서보밸브의 리크량을 도출하여 서보밸브의 잔여수명을 예측할 수 있는 서보밸브의 진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 서보밸브에 대하여 입력전류와 유압의 관계를 통해 그 서보밸브 내 스풀 이동의 정밀도 및 스풀의 중립점 변동치를 판단할 수 있는 서보밸브의 진단방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서보밸브 진단방법은,

서보밸브에 교류전류를 입력하는 단계; 상기 교류전류에 의해 서보밸브가 동작하면 상기 서보밸브의 후단 포트에서 상기 서보밸브 내 스풀의 이동에 따른 유압을 검출하는 단계; 상기 입력된 교류전류 및 상기 검출된 유압을 이용하여 상기 서보밸브의 압력게인(PG)을 계산하는 단계; 및 미리 설정된 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 상기 계산된 압력게인(PG)에 대응되는 내부 리크량을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 내부 리크량을 이용하여 상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 서보밸브의 압력게인은 하기 수식을 이용하여 계산하는 것이 바람직하다.

(Imax:서보밸브의 정격전류, △I: 유압이 0에서 기설정된 유압시까지 입력된 전류의 변화값, k:0.1~0.9)

본 발명의 실시 예에서, 상기 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계는 하기 수식으로 나타나는 것이 바람직하다.

y = ax^-b (x:압력게인(%), y:내부리크량(lmp))

(여기서, 밸브 차압이 70kgf/㎠인 서보밸브를 기준으로 하여,

a)정격유량이 400lpm 이하인 서보밸브의 경우 a:220~225, b:0.90~0.99이고

b)정격유량이 400lmp 이상인 서보밸브의 경우 a:735~750, b:1.0~1.1 임)

본 발명의 실시 예에서, 상기 서보밸브의 잔여수명은 하기 수식을 이용하여 계산하는 것이 바람직하다.

(여기서, PGcur:현재시점에서의 서보밸브 압력게인, PGini:최초 사용시점에서의 서보밸브 압력게인, PGexc:교환시점에서의 서보밸브 압력게인, t:현재시점까지의 서보밸브 사용일)

본 발명의 실시 예에서, 상기한 서보밸브 진단방법은,

상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계 이후에,

상기 서보밸브에 입력된 교류전류의 1주기 동안 상기 서보밸브의 후단 포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점의 2개의 교류전류 값을 검출하는 단계; 상기 2개의 교류전류 값의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 차이값과 미리 설정된 서보밸브의 정격전류값의 비를 이용하여 상기 스풀의 이동의 정밀도를 판단하는 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기한 서보밸브 진단방법은,

상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계 이후에,

상기 서보밸브에 입력된 교류전류의 1주기 동안 상기 서보밸브의 후단 포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점의 2개의 교류전류 값을 검출하는 단계; 상기 2개의 교류전류 값의 평균을 계산하는 단계; 및 상기 평균값과 미리 설정된 서보밸브의 정격전류값의 비를 이용하여 상기 서보밸브의 스풀의 중립도 변동치를 판단하는 단계; 를 추가로 포함할 수도 있다.

본 발명에 따르면 유압설비 시스템에서 종래와 같이 서보밸브를 취외하여 진단실에서 진단한 후 다시 취부하지 않고, 서보밸브가 취부된 상태에서 그 서보밸브의 이상유무를 즉시 확인할 수 있으므로 진단시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 서보밸브의 이상유무 진단을 통하여 리크량 및 잔여수명을 예측함으로써 서보밸브의 돌발고장을 방지할 수 있으며, 나아가 적기에 교체할 수 있어 불필요한 중단 없이 설비가 원활하게 가동될 수 있도록 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명에 따른 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확하게 전달하기 위함이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 서보밸브의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 서보밸브(100)는 제어부(105)으로부터 교류전류(104)를 입력받아 동작하며, 입력되는 교류전류(104)의 크기에 따라 서보밸브(100) 내의 스풀이 좌우로 이동하게 된다. 이러한 서보밸브(100)의 전단포트에는 시스템 압력 및 탱크 압력이 제공되며, 이러한 시스템 압력 및 탱크 압력은 각각의 유압계(101,102)에 의해 그 유압이 검출된다. 또한, 서보밸브(100)의 후단포트에는 스풀의 이동에 따른 유압을 검출하는 유압계(103)가 구비된다. 이 유압계(103)는 바람직하게는 후단포트인 C1 포트 또는 C2 포트에서 출력유압을 검출한다. 다른 실시 예에서 유압계(103)는 C1 포트 및 C2 포트에 각각 하나씩 설치될 수도 있다.

제어부(105)는 서보밸브(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 그 동작에 필요한 데이터 및 프로그램들을 저장한다. 특히, 제어부(105)는 해당 서보밸브(100)에 대한 각종 정보들을 미리 저장하고 있으며, 본 발명에서는 제어부(105)가 이러한 정보들을 활용한다. 예를 들어, 서보밸브(100)의 종류, 현재상태, 사용이력, 교체주기, 정격전류, 정격용량, 최초 사용시점에서의 압력게인(PG:pressure gain), 교체시점에서의 압력게인, 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계 등을 저장한다. 이러한 정보들은 서보밸브(100)의 종류에 따라 다르게 설정되며, 각 서보밸브(100)의 종류별로 이러한 정보를 저장하고 있다.

또한, 제어부(105)는 본 발명을 구현을 위한 각종 프로그램 및 소프트웨어를 저장한다. 예를 들어, 수치나 압력 데이터를 연산하거나 각종 신호들을 수신하여 자동으로 처리할 수 있는 프로그램 및 소프트웨어가 저장되어 있다. 이러한 프로그 램 및 소프트웨어는 해당 기술분야에 속한 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 입력전류에 대한 유압을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 서보밸브(100)에는 교류전류(104)가 입력된다. 이러한 교류전류(104)는 바람직하게는 일정한 주기를 갖는 정현파로 나타난다. 도면에 도시된 바와 같이, 초기에 서보밸브(100)에 교류전류(104)를 입력하면, 후단포트의 유압계(103)에서 검출되는 유압은 실질적으로 증가한다. 이때의 유압은 스풀이 어느 한 방향으로 이동한 경우에 후단포트에서 검출된 압력이다.

이후에는 계속적으로 전류의 크기를 증가시켜도 유압은 더 이상 증가하지 않고 최대압력(Ps)에서 포화상태가 된다. 서보밸브(100)가 이상적인 상태라면 포화상태의 최대압력(Ps)은 전단포트에 제공되는 시스템 압력과 동일하다. 그러나, 서보밸브(100)를 계속 사용하는 경우 이러한 최대압력(Ps)은 점차 떨어지게 된다.

이후에 계속하여, 입력전류의 크기를 줄이게 되면 유압도 감소하게 된다. 그런데, 입력전류가 0(zero)가 되어도 검출된 유압은 0가 되지 않고, 전류를 (-)로 일정한 크기만큼 인가하는 경우에 비로소 유압이 0가 된다. 이러한 현상은 서보밸브(100)를 장시간 사용한 경우에 더욱 두드러지게 나타난다. 이때, 유압이 0(zero)이라는 것은 스풀이 중립점에 위치한 경우를 나타낸다. 이는 스풀이 중립점에 도달하게 되면 어느 방향으로도 압력이 걸리지 않기 때문이다.

이후에 전류를 (-)로 계속해서 증가시키게 되면 스풀은 위와 반대방향으로 이동하게 되며 이때에도 유압은 점차 증가한다. 그러나 이러한 유압의 증가도 상기한 바와 마찬가지로 전류의 (-) 증가에도 불구하고 최대압력(Ps)까지만 증가하여 포화된다. 이후에, 다시 (-) 전류를 감소시키면 스풀은 중립점으로 되돌아 오고 그때의 압력도 점차 감소한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류(104)와 검출되는 유압과의 관계는 일종의 히스테리시스(hysterisis) 곡선의 형태를 따른다. 이러한 히스테리시스 곡선에서 최초에 유압이 0(zero)가 되는 시점에서의 전류값과 이후에 다시 유압이 0(zero)가 되는 시점에서의 전류값이 다르다. 따라서, 서보밸브(100)에 입력된 교류전류의 1주기 동안 서보밸브(100)의 후단포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점에서의 입력전류값이 다를 수 있다. 즉 그 때의 입력전류값은 2개가 된다. 이러한 2개의 교류전류 값 간의 간격은 서보밸브(100)의 사용시간이 길수록 더 커진다.

본 발명의 실시 예에서, 제어부(105)는 이러한 입력전류에 대한 유압의 관계를 이용하여 해당 서보밸브(100)에 대한 압력게인(PG)을 계산한다. 즉, 검출된 유압이 0(zero)인 상태에서 입력전류의 변화분에 대한 유압의 변화분을 이용하여 압력계게인(PG)을 계산한다. 보다 구체적으로 설명하면, 유압이 0(zero)인 상태에서 미리 설정된 유압이 될 때까지의 입력전류 변화값(△I)을 계산하고, 그 입력전류 변화값(△I)과 기설정된 서보밸브(100)의 정격전류값(Imax)의 비를 이용하여 압력게인을 계산한다. 여기서, 미리 설정된 유압은 최대압력(Ps)의 10~70%로 설정될 수 있다. 보다 바람직하게는 30~50%로 설정될 수 있다. 이러한 계산은 하기의 수식1과 같이 나타낼 수 있다.

[수식1]

(Imax:서보밸브의 정격전류, △I: 유압이 0에서 기설정된 유압시까지의 입력전류의 변화값, k:0.1~0.7)

상기 수식1에서 기설정된 유압은 정격전류(Imax)의 본 발명의 실시 예에서는

본 발명의 실시 예에서, k는 상수로서 0.3~0.5인 것이 보다 바람직하다.

한편, 제어부(105)는 상기와 같이 계산된 서보밸브(100)의 압력게인(PG)를 이용하여 내부 리크량을 도출한다. 이때, 내부 리크량은 미리 설정된 압력게인 및 내부 리크량 간의 상관관계를 이용한다. 이를 위하여 제어부(105)에는 각 서보밸브의 종류별로 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계가 미리 저장되어 있다. 이러한 상관관계는 서보밸브의 사용년수에 따라 달라진다. 이는 내부 리크량이 스풀의 마모량에 따라 결정되기 때문이다. 즉, 서보밸브의 사용년수가 많을수록 스풀의 마모가 심하고, 스풀의 마모가 심할수록 압력게인은 감소하고 내부 리크량은 증가한다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이 실험을 통해서 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 서보밸브의 사용에 따른 압력게인 및 내부 리크량을 나타내는 그래프이다.

도 4(a)는 서보밸브를 처음 사용하는 경우, 도 4(b)는 서보밸브를 이미 사용하고 있는 경우에 대한 각각 압력게인 및 내부 리크량을 도시하고 있다. 도 4(a)를 참조하면, 서보밸브가 정상적인 경우, 예를 들어 스풀의 마모가 없는 신제품이거나 스풀의 수리가 완전히 끝난 경우에는 압력게인의 기울기가 크고 내부 리크량은 적음을 알 수 있다. 또한, 도 4(b)를 참조하면, 서보밸브를 장기간 사용한 경우, 즉 스풀의 마모가 발생한 경우에는 압력게인의 기울기가 작고 내부 리크량은 많음을 알 수 있다.

여기서, 서보밸브의 내부 리크량은 바람직하게는 스풀이 중립점에 있을 때의 내부 리크량이다. 그러나, 서보밸브가 취부된 상태에서는 스풀의 중립점에서 리크량을 측정할 수 없으므로, 본 발명의 실시 예에서는 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 내부 리크량을 도출한다. 이러한 각 서보밸브별 압력게인 및 내부 리크량 간의 상관관계는 제어부(105)에 미리 저장되어 있다.

이를 위하여, 본 발명자들은 수많은 실험을 반복하여 실시함으로써 다수의 서보밸브에 대하여 사용횟수에 따른 압력게인과 내부 리크량 간의 관계를 도출하였다. 이러한 실험결과를 도 5에서 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서보밸브의 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 5(a)는 밸브차압이 70kgf/㎠인 서보밸브를 기준으로 정격유량이 400lpm 이하인 서보밸브의 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 나타내고 있으며, 도 5(b)는 밸브차압이 70kgf/㎠인 서보밸브를 기준으로 정격유량이 400lpm 이상인 서보밸브의 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 나타내고 있다. 도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명자들이 위 서보밸브에 대하여 수년간 실측 데이터를 이용하여 그래프로 도시화한 것이다. 도면을 참조하면, 압력게인과 내부 리크량은 대략적으로 반비례 관계가 있다. 이러한 실측 데이터에 대하여 평균치를 계산하면 하기 표와 같다.

구분	정격용량 평균 (lpm)	압력게인 평균 (%)	리크량 평균 (lpm)
정격유량 400lpm 이하	227	56	6.2
정격유량 400lpm 이상	757	86.2 (54%↑)	10.7 (73%↑)

도 5(a) 및 도 5(b)에서 알 수 있듯이, 압력게인이 증가하면 내부 리크량은 지수함수적으로 감소한다. 이러한 관계를 수식으로 나타내면 하기 수식2와 같이 나타낼 수 있다.

[수식2]

y = ax^-b (x:압력게인(%), y:내부리크량(lmp))

여기서, 위 수식2에서, 밸브 차압이 70kgf/㎠인 서보밸브를 기준으로 하여,

- 정격유량이 400lpm 이하인 서보밸브의 경우 a:220~225, b:0.90~0.99이고,

- 정격유량이 400lmp 이상인 서보밸브의 경우 a:735~750, b:1.0~1.1이다.

이와 같이 구해진 각 서보밸브별 압력게인 및 내부 리크량과의 상관관계는 제어부(105)에 저장된다. 또한, 제어부(105)는 이와 같이 저장된 압력게인 및 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 서보밸브(100)를 진단하는 시점에서 계산된 압력게인(PG)에 대응되는 내부 리크량을 도출한다. 보다 바람직하게는 상기한 수식2를 이용하여 상기 계산된 압력게인(PG)에 대한 내부 리크량을 도출한다.

나아가, 제어부(105)는 이와 같이 도출된 내부 리크량을 이용하여 현재 시점에서의 해당 서보밸브(100)의 잔여수명을 계산한다. 이러한 잔여수명은 하기 수식3을 이용하여 계산한다.

[수식3]

이때,

이다.

여기서, PGcur:현재시점에서의 서보밸브 압력게인, PGini:최초 사용시점에서의 서보밸브 압력게인, PGexc:교환시점에서의 서보밸브 압력게인, t:현재시점까지의 서보밸브 사용일이다.

수식3에서 PGini은 예를 들어 신제품일 때의 서보밸브 압력게인을 이용하고, PGexc는 스풀이 마모되어 교체할 시점에서의 서보밸브 압력게인을 이용할 수 있다.

이와 같이 서보밸브의 내부 리크량 및 잔여수명을 계산함으로써 적기에 서보밸브를 교체할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 서보밸브에서 스풀 이동의 정밀도 및 스풀의 중립점 변동치를 측정한다. 이는 서보밸브에 입력되는 교류전류의 변화에 대한 유압의 변화를 이용하여 측정할 수 있다. 보다 상세하게는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 서보밸브에 입력된 교류전류의 1주기 동안 검출된 유압의 변화를 도시한 그래프이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서, 서보밸브(100)에 입력된 교류전류(104)의 1주기(cycle) 동안 서보밸브(100)의 후단포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점의 교류전류값은 2개이다. 이는 도 3에서 설명한 바와 같이 입력전류와 유압의 관계는 실질적으로 히스테리시스 곡선의 형태를 따르기 때문이다.

먼저, 도 6에서는 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류(104)의 1주기 동안 유압이 0이 되는 시점의 2개의 전류값을 검출하고, 그 두 전류값의 차이값(△I)을 계산한다. 이어, 계산된 두 전류값의 차이값(△I)과 기설정된 서보밸브(100)의 정격전류값(Imax)의 비를 이용하여 서보밸브(100) 내 스풀 이동의 정밀도를 검출한다. 즉, 두 전류값의 차이값(△I)이 크면 클수록 스풀 이동의 정밀도는 떨어진다. 이러한 두 전류값의 차이값(△I)이 크다는 것은 1주기 동안 입력전류를 증가시킨 후 다 시 감소시켜 유압이 원상태로 복귀하는데 필요한 전류값의 변화가 크다는 것을 의미하고, 이는 곧 큰 전류를 입력해야 스풀의 이동을 제어할 수 있다는 것을 의미한다. 이를 이용하여 스풀 이동의 정밀도를 판단할 수 있다.

또한, 도 7에서는 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류(104)의 1주기 동안 유압이 0(zero)이 되는 시점의 2개의 교류전류 값을 검출하고, 그 두 교류전류 값의 평균을 계산한다. 이어, 이와 같이 계산된 두 전류값의 평균값과 미리 설정된 서보밸브(100)의 정격전류값의 비를 이용하여 그 서보밸브(100)의 스풀의 중립도 변동치를 판단한다. 이러한 두 전류값의 평균값이 크다는 것은 1주기 동안 입력전류를 증가시킨 후 다시 감소시켜 스풀이 중립점으로 필요한 전류값이 크다는 것을 의미하고, 이는 곧 스풀의 중립점의 변동이 심하다는 것을 의미한다. 따라서, 이를 이용하여 스풀의 중립점 변동치를 판단할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 서보밸브 진단방법을 보이는 흐름도이다.

도 8 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 서보밸브 진단방법은 서보밸브(100)에 접속된 제어부(105)에서 실행된다. 특히, 도 8은 서보밸브(100)의 내부 리크량을 도출하여 서보밸브(100)의 잔여수명을 검출하는 방법을 도시하고 있고, 도 9는 서보밸브(100)의 스풀 이동의 정밀도를 판단하는 방법을 나타내고 있다. 또한, 도 10은 서보밸브(100)의 스풀의 중립점 변동치를 판단하는 방법을 나타내고 있다.

먼저, 도 8을 참조하면, 서보밸브(100)에 교류전류를 입력한다(S100). 이와 같이 교류전류가 입력되면 그 전류의 크기에 따라 스풀이 이동하고, 서보밸브(100)의 후단포트에서 이러한 스풀의 이동에 따른 유압을 검출한다(S102). 일반적으로 전류는 교류전류이므로 (+),(-) 전류에 따라 스풀은 좌측 및 우측으로 이동하게 된다. 이와 같이 검출된 유압과 입력되는 교류전류를 이용하여 해당 서보밸브(100)의 압력게인(PG)를 계산한다(S104).

이후에, 해당 서보밸브(100)에 대하여 미리 설정된 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 상기에서 계산된 해당 서보밸브(100)의 압력게인(PG)에 대응하는 내부 리크량을 도출한다(S106). 서보밸브(100)의 사용년수가 증가할수록 압력게인의 기울기는 증가하며 내부 리크량은 감소한다. 이와 같이, 도출된 내부 리크량을 이용하여 해당 서보밸브(100)의 잔여수명을 판단한다(S108).

상기에서 기술한 압력게인(PG), 내부 리크량 및 잔여수명은 상기한 수식1 내지 수식3을 이용하여 계산될 수 있다.

도 9를 참조하면, 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류의 1주기 동안 유압이 0이 되는 시점의 두 교류전류 값을 검출한다(S200). 본 발명의 실시 예에서, 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류와 후단포트에서 검출되는 유압은 실질적으로 히스테리시스 곡선의 형태를 갖는다. 따라서, 교류전류의 1주기 동안 유압이 0이 되는 시점은 입력전류가 2개로 나타난다. 이는 서보밸브(100)의 사용년수가 증가할 수도록 뚜렷하게 나타난다. 이와 같이 검출된 두 전류값의 차이값을 계산하고(S202), 이러한 차이값과 그 서보밸브(100)의 정격전류의 비를 계산한다(S204). 이와 같이 계산된 비를 이용하여 스풀 이동의 정밀도를 판단한다(S206). 이때, 그 계산된 비가 크면 스풀 이동의 정밀도가 낮은 것으로 판단하고, 반대로 작으면 스풀 이동의 정밀도가 높은 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

도 10을 참조하면, 서보밸브(100)에 입력되는 교류전류의 1주기 동안 유압이 0이 되는 시점의 두 교류전류 값을 검출한다(S300). 이와 같이 검출된 두 전류값의 평균값을 계산하고(S302), 이러한 평균값과 그 서보밸브(100)의 정격전류의 비를 계산한다(S304). 이와 같이 계산된 비를 이용하여 스풀의 중립점 변동치를 판단한다(S206). 이때, 그 계산된 비가 크면 스풀의 중립점 변동치가 작은 것으로 판단하고, 반대로 작으면 스풀의 중립점 변동치가 큰 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시형태가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명은 유압설비 시스템에 사용되는 서보밸브를 취부된 상태에서 진단하는 방법에 관한 것이다. 통상적으로 서보밸브는 산업분야에서 다양하게 사용되고 있으며 특히 제철공정에서도 매우 중요한 장치로서 사용되고 있다. 이러한 서보밸브에 이상이 발생하는 경우에 기존에는 이를 취외하여 진단실에서 이상유무를 확인하도록 하고 있다. 이 경우 취외하는데 시간이 많이 걸리므로 설비가동이 종종 중단되는 부작용이 있다.

이러한 과점에서 볼 때, 본 발명의 서보밸브 진단방법은 서보밸브가 유압설비 시스템에 취부된 상태에서 그 이상유무를 간단하게 확인할 수 있으므로 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 평상시 서보밸브의 잔여수명을 미리 예측함으로써 적기에 이를 교체할 수 있어 돌발적으로 이상이 발생하는 것을 예방할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명은 유압설비 시스템을 사용하는 산업현장에서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 서보밸브의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서보밸브의 개략적인 구성도이다.

Claims

서보밸브에 교류전류를 입력하는 단계;

상기 교류전류에 의해 서보밸브가 동작하면 상기 서보밸브의 후단 포트에서 상기 서보밸브 내 스풀의 이동에 따른 유압을 검출하는 단계;

상기 입력된 교류전류 및 상기 검출된 유압을 이용하여 상기 서보밸브의 압력게인(PG)을 계산하는 단계; 및

미리 설정된 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계를 이용하여 상기 계산된 압력게인(PG)에 대응되는 내부 리크량을 도출하는 단계; 및

상기 도출된 내부 리크량을 이용하여 상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보밸브의 잔여수명 진단방법.
제1항에 있어서,

상기 서보밸브의 압력게인은 하기 수식1을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 서보밸브 진단방법.

[수식1]

(Imax:서보밸브의 정격전류, △I: 유압이 0에서 기설정된 유압시까지 입력된 전류의 변화값, k:0.1~0.9)
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 압력게인과 내부 리크량 간의 상관관계는 하기 수식2로 나타나는 것을 특징으로 하는 서보밸브 진단방법.

[수식2]

y = ax^-b (x:압력게인(%), y:내부리크량(lmp))

(여기서, 밸브 차압이 70kgf/㎠인 서보밸브를 기준으로 하여,

a)정격유량이 400lpm 이하인 서보밸브의 경우 a:220~225, b:0.90~0.99이고

b)정격유량이 400lmp 이상인 서보밸브의 경우 a:735~750, b:1.0~1.1 임)
제3항에 있어서,

상기 서보밸브의 잔여수명은 하기 수식3을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 서보밸브 진단방법.

[수식3]

(여기서, PGcur:현재시점에서의 서보밸브 압력게인, PGini:최초 사용시점에 서의 서보밸브 압력게인, PGexc:교환시점에서의 서보밸브 압력게인, t:현재시점까지의 서보밸브 사용일)
제1항에 있어서, 상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계 이후에,

상기 서보밸브에 입력된 교류전류의 1주기 동안 상기 서보밸브의 후단 포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점의 2개의 교류전류 값을 검출하는 단계;

상기 2개의 교류전류 값의 차이를 계산하는 단계;

상기 차이값과 미리 설정된 서보밸브의 정격전류값의 비를 이용하여 상기 스풀의 이동의 정밀도를 판단하는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서보밸브 진단방법.
제1항에 있어서, 상기 서보밸브의 잔여수명을 계산하는 단계 이후에,

상기 서보밸브에 입력된 교류전류의 1주기 동안 상기 서보밸브의 후단 포트에서 검출된 유압이 0(zero)이 되는 시점의 2개의 교류전류 값을 검출하는 단계;

상기 2개의 교류전류 값의 평균을 계산하는 단계; 및

상기 평균값과 미리 설정된 서보밸브의 정격전류값의 비를 이용하여 상기 서보밸브의 스풀의 중립도 변동치를 판단하는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서보밸브 진단방법.