KR20180080624A - 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

공기구동 제어밸브 작동 모사 장치가 제공된다. 장치는, 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브, 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기, 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프, 그리고 상기 밸브, 공기 구동기 및 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트 및 제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 공기 구동기 및 제어 루프를 작동시키고 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 밸브, 공기 구동기 및 제어 루프 각각은 비정상인 부품으로 교체 가능하도록 구성되고, 제어부는 상기 밸브, 공기 구동기 및 제어 루프 중 적어도 하나가 비정상인 부품을 포함하고 있을 경우, 측정 신호들을 기반으로 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력할 수 있다. 따라서, 현장에서 발생하는 주요 고장을 쉽게 모사하고, 이상 상태 진단 신호 특성들을 검출할 수 있다.

Description

공기구동 제어밸브 작동 모사 장치 및 방법{AN APPARATUS FOR SIMULATING OPERATION OF A PNEUMATIC CONTROL VALVE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 공기구동 제어밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
공기구동 제어밸브는 발전 설비 등에서 사용될 수 있다. 이러한 공기구동 제어 밸브는 유량 조절이나 수위 조절 등 발전소 운전에 매우 중요한 역할을 하는 기기로써 발전소 정상 운전 시 고장 없이 운전되어야 한다. 따라서 공기구동 제어밸브는 밸브 상태를 최적으로 유지하기 위하여 정기적으로 정비가 요구되며 중요한 부품에 대해서는 일정 주기로 교체해야 한다. 또한, 운전 중의 이상 상태가 발생하면 발전소를 정지하여 밸브 진단 장비를 이용하여 상태를 점검해야 한다. 따라서 공기구동 제어 밸브가 적절한 상태를 유지할 수 있도록 정확하게 진단하고 이상 상태를 미리 예방할 수 있는 것이 중요하다.
즉, 공기구동 제어밸브를 구성하는 부품에서 손상 또는 결함이 발생하거나, 다양한 고장 상황이 발생할 수 있으므로, 이러한 고장을 미연에 방지하기 위해 정기적으로 상태를 점검하고 고장 발생시 진단 시험을 수행한다. 그러나 상태점검 및 진단을 수행함에 있어서 각 고장 상황별 신호특성들을 확보하기 어렵고 신호특성들을 확보하기 위해서는 현장에 설치된 공기구동 제어밸브에 직접 센서들을 설치하여 취득하여야 하는 문제점이 있다.
미국 등록특허공보 US 6,466,893 (Statistical determination of estimates of process control loop parameters)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공기구동 제어밸브를 구성하는 구성품 각각이 정상 또는 비정상 상태의 구성품으로 교체 가능하도록 하고 고장 상황에서의 센서에 의한 측정 신호들을 수집함으로써 각각의 구성품의 비정상 상태에 대한 신호 특성을 출력할 수 있는 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 공기구동 제어밸브를 구성하는 구성품 각각이 정상 또는 비정상 상태의 구성품으로 교체 가능하도록 하고 고장 상황에서의 센서에 의한 측정 신호들을 수집함으로써 각각의 구성품의 비정상 상태에 대한 신호 특성을 출력할 수 있는 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치는, 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브; 상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기; 상기 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프; 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트; 및 제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프를 작동시키고 상기 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 각각은 비정상인 부품으로 교체 가능하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 중 적어도 하나가 비정상인 부품을 포함하고 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력하도록 할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 2 이상의 비정상인 부품이 포함되어 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 2 이상의 비정상인 부품에 대한 복합 이상 신호 특성을 출력할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어 루프는, 상기 공기 구동기에 공기 공급을 제어하는 전류/전압 변환기 (I/P 변환기), 위치 전송기, 볼륨 부스터 및 공기압 조정기를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 센서 세트는, 상기 밸브를 구성하는 벨브 스템에 가해지는 힘의 변화를 측정하는 스템 힘 센서; 상기 벨브 스템이 움직인 거리를 측정하는 변위 센서; 상기 공기 구동기로의 공기 공급 경로에 설치되어 공기 공급 압력을 측정하는 제 1 압력 센서; 상기 제어 루프에 포함된 부품의 전후단에 설치되어 설치된 지점의 공기압을 측정하는 제 2 압력 센서; 및 상기 I/P 변환기로 공급되는 제어 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 서로 상이한 마찰력을 가지는 복수의 밸브 스템 패킹이 상기 밸브에 포함된 각각의 경우에 따른 상기 측정 신호들을 기반으로 밸브 스템 패킹에 대한 정상 상태 신호 특성 및 비정상 상태 신호 특성을 결정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 사이에서의 공기 누설, 상기 제어 루프 내의 부품들에서의 공기 누설, 및 상기 제어 루프 내의 부품들 사이에서의 공기 누설 중 적어도 하나의 경우에 대한 누설 상태 신호 특성을 결정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 제어 루프에 포함된 I/P 변환기, 위치 전송기 및 볼륨 부스터 중 적어도 하나의 자체 고장이나 교정 불량에 대한 신호 특성을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법은, 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브; 상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기; 상기 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프; 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트를 포함하는 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법으로서, 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 포함된 부품들 중 적어도 하나를 비정상적인 부품으로 교체하는 단계; 제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프를 작동시키는 단계; 및 상기 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하여, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 비정상적인 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는, 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 2 이상의 비정상인 부품이 포함되어 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 2 이상의 비정상인 부품에 대한 복합 이상 신호 특성을 출력할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어 루프는, 상기 공기 구동기에 공기 공급을 제어하는 전류/전압 변환기 (I/P 변환기), 위치 전송기, 볼륨 부스터 및 공기압 조정기를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 센서 세트는, 상기 밸브를 구성하는 벨브 스템에 가해지는 힘의 변화를 측정하는 스템 힘 센서; 상기 벨브 스템이 움직인 거리를 측정하는 변위 센서; 상기 공기 구동기로의 공기 공급 경로에 설치되어 공기 공급 압력을 측정하는 제 1 압력 센서; 상기 제어 루프에 포함된 부품의 전후단에 설치되어 설치된 지점의 공기압을 측정하는 제 2 압력 센서; 및 상기 I/P 변환기로 공급되는 제어 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는, 서로 상이한 마찰력을 가지는 복수의 밸브 스템 패킹이 상기 밸브에 포함된 각각의 경우에 따른 상기 측정 신호들을 기반으로 밸브 스템 패킹에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 사이에서의 공기 누설, 상기 제어 루프 내의 부품들에서의 공기 누설, 및 상기 제어 루프 내의 부품들 사이에서의 공기 누설 중 적어도 하나의 경우에 대한 누설 상태 신호 특성을 출력할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는, 상기 제어 루프에 포함된 I/P 변환기, 위치 전송기 및 볼륨 부스터 중 적어도 하나의 자체 고장이나 교정 불량에 대한 신호 특성을 출력할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법 및 장치에 따르면, 발전소를 포함한 다양한 산업분야에서 사용되고 있는 공기구동 제어밸브와 제어 루프에서 나타나는 다양한 이상상태 신호 특성들을 용이하게 확보할 수 있고, 다양한 공기구동 제어밸브와 제어 루프 구성품에 대해서도 시험이 가능하기 때문에, 현장에서 발생하는 주요 고장을 쉽게 모사하고, 이상 상태 진단 신호 특성들을 검출할 수 있게 함으로써 효과적인 진단 뿐만 아니라 새로운 진단기술 개발에도 기여할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동 모사 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치의 구체적인 구성에 대한 예시도이다.
도 3 은 볼륨 부스터가 고장난 경우에 대한 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치에 대한 예시도이다.
도 4 는 단방향 구동기가 적용된 경우의 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치에 대한 예시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 공기구동 제어밸브에서 나타나는 다양한 고장상태를 모사하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브-공기 구동기와 밸브 위치를 제어하는 제어 루프로 구성한 뒤 특정 고장상태에서 나타나는 다양한 신호특성들을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 공기구동 제어밸브는 발전소 등의 대형 설비에서 유체 계통의 흐름을 차단 또는 공급하거나 유체의 양을 제어하기 위해 사용되는 주요기기이다. 설치 목적에 따라 유체의 공급량을 설정된 범위 이내에서 자동으로 제어하기도 하고, 비상 작동이 요구되는 경우 유체의 공급을 신속하게 차단하기도 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동 모사 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2 는 도 1 의 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치의 구체적인 구성에 대한 예시도이다. 도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이, 공기구동 제어밸브는 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) 와 제어 루프 (130) 로 구성될 수 있고, 제어 루프의 주요 구성기기는 전류/전압 변환기 (이하, 'I/P 변환기'라고도 함), 위치 전송기, 볼륨 부스터 등이며 위치 전송기는 I/P 변환기에서 출력된 제어 압력을 입력 신호로 받아 구동기에 공급하는 압력을 출력하고, 밸브의 변위를 피드백 받아 밸브 변위가 원하는 위치로 이동할 수 있도록 제어한다. 그러나 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) 를 구성하는 부품 (예를 들어, 패킹, 디스크, 스템, 피스톤) 에서 손상 또는 결함이 발생하거나, 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) 를 제어하는 제어 루프 (130) 에서도 다양한 고장 상황이 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치는, 공기구동 제어밸브 (110), 공기 구동기 (120), 제어 루프 (130), 센서 세트 (140), 공기 공급장치 (160) 및 제어부 (150) 를 포함할 수 있다. 여기서, 공기구동 제어밸브를 구성하는 구성품, 또는 각 구성품에 포함된 부품들 각각은 정상 또는 정상이 아닌 고장 상태의 구성품으로 교체하여 작동시킬 수 있게 하여, 특정 구성품의 고장 또는 두 개 이상의 구성품들의 복합고장 상태를 모사할 수 있다.
도 1 을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치는 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브 (110), 상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기 (120), 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프 (130), 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트 (140) 및 제어 신호를 생성하여 상기 밸브 (110), 상기 공기 구동기 (120) 및 상기 제어 루프 (130) 를 작동시키고 상기 센서 세트 (140) 로부터 측정 신호들을 수신하는 제어부 (150) 를 포함할 수 있다.
도 2 를 참조하여 다시 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치는 밸브 (110), 공기 구동기 (120), 공기 구동기 (120) 로의 공기 공급량을 조절하여 밸브 (110) 의 개도를 제어하는 제어 루프 (130), 제어 루프 (130) 와 공기 구동기 (120) 로 공급되는 공기를 저장하는 압축공기 저장탱크 (160), 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) - 제어 루프 (130) 의 작동 상태를 측정하는 센서 세트 (복수의 센서가 밸브, 공기 구동기 및 제어 루프 부근에 산재하여 표시됨) 와 제어 신호를 생성하여 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) 를 작동시키고 작동 상태를 측정하는 제어부 (150) 로 구성될 수 있다. 여기서 제어부 (150) 와 센서 세트 (140) 를 제외한 나머지 구성품은 모두 시험 대상이 될 수 있도록 설치 및 제거가 가능하도록 구비될 수 있다.
즉, 상기 밸브 (110), 공기 구동기 (120) 및 제어 루프 (130) 각각은 비정상인 부품으로 교체 가능하도록 구성되고, 제어부 (150) 는 상기 밸브 (110), 공기 구동기 (120) 및 제어 루프 (130) 중 적어도 하나가 비정상인 부품을 포함하고 있을 경우, 센서 신호 (140) 로부터의 측정 신호들을 기반으로 비정상인 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력할 수 있다. 따라서, 특정 부품의 비정상 상태에 대응하는 신호 특성들을 결정할 수 있고, 향후 공기구동 제어밸브에 포함된 센서 세트로부터의 신호만으로도 어떤 부품이 비정상 상태인지 여부를 판단하도록 할 수 있다.
한편, 제어부 (150) 는 상기 밸브, 상기 밸브 (110), 공기 구동기 (120) 및 제어 루프 (130) 에 2 이상의 비정상인 부품이 포함되어 있을 경우, 상기 센서 세트 (140) 로부터의 측정 신호들을 기반으로 상기 2 이상의 비정상인 부품에 대한 복합 이상 신호 특성을 출력할 수도 있다. 즉, 공기구동 제어밸브에 포함된 단일의 부품에 대한 이상 상태 뿐만 아니라, 복수의 부품들이 고장 상태에 있는 경우에 대한 복합 이상 신호 특성들을 출력하여 저장함으로써, 향후 공기구동 제어밸브에 포함된 센서 세트로부터의 신호를 기반으로, 2 이상의 부품에 결함 또는 비정상 상태가 존재한다는 것을 파악하도록 할 수 있다.
여기서, 제어 루프 (130) 는 제어 밸브 (110) 에 대한 공기 구동기 (120) 에 공기 공급을 제어하는 I/P 변환기와 위치 전송기, 볼륨 부스터, 공기압 조정기로 구성될 수 있으며, 밸브 비상 열림 또는 닫힘을 위한 부속 기기들을 추가로 구비할 수도 있다.
한편, 센서 세트 (140) 는 밸브 스템에 부착하여 밸브 스템에 가해지는 힘의 변화를 측정하는 스템 힘 센서, 밸브 스템이 움직인 거리를 측정하는 변위 센서(예를 들어, 엔코더 또는 LVDT), 공기 구동기 (120) 로의 공기 공급 경로에 설치하여 구동기 (120) 로의 공기 공급 압력을 측정하는 제 1 압력 센서 (예를 들어, PT), 제어 루프 (130) 에 속한 주요 부품 전단 및/또는 후단에 설치하여 설치된 지점의 공기압을 측정하는 복수 개의 제 2 압력 센서, I/P 변환기로 공급되는 제어 전류를 측정하는 전류 센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제어부 (150) 는 I/P 변환기로 제어 전류를 공급하여 밸브 (110) - 공기 구동기 (120) 를 작동시킬 수 있고, 상기 센서 세트 (140) 로부터의 측정 신호를 수집하여 분석도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치의 실시 사례를 기술하면 다음과 같다. 상기 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치에서 밸브 구성품의 하나인 밸브 스템 패킹과 밸브 스템 사이 마찰력이 과도하면 밸브 작동이 원활하지 않아 제어가 어렵고 반대로 마찰력이 너무 작으면 패킹과 밸브 스템사이에서 누설이 발생할 수 있다. 이런 현상을 모사하기 위하여 서로 다르게 설계된 패킹을 장착하거나 손상된 패킹을 이용하여 시험함으로써 정상적인 패킹 상태와 정상과 다른 이상상태에서의 신호특성들을 비교해 볼 수 있다. 즉, 제어부 (150) 는 서로 상이한 마찰력을 가지는 복수의 밸브 스템 패킹이 상기 밸브 (110) 에 포함된 각각의 경우에 따른 상기 측정 신호들을 기반으로 밸브 스템 패킹에 대한 정상 상태 신호 특성 및 비정상 상태 신호 특성을 결정할 수 있다.
또 다른 실시 예로는 공기 구동기 (120) 로 공급되는 공급 경로상의 누설을 모사하여 정상 상태와 누설 상태의 신호특성을 확보할 수 있다. 공급 경로상의 누설에는 공기 구동기 (120) 와 제어 루프 (130) 사이에서의 누설, 제어 루프 (130) 내 구성품들에서의 누설, 구성품들 사이에서의 누설이 있을 수 있다. 따라서, 제어부 (150) 는 상기 공기 구동기 (120) 및 상기 제어 루프 (130) 사이에서의 공기 누설, 상기 제어 루프 (130) 내의 부품들에서의 공기 누설, 및 상기 제어 루프 (130) 내의 부품들 사이에서의 공기 누설 중 적어도 하나의 경우에 대한 누설 상태 신호 특성을 결정할 수 있다.
한편, 제어 루프 (130) 내 구성품, 예컨대 I/P 전송기, 위치 전송기, 볼륨 부스터 자체의 고장이나 교정 불량 등을 모사한 신호특성을 확보할 수도 있다. 즉, 제어부 (150) 는 상기 제어 루프 (130) 에 포함된 I/P 변환기, 위치 전송기 및 볼륨 부스터 중 적어도 하나의 자체 고장이나 교정 불량에 대한 신호 특성을 결정할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치는 제작사나 모델이 다른 동일 구성품들의 성능 비교를 목적으로 할 수도 있다. 도 3 은 볼륨 부스터가 고장난 경우에 대한 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치에 대한 예시도로서, 볼륨 부스터 고장, 예컨대 자체 누설이 있는 볼륨 부스터를 이용한 설정의 예시이다. 그리고 제어부 (150), 즉, 신호 수집 / 제어 장치에서 현장의 제어밸브 작동 신호와 동일하게 재현하거나 사용자 요구 사항에 맞게 제어 신호를 새롭게 생성한 후 I/P 변환기에 제어 전류 신호를 제공하여 위치 전송기 제어 압력, 즉 I/P 변환기 출력 압력을 조절하고, 볼륨 부스터 제어압력, 즉 위치 전송기 출력압력을 조절하여 구동기로 공급되는 압력을 제어하도록 할 수도 있다. 도 4 는 단방향 구동기가 적용된 경우의 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치에 대한 예시도로서, 단방향 구동기를 장착한 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치 설정의 예를 나타낸다. 도 4 에 나타낸 것처럼 구동기 상·하부로의 공기공급 경로를 모두 이용하는 양방향 구동기의 경우와 달리 단방향 구동기에 대한 시험의 경우 구동기 상부 또는 하부로의 공기공급 경로만을 이용함을 알 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법의 흐름도이다. 이하, 도 5 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법은, 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브; 상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기; 상기 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프; 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트를 포함하는 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법으로서, 먼저, 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 포함된 부품들 중 적어도 하나를 비정상적인 부품으로 교체할 수 있다 (단계 510).
이후, 제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프를 작동시키고 (단계 520), 상기 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하여, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 비정상적인 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력 (단계 530) 할 수 있다.
상기 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법을 부가적으로 설명하면 다음과 같다. 누설 또는 부품손상 등의 손상이 모사된 시험 대상 기기 또는 부품을 상기 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치의 해당 위치에 장착 (단계 510) 한 뒤 제어부에서 제어 전류 신호를 인가하면 I/P 변환기에서 제어 압력 신호로 변환되고 제어 압력 신호가 위치 전송기로 전송된다. 위치 전송기는 제어 압력 신호와 제어 밸브 스템의 위치를 비교하여 공기 구동기로의 공기량을 조절함으로서 제어 전류 신호에 따라 미리 설정된 위치로 밸브 스템을 이동시킨다 (단계 520). 공기 구동기와 제어 루프 내 구성품에 공급되는 공기는 압축 공기가 저장된 공기 저장 탱크로부터 공급한다. 제어 루프 구성품들이 제작사 마다 서로 다른 사용압력 범위를 가질 수 있으므로 다양한 압력범위에서의 시험이 가능하도록, 위치 전송기, I/P 변환기, 솔레노이드 밸브 등의 전단에 공급 공기압을 조절할 수 있도록 공기압 조정기가 설치될 수 있다.
상기 인가된 제어 전류 신호를 포함하여 제어 밸브가 작동하는 시간 동안 센서 세트에서 측정된 신호가 제어장치로 수집 및 저장된다. 제어 장치에 저장되어 확보된 신호들을 이용하여 해당 고장 유형에서 나타나는 각종 신호들을 분석하고, 결함 감시 및 진단에 필요한 신호특성을 검출할 수 있다 (단계 530).
본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법의 보다 구체적인 절차는, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치의 동작을 따를 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 장치의 제어 알고리즘은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 밸브
120 : 공기 구동기
130 : 제어 루프
140 : 센서 세트
150 : 제어부
160 : 공기 탱크

Claims (14)

  1. 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치로서,
    유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브;
    상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기;
    상기 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프;
    상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트; 및
    제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프를 작동시키고 상기 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하는 제어부를 포함하고,
    상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 각각은 비정상인 부품으로 교체 가능하도록 구성되고,
    상기 제어부는 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 중 적어도 하나가 비정상인 부품을 포함하고 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 2 이상의 비정상인 부품이 포함되어 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 2 이상의 비정상인 부품에 대한 복합 이상 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 루프는, 상기 공기 구동기에 공기 공급을 제어하는 전류/전압 변환기 (I/P 변환기), 위치 전송기, 볼륨 부스터 및 공기압 조정기를 포함하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 세트는,
    상기 밸브를 구성하는 벨브 스템에 가해지는 힘의 변화를 측정하는 스템 힘 센서;
    상기 벨브 스템이 움직인 거리를 측정하는 변위 센서;
    상기 공기 구동기로의 공기 공급 경로에 설치되어 공기 공급 압력을 측정하는 제 1 압력 센서;
    상기 제어 루프에 포함된 부품의 전후단에 설치되어 설치된 지점의 공기압을 측정하는 제 2 압력 센서; 및
    상기 I/P 변환기로 공급되는 제어 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 서로 상이한 마찰력을 가지는 복수의 밸브 스템 패킹이 상기 밸브에 포함된 각각의 경우에 따른 상기 측정 신호들을 기반으로 밸브 스템 패킹에 대한 정상 상태 신호 특성 및 비정상 상태 신호 특성을 결정하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 사이에서의 공기 누설, 상기 제어 루프 내의 부품들에서의 공기 누설, 및 상기 제어 루프 내의 부품들 사이에서의 공기 누설 중 적어도 하나의 경우에 대한 누설 상태 신호 특성을 결정하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제어 루프에 포함된 I/P 변환기, 위치 전송기 및 볼륨 부스터 중 적어도 하나의 자체 고장이나 교정 불량에 대한 신호 특성을 결정하는, 공기구동 제어밸브 작동 모사 장치.
  8. 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브; 상기 밸브의 변위를 제어하는 공기 구동기; 상기 공기 구동기로의 공기 공급량을 조절하는 제어 루프; 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프의 작동 상태를 측정하는 복수의 센서들로 구성된 센서 세트를 포함하는 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법으로서,
    상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 포함된 부품들 중 적어도 하나를 비정상적인 부품으로 교체하는 단계;
    제어 신호를 생성하여 상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프를 작동시키는 단계; 및
    상기 센서 세트로부터 측정 신호들을 수신하여, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 비정상적인 부품에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계를 포함하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는,
    상기 밸브, 상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프에 2 이상의 비정상인 부품이 포함되어 있을 경우, 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 2 이상의 비정상인 부품에 대한 복합 이상 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 루프는, 상기 공기 구동기에 공기 공급을 제어하는 전류/전압 변환기 (I/P 변환기), 위치 전송기, 볼륨 부스터 및 공기압 조정기를 포함하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 센서 세트는,
    상기 밸브를 구성하는 벨브 스템에 가해지는 힘의 변화를 측정하는 스템 힘 센서;
    상기 벨브 스템이 움직인 거리를 측정하는 변위 센서;
    상기 공기 구동기로의 공기 공급 경로에 설치되어 공기 공급 압력을 측정하는 제 1 압력 센서;
    상기 제어 루프에 포함된 부품의 전후단에 설치되어 설치된 지점의 공기압을 측정하는 제 2 압력 센서; 및
    상기 I/P 변환기로 공급되는 제어 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는,
    서로 상이한 마찰력을 가지는 복수의 밸브 스템 패킹이 상기 밸브에 포함된 각각의 경우에 따른 상기 측정 신호들을 기반으로 밸브 스템 패킹에 대한 비정상 상태 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는,
    상기 공기 구동기 및 상기 제어 루프 사이에서의 공기 누설, 상기 제어 루프 내의 부품들에서의 공기 누설, 및 상기 제어 루프 내의 부품들 사이에서의 공기 누설 중 적어도 하나의 경우에 대한 누설 상태 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 비정상 상태 신호 특성을 출력하는 단계는,
    상기 제어 루프에 포함된 I/P 변환기, 위치 전송기 및 볼륨 부스터 중 적어도 하나의 자체 고장이나 교정 불량에 대한 신호 특성을 출력하는, 공기구동 제어밸브의 작동을 모사하는 방법.
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