KR20210050719A - 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치에 관한 것으로, 제조장비의 전류 값을 센싱하는 전류 센서; 상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환하는 ADC; 및 상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하고, 저역 통과 필터를 통과시킨 후 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산하는 실효값 계산부를 포함한다.
Description
본 발명은 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치에 관한 것으로, 제조장비의 전류 신호의 실효값을 실시간으로 계산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
제조장비에 대한 잔여 수명 예측 및 고장 예지 진단을 위해 제조장비의 전류 사용량 정보, 진동 정보 등이 사용되고 있다.
제조장비에 입력되는 교류 전류를 측정하면, 제조장비에서 소비되는 전류 사용량 정보를 계산할 수 있고, 전류 사용량 정보의 변화량 모니터링을 통해 제조 장비의 이상 상태 여부를 검출하는 것이 가능하다.
제조장비(또는 부하, Load)에서 소비되는 교류 전류를 측정하기 위한 전류 측정 장치는 전류를 센싱하기 위한 전류 센서, 센싱된 전류 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog-to-Digital Converter), 디지털 신호로 변환된 전류 신호를 이용하여 실효값을 계산하기 위한 실효값 계산부로 구성된다.
일반적으로 전류 신호에 대한 실효값은 하기의 [수학식 1]과 같이, 전류 신호를 제곱하여 평균값을 계산한 후 평균값에 대한 Square Root 연산을 통해 계산된다.
여기서, N은 전류 신호의 샘플 수를 나타낸다.
예를 들어, ADC의 샘플링 클럭이 10kHz이고 1초 동안의 평균값을 계산한다면, N은 10,000이 된다.
이와 같이, 종래 전류측정 장치는 전류 센서로부터 출력되는 전류 신호를 입력받아 실효값을 계산할 때, N개의 샘플을 이용하여 실효값을 계산하기 때문에 N개의 샘플이 모두 수집되어야만 전류의 실효값을 계산할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 측정 장치 및 방법의 측정 결과를 실시간으로 계산하기 위해 안출된 것으로, 제조장치에 대한 전류 신호의 실효값 계산 시, N개의 샘플을 모아서 사용하지 않고, 실시간으로 전류 신호에 대한 실효값을 산출할 수 있는 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치는 제조장비의 전류 값을 센싱하는 전류 센서; 상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환하는 ADC; 및 상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하고, 저역 통과 필터를 통과시킨 후 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산하는 실효값 계산부를 포함한다.
상기 전류 신호의 계산된 실효값의 오차를 보정하는 실효값 오차 보정부;를 더 포함한다.
그리고 상기 실효값 오차 보정부는, 상기 실효값 계산부를 통해 계산된 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 저역 통과 필터는, 차수를 높여 전류 신호의 계산된 실효값의 리플을 제거할 수 있다.
그리고 상기 저역 통과 필터는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법은 제조장비의 전류 값을 센싱하는 단계; 상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환하는 단계; 상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하는 단계; 제곱된 전류 값을 저역 통과 필터를 통과시키는 단계; 및 저역 통과 필터를 통과한 제곱된 전류 값을 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산하는 단계;를 포함한다.
상기 계산된 전류 신호에 대한 실효값의 오차를 보정하는 단계;를 포함한다.
그리고 상기 오차를 보정하는 단계는, 상기 계산된 전류 신호에 대한 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조장비의 전류 실효값을 실시간으로 계산하여 제공할 수 있는 효과가 있다.
이로 인해, 본 발명은 제조장비의 전류 사용량 정보의 변화량을 실시간으로 모니터링이 가능해지기 때문에 제조장치의 전류 이상 상태 여부를 신속히 검출하여 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치를 설명하기 위한 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치의 전류 실효값 시뮬레이션 결과를 나타내는 참고도.
도 3은 도 1의 저역 통과 필터에 의한 전류 센싱 신호의 실시간 실효값의 리플을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치의 전류 실효값 시뮬레이션 결과를 나타내는 참고도.
도 3은 도 1의 저역 통과 필터에 의한 전류 센싱 신호의 실시간 실효값의 리플을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치를 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치는 전류 센서(100), ADC(Analog Digital Converter, 이하 "ADC"라 함, 200) 및 실효값 계산부(300)를 포함한다.
전류 센서(100)는 제조장비에 전단에 구비되어 상기 제조장비에 인가되는 전류 값을 센싱한다.
ADC(200)는 상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환한다.
실효값 계산부(300)는 하기의 [수학식 2]에서와 같이, 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하고, 저역 통과 필터(310)를 통과시킨 후 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산한다. 본 발명의 일 실시예에서의 저역 통과 필터(310)는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터인 것이 바람직하다.
여기서, I는 디지털로 변환된 전류 값이고, LPF는 저역 통과 필터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조장비의 전류 실효값을 실시간으로 계산하여 제공할 수 있는 효과가 있다.
이로 인해, 본 발명은 제조장비의 전류 사용량 정보의 변화량을 실시간으로 모니터링이 가능해지기 때문에 제조장치의 전류 이상 상태 여부를 신속히 검출하여 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치의 전류 실효값 시뮬레이션 결과를 나타내는 참고도이다.
도 2의 차수가 상이한 저역 통과 필터(1-order LPF 내지 3-order LPF)를 통한 시뮬레이션 결과에서와 같이, 전류 신호의 실효값이 0에서 1로 바뀌었을 때, 실효값은 대략 0.1초 후에 전류 신호의 실효값이 안정적으로 계산되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조장비의 전류 실효값을 실시간으로 제공할 수 있는 효과가 있다.
이러한 본 발명은 기존 제조장비의 전류 실효값을 계산할 때, 전류 센서로부터 출력되는 전류 신호의 N개의 샘플을 이용하여 실효값을 계산하기 때문에 N개의 샘플이 모두 수집되어야만 전류의 실효값을 계산할 수 있는 문제점을 해소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치는 상기 전류 신호의 계산된 실효값의 오차를 보정하는 실효값 오차 보정부(400)를 더 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차수가 상이한 2-order LPF와 3-order LPF를 통해 계산된 실효값에도 각 상이한 리플이 존재한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에서의 실효값 오차 보정부(400)는 실효값 계산부(300)를 통해 계산된 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정한다.
이는, 본 발명의 일 실시예의 경우, 제조장비의 전류 값을 검출한 후 평균값을 산출하기 위해 저역 통과 필터(310)를 이용함으로써 실효값에 리플이 발생하기 때문에 실효값의 정확성을 높여줄 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 저역 통과 필터(310)는 차수를 높여 전류 신호의 계산된 실효값의 리플을 제거할 수 있다.
이와 같이, 저역 통과 필터(310)가 높은 차수로 이루어질 경우, 계산된 실효값의 리플이 제거되기 때문에 별도의 실효값 오차 보정부를 더 구비하지 않아도 되는 장점이 있다.
더하여 높은 차수로 이루어진 저역 통과 필터(310)와 실효값 오차 보정부(400)를 동시에 적용할 경우, 더욱 정확한 전류 신호의 실효값을 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 제조장비의 전류 값을 센싱(S100)하고, 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환한다(S200).
이후, 상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱(S300)한 후 제곱된 전류 값을 저역 통과 필터(310)를 통과시킨다(S400).
이후, 저역 통과 필터(310)를 통과한 제곱된 전류 값을 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산한다(S500).
그리고 상기 계산된 전류 신호에 대한 실효값의 오차를 보정한다(S600). 상기 오차를 보정하는 단계(S600)는 상기 계산된 전류 신호에 대한 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조장비의 전류 실효값을 실시간으로 제공할 수 있는 효과가 있다.
이러한 본 발명은 기존 제조장비의 전류 실효값을 계산할 때, 전류 센서로부터 출력되는 전류 신호의 N개의 샘플을 이용하여 실효값을 계산하기 때문에 N개의 샘플이 모두 수집되어야만 전류의 실효값을 계산할 수 있는 문제점을 해소할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (8)
- 제조장비의 전류 값을 센싱하는 전류 센서;
상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환하는 ADC; 및
상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하고, 저역 통과 필터를 통과시킨 후 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산하는 실효값 계산부를 포함하는 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 전류 신호의 계산된 실효값의 오차를 보정하는 실효값 오차 보정부;를 더 포함하는 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 실효값 오차 보정부는,
상기 실효값 계산부를 통해 계산된 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정하는 것인 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 저역 통과 필터는,
차수를 높여 전류 신호의 계산된 실효값의 리플을 제거하는 것인 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 저역 통과 필터는,
IIR(Infinite Impulse Response) 필터인 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 장치.
- 제조장비의 전류 값을 센싱하는 단계;
상기 센싱된 전류 값을 디지털 값으로 변환하는 단계;
상기 디지털 값으로 변환된 전류 값을 제곱하는 단계;
제곱된 전류 값을 저역 통과 필터를 통과시키는 단계; 및
저역 통과 필터를 통과한 제곱된 전류 값을 제곱근 연산을 수행하여 전류 신호에 대한 실효값을 계산하는 단계;를 포함하는 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 계산된 전류 신호에 대한 실효값의 오차를 보정하는 단계;를 포함하는 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 오차를 보정하는 단계는,
상기 계산된 전류 신호에 대한 최대 실효값과 최소 실효값을 더한 후 나누어 보정하는 것인 제조장비의 전류 센싱 신호의 실시간 실효값 계산 방법.
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