KR20210084902A - 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치에 관한 것으로, 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER)와 같은 대상 기기의 제어를 위한 통상의 제어부(컨트롤러)의 기능을 가변속 제어장치에 일체화함으로써 시스템의 구성이 간단해 구성 비용을 절감할 수 있고, 목표값 실행을 위한 모터 가변속을 위한 가변주파수 변환단계가 생략되고, 기존의 제어부(컨트롤러) 구동을 위한 전원공급장치, 주파수지령을 위한 아날로그(or 통신) 중계장치가 생략됨으로써 목표값 실행을 위한 속도가 빠르고 신뢰성 역시 향상된 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치를 제공한다.

Description

대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치 { DIRECT CONTROL TYPE VAVIABLE CONTROL APPARATUS }
본 발명은 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도, 압력, 유량 등을 조절하는 컴프레샤, 냉동기, 팬, 펌프, 블로어 등과 같은 대상 기기를 직접 제어하는 가변제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬, 펌프, 블로어 등과 같은 대상 기기의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하기 위해 가변속 제어장치(인버터)를 사용한다.
이러한 대상 기기 제어를 위한 시스템의 일 예로 등록특허 제10-1938472호(참고문헌)가 제안된 바 있다. 이는 범용 인버터 확장 옵션 접속용 커넥터 단자를 활용한 디지털 속도제어 및 프로그래밍 기능을 지원하는 인버터 제어시스템에 관한 것으로, 아날로그 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상기 디지털 신호를 통해 전동기 구동을 제어하는 DSP 모듈과, 상기 DSP 모듈의 신호를 받아 전동기를 구동하기 위한 IGBT 드라이브와, 상기 DSP 모듈로 제어신호 입력이 가능한 옵션 보드 기판의 결합 및 고정을 위한 옵션단자 및 마운트부를 구비한다.
이러한 종래 대상 기기의 제어 구성도는 통상 도 1에 도시된 바와 같다. 이를 참고하면 종래의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하기 위하여 감지부(1)와, 제어부(2) 및 가변속 제어장치(인버터)(3)를 구비한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등과 같은 대상 기기(5)의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하기 위해서는 제어 대상이 되는 대상 기기(5)의 회전속도를 변환하여야 하는데, 이는 대상 기기(5)인 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등에 구비되는 모터(4)의 회전속도를 변환함으로써 실현한다.
이때, 모터(4)의 회전속도는 가변속 제어장치(인버터)(3)의 출력 주파수를 변환함으로써 변환 가능하다. 이러한 출력 주파수의 변환값은 전원장치(6)의 구동전원을 공급받고 동작하는 제어부(컨트롤러)(2)에 의하여 연산된다. 즉, 제어부(2)는 감지부(1)인 온도센서, 유량센서, 압력 센서 등으로부터 감지되는 현재 감지값과 제어부(2)의 설정된 목표값을 비교하여 그 편차값의 크기를 연산하여 주파수 변환값을 산출하여 가변속 제어장치(3)에 지령한다.
그런데, 이러한 종래 제어 방식에 의하면 모터(4)의 속도 가변 제어를 위해 제어부(컨트롤러)(2)와 가변속 제어장치(인버터)(3)를 별도로 구비함에 따라 시스템의 구성이 복잡하고 이는 시스템 구성의 비용이 상승하는 원인이 된다.
아울러, 종래의 제어 방식은 제어부(컨트롤러)(2)에서 주파수 변환값을 산출하고 가변속 제어장치(인버터)(3)로 지령하고 그에 따라 가변속 제어장치(인버터)(3)가 모터(4)를 제어함에 따라 대상 기기(5)의 목표실행을 위한 속도가 느리고, 제어부(컨트롤러)(2)와 가변속 제어장치(인버터)(3)간의 거리가 상당한 경우 별도의 아날로그(or 통신) 중계장치를 구비해야 함에 따라 신뢰성이 낮다.
또한, 종래의 제어 방식은 그 구성이 복잡해 제어부(컨트롤러)(2), 가변속 제어장치(인버터)(3) 등의 문제 발생시 사용자 입장에서는 별도의 전문 엔지니어에게 의뢰해야 하는 번거로움도 있다.
한국등록특허 제10-1938472호 한국등록특허 제10-1300419호 일본 공개특허 제2008-146159호 일본 공개특허 제2004-360704호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬, 펌프, 블로어 등과 같은 대상 기기의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하는 제어부의 기능을 일체화한 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 대상 기기 제어를 위한 구성이 간단하고 대상 기기의 목표실행을 위한 속도를 향상시키고 신뢰성이 높은 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
대상 기기의 상태를 감지하는 감지부의 현재 감지값을 필터링하는 필터부와, 상기 필터부를 통해 입력된 감지값을 변환함수를 통해 현재값으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부의 현재값과 목표설정값을 가감한 목표값에 따라 주파수 변환지령을 생성하는 비례함수제어(PID)부와, 상기 비례함수제어부의 주파수 변환지령에 따른 가변주파수를 대상 기기의 모터로 출력하는 주파수변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치를 제공한다.
이때, 상기 감지부는 현재 온도를 측정하는 온도센서, 현재 압력 및 유량을 측정하는 압력 및 유량센서로 구성되고; 상기 필터부는 상기 온도센서의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제1 필터와, 상기 압력 및 유량센서의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제2 필터로 구성되고; 상기 변환부는 상기 제1 필터에서 필터링된 온도센서의 감지값이 입력되면 온도변환함수를 이용해 현재 온도를 산출하는 제1 변환부와, 상기 제2 필터에서 필터링된 아날로그 형태의 압력 및 유량센서의 감지값을 압력 및 유량 변환함수를 이용해 현재 압력 및 유량을 산출하는 제2 변환부로 구성되며; 상기 비례함수제어(PID)부는 상기 제1 변환부에서 산출된 온도값과 목표 온도설정값을 가감한 목표 온도값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제1 비례함수제어부와, 상기 제2 변환부에서 산출된 압력 및 유량과 목표 압력 및 유량설정값을 가감한 목표 압력 및 유량값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제2 비례함수제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 변환부에서 산출된 온도값은 제1 믹서로 입력되어 목표 온도설정값을 가감하여 목표 온도값이 산출되어 상기 제1 비례함수제어부로 입력되며; 상기 제2 변환부에서 산출된 압력 및 유량은 제2 믹서로 입력되어 목표 압력 및 유량설정값을 가감하여 목표 압력 및 유량값이 산출되어 상기 제2 비례함수제어부로 입력되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1 변환부에서 변환된 현재 온도와, 상기 제1 믹서를 통해 도출된 목표 온도값은 제1 표시부로 디스플레이되며; 상기 제2 변환부에서 변환된 압력 및 유량과, 상기 제2 믹서를 통해 도출된 목표 압력 및 유량값은 제2 표시부로 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 대상 기기는 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 대상 기기의 제어를 위한 통상의 제어부(컨트롤러)의 기능을 가변속 제어장치에 일체화함으로써 시스템의 구성이 간단해 구성 비용을 절감할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면 목표값 실행을 위한 모터 가변속을 위한 가변주파수 변환단계가 생략되고, 기존의 제어부(컨트롤러) 구동을 위한 전원공급장치, 주파수지령을 위한 아날로그(or 통신) 중계장치가 생략됨으로써 목표값 실행을 위한 속도가 빠르고 신뢰성 역시 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면 대상 기기 제어를 위한 시스템 구성이 간단해 사용자 입장에서 별도 전문 제어분야의 엔지니어에게 의뢰가 불필요하므로 사용이 용이하다.
도 1은 종래 일반적인 대상 기기의 제어 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치는 대상 기기(10)인 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하기 위한 장치로서, 제어부의 기능이 일체화되어 모터(12)의 회전을 가변 제어하는 장치이다.
이때, 상기 모터(12)는 대상 기기(10)의 주변 환경의 온도, 압력, 유량 등을 일정한 목표값으로 제어하기 하는 것으로, 이러한 모터(12)는 대상 기기(10)인 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등에 구비되며, 이러한 모터(12)의 회전속도를 변환함으로써 대상 기기(10)의 제어를 실현한다.
즉, 종래에는 한국등록특허 제10-1938472호, 한국등록특허 제10-1300419호, 일본 공개특허 제2008-146159호, 일본 공개특허 제2004-360704호에 기재된 바와 같이 제어하기 위한 각 구성들을 각각 구비하여 제어함으로써, 구조가 복잡하여 제조비용이 증가되며 구성품이 많아 고장 비율이 늘어나 유지보수 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
그런데, 본 발명에서는 후술할 필터부, 변환부, 비례함수제어부, 주파수변환부를 일체로 형성함으로써 시스템의 구성이 간단해 구성 비용을 절감할 수 있고, 목표값 실행을 위한 모터 가변속을 위한 가변주파수 변환단계가 생략되고, 기존의 제어부(컨트롤러) 구동을 위한 전원공급장치, 주파수지령을 위한 아날로그(or 통신) 중계장치가 생략됨으로써 목표값 실행을 위한 속도가 빠르고 신뢰성 역시 향상할 수 있는 효과가 있습니다.
이와 같은 본 발명에 따른 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치(100)는 대상 기기(10)의 상태를 감지하는 감지부의 현재 감지값을 필터링하는 필터부와, 상기 필터부를 통해 입력된 감지값을 변환함수를 통해 현재값으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부의 현재값과 목표설정값을 가감한 목표값에 따라 주파수 변환지령을 생성하는 비례함수제어(PID)부와, 상기 비례함수제어부의 주파수 변환지령에 따른 가변주파수를 대상 기기(10)의 모터(12)로 출력하는 주파수변환부를 포함한다.
이하 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 감지부는 대상 기기(10)의 상태를 감지하기 위한 것으로, 대상 기기(10)의 현재 온도를 측정하는 온도센서(20), 대상 기기(10)의 현재 압력 및 유량을 측정하는 압력 및 유량센서(22)를 포함한다. 이때, 상기 온도센서(20)는 NTC 방식, PTC방식일 수 있다. 이러한 온도센서(20), 압력 및 유량센서(22)는 다양한 종류를 사용할 수 있다.
한편, 상기 필터부는 상기 감지부에서 계측되는 대상 기기(10)의 현재 감지값을 필터링하는 것으로, 온도센서(20)의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제1 필터(110)와, 압력 및 유량센서(22)의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제2 필터(112)로 구성된다.
이때, 상기 제1 필터(110)는 상기 온도센서(20)의 방식에 따라 입력되는 감지값을 선택 구분하여 필터링하여 입력받게 된다. 예를 들어 제1 필터(110)는 온도센서 PT100/NTC 온도소자의 온도값을 선택적으로 입력받는다.
그리고, 상기 제2 필터(112)는 상기 압력 및 유량센서(22)의 방식에 따라 입력되는 감지값을 선택 구분하여 필터링하여 입력받게 된다. 예를 들어 제2 필터(112)는 압력값 또는 유량값을 선택적으로 입력받는다.
다음으로 상기 변환부는 상기 필터부를 통해 입력된 감지값을 변환함수를 통해 현재값으로 변환하는 기능을 하는 것으로, 상기 제1 필터(110)에서 필터링된 온도센서(20)의 감지값이 입력되면 온도변환함수를 이용해 현재 온도(℃)를 산출하는 제1 변환부(120)와, 상기 제2 필터(112)에서 필터링된 아날로그 형태의 압력 및 유량센서(22)의 감지값을 압력 및 유량 변환함수를 이용해 현재 압력(bar) 및 유량(㎥/min)을 산출하는 제2 변환부(122)로 구성된다.
이때, 상기 제1 변환부(120)는 온도변환함수를 통해 온도에 따른 저항변화값을 이용해 현재 온도(℃)를 산출하여 비례함수제어(PID)를 위한 피드백(Feed-back)값으로 활용하고, 상기 제2 변환부(122)는 압력 및 유량 변환함수를 통해 아날로그 형태의 감지값을 이용해 현재 압력 및 유량을 산출하여 비례함수제어(PID)를 위한 피드백(Feed-back)값으로 활용한다.
즉, 종래에는 온도센서(20)에서 감지한 측정값을 실제의 온도(℃)로 산출하기 위해서는 별도의 트랜스듀서를 사용하여야 하지만, 본 발명에서는 별도의 트랜스듀서를 사용하지 않고 상기 제1 변환부(120)를 통하여 실제 온도를 산출하게 된다.
또한, 상기 제1 변환부(120)는 하드웨어적으로 구현하는 것이 아니라, 소프트웨어적으로 구현하여 전체 구조를 보다 컴팩트하게 형성할 수 있게 됨으로써, 구현하기 위한 부품 수를 줄일 수 있고 그에 따라 제조 비용을 절감할 수 있게 되며, 하드웨어적인 부품의 수가 줄어들어 고장률 역시 줄어들어 유지비용을 절감할 수 있게 된다.
한편, 상기 제1 변환부(120)에서 산출된 온도값은 비례함수제어(PID)를 위한 피드백(Feed-back)값으로 활용된다. 이때, 상기 온도값은 제1 믹서(130)로 입력되어 목표 온도설정값을 가감하여 목표 온도값이 산출되며 이는 비례함수제어(PID)부로 입력된다.
또한, 상기 제2 변환부(122)에서 산출된 압력 및 유량은 비례함수제어(PID)를 위한 피드백(Feed-back)값으로 활용된다. 이때, 상기 압력 및 유량은 제2 믹서(132)로 입력되어 목표 압력 및 유량설정값을 가감하여 목표 압력 및 유량값이 산출되며 이는 비례함수제어(PID)부로 입력된다.
이때, 상기 비례함수제어(PID)부는 상기 제1 변환부(120)에서 산출된 온도값과 목표 온도설정값을 가감한 목표 온도값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제1 비례함수제어부(140)와, 상기 제2 변환부(122)에서 산출된 압력 및 유량과 목표 압력 및 유량설정값을 가감한 목표 압력 및 유량값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제2 비례함수제어부(142)로 구성된다.
그리고, 상기 제1 변환부(120)에서 변환된 현재 온도(℃)와 제1 믹서(130)를 통해 도출된 목표 온도값은 제1 표시부(150)로 디스플레이되며, 상기 제2 변환부(122)에서 변환된 압력(bar) 및 유량(㎥/m)과 제2 믹서(132)를 통해 도출된 목표 압력 및 유량값은 제2 표시부(152)로 디스플레이된다.
이와 같은 제1 및 제2 비례함수제어부(140,142)를 통해 출력되는 주파수 변환지령은 주파수변환부(160)로 입력되며, 상기 주파수변환부(160)는 주파수 변환지령에 따른 가변주파수를 출력하여 모터(12)의 회전을 제어한다.
이하, 도 2를 참고로 본 발명에 따른 가변제어장치의 작동 예를 설명한다.
우선 대상 기기(10)인 각종 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등의 구동으로 인한 현재의 온도, 압력, 유량 등은 온도센서(20), 압력 및 유량센서(22)를 통해 감지되며, 이러한 온도센서(20), 압력 및 유량센서(22)에서 계측되는 온도, 압력 및 유량에 관한 감지값은 제1 및 제2 필터부(110,112)로 입력되어 필터링된다.
이러한 제1 및 제2 필터부(110,112)를 통해 입력된 감지값은 제1 변환부 및 제2 변환부(120,122)를 통해 현재 온도, 압력 및 유량값이 산출되며, 이러한 현재 온도, 압력 및 유량값은 제1 및 제2 표시부(150,152)로 디스플레이된다.
한편, 상기 제1 및 제2 변환부(120,122)를 통해 산출된 현재 온도, 압력 및 유량값은 비례함수제어(PID)를 위한 피드백값으로 활용하기 위해 제1 및 제2 믹서(130,132)로 입력된다.
이에 제1 믹서(130)에서 현재 온도값과 목표 온도설정값을 가감하여 목표 온도값이 산출되고, 제2 믹서(132)에서 현재 압력 및 유량값과 목표 압력 및 유량설정값을 가감하여 목표 압력 및 유량값이 산출되며, 이러한 목표 온도값, 목표 압력 및 유량값은 은 제1 및 제2표시부(150,152)로 디스플레이된다.
그리고, 제1 및 제2 비례함수제어부(140,142)는 제1 및 제2 믹서(130,132)의 출력값인 목표 온도값, 목표 압력 및 유량값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하며, 주파수변환부(160)는 주파수 변환지령에 따른 가변주파수를 출력하여 모터(12)의 회전을 제어하여 대상 기기(10)인 컴프레샤, 냉동기, 팬(FAN), 펌프(PUMP), 블로어(BLOWER) 등을 제어한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 대상 기기 12: 모터
20: 온도센서 22: 압력 및 유량센서
100: 가변제어장치 110: 제1 필터
112: 제2 필터 120: 제1 변환부
122: 제2 변환부 130: 제1 믹서
132: 제2 믹서 140: 제1 비례함수제어부
142: 제2 비례함수제어부 150: 제1 표시부
152: 제2 표시부

Claims (2)

  1. 대상 기기의 상태를 감지하는 감지부의 현재 감지값을 필터링하는 필터부와, 상기 필터부를 통해 입력된 감지값을 변환함수를 통해 현재값으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부의 현재값과 목표설정값을 가감한 목표값에 따라 주파수 변환지령을 생성하는 비례함수제어(PID)부와, 상기 비례함수제어부의 주파수 변환지령에 따른 가변주파수를 대상 기기의 모터로 출력하는 주파수변환부를 포함하며,
    상기 감지부는 현재 온도를 측정하는 온도센서, 현재 압력 및 유량을 측정하는 압력 및 유량센서로 구성되고;
    상기 필터부는 상기 온도센서의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제1 필터와, 상기 압력 및 유량센서의 감지값을 선택 구분하여 필터링하는 제2 필터로 구성되고;
    상기 변환부는 상기 제1 필터에서 필터링된 온도센서의 감지값이 입력되면 온도변환함수를 이용해 현재 온도를 산출하는 제1 변환부와, 상기 제2 필터에서 필터링된 아날로그 형태의 압력 및 유량센서의 감지값을 압력 및 유량 변환함수를 이용해 현재 압력 및 유량을 산출하는 제2 변환부로 구성되며;
    상기 비례함수제어(PID)부는 상기 제1 변환부에서 산출된 온도값과 목표 온도설정값을 가감한 목표 온도값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제1 비례함수제어부와, 상기 제2 변환부에서 산출된 압력 및 유량과 목표 압력 및 유량설정값을 가감한 목표 압력 및 유량값이 입력되면 비례함수제어(PID)를 통해 주파수변환 지령으로 변환하는 제2 비례함수제어부로 구성되고,
    상기 제1 변환부에서 산출된 온도값은 제1 믹서로 입력되어 목표 온도설정값을 가감하여 목표 온도값이 산출되어 상기 제1 비례함수제어부로 입력되며;
    상기 제2 변환부에서 산출된 압력 및 유량은 제2 믹서로 입력되어 목표 압력 및 유량설정값을 가감하여 목표 압력 및 유량값이 산출되어 상기 제2 비례함수제어부로 입력되고,
    상기 필터부, 변환부, 비례함수제어부, 주파수변환부를 일체로 형성하여 대상 기기를 직접 제어하는 것을 특징으로 하는 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 변환부는 소프트웨어적으로 구현되는 것을 특징으로 하는 대상 기기의 직접 제어형 가변제어장치.
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