KR20220137439A - Plc의 열전대 모듈에 대한 설정 방법 및 그 plc - Google Patents

Plc의 열전대 모듈에 대한 설정 방법 및 그 plc Download PDF

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Abstract

본 발명은 PLC의 열전대 모듈에 대한 설정 방법 및 그 PLC에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하는 단계; 및 상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

PLC의 열전대 모듈에 대한 설정 방법 및 그 PLC{METHOD FOR SETTING TEMPERATURE THERMOCOUPLE MODULE OF PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER, AND THE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER}
본 발명은 PLC의 열전대 모듈에 대한 설정 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PLC의 열전대 모듈에서 특정 타입의 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 설정 시 그 소요 시간을 줄일 수 있는 기술에 관한 것이다.
PLC(Programmable Logic Controller)는 다양한 장비 및 여러 종류의 기계나 프로세서 등을 제어하는 장치이다. 이러한 PLC는 산업용 제어업무에 사용되는 장치로서 높은 신뢰성과 간편한 제어 소프트웨어, 유지 보수의 간편성, 저렴한 가격 등의 특징을 가지고 있어, 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통해 로직, 시퀀스, 타이밍, 카운트 및 연산 등의 제어 동작을 수행할 수 있다.
특히, PLC는 필요에 따라 프로그램을 변경할 수 있으며, 여러 가지 기능을 갖는 다양한 모듈을 구비한다. 이러한 모듈들 중 열전대 모듈은 열전대 센서로부터 인가되는 미세 전압(기전력)을 이용하여 온도를 측정하는 모듈이다.
즉, 열전대 모듈은 열전대 센서에서 발생하는 기전력의 아날로그 신호를 입력으로 받아들여, AD 컨버터(Analog-to-digital converter)를 거친 후 디지털 값으로 변환한다. 가령, 열전대 모듈을 통해, 각종 타입의 열전대 센서로부터 출력되는 기전력에 대한 측정과 이 측정 값을 기반으로 한 온도 환산이 가능하다. 이때, 열전대 센서의 종류에 따라 입력 신호의 증폭 정도(증폭비)가 조절된 후, 증폭된 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-digital converting)이 수행될 수 있다.
특히, 온도를 보다 정확하게 환산하기 위해, 열전대 모듈에서 사용되는 오프셋 및 게인을 설정하는 교정 작업이 수행되어야 한다. 이때, 오프셋은 0 mV의 입력 신호와, 해당 입력 신호에 대한 AD 컨버터의 출력 값을 각각 포함한다. 또한, 게인은 최대 입력 신호에 근접한 입력 신호와, 그 근접 입력 신호에 대한 AD 컨버터의 출력 값을 각각 포함한다.
즉, 이러한 입력 신호들(0 mV 입력 신호, 근접 입력 신호)에 대한 AD 컨버터의 실제(real) 출력 값은 이상적인(ideal) 출력 값과 다를 수 있으며, 이러한 입력들에 대한 해당 real 출력 값을 각각 매칭시키는 것을 오프셋 및 게인 설정이라 지칭한다. 이때, 오프셋 및 게인 설정은 열전대 센서의 종류 및 그 증폭비에 따라 달라질 수 있다.
종래의 경우, 열전대 센서의 종류 별로 오프셋 및 게인 설정을 각각 별도로 수행하는 방식을 사용하였다. 즉, 종래의 경우, 새로운 타입의 열전대 센서가 추가되면 그에 따라 해당 오프셋 및 게인의 입력들에 대한 real 출력 값을 측정하는 방식으로 교정 작업을 추가로 수행해야 하므로, 그 교정 작업 시간 소요 시간이 늘어날 수밖에 없는 문제점이 있었다.
KR 10-2013-0011182 A
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 PLC의 열전대 모듈에 새로운 타입의 열전대 센서가 추가될 경우 오프셋 및 게인 설정을 보다 간편하고 빠르게 수행할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 열전대 전압 신호의 입력 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 포함하는 열전대 모듈에 대해, 상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력을 교정하기 위해, 그 열전대 모듈을 포함하는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 그 PLC에 연결된 전자 장치에서 수행되는 방법이다.
이러한 방법은 제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하는 단계; 및 상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 제1 열전대 센서는 제2 열전대 센서의 온도 측정 범위를 포함하는 온도 측정 범위를 가지거나, 제2 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하는 열전대 전압 범위를 가질 수 있다.
상기 정립하는 단계는 다수의 열전대 센서 중에 제1 열전대 센서를 선택하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 열전대 센서는 제2 열전대 센서의 온도 측정 범위를 포함하면서 최소 차이의 온도 측정 범위를 가지거나, 제2 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하면서 최소 차이의 열전대 전압 범위를 가질 수 있다.
상기 교정식은 하기 식에 해당할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, x1은 제1 열전대 센서에 대한 real 오프셋 출력 값, y1은 제1 열전대 센서에 대한 ideal 오프셋 출력 값, x2는 제1 열전대 센서에 대한 real 게인 출력 값, y2은 제1 열전대 센서에 대한 ideal 게인 출력 값을 각각 나타낸다.
상기 제2 열전대 센서의 오프셋 설정을 위해 상기 수행하는 단계는, 제1 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 이용하여 열전대 모듈로 입력되는 입력 신호의 값을 구하며, 구해진 입력 신호의 값을 제1 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값으로 추정하는 단계; 및 추정된 제2 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정하는 단계;를 포함할 수 있다,
상기 추정하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구할 수 있다.
상기 추정하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, I는 입력 신호, D는 제1 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타낸다.
상기 설정하는 단계에서, AD 컨버터의 제2 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정할 수 있다.
상기 설정하는 단계에서, 하기 식을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, D는 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값, I는 추정된 제2 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제2 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타낸다.
상기 제2 열전대 센서의 게인 설정을 위해 상기 수행하는 단계는, 제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력 값에 대한 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 구하는 단계; 구해진 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값과 제1 열전대 센서의 상기 교정식을 각각 이용하여, 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값을 연산하는 단계; 연산된 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값을 이용하여 열전대 모듈로 입력되는 입력 신호의 값을 구하며, 구해진 입력 신호의 값을 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값으로 추정하는 단계; 및 추정된 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 수행하는 단계의 상기 구하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력에 대한 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 구할 수 있다.
상기 수행하는 단계의 상기 구하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 제1 열전대 센서의 ideal AD 게인 출력 값을 구할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, D는 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값, I는 제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타낸다.
상기 수행하는 단계의 상기 추정하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 상기 입력 신호의 값을 추정할 수 있다.
상기 수행하는 단계의 상기 추정하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, I는 입력 신호, D는 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타낸다.
상기 수행하는 단계의 상기 설정하는 단계에서, AD 컨버터의 제2 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정할 수 있다.
상기 수행하는 단계의 상기 설정하는 단계에서, 하기 식을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정할 수 있다.
Figure pat00006
여기서, D는 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값, I는 추정된 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제2 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PLC는, 열전대 전압 신호의 입력 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 구비한 열전대 모듈; 및 열전대 모듈에 대해, 상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력의 교정과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력의 교정을 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은, 열전대 전압 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 구비한 PLC의 열전대 모듈로, 열전대 전압 신호를 시뮬레이션 하는 입력 신호를 생성하여 제공하는 전원 공급부; 및 상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력의 설정과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력의 교정을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 PLC 또는 상기 시스템의 제어부는 제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하도록 제어할 수 있다.
상기 PLC 또는 상기 시스템의 제어부는 상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 PLC의 열전대 모듈에 새로운 타입의 열전대 센서가 추가될 경우 해당 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 설정의 교정 작업을 보다 간편하고 빠르게 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLC의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전대 모듈(130)의 구성을 나타낸다.
도 3은 오프셋 및 게인 설정에 따라 획득된 2개의 점(P1, P2)을 기반으로 도출되는 직선을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정을 위한 시스템의 구성도를 나타낸다.
도 5는 다양한 열전대 센서의 종류에 따른 각 수치에 대한 일 예를 나타낸다.
도 6은 식(4)에 따라 도출되는 직선을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 순서도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 S100에 대한 상세 순서도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 S200에 대한 상세 순서도를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PLC의 구성을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PLC(Programmable Logic Controller)(100)는 다양한 부하들에 대한 로직, 시퀀스, 타이밍, 카운트 및 연산 등의 제어를 수행한다. 이러한 PLC는 필요에 따라 프로그램의 변경이 가능하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원 모듈(110), CPU 모듈(120) 및 증설 모듈(130, 140) 등을 포함한다.
전원 모듈(110)은 PLC(100)의 구동에 필요한 각종 전원을 관리하며, 필요한 전원을 각 모듈(120, 130, 140에 제공한다.
CPU 모듈(120)은 PLC(100)를 제어하는데 필요한 연산처리를 수행함으로써 PLC(100)의 전체 동작을 제어하는 모듈로서, 메인 모듈이라 지칭하기도 한다. 즉, CPU 모듈(120)은 인터페이스를 통해 연결된 증설 모듈(130, 140)에 대한 인식, 제어 및 감시를 수행하며, 증설 모듈(130, 140)과의 데이터 송수신을 수행하며, 각 증설 모듈(130, 140)의 동작을 제어할 수 있다.
가령, CPU 모듈(120)은 메모리(미도시) 및 제어부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
메모리는 CPU 모듈(120)의 동작에 필요한 각종 정보를 저장한다. 저장 정보로는 각 증설 모듈(130, 140)에 대한 설정 정보, 펌웨어 정보, 열전대 모듈(130)로부터 수신된 디지털 신호에 따른 온도 정보, 후술할 교정 작업 과정에 관련된 프로그램 정보 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 메모리는 그 유형에 따라 하드디스크 타입(hard disk type), 마그네틱 매체 타입(magnetic media type), CD-ROM(compact disc read only memory), 광기록 매체 타입(Optical Media type), 자기-광 매체 타입(magneto-optical media type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 플래시 저장부 타입(flash memory type), 롬 타입(read only memory type), 또는 램 타입(random access memory type) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 메모리는 그 용도/위치에 따라 캐시(cache), 버퍼, 주기억장치, 또는 보조기억장치이거나 별도로 마련된 저장 시스템일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부는 CPU 모듈(120)의 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다. 특히, 제어부는 열전대 모듈(130)로부터 수신된 디지털 신호를 기반으로 한 온도 정보 파악, 후술할 교정 작업 과정, 메모리를 포함한 PLC의 나머지 구성의 동작 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 하드웨어인 프로세서(processor)와, 해당 프로세서에서 수행되는 소프트웨어인 프로세스(process) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
증설 모듈(130, 140)은 CPU 모듈(120)의 제어에 따라 소정의 동작(입/출력 동작, 통신 동작 등)을 수행한다. CPU 모듈(120) 및 증설 모듈(130, 140)은 각각 펌웨어(Firmware)를 저장하여 해당 펌웨어에 의해 그 작동이 제어될 수 있다.
가령, 증설 모듈(130, 140)은 열전대 모듈(130) 및 기타 모듈(140) 등을 포함할 수 있다.
열전대 모듈(130)은 열전대 센서을 기반으로 온도를 측정하는 모듈이다. 즉, 두 가지 다른 금속을 접속하여 그 접속부분에 온도변화를 가하면 그에 해당하는 미세 전압(즉, 기전력으로서, 이하 “열전대 전압”이라 지칭함)이 발생하는데, 열전대 모듈(130)은 이러한 열전대 전압을 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
가령, 열전대 센서에서, 두 개의 서로 다른 금속이 만나면 열전대 전압이 두 금속의 접합에서 생성된다. 이러한 열전대 전압의 크기는 금속의 형태에 의존하고, 접합부의 온도에 직접적으로 전압과 온도 특성을 그래프로 보면 대체적으로 비례하는 특징을 가지는데, 열전대 모듈(130)은 이러한 특징을 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
특히, 열전대 센서는 넓은 온도변화를 가지기 때문에 관련 산업에 널리 쓰이고, 매우 높은 온도 측정에도 사용된다. 가령, 열전대 센서로 사용되는 일반적인 금속 조합은 텡스텐, 테튬 합금, 백금 등일 수 있다. 열전대 센서는 그 종류에 따라 다양한 온도 변화폭, 계수 및 전압 특성 등을 가질 수 있다. 즉, 센서 종류에 따라 온도 범위 및 보상 범위가 다를 수 있으며, 다양한 센서 규격(B, R, S, K, E, J, T, N 등)이 존재한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전대 모듈(130)의 구성을 나타낸다.
열전대 모듈(130)은 발생된 온도에 따라 미세 전압인 열전대 전압(기전력)을 생성하는 열전대 센서로부터 해당 열전대 전압을 입력 받아 이를 기반으로 해당 온도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 열전대 모듈(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 증폭부(131) 및 AD 컨버터(132)를 포함할 수 있다. 물론, 열전대 모듈(130)은 증폭부(131)의 전단에 위치하는 멀티플렉서(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
온도 측정 지점의 온도에 따라 발생하는 열전대 센서의 열전대 전압이 열전대 모듈(130)로 입력되는데, 입력된 열전대 전압은 증폭부(131)에 의해 증폭되어 AD 컨버터(132)로 전달된다. 가령, 증폭부(131)는 적어도 하나의 OP Amp를 포함할 수 있다. 특히, 증폭부(131)에서, 열전대 센서의 종류에 따라 열전대 전압 신호의 증폭 정도(증폭비)가 조절될 수 있다. 가령, 열전대 센서가 가지는 열전대 전압의 범위 대비 AD 컨버터(132)가 가지는 입력 범위에 따라, 증폭부(131)의 증폭비가 조절될 수 있다. 즉, 증폭부(131)의 증폭비에 따라 증폭된 열전대 전압이 AD 컨버터(132)의 입력 범위 내에 포함되도록, 해당 증폭비가 조절되어야 한다.
물론, 열전대 센서는 열전대 모듈(130) 자체에 포함될 수도 있다. 또한, 복수개의 열전대 센서로부터 열전대 전압이 열전대 모듈(130)에 입력될 수도 있으며, 이를 기반으로 복수개의 온도 측정이 동시에 수행될 수도 있다.
AD 컨버터(132)는 증폭부(131)에 의해 증폭된 열전대 전압의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 가령, AD 컨버터(132)는 시그마 델타 변환 방식 등에 의한 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 입력된 열전대 전압을 CPU 모듈(120)에 의해 처리 가능한 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이하, AD 컨버터(132)에서 AD 컨버팅 후 출력되는 신호를 “AD 출력”이라 지칭한다.
이때, AD 컨버터(132)와 CPU 모듈(120)는 시리얼 인터페이스 등에 의해 연결될 수 있다. 즉, 입력된 열전대 전압은 증폭 및 AD 컨버팅의 과정을 거쳐 CPU 모듈(120)로 전달되며, CPU 모듈(120)에서는 해당 열전대 전압 데이터를 기반으로 해당 온도 정보를 파악할 수 있다.
한편, 열전대 모듈(130)이 멀티플렉서를 포함할 수 있는데, 이 경우에 멀티플렉서는 열전대 전압 입력 및 기준 전압 입력 중 적어도 하나를 CPU 모듈(120)로 전달하도록 동작한다. 즉, 입력된 열전대 전압 또는 기준 전압은 증폭부(131)에서 증폭된 후, AD 컨버터(132)의 AD 컨버팅을 거쳐 CPU 모듈(120)로 전달된다. 가령, CPU 모듈(120)는 기준 전압을 온도변환 규칙에 따라 열전대 온도 규격 전압으로 환산한다. 이때, 얻어진 규격 전압은 열전대 전압과 합산되어 최종 전압 값이 산출될 수 있는데, 이 최종 전압 값을 규격 표에 따라 온도로 환산하면 최종 온도가 될 수 있다.
기타 모듈(140)은 열전대 모듈(130) 외에 다양한 기능을 수행하는 모듈이다. 예를 들어, 기타 모듈(140)은 타 기기/장치/시스템과 데이터 송수신을 위한 통신 모듈이거나, 센서, 스위치 등의 외부 장치로부터 입력을 받고, 램프, 솔레노이드, 개폐기 등의 외부 장치로 출력을 전달하는 입출력 모듈(IO 모듈)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 온도를 보다 정확하게 환산하기 위해, 열전대 모듈(130)에서 사용되는 오프셋 및 게인을 설정하는 교정 작업이 수행되어야 한다. 이때, “오프셋”은 열전대 모듈(130)에 0 mV 등과 같은 저전압의 입력 신호(이하, 해당 입력 신호를 “오프셋 입력”이라 지칭함)와, 해당 오프셋 입력이 열전대 모듈(130)에 입력됨에 따른 AD 출력(이하, 해당 AD 출력을 “오프셋 출력”이라 지칭함)을 각각 포함한다.
또한, “게인”은 열전대 센서가 출력할 수 있는 최대 신호(즉, 최대 입력 신호)에 근접한 고전압(즉, 최대 입력 신호보다 작되 오프셋 입력보다 큰 전압)의 입력 신호(이하, 해당 입력 신호를 “게인 입력”이라 지칭함)와, 해당 게인 입력이 열전대 모듈(130)에 입력됨에 따라 AD 출력(이하, 해당 AD 출력을 “게인 출력”이라 지칭함)을 각각 포함한다.
특히, 열전대 모듈(130)로 입력되는 신호(이하, “열전대 입력 신호”라 지칭함)는 열전대 센서에서 발생하는 열전대 전압의 신호이거나, 오프셋 입력 및 게인 입력과 같이 교정 작업을 위해 열전대 전압의 신호를 시뮬레이션 하여 입력되는 신호(이하, 해당 신호를 “시뮬레이션 신호”라 지칭함)일 수 있다. 즉, 시뮬레이션 신호는 후술할 전원 공급부(20)로부터 생성되어 열전대 모듈(130)로 입력되는 신호일 수 있다.
특히, 오프셋 입력 및 게인 입력에 대한 실제(real) AD 출력은 이상적인(ideal) AD 출력과 그 디지털 값이 서로 다를 수 있다. 즉, 오프셋 출력 및 게인 출력은 각각 ideal AD 출력과 real AD 출력이 서로 다를 수 있다.
이때, ideal AD 출력은 열전대 모듈(130) 또는 AD 컨버터(132)로 입력되는 특정 전압 크기의 입력 신호에 대해, AD 컨버터(132)가 가지는 특성(가령, 양자화 비트 개수 등)에 따라 AD 컨버팅 후 예상되는 해당 입력 신호에 대한 이론적인 AD 출력의 디지털 값을 지칭한다. 반면, real AD 출력은 해당 입력 신호의 시뮬레이션 신호를 모듈(130) 또는 AD 컨버터(132)에 실제로 입력시킴으로써 AD 컨버터(132)에서 출력되는 AD 출력의 디지털 값(즉, 실측한 값)을 지칭한다.
물론, real AD 출력은 후술할 본 발명의 교정 작업 과정에 따라 추정된 AD 출력을 지칭할 수도 있다. 즉, 이 경우에 어느 타입의 열전대 센서에 대한 real AD 출력은 다른 타입의 열전대 센서에 대해 실제로 측정한 real AD 출력을 기반으로 추정된 AD 출력일 수 있다.
이에 따라, 교정 작업은 시뮬레이션 신호의 각 입력에 대해 real AD 출력을 매칭시키는 것을 지칭한다. 즉, 오프셋 입력을 real 오프셋 출력에 매칭시키는 것이나, real 오프셋 출력과 ideal 오프셋 출력을 매칭시키는 것을 오프셋 설정이라 지칭한다. 또한, 게인 입력을 real 게인 출력에 매칭시키는 것이나, real 게인 출력과 ideal 게인 출력을 매칭시키는 것을 게인 설정이라 지칭한다. 특히, 추정 기반의 교정 작업은 실측을 기반으로 수행된 어느 타입의 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정을 이용하여, 다른 제2 타입의 열전대 센서에 대해 AD 출력을 추정(연산)하여 오프셋 및 게인 설정을 수행하는 것을 지칭할 수 있다.
도 3은 오프셋 및 게인 설정에 따라 획득된 2개의 점(P1, P2)을 기반으로 도출되는 직선을 나타낸다.
한편, 오프셋 및 게인 설정이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 축 및 제2 축을 포함하는 직교 좌표계에서 2개 점(P1, P2)이 획득될 수 있으며, 이러한 2개 점(P1, P2)을 기반으로 해당 직교 좌표계에서 특정 기울기의 직선 함수가 도출될 수 있다.
이때, 제1 축(X축)은 시뮬레이션 신호인 열전대 입력 신호에 대한 real AD 출력에 대한 축이며, 제2 축(Y축)은 해당 열전대 입력 신호에 따른 ideal AD 출력에 대한 축이다. 또한, 획득된 2개의 점인 P1(x1, y1) 및 P2(x2, y2)에서, x1은 real 오프셋 출력 값, y1은 ideal 오프셋 출력 값, x2는 real 게인 출력 값, y2은 ideal 게인 출력 값을 각각 나타낸다.
이와 같이 도출된 직선의 함수를 이용하면, 나머지 열전대 입력 신호 값에 대한 real AD 출력과 ideal AD 출력을 서로 매칭시킬 수 있으며, 이를 기반으로 해당 온도 정보를 파악할 수 있다. 즉, 해당 직선의 함수는 다음과 같이 2개 점(P1, P2)의 좌표 값을 이용한 식(1)로 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
(1)
다만, 이러한 오프셋 및 게인 설정은 열전대 센서의 종류 및 증폭부(131)에서의 증폭비에 따라 달라질 수 있다. 즉, 오프셋 및 게인 설정에 따라, 획득된 P1 및 P2의 위치는 열전대 센서의 종류 및 증폭부(131)에서의 증폭비에 따라 달라질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정을 위한 시스템의 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정은 제1 열전대 센서에 대해 실제 측정된 real 오프셋 출력 및 real 게인 출력을 이용하여, 아직 미-측정된 제2 열전대 센서에 대한 real 오프셋 출력 및 real 게인 출력을 추정하기 위한 과정이다. 이러한 교정 작업 과정을 수행하기 위한 시스템(이하, “본 시스템”이라 지칭함)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(10), 전원 공급부(20), 스위치부(30) 및 열전대 모듈(130)을 포함한다.
사용자 단말(10)은 오프셋 및 게인 설정을 위한 입력 신호를 선택하기 위해 사용자가 사용하는 단말로서, 컴퓨팅(computing)이 가능한 전자 장치일 수 있다. 이러한 사용자 단말(10)은 전원 공급부(20)에 연결되어 전원 공급부(20)에서 특정 전압의 시뮬레이션 신호가 출력되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 사용자 단말(10)은 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 태블릿 PC(tablet personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 스마트폰(smart phone), 스마트패드(smart pad), 또는 PDA(personal digital assistant) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
가령, 사용자 단말(10)은 입력부(미도시), 통신부(미도시), 디스플레이(미도시), 메모리(미도시) 및 제어부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
입력부는 사용자의 입력에 대응하여, 입력데이터를 발생시키며, 다양한 입력수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력부는 키보드(key board), 키패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패널(touch panel), 터치 키(touch key), 터치 패드(touch pad), 마우스(mouse), 메뉴 버튼(menu button) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
통신부는 타 장치, 특히 PLC(100) 및 서버(300)와의 통신을 수행하는 구성이다. 예를 들어, 통신부는 5G(5th generation communication), LTE-A(long term evolution-advanced), LTE(long term evolution), 블루투스, BLE(bluetooth low energe), NFC(near field communication), 와이파이(WiFi) 통신 등의 무선 통신을 수행하거나, 케이블 통신 등의 유선 통신을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 통신부는 전원 공급부(20)에서 특정 전압의 시뮬레이션 신호가 출력되도록 전원 공급부(20)로 해당 제어 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말(10)의 전원 공급부(20)에 대한 접속을 위한 통신 방식으로는 RS-232, USB(Universal Serial Bus) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것이며, 그 외에 다양한 유/무선 통신 방식일 수 있다.
디스플레이는 다양한 영상 데이터를 화면으로 표시하는 것으로서, 비발광형 패널이나 발광형 패널로 구성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display), 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; micro electro mechanical systems) 디스플레이, 또는 전자 종이(electronic paper) 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 디스플레이는 전원 공급부(20)에서 출력될 특정 전압의 시뮬레이션 신호에 대한 정보, 후술할 교정 작업 과정 수행에 관련된 다양한 영상 데이터를 화면으로 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이는 입력부와 결합되어 터치 스크린(touch screen) 등으로 구현될 수 있다.
메모리는 사용자 단말(10)의 동작에 필요한 각종 정보를 저장한다. 저장 정보로는 전원 공급부(20)에 대한 제어 정보, 후술할 교정 작업 과정에 관련된 프로그램 정보 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 메모리에 대한 예는 CPU 모듈(120)의 메모리에 대해 상술한 예를 참고할 수 있다.
제어부는 사용자 단말(10)의 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제어부는 전원 공급부(20)에서 출력되는 시뮬레이션 신호의 제어, 후술할 교정 작업 과정의 제어 등을 수행할 수 있으며, 사용자 단말(10)의 나머지 구성의 동작을 제어할 수 있다. 제어부에 대한 예는 CPU 모듈(120)의 제어부에 대해 상술한 예를 참고할 수 있다.
전원 공급부(20)는 다양한 DC 전압 등의 신호를 출력할 수 있는 장치이다. 즉, 전원 공급부(20)는 열전대 센서의 열전대 전압에 대한 시뮬레이션 신호인 열전대 입력 신호의 DC 소스를 제공한다. 이와 같이 전원 공급부(20)에서 생성된 신호는 스위치부(30)를 거쳐 열전대 모듈(130)로 입력될 수 있다. 즉, 전원 공급부(20)는 열전대 센서의 종류별로 다양한 오프셋 입력 및 게인 입력의 시뮬레이션 신호를 생성할 수 있다.
물론, 전원 공급부(20)는 사용자 단말(10)에서 전달된 제어 명령 외에도 자체의 입력부에서 입력된 제어 명령에 따라 다양한 크기의 시뮬레이션 신호를 출력할 수 있다. 즉, 사용자는 사용자 단말(10) 또는 전원 공급부(20)의 입력부를 이용하여 열전대 모듈(130)로 입력되는 열전대 입력 신호의 종류를 선택할 수 있다.
스위치부(30)는 열전대 모듈(130)이 구비한 다수의 채널 중에 어느 하나로 전원 공급부(20)의 출력이 제공되도록 스위칭 동작한다. 이때, 열전대 모듈(130)의 각 채널은 서로 다른 종류의 열전대 센서의 열전대 전압 신호에 대한 시뮬레이션 신호가 입력될 수 있다.
예를 들어, 제1 채널은 K 규격 열전대 센서의 열전대 전압 신호, 제2 채널은 J 규격 열전대 센서의 열전대 전압 신호, 제3 채널은 T 규격 열전대 센서의 열전대 전압 신호, 제4 채널은 R 규격 열전대 센서의 열전대 전압 신호, 제5 채널은 S 규격 열전대 센서의 열전대 전압 신호가 각각 입력될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 다양한 열전대 센서의 종류에 따른 각 수치에 대한 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, K, J, T, R 및 S의 열전대 센서는 다양한 온도 측정 범위를 가지며, 온도 측정 지점에 따라 다양한 열전대 전압을 출력한다. 열전대 모듈(130)의 AD 컨버터(132)가 가지는 양자화 비트수가 16 bit인 경우, AD 출력의 개수는 216개(65,536개)이므로, AD 출력의 범위는 0 ~ 65535이다. 다만, 열전대 전압 신호의 범위는 열전대 센서의 고유 특성으로 기 제공될 수 있다.
이때, 열전대 전압 신호는 미세 전압인 소신호에 해당하므로, 열전대 모듈(130)의 증폭부(131)에서 해당 소신호를 증폭한 후 AD 컨버팅을 수행한다. 이때, 증폭부(131)의 증폭비는 증폭된 최대값이 AD 컨버터(130)의 입력 범위 이내가 되도록 설정한다. 이에 따라, K 및 J 열전대 센서의 경우에 32배, T 및 R 열전대 센서의 경우에 64배, S 열전대 센서의 경우에 128배로 각각 증폭비를 설정할 수 있다.
한편, 도 5에서, 각 열전대 센서에 대해, AD 컨버터(132)의 입력 범위가 -2.5V ~ 2.5V이므로, -2.5V가 AD 컨버터(132)에 입력되면 ideal AD 출력은 0이고, 2.5V가 AD 컨버터(132)에 입력되면 ideal AD 출력은 최대값인 65535(즉, 최대 AD 출력 값)이다. 또한, 0V의 오프셋 입력에 대한 ideal AD 출력(즉, ideal 오프셋 출력)은 32768이다. 이러한 32768은 AD 출력 값으로, 이는 AD 컨버터(132)에서의 AD 변환식인 식(2)를 이용하여 도출될 수 있다.
Figure pat00008
(2)
여기서, D는 AD 출력 값(즉, AD 컨버팅된 값), Dmax는 최대 AD 출력 값, I는 열전대 모듈(130)로 입력되는 입력 신호인 열전대 전압 신호(즉, 시뮬레이션 신호)의 전압 값(단위 V), G는 증폭부(131)에서 신호를 증폭하는 정도(즉, 증폭비)를 나타낸다. 또한, C는 AD 컨버터(132)의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에서 해당 C(단위 V)를 나타낸다.
식(2)를 I에 대해 정리하면 다음의 식(2-1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
(2-1)
도 5에서, 최대 AD 출력 값이 65535이고, AD 컨버터(132)의 입력 범위가 -2.5V ~ 2.5V 이므로, I를 ㎶ 단위로 적용하면 식(2)는 다음의 식(3)과 같이 변경될 수 있다.
Figure pat00010
(3)
식(3)을 I에 대해 정리하면 다음의 식(3-1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
(3-1)
이러한 식(2-1) 및 식(3-1)을 이용할 경우, AD 출력 값이 주어진 경우의 입력 신호(열전대 전압 신호)를 구할 수 있다.
도 5를 참조하면, 0V의 오프셋 입력이 열전대 모듈(130)에 입력되면 식(3)에서 I가 0이므로, 모든 타입의 열전대 센서에 대해, 증폭비(G)에 관계없이 D=65535(2.5/5)=32767.5가 된다. 이때, 양자화 규칙에 따라 소수점 첫째 자리 올림 처리되어 D=32768가 된다. 물론, 소수점 첫째 자리 반올림 처리의 양자화 규칙이 적용될 수도 있으며, 이는 이하의 설명에서도 마찬가지이다.
또한, K 또는 J 열전대 센서의 경우, 47000㎶의 게인 입력이 열전대 모듈(130)에 입력되면 식(3)에서 I가 47000㎶이고 G가 32이므로, D=65535((47000×32/106)+2.5)/5=52480.428이 된다. 이때, 양자화 규칙에 따라 소수점 첫째 자리 올림 처리되어 D=52481이 된다.
또한, T 또는 R 열전대 센서의 경우, 20000㎶의 게인 입력이 열전대 모듈(130)에 입력되면 식(3)에서 I가 20000㎶이고 G가 64이므로, D=65535((20000×64/106)+2.5)/5=49544.46이 된다. 이때, 양자화 규칙에 따라 소수점 첫째 자리 올림 처리되어 D=49545가 된다.
또한, S 열전대 센서의 경우, 17000㎶의 게인 입력이 열전대 모듈(130)에 입력되면 식(3)에서 I가 17000㎶이고 G가 128이므로, D=65535((17000×128/106)+2.5)/5=61288.322가 된다. 이때, 양자화 규칙에 따라 소수점 첫째 자리 올림 처리되어 D=61289가 된다.
한편, 도 5에서, 증폭 최대값은 증폭비(B)에 따라 열전대 전압 신호가 증폭됨에 따른 해당 증폭 신호의 최대 전압 값을 나타낸다. 즉, 증폭 최대값은 증폭비(B) × 열전대 전압 최대값일 수 있다.
가령, K 열전대 센서의 경우, 열전대 전압은 -5.891㎷ ~ 52.410㎷의 범위를 가지므로, 증폭 최대값은 32 × 52.410㎷, 즉 약 1.677V가 된다. 이러한 증폭 최대값은 AD 컨버터 입력 범위 이내의 값이므로, AD 컨버터(132)에서 적절한 AD 컨버팅의 처리가 가능하다. 따라서, 이는 적당한 증폭비(G)가 적용된 경우에 해당한다. 즉, 증폭부(131)의 증폭비(G)는 증폭 최대값이 AD 컨버터(132)의 입력 범위 이내가 되도록 설정해야 한다.
만일, K 열전대 센서에 대해, 증폭비를 64로 설정한다면, 그 증폭 최대값은 64 × 52.410㎷, 즉 약 3.354V가 된다. 이러한 증폭 최대값은 AD 컨버터(132)의 입력 범위보다 큰 값이므로, 최대 AD 출력 값으로 포화(saturation)되면서 AD 컨버터(132)에서 적절한 AD 컨버팅의 불가능하다. 따라서, 이는 부적당한 증폭비(G)가 적용된 경우에 해당할 것이다.
오프셋 및 게인 설정을 위해, 열전대 센서의 종류에 따라 오프셋 입력 및 게인 입력에 해당하는 시뮬레이션 신호를 열전대 모듈(130)에 입력하고, 그에 따라 출력되는 AD 출력의 디지털 값을 각각 real 오프셋 출력 및 real 게인 출력으로 설정할 수 있다.
한편, 도 5에서, K, J, T 및 R 열전대 센서에 대한 실측 기반의 교정 작업이 기 수행된 후, S 열전대 센서가 추가 요청되는 경우, S 열전대 센서에 대해서도 새로운 실측 기반의 교정 작성이 수행되어야 한다. 즉, S 열전대 센서의 열전대 전압 신호의 최대값이 다른 열전대 센서에 비해 작은 17.947㎷이므로 증폭비(G)는 다른 열전대 센서의 설정과 달리 128배로 설정되어야 하며, 이러한 증폭비 변경에 따라 오프셋 및 게인 설정도 새로 수행되어야 한다. S 열전대 센서에 대해, 이러한 실제 측정된 값을 기반으로 하는 종래의 교정 작업 수행 결과, 대략 231초의 작업 시간이 소요되었다.
한편, 기존에 실측 기반으로 교정 작업된 다른 열전대 센서의 해당 오프셋 및 게인 설정의 값을 이용하여, S 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 설정을 추정(연산)할 수 있다면, 그 만큼 해당 교정 작업을 보다 간편하고 빠르게 수행할 수 있다.
이하, 새로 추가되는 S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 교정 작업 과정에 대해서 보다 상세하게 설명하도록 한다.
<추정 기반 오프셋 및 게인 설정(교정 작업)의 과정>
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 순서도를 나타낸다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 S100에 대한 상세 순서도를 나타내며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정의 S200에 대한 상세 순서도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정은 CPU 모듈(120)의 제어부 또는 사용자 단말(10)의 제어부에 의해 그 수행이 제어될 수 있다. 또한, 해당 교정 작업 과정에 필요한 다양한 정보, 가령 도 5에 따른 다양한 수치, 상술한 다양한 식, 후술할 다양한 식 등에 대한 정보는 CPU 모듈(120)의 메모리 또는 사용자 단말(10)의 메모리 등에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정은 열전대 모듈(130)에 새로운 타입의 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 설정 시, 이전에 다른 타입의 열전대 센서에 대해 설정한 오프셋 및 게인 설정 값을 이용하여, 열전대 모듈(130)의 입력부의 하드웨어의 편차를 역으로 환산하는 기술이다. 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 작업 과정은, 도 7에 도시된 바와 같이, S100 및 S200을 포함한다.
1) 즉, S100에서는 실측 기반으로 교정 작업이 수행된 다른 열전대 모듈(즉, 제1 열전대 센서)에 대한 real AD 출력 및 ideal AD 출력 간의 교정식을 정립한다. 이러한 S100은 S110 내지 S130을 포함할 수 있다.
먼저, 추정 기반의 교정 작업 대상인 S 열전대 센서(제2 열전대 센서)와 가장 유사한 온도 측정 범위 또는 열전대 전압 범위를 가지는 다른 열전대 센서를 선택한다(S110).
즉, S 열전대 센서의 온도 측정 범위를 포함하면서 최소 차이의 온도 측정 범위를 가지는(제1 조건) 다른 열전대 센서를 선택할 수 있다. 또는, S 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하면서 최소 차이의 열전대 전압 범위를 가지는(제2 조건) 다른 열전대 센서를 선택할 수 있다.
물론, 가장 유사한 온도 측정 범위 및 열전대 전압 범위를 가져 제1 및 제2 조건을 동시에 만족하는 다른 열전대 센서를 선택할 수도 있다. 다만, 제1 조건이 제2 조건에 우선되는 조건일 수 있다.
이에 따라, S 열전대 센서와 가장 유사한 R 열전대 센서를 선택할 수 있다. 즉, R 열전대 센서의 경우, 0 ~ 1700℃의 온도 측정 범위를 가지는데, 이는 S 열전대 센서와 동일하다. 또한, R 열전대 센서는 열전대 전압 범위가 0 ~ 20.222㎷이므로, 이는 0 ~ 17.947㎷인 S 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하면서 그 차이가 최소에 해당한다.
이후, R 열전대 센서에 대한 실측 기반의 오프셋 및 게인 설정 값을 구한다(S120).
즉, 오프셋 입력에 대한 ideal 및 real 오프셋 출력과, 게인 입력에 대한 ideal 및 real 게인 출력을 구한다. 물론, 이러한 R 열전대 센서에 대한 오프셋 입출력 값 및 게인 입출력 값은 기 저장되어 있을 수 있다.
이때, 도 5를 참조하면, 64배 증폭비가 적용된 T 및 R 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 설정에 따른, 오프셋 입력은 0㎶이고 게인 입력은 20000㎶이다.
이에 따라, R 열전대 센서의 경우, 0㎶ 오프셋 입력에 대해, AD 출력을 실측한 결과인 real 오프셋 출력은 32700이며, 식(3)에 따라 계산된 ideal 오프셋 출력은 32768이다.
또한, R 열전대 센서의 경우, 20000㎶ 게인 입력에 대해, AD 출력을 실측한 결과인 real 게인 출력은 49428이며, 식(3)에 따라 계산된 ideal 게인 출력은 49545이다.
이를 정리하면, x1=32700, y1=32768, x2=49428, y2=49545이므로, 상술한 좌표계에서의 2개 점은 P1(32700, 49428)과, P2(32768, 49545)이다. 이를 식(1)에 적용하면 다음의 식(4)와 같은 R 열전대 센서에 대한 교정식을 정립할 수 있다.
Figure pat00012
(4)
여기서, X는 real AD 출력, Y는 ideal AD 출력을 나타낸다. 또한, 도 6은 식(4)에 따라 도출되는 직선을 나타낸다.
즉, S120에서 획득된 R 열전대 센서에 대한 실측 기반의 오프셋 및 게인 설정 값을 이용하여 R 열전대 센서에 대한 식(4)의 교정식을 정립할 수 있다(S130).
이러한 식(4)의 교정식은 R 열전대 센서에 대한 real AD 출력 및 ideal AD 출력 간의 관계를 매칭하는 함수를 나타낸다.
2) 이후, S200에서는 정립된 교정식을 이용하여, 추정 기반의 교정 작업 대상인 S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 교정 작업(오프셋 입출력 및 게인 입출력 값을 각각 설정)을 수행한다(S200). 이러한 S200은 S210 및 S220을 포함할 수 있다.
즉, R 열전대 센서(제1 열전대 센서)에 대한 식(4)의 교정식을 이용하여, 열전대 센서(제2 열전대 센서)의 오프셋 및 게인 설정을 위한 입력 신호 0㎶(오프셋 입력) 및 17000㎶(게인 입력)에 대한 real 오프셋 출력 및 real 게인 출력을 각각 추정(연산)할 수 있다. 그 결과, S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 오프셋 설정(S210) 및 게인 설정(S220)을 완료할 수 있다.
① S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 오프셋 설정(S210)-
S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 오프셋 설정에 관한 S210은 S211 및 S212를 포함할 수 있다.
R 열전대 센서에 대한 식(4)의 교정식에 따라, ideal 오프셋 출력인 32768에 대한 real 오프셋 출력은 32700이다. 이와 같이 R 열전대 센서의 real 오프셋 출력이 32700인 경우에 대한 입력 신호(I)는 R 열전대 센서에 대한 식(2-1) 또는 식(3-1)을 이용하여 구할 수 있으며, 구해진 해당 입력 신호(I)는 S 열전대 센서에 대한 real 오프셋 입력 값인 것으로 추정할 수 있다(S211).
이때, 32700의 real 오프셋 출력이 R 열전대 센서에 대한 식(4)의 교정식에서의 값에 해당하므로, 식(2-1) 또는 식(3-1)에서, D는 R 열전대 센서에 대한 32700의 real 오프셋 출력 값이 적용되고, G는 R 열전대 센서에 대한 64 배의 증폭비가 적용된다.
이러한 적용에 따른 식(2-1) 또는 식(3-1)의 연산 결과, 32700 real 오프셋 출력에 대한 입력 신호(I)는 -80.467㎶가 도출된다. 이와 같이 도출된 -80.467㎶의 값은 S 열전대 센서에 대한 0㎶의 오프셋 입력 신호의 값(즉, S 열전대 센서에 대한 real 오프셋 입력 값)인 것으로 추정할 수 있다.
즉, S211에서는 AD 컨버터(132)의 R 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여, S 열전대 센서에 대한 real 오프셋 입력의 값을 추정할 수 있다.
이후, S 열전대 센서의 추정된 real 오프셋 입력에 대한 real 오프셋 출력은 S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)의 AD 변환식을 이용하여 구할 수 있다(S212).
즉, S 열전대 센서에 대한 추정된 real 오프셋 입력이 -80.467㎶이므로, 그 real 오프셋 출력은 S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)의 AD 변환식을 이용하여 구할 수 있다. 이때, S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)에서, S 열전대 센서의 추정된 real 오프셋 입력인 I는 -80.467㎶가 적용되고, G는 S 열전대 센서에 대한 128배의 증폭비가 적용되며, 16 비트 양자화 비트수에 따른 Dmax는 65535가 적용되고, C는 2.5가 적용된다. 그 결과, 32633인 D의 real AD 출력이 도출되며, 도출된 32633의 값은 S 열전대 센서의 real 오프셋 출력인 것으로 설정할 수 있다.
즉, S212에서는 AD 컨버터(132)의 S 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 S 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정할 수 있다.
정리하면, S 열전대 센서의 경우, R 열전대 센서에 대한 각종 식을 기반으로, real 오프셋 입력은 -80.467㎶이고 이에 대한 real 오프셋 출력은 32633인 것으로 설정함으로써, S 열전대 센서에 대한 오프셋 설정을 완료할 수 있다.
② S 열전대 센서에 대한 추정 기반의 게인 설정(S220)
다음으로, 열전대 센서에 대한 추정 기반의 게인 설정에 관한 S220은 S221 내지 S224를 포함할 수 있다.
S 열전대 센서에 대한 ideal 게인 입력은 17000㎶이며, 이 경우에 ideal AD 출력은 R 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)의 AD 변환식을 이용하여 구할 수 있다(S221).
이때, 식(2) 또는 식(3)가 R 열전대 센서에 대한 AD 변환식이므로, R 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)에서, I는 17000㎶가 적용되고, G는 R 열전대 센서에 대한 64배의 증폭비가 적용되며, 16 비트 양자화 비트수에 따른 Dmax는 65535가 적용되고, C는 2.5가 적용된다. 그 결과, 47027인 D의 ideal AD 출력을 구할 수 있다.
즉, S221에서는 AD 컨버터(132)의 R 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 S 열전대 센서의 ideal 게인 입력에 대한 R 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 구할 수 있다.
이후, 구해진 R 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 R 열전대 센서에 대한 식(4)의 교정식에 대입하여 R 열전대 센서에 대한 real AD 출력을 연산할 수 있다(S222). 즉, R 열전대 센서의 구해진 ideal AD 출력 값이 47027이므로, 이를 R 열전대 센서에 대한 식(4)에 적용하면, R 열전대 센서의 real AD 출력은 46917로 연산된다.
이후, R 열전대 센서의 연산된 real AD 출력이 46917이므로, 그 입력 신호(I)는 R 열전대 센서에 대한 식(2-1) 또는 식(3-1)을 이용하여 구할 수 있으며, 구해진 해당 입력 신호(I)는 S 열전대 센서에 대한 real 게인 입력 값으로 추정할 수 있다(S223).
이때, 46917의 real 게인 출력이 R 열전대 센서에 대한 식(4)의 교정식에서의 값에 해당하므로, R 열전대 센서에 대한 식(2-1) 또는 식(3-1)에서, D는 R 열전대 센서에 대한 46917의 real AD 출력 값이 적용되고, G는 R 열전대 센서에 대한 64 배의 증폭비가 적용된다.
이러한 R 열전대 센서에 대한 식(2-1) 또는 식(3-1)의 연산 결과, 46917의 R 열전대 센서에 대한 real 게인 출력에 대한 입력 신호는 16868㎶로 구해진다. 이와 같이 구해된 16868㎶의 값은 S 열전대 센서에 대한 real 게인 입력 값인 것으로 추정할 수 있다.
즉, S223에서는 AD 컨버터(132)의 R 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 S 열전대 센서의 real 게인 입력 값을 추정할 수 있다.
이후, S 열전대 센서의 추정된 real 게인 입력에 대한 real 게인 출력은 S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)의 AD 변환식을 이용하여 구할 수 있다(S224).
즉, S 열전대 센서에 대한 추정된 게인 입력이 16868㎶이므로, 그 오프셋 출력은 S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)의 AD 변환식을 이용하여 구할 수 있다. 이때, S 열전대 센서에 대한 식(2) 또는 식(3)에서, S 열전대 센서에 대한 추정된 게인 입력인 I는 16868㎶가 적용되고, G는 S 열전대 센서에 대한 128배의 증폭비가 적용되며, 16 비트 양자화 비트수에 따른 Dmax는 65535가 적용되고, C는 2.5가 적용된다. 그 결과, 61067인 D의 real AD 출력이 도출되며, 도출된 61067의 값은 S 열전대 센서의 real 게인 출력인 것으로 설정할 수 있다.
즉, S224에서는 AD 컨버터(132)의 S 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 S 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 추정할 수 있다.
정리하면, S 열전대 센서의 경우, R 열전대 센서에 대한 각종 식을 기반으로, real 게인 입력은 16868㎶이고 이에 대한 real 게인 출력은 61067인 것으로 설정함으로써, S 열전대 센서에 대한 게인 설정을 완료할 수 있다.
<추정 기반 교정 작업의 결과에 대한 검증>
상술한 추정 기반 오프셋 및 게인 설정(교정 작업) 수행의 과정을 통해 도출된 real 오프셋 및 게인 설정에 대한 우수한 성능을 검증하도록 한다.
먼저, 본 발명과 같이 추정 기반의 교정 작업에 따른 오프셋 및 게인 설정의 값을 사용한 경우(A)와, 종래와 같이 실제로 외부의 시뮬레이션 신호를 입력하는 실측 기반의 교정 작업에 따른 오프셋 및 게인 설정의 값을 사용한 경우(B)를 비교하였다. 즉, 동일한 외부 온도 측정값에 따른 A 및 B의 비교 결과는 하기의 표 1과 같다.
입력 A의 온도 측정값
(real 오프셋 출력: 32700,
Real 게인 출력: 61067)		 B의 온도 측정값
(real 오프셋 출력: 32600,
real 게인 출력: 60995)		 비고
최소 최대 최소 최대 S 열전대 센서에 대한 열전대 모듈의 온도 측정값 차이: ±4.5℃
0℃ 0.5℃ 1.0℃ 2.5℃ 3.0℃
500℃ 499.0℃ 499.5℃ 500.5℃ 501.0℃
1000℃ 998.0℃ 998.5℃ 1000.0℃ 1000.5℃
1700℃ 1697.5℃ 1698.0℃ 1700.0℃ 1700.5℃
즉, 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명과 같은 추정 기반 교정 작업(A)에 따른 온측 측정값은 종래의 실측 기반 교정 작업(B)에 따른 온도 측정값에 비해 약 ±4.5℃ 이내의 미세한 오차를 보였으며, 이는 시스템 요구 조건에 부합하는 오차에 해당할 수 있다.다음으로, A 및 B에 대해 그 교정 작업의 소요 시간을 비교하였으며, 이는 하기의 표 2와 같다.
항목 시간(초) 비고(소요시간 차이)
A 154초 ㅿ[(A)-(B)] = -77초
B 231초
즉, 표 1에 나타난 바와 같이, 새로운 S 열전대 센서에 대한 교정 작업 시, 본 발명과 같은 추정 기반의 교정 작업(A)은 종래의 실측 기반 교정 작업(B)에 비해 약 77초의 시간이 감소됨을 알 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 사용자 단말 20: 전원 공급부
30: 스위치부 110: 전원 모듈
120: CPU 모듈 130: 열전대 모듈
131: 증폭부 132: AD 컨버터
140: 기타 모듈

Claims (18)

  1. 열전대 전압 신호의 입력 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 포함하는 열전대 모듈에 대해, 상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력을 교정하기 위해, 그 열전대 모듈을 포함하는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 그 PLC에 연결된 전자 장치에서 수행되는 방법으로서,
    제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하는 단계; 및
    상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전대 센서는 제2 열전대 센서의 온도 측정 범위를 포함하는 온도 측정 범위를 가지거나, 제2 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하는 열전대 전압 범위를 가지는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정립하는 단계는 다수의 열전대 센서 중에 제1 열전대 센서를 선택하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 열전대 센서는 제2 열전대 센서의 온도 측정 범위를 포함하면서 최소 차이의 온도 측정 범위를 가지거나, 제2 열전대 센서의 열전대 전압 범위를 포함하면서 최소 차이의 열전대 전압 범위를 가지는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교정식은 하기 식인 방법.
    Figure pat00013

    (단, x1은 제1 열전대 센서에 대한 real 오프셋 출력 값, y1은 제1 열전대 센서에 대한 ideal 오프셋 출력 값, x2는 제1 열전대 센서에 대한 real 게인 출력 값, y2은 제1 열전대 센서에 대한 ideal 게인 출력 값을 각각 나타냄)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전대 센서의 오프셋 설정을 위해 상기 수행하는 단계는,
    제1 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 이용하여 열전대 모듈로 입력되는 입력 신호의 값을 구하며, 구해진 입력 신호의 값을 제1 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값으로 추정하는 단계; 및
    추정된 제2 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추정하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 추정하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구하는 방법.
    Figure pat00014

    (단, I는 입력 신호, D는 제1 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타냄)
  8. 제5항에 있어서,
    상기 설정하는 단계에서, AD 컨버터의 제2 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정하는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 설정하는 단계에서, 하기 식을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값을 설정하는 방법.
    Figure pat00015

    (단, D는 제2 열전대 센서의 real 오프셋 출력 값, I는 추정된 제2 열전대 센서의 real 오프셋 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제2 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타냄)
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열전대 센서의 게인 설정을 위해 상기 수행하는 단계는,
    제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력 값에 대한 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 구하는 단계;
    구해진 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값과 제1 열전대 센서의 상기 교정식을 각각 이용하여, 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값을 연산하는 단계;
    연산된 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값을 이용하여 열전대 모듈로 입력되는 입력 신호의 값을 구하며, 구해진 입력 신호의 값을 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값으로 추정하는 단계; 및
    추정된 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력에 대한 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값을 구하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 제1 열전대 센서의 ideal AD 게인 출력 값을 구하는 방법.
    Figure pat00016

    (단, D는 제1 열전대 센서의 ideal AD 출력 값, I는 제2 열전대 센서의 ideal 게인 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타냄)
  13. 제10항에 있어서,
    상기 추정하는 단계에서, AD 컨버터의 제1 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 상기 입력 신호의 값을 추정하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 추정하는 단계에서, 하기의 식을 이용하여 상기 입력 신호의 값을 구하는 방법.
    Figure pat00017

    (단, I는 입력 신호, D는 제1 열전대 센서의 real AD 출력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제1 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타냄)
  15. 제10항에 있어서,
    상기 설정하는 단계에서, AD 컨버터의 제2 열전대 센서에 대한 AD 변환 수치를 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 설정하는 단계에서, 하기 식을 이용하여 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값을 설정하는 방법.
    Figure pat00018

    (단, D는 제2 열전대 센서의 real 게인 출력 값, I는 추정된 제2 열전대 센서의 real 게인 입력 값, Dmax는 AD 컨버터의 최대 AD 출력 값, G는 제2 열전대 센서의 입력 신호에 대한 열전대 모듈에서의 증폭비, C는 AD 컨버터의 입력 범위가 -C ~ C인 경우에 대한 해당 C를 각각 나타냄)
  17. 열전대 전압 신호의 입력 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 구비한 열전대 모듈; 및
    열전대 모듈에 대해, 상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력의 교정과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력의 교정을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하도록 제어하며,
    상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하도록 제어하는 PLC.
  18. 열전대 전압 신호에 대해 AD 컨버팅(Analog-to-Digital converting)을 수행하여 AD 출력을 생성하는 AD 컨버터를 구비한 PLC의 열전대 모듈로, 열전대 전압 신호를 시뮬레이션 하는 입력 신호를 생성하여 제공하는 전원 공급부; 및
    상기 입력 신호 중 저전압 오프셋 입력에 따른 AD 출력인 오프셋 출력의 설정과, 상기 입력 신호 중 고전압 게인 입력에 따른 AD 출력인 게인 출력의 교정을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    제1 열전대 센서에 대해, 실측된 실제(real)의 오프셋 및 게인 출력 값과, 이상적인(ideal) 오프셋 및 게인 출력 값을 기반으로 real AD 출력과 ideal AD 출력 간의 관계에 대한 교정식을 정립하도록 제어하며,
    상기 교정식을 이용하여, 제2 열전대 센서에 대한 오프셋 및 게인 출력을 추정하며, 추정된 오프셋 및 게인 출력을 기반으로 제2 열전대 센서의 오프셋 및 게인 설정에 대한 교정을 수행하도록 제어하는 시스템.
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