KR20240068155A - 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템 - Google Patents

Abstract

네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 하며, 다양한 운전제어기능을 통해 다양한 모터 기동방식에 대응하도록 하고, 공통 어드레스 할당방식을 통해 장비 어드레스를 외부에서 설정하도록 하여 운영의 편리성을 도모하도록 한 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템에 관한 것으로서, 전자과부하릴레이와 모터 접속자와 연계하여 운전 및 트립 동작을 제어하며, 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치 장치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 제어하며, 장비 운전에 따른 상태 표시를 제어하는 메인 제어 패널, 및 메인 제어 패널과 네트워크로 연결되며, 사용자의 조작에 따른 입력신호를 상기 메인 제어 패널에 전송하며, 외부에서 입력되는 디지털 제어 데이터에 따라 전자 접촉기 및 전자과부하릴레이를 동작시키고, 장비 운전에 따른 상태를 표시하는 복수의 스마트 스위치장치를 포함하여, 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템을 구현한다.

Description

스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템{Motor control system using smart switch}

본 발명은 스마트 스위치(smart switch)를 이용한 모터제어시스템에 관한 것으로, 특히 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 하며, 다양한 운전제어기능을 통해 다양한 모터 기동방식에 대응하도록 하고, 공통 어드레스 할당방식을 통해 장비 어드레스를 외부에서 설정하도록 하여 운영의 편리성을 도모하도록 한 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공장, 건물, 산업시설 등 다양한 곳에서 상수/하수 제어, 온도조절, 공조(air conditioning) 등을 위하여 수많은 전동기(Motor)가 가동되고 있다.

이러한 전동기를 가동하기 위한 전기 패널인 전동기제어반 즉, MCC(Motor Control Center)라고 불리는 모터 제어반을 이용한다.

전동기 제어반은 전동기와 관련 부하장치를 안전하게 보호하는 것으로, 변압기에서 공급되는 저압의 전기를 전동기로 배분 및 과전류가 흐르는 것을 감시 및 차단하는 기능을 수행한다. 그리고 전동기는 현장의 요구에 맞추어 자동으로 구동되거나 멈출 필요가 있으므로, 전자 개폐기 등을 이용한 회로(circuit)를 사용하여 전동기를 제어하고 있다.

또한, 전동기가 많이 사용되는 경우에는 관리, 운용의 효율을 위하여 여러 개의 전동기용 유닛(Unit)을 하나의 캐비닛에 집적한 형태의 전동기 전용 배전반을 제작하여 전동기를 제어하게 된다. 특히, 전동기 제어반인 모터 제어반에는 컨트롤 스위치, 릴레이, 모터 접촉반(MC) 등 다양한 장치가 이용된다.

그리고 컨트롤 스위치는 복수로 구비되고, 각각의 컨트롤 스위치는 시리얼 방식(16EA) 또는 링 방식(40EA)으로 다른 스위치와 통신으로 연결된다.

도 1은 일반적인 모터 제어반의 통신 시스템 구성도를 도시한 것으로서, 차단기(MCCB; Molded Case Circuit Breaker)(1), 변류기(CT; Current Transformer)(2), 전자 접촉기(MC; Magnetic Contact)(3), 모터(4), 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC; Programmable Logic Controller)(5), 복수의 컨트롤 스위치(6a, 6b, 6c), 상기 복수의 컨트롤 스위치(6a, 6b, 6c)와 일대일 대응하게 연결되는 현장 제어반(LOPC)(7a, 7b, 7c)을 포함한다.

여기서 복수의 컨트롤 스위치를 1개 또는 3개만 도시 하였으나, 통신 모듈을 포함하고 시리얼 방식으로 연결할 경우 최대 16개가 연결되고, 링 방식으로 연결할 경우 최대 40개가 연결된다. 하나의 컨트롤 스위치(예를 들어, 6a)는 상기 PLC(5)와 RS-485 Modbus 방식으로 통신이 이루어진다. 아울러 컨트롤 스위치와 대응하는 현장 제어반은 펄스 네트워크(Pulse Network)를 통해 통신이 연결된다.

한편, 컨트롤 스위치를 포함하는 모터 제어반에서 통신 시스템에 대한 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 다수의 모터 제어 유닛(MCU), 통신 네트워크(16)를 통하여 다수의 MCU(18)로부터 데이터 신호를 전송 및 수신하도록 구성된 MCU 제어기(12)를 포함한다. 다수의 MCU(18) 각각은, 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 동작 가능한 전기 접촉이 구비된 자기 접촉기(22), 자기 접촉기(22) 및 MCU 제어기(12)에 동적으로 접속되며, 전기 접촉의 상태를 감시하고 이 감시된 상태 정보를 MCU 제어기(12)에 전송하며, MCU 제어기(12)로부터 수신된 데이터 신호에 근거하여 자기 접촉기(22)를 가동시키도록 구성된 국부 제어 모듈(30)을 포함한다.

이러한 구성을 통해, MCC 통신 시스템의 MCC내 버킷(buckets)을 제어하기 위한 중앙 집중형 제어 구성(centralized control configuration)을 사용하는 MCC 통신 시스템을 구현한다.

또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 코일이 권선된 환형의 코어를 구비하고 길이방향 중심축이 삼각형의 세 꼭짓점에 각각 위치하는 제1 CT(10), 제2 CT(20) 및 제3 CT(30), 코일이 권선된 환형의 코어를 구비하고 3 상의 전력 선로가 관통하는 관통 구를 구비한 ZCT(40), 적어도 상기 제1 CT(10), 상기 제2 CT(20), 상기 제3 CT(30) 및 상기 ZCT(40)를 내장하는 케이스를 포함하며 상기 3 상의 전력 선로에 대한 계측 기능을 적어도 가지는 전기 모듈을 구현한다.

이러한 구성을 통해, 전력 선로의 길이방향과 수직한 방향에서 전기 모듈의 크기를 대폭 저감하며, ZCT에서의 평형 특성을 일정하게 하면서도 전력 선로들을 조밀하게 모을 수 있어 랙 내에서의 공간 효율성을 크게 하는 효과를 가진다.

그러나 상기와 같은 일반적인 모터 제어반의 통신 시스템 및 종래기술들은 컨트롤 스위치로 마그네틱(Magnetic) 스위치를 사용하고, 구동기로 릴레이를 사용하며 구성이 복잡한 선택 스위치를 사용하기 때문에, 제어반의 제작 기간이 많이 소요되고, 이로 인해 인건비가 증가하는 단점을 유발하였다.

또한, 일반적인 모터 제어반의 통신 시스템 및 종래기술은 복수의 스위치 및 구동기가 시리얼 방식 및 링 방식으로 연결되어 통신을 하기 때문에, 연결하는 스위치의 개수가 제한되며, 어느 하나의 회선이 단선되면 그 이하 컨트롤 스위치에 장해가 발생하여 나머지 컨트롤 스위치 간에도 통신이 단절되어, 모터 제어반의 역할을 할 수 없는 단점도 있었다.

대한민국 공개특허 10-2010-0038162호(2010.04.13. 공개)(모터 제어 센터 통신 시스템) 대한민국 등록특허 10-1636487호(2016.06.29. 등록)(CT 및 ZCT를 내장하는 전기 모듈)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 하며, 다양한 운전제어기능을 통해 다양한 모터 기동방식에 대응하도록 하고, 공통 어드레스 할당방식을 통해 장비 어드레스를 외부에서 설정하도록 하여 운영의 편리성을 도모하도록 한 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 한 개의 네트워크(2 WIRE)에 모든 스마트 스위치가 연결되어 통신을 통해 제어 데이터를 송수신할 수 있도록 함으로써, 제어수량의 확대에 용이, 제어 기능의 단순화, 제어배선의 간략화, 제작인원을 전문 기능 인력에서 단순 기능 인력으로 대체할 수 있도록 한 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템"은,

통신 모듈 및 제어 로직을 포함하고, 전자과부하릴레이와 모터 접속자와 연계하여 운전 및 트립 동작을 제어하며, 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치 장치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 제어하며, 장비 운전에 따른 상태 표시를 제어하는 메인 제어 패널;

상기 메인 제어 패널과 네트워크로 연결되며, 사용자의 조작에 따른 입력신호를 상기 메인 제어 패널에 전송하며, 외부에서 입력되는 디지털 제어 데이터에 따라 전자 접촉기 및 전자과부하릴레이를 동작시키고, 장비 운전에 따른 상태를 표시하는 복수의 스마트 스위치장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 패널은,

네트워크에 연결된 복수의 스마트 스위치 장치의 제어를 위한 메인 제어 유닛을 포함하고,

상기 메인 제어 유닛은 네트워크에 연결되어 있는 복수의 스마트 스위치 장치와 주기적으로 통신을 수행하여 시작단 스마트 스위치 장치와 최종단 스마트 스위치 장치 간의 거리를 계산하고, 상기 거리 계산을 통해 네트워크의 길이를 측정한 후, 측정한 네트워크의 길이에 따라 통신 속도를 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 유닛은,

모터 운전을 위해, 직입 운전 제어모드, 정역 운전 제어모드, Y-Δ 운전 제어모드, 리액터 운전 제어모드, 소프트 운전 제어모드, 인버터 운전 제어 모드를 탑재하고,

딥 스위치에 의한 선택 운전에 따라 상기 복수의 운전 제어 모드 중 특정 운전 모드를 선택하여 인버터 운전속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,

장비 어드레스 설정을 위한 복수의 헥사 스위치를 구비한 스위치 선택부를 포함하고,

상기 스위치 선택부는 상기 복수의 헥사 스위치의 조작에 따라 공통 어드레스 할당방식으로 장비 어드레스를 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,

장비의 운전 선택권 부여를 위한 딥 스위치를 구비한 운영기능 선택부를 포함하고,

상기 운영기능 선택부는 상기 딥 스위치의 조작에 따라 장비의 운전 위치와 운전의 우선권을 부여하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,

장비 운전에 따른 상태 표시를 수행하는 램프 표시부를 포함하고,

상기 램프 표시부는 장비의 운전 선택, 운전과 정지, 과부하 상태를 시각적으로 표시해주어 운전자가 직관적으로 장비의 상태를 인지하도록 해주는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 패널은,

입력 전원을 정류 및 직류/직류 변환하여 전원 케이블을 통해 하위의 복수의 스마트 스위치 장치의 구동 전원을 공급해주는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 유닛은,

네트워크로 연결된 복수의 스마트 스위치장치에서 동시 운전조작 신호가 발생하면, 데이터 흐름 제어 기능을 통해 데이터의 충돌을 제거하여 네트워크 데이터 신호의 누락 없이 복수의 스마트 스위치 장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어 유닛은,

전동기 기동 운전중에 Y-Δ 운전 제어와 리액터 운전 제어 및 소프트 스타트 운전제어시 기동 제어의 시간 설정을 통해 모터 기동에 사용되는 기동 전류를 최소화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 도모해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 다양한 운전제어기능을 통해 다양한 모터 기동방식에 대응할 수 있으며, 공통 어드레스 할당방식을 통해 장비 어드레스를 외부에서 설정하도록 하여 운영의 편리성을 도모해주는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따르면 한 개의 네트워크(2 WIRE)에 모든 스마트 스위치가 연결되어 통신을 통해 제어 데이터를 송수신할 수 있도록 함으로써, 제어수량의 확대에 용이, 제어 기능의 단순화, 제어배선의 간략화, 제작인원을 전문 기능 인력에서 단순 기능 인력으로 대체할 수 있도록 도모해주는 효과도 있다.

도 1은 종래 모터 제어시스템 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 스마트 스위치를 이용한 모터 제어시스템의 개략 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 메인 제어 패널의 실시 예 블록 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 스위치 장치의 실시 예 블록 구성도이며,
도 5는 본 발명에서 인버터 운전제어 속도 조절 기능을 회로도이고,
도 6은 본 발명에서 장비 어드레스 설정 예시이며,
도 7은 본 발명에서 장비의 운전 위치 예시이며,
도 8은 본 발명에서 장비 운전에 따른 상태표시 예시이며,
도 9는 본 발명에서 네트워크 거리에 따른 통신속도 조절기능 예시이며,
도 10은 본 발명에서 운전모드 외부설정 기능을 예시이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템의 개략 구성도로서, 메인 제어 패널(100)과 스마트 스위치장치(200)로 이루어지며, 메인 제어 패널(100)은 상태 표시를 위한 램프 표시부(110), 모터 운전 제어를 위한 메인 보드(120)를 포함할 수 있다.

여기서 메인 보드(MC_Board)(120)는 스마트 스위치장치(200)의 개수에 일대일 대응하게 구현되며, 스마트 스위치장치(200)는 역시 통신 네트워크를 통해 제어 가능한 개수만큼 확장되어 구현될 수 있다.

도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템은, 차단기(MCCB), 전자과부하릴레이(EOCR; Electronic Overload Relays), 전자 접촉기(MC; Magnetic Contact) 및 모터 등을 포함하여 구현된다.

여기서 차단기(MCCB)는 과전류가 검출되면 부하에 공급되는 전력을 차단하는 역할을 하며, 전자과부하 릴레이는 모터의 과부하로 인해 전류가 증가하면 메인 제어 패널의 제어에 따라 전자 접촉기를 개방시켜 모터에 공급하는 전력을 차단하는 역할을 한다. 아울러 상기 전자 접촉기는 상기 전자과부하릴레이를 통과한 전력을 모터에 공급하거나 차단하는 역할을 한다.

상기 차단기, 전자과부하릴레이, 전자 접촉기 및 모터의 구동 동작은 기존의 모터제어반에 구성된 구성과 기술 구성, 작용 및 동작이 동일하므로, 이하 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

메인 제어 패널(100)은 통신 모듈 및 제어 로직을 포함하고, 전자과부하릴레이와 모터 접속자와 연계하여 운전 및 트립 동작을 제어하며, 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치 장치(200)의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 제어하며, 장비 운전에 따른 상태 표시를 제어하는 역할을 한다.

이러한 메인 제어 패널(100)은 도 3에 도시한 바와 같은 메인 보드(120)로 구현될 수 있다.

상기 메인 보드(120)는 전원 공급 및 데이터 인터페이스를 위한 제1 터미널 블록(131), 상기 제1 터미널 블록(131)을 통해 공급되는 구동 전원(예를 들어, AC 220V)을 입력받는 전원 입력부(132), 상기 전원 입력부(132)에서 입력된 교류 전원을 정류하여 직류 전압으로 만드는 정류부(133), 상기 정류부(133)에서 정류된 직류 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하여 연계된 장비에 공급해주는 DC/DC 컨버터(134)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인 보드(120)는 딥 스위치(Dip Switch)에 의한 선택 운전에 따라 복수의 운전 제어 모드 중 특정 운전 모드를 선택하여 인버터 운전속도 제어 데이터를 출력하는 운영기능 선택부(135), 상기 운영기능 선택부(135)에 의해 선택된 운영기능 데이터를 신호처리하여 메인 제어 유닛(140)에 전달하는 제1정수회로부(137), 복수의 헥사 스위치(Hexa Switch)의 조작에 따라 공통 어드레스(Address) 할당방식으로 장비 어드레스 설정 데이터를 출력하는 스위치 선택부(136), 상기 스위치 선택부(136)에서 출력되는 장비 어드레스 설정 데이터를 신호처리한 후 상기 메인 제어 유닛(140)에 전달하는 제2정수회로부(138), 외부 디지털 데이터를 입력받아 상기 제2정수회로부(138)에 전달하는 외부 디지털 입력부(141), 외부 아날로그 신호를 입력받는 외부 아날로그 입력부(142), 상기 외부 아날로그 입력부(142)를 통해 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 메인 제어 유닛(140)에 전달하는 아날로그/디지털 컨버터(143)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인 보드(120)는 실시간으로 클록을 발생하여 상기 메인 제어 유닛(140)에 전달해주는 클록 발생기(139), 통신 속도 설정, 인버터 운전속도 제어, 어드레스 할당, 장비 동작상태 표시 제어를 수행하는 메인 제어 유닛(140), 상기 메인 제어 유닛(140)에서 출력되는 상태 표시 제어신호 및 릴레이 제어 신호를 신호처리하여 출력하는 제3정수회로부(147), 상기 제3정수회로부(147)에서 출력되는 릴레이 제어 신호를 처리하여 제2 터미널 블록(160)을 통해 연계된 스마트 스위치 장치 또는 다른 메인 보드로 전송하는 릴레이 출력부(148)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인 보드(120)는 상기 메인 제어 유닛(140)에 설치하기 위한 제어 프로그램을 다운로드 받거나, 설치된 제어 프로그램을 업데이트하기 위한 업데이트 프로그램을 입력받는 프로그램 입력포트(144), 상기 메인 제어 유닛(140)에서 다른 메인 보드 또는 하위 스마트 스위치 장치로 전송하는 데이터를 네트워크로 전송하고, 상기 네트워크를 통해 수신한 데이터를 상기 메인 제어 유닛(140)에 전달하는 통신 컨트롤러(145), 상기 통신 컨트롤러(145)와 연계하여 송신 데이터와 수신 데이터를 설정된 통신 방식으로 변환하여 인터페이스 하는 트랜시버(146)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인 보드(120)는 상기 메인 제어 유닛(140)에서 출력되는 제어 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 컨버터(149), 상기 디지털/아날로그 컨버터(149)를 통해 출력되는 아날로그 신호를 외부 아날로그 출력신호로 출력하는 외부 아날로그 출력부(150), 상기 릴레이 출력부(148)를 통해 출력된 릴레이 제어신호, 상기 외부 아날로그 출력부(150)를 통해 출력되는 외부 아날로그 신호, 상기 트랜시버(146)를 통해 출력되는 제어 데이터를 연계된 메인 보드 또는 스마트 스위치 장치로 전송하고, 상기 연계된 메인 보드 또는 스마트 스위치 장치로부터 전송된 데이터를 상기 트랜시버(146)를 통해 메인 제어 유닛(140)에 전달하는 제2 터미널 블록(160)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인 보드(120)는 상기 제3정수회로부(147)에서 출력되는 상태 표시 제어신호에 따라 장비의 운전선택, 운전과 정지 상태, 과부하 상태를 시각적으로 표시해주는 램프 표시부(110)를 포함할 수 있다.

복수의 스마트 스위치 장치(200)는 상기 메인 제어 패널(100)과 네트워크로 연결되며, 사용자의 조작에 따른 입력신호를 상기 메인 제어 패널(100)에 전송하며, 외부에서 입력되는 디지털 제어 데이터에 따라 전자 접촉기 및 전자과부하릴레이를 동작시키고, 장비 운전에 따른 상태를 표시하는 역할을 한다.

여기서 복수의 스마트 스위치장치를 이루는 각각의 스마트 스위치 장치의 구성, 동작 및 작용은 동일하므로, 이하, 하나의 스마트 스위치 장치(200)에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 스마트 스위치 장치(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 메인 보드(120)로부터 출력되는 전원을 공급받거나 데이터 인터페이스를 위한 제1 터미널 블록(201), 상기 제1 터미널 블록(201)을 통해 공급되는 구동 전원(예를 들어, DC 24V)을 소정의 직류 전원으로 만들어 연계된 장비에 공급해주는 직류/직류 컨버터(202), 딥 스위치(Dip Switch)에 의한 선택 운전에 따라 복수의 운전 제어 모드 중 특정 운전 모드를 선택하여 인버터 운전속도 제어 데이터를 출력하는 운영기능 선택부(203), 상기 운영기능 선택부(203)에 의해 선택된 운영기능 데이터를 신호처리하여 메인 제어 유닛(210)에 전달하는 제1정수회로부(206), 복수의 헥사 스위치(Hexa Switch)의 조작에 따라 공통 어드레스(Address) 할당방식으로 장비 어드레스 설정 데이터를 출력하는 스위치 선택부(204), 상기 스위치 선택부(204)에서 출력되는 장비 어드레스 설정 데이터를 신호처리한 후 상기 메인 제어 유닛(210)에 전달하는 제2정수회로부(207), 선택 버튼(205)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 스마트 스위치 장치(200)는 실시간으로 클록을 발생하여 상기 메인 제어 유닛(210)에 전달해주는 클록 발생기(208), 통신 속도 설정, 인버터 운전속도 제어, 어드레스 할당, 장비 동작상태 표시 제어를 수행하는 메인 제어 유닛(210), 상기 메인 제어 유닛(210)에서 출력되는 상태 표시 제어신호를 신호처리하여 출력하는 제3정수회로부(211), 상기 제3정수회로부(211)에서 출력되는 상태 표시 제어신호에 따라 장비의 운전선택, 운전과 정지 상태, 과부하 상태를 표시해주는 램프 표시부(212)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스마트 스위치장치(200)는 상기 메인 제어 유닛(210)에 설치하기 위한 제어 프로그램을 다운로드 받거나, 설치된 제어 프로그램을 업데이트하기 위한 업데이트 프로그램을 입력받는 프로그램 입력부(209), 상기 메인 제어 유닛(210)에서 하위 스마트 스위치 장치로 전송하는 데이터를 네트워크로 전송하고, 상기 네트워크를 통해 수신한 데이터를 상기 메인 제어 유닛(210)에 전달하는 통신 컨트롤러(214), 상기 통신 컨트롤러(214)와 연계하여 송신 데이터와 수신 데이터를 설정된 통신 방식으로 변환하여 인터페이스 하는 트랜시버(215), 상기 트랜시버(215)를 통해 출력되는 제어 데이터를 연계된 스마트 스위치 장치로 전송하고, 상기 연계된 스마트 스위치 장치로부터 전송된 데이터를 상기 트랜시버(215)를 통해 메인 제어 유닛(210)에 전달하는 제2 터미널 블록(220)을 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 메인 보드(MC_Board)(120)의 전원 입력부(132)는 제1 터미널 블록(131)을 통해 구동 전원(예를 들어, AC 220V)을 입력받아 정류부(133)에 전달한다. 정류부(133)는 상기 전원 입력부(132)에서 입력된 교류 전원을 전파정류하고 평활하여 소정의 직류 전압(예를 들어, DC 24V)으로 만들어 제2 터미널 블록(160)을 통해 전력 케이블로 연계된 스마트 스위치장치(200)로 공급해준다.

아울러 DC/DC 컨버터(134)는 상기 정류부(133)에서 정류된 직류 전압을 소정 레벨의 직류 전압(예를 들어, DC 5V)으로 변환하여 연계된 장비에 공급해준다.

모터제어시스템에 구동 전원이 공급된 상태에서, 상기 메인 보드(120)의 메인 제어 유닛(140)은 네트워크에 연결되어 있는 복수의 스마트 스위치 장치와 주기적으로 통신을 수행하여 시작단 스마트 스위치 장치(최초 장비)와 최종단 스마트 스위치 장치(최종 장비) 간의 거리를 계산하고, 상기 거리 계산을 통해 네트워크의 길이를 측정한 후, 측정한 네트워크의 길이에 따라 통신 속도를 설정한다.

즉, 스위치 선택부(136)의 헥사 스위치를 0xFF로 설정하고, 메인 보드의 1개와 스마트 스위치 1개의 전원을 온(on)하고, ID를 보내 달라고 하는 메시지를 보내면 응답까지의 시간을 이용하여 거리를 계산한다. 그리고 계산한 거리를 통신 네트워크의 거리로 산출한다.

도 9는 네트워크 거리에 따른 통신속도 설정 예시이다.

이렇게 통신 네트워크의 거리에 따란 시스템의 통신 속도를 최적으로 설정함으로써, 네트워크 장비들이 최상의 통신 속도로 명령을 수행할 수 있게 된다.

아울러 상기 메인 제어 유닛(140)은 모터 운전을 위해, 직입 운전 제어모드, 정역 운전 제어모드, Y-Δ 운전 제어모드, 리액터 운전 제어모드, 소프트 운전 제어모드, 인버터 운전 제어 모드 등과 같은 다양한 운전 모드를 탑재하고, 딥 스위치에 의한 선택 운전에 따라 상기 복수의 운전 제어 모드 중 특정 운전 모드를 선택하여 인버터 운전속도를 제어한다.

예컨대, 운영자 또는 관리자는 운전 모드의 선택을 위해, 운영기능 선택부(135)의 딥 스위치(Dip Switch)를 이용하여 운전 모드를 선택한다. 상기 운영기능 선택부(135)에서 출력되는 운전 모드인 인버터 운전속도 데이터는 제1정수회로부(137)를 통해 신호처리하여 메인 제어 유닛(140)에 전달한다.

상기 메인 제어 유닛(140)은 수신한 운전 모드 데이터에 대응하여, 릴레이 제어신호를 출력하게 되고, 이렇게 출력되는 릴레이 제어신호는 제3정수회로부(147)에서 신호 처리된 후, 릴레이 출력부(148), 제2 터미널 블록(160)을 순차 통해 연계된 스마트 스위치로 전송되어, 릴레이 제어 및 인버터 운전 방식이 제어되도록 한다.

도 10은 딥 스위치에 조작에 따른 운전 모드 설정, 그리고 설정된 운전 모드에 따른 릴레이 출력 관계를 나타낸 것이다.

딥 스위치 선택이 X000이면 직입운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1 출력을 수행하며, 딥 스위치 선택이 X001이면 정역 운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1 출력과 릴레이 2 출력을 수행하며, 딥 스위치 선택이 X010이면 Y-Δ 운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1,2 출력을 t초 수행하고 이어 릴레이 1,3을 출력하게 되며, 딥 스위치 선택이 X011이면 리액터 운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1 출력 후 t초 후 릴레이 2 출력을 하며, 딥 스위치 선택이 X100이면 소프트 운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1 출력 후 t초 후 릴레이 2 출력을 수행하며, 딥 스위치 선택이 X101이면 인버터 운전 제어모드로 설정하고, 릴레이 1 출력 + 아날로그 출력을 수행한다.

이러한 운전 모드에 따라 인버터 운전제어 속도를 조절하여, 모터 제어에 최적화를 도모한다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 속도 조절이 가능한 모터의 운전이 가능하도록 하기 위하여 상기와 같이 복수의 운전 모드를 구비하고, 사용자가 가변 볼륨을 이용하여 인버터 운전제어 속도 조절 신호(0 - 1KΩ)를 입력하면, 아날로그/디지털 컨버터(143)에서 이를 디지털 데이터로 변환하여 메인 보드(120)의 메인 제어 유닛(140)에서 전달한다. 상기 메인 제어 유닛(140)은 입력된 인버터 운전제어 속도조절신호에 대응하여 인버터의 운전 속도 조절을 위한 제어 데이터를 발생하게 되고, 이렇게 발생하는 인버터 운전 속도 조절 데이터는 디지털/아날로그 컨버터(149)를 통해 아날로그 신호로 변환되고, 외부 아날로그 출력부(150), 제2 터미널 블록(160)을 통해 해당 장비로 전달되어 인버터의 운전 속도 조절이 이루어지도록 한다.

인버터 속도 제어에 대하여 자동 운전 제어는 통신 네트워크를 통해 해당 장비로 전달되도록 함으로써, 자동 운전 제어를 구현할 수 있다.

여기서 본 발명은 운전 모드가 Y-Δ 운전 제어모드이거나 리액터 운전 제어모드(소프트 스타트 운전 제어모드)이면, 모터 스타트 초기 운전시간 조절을 통해, 기동 전류를 절감하면서 모터 제어에 최적화를 도모하도록 한다.

즉, 전동기 기동운전 중에 Y-△ 운전 제어와 리액터(소프트 스타트) 운전 제어는 용량(Y-△: 15Kw ~ 37Kw, 리액터: 45Kw ~ 110Kw) 모터 기동에 사용되고, 기동 전류를 최소화하기 위하여 기동과 운전을 연결하여 제어하는 데 기동제어에 대한 시간을 설정하기 위하여 Dip Switch나 Hex Switch를 통하여 운전시간을 설정함으로써, 스타트 초기 운전시간 조절을 통해 기동 전류를 최소화하고, 안정화된 상태에서 모터 운전을 구현할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 딥 스위치를 이용한 운전 모드 선택이 가능하도록 함으로써, 소프트웨어적으로 운전 모드의 제어가 가능하여, 운전 모드에 따른 모든 배선을 설치할 필요 없이 릴레이 제어를 통해 적은 배선으로도 이들의 결합을 통해 모든 운전 모드의 구현이 가능하여 배선을 절감할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 특징으로 장비 어드레스를 공통 어드레스 할당방식으로 설정함으로써, 운영의 편리성을 확보하고, 어드레스 설정 시간을 단축할 수 있으며, 장비의 이동시에도 어드레스의 혼선을 방지할 수 있다.

예컨대, 장비 어드레스 설정 시 운영자 또는 관리자는 스위치 선택부(136)의 복수의 헥사 스위치(2개의 Hexa Switch)의 조작을 통해 0 ~ 255(0x00 ~ 0xff)까지의 장비 어드레스를 설정한다. 즉, 장비 어드레스 설정은 공통 어드레스 할당방식으로 메인 보드 또는 스마트 스위치장치 어디에서든지 장비 어드레스의 설정이 가능하다.

설정된 장비 어드레스 데이터는 제2정수회로부(138)를 통해 처리된 후 메인 제어 유닛(140)에 전달되고, 메인 제어 유닛(140)은 이렇게 설정된 장비 어드레스를 기반으로 메인 보드와 스마트 스위치 장치 간의 데이터 통신을 위한 식별정보(Identity)를 확인하고, 이를 이용하여 해당 장비를 제어하게 된다.

도 6은 공통 어드레스 할당방식으로 장비 어드레스를 할당하는 예시이다.

또한, 본 발명은 장비의 운전선택권 부여를 위하여 딥 스위치를 이용하여 장비에 운전 위치와 운전의 우선권을 부여할 수 있다.

즉, 운영자 또는 관리자는 운영기능 선택부(135)의 딥 스위치를 조작하여 해당 장비의 운전 위치 및 운전 우선권을 요청한다. 이렇게 운영기능 선택부(135)를 통해 출력되는 운전 위치 및 운전 우선권 요청신호는 제1정수회로부(137)를 통해 신호 처리된 후 메인 제어 유닛(140)에 전달된다. 상기 메인 제어 유닛(140)은 수신한 운전 위치 및 운전 우선권 요청신호에 따라 해당 장비의 운전 우선권을 부여하여, 운전을 제어한다.

도 7은 장비의 운전 위치 및 운전 우선권 부여 예시로서, 딥 스위치의 조작이 0xxx이면 운전 우선권이 메인 보드이며, 장비 위치는 MCC 또는 제어 패널임을 인지할 수 있으며, 딥 스위치의 조작이 0xxx이면 운전 우선권이 제1 스마트 스위치 장치이며, 장비 위치는 MCC 또는 패널 도어임을 인지할 수 있으며, 딥 스위치의 조작이 1xxx이면 운전 우선권이 제2 스마트 스위치장치이며, 장비 위치는 로컬 패널임을 인지할 수 있다.

한편, 본 발명은 장비 운전 상태에 따른 표시 기능을 통해, 운영자 또는 관리자가 어느 위치에 있더라고 네트워크를 통해 연결된 장비의 상태를 실시간 정확하게 인지할 수 있도록 도모해준다.

즉, 메인 제어 유닛(140)은 현재 장비의 전체 운영 정보를 기초로 운전 선택이 이루어진 장비, 장비의 운전과 정지 상태, 과부하 상태를 판단하며, 이렇게 판단한 전체 장비의 운영 정보를 기초로 장비 상태 표시 제어신호를 생성하여 출력한다.

이렇게 출력되는 장비 상태 표시 제어신호는 제3정수회로부(147)를 통해 신호 처리된 후 램프 표시부(110)로 전달된다.

램프 표시부(110)는 다색의 발광다이오드(LED)를 이용하여 현재 장비의 상태 정보를 시각적으로 표시해주어 운전자가 직관적으로 장비의 상태를 인지하도록 한다.

도 8은 램프 표시를 통해 장비의 상태(운전이 선택된 장비, 장비의 운전 및 정지 상태, 과부하 상태)를 시각적으로 표시해주는 예시이다.

여기서 장비의 상태 표시가 특정 스마트 스위치 장치일 경우, 네트워크를 통해 해당 스마트 스위치 장치의 메인 제어 유닛(예를 들어, 210)에서 장비 상태 정보를 수신한 후, 램프 표시부(212)를 통해 장비의 상태(운전이 선택된 장비, 장비의 운전 및 정지 상태, 과부하 상태)를 시각적으로 표시해준다. 이로써 운영자 및 관리자가 어느 위치에서도 장비의 상태 정보를 실시간으로 인지할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어 유닛(140)은 네트워크로 연결된 복수의 스마트 스위치장치에서 동시 운전조작 신호가 발생하면, 데이터 흐름 제어 기능을 통해 데이터의 충돌을 제거하여 네트워크 데이터 신호의 누락 없이 복수의 스마트 스위치 장치의 운전을 제어한다.

또한, 상기 메인 보드(120) 또는 스마트 스위치 장치(200)는 프로그램 입력포트(144)(209)를 통해 메인 제어 유닛(140)(210)에 설치하기 위한 제어 프로그램을 다운로드 받거나, 설치된 제어 프로그램을 업데이트하기 위한 업데이트 프로그램을 입력받게 된다. 이러한 프로그램 입력포트를 이용함으로써, 메인 보드의 프로그램 설치 및 업데이트, 스마트 스위치 장치의 프로그램 설치 및 업데이트를 용이하게 구현할 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 스마트 스위치 장치(200)도 도 3의 메인 보드와 연계하여, 전동기의 구동 및 차단을 수행하며, 각각의 블록에 대하여 동작은 메인 보드와 동일하므로, 중복 기재를 회피하기 위해서 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상 상술한 본 발명에 따르면 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 도모해준다.

또한, 본 발명에 따르면 다양한 운전제어기능을 통해 다양한 모터 기동방식에 대응할 수 있으며, 공통 어드레스 할당방식을 통해 장비 어드레스를 외부에서 설정하도록 하여 운영의 편리성을 도모해준다.

또한, 본 발명에 따르면 한 개의 네트워크(2 WIRE)에 모든 스마트 스위치가 연결되어 통신을 통해 제어 데이터를 송수신할 수 있도록 함으로써, 제어수량의 확대에 용이, 제어 기능의 단순화, 제어배선의 간략화, 제작인원을 전문 기능 인력에서 단순 기능 인력으로 대체할 수 있도록 도모해준다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 메인 제어 패널
110: 램프 표시부
120: 메인 보드
131: 제1 터미널블록
132: 전원 입력부
133: 정류부
134: DC/DC 컨버터
135: 운영기능 선택부
136: 스위치 선택부
137: 제1 정수회로부
138: 제2정수회로부
139: 클록 발생기
140: 메인 제어 유닛
141: 외부 디지털 입력부
142: 외부 아날로그 입력부
143: 아날로그/디지털 컨버터
144: 프로그램 입력포트
145: 통신 컨트롤러
146: 트랜시버
147: 제3정수회로부
148: 릴레이 출력부
149: 디지털/아날로그 컨버터
150: 외부 아날로그 출력부
160: 제2 터미널 블록
200: 스마트 스위치 장치

Claims (8)

1. 통신 모듈 및 제어 로직을 포함하고, 전자과부하릴레이와 모터 접속자와 연계하여 운전 및 트립 동작을 제어하며, 네트워크에 연결된 다수의 스마트 스위치 장치의 통신속도 조절을 통해 네트워크 장비들이 최상의 속도로 명령을 수행하도록 제어하며, 장비 운전에 따른 상태 표시를 제어하는 메인 제어 패널; 및
   상기 메인 제어 패널과 네트워크로 연결되며, 사용자의 조작에 따른 입력신호를 상기 메인 제어 패널에 전송하며, 외부에서 입력되는 디지털 제어 데이터에 따라 전자 접촉기 및 전자과부하릴레이를 동작시키고, 장비 운전에 따른 상태를 표시하는 복수의 스마트 스위치장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
2. 청구항 1에서, 상기 메인 제어 패널은,
   네트워크에 연결된 복수의 스마트 스위치 장치의 제어를 위한 메인 제어 유닛을 포함하고,
   상기 메인 제어 유닛은 네트워크에 연결되어 있는 복수의 스마트 스위치 장치와 주기적으로 통신을 수행하여 시작단 스마트 스위치 장치와 최종단 스마트 스위치 장치 간의 거리를 계산하고, 상기 거리 계산을 통해 네트워크의 길이를 측정한 후, 측정한 네트워크의 길이에 따라 통신 속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
3. 청구항 2에서, 상기 메인 제어 유닛은,
   모터 운전을 위해, 직입 운전 제어모드, 정역 운전 제어모드, Y-Δ 운전 제어모드, 리액터 운전 제어모드, 소프트 운전 제어모드, 인버터 운전 제어 모드를 탑재하고,
   딥 스위치에 의한 선택 운전에 따라 상기 복수의 운전 제어 모드 중 특정 운전 모드를 선택하여 인버터 운전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
4. 청구항 1에서, 상기 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,
   장비 어드레스 설정을 위한 복수의 헥사 스위치를 구비한 스위치 선택부를 포함하고,
   상기 스위치 선택부는 상기 복수의 헥사 스위치의 조작에 따라 공통 어드레스 할당방식으로 장비 어드레스를 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
5. 청구항 1에서, 상기 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,
   장비의 운전 선택권 부여를 위한 딥 스위치를 구비한 운영기능 선택부를 포함하고,
   상기 운영기능 선택부는 상기 딥 스위치의 조작에 따라 장비의 운전 위치와 운전의 우선권을 부여하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
6. 청구항 1에서, 상기 메인 제어 패널 또는 스마트 스위치 장치는,
   장비 운전에 따른 상태 표시를 수행하는 램프 표시부를 포함하고,
   상기 램프 표시부는 장비의 운전 선택, 운전과 정지, 과부하 상태를 시각적으로 표시해주어 운전자가 직관적으로 장비의 상태를 인지하도록 해주는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
7. 청구항 2에서, 상기 메인 제어 유닛은,
   네트워크로 연결된 복수의 스마트 스위치장치에서 동시 운전조작 신호가 발생하면, 데이터 흐름 제어 기능을 통해 데이터의 충돌을 제거하여 네트워크 데이터 신호의 누락 없이 복수의 스마트 스위치 장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
8. 청구항 2에서, 상기 메인 제어 유닛은,
   전동기 기동 운전중에 Y-Δ 운전 제어와 리액터 운전 제어 및 소프트 스타트 운전제어시 기동 제어의 시간 설정을 통해 모터 기동에 사용되는 기동 전류를 최소화하는 것을 특징으로 하는 스마트 스위치를 이용한 모터제어시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   

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