KR890000611B1

KR890000611B1 - 전자-공기식 변환기용 제어 시스템

Info

Publication number: KR890000611B1
Application number: KR1019840000822A
Authority: KR
Inventors: 엘렌 스미스 제인; 에드가 휘트포드 로우랜드
Original assignee: 더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴퍼니; 로버트 제이. 에드워즈
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1989-03-21
Also published as: ES529911A0; JPH04114612U; EP0120593A3; IN161518B; AU565737B2; EP0120593A2; BR8400580A; EP0120593B1; MX157424A; US4509547A; AU2478984A; ES8500666A1; SG38989G; DE3477854D1; KR840009006A; CA1210477A; JPS59158404A; HK68789A

Abstract

내용 없음.

Description

전자-공기식 변환기용 제어 시스템

제1도는 본 발명에 따른 제어 씨스템의 기본적인 블럭 다이어그램.

제1a도는 제1도의 기계적 써어보 장치의 배압노즐과 모우터 구동캠의 확대도.

제2도는 제1도의 블럭 다이어그램의 개략적인 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제어 씨스템 12 : 직류 모우터

14 : 모우터 써어보 회로 16 : 전원 공급기

18 : 라인 20 : 써어보 장치

21 : 배압노즐 23 : 캠

26 : 압력 변환기 38 : 위치 선정 증폭기

42 : 차동 증폭기 46 : 증폭회로

50 : 비례적분 제어기 52 : 트랜지스터

54 : 트랜지스터

본 발명은 두개의 양 전압을 가지는 전원 공급원을 이용하여 전자-공기식 변환장치를 제어하는 제어 시스템에 관한 것이다. 전자-공기식 변환장치에서 4-20mA의 전기적 신호는 솔레노이드 모우터의 코어에 비례적인 변위를 유발시키고 변위는 코어의 상태에 비례적으로 변하는 압력을 발생하는 밸브를 조절하는데 사용된다.

이러한 장치의 실예는 미국 특허 3,334,642호에 나타나 있으나 상기와 같은 장치에는 여러가지 단점이 있었다. 전원이 단절되면 전원이 단절된 상태에서의 제어위치를 그대로 유지해 주지 못하게 되는데 이는 전원이 단절되어 코일에 가해지던 전기가 제거되면 코어가 다시 원위치 상태로 돌아가게 되며 코어의 환원작용에 의해 공기식 출력신호를 제어하지 못하게 되므로서 결과적으로 제어장치를 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄된 상태로 만들기 때문이며, 경우에 따라 제어장치 자체가 파괴될 위험마저 있는 것이다.

또한 종래의 전자-공기식 변환기는 진동에 민감하게 작용하는데 이는 코어가 리미터의 조절범위만큼 작동하는 스프링에 매달린 형태로 설치되기 때문이며, 코어의 진동은 공기식 출력 신호의 진동을 유발하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 전원이 나간 상태에서도 공기식 변환장치에 가해진 최종적인 신호를 계속 유지할 수 있으며 진동에 영향을 받지 않도록 직류 모우터의 작동에 따라 공기식 노즐을 조절할 수 있도록 된 전자-공기식 변환기를 제공함에 목적이 있다. 또한 본 발명의 목적은 양전압과 음전압을 사용하지 않고 모우터의 정, 역방향의 회전을 조절할 수 있는 전자-공기식 변환기를 위한 제어 시스템을 제공함에 목적이 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 별도의 전원을 사용하지 않고 두개의 유익 공정제어 루우프(4-20mA)를 사용하여 전자-공기식 변환기를 작동하는데 있다.

본 발명의 전자-공기식 변환기에서 사용되는 직류 모우터는 4-20mA의 입력 신호에 의해 구동되며, 모우터 축에 설치된 캠에 의해 공기식 배압장치를 조절하므로서 4-20mA의 입력 신호에 부합되는 3-15PSI의 출력신호를 공기식 장치에서 발생하도록 한다. 직류 모우터의 회전은 4-20mA의 전기적 입력 신호에 의해 결정되는 셀 포인트 신호와 3-15PSI의 공기식 출력에 부합하여 궤환되는 압력 변환기로부터의 궤환신호사이의 오차 신호에 의해 결정된다. 오차 신호에 의한 전원의 작용은 기준 전압 근처에서 결정되며 오차 신호는 양극 전압이 기준 전압보다 높거나 낮음에 따라 직류 모우터의 회전 방향을 정,역 방향으로 결정하게 된다.

본 명세서에 첨부된 도면은 하나의 실시예를 나타내는 것으로 본 발명의 도면에 한정되는 것은 아니며 제1도의 1a도에서 보여주는 전자-공기식 제어 시스템(10)에 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 이하 본 발명을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하면 제1도 및 1a도는 전자-공기식 제어 시스템(10)을 보여주는 것으로 직류 모우터(12)는 모우터 써어보 회로(14)에 의해 제어되며 모우터 써어보 회로(14)는 라인(18)을 따라 4-20mA의 입력 신호를 공급받는 전원 공급기(16)에 의해 작동된다.

직류 모우터(12)는 기계적인 써어보 장치(20)에 연결되며 기계적인 써어보 장치(20)에는 직류 모우터(12)에 의해 구동되는 캠(23)에 의해 조절되도록 배압 노즐(21)이 설치되며 기계적인 써어보장치(20)는 라인(22)을 따라 배압 출력을 3-15PSI의 출력 범위로 조절할 수 있게 된다. 여기서 3-15PSI의 출력은 라인(10)을 따라 입력되는 4-20mA의 선형적인 전기적 입력 신호에 부합되도록 선형적으로 가변된다. 또한 3-15PSI의 출력은 라인(24)을 따라 압력 변환기(26)에 보내지며 압력 변환기(26)는 궤환 신호를 발생하여 직류 모우터(12)의 제어 결정에 사용하게 되는데 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 직류 모우터(12)는 두개의 전압을 가지고 회전 방향을 조정하되 양극(+)의 두개 전압을 사용하여 직류 모우터(12)의 정,역 회전을 결정할 수 있도록 하는데 전원공급기(16)는 전원 라인(28)(30)에 각각 양전압(V+)과 기준 전압(Vref)을 설정하게 된다. 여기서 양전압(V+)은 약 6.4V의 범위에 있으며 모우터 써어보 회로(14)뿐만 아니라 입력 라인(31)(33)을 통해 위치 선정 증폭기(38)와 증폭 회로(46)에 작동 전력을 공급하게 된다. 또한 전원 공급기(16)의 기준 전압(Vref)은 라인(30)을 따라 모우터 써어보 회로(14)에 가해지며 라인(32)을 통해 압력 변환기(26)에 가해지게 된다.

위치 선정 증폭기(38)는 라인(18)에 의해 입력되는 4-20mA의 전기적 입력신호로부터 셀 포인트 신호를 설정하고, 출력라인(22)에 3-15PSI의 출력을 발생시키게 되는데, 여기서 4-20mA의 전기적 입력 신호는 라인(34)에 의해 위치 선정 증폭기(38)의 입력단과 라인(36)의 공통회로 사이에 위치하는 10

의 저항에 보내진다.이렇게하여 4-20mA의 전기적 입력 신호가 10

의 저항에 가해지면 10

의 저항에서는 전압 강하가 발생하고 전압 강하는 위치 증폭기(38)에 상대적인 입력 전위를 가하게 된다. 위치 선정 증폭기(38)는 입력 신호를 미리 정해진 레벨로 증폭시키며 셋 포인트 신호를 차동 증폭기(42)에 가하게 되는데 라인(40)을 따라 차동 증폭기(42)에 가해진 셋 포인트 신호는 차동 증폭기(42)에 의해 라인(44)을 따라 가해지는 궤환신호와 비교하게 된다.

차동 증폭기(83)는 모우터 써어보 회로(14)의 첫번째 단계로, 차동 증폭기(42)에 가해지는 제2입력은 전술한 바와같이 라인(44)을 통해 증폭회로(46)로부터 궤환되는 궤환신호이며, 증폭회로(46)는 압력변환기(26)에 의해 제공되는 압력 신호를 조절(영점 및 평향조절)하게 되고, 압력 변환기(26)는 출력라인(22)에서 설정된 3-15PSI의 공기식 출력 신호를 전기적인 신호로 바꿔주게 된다.

차동 증폭기(42)는 라인(40)에 의한 셋 포인트 신호와 라인(44)에 의한 궤환 신호를 대비하여 라인(48)에 오차 신호를 설정하게 되며 라인(48)에 설정된 오차 신호는 비례적분 제어기(50)에 가해지게 되는데 이때 오차 신호는 궤환 신호와 셋 포인트 신호 사이의 차이에 비례하여 발생하며 기준 전압(Vref)에 대해 높거나 낮게 조정되어 비례적분 제어기(50)에 가해진다.

제2도에서 비례 적분 제어기(50)에는 상보 대칭(相補對稱)구조인 한쌍의 구동 트랜지스터(52)(54)가 설치되어 있는데 트랜지스터(52)(54)는 PNP와 NPN으로 되어 있어 라인(56)을 통해 감쇠 혹은 증가된 전류 신호를 모우터(12)에 가하게 된다. 모우터(12)의 양극 단자는 라인(56)에 연결되고 모우터(12)의 음극단자는 라인(58)을 통해 기준 전압(Vref)단의 라인(30)에 연결된다. 모우터(12)의 회전 방향은 비례 적분제어기(50)에서 나오는 출력에 따라 결정되며 기준 전압(Vref)과 비교하여 기준 전압(Vref)보다 높게되면 모우터(12)는 정회전하게 되고 기준전압(Vref)보다 낮게 되면 역회전 하게 된다. 출력 신호가 기준 전압(Vref)보다 높게되면 비례적분 제어기(50)의 NPN트랜지스터(52)에 전류가 흐르게 되고, 이 전류는 모우터(12)에 흐르게 되며, 제어기(50)의 적분 작용에 의한 임계 감쇠로 모우터(12)의 회전 속도를 조절하게 된다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

전압이 차동적으로 감소하면 이에 대응하여 전류가 감소하며 전류의 감소에 따라 모우터(12)의 회전 속도가 감소하게 된다. 비례적분 제어기(50)의 출력 전압이 기준 전압(Vref)과 같게되면 모우터(12)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 만약 비례 적분 제어기(50)의 출력 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮게 되면 모우터(12)의 회전 방향은 반대가 되며 모우터(12)에 가해지는 전압 레벨은 기준 전압(Vref)를 거치게 된다. 여기서 전압 레벨의 기준 전압(Vref)통과 즉 기준 전압(Vref)보다 높았던 전압이 기준 전압(Vref)과 같게 된 다음 기준전압(Vref)보다 낮게 되는 전압 레벨의 감쇠 경로는 비례적분 제어기(50)의 PNP트랜지스터(54)의 전류를 약화시키게 된다.

제1도에서 증폭 회로(46)에는 영점조정자와 스팬조정자가 있으며 영점과 간극 조정은 귀환 신호에 따라 변경 가능한 범위로 조정하게 되는데 궤환신호에 대한 영점과 가동압력 및 초기압력의 범위는 공기식 장치의 기준치인 3-15PSI신호이며 이 범위는 전자식 장치의 기준치인 4-20mA로 궤환된다.

본 발명의 장치는 상기와 같은 범위이외의 범위로 조정범위를 설정할 수 있는데 일예를 들어 상기 범위의 50%를 전체의 조정범위로 설정하여 0%일때의 최소치를 3PSI로 하고 100%일때의 최대치를 9PSI로 할 수도있다.

만일 전원이 단전되어 시스템에 전기가 나가면 모우터(12)가 정지하게 되는데 이때 캠(23)은 노즐(21)로부터 기계적 써어보장치(20)에 같은 배압을 유지시킬 수 있도록 전원이 나간 최종위치에서 정지하게되며 최종 배출압력신호는 라인(22)을 따라 계속 배출되어 최종 배출압력신호가 그대로 유지되게 된다. 물론 전술한 바와같이 본 발명에 따른 모우터 써어보회로(14)는 기준전압(Vref)에 의해 바이어스되며 모우터(12)의 회전 방향을 변경시키기 위해 음극전류를 필요로 하지 않게된다.

Claims

조정에 따라 가변적인 공기식 출력을 발생시키기 위한 기계적 써어보 장치와 기계적 써어보 장치를 조절하기 위한 모우터 장치, 상기 모우터장치를 제어신호에 따라 작동시키기 위한 작동장치, 필요한 공기식 출력신호를 지시하는 전기적 입력신호에 대응하여 셋포인트 신호를 설정하기 위한 설정장치, 공기식 출력신호에 의한 궤환신호를 설정하는 궤환신호 설정장치 및 상기 작동장치에 제어신호를 설정하기 위해 상기 궤환신호와 상기 셋포인트 신호를 비교하기 위한 복합장치로 구성된 페루프 전자-공기식 제어시스템.
제1항에 있어서, 모우터 작동장치와 복합장치는 음극전원을 사용하지 않고 상기 모우터장치의 정,역회전을 조정하기 위한 이중 전원에 의해 설정되는 한쌍의 양극 전압원에 의해 작동되는 것.
제1항에 있어서, 궤환신호설정장치에는 공기식 출력을 측정하여 이에 대응되는 전기적 신호를 설정하도록 상기 기계적 써어보장치에 연결된 압력변환기가 설치된 것.
제3항에 있어서, 궤환신호설정장치에는 초기압력으로부터 필요한 출력의 범위로 조정하도록 상기 기계적 써어보장치로부터 나오는 공기식 출력의 영점조정자 및 스팬조정자를 가지는 증폭회로가 설치된 것.
제1항에 있어서, 복합장치에는 두개의 입력사이의 어떤 오차를 결정하고 결정된 오차신호를 모우터작동장치의 구동치로 증폭할 수 있도록 셋포인트 설정장치로부터의 제1입력과 증폭회로로부터의 제2입력을 가지는 차동증폭기가 설치된 것.
제5항에 있어서, 모우터 작동장치와 복합장치는 음극전압을 사용하지 않고 기준전압원을 가지고 상기 모우터의 정역회전을 선택할 수 있도록 이중전원에 의해 설정되는 한쌍의 양극전압원에 의해 작동하도록된 것.
제6항에 있어서, 상기 복합장치의 차동증폭기는 양극 기준전압원에 대하여 증폭된 오차신호를 설정하도록된 것.
제7항에 있어서, 모우터 작동장치에는 차동증폭기로부터의 오차신호가 기준전압원보다 높거나 낮음에 따라 모우터에 흐르는 전류를 조절하므로서 모우터의 회전방향을 조정할 수 있도록 PNP트랜지스터에 직렬로 연결된 NPN트랜지스터가 설치된 것.
제8항에 있어서, 모우터는 모우터 작동장치의 PNP트랜지스터 출력단에 연결된 양극단자와 기준전압원에 연결된 음극단자를 가지는 직류모우터로 되어있는 것.
제9항에 있어서, 셋포인트 설정장치에는 정밀저항이 설치되어 정밀저항의 일단은 전기입력신호선에 연결되고 다른 단은 위치선정 증폭기에 연결되도록 된 것.
제1항에 있어서, 모우터에는 캠의 위치에 따라 기계적 써어보장치를 조절하도록 캠이 설치된 것,
제10항에 있어서, 모우터에는 캠의 위치에 따라 기계적 써어보장치를 조절하도록 캠이 설치된 것,