KR950001886B1 - 과부하 방지 방법 및 과부하 방지 회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

과부하 방지 방법 및 과부하 방지 회로

제1도는 종래의 기술에 따른 엑츄에이터를 사용하는 시스템의 과부하를 방지하기 위한 시스템 구성 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 엑츄에이터를 사용하는 시스템의 과부하를 방지하기 위한 시스템 구성 블럭도.

제3도는 제2도의 일실시예로서 시스템의 과부하를 방지하기 위한 과부하 방지 장치의 구성 블럭도.

제4도는 제3도의 과부하 방지 장치의 구체적인 회로도.

제5도는 본 발명에 따른 과부하 방지 장치의 과부하 감지신호발생수단에서 발진기로 사용되는 SE555의 구성도.

제6도는 본 발명에 따른 과부하 방지 장치의 각 수단별 신호 타이밍도.

본 발명은 산업기기의 자동제어방법 빛 자동제어장치에 관한 것으로, 특히 엑츄에이터를 사용하는 시스템의 과부하 발생시 과부하에 의한 시스템을 오동작이나 시스템을 구성하고 있는 구성수단의 손상을 방지하고, 시스템의 무인으로 관리할 수 있는 과부하 방지 방법 및 과부하 방지 장치에 관한 것이다.

종래의 모터(motor)나 솔레노이드(solenoid) 또는 가열기등과 같은 엑츄에이터(actuator)를 사용하는 시스템은 과부하를 방지하기 위하여 제1도와 같이 시스템을 구성하였다.

제1도를 참조하면, 상기 시스템은 입력신호 및 입력신호와 출력신호간의 오차신호를 증폭하기 위한 증폭기(2)와 상기 증폭기(2)로부터 증폭된 신호를 전송받아 엑츄에이터(4)를 구동시키기 위한 엑츄에이터 구동기(3)와 부하장치(5)와 입력신호 및 출력신호를 비교하여 오차를 산출하고 그 신호를 입력부로 음궤환시키기 위한 감지부(6)와 음궤환된 신호를 가산하기 위한 가산기(1)와 엑츄에이터 구동기(3)와 엑츄에이터(4)에 전원을 공급하기 위한 주전원장치(7) 및 과부하 발생시 주전원을 차단시키기 위한 회로차단부(18)로 구성된다.

상기와 같은 시스템에서는 상기 입력신호 X(t)와 엑츄에이터의 출력신호 Y(t)를 감지하는 감지부(6)의 출력 X'(t)를 비교하여 입력 X(t)와 엑츄에이터(actuator)의 출력 Y(t)간의 오차, 즉 ε(e)=(X(t)-X'(t))를 음궤환(engative feedback)시킴으로써 입력과 출력간의 오차를 보정하여 항상 정상적인 출력을 유지시킨다.

그러나 상기 부하(5)가 엑츄에이터(4)의 용량을 초과하거나 특정 구성수단의 오동작에 의해 상기 오차가 줄어들지 않고 최대치를 계속하여 오랫동안 유지하는 경우 엑츄에이터(4)에 과부하가 걸려 과전류가 흐르게 된다.

이러한 경우 상기와 같은 종래의 과부하 방지 장치에서는 전원발생부(7)의 전류를 감지하여 회로차단부(8)에서 엑츄에이터 구동기(3)에 공급되는 전원을 차단하여 엑츄에이터와 엑츄에이터 구동기등의 손상을 방지한다.

그러나 이러한 방법은 전원 차단기 사용자가 회로차단부를 원상복구시킬 때까지 시스템이 동작하지 않고 갑자기 전원이 차단됨으로써 엑츄에이터에 걸려있던 부하장치가 갑자기 자유스럽게 되어 손상을 입을 수 있으며 단지 전원의 전류만을 감지하므로 정확한 과부하의 감지가 어려운 문제점들이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 과부하 발생시 궤환되는 오차신호를 일정전압 이하로 제한하여 과부하에 의한 시스템의 오동작이나, 시스템을 구성하고 있는 구성수단의 손상을 방지하고, 일정시간이 경과하면 자동으로 제한을 해제하여 원상태로 복구함으로써 시스템을 무인으로 관리할 수 있는 과부하 방지 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 과부하 방지 방법을 구현할 수 있는 과부하 방지 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과부하 방지 방법은, 과부하를 유발시키는 구동수단의 입력크기를 비교전압으로 셋팅하고 상기 비교전압과 입출력신호간의 오차신호를 비교하여 오차신호가 일정시간 계속하여 셋팅된 비교전압보다 크면 상기 오차신호의 최대크기를 일정 전압 이하로 제한하며 일정시간 경과후 자동으로 제한을 해제하여 원상태로 복구하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과부하 방지 회로는, 엑츄에이터에 과부하가 걸렸는지를 판단하기 위한 비교수단, 상기 엑츄에이터가 최대 구동능력으로 견딜 수 있는 시간동안 엑츄에이터 구동기의 입력제한을 지연하기 위한 지연수단, 상기 구동기의 입력을 일정전압 이하로 제한하기 위한 구동기 입력신호 제한수단 및 상기 구동기 입력신호 제한수단을 제어하기 위한 과부하 감지신호 발생수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.기

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

제2도는 본 발명에 따른 과부하 방지장치의 구성 블럭도이다.

제2도를 참조하면, 입력신호 및 입력신호와 출력신호간의 오차신호를 증폭하기 위한 증폭수단(12)과 상기 증폭수단(12)로부터 증폭된 신호를 전송받아 엑츄에이터(14)를 구동시키기 위한 엑츄에이터 구동수단(13)과 부하장치(15)와 입력신호와 출력신호를 비교하여 오차를 산출하고 그 신호를 입력부로 음궤환시키기 위한 감지부(16)와 음궤환된 신호를 가산하기 위한 가산기(11)와 상기 엑츄에이터 구동수단(13)과 엑츄에이터(14)에 전원을 공급하기 위한 주전원(17) 및 상기 증폭수단(12)과 엑츄에이터 구동수단(13)사이에 개재된 과부하방지수단(19)으로 구성된다.

이때 예측불가능한 사고의 발생시 상기 주전원(17)을 차단하기 위해 필요에 따라서 회로차단부(18)를 상기 주전원(17)과 연결하다.

제3도는 제2도의 과부하 방지수단의 구성 블럭도이다.

제3도를 참조하면, 엑츄에이터에 과부하가 걸렸는지를 판단하기 위한 비교수단(21), 상기 엑츄에이터가 최대 구동능력으로 견딜 수 있는 시간동안 엑츄에이터 구동수단의 입력제한을 지연하기 위한 지연수단(22), 상기 구동기의 입력을 일정전압 이하로 제한하기 위한 구동기 입력신호 제한수단(25)과 상기 구동기 입력신호 제한수단(25)을 제어하기 위한 과부하 감지신호 발생수단(23) 및 과부하 발생시 사용자에게 과부하의 발생을 알려 대응하도록 하기 위한 과부하경보수단(24)으로 구성된다.

제4도는 제3도의 구체적인 회로도이다.

제4도를 참조하면, 상기 비교수단(21)은 상기 시스템의 입출력신호간의 오차신호(Vε)와 +전원전압(+Vs)을 입력으로 하는 제1연산증폭기(A₁), 상기 시스템의 입출력신호간의 오차신호(Vε)와 -전원전압(-Vs)을 입력으로 하는 제2연산증폭기(A₂), 상기 - 전원전압과 제2연산증폭기(A₂) 사이에 연결된 제1저항(R₁), 접지전압과 제2연산증폭기(A₂) 사이에 연결된 제2저항(R₂), +전원전압과 제1연산증폭기(A₁) 사이에 연결된 제3저항(R₃) 및 접지전압과 제1연산증폭기(A₁) 사이에 연결된 제4저항(R₄)으로 구성된다.

상기 지연수단(22)은 상기 비교수단(21)의 출력신호를 전송받으며, 베이스(base)는 순방향의 제1다이오드(diode)(D₁)와 접속하고 에미터(emitter)는 역방향의 제2다이오드(D₂)와 접속하여 상기 비교수단(21)의 출력신호가 양이면 ＂온＂(on)되고 음이면 ＂오프＂(off)되는 제1트랜지스터(Q₁), 전원전압(+Vs)과 상기 제1트랜지스터(Q₁)의 콜렉터(collector)의 사시에 접속된 제8저항(R₈) 및 상기 제8항(R₈)과 접지전압 사이에 접속된 제3캐패시터(C₃)를 구비하여 제8저항(R₈)과 제3캐패시터(C₃)에 의해 결정되는 상승시간 t_r1동안 본 지연수단(22)의 출력부와 그 입력부가 접속되어 있는 상기 구동기 입력신호 제한수단(25)의 작동을 지연시킨다.

상기 과부하 감지신호 발생수단(23)은 제3연산증폭기(A₃), 발진기로서 예를들면 SE555이 2번핀과 제3연산증폭기(A₃)의 출력단자 사이에 연결된 제7캐패시터(C₇), 상기 지연수단(22)의 출력부와는 콜렉터가 연결되고 상기 발진기의 3번핀과는 제16저항(R₁₆)을 거쳐 베이스가 연결된 제2트랜지스터(Q₂), 상기 제3연산증폭기(A₃)의 출력부와는 콜렉터가 연결되고 상기 발진기의 3번핀과는 제17저항(R₁₇)을 거쳐 베이스가 연결된 제3트랜지스터(Q₃), 상기 발진기의 제2번핀과 바이어스 전압 사이에 연결된 제15저항(R₁₅), 상기 발진기의 제8번핀과 7번핀의 사이에 연결된 제14저항(R₁₄), 상기 제14저항(R₁₄)과 접지전압 사이에 연결된 제5캐패시터(C₅) 및 상기 발진기의 제5번핀과 접지전압 사이에 연결된 제6캐패시터(C₆)로 구성된다. 이 때 상기 발진기의 제1번핀과 상기 제2 및 제3트랜지스터(Q₂,Q₃)의 에미터는 접지되어 있고 상기 발진기의 제6번핀과 제7번핀의 공통접속되어 있다.

상기 구동기 입력제한수단(25)은 상기 과부하 감지신호 발생수단(23)의 출력단과 베이스가 접속하며 에미터가 접지된 제4트랜지스터(Q₄), 베이스는 상기 제4트랜지스터(Q₄)의 베이스와 접속하고 에미터는 상기 제4트랜지스터(Q₄)의 콜렉터와 접속하며 콜렉터가 접지된 제5트랜지스터(Q₅) 및 상기 제4 및 제5트랜지스터(Q₄,Q₅) 연결된 2개의 제너다이오드인 제1 및 제2제너다이오드(CR₁,CR₂)로 구성된다.

상기 과부하 경보수단(24)은 과부하 발생시 사용자에게 과부하의 발생을 알려 대응하도록 하기 위해 상기 과부하 감지신호 발생수단(23)의 출력부와 접속된다.

제5도는 상기 과부하 감지신호 발생수단의 발진기로 사용되는 SE555의 구성도이다.

제5도를 참조하면, 상기 과부하 감지 신호 발생수단의 555는 (6)번 핀으로 입력되는 신호의 문턱전압(threshold voltage)과 (2)번 핀으로 입력되는 트리거(trigger) 입력에 따라 (3)번 핀의 출력을 제어하는 것으로 그 내부는 비교기와 R-S 플립플롭과 한개의 트랜지스터를 포함하는 방전회로로 구성된다.

상기 SE555의 동작과 특성을 살펴보면 상기 트리거 입력이 2/3V이상이면 방전트랜지스터를 ＂온＂시키고 트리거 입력이 1/3V이하이면 방전트랜지스터를 ＂오프＂시킨다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 출력이 ＂1＂인 상태이고 방전트랜지스터는 차단되고 캐패시터에는 전하가 조금밖에 없다고 가정하자. 그러면 캐패시터는 직렬된 R₁과 R₂를 통하여 +5V까지 충전될 것이다. 그러나 공급전원의 2/3에 해당되는 전압이 캐패시터 양단에 걸리게 되면 내부의 전압비교기에 의해서 출력상태가 바뀌게 된다.

즉 출력은 ＂0＂의 상태가 되고 방전 트랜지스터가 도통하게 되어 캐패시터는 R₂를 통해서 방전하기 시작한다. 방전은 캐패시터의 양단의 전압이 공급전원의 1/3이 될 때까지 계속된다. 3전압이 공급전원의 1/3로 떨어지는 순간 또 하나의 내부전압 비교기에 의해서 다시 출력은 1상태로 된다.

제6도는 본 발명에 따른 과부하 방지 장치의 각 수단별 신호출력도이다.

제6-(a)도는 시스템의 입출력신호간의 오차신호 Vε (t), 제6-(b)도는 상기 비교수단의 출력신호 V₁(t), 제6-(c)도는 상기 지연수단의 출력신호 V₂(t), 제6-(d)도는 상기 과부하 감지신호 발생수단 중 제3연산증폭기의 출력신호 V₃(t), 제6-(e)도는 상기 과부하 감지신호 발생수단 중 발진기의 2번핀으로 입력되는 트리거신호, 제6-(f)도는 상기 발진기의 6번핀으로 입력되는 신호, 제6-(g)도는 상기 발진기의 3번핀으로부터의 출력신호 및 제6-(a)도는 상기 과부하 감지신호 발생수단의 출력신호 V₄(t)이다.

상기 제6-(a) 또는 제6-(h)도를 포함하는 제6도를 참조하면, 상기 엑츄에이타에 과부하를 유발시키는 구동기 입력크기인 비교수단의 Vref(t)는 저항 R₁, R₂, R₃, R₄에 의해 결정된다.

즉,이며이다.

여기서가 ±Vref보다 크면 상기 비교수단의 출력전압 V₁(t)=-15V가 되며 그렇지 않은 경우, 즉가 ±Vref보다 작은 경우 V₁(t)=+15V가 되고 V₁(t)=-15V일때 Q₁은 이전 상태에서 '오프'상태로 된다. '오프'가 되면 상기 지연수단의 출력전압 V₂(t)는 0V에서 상승시간 t_r1동안 소정의 전압으로 상승하게 된다.

즉, V₂(t)=0(Q₁=on), V₂(t)5=5e(Q₁=off)이며 V(t)가 +5V에서 0V로 되기 위해서는 V₂(t)＞2.5V이어야 하므로 V₂(t)=2.5V가 될 때까지의 상승시간동안 엑츄에이터 구동수단 입력신호 제한기 작동을 지연한다. 전송되는 과부하 최대시간 t_r1은 0.693 R₈C₃로 저항 R₈과 캐패시터 C₃에 의해 결정된다. 예를들어, tr₁=3sec로 결정하고자 할 경우 제8저항(R₈)은 131kΩ으로 하고, 제3캐패시터(C₃)는 33μF으로 한다.

V₂(t)가 2.5V가 될 때 V₂(t)=0V가 되며 이때 555의 2번핀으로 트리거 신호가 들어가고 (3)번핀인 발진기의 출력이 ＂하이＂가 되어 Q₂, Q₃가 ＂온＂이 되게 된다. Q₂, Q₃가 ＂온＂이 되면 V₂(t)는 2.5V에서 0V로 떨어지게 되며 (6), (7)번핀의 전압이 시정수 t_r2=R₁₄C₄(sec)에 따라 충전되게 된다.

과부하 감지신호 발생수단의 발진기 555의 동작원리를 다시 한번 설명하면 6번핀 문턱전압(threshold voltage)과 2번핀 트리거 입력에 따라 3번핀 출력을 제어하는 것으로, 트리거 신호 입력에 의해 ＂로우＂에서 ＂하이＂로 바뀐 3번핀의 전압은 6, 7번핀의 전압이 충전되어 2/3(+5Vs)가 되면 다시 ＂하이＂에서 ＂로우＂로 바뀌게 되므로 구동기 입력신호 제한수단은 발진기의 6, 7번핀의 전압이 2/3(+5V)=3.3V가 될 때까지 동작하여 엑츄에이터 구동수단으로 입력되는 전압을 일정시간 제한한 후 자동으로 ＂오프＂된다.

액츄에이타 구동기 입력신호 제한기의 작동시간은 T_r2은 저항 R₁₄와 C₄에 의해 결정된다.

즉 V_2-6.7=5-5e(Q₁=off)이 된다. V_2-6.7가일때 t_r2는 3.3=5-5e이므로 양변에 로그값을 취하면 t_r2는 +1.1R₁₄C₄가 된다.

즉 V₃(t)가 0V인 동안 V₄(t)는 15V가 되며 Q₄와 Q₅가 '온'이 되어 구동기 입력전압 Vε(t)가 제너다이오드(CR₁,CR₂)의 제너전압에 의해 일정의 크기이하로 제한되게 된다.

그후, t_r2이후 V₃(t)가 다시 +5V가 되면 V₄(t)도 다시 +5V가 되어 상기 제너다이오드로 전류가 흐르지 않게 되어 엑츄에이타 구동수단의 입력전압 Vε(t)가 제한되지 않고 원상복귀되어 그대로 엑츄에이타의 구동수단으로 입력되게 된다. 이때 상기 엑츄에이타 구동수단의 입력전압은 상기 제너다이오드의 유형(type)에 따라 결정된다.

따라서 본 발명의 과부하 방지 방법 및 과부하 방지 회로는 구동기 입력신호를 감지하여 제한기를 작동시키므로 자동제어기의 오동작 및 엑츄에이타의 과부하 상태를 정확하게 감지하여 제어할 수 있으며 과부하시 바로 구동기의 입력신호를 일정크기 이하로 제한하지 않고 일정시간 즉 엑츄에이타가 견딜 수 있는 과부하 시간이 경과한 후 제한기를 작동시킴으로써 제어기의 효율적인 운용이 가능하다.

또한 상기 감지시간을 임의로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 과부하시 주전원을 차단시키지 않고 단지 구동기 입력신호의 크기만을 제한함에 따라 부하장치를 계속적으로 제어함으로써 안전위험 및 부하장치의 손상을 방지할 수 있으며 구동기 입력신호 제한기를 일정시간 제어 후 자동으로 원상복구 시킴으로써 제어기의 무인화가 가능하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야의 통상의 지식을 가진자에 의한 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

1. 대상물을 제어하는 시스템의 과부하를 방지하기 위한 과부하 방지 방법에 있어서, 과부하를 유발시키는 구동수단의 입력크기를 비교전압으로 셋팅하는 단계; 오차신호와 상기 비교전압으로 셋팅된 전압을 비교하여, 상기 오차신호가 비교전압보다 커지게 되면 엑츄에이타가 최대한 견딜 수 있는 한계시점까지 시스템을 그대로 유지시키기 위한 지연단계; 상기 지연단계에서 엑츄에이타가 견딜 수 있는 한계시점에 다다르면 상기 오차신호의 최대크기를 일정 전압 이하로 제한하는 단계; 및 상기 오차신호의 최대크기를 일정전압 이하로 제한한 후 일정시간이 경과하면 제한을 해제하여 원상태로 복구하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지방법.
2. 엑츄에이타와 상기 엑츄에이타에 접속되어 엑츄에이타의 구동에 따라 동작하는 부하장치와 상기 엑츄에이타를 구동시키기 위한 엑츄에이타 구동수단으로 구성된 시스템의 상기 엑츄에이타 구동수단에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위한 과부하 방지 회로는, 상기 시스템의 출력신호와 입력신호로부터 오차신호를 검출하는 오차신호 검출수단; 상기 엑츄에이타와 엑츄에이타 구동수단에 전원을 공급하는 전원공급수단; 및 상기 오차신호 검출수단과 엑츄에이타 구동수단 사이에 개재되어 상기 엑츄에이타 구동수단에 과부하가 인가되는 것을 방지하기 위한 과부하 방지수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 과부하방수단은 상기 엑츄에이타 구동수단에 과부하가 걸렸는지를 판단하기 위한 비교수단; 상기 엑츄에이타가 최대 구동능력으로 견딜 수 있는 시간 동안 상기 엑츄에이타 구동수단으로의 입력을 제한 하는 것을 지연하기 위한 지연수단; 과부하 제어신호 발생수단; 및 상기 엑츄에이타 구동수단의 입력을 일정전압 이하로 제한하는 구동기 입력 제한수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 비교수단은 과부하를 유발시키는 구동수단의 입력크기를 비교전압으로 셋팅하는 비교전압 결정부; 및 상기 비교전압과 전체 시스템의 입출력간 오차신호를 비교하여 오차신호의 절대값이 상기 비교전압보다 큰 경우 그 출력을 제1상태로 하고, 역의 경우 그 출력을 제1상태가 반전되 제2상태로 하는 제1 및 제2연산증폭기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
5. 제3항에 있어서, 상기 지연수단은 상기 비교수단의 출력신호에 따라 온 또는 오프되어 상기 지연수단의 출력신호를 상승하도록 하여 상승시간 동안 상기 구동기 입력신호 제한수단의 동작을 지연하는 제1트랜지스터; 및 상기 상승시간을 결정하기 위한 제1저항 및 제1캐패시터를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
6. 제3항에 있어서, 상기 과부하 감지신호 발생수단은 트리거 신호 발생부; 및 상이 트리거 신호 발생부에서 발생된 트리거 신호를 입력으로 하여 상기 구동기 입력신호 제한시간을 결정하기 위한 제한시간 결정부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
7. 제6항에 있어서, 상기 제한시간 결정부는 상기 트리거 신호에 의해 발진되는 발진기; 상기 발진기의 출력신호에 따라 온 또는 오프되며, 온 되면 상기 지연수단의 출력을 하강시켜 지연을 방지하는 제2트랜지스터; 및 상기 발진기의 문턱전압을 충전하여 이 충전시간동안 상기 구동기 입력신호 제한수단이 동작하도록 하고 방전이 개시되면 상기 구동기 입력신호 제한수단의 동작을 중지시켜 전체 시스템을 원상태로 동작하게 하는 제2저항 및 제2캐패시터를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.
8. 제3항에 있어서, 상기 구동기 입력 신호 제한 수단은 상기 엑츄에이타 구동수단으로 입력되는 전압을 제너전압 이하로 제한하기 위한 제너다이오드를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하방지회로.