WO2012144705A1 - 원격밸브 제어 시스템용 유량계 - Google Patents

원격밸브 제어 시스템용 유량계 Download PDF

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WO2012144705A1
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valve
actuator
signal processor
control system
sensor
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PCT/KR2011/007673
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Inventor
지석준
장치상
정승화
김진현
이병헌
최우진
이광섭
조우성
손성락
Original Assignee
한라아이엠에스 주식회사
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/06—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission
    • G01F1/075—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/06—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission
    • G01F1/08—Adjusting, correcting or compensating means therefor

Definitions

  • the present invention is a flow meter for a valve remote control system (VRCS) is formed between the hydraulic generator and the valve actuator for detecting the flow of hydraulic pressure, the flow of the fluid pipe connecting the hydraulic generator and the valve actuator A rotor formed therein and rotating according to the flow of the fluid; A sensor for detecting the rotational amount and the direction of the rotor and transmitting it as an electrical signal; A signal processor for receiving the signal of the sensor and analyzing the forward and backward directions of the fluid and outputting opening and closing information of the valve actuator; When the signal processor detects insufficient driving within a preset error range within a predetermined time after opening / closing the valve actuator, the signal processor interprets this signal as noise caused by an output error of the hydraulic generator and forcibly zeros it to a normal state. It relates to a flow meter for a remote valve control system.
  • VRCS valve remote control system
  • valve remote control system is a system that opens and closes a remote valve by a command from a higher controller.
  • the valve remote control system (VRC) is a local control system in a cargo control room or a deck office in a ship. To control the valve.
  • the ship's VRC system is mainly used for pneumatic control system, and is used in the order of hydraulic power, pneumatic, and electric according to the actuator that operates the actual valve. Almost all of them are used, and electricity is very small.
  • valves in the VRC system open or close the passages of the fluids for the purpose of controlling the flow, pressure and temperature of the fluids in the pipes. These valves can be operated remotely or automatically. Actuator is attached.
  • the actuator is a device that receives oil from the solenoid and opens and closes the valve. Therefore, an actuator is designed to be attached to the top of the body of the valve and to work with the valve system.
  • Open / Close and Throttle control (0 ⁇ 100% opening and closing) are mainly used.
  • the latter can adjust the opening and closing ratio by precisely controlling the position of the actuator.
  • the core components of the VRC are solenoid valves, power units and actuators.
  • a hydraulic power unit (hereinafter referred to as a "hydraulic generator”) is a device that generates hydraulic pressure. When a valve operation is required, the oil supplied by the hydraulic power unit (hydraulic power unit) is actuated through a solenoid valve. ) To move to the piston cylinder and to open and close the valve.
  • the flowmeter is a sensor that measures the flow of a fluid, and is a device that detects a flow rate or a flow rate of a gas or a liquid by an electrical signal.
  • Flow rate means the ratio of the volume or mass of fluid flowing over any cross section over time. Therefore, measurement of flow rate or flow rate is an important part of the electrical, civil, mechanical, aviation, environmental, medical and general industries.
  • Flowmeters are measured by converting flow rates into easy physical quantities such as pressure, force, position, heat, and frequency, using the properties of the fluid.
  • Our developed method is a mechanical rotor-type flowmeter that calculates the rotation when the rotor in the flow path of the fluid rotates and calculates the flow rate and flow rate in the current passage so that the user can see it.
  • it is composed of an electronic part including a mechanical rotor part and a sensor (Hall Sensor) for measuring the rotation of the rotor.
  • the temperature of the hydraulic line is not always constant in the ship in operation, the temperature of the oil supplied from the hydraulic power pack to the actuator increases or decreases. When the temperature increases or decreases, the hydraulic pressure is increased. The oil volume inside the line will increase or decrease.
  • a slight error may occur in the amount of oil supplied from a hydraulic power pack to control the actual valve.
  • the valve position may be accumulated over time. There is a problem that a large error occurs for.
  • the present invention is to solve the above problems, to provide a flow meter for a remote valve control system for performing automatic zero adjustment by removing the temperature change in the hydraulic line and the cumulative error generated from the hydraulic power pack (Hydraulic Power Pack)
  • a flow meter for a remote valve control system for performing automatic zero adjustment by removing the temperature change in the hydraulic line and the cumulative error generated from the hydraulic power pack (Hydraulic Power Pack)
  • the present invention is a flow meter for a valve remote control system (VRCS) is formed between the hydraulic generator and the valve actuator for detecting the flow of hydraulic pressure, the hydraulic generator and the valve
  • a rotor formed inside the fluid pipe connecting the actuator and rotating according to the flow of the fluid
  • a sensor for detecting the rotational amount and the direction of the rotor and transmitting it as an electrical signal
  • a signal processor for receiving the signal of the sensor and analyzing the forward and backward directions of the fluid and outputting opening and closing information of the valve actuator;
  • the signal processor interprets this signal as noise caused by an output error of the hydraulic generator and forcibly zeros it to a normal state.
  • the flow meter for a remote valve control system is described.
  • the signal processor is a flow meter for a remote valve control system, which sets a steady state determination time limit t to force zero to a steady state only when the error persists for more than the t time.
  • the signal processor recognizes the actual movement of the actuator only above the pulse output frequency of the sensor corresponding to the flow rate output in the normal operation of the hydraulic generator for the remote valve control system, characterized in that for calculating the movement of the actuator It is preferable to become a flowmeter.
  • a flow meter for a remote valve control system for performing automatic zero adjustment by removing a temperature change in a hydraulic line and a cumulative error generated from a hydraulic power pack.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a remote valve control system in which the present invention is used
  • Figure 3 is a rotor rotation state of Figure 2
  • FIG. 5 is an output pulse train of a sensor generated when the rotor of FIG. 3 is abnormally rotated.
  • FIG. 8 is a graph of the rotor state of FIG. 2 when the valve is closed.
  • FIG. 9 is a graph of the rotor state of FIG. 2 when the valve is opened.
  • FIG 10 is another flow chart of the signal processor of the present invention.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a remote valve control system in which the present invention is used
  • FIG. 2 is a structural diagram of a flow meter rotor and a sensor of the present invention
  • FIG. 3 is a rotor rotation state diagram of FIG. 2
  • FIG. 5 is a sensor output pulse train
  • FIG. 5 is an output pulse train of the sensor generated when the rotor of FIG. 3 is abnormally rotated
  • FIG. 6 is a signal processor driving flowchart of the present invention
  • FIG. 7 is a state graph of the rotor of FIG. 2 over time.
  • 8 is a rotor state graph of FIG. 2 when the valve is closed
  • FIG. 9 is a rotor state graph of FIG. 2 when the valve is opened
  • FIG. 10 is another driving flowchart of the signal processor of the present invention.
  • the present invention relates to a flow meter 10 (Flowmeter) for a valve remote control system (VRCS), and as shown in FIG. 1, a hydraulic generator 20 and a valve actuator ( It is composed of a rotor 100 mounted in the fluid pipe 200 connecting the 300, the sensor 120 and the signal processor 130.
  • Flowmeter flow meter 10
  • VRCS valve remote control system
  • FIG. 1 a hydraulic generator 20 and a valve actuator ( It is composed of a rotor 100 mounted in the fluid pipe 200 connecting the 300, the sensor 120 and the signal processor 130.
  • the valve 30 is a device for opening or closing a passage of fluid for the purpose of adjusting the flow rate, pressure, and temperature of the fluid in a pipe, and a butterfly valve is mainly used.
  • the valve 30 is attached to an actuator 300 (Actuator) to enable remote operation (Automatic Control) or (Automatic Control).
  • the actuator 300 (Actuator) is attached to the upper portion of the body (body) of the valve (30) is designed to interlock with the valve system and is connected to the hydraulic generator 20 and the fluid pipe 200 to the mechanical transition by the hydraulic pressure
  • the butterfly valve shown in FIG. 1 includes a rack gear that linearly moves by hydraulic pressure and a pinion gear that is engaged with the rack gear and rotates and is coupled to the valve rotating plate.
  • VRC Open / Close and Throttle control (0 ⁇ 100% opening and closing).
  • the latter can control the opening and closing ratio by precisely controlling the position of the actuator.
  • the flow meter 10 is a device for determining the opening and closing state and the degree of the actuator (300) by measuring the flow rate generated in the hydraulic generator (20).
  • the VRC flowmeter 10 (Flowmeter) is installed inside the pipe and rotates according to the flow of the fluid, and a magnet installed in the rotor 100 and a magnet installed around the rotor 100 ( 11) the sensor 120 for detecting and transmitting the signal as an electrical signal and the signal processor 130 for receiving the signal of the sensor 120 and calculating the direction of the flow rate, flow rate, and flow rate of the fluid and outputting it as a control signal. do.
  • a magnet 11 is attached to the rotor 100 as shown in FIG. 2, and the sensor 120 uses a hall sensor. Not limited, it can be applied to the flow meter for the remote valve control system using an angle sensor (rotary encoder, MR sensor, orientation sensor, etc.)
  • the Hall sensor is divided into two Hall sensors A and B to generate a pulse train as shown in FIG. 4.
  • the Hall sensors A and B generate a pulse frequency as shown in FIG. 4 in a normal fluid flow for driving the valve as shown in FIG.
  • the temperature of the fluid supplied from the hydraulic generator 20 (Hydraulic Power Pack) to the actuator 300 (Actuator) is increased or decreased by the external environmental factors or internal factors.
  • the pulse output frequency t of the sensor 120 when the actuator 300 is actually driven. It was implemented to count only in the corresponding output frequency band (eg 5 ⁇ 1Hz).
  • the signal processor 130 may output such a pulse output.
  • the frequency is judged as oil noise and prevented from counting.
  • the output of the hydraulic generator may be perceived as an insufficient amount to drive the valve 100%.
  • the valve may be over time. Large error in position occurs.
  • the present invention uses the operating conditions of the VRC system to reduce this error, looking at the valve operation in the vessel, ballasting or.
  • the valve When the valve is operated to perform the heling control, the valve which is operated once is rarely operated again.
  • the valve position value is used within a certain error range (for example, 95% or more or 5% or less) after the driving command. If it stays above), it is determined that the current valve is fully open or closed, and automatically resets the position value to 100% or 0% for the short position value.
  • a certain error range for example, 95% or more or 5% or less
  • the signal processor 130 of the present invention calculates the valve position value within the effective frequency range of the sensor, as shown in FIG. 10, and performs automatic zero adjustment after the valve is driven, resulting in a flow meter according to long-term use ( Eliminate the cumulative error of 10).
  • the above-described setting of the error range for zero adjustment is made possible by the signal processor so that an appropriate value is selected according to the climate, the environment, and the latitude.

Abstract

본 발명은 유압생성기와 밸브 액츄에이터 사이에 형성되어 유압의 흐름을 감지하는 원격 밸브 제어 시스템(VRCS : Valve Remote Control System)용 유량계(Flowmeter)에 있어서, 상기 유압생성기와 밸브 액츄에이터를 연결하는 유체관의 내부에 형성되어 유체의 흐름에 따라 회전하는 로터와; 상기 로터의 회전량과 방향을 감지하여 이를 전기적 신호로 전달하는 센서와; 상기 센서의 신호를 입력받아 상기 유체의 정역방향과 유량을 분석하여 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 정보를 출력시키는 시그널 프로세서로 구성되며; 상기 시그널 프로세서는 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 구동 후, 일정 시간 이내에 미리 설정한 오차 범위내의 부족 구동이 감지되면 이를 상기 유압생성기의 출력 오차에 의한 노이즈로 해석하여, 강제로 정상상태로 영점조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계에 관한 것이다. 본 발명에 의하여 유압라인 내부의 온도변화와 유압생성기(Hydraulic Power Pack)로 부터 발생되는 누적 오차를 제거하여 자동 영저 조정을 실시하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계가 제공되는 이점이 있다.

Description

원격밸브 제어 시스템용 유량계
본 발명은 유압생성기와 밸브 액츄에이터 사이에 형성되어 유압의 흐름을 감지하는 원격 밸브 제어 시스템(VRCS : Valve Remote Control System)용 유량계(Flowmeter)에 있어서, 상기 유압생성기와 밸브 액츄에이터를 연결하는 유체관의 내부에 형성되어 유체의 흐름에 따라 회전하는 로터와; 상기 로터의 회전량과 방향을 감지하여 이를 전기적 신호로 전달하는 센서와; 상기 센서의 신호를 입력받아 상기 유체의 정역방향과 유량을 분석하여 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 정보를 출력시키는 시그널 프로세서로 구성되며; 상기 시그널 프로세서는 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 구동 후, 일정 시간 이내에 미리 설정한 오차 범위내의 부족 구동이 감지되면 이를 상기 유압생성기의 출력 오차에 의한 노이즈로 해석하여, 강제로 정상상태로 영점조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계에 관한 것이다.
일반적으로 밸브 원격 제어 시스템(VRC : Valve Remote Control System)은 상위의 제어기의 지령에 의해 원격지의 밸브를 여닫는 시스템으로서, 선박 내의 하역 제어실(Cargo control room)이나 관제실(Deck office)에서 국지 위치(local)에 있는 밸브를 제어한다.
단순 개폐 제어인 경우 리미트 스위 혹은 유량지시계(flow indicator), 압력스위치를 설치하며, 스로틀밸브(Throttle control(0~100% 개폐))인 경우에는 액츄에이터(Actuator)에 포텐쇼미터(배선의 복잡성으로 선호되지 않음) 또는 유량계(Flowmeter) 등을 설치하여 원격지시를 한다.
선박의 VRC 시스템은 주로 유공압 제어 시스템에 이용하며, 실제 밸브를 동작시키는 액츄에이터(Actuator)에 따라서 유압(Hydraulic Power), 공압(Pneumatic), 전기(Electric)의 순으로 이용되고 있는데, 이 중에서 유압이 거의 대부분을 차지하고 있으며, 전기식은 매우 적은 양을 차지하고 있다.
선박에서 유압이 이용되는 경우는 큰 힘을 요구하는 Rudder, 유압크레인, 펌프(Deepwell Pump), Mooring Winch, Anchoring Windlass 등의 제어를 들 수 있다.
VRC 시스템에서의 밸브는 배관 내 유체의 유량, 압력, 온도를 조절하기 위한 목적으로 유체의 통로를 열거나 닫는 역할을 하는데, 이러한 밸브에는 원격운전(Remote Operation) 혹은 자동제어(Automatic Control)할 수 있도록 하는 Actuator가 부착된다.
상기 액츄에이터(Actuator)는 Solenoid로부터 오일을 받아들여 밸브를 여닫는 장치이다. 그러므로, 액츄에이터(Actuator)는 밸브의 body 상부에 부착되어 밸브 시스템과 연동되도록 설계된다.
VRC에서 사용되는 제어 방식으로는 Open/Close와 Throttle control(0~100%개폐)이 주로 사용된다. 후자는 액츄에이터(Actuator)의 위치를 정밀 제어함으로써 개폐 비율을 조절할 수 있다.
VRC의 핵심 구성품은 Solenoid valve, Power Unit, Actuator라 할 수 있다. 유압 파워 유니트(Hydraulic Power Unit : 이하 '유압생성기'라고 함)는 유압을 발생시키는 장치이며, 밸브 조작이 필요한 경우, 유압생성기(Hydraulic Power Unit)에 의해 공급되는 오일을 Solenoid valve를 통하여 액츄에이터(Actuator)로 공급하여 피스톤 실린더로 이동, 밸브를 개폐하는 동작을 하도록 된다.
상기 유량계(Flowmeter)는 유체의 유동을 측정하는 센서로서 기체나 액체의 유속이나 유량을 전기적인 신호로 감지하는 장치이다. 유량은 임의의 단면을 흐르는 유체의 체적 혹은 질량의 시간에 대한 비율을 의미한다. 따라서 유량이나 유속의 측정은 전기전자, 토목, 기계, 항공, 환경, 의학 및 일반산업에서 매우 중요한 부분을 차지한다.
유량계(Flowmeter)는 유체의 성질을 이용하여 유속을 압력, 힘, 위치, 열 및 주파수 등의 용이한 물리량으로 변환하는 방식으로 측정된다.
당사에서 개발한 방식은 기계식의 로터 타입의 유량계(Flowmeter)로서 유체의 흐름 통로에 놓인 로터가 회전하면 이 회전을 계산하여 현재 통로에 흐르는 유속, 유량을 계산하여 사용자가 볼 수 있도록 구성한다. 이를 위해 기계적인 로터 부분과 로터의 회전을 측정하기 위한 센서(Hall Sensor)를 포함하는 전자부로 구성되어 있다.
그런데, 실제 운용중인 선박에서는 유압라인의 온도가 항상 일정하지 않으므로, 유압생성기(Hydraulic Power Pack)로부터 액츄에이터(Actuator)에 공급되는 기름의 온도가 높아지거나 낮아지게 되는데, 온도가 증가하거나 낮아지게 되면 유압라인 내부의 기름 부피가 증가하거나 감소하게 된다.
따라서, 기계식 로터 타입의 유량계(Flowmeter)의 경우 상기 유압라인 내부의 온도변화에 의하여 회전자가 회전하게 되어, 실제로는 액츄에이터(Actuator)가 움직이지 않았음에도 불구하고 액츄에이터(Actuator)의 움직임으로 계산되어져 버리는 오차가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 실제 밸브를 컨트롤하기 위하여 유압생성기(Hydraulic Power Pack)로부터 공급되는 기름의 양에 미소한 오차가 발생할 수 있는데, 이런 미소한 오차를 상기 회전자가 읽어들여 누적이 되면 시간이 지남에 따라 밸브 포지션에 대한 큰 오차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유압라인 내부의 온도변화와 유압생성기(Hydraulic Power Pack)로 부터 발생되는 누적 오차를 제거하여 자동 영저 조정을 실시하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유압생성기와 밸브 액츄에이터 사이에 형성되어 유압의 흐름을 감지하는 원격 밸브 제어 시스템(VRCS : Valve Remote Control System)용 유량계(Flowmeter)에 있어서, 상기 유압생성기와 밸브 액츄에이터를 연결하는 유체관의 내부에 형성되어 유체의 흐름에 따라 회전하는 로터와; 상기 로터의 회전량과 방향을 감지하여 이를 전기적 신호로 전달하는 센서와; 상기 센서의 신호를 입력받아 상기 유체의 정역방향과 유량을 분석하여 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 정보를 출력시키는 시그널 프로세서로 구성되며; 상기 시그널 프로세서는 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 구동 후, 일정 시간 이내에 미리 설정한 오차 범위내의 부족 구동이 감지되면 이를 상기 유압생성기의 출력 오차에 의한 노이즈로 해석하여, 강제로 정상상태로 영점조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계를 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 시그널 프로세서는 정상상태 판단 제한 시간 t를 설정하여, 상기 t 시간 이상 상기 오차가 지속되는 경우에만 강제로 정상상태로 영점 조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시그널 프로세서는 상기 유압생성기의 정상 작동시 유속 출력에 대응하는 상기 센서의 펄스 출력 주파수 이상에서만 상기 엑츄에이터의 실제 운동으로 인식하여 상기 엑츄에이터의 움직임을 계산하는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계로 되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하여 유압라인 내부의 온도변화와 유압생성기(Hydraulic Power Pack)로 부터 발생되는 누적 오차를 제거하여 자동 영저 조정을 실시하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계가 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명이 사용되는 원격 밸브 제어 시스템 구조도
도 2는 본 발명의 유량계 로터 및 센서 구조도
도 3은 도2의 로터 회전 상태도
도 4는 도3의 회전에 따른 센서 출력 펄스열
도 5는 도 3의 로터가 비정상적인 회전시 발생되는 센서의 출력 펄스열
도 6은 본 발명의 시그널 프로세서 구동 흐름도
도 7은 도 2의 로터의 시간에 따른 상태 그래프
도 8은 밸브 클로즈시 도 2의 로터 상태 그래프
도 9는 밸브 오픈시 도2의 로터 상태 그래프
도 10은 본 발명의 시그널 프로세서의 또 다른 구동 흐름도
[주요 부호의 설명]
10 : 유량계 11 : 자석
20 : 유압생성기 30 : 밸브
100 : 로터(100) 120 : 센서
130 : 시그널 프로세서 200 : 유체관
300 : 액츄에이터
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1은 본 발명이 사용되는 원격 밸브 제어 시스템 구조도이며, 도 2는 본 발명의 유량계 로터 및 센서 구조도이며, 도 3은 도2의 로터 회전 상태도이며, 도 4는 도3의 회전에 따른 센서 출력 펄스열이며, 도 5는 도 3의 로터가 비정상적인 회전시 발생되는 센서의 출력 펄스열이며, 도 6은 본 발명의 시그널 프로세서 구동 흐름도이며, 도 7은 도 2의 로터의 시간에 따른 상태 그래프이며, 도 8은 밸브 클로즈시 도 2의 로터 상태 그래프이며, 도 9는 밸브 오픈시 도2의 로터 상태 그래프이며, 도 10은 본 발명의 시그널 프로세서의 또 다른 구동 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 원격 밸브 제어 시스템(VRCS : Valve Remote Control System)용 유량계(10)(Flowmeter)에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 유압생성기(20)와 밸브 액츄에이터(300)를 연결시키는 유체관(200) 내부에 장착되는 로터(100)와, 센서(120)와 시그널 프로세서(130)로 구성된다.
VRC 시스템에서 밸브(30)는 배관 내 유체의 유량, 압력, 온도를 조절하기 위한 목적으로 유체의 통로를 열거나 닫는 장치로서, 주로 버터 플라이 밸브가 이용되고 있다.
이러한 밸브(30)에는 원격운전(Remote Operation) 혹은 자동제어(Automatic Control)할 수 있도록 하는 액츄에이터(300)(Actuator)가 부착된다.
상기 액츄에이터(300)(Actuator)는 밸브(30)의 바디(body) 상부에 부착되어 밸브 시스템과 연동되도록 설계되며 상기 유압생성기(20)와 유체관(200)으로 연결되어 유압에 의해 기계적 변이를 발생시키는 장치로서, 예를 들어 도 1에 도시된 버터플라이 밸브의 경우에는 유압에 의해 직선 운동하는 랙기어와 상기 랙기어에 맞물려 회전 운동하며 밸브 회전판에 결합된 피니언 기어로 구성된다.
VRC에서 사용되는 제어 방식으로는 Open/Close와 Throttle control(0~100%개폐)이 주로 사용되는데, 후자는 액츄에이터(Actuator)의 위치를 정밀 제어함으로써 개폐 비율을 조절할 수 있다.
상기 유량계(10)(Flowmeter)는 유압생성기(20)에서 발생한 유량을 측정하여 상기 액츄에이터(300)(Actuator)의 개폐 상태 및 정도를 파악하는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이 VRC용 유량계(10)(Flowmeter)는 배관 내부에 설치되어 유체 흐름에 따라 회전하며, 원주변에 자석이 설치되는 로터(100)와 상기 로터(100)에 설치된 자석(11)을 감지하여 이를 전기적 신호로 전송하는 센서(120)와 상기 센서(120)의 신호를 입력 받아 유체의 유속과 유량, 유속의 방향을 연산하여 제어신호로 출력하는 시그널 프로세서(130)로 구성된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 로터(100)에는 도 2에 도시된 바와 같이 자석(11)이 부착되며, 상기 센서(120)는 홀센서를 사용하였다.(본 발명은 홀센서를 이용한 본 방식에 한정하지 않고, 각도센서(로터리엔코더, MR센서, 방위센서 등)를 응용한 원격밸브 제어 시스템용 유량계에 모두 적용이 가능함은 물론이다.)
상기 홀센서는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 정역 방향의 구분을 위하여 두개의 홀센서(A, B)로 나누어져 도 4와 같은 펄스열을 생산한다.
상기 홀센서(A, B)는 도 3에 도시된 바와 같은 밸브를 구동시키기 위한 정상적인 유체 흐름에서는 도 4에서 보여지는 바와 같은 펄스 주파수를 발생시키게 된다.
그런데, 운용 중인 선박에서는 외부 환경적 요소 또는 내부적 요소에 의하여, 상기 유압생성기(20)(Hydraulic Power Pack)로부터 액츄에이터(300)(Actuator)에 공급되는 유체의 온도가 높아지거나 낮아지게 된다.
상기 유체의 온도가 높아지거나 낮아지게 되면 기름의 부피가 증가하거나 감소하면서 유체 흐름이 발생되어(이하 이를 '유류 노이즈'라 함), 상기 로터(100)가 비정상적인 회전을 하게 되는데, 이는 실제로는 액츄에이터(300)(Actuator)가 구동되지 않았음에도 불구하고 구동한 것으로 계산되어져 도 7에 도시된 바와 같이 밸브(30)의 개폐 상태에 대한 오인을 가져오게 한다.
본 발명에서는 상기한 원인에 의한 오차를 보정하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 실제로 액츄에이터(300)( Actuator)를 구동시키는 때의 상기 센서(120)(Hall Sensor)의 펄스 출력 주파수(t)를 구하여 해당 출력 주파수대(예를들어 5±1Hz)에서만 카운트하도록 구현하였다.
상기 로터(100)가 유류 노이즈에 의해 회전되는 경우에는 도 5에서 보여지는 바와 같이 상기 센서(120)가 출력시키는 펄스 출력 주파수(t')는 현저히 달라지므로 상기 시그널 프로세서(130)는 이러한 펄스 출력 주파수는 유류 노이즈로 판단하고 카운트되지 못하도록 한다.
한편, 실제로 밸브(30)를 컨트롤하기 위하여 유압생성기(20)로부터 공급되는 기름의 양에는 미소한 오차가 발생할 수 있다.
즉, 도 8과 도 9에서 보여지는 바와 같이 실제의 구동과 다르게 유압생성기의 출력이 밸브를 100% 구동하기 미흡한 량으로 인지될 수 있는데, 이런 미소한 오차가 누적이 되면 시간이 지남에 따라 밸브 포지션에 대한 큰 오차가 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 오차를 줄이기 위하여 VRC 시스템의 작동 컨디션을 이용하는데, 선박에서의 밸브 조작을 살펴보면, Ballasting을 하거나. Heeling 제어 등을 하기 위하여 밸브를 조작할 경우, 한번 조작한 밸브를 바로 다시 조작하는 경우는 거의 없다.
본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 밸브 포지션 값이 구동명령 후 일정한 오차 범위 이내(예를 들어 95%이상 또는 5%이하)에 일정시간(예를들어 30초) 이상 머물러 있다면, 현재 밸브가 완전히 열리거나 닫힌 경우로 판단하여, 모자란 포지션 값에 대하여 자동으로 포지션값을 100% 또는 0% 값으로 초기화한다.
따라서, 본 발명의 시그널 프로세서(130)는 도 10에 도시된 바와 같이 센서의 유효 주파수 범위 내에서 밸브 위치값을 연산하며, 밸브 구동 후에는 자동 영점 조정을 실시하게 되어, 장시간 사용에 따른 유량계(10)의 누적 오차를 제거시킨다.
상기한 영점 조정을 위한 오차 범위의 설정은 시그널 프로세서에서 조정 가능하게 하여, 기후나 환경, 위도에 따라 적절한 수치가 선택되도록 하는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 유압생성기와 밸브 액츄에이터 사이에 형성되어 유압의 흐름을 감지하는 원격 밸브 제어 시스템(VRCS : Valve Remote Control System)용 유량계(Flowmeter)에 있어서,
    상기 유압생성기와 밸브 액츄에이터를 연결하는 유체관의 내부에 형성되어 유체의 흐름에 따라 회전하는 로터와;
    상기 로터의 회전량과 방향을 감지하여 이를 전기적 신호로 전달하는 센서와;
    상기 센서의 신호를 입력받아 상기 유체의 정역방향과 유량을 분석하여 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 정보를 출력시키는 시그널 프로세서로 구성되며;
    상기 시그널 프로세서는 상기 밸브 엑츄에이터의 개폐 구동 후, 일정 시간 이내에 미리 설정한 오차 범위내의 부족 구동이 감지되면 이를 상기 유압생성기의 출력 오차에 의한 노이즈로 해석하여, 강제로 정상상태로 영점조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시그널 프로세서는,
    정상상태 판단 제한 시간 t를 설정하여, 상기 t 시간 이상 상기 오차가 지속되는 경우에만 강제로 정상상태로 영점 조정시키는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시그널 프로세서는,
    상기 유압생성기의 정상 작동시 유속 출력에 대응하는 상기 센서의 펄스 출력 주파수 이상에서만 상기 엑츄에이터의 실제 운동으로 인식하여 상기 엑츄에이터의 움직임을 계산하는 것을 특징으로 하는 원격밸브 제어 시스템용 유량계.
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