KR100912258B1 - 케이블 권취기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔코더와 전류검출센서를 이용해서 AC 유도전동기의 속도와 토크를 검출하여 기설정된 속도 및 토크와 비교하여 속도와 토크의 제어를 통해 케이블 권취기를 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 케이블 권취기 제어방법은 드럼에 케이블을 권취하도록 정역 회전하는 AC 유도전동기의 제어에 필요한 기준속도와 기준토크를 설정하여 세팅하는 단계와, 엔코더와 전류검출센서에 의해 상기 AC 유도전동기의 현재 속도와 토크를 측정하는 단계와, 제어부에서 상기 측정 속도와 토크를 기준속도 및 기준토크와 비교하는 단계, 및 상기 제어부에서 그 비교 결과에 따라 AC 유도전동기의 속도와 토크를 제어하는 피드백 단계를 포함하여 구성된다.

케이블 권취기, 속도 및 토크, 엔코더, 전류검출센서, 올인원

Description

케이블 권취기의 제어방법 {Controlling Method of Cable Reeler}

본 발명은 케이블 권취기의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔코더와 전류검출센서에 의해 AC 유도전동기의 속도와 토크를 측정하여 기존에 설정된 속도 및 토크와의 비교에 의해 속도와 토크를 제어하는 방법에 관한 것이다.

항만물류, 철강금속, 광산 터널링, 환경서비스, 일반산업 및 자동화 분야 등의 운송장치에 있어서 이동기기의 운반 및 하역설비에 전력을 공급하는 장치인 케이블 권취기(Cable Reeler)는 운전조건, 환경 등에 따라 다양한 형식이 사용된다.

이러한 권취기의 종래 기술로는 스프링 탄성을 이용해서 권취 토크를 발생하여 권취하는 형식으로 권취 길이가 짧고 저용량 권취로 사용되는 기계식 스프링형 권취기, 교류 모터(AC Motor) 동력을 디스크(Disk) 마찰판에서 발생한 마찰 토크로 케이블를 권취하는 형식의 저용량 크레인(Crain)용 마찰모터형(Friction Motor Type) 권취기, 교류 모터 토크를 비접촉식 커플링(Coupling)으로 메인 기어박스에 전달하여 케이블을 권취하여 영구자석에서 발생하는 자력으로 모터 토크를 전달하고 토크는 영구자석의 에어 갭(Air Gap) 간격에 따라 토크를 변경할 수 있는 형식의 마그네틱 커플링형(Magnet Coupler Type) 권취기 및 유도 크레인 모터와 박스형 감속기로 구성되어 케이블을 권취할 때나 풀릴 때 일정한 토크를 발생하는 형식의 권선형 모터 2차 저항 제어형 권취기 등이 있다.

이러한 종래의 기계식 권취기는 스프링, 모터, 감속장치 등으로 구성되어 권취력 제어의 정밀제어, 지능제어의 한계가 있는 문제점이 있다.

한편, 공개번호 특1998-0701415에는 선조재의 권취 장치가 개시되어 있는바, 이 공개 발명은 선조재를 풀어내는 풀기 수단과, 선조재를 권취하는 권취 수단과, 선조재의 장력을 검출하는 장력 검출 수단으로 되는 선조재의 권취 장치에 있어서, 상기 장력 검출 수단의 검출치에 근거하여 선조재의 풀기 속도를 변경하여 당해 선조재의 장력을 일정하게 조절하는 장력 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

그런데 이 공개 발명은 장력을 일정하게 조절하기 위하여 장력 조절 수단을 별도로 구비해야 하므로 권취 장치가 복잡해지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔코더와 전류검출센서에 의해 AC 유도전동기의 속도와 토크를 측정하여 기존에 설정된 속도 및 토크와의 비교에 의해 종래 제어개념이 없던 AC 유도전동기의 속도와 토크를 연동 제어하여 벼로의 부가 장력 조절 수단을 사용하지 않으면서도 적절한 속도와 장력으로 케이블을 권취할 수 있는 케이블 권취기의 지능적인 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 케이블 권취기의 제어방법은, 드럼에 케이블을 권취하도록 정역 회전하는 AC 유도전동기의 제어에 필요한 기준속도와 기준토크를 설정하여 세팅하는 단계;

엔코더와 전류검출센서에서 상기 AC 유도전동기의 현재 속도와 토크를 측정하는 단계;

제어부에서 상기 측정 속도와 토크를 기준속도 및 기준토크와 비교하는 단계; 및

상기 제어부에서 그 비교 결과에 따라 AC 유도전동기의 속도와 토크를 제어하는 피드백 단계를 포함하여 구성된다.

상술한 과제 해결 수단에 의하면, 종래 제어개념이 없던 AC 유도전동기의 속도와 토크를 연동제어하여 부가 장력 조절 수단을 사용하지 않으면서도 적절한 속도와 장력으로 최적의 상태에서 케이블을 권취할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 올인원 제어의 개념도이고, 도 2는 도 1이 적용된 귄취기의 개략적인 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 PLC와 엔코더가 하나로 원칩화된 것으로, 제어부(10)는 외부 입력신호, 예를 들어 구동 시작과 정지의 스위치 신호, 릴레이 신호, PLC 제어신호, 센서(온도) 신호, 아날로그 신호, RS232/RS422의 인터버스 신호 등의 각종 신호를 입력받아 권취기를 구동하고, 권취기의 구동중 엔코더(23)와 전류검출센서(26)에서 측정한 AC 유도전동기(22)의 슬립량과 구동전휴의 측정값을 기존에 설정된 기준값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 AC 유도전동기(22)나, 상기 AC 유도전동기(22)의 구동을 정지하는 브레이크(21)를 제어한다.

도 2에 도시된 바와 같이 제어부(10), 엔코더(23), 전류검출센서(26), 팬(24), 브레이크(21), AC 유도전동기(22), 기어박스(25), 케이블(30)을 권취하는 드럼(32)을 포함하여 구성된다.

제어부(10)는 위치, 속도, 토크 등의 실시간 변화에 대응하여 제어할 수 있는 서보(Servo)제어 기술을 적용하여 AC 유도전동기(22), AC 유도전동기(22)의 동작을 정지하는 브레이크(21), AC 유도전동기(22)의 내부 온도를 식혀주는 팬(24)의 구동을 제어한다.

AC 유도전동기(22)는 상기 제어부(10)의 제어에 의해 회전하고, 그 회전이 기어박스(25)에 의해 감속된 상태에서 드럼(32)에 전달된 후, 드럼(32)이 회전함에 따라 케이블(30)이 드럼(32)에 권취된다.

엔코더(23)와 전류검출센서(26)는 상기 AC 유도전동기(22)에 부착되어 AC 유도전동기(22)의 현재 회전 속도와 토크(힘)를 측정하여 제어부(10)에 입력하고, AC 유도전동기(22) 내부에 구비된 온도센서(미도시)는 AC 유도전동기(22)의 내부 온도를 측정하여 제어부(10)에 입력한다.

제어부(10)는 AC 유도전동기(22)의 측정 온도를 기존에 설정된 기준온도와 비교하여 기준온도보다 큰 경우에 팬(24)을 구동하여 공기를 순환함으로써 AC 유도 전동기(22)의 회전에 의해 증가하는 내부 온도를 줄여주고, 또한 속도와 토크를 기입력된 기준속도 및 토크와 비교하여 그 비교결과에 따라 AC 유도전동기(22)의 속도와 토크를 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 제어한다.

이때 AC 유도전동기(22)에 입력되는 전류를 체크하여 전류소모가 많아 과부하가 되면 속도를 낮추고, 전류소모가 적으면 속도를 높여준다.

그리고 드럼(32)에 케이블(30)의 권취가 완료되거나 AC 유도전동기(22)의 회전을 정지하고자 하는 경우에는 브레이크(21)를 작동하여 AC 유도전동기(22)의 회전을 정지한다.

도 3은 본 발명에 따른 권취기 제어의 순서도이다.

도시된 바와 같이 측정속도 및 측정토크와 비교할 수 있도록 기준이 되는 기준속도와 기준토크를 설정하는 데이터 세팅단계(S302)를 수행한다.

본 발명에서 AC 유도전동기(22)의 회전속도는 주파수로, 회전토크는 전류와 전압으로 제어한다. 예를 들어 AC 유도전동기(22)의 속도를 제어하고자 하는 경우에 AC 유도전동기(22)를 구동하고 싶은 지령 주파수(HZP)와, 엔코더(23)에 의해 측정된 AC 유도전동기(22)의 현재 피드백 주파수(HZF)를 이용하고, AC 유도전동 기(22)의 토크를 제어하고자 하는 경우에 AC 유도전동기(22)에 인가되는 바이어스 전압(VFB)을 이용하여, HZP, HZF, VFB를 적절히 조합하여 속도와 토크를 제어한다. 이때 상기 HZP나 HZF의 값이 음수이면 AC 유도전동기(22)가 역회전하도록 지령하거나, 현재 역회전중인 것을 나타내며, VFB로 소비 전력이 상승하는 최대 토크를 설정한다.

상기 데이터 세팅이 끝난 후에 엔코더(23)에서 AC 유도전동기(22)의 토크(전압)를 측정하여(S304) 토크가 측정되지 않으면, 엔코더(23)에 측정한 HZF가 0 미만으로 AC 유도전동기가 역회전하는 경우 제어부(10)에서 VFB의 값을 +로 제어하고, HZF가 0인 경우 상기 데이터 세팅 단계의 VFB로 셋업한다(S320).

상기 토크가 측정된 후 AC 유도전동기(22)가 구동하기 시작하면(S304), 제어부(10)는 엔코더(10)에 측정한 HZF를 0과 비교하여 그 비교 결과에 따라 HZP와 VFB를 제어한다. 즉, 상기 HZF > 0으로 AC 유도전동기(22)가 정회전하는 경우(S308), HZP는 세팅 데이터를 유지하면서 VFB의 값을 +로 제어한다(S332). 상기 HZF < 0으로 AC 유도전동기(22)가 역회전하는 경우(S310), VFB는 세팅 데이터를 유지하면서 HZP의 값을 -HZP로 제어한다(S334).

상기 HZF = 0으로 AC 유도전동기(22)가 정역 회전하지 않는 경우(S312), VFB는 세팅 데이터를 유지하면서 HZP는 0.2Hz로 회전하도록 제어한다(S336). 상기한 단계를 반복하다가 제어부(10)의 제어에 의해 브레이크(21)가 작동하여 AC 유도전동기(22)의 동작이 정지되면(S314), 엔코더(23)에서 측정한 HZF가 0 미만으로 AC 유도전동기(22)가 역회전하는 경우 제어부(10)에서 VFB의 값을 +로 제어하고, HZF가 0인 경우 상기 데이터 세팅 단계의 VFB로 셋업한다(S338).

이와 같이 주파수로 속도를, 바이어스 전압과 전류검출센서(26)의 전류로 토크를 제어하되, 주파수와 바이어스 전압과 전류의 적절한 조합으로 정역 회전에 의해 케이블(30)을 권취하는 AC 유도전동기(22)의 회전 속도와 회전 토크를 제어할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 올인원 제어의 개념도,

도 2는 도 1이 적용된 귄취기의 개략적인 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 권취기 제어의 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 제어부 21: 브레이크

22: AC 유도전동기 23: 엔코더

24: 팬 25: 기어박스

30: 케이블 32: 드럼

Claims (4)

1. 드럼에 케이블을 권취하도록 정역 회전하는 AC 유도전동기의 제어에 필요한 기준속도와 기준토크를 설정하여 세팅하는 단계;

   엔코더와 전류검출센서에서 상기 AC 유도전동기의 현재 속도와 토크를 측정하는 단계;

   제어부에서 상기 측정 속도와 토크를 기준속도 및 기준토크와 비교하는 단계; 및

   상기 제어부에서 그 비교 결과에 따라 AC 유도전동기의 속도와 토크를 제어하는 피드백 단계를 포함하되;

   상기 AC 유도전동기의 속도는 AC 유도전동기를 구동하고 싶은 지령 주파수(HZP)와 엔코더에 의해 측정된 현재 피드백 주파수(HZF)를 이용하여 제어하고, 상기 AC 유도전동기의 토크는 AC 유도전동기에 인가되는 바이어스 전압(VFB)을 이용하여 제어하되, HZP, HZF, VFB를 조합하여 속도와 토크를 같이 제어하며,

   상기 AC 유도전동기의 토크가 측정되고 AC 유도전동기가 구동하는 경우 제어부에서 엔코더에 측정한 HZF를 0과 비교하는 단계,

   상기 HZF > 0으로 AC 유도전동기가 정회전하는 경우 HZP는 세팅 데이터를 유지하면서 VFB의 값을 +로 제어하는 단계,

   상기 HZF < 0으로 AC 유도전동기가 역회전하는 경우 VFB는 세팅 데이터를 유지하면서 HZP의 값을 -HZP로 제어하는 단계,

   상기 HZF = 0으로 AC 유도전동기가 정역 회전하지 않는 경우 VFB는 세팅 데이터를 유지하면서 HZP는 0.2Hz로 제어하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 케이블 권취기의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 AC 유도전동기가 구동하지 않거나 토크가 측정되지 않는 경우 HZF가 0 미만으로 AC 유도전동기가 역회전하는 경우 제어부에서 VFB의 값을 +로 제어하고, HZF가 0인 경우 상기 데이터 세팅 단계의 VFB로 셋업하는 것을 특징으로 하는 케이블 권취기의 제어방법.
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