디젤 발전기 출력 신호의 모니터링 및 엔진제어 릴레이 구동을 위한 입출력 인터페이스 회로 설계 The Design of a I/O Interface Circuits for the Signal Driver of the Engine Control Relays and the Output Signal Monitoring of Diesel Generator원문보기
본 논문에서는 선박용 비상 디젤 엔진 발전기 제어 및 모니터링을 위해 제안된 디지털 기반의 입/출력 인터페이스 회로를 소개한다. 선박용 비상 발전기의 동작 상태를 모니터링 하고 제어하기 위해 제어 및 감시 회로는 5개의 아날로그 입력 채널과 2개의 픽업(Pick-up) 코일 계측 회로, 브로컨 와이어(Broken Wire) 감지 기능을 가지는 10개의 디지털 입력 채널 및 7개의 릴레이 제어 신호 출력 채널이 요구된다. 본 연구에서는 아날로그 입력 단에 간단한 필터 회로와 포토커플러, 비교기 회로를 이용하여 입력신호에 대한 신호처리를 수행하였으며, 중요한 릴레이 출력 신호들은 이중으로 단속될 수 있도록 설계하여 오동작을 철저히 방지하였다. 그리고 픽업코일 신호를 디지털 처리하는 회로를 적용하여 속도 신호 입력의 정확성을 향상 시켰다.
본 논문에서는 선박용 비상 디젤 엔진 발전기 제어 및 모니터링을 위해 제안된 디지털 기반의 입/출력 인터페이스 회로를 소개한다. 선박용 비상 발전기의 동작 상태를 모니터링 하고 제어하기 위해 제어 및 감시 회로는 5개의 아날로그 입력 채널과 2개의 픽업(Pick-up) 코일 계측 회로, 브로컨 와이어(Broken Wire) 감지 기능을 가지는 10개의 디지털 입력 채널 및 7개의 릴레이 제어 신호 출력 채널이 요구된다. 본 연구에서는 아날로그 입력 단에 간단한 필터 회로와 포토커플러, 비교기 회로를 이용하여 입력신호에 대한 신호처리를 수행하였으며, 중요한 릴레이 출력 신호들은 이중으로 단속될 수 있도록 설계하여 오동작을 철저히 방지하였다. 그리고 픽업코일 신호를 디지털 처리하는 회로를 적용하여 속도 신호 입력의 정확성을 향상 시켰다.
This paper presents a digital based input/output interface circuit for controlling and monitoring the Diesel Engine Generator for Emergency. In order to monitor and control of the Emergency Diesel Engine Generator, controlling and monitoring circuits need 5 analog input channels, 2 pick-up coil meas...
This paper presents a digital based input/output interface circuit for controlling and monitoring the Diesel Engine Generator for Emergency. In order to monitor and control of the Emergency Diesel Engine Generator, controlling and monitoring circuits need 5 analog input channels, 2 pick-up coil measuring circuits, 10 digital input channels containing Broken Wire Detect function, and 7 relay control signal output channels. This system performs signal processing of input signal taking advantage of simple filter circuit, photo-coupler and comparator circuit at analog input parts, and output signals for main relay is designed acting by double control, so it prevents malfunction completely. And it improves accuracy of speed input signal by applying digital circuit that processes pick-up coil signal.
This paper presents a digital based input/output interface circuit for controlling and monitoring the Diesel Engine Generator for Emergency. In order to monitor and control of the Emergency Diesel Engine Generator, controlling and monitoring circuits need 5 analog input channels, 2 pick-up coil measuring circuits, 10 digital input channels containing Broken Wire Detect function, and 7 relay control signal output channels. This system performs signal processing of input signal taking advantage of simple filter circuit, photo-coupler and comparator circuit at analog input parts, and output signals for main relay is designed acting by double control, so it prevents malfunction completely. And it improves accuracy of speed input signal by applying digital circuit that processes pick-up coil signal.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구는 선박용 비상 디젤 엔진 발전기의 구동을 위한 릴레이 제어 회로와 엔진 구동 상태를 모니터링 할 수 있도록 온도, 압력, 밧데리 전압, 엔진 회전 속도를 모니터링 하기 위한 센서 인터페이스 회로와 디젤 엔진 동작 중 발생할 수 있는 이상 검출, 경고 호출 및 브로컨 와이어 기능을 가진 스위치 입력 회로를 소개한다.
본 연구에서는 비상용 비상 디젤 엔진 발전기의 제어와 모니터링을 위해 센서 인터페이스 회로와 디지털 제어를 위한 회로 시스템을 설계하였다. 센서 신호들을 정밀하게 계측하기 위한 신호변환 회로들의 성능을 확인해 보았고, 저역통과 필터, 히스테리시스 회로, Variator, Resettable 퓨즈, EMI Suppression Capacitor를 추가하여, 외부 장치로부터 전달되는 노이즈에 안정적인 동작을 보장하는 성과가 있었다.
가설 설정
먼저 픽업 센서 신호 Vin이 OP-Amp 비반전 입력의 최대치보다 충분히 낮은 전압이면 출력 Vo는 ‘+’ 공급전압인 VCC가 될 것이다.
제안 방법
먼저 PC900V 포토커플러를 사용하여 Switch1이, Normal 상황에서는 5V(High) 신호를, 케이블이 단선된 경우 0V(Low) 신호를 디지털 제어부로 전달하도록 하였다. 그리고 비교기 OPA4343의 switch1 입력을 통해 디지털 입력의 ON/OFF 상태를 확인한다.
본 시스템에서는 엔진 RPM을 모니터링하기 위해 RPM 센서를 두 개 할당하였다. 이를 픽업1, 픽업2라고 나타내었는데, 두 개의 다른 픽업 센서로부터 측정되어지는 RPM이 100rpm 이상 차이가 날 경우 알람을 발생하기 위해서이다.
본 시스템에서는 케이블의 단선 여부를 확인하기 위해 디지털 접점 신호를 전달하는 스위치와 병렬로 10kΩ의 저항을 병렬로 연결하고, 2중의 디지털 신호를 입력받도록 하였다.
선박용 비상 디젤 엔진 발전기 시스템에서는 선급에서 규정한 파라메타들이 모니터링 가능하도록 규정하고 있다. 본 연구에서 설계한 비상 전력 발전기 제어 시스템은 노르웨이 선급 기준인 DNV (Det Norske Veritas)의 요구 사항에 맞추어 설계되었다. DNV 선급에서 요구하는 선박용 비상 디젤 엔진 발전기 시스템의 모니터링 파라메타와 센서 신호는 표 1과 같이 정의된다.
외부 케이블을 통해 들어올 수 있는 노이즈를 제거하기 위해 디지털 입력 라인에 EMI Suppression Capacitor를 사용하였다. EMI Suppression Capacitor는 노이즈 강도가 높은 신호 라인을 고주파에 안정적인 그라운드에 연결시키고, 그것으로 인해 노이즈를 그라운드로 통과 시키는 기능을 가진 소자이다.
픽업 센서로부터 입력되는 진폭 10V의 정현파 신호를 최대치 5V와 최소치 0V를 갖는 구형파로 변환하기 위해 비교기 회로에 히스테리시스 기능을 추가하였다. 먼저 픽업 센서 신호 Vin이 OP-Amp 비반전 입력의 최대치보다 충분히 낮은 전압이면 출력 Vo는 ‘+’ 공급전압인 VCC가 될 것이다.
대상 데이터
본 시스템에서는 온도 계측을 위해 -50 ~ 200℃까지 측정이 가능한 PT100Ω 센서(MBT5250)와 PT100Ω 신호를 4 ~ 20mA 변환하기 위해 온도 트랜스미터(MBT9110)를 사용하였다.
최초 전원 인가 시 디지털 제어부가 초기화되기 전에 릴레이 모듈이 오동작하는 것을 방지하기 위해 ULN2804를 사용하였다. Start 릴레이의 경우 엔진 시동을 위해 사용되는 Start 모터를 구동하는데 사용되는데, 엔진이 동작 중에 Start 모터가 동작할 경우 엔진이 파괴될 우려가 있기 때문에 Q1, Q3 트랜지스터를 사용하여 이중 처리를 하였다.
성능/효과
그림 4는 설계된 필터 회로의 시뮬레이션 결과이다. 0.1V, 10kHz의 노이즈가 포함된 입력 전압이 1차 저역통과 필터를 통해 제거가 됨을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 비상용 비상 디젤 엔진 발전기의 제어와 모니터링을 위해 센서 인터페이스 회로와 디지털 제어를 위한 회로 시스템을 설계하였다. 센서 신호들을 정밀하게 계측하기 위한 신호변환 회로들의 성능을 확인해 보았고, 저역통과 필터, 히스테리시스 회로, Variator, Resettable 퓨즈, EMI Suppression Capacitor를 추가하여, 외부 장치로부터 전달되는 노이즈에 안정적인 동작을 보장하는 성과가 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.