KR200320143Y1

KR200320143Y1 - 코크스호퍼 레벨측정장치

Info

Publication number: KR200320143Y1
Application number: KR20-2003-0013464U
Authority: KR
Inventors: 이갑규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2003-07-12
Anticipated expiration: 2013-04-30

Abstract

본 고안은 정확도가 향상된 코크스호퍼의 레벨측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서 본 고안은 코크스 호퍼의 일측에 설치되어 빛을 발생시키는 투광기와, 코크스호퍼의 타측에 설치되어 투광기로부터 발산된 빛을 수신하는 수광기와, 수광기의 수광소자로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리수단과, 신호처리수단에서 처리된 신호를 출력하는 제어시스템을 포함하는 코크스호퍼의 레벨측정장치를 제공한다.

Description

코크스호퍼 레벨측정장치{apparatus for measuring of coke's hopper level}

본 고안은 코크스호퍼의 석탄레벨을 측정하는 코크스호퍼 레벨측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광폭을 검출하여 코크스호퍼의 석탄레벨을 측정하는 코크스호퍼 레벨측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소 코크스공장에서 호퍼에 저장된 석탄의 레벨을 측정하기 위하여 호퍼 상부에 초음파식 레벨계를 사용하고 있다.

이와 같이 초음파를 이용한 레벨측정장치는 트랜스듀스에서 초음파의 펄스가 발신되고, 발신된 펄스가 측정물에 닿고 반사되어 되돌아 온 펄스를 트랜스듀스에서 다시 수신하여 발신된 펄스와 수신된 펄스의 시간차를 측정하여 레벨을 측정하였다.

이와 같은 초음파를 이용한 레벨측정장치는 외란의 영향을 받지 않고 정확하게 측정하기 위해서는 호퍼의 중앙에서 측정대상과 초음파식 레벨계를 수직으로 설치해야 한다.

그러나 설비의 제약 때문에 중앙에 설치되지 못하는 경우에는 호퍼의 벽면에 발신펄스가 간섭되거나 발산해 버리게 된다.

따라서 레벨측정장치를 통하여 측정된 레벨수치의 정확도가 떨어지게 되며 이로 인해 부원료의 일시적 부족으로 공정상의 차질을 빚어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 호퍼에 석탄의 투입시 레벨수치의 정확도가 떨어져 오버플로우 되어 공장주변에 비산되므로 환경을 오염시키는 문제점이 있다.

본 고안은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 정확도가 향상된 코크스호퍼의 레벨측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치를 나타내는 도면이다

도 2는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 투광기 및 수광기를 나타내는 상세도이다.

도 3은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호검출제어부의 회로도이다.

도 5는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호검출부의 회로도이다.

도 6은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호지정부의 회로도이다.

도 7은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호변환부의 회로도이다.

도 8은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 전원부의 회로도이다.

도 9는 본 고안에 따른 신호검출제어부의 신호처리를 나타내는 타이밍챠트이다.

도 10은 본 고안에 따른 신호검출부의 신호처리를 나타내는 타이밍챠트이다.

도 11은 본 고안에 따른 신호지정부의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다.

도 12는 본 고안에 따른 신호변환부의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 코크스호퍼 200 : 코크스

400 : 투광기 500 : 수광기

600 : 신호처리수단 700 : 제어시스템

본 고안은 코크스 호퍼의 일측에 설치되어 빛을 발생시키는 투광기와, 코크스호퍼의 타측에 설치되어 투광기로부터 발산된 빛을 수신하는 수광기와, 수광기의 수광소자로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리수단과, 신호처리수단에서 처리된 신호를 출력하는 제어시스템을 포함하는 코크스호퍼의 레벨측정장치를 제공한다.

여기서 신호처리수단은 수광소자에서 발생된 신호를 멀티플렉서에 병렬로 입력하고 병렬로 입력된 신호를 가장 하부에 설치된 소자부터 순차적으로 출력하여 신호를 검출하는 신호검출부와, 신호검출부에서 멀티플렉스에 입력된 병렬신호를직렬신호로 변경하도록 제어신호를 발생시키는 신호검출제어부와, 신호검출부에서 공급된 신호를 설정된 크기 이상으로 출력하는 신호지정부와, 신호지정부에서 공급된 디지털신호를 아날로그신호로 변경하는 신호변화부로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 투광기 및 수광기를 나타내는 상세도이며, 도 3은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호검출제어부의 회로도이며, 도 5는 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호검출부의 회로도이고, 도 6은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호지정부의 회로도이며, 도 7은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 신호변환부의 회로도이고, 도 8은 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 전원부의 회로도이다.

코크스호퍼 레벨측정장치는 코크스호퍼(100)의 일측에 설치되어 빛을 발생시키는 투광기(400)와, 코크스호퍼(100)의 타측에 설치되어 투광기로부터 발산된 빛을 수신하는 수광기(500)와, 수광기(500)의 수광소자로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리수단(600)과, 신호처리수단(600)에서 처리된 신호를 출력하는 제어시스템(700)으로 이루어진다.

투광기(400)는 코크스호퍼의 일측에 설치되며 파장이 500nm 정도인 수은등을사용하고 별도의 제어장치 없이 전원 투입으로 점등된다.

수광기(500)는 보호용장치 내부에 수광소자(PD11~PD2ⁿ1)를 수납하고 정밀도를 높이기 위해 2열로 배열한 구조로 투광기(400)와 마주보도록 설치된다. 여기서 수광소자(PD11~PD2ⁿ1)는 파장이 500nm 정도에서 동작하는 CdS소자를 사용하고, CdS소자는 후술하는 신호검출부(600D)에서의 원활한 처리를 위해 2ⁿ개로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 수광기(500)의 수광소자는 투광기(400)에서 발생된 빛이 수신되므로 수광소자의 수신여부에 따라 코크스(200)의 유무가 감지된다.

신호처리수단(600)은 수광소자에서 발생된 신호를 멀티플렉서에 병렬로 입력하고 병렬로 입력된 신호를 하부에 설치된 소자부터 순차적으로 출력하여 신호를 검출하는 신호검출부(600D)와, 신호검출부(600D)에서 멀티플렉스에 입력된 병렬신호를 직렬신호로 변경하도록 제어신호를 발생시키는 신호검출제어부(600B)와, 신호검출부(600D)에서 공급된 신호를 설정된 크기 이상으로 출력하는 신호지정부(600A)와, 신호지정부(600A)에서 공급된 디지털신호를 아날로그신호로 변경하는 신호변화부(600C)로 이루어진다.

신호검출제어부(600B)는 동기용 발진기(BO11)와 리세트용(BO12) 발진기라는 두 개의 발진기와 카운터 회로로 구성되며, 각 발진기는 하나의 기능요소로 구성 되고, 카운터회로는 플립플롭 소자(BF11~BF2ⁿ1)와 논리소자(BL11~BLm1)로 구성된다. 각 발진기는 발진 주파수에 의해 자체 발진하며 동기용 발진기(BO11)의 출력은 카운터 회로의 각 플립플롭 소자(BF11~BF2ⁿ1)의 클록(CLOCK) 신호로 제공 되게 연결하고 리세트용 발진기(BO12)의 출력은 카운터 회로의 각 플립플롭 소자(BF11~BF2ⁿ1)의 리세트 단자에 제공되도록 연결한다.

신호검출부(600D)는 검출회로와 멀티플랙서(Multiplexer)로 구성되며, 검출회로는 수광 소자(PD11), 저항(DR11, DR12, DR13, DR14, DR15), 연산 증폭기(DIC11, DIC11)로 하나의 회로를 구성하며 검출회로는 수광소자(PD11~PD2ⁿ1)의 개수와 동일한 숫자로 구성한다. 검출회로의 출력은(D1~D2ⁿ) 수광 소자(PD11~PD2ⁿ1)의 개수와 같은 숫자로 하여 멀티플랙서의 다중 입력 단자에 연결하고 멀티플랙서의 출력(Mo)은 후술하는 신호 지정부(600A)에 공급 되게 연결한다. 멀티플랙서의 제어 단자에는 후술하는 신호 검출 제어부(600B)에서 공급된 신호(S1~Sn)를 연결한다.

신호지정부(600A)는 피크 홀드회로와 비율설정 회로 및 비교회로로 구성되며, 피크홀드회로는 연산증폭기(AIC11, AIC12),다이오드(AD11), 콘덴서(AC11), 스위치(AS11) 및 발진기(AO11)로 구성되고, 비율설정회로는 연산 증폭기(AIC13, AIC14), 저항(AR11,AR12, AR13, AR14))로 구성되며, 비교회로는 연산 증폭기(AIC15), 다이오드(AD12)로 구성 된다.

한편 상기 신호 검출부(600D)의 출력(Mo)은 피크 홀드회로의 샘플링용 연산증폭기(AIC11)와 비교회로의 비교용 연산증폭기(AIC15)에 동시에 공급되고 비교회로의 출력(Co)은 후술하는 신호 변환부(600C)에 공급된다.

신호변환부(600C)는 펄스 폭 변조형 디지털/아날로그 변환회로를 적용하며 적분회로와 홀드 회로로 세분된다. 적분회로는 저항(CR11), 콘덴서(CC11), 연산증폭기(CIC11)로 구성 되고 홀드 회로는 콘덴서(CC12), 연산증폭기(CIC12), 스위치(CS11)로 구성된다. 그리고 회로 이득 보상저항(CR12)과 입력전압 조절저항(CVR1)을 회로의 보완요소로 구성한다. 후술하는 전원부(600P)에서 입력전압 조절저항(CVR1)에 전원을 공급 되도록 구성하고 신호 변환부(600C)의 출력(Ao)은 종래의 제어시스템(700)에 공급된다.

전원부(600P)는 트랜스포머(PT1), 정류 다이오드(BD11), 콘덴서(PC11, PC12, PC13, PC14), 저항(PR11,PR12)으로 구성되며, 각 상세회로의 연산증폭기(미도시) 등에 공급된다.

이하 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨측정장치의 작동을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 고안에 따른 신호검출제어부의 신호처리를 나타내는 타이밍챠트이고, 도 10은 본 고안에 따른 신호검출부의 신호처리를 나타내는 타이밍챠트이며, 도 11은 본 고안에 따른 신호지정부의 동작을 나타내는 타이밍챠트이고, 도 12는 본 고안에 따른 신호변환부의 동작을 나타내는 타이밍챠트이다.

호퍼의 양쪽에 각각 설치된 투광기(400)와 수광기(500)에 전원이 공급되면 호퍼의 레벨에 따라 수광소자(PD11~ PD2ⁿ1)에서 연속적으로 신호가 검출되어 신호처리장치(600)에 공급되면 신호처리 장치(600) 내부의 신호 검출 제어부(600B)에서 제어용 신호가 발생된다.

또한 발생된 신호로 신호검출부(600D)에서는 수광 소자(PD11~PD2ⁿ1)에서 입력된 신호 중 제일 하부에 설치된 수광 소자(PD11)의 신호를 먼저 출력하고 제일 상부에 설치된 수광 소자(PDn1)의 신호를 나중에 출력한다.

신호 검출부(600D)에서 출력된 신호는 신호지정부(600A)에 공급되어 출력된 신호 중 가장 높은 신호의 일정 비율보다 큰 신호만 신호변환부(600C)에 공급되고 신호변환부(600C)는 1주기 동안의 Digital 신호에 대응한 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.

신호검출제어부(600B)에서는 수광소자(PD11~PD2ⁿ1)에서 상기 신호검출부(600D)에 들어온 병렬신호를 직렬신호로 바뀌도록 제어신호를 출력한다. 즉, 호퍼의 하부에 설치된 수광소자(PD11)의 신호를 먼저 출력하고 상부에 설치된 수광소자(PD2ⁿ1)의 신호를 늦게 출력한다.

발진기(BO11)에서 임의의 발진 주파수로 발진되어 후단의 카운트회로에 입력되면 T형 플립 플롭 소자(BF11~BF2m1) 및 논리소자(BL11~BLm1)로 구성된 카운터회로는 발진회로에서 공급된 펄스에 의해 제어 신호를 출력하게 되며 카운트 회로는 입력 펄스의 순서에 따라 출력(S1~Sn)을 1씩 증가 시키는데, 2진화 10진수로 표현한다. 즉 첫번째 펄스가 들어오면 첫번째 플립 플롭 소자(BF11)의 출력 S1이 on되게 하고, 두번째 펄스가 들어오면 두번째 플립 플립 소자(BF21)의 출력 S2가 on되지만, 세번째 펄스가 들어오면 첫번째와 두번째 플립 플롭 소자(BF11,BF21)의 출력 S1 및 S2가 On된다. 플립 플롭 소자(BF11~BFn1)의 출력(S1~Sn)은 숫자에 대응 되는데, S1은 1, S2는 2, S3은 4, S4는 8, S5은 10이 되고 On된 출력(S1~Sn)을 더하면 펄스 순서가 된다.

신호검출부(600D)는 호퍼(100)의 레벨에 따라 수광소자(PD11~PDn1)에서 발생된 신호는 연산 증폭기(DIC11)에 의해 연산 되어 D1에서 D2ⁿ로 출력되어 후단의 멀티플랙서에 병렬로 동시에 입력되면 S1에서 Sn까지의 신호에 의해 순차 선택되어 직렬로 출력된다.

호퍼(100) 하부에 설치된 수광 소자(PD11)의 경우를 살펴 보면, 수광 정도에따라 수광소자(PD11)의 저항변화가 발생하여 분압저항(DR11)과 수광소자(PD11)의 관계에 의해 (PD11/(DR11+PD11)) * V+의 전압이 출력되고, 저항(DR12,DR13)과 연산 증폭기(DIC11)로 구성된 증폭회로에서 (DR13/DR12)의 증폭도에 의해 후단의 멀티플랙서에서 필요한 전압의 크기로 반전 증폭된다. 증폭된 후 저항(DR14,DR15), 연산증폭기(DIC12)에서는 (DR15/DR14)=1의 증폭도로 다시 반전 증폭하여 멀티플랙서에 + 전위를 공급한다.

한편 호퍼(100)에 아무것도 없는 레벨이 제로일 때는 제일 하부에 설치된 수광 소자(PD11)에 빛이 전부 도달되므로 수광소자(PD11)의 저항이 무한대가 되고 분압저항(DR11)과 수광 소자(PD11) 사이에 발생 되는 전압은 제로가 되어 연산증폭기(DIC11)의 출력도 제로가 된다. 이런 상황은 상부에 설치된수광소자(PD2ⁿ1)에서도 똑같이 발생하고, 연산증폭기(DIC12)의 출력도 제로가 되어 모든 연산 증폭기(DIC11~DIC2ⁿ1)의 출력이 제로가 된다.

또한 호퍼의 레벨이 절반이 있는 경우는 제일 하부에 설치된 수광 소자(PD11)부터 호퍼 중간 위치에 설치된 수광 소자(PDh1)까지는 빛이 차단되어 수광 소자(PD11~PDh1)의 저항이 어느 값을 가지게 되어 분압 저항(DR11~ DRh1))과 수광 소자(PD11~PDh1) 사이에 발생 되는 전압은 (PD11/(DR11+PD11)) * V+가 되어, 해당 연산증폭기(DIC11~DIChf)에서 연산된 후 5V가 출력되고, 중간 위치 이후 수광소자(PDh1)부터 상부에 설치된 수광소자(PD2ⁿ1) 까지는 빛이 전부 도달되어 수광소자의 저항이 무한대가 되고 분압 저항(DRh1~DR2ⁿ1)과 수광 소자(PDh1~ PD2ⁿ1) 사이에서 발생 되는 전압은 제로가 되어 연산증폭기(DICh1~DIC2ⁿ1) 출력도 제로가 된다.

한편 멀티플랙서에서는 앞에서 설명한 신호 검출 제어부(600B)의 신호에 따라 D1 에서 D2ⁿ까지 직렬로 출력되며 상호 관계는 다음과 같다.

도 6a는 신호 지정부(600A)의 상세 회로도로 상기 신호 검출부(600D)에서 공급된 신호(Mo)는 연산 증폭기(AIC15), 다이오드(AD12)로 구성된 비교회로의 연산 증폭기(AIC15) 비반전 단자와 연산 증폭기(AIC11,AIC12), 콘덴서(AC11), 다이오드(AD11), 스위치(AS11), 발진기(AO11)로 구성된 피크 홀드 회로의 연산 증폭기(AIC11) 비반전 단자에 각각 공급 된다. 피크 홀드 회로에 공급된 신호는 발진기(AO11)의 펄스신호가 공급되어 스위치가 On 되는 1주기 동안에 공급된 신호 중 가장 큰 신호를 Hold 후 출력하게 되는데, 피크 홀드 회로의 상세 작용은 다음과 같다.

입력 전압이 0V, 콘덴서(AC11)의 양단 전압도 0V일 때 입력 단자에 수 V의 입력이 걸리면 연산 증폭기(AIC11)의 비반전 입력단자는 반전 입력단자 보다 전압이 더 높아 지므로 연산 증폭기(AIC11)의 출력 전압은 플러스가 된다. 그 결과 다이오드(AD11)는 도통 되어 홀드 콘덴서(AC11)에 전류가 흘러 충전되며 전압이 연산 증폭기(AIC11)의 비반전 입력 전압과 같아진다. 그에 따라 연산 증폭기(AC11) 비반전반전 2개의 입력 단자의 전압이 같아져 연산 증폭기(AC11)의 출력은 0V가 된다.

이 때 다이오드(AD11)는역 방향으로 바이어스되어 콘덴서(AC11)에는 전류가 흐르지 않아 홀드상태로 되고 콘덴서(AC11)에 충전된 전압이 출력 된다. 출력용 연산증폭기(AIC12)를 거쳐 비율 설정용 연산 증폭기(AIC13)의 비반전 입력 단자에 입력된다.

비율 설정용 연산 증폭기(AIC13, AIC14)에서 2개의 비율 저항(AR11,AR12)에 의한 증폭도(AR11/AR12)에 비율 설정용 연산 증폭기(AIC13)의 입력 전압을 곱한 값이 음전위로 출력 된 후 위상 반전용 연산 증폭기(AIC14)에서 저항(AR13/AR14)의 증폭도=1로 반전 연산 되어 비교용 연산 증폭기(AIC14)의 반전 입력 단자에 제공 된다.

한편 최초에 걸렸던 전압 보다 높은 전압이 입력되거나 리세트 스위치(AS11)가 ON되면 다이오드(AD11)는 다시 도통상태로 되어 콘덴서(AC11)의 전압이 바뀌어피크신호도 바뀌어 출력된다. 상기 피크 홀드회로에서 신호가 공급되면 후단의 비율설정회로에서 일정 비율로 연산하여 다시 비교회로의 연산 증폭기(AIC15)의 반전단자에 공급된다.

이후 연산 증폭기(AIC15)에서는 반전 단자에 입력된 신호와 비반전 단자에 입력된 신호를 비교하여 큰 쪽을 출력하는데, 비반전 단자의 신호가 큰 경우 후단의 다이오드(AD12)는 순방향으로 바이어스 되어 도통 되어 후술하는 신호 변환부(600C)에 신호가 공급 되고, 반전 단자의 신호가 큰 경우 신호는 반전되어 출력 되므로 다이오드(AD12)는 역방향 바이어스 되어 차단되고 출력은 제로로 된다.

신호변환부(600C)는 전원부(600P)에서 V+가 입력전압 조절저항(CVR1)에 공급 되고 상기 신호 지정부(600A)에서 공급된 펄스 신호(Co)는 충전용 스위치(CS11)를 동작 시키게 된다. 상기 신호 지정부(600A)의 출력 신호(CO)가 ON 일 때는 충전용 스위치(CS11)가 ON 되어 적분회로의 저항(CR11)과 콘덴서(CC11)의 시정수 의해 홀드용 콘덴서(CC12)에 전압이 충전 된다. 또 신호 지정부(600A)의 출력 신호가 OFF 될 때는 충전용 스위치(CS11)도 OFF 되어 콘덴서(CC12)에 충전된 연산 증폭기(CIC12)를 통해 출력된다.

전원부(600P)는 각 부분에 동작전원으로 공급한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 코크스호퍼 레벨검출장치는 측정된 레벨수치의 정확도가 높아지므로 부원료 부족으로 인한 공정의 차질이 미연에방지되어 생산성이 향상된다.

또한 호퍼에 석탄의 투입시 석탄이 오버플로우되지 않으므로 환경오염을 방지할 수 있다..

Claims

코크스 호퍼의 일측에 설치되어 빛을 발생시키는 투광기와, 상기 코크스호퍼의 타측에 설치되어 상기 투광기로부터 발산된 빛을 수신하는 수광기와, 상기 수광기의 수광소자로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리수단과, 상기 신호처리수단에서 처리된 신호를 출력하는 제어시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스호퍼 레벨측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 신호처리수단은 상기 수광소자에서 발생된 신호를 멀티플렉서에 병렬로 입력하고 상기 병렬로 입력된 신호를 가장 하부에 설치된 소자부터 순차적으로 출력하여 신호를 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부에서 멀티플렉스에 입력된 병렬신호를 직렬신호로 변경하도록 제어신호를 발생시키는 신호검출제어부와, 상기 신호검출부에서 공급된 신호를 설정된 크기 이상으로 출력하는 신호지정부와, 상기 신호지정부에서 공급된 디지털신호를 아날로그신호로 변경하는 신호변화부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스호퍼 레벨측정장치.