KR102348674B1 - Edi 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치는 양극과 음극사이에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배열하여 희석실과 농축실, 전해액실로 구성되며, 희석실에는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 충진시키는 EDI 모듈을 구비한 통합 콘트롤러 장치에 있어서, 입력전원을 공급하는 AC입력부(100)와, 상기 AC입력부(100)에서 출력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환부(200)와, 상기 AC/DC변환부(200)에서 출력되는 DC전압을 구형파 전압으로 변환하는 고주파 DC/DC 제어부(300)와, 상기 고주파 DC/DC 제어부(300)에서 출력되는 DC 전압을 승압하는 고주파 펄스 변압기(400)와, 상기 고주파 펄스 변압기(400)에서 출력되는 DC 전압을 안정적인 DC 전압으로 변환하는 리액터부(500)와, 이온막에 변환된 DC 전력을 공급하는 콘넥터부(600)와, 외부기기의 운전 조건 및 지시하고, 비저항 센서를 접속시켜 연결하는 인터페이스부(700)와, 마이크로 프로세서를 이용하여 직류전원장치 및 전기식 이온장치를 제어하는 제어부(800)와, 기기의 전반적인 동작 상태를 표시 및 운전 조작 스위치 및 지시램프를 구성하는 조작부(900)를 포함한다.
Description
본 발명은 직류전원장치(Smart DC Power Supply Apparatus)를 내장한 EDI 시스템(EDI system)인 전기식 이온교환(EDI: Electrodeionization) 장치의 통합 콘트롤러에 관한 것으로, EDI 시스템의 모든 제어 요소(직류전원 제어, 설비 출력 비저항값 제어 및 외부 설비에 대한 연동제어 요소)를 하나의 콘트롤러에 내장화하여 편리하며, 효율이 높고 안정적인 EDI 시스템을 제어하는 콘트롤러 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 등 초순수를 사용하는 공장에서 초순수물을 생산하기 위하여 전기식이온교환 수지막을 초순수 생산 공정에 사용하고 있다. 이러한 전기식이온 교환수지막에 안정적인 직류를 공급하기 위하여 직류전원장치를 사용한다.
그러나, 종래의 직류전원장치는 이온교환막에 직류전원만을 공급하며 이온교환막을 운전하기 위하여 별도의 릴레이 시퀀스 및 PLC 제어기를 구성하여 사용하므로 많은 배선 및 전기 부품 (NFB,M/C,릴레이, 혹은 PLC Unit) 으로 연결 하여 설치 공간 대형화 및 제작 인건비의 상승 및 운영 및 유지하는 데 번거롭고,운전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 초순수 EDI 시스템의 운영시, 직류전원공급장치와 제어장치가 이원화하여 공급, 설치 제어되는 종래의 운전제어 시스템을 하나의 모듈에 집적화하고, 비저항값에 비례하여 이온막이 가하여지는 직류전원의 공급값을 제어하는 장치임과 동시에 전기이온막에 인가되는 전류 및 전압의 변화율을 추종 해석하여 전기 이온막의 교환주기 및 고장 발생을 예측, 예방하는 기능을 구현하며, 통합 콘트롤러 장치를 집적화 및 스마트화하여 기존 설치 면적 및 배선량의 50%이상 감소된 형태로 장치를 제작하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 1) 직류전원장치를 포함하여 EDI 시스템 제어 기능을 내장하여 마이크로프로세서를 이용한 콘트롤러로 주변 설비와의 연동을 포함한 EDI 시스템의 제어 및 운전이 가능하고, 2) EDI 시스템 처리수의 비저항값을 피드백(FEED BACK) 받아 직류전원장치의 PID(Proportional-Integral-Differential) 제어를 하며, 3) EDI 이온막에 인가되는 전압, 전류를 통하여 추종막의 교환주기 및 고장을 예방하며, 4) 운전 S/W 및 지시램프의 모듈화가 가능하며, 5) 인터페이스 모듈을 사용하여 외부 장치와 연동 가능하며, 6) 서랍형식의 슬라이드 착탈 방식의 원터치 콘넥터를 구현하며, 7) 원터치 콘넥터의 결속불량 체크를 위한 온도체크 기능을 제공하는 스마트 직류전원 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치는 양극과 음극사이에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배열하여 희석실과 농축실, 전해액실로 구성되며, 희석실에는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 충진시키는 EDI 모듈을 구비한 통합 콘트롤러 장치에 있어서, 입력전원을 공급하는 AC입력부(100)와, 상기 AC입력부(100)에서 출력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환부(200)와, 상기 AC/DC변환부(200)에서 출력되는 DC전압을 구형파 전압으로 변환하는 고주파 DC/DC 제어부(300)와, 상기 고주파 DC/DC 제어부(300)에서 출력되는 DC 전압을 승압하는 고주파 펄스 변압기(400)와, 상기 고주파 펄스 변압기(400)에서 출력되는 DC 전압을 안정적인 DC 전압으로 변환하는 리액터부(500)와, 이온막에 변환된 DC 전력을 공급하는 콘넥터부(600)와, 외부기기의 운전 조건 및 지시하고, 비저항 센서를 접속시켜 연결하는 인터페이스부(700)와, 마이크로 프로세서를 이용하여 직류전원장치 및 전기식 이온장치를 제어하는 제어부(800)와, 기기의 전반적인 동작 상태를 표시 및 운전 조작 스위치 및 지시램프를 구성하는 조작부(900)를 포함한다.
상기에 있어서, 상기 콘넥터부(600)는 상기 통합 콘트롤러 장치의 탈착시 배선의 결속이 없이 원터치로 수납이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 콘넥터부(600)는 상기 통합 콘트롤러 장치에 상용전원을 공급하는 AC 입력모듈(610)과, 상기 통합 콘트롤러 장치의 직류전원 출력으로 외부기기와의 연결을 위한 DC 출력부(620)와, 인터페이스 보드와 케이블로 연결되어 콘트롤러의 운전을 위한 외부 연동 신호를 송,수신하는 25 Pin 콘넥터(630)와, DC 출력부(620)의 콘넥터 접속 부위를 온도소자(NTC)를 이용하여 온도 측정하여 과부하 및 불량 체크시의 경보 발생 기능을 제공하는 온도센서부(640, 650)를 더 포함한다.
상기에 있어서, 상기 제어부는 출력 DC 전류는 차동앰프로 증폭하여 입력회로에 공급되고, 출력전압은 분압저항값을 입력 회로에 공급하는 출력전압/전류 검출 회로(740)와, 상기 통합 콘트롤러 장치의 출력전압과 전류를 운전자가 결정한 값과 비교하여 ZVS(zero voltage switching) PWM(Pulse Width Modulation) IC(Integrated Circuit)가 동작하는 비교전압을 공급하는 비교기 및 ACTIVE FILTER 회로(741)와, 운전자에 의하여 입력된 값을 DA 컨버터에 전달하고 그 아나로그값을 상기 비교기 및 ACTIVE FILTER 회로에 인가되는 CPU 및 DA(디지털-아나로그) 컨버터 회로(720)와, 공급되는 전압과 인가되는 기준전압을 비교하여 상기 고주파 DC/DC 제어부(300)의 IGBT 정류소자의 게이트로 공급되는 펄스와 위상을 결정하는 PHASE SHIFT PWM 콘트롤러 회로(730)를 포함한다.
상기에 있어서, 상기 조작부(900)는 제품 전면에 배치되며 조작부(900)의 LCD 패널, 운전 스위치 및 운전 지시등을 상태 및 조작에 관한 제어를 관장하며, 통합 콘트롤러 장치의 제어부(800)와 통신하여 통합 콘트롤러 장치를 제어하는 CPU 회로(910)와, LCD 패널의 조작에 관여하는 스위치로서, 메뉴선택 스위치 및 통합 콘트롤러 장치의 운전모드 선택 스위치 및 가동-정지 스위치가 포함되고, MENU, UP, DOWN, ENTER 기능을 제공하는 LED 푸쉬버튼 스위치 회로(920)와, LCD PCB에 복수의 통신 포트를 구비하고, 상기 제어부(800)와 통신하고, 원격 조정에 필요한 운전 테이터를 외부에 송출하는 통신 회로(930)와, 복수의 운전 스위치와 복수의 운전 상태 지시 램프 및 복수의 경고 지시램프를 구비한 제어 스위치 및 지시등 회로(940)를 더 포함한다.
상기 통합 콘트롤러 장치는, 이온교환수지막에 공급되는 공급 직류 전압 및 전류를 수집 및 추종하여 기설정된 기준값에서 변화시, 이상발생 구간에 대하여 상기 EDI 시스템의 점검 및 막교환주기로 판단하고, 경보신호를 생성하여 운용자단말로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면 이원화된 직류전원장치와, 운전에 필요한 제어 패널 및 측정장치를 하나의 장치에 내장하여 집적화 및 소형화할 수 있으며, 이로 인해 제작비를 절감하고 설치공간을 최소화할 수 있고, 장치 운용 및 조작이 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 실제품 구현도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 제품 결합 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 회로도이다.
도 5는 통합 콘트롤러 장치의 콘넥터를 확대해서 보인 도면이다.
도 6은 온도센서부의 구성도이다.
도 7은 디지털 - 아나로그 트랜듀서 회로 도면이다.
도 8은 아나로그 - 디지털 트랜듀서 회로 도면이다.
도 9는 운전 상태 릴레이 드라이브 회로 도면이다.
도 10은 외부 제어신호 수신 회로 도면이다.
도 11은 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 조작부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 EDI 컨트롤러의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 EDI 시스템의 점검 및 막교환 주기를 나타낸 추이곡선도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 제품 결합 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치의 회로도이다.
도 5는 통합 콘트롤러 장치의 콘넥터를 확대해서 보인 도면이다.
도 6은 온도센서부의 구성도이다.
도 7은 디지털 - 아나로그 트랜듀서 회로 도면이다.
도 8은 아나로그 - 디지털 트랜듀서 회로 도면이다.
도 9는 운전 상태 릴레이 드라이브 회로 도면이다.
도 10은 외부 제어신호 수신 회로 도면이다.
도 11은 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 조작부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 EDI 컨트롤러의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 EDI 시스템의 점검 및 막교환 주기를 나타낸 추이곡선도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치는 AC입력부(100), AC/DC변환부(200), 고주파 DC/DC 제어부(300), 고주파 펄스 변압기(400), 리액터부(500), 제어부 (800), 인페이스부(700), 조작부(900), 출력콘넥터부(600)를 포함한다. 이때, AC입력부(100), AC/DC변환부(200), 고주파 DC/DC 제어부(300), 고주파 펄스 변압기(400), 리액터부(500)를 포함하여 직류전원부(100,200,300,400,500)로 통칭할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 콘트롤러 장치는 AC입력부(100), AC/DC변환부(200), 고주파 DC/DC 제어부(300), 고주파 펄스 변압기(400), 리액터부(500), 출력 콘넥터부(600), 인터페이스부(700), 제어부(800), 조작부(900)를 더 포함한다.
상세하게는 본 발명의 통합 콘트롤러 장치는 입력전원을 공급하는 AC입력부(100)와, 상기 AC입력부(100)에서 출력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환부(200)와, 상기 AC/DC변환부(200)에서 출력되는 DC전압을 구형파 전압으로 변환하는 고주파 DC/DC 제어부(300)와, 상기 고주파 DC/DC 제어부(300)에서 출력되는 DC 전압을 승압하는 고주파 펄스 변압기(400)와, 상기 고주파 펄스 변압기(400)에서 출력되는 DC 전압을 안정적인 DC 전압으로 변환하는 리액터부(500)와, 이온막에 변환된 DC 전력을 공급하는 콘넥터부(600)와, 외부기기의 운전 조건 및 지시하고, 비저항 센서 등을 접속시켜 연결하는 인터페이스부(700)와, 마이크로 프로세서를 이용하여 직류전원장치 및 전기식 이온장치를 제어하는 제어부(800)와, 기기의 전반적인 동작 상태를 표시 및 운전 조작 스위치 및 지시램프를 구성하는 조작부(900) 포함하여 구성된다.
각 구성에 대해 더욱 상세하게 설명하면, AC입력부(100)는 입력전원(예: 380V-440V3p-3w)을 따라 유입되는 과전류를 퓨즈부로 차단시키고, EMI 필터부를 통해 전기적 노이즈를 필터링하여 AC 전원을 공급한다.
AC/DC변환부(200)는 AC입력부(100)에서 출력되는 전압을 브릿지 다이오드부를 통해 정류하여 DC 전압을 공급한다.
고주파 DC/DC 제어부(300)는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)를 브릿지 형태로 연결하여 DC/DC변환부(200)에서 출력되는 DC 전압을 제어부(800)에서는 인터페이스부(700)에서 수신되는 EDI 시스템 출력수질의 비저항값에 의하여 지정 목표값에 도달하도록 고주파 펄스로 변환하고 PID 제어하여 공급한다.
또한, 고주파 DC/DC 제어부(300)는 제어부(800)의 ZVS 컨트롤러에서 발생하는 위상제어펄스 신호를 구동부의 드라이브 IC를 통해 전달받아 위상제어펄스 폭 변조가 이루어진다.
상기 고주파 펄스 변압기(400)는 고주파 DC/DC 제어부(300)에서 출력되는 DC 전압을 펄스 변압기를 통해 DC 600V까지 승압할 수 있다. 이로 인해 직류전원장치의 안전성 높이며, 외란을 차단할 수 있다.
상기 리액터부(500)는 고주파 펄스 변압기(400)에서 출력되는 DC 전압을 다이오드와 LC 필터를 통해 DC 전압(600V-13A)을 출력한다. 이로 인해 EDI 시스템 에 필요한 안정적인 DC 전원을 제어하고, 공급할 수 있다.
콘넥터부(600)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 통합 콘트롤러 장치의 탈착시 배선의 결속이 없이 원터치로 수납이 가능하도록 구성하고 있으며, 그 구성은 상기 통합 콘트롤러 장치에 상용전원을 공급 (3P3W AC 380~440V )하는 AC 입력모듈(610)과, 상기 통합 콘트롤러 장치의 직류전원 출력 (2P2W DC 0~600V )으로 외부기기와의 연결을 위한 DC 출력부(620)와, 인터페이스 보드와 25 Pin 리본 케이블로 연결 되어 콘트롤러의 운전을 위한 외부 연동 신호를 송,수신하는 25 Pin 콘넥터(630)와, DC 출력부(620)의 콘넥터 접속 부위를 온도소자(NTC)를 이용하여 온도 측정하여 과부하 및 불량 체크시의 경보 발생 기능을 제공하는 온도센서부(640, 650)를 포함한다.
콘넥터부(600)에 실장된 온도센서부(600-2)는 콘넥터에 직류출력단 전원단에 NTC 온도 소자를 매립하여 도 6에 표시된 J13에 연결되어 정궤한 회로로 구성된 U16A의 입력에 공급되며, 입력된 전압은 OPAMP에 의하여 증폭되어 마이크로프로세서 U16A에 입력되며 마이크로프로세서 U1은 그 전압을 처리하여 도 4의 조작부 (900)의 LCD창에 온도표시 및 경고표시를 한다.
인터페이스부(700)는 도 2를 참조하면, 25 pin 콘넥터와 터미널블럭으로 구성되고, 인터페이스부 (700)은 콘넥터부(600)와 리본 케이블로 연결되어 있는 구조이며, 외부기기와 연결하여 통합 콘트롤러 장치 운전에 필요한 정보를 수신하며 통합 콘트롤러 장치의 운전 상태를 외부 기기에 송신한다.
디지털 - 아나로그 트랜듀서 회로(도 7의 730)는 도 7과 같이, 통합 콘트롤러 장치의 출력전압, 전류는 U1에서 디지털값으로 변환되고, U24,U26,U28,U30을 통하여 SPI 통신방식으로 U25에 전달되며, U25는 전류루프 드라이브 IC로서, SPI 통신으로 받은 전압 및 전류 디지털값을 아나로그 값으로 변환하여 U23과 U27에 인가하고, Q8, Q9를 통하여 DC 4-20mA 아나로그 값으로 변환하여 출력하는 기능을 한다.
아나로그 - 디지탈 트랜듀서 회로(도 8의 731)는 도 8과 같이 EDI 시스템의 출력수질의 비저항값 (Resistivity)을 4-20mA로 받아 아나로그값을 디지탈 값으로 변환 OPAMP 의 증폭을 거쳐 CPU로 전송 통합 콘트롤러 장치의 조작부(900)의 LCD 패널에 디스플레이한다.
운전 상태 릴레이 드라이브 회로(도 9의 720)는 도 9와 같이 U2는 트랜지스터 어래이 IC로서, 입력되는 신호에 따라 릴레이를 동작시켜 원격제어시 통합 콘트롤러 장치의 운전상태를 확인시켜 준다.
외부 제어신호 수신 회로(도 10의 710)는 도 10과 같이 포토커플러로 구성된 외부 제어 신호를 수신하여 CPU(U1)에 전달한다. 외부 제어 신호는 예컨대 원격 가동, 정지 신호 / 입력유량 스위치 신호 / 비상정지 스위치 신호가 될 수 있다.
제어부(800)는 사용자의 지정된 출력 전압 또는 출력 전류를 제어하기 위하여 도 11을 참조하면, 출력전압/전류 검출 회로(740), 비교기 및 ACTIVE FILTER 회로(741), CPU 및 DA(디지털-아나로그) 컨버터 회로(720) 및 PHASE SHIFT PWM 콘트롤러 회로 (730)로 구성되어 있다.
출력전압/전류 검출 회로(740)는 출력 DC 전류는 차동앰프로 증폭하여 U25의 입력회로에 공급되고 출력전압은 분압저항값을 U25의 입력 회로에 공급한다.
비교기 및 ACTIVE FILTER 회로(741)는 U25는 통합 콘트롤러 장치의 출력전압과 전류를 운전자가 결정한통합 콘트롤러 장치 값과 비교하여 ZVS PWM IC가 동작하는 비교전압을 공급하는 회로이다.
CPU 및 DA(디지털-아나로그) 컨버터 회로(720)는 U1은 운전자에 의하여 입력된 값을 DA 컨버터에 전달하고 그 아나로그값은 U25에 인가되는 회로이다.
PHASE SHIFT PWM 콘트롤러 회로(730)는 U26은 1번핀에 공급되는 전압과 20번에 인가되는 기준전압을 비교하여 OUTA, OUTB, OUTC, OUTD에서 직류전원부(구체적으로 직류전원부에 포함되는 고주파 DC/DC 제어부(300)에 해당)의 IGBT 정류소자의 게이트(GATE)로 공급되는 펄스와 위상을 결정하는 회로이다.
조작부(900)는 도 12과 같이, CPU 회로(910), LCD 패널(DL-M8), LED 푸쉬버튼 스위치 회로(920), 통신 회로(930), 제어 스위치 및 지시등 회로(940)로 구성되어 진다.
또한 조작부(900)를 구성하는 회로 및 회로의 기능은 다음과 같다.
CPU 회로(910)는 제품 전면에 배치되며 조작부(900)의 LCD 패널, 운전 스위치 및 운전 지시등을 상태 및 조작에 관한 제어를 관장하며, 통합 콘트롤러 장치의 제어부(800)와 통신하여 통합 콘트롤러 장치를 제어한다.
LED 푸쉬버튼 스위치 회로(920)는 LCD 패널의 조작에 관여하는 스위치로서, MENU, UP, DOWN, ENTER 기능 등으로 구분될 수 있으며, 메뉴선택 스위치 및 통합 콘트롤러 장치의 운전모드 선택 스위치 및 가동-정지 스위치가 포함될 수 있다.
통신 회로(930)는 전면 LCD PCB에는 2개의 통신 포트가 있어 하나의 통신 포트는 제어부(800) 와 통신하며 나머지 하나는 원격 조정에 필요한 운전 테이터를 외부에 송출하는 통신 포트이다.
제어 스위치 및 지시등 회로 (940)는 전면에는 4개의 운전 스위치와 4개의 운전 상태 지시 램프 및 3개의 경고 지시램프가 있으며, 그 역할과 회로는 다음과 같다.
REMOTE SWITCH 및 램프는 원격 제어필요시 REMOTE 스위치 선택 및 REMOTE 선택시 지시램프 점등하고, LOCAL SWITCH 및 램프는 현장 제어필요시 LOCAL 스위치 선택과, LOCAL 선택시 지시램프 점등 기능을 제공하고, RUN SWITCH 및 램프는 통합 콘트롤러 장치에서 가동 필요시 선택 및 RUN 지시램프 점등기능을 제공한다. STOP SWITCH 및 램프는 통합 콘트롤러 장치에서 정지 필요시 선택 및 STOP 지시 램프 점등 기능을 제공한다.
나아가 본 발명은 EDI 시스템의 고장 추적 및 막교환 시기 추정이 가능한데, EDI 시스템은 이온교환수지 탑 설비의 단점을 보완한 신기술로, 전기투석법의 희석실에 이온교환수지와 같은 전도성 물질을 충진하여 폐수 발생의 절감과 전기투석 내에서의 저항 및 전류효율의 감소를 꾀할 수 있는 공정이다.
보다 상세히 설명하면, EDI 시스템을 구성하는 EDI 모듈은 양극과 음극(+,-)사이에 양이온 교환막과 음이온 교환막(Membrane)을 교대로 배열하여 희석실(Dilute Chamber)과 농축실(Concentrate Chamber), 전해액실(Electrolyte Chamber)로 구성되며, 희석실에는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 충진시킨다.
EDI 모듈의 양극과 음극, 두개의 전극에 직류전압을 가하게 되면, 적용된 DC전위에 의해 희석실에 있는 이온들이 교환막을 통과하여 농축실로 이동하게 된다.
물이 희석실을 통해 흐르기 때문에 이온들이 점점 없어지게 되며, 순수 및 초순수를 생산하게 된다.
양이온/음이온 교환막의 성능 저하의 원인은 다음과 같다.
1) 경도에 의한 스케일 발생 : 음이온 교환막의 표면에서 높은 PH일 때 발생하고, 농도가 증가하여 압력강하가 발생하며 전류의 효율을 감소
2) 유기물(TOC)의 흡착 : 이것은 활성영역에 파울링을 발생, 파울링된 이온교환수지막은 이온을 이동시키고 제거하는데 비효율적이며, 전기저항 증가
3) 입자성물질(SDI) : 콜로이드, 부유형 고형물은 수조내의 이온교환수지막 막힘과 파울링 초래하고, 이온교환수지막은 이온을 이동시키고 제거하는데 비효율적이며, 전기저항 증가
4) 철과 활성금속 : 이물질은 양이온/음이온교환막의 산화를 촉진하고, 강하게 흡착하여 이온교환막의 성능 감소, 전기저항증가
5) 염소와 오존 : 물질의 산화작용으로 TOC(총유기탄소량) 증가, 이에 따른 부산물들은 이온교환수지막에 파울링 발생, 이온전달 능력감소 및 막 수명 단축
대부분의 EDI 시스템의 고장을 발생하는 물질은 산화 흡착 및 파울링에 의하여 양이온/음이온교환막의 전기저항 증대 및 이온교환 능력 감소로 나타내며, 이것은 공급 직류전원의 변화로 표현된다.
본 발명의 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러는 이온교환수지막에 공급되는 공급 직류 전압 및 전류를 수집 및 추종하여 도 13 및 도 14를 참조하며, 기설정된 기준값에서 급격한 변화시, 이상발생 구간에 대하여 EDI 시스템의 점검 및 막교환(양이온/음이온교환막 또는 이온교환수지막)주기로 판단하고, 경보신호를 생성하여 운용자단말로 전송함으로써, EDI 시스템의 점검 및 막교환 주기를 지시한다.
나아가 본 발명의 통합 콘트롤러 장치는, 고장 여부를 신경망 기반 알고리즘을 이용하여 학습할 수 있는 학습부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
학습부는 학습에 의해 온도센서부, 전압 및 전류 측정하는 센서 등으로부터 오차 패턴을 통해 센서의 성능 저하 또는 고장 여부를 판단할 수 있는데, 이러한 판단을 하기 위한 기준 비교 패턴이 미리 저장될 수 있으며, 기준 비교 패턴은 기본적으로 출하시 제공되는 센서의 오차 허용 범위가 될 수 있고, 기준 비교 패턴의 범위는 학습을 통해 주기적으로 갱신될 수 있다. 신경망 기반 알고리즘은 예컨대, CNN, R-CNN, 서포트 벡터 머신(SVM) 등이 될 수 있다.
또한, 학습부는 센서의 오차 패턴이 기준 비교 패턴 범위를 벗어난 경우라 하더라도, 일시적인 오류에 대해 고장을 판단하는 잘못을 없애기 위해 고장 카운터를 활용할 수 있다.
고장 카운터는 특정 횟수(기준 카운터값) 이상 센서의 오차 패턴이 기준 비교 패턴보다 큰 경우에만 고장이나 성능 저하로 판단하여 관제서버나 관리자 단말에 통지하는 방법이다. 해당 방식의 경우 회귀적(recursive)으로 오류를 판단하는 방식으로 상술했던 일시적인 노이즈 등으로 인한 오판 가능성을 낮출 수 있게 된다. 또한 상술한 고장 카운터는 동작 시간이 특정 범위를 넘어가는 경우 다시 0으로 리셋(reset)하거나, 해당 센서가 Off 되는 경우 다시 0으로 리셋하는 방식으로 해서, 카운터 값이 계속되어 누적되어 생길 수 있는 문제점들을 방지할 수도 있다.
10: 통합 콘트롤러 장치
100: AC입력부 200: AC/DC변환부
300: 고주파 DC/DC 제어부 400: 고주파 펄스 변압기
500: 리액터부 600: 출력 콘넥터부
700: 인터페이스부 800: 제어부
900: 조작부
100: AC입력부 200: AC/DC변환부
300: 고주파 DC/DC 제어부 400: 고주파 펄스 변압기
500: 리액터부 600: 출력 콘넥터부
700: 인터페이스부 800: 제어부
900: 조작부
Claims (6)
- 양극과 음극사이에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배열하여 희석실과 농축실, 전해액실로 구성되며, 희석실에는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 충진시키는 EDI 모듈을 구비한 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치에 있어서,
입력전원을 공급하는 AC입력부(100)와,
상기 AC입력부(100)에서 출력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환부(200)와,
상기 AC/DC변환부(200)에서 출력되는 DC전압을 구형파 전압으로 변환하는 고주파 DC/DC 제어부(300)와,
상기 고주파 DC/DC 제어부(300)에서 출력되는 DC 전압을 승압하는 고주파 펄스 변압기(400)와,
상기 고주파 펄스 변압기(400)에서 출력되는 DC 전압을 안정적인 DC 전압으로 변환하는 리액터부(500)와,
이온막에 변환된 DC 전력을 공급하는 콘넥터부(600)와,
외부기기의 운전 조건 및 지시하고, 비저항 센서를 접속시켜 연결하는 인터페이스부(700)와,
마이크로 프로세서를 이용하여 직류전원장치 및 전기식 이온장치를 제어하는 제어부(800)와, 기기의 전반적인 동작 상태를 표시 및 운전 조작 스위치 및 지시램프를 구성하는 조작부(900)와,
센서의 고장 여부를 신경망 기반 알고리즘을 이용하여 학습할 수 있는 학습부를 포함하고,
상기 조작부(900)는
제품 전면에 배치되며 조작부(900)의 LCD 패널, 운전 스위치 및 운전 지시등을 상태 및 조작에 관한 제어를 관장하며, 통합 콘트롤러 장치의 제어부(800)와 통신하여 통합 콘트롤러 장치를 제어하는 CPU 회로(910)와,
LCD 패널의 조작에 관여하는 스위치로서, 메뉴선택 스위치 및 통합 콘트롤러 장치의 운전모드 선택 스위치 및 가동-정지 스위치가 포함되고, MENU, UP, DOWN, ENTER 기능을 제공하는 LED 푸쉬버튼 스위치 회로(920)와,
LCD PCB에 복수의 통신 포트를 구비하고, 상기 제어부(800)와 통신하고, 원격 조정에 필요한 운전 테이터를 외부에 송출하는 통신 회로(930)와,
복수의 운전 스위치와 복수의 운전 상태 지시 램프 및 복수의 경고 지시램프를 구비한 제어 스위치 및 지시등 회로(940)를 더 포함하며,
상기 통합 콘트롤러 장치는,
이온교환수지막에 공급되는 공급 직류 전압 및 전류를 수집 및 추종하여 기설정된 기준값에서 변화시, 이상발생 구간에 대하여 상기 EDI 시스템의 점검 및 막교환주기로 판단하고, 경보신호를 생성하여 운용자단말로 전송하고,
상기 학습부는
학습에 의해 온도센서부, 전압 및 전류 측정하는 센서로부터 오차 패턴을 통해 센서의 성능 저하 또는 고장 여부를 신경망 기반 알고리즘인 CNN, R-CNN, 서포트 벡터 머신(SVM)중 적어도 어느 하나를 이용하여 판단할 수 있으며,
상기 센서의 오차 패턴이 기준 비교 패턴 범위를 벗어난 경우라 하더라도, 일시적인 오류에 대해 고장을 판단하는 잘못을 없애기 위해 고장 카운터를 활용하되,
상기 고장 카운터는 특정 횟수(기준 카운터값) 이상 센서의 오차 패턴이 기준 비교 패턴보다 큰 경우에만 고장이나 성능 저하로 판단하여 관제서버나 관리자 단말에 통지하고,
상기 콘넥터부(600)는
상기 통합 콘트롤러 장치의 탈착시 배선의 결속이 없이 원터치로 수납이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 콘넥터부(600)는
상기 통합 콘트롤러 장치에 상용전원을 공급하는 AC 입력모듈(610)과,
상기 통합 콘트롤러 장치의 직류전원 출력으로 외부기기와의 연결을 위한 DC 출력부(620)와,
인터페이스 보드와 케이블로 연결되어 콘트롤러의 운전을 위한 외부 연동 신호를 송,수신하는 25 Pin 콘넥터(630)와,
DC 출력부(620)의 콘넥터 접속 부위를 온도소자(NTC)를 이용하여 온도 측정하여 과부하 및 불량 체크시의 경보 발생 기능을 제공하는 온도센서부(640, 650)를 더 포함하는 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는
출력 DC 전류는 차동앰프로 증폭하여 입력회로에 공급되고, 출력전압은 분압저항값을 입력 회로에 공급하는 출력전압/전류 검출 회로(740)와,
상기 통합 콘트롤러 장치의 출력전압과 전류를 운전자가 결정한 값과 비교하여 ZVS PWM IC가 동작하는 비교전압을 공급하는 비교기 및 ACTIVE FILTER 회로(741)와,
운전자에 의하여 입력된 값을 DA 컨버터에 전달하고 그 아나로그값을 상기 비교기 및 ACTIVE FILTER 회로에 인가되는 CPU 및 DA(디지털-아나로그) 컨버터 회로(720)와,
공급되는 전압과 인가되는 기준전압을 비교하여 상기 고주파 DC/DC 제어부(300)의 IGBT 정류소자의 게이트로 공급되는 펄스와 위상을 결정하는 PHASE SHIFT PWM 콘트롤러 회로(730)
를 포함하는 EDI 시스템을 위한 통합 콘트롤러 장치. - 삭제
- 삭제
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