BURN-OUT 회로의 필요성
목적 : 열전대나 측온저항체의 Sensor 단선 검출회로. 열전대나 측온저항체의 Sensor가 단선이 발생하면 수신계의 지시나 기록이 이상치를 지시 또는 기록하게 된다. 예를 들어 조절계를 연소Plant의 일부로서 사용하고 있을 경우 Sensor가 단선되어 정상치보다 낯은 온도를 지시하게 되면 조절계에서는 연료를 과잉 공급하게되어 이상 연소를 일어 키게 되어 중대한 사고가 일어날 수 있는 우려가 있다. 또한 실험용으로 사용한 경우에도 완전하게 틀리는 Data가얻어 지게 된다. 이와 같은 오차나 오동작을 방지하기 위하여 Sensor가 정상인 상태에서 측정한 Data와 단선된 경우의 Data를 구별하기
위하여 Burn-out 회로를 사용한다.
Burn-out : 수신계가 Burn-out를 검출하게 되면 지시 또는 조절계를 Up-Scale(+ 측으로 올라감) 또는 Down-Scale (- 측으로 내려감)을 지시 또는출력 되도록 한다. 직접 Burn-out를 지시 또는 출력하는 기종도 있다.앞에서 말한 연소Plant 와 같은 예에서 Sensor 단선을 검출하였을 경우안전적 측면에서 Up-Scale 이나 온도 Data와는 별개로 Burn-outcode를 출력하여 다른 조치를 취할 수 있도록 고려할 필요가 있다.
주의 사항 : 수신계가 열전대나 측온저항체의 Burn-out를 검출하기 위하여서는Sensor에 전류를 흘리고 전압강하를 발생 시켜 그 치의 변화를 검출하여 Burn-out를 검출하는 것이 일반적이다. 한 개의 Sensor에 복수의수신계를 접속하게 되면 각 수신계는 각각 Burn-out를 검출한다.이런 경우 다른 수신계에도 검출 전류를 흘리게 되므로 정확한 온도의검출이 불가능하게 된다. 다른 수신계에 대하여서는 고장을 유발할 우려가 있기 때문에 복수의 수신계에서는 Burn-out의 검출을 피하는 것이요망된다
계장용 신호의 통일
계장용 통일 신호(Signal)
1.계장용 통일 신호 : 계장용으로 사용하는 신호로 Range가 통일된 신호-계장용 Transmitter에서 수신계까지의 출력신호-조절계에서 조작단까지의 출력신호
2. 국제적으로 통일된 신호 Level ( IEC902 )- 전류 신호 : 4 ~ 20 mA DC- 공기압 신호 : 20 ~ 100 kPa
3. 직류신호의 이점
- 원 거리 전송가능 : 수 Km 이상 ( 부하 저항의 재한치 에 의한다.)
- 전공 Positioner ( 공기압식 조작단용) 의 구동용 전원은 제외한다.
4. 2선식 전송 : 2본의 출력신호선을 Transmitter 구동용 전원용으로서겸용으로 사용하는 전송 방식
5. 4선식 전송 : Transmitter의 구동 전원을 별도의 선으로 공급하고통일된 신호를 출력하는 방식.
L I N E A R I Z E R란 무엇인가?
리니어라이즈란 무엇인가? 리니어라이즈 회로란 Sensor에서 들어오는 비 직선형 신호를 수신계가
직선형 신호로 교정하는 것을 말한다. 즉 비 직선형 입력 신호를 직선화(변환)하는 회로를 말한다.
통상 온도를 기록 또는 제어등의 목적으로 계측하기 위하여서는 그 온도를전기 신호로 변환을 할 필요성이 있다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 온도계로는 열전대 또는 측온저항체등이고 열전대는 측정대상의 온도를 직접 전기신호 (mV)로 출력한다. 측온저항체는 측온부의 저항소자에 아주미소 전류를 흘려서 저항치(Ohm)를 측정한다.그러나 이때 얻어지는 전기신호는 온도변화와는 직선적으로 비례하지는
않는다. 열전대를 예로 설명하면 1도 마다의 출력신호(열기전력)는 측정온도가 100도 일 때와 200도 일 때 는 틀리게 된다. 측온저항체도 동일하며 매 1도 마다의 저항치 변화는 온도에 따라 틀리게 된다.
때문에 측정된 신호를 그대로 사용하게 되면 제어 또는 기록시의 Scale이불균등 눈금이 되어 상대적으로 불편하게 된다. 때문에 수신측의 눈금을균등하게 하기 위하여서는 수신측에서 리니어라이즈로 불려지는 회로를삽입하여 입력신호가 직선화가 되도록 보정을 한다.
Analog계기와 Digital계기의 리니어라이즈를 하는 방법이 서로 틀린다.
Analog계기:다단으로 구성되어 있는 입력부의 각 단에 증폭Amp의 동작범위를제어하고 입력신호를 열기전력표나 저항치표에 일치하도록 직선화를한다. 증폭 Amp 즉 각 단의 단수에 의하여 보정의 정확도가 결정된다.
Digital계기:열기전력표나 저항치표를 Scale에 맞추어 선별된 Data를 Program화 하여 측정한 열기전력 또는 저항치를 Program Data와 비교하고참조하여 입력신호에 대응하는 온도를 구하여 사용한다.
또는 보간식 또는 역 환산식에 의한 계산으로 온도를 구한다. 보정은Analog계기에 비교하여 상당히 정확한 보정이 가능한 특징이 있다.
보상식 기준접점이란 ? 열전대의 기준접점의 한 방식으로서 접점의 온도를 측정하여 그 온도에 해당하는 열전대의 열기전력의 치를 측정한 열전대의 열기전력치에가산을 함으로서 기준접점보상을 하도록 구성한 기준접점이다.
1) 다른 방식과의 비교 :
보상식 기준접점에 대응하는 다른 방식으로는 빙점식기준접점, 전자냉각식기준접점, 실온식기준접점이 있다. 빙점식기준접점과 전자냉각식기준접점은 기준접점을 섭씨 0도로 유지하면서 온도를 측정하기 때문에비교적 고정도의 온도측정이 가능하다. 그러나 보수성, 경제성, 설치 -Space등의 난점이 있다. 또한 실온식 기준접점방식에서는 보정을 하기까지 시간이 걸리는 단점이 있다. 일반적으로 고정도 온도측정에는 사용되지 않는다. 보상식 기준접점은 기다림과 측정의 정도등으로 볼 때 가장
실용적인 방식이다.
2)기준 접접의온도측정방법:
측온저항체, 서미스터, 또는 반도체온도Sensor등으로 기준접점온도를 측정한다.
3) 보상방법과 정도 :
열기전력의 가산은 회로를 구성하여 가산하는 경우도 있지만 최근의Microprocessor탑재형 계기에서는 Software로 처리를 하는 것이 가장일반적이다. 보상식 기준접점의 경우 보상의 정도는 통상 +-0.5~1도정도이다.
4) 주의 사항 :
보상식 기준접점의 단자 접속부에 관하여서 설명하면 다른 열원에서의방사, 전도, 對流 등에 의하여 영향을 절대 받지 않도록 주의를 할 필요가 있다. 즉 보상식 기준접점의 +, -사이를 단락시키면 기준접점의 온도를 알수 있다.
(1) 열전대의 열기전력Ein을 측정한다(2) 기준접점의 온도 Trj를 측정.
(3) 온도 Trj일 때 열전대(측정에사용된 동일 Type)의 열기전력을 Erj를 구한다.
(4) E = Ein - Erj를 산출한다.(5) 열기전력 E에 대응하는 온도T를 열기전력표에서 구한다.
이것이 측정온도가 된다.
LOOP 시험이란 무엇인가 ?
Loop시험이란 Field기기(機器)와 Panel계기(計器) 또는 DCS를 포함하여제어 Loop단위별로 동작을 확인하기 위하여 실시하는 Test로서 주로 StartUp할 때와 계기의 정기 점검시에 주로 Test가 이루어 진다.각 계기는 단품(單品)으로 성능보증을 위하여 검사가 메이커에서 출하시에이루어진다. 구입시 지정을 하면 입출력정도 등의 Data가 기록된 Test - Report가 첨부되어 구입을 할 수가 있다
Loop-Test는 각 계기 즉 단품 상호간의 배선이 정확하게 결선이 되었는지 확인을 하기 위한 목적으로 또한 각 계기의 동작설정이나 파라메터의설정이 설계서와 틀림이 없는지 확인하며 Loop가 정상적으로 동작하는것을 입출력 Test등으로 확인한다. 또 동작Switch나 경보설정기등 에서접점정보를 입력시켜 각종 Sequence의 동작이나 경보등의 점등 Alarm의 동작상태등을 확인한다.Plant에 따라 모의(模疑)입력을 입력시켜 각 기기 또는 DCS내부의 연산기능 (가산, 감산, Filter, Dead-Time, 임의계수, 조절 등)등 각각의 상세한 입출력 정도의 Data나 입력을 연속적으로 변화시키면서 경보의 동작상태 또는 그에 반하는 Sequence 동작의 상세기록을 Test한다.Loop Test는 Plant Start-Up시에 꼭 필요한 Test이고 정기점검은 지금까지는 매 1년마다 점검을 하는 것이 일반적이었으나 최근에는 계기성능의 향상 (장기 안정성 등) 및 관리Cost의 저감을 위하여 점검 주기가 2~3년으로 길어지고 있는 경향이 많다.
Hybrid - Recorder란 - 하이브리드 리코더란 Color Dot 기록기구(記錄機構)에 의한 기록기능과 동시에 Digital 기록기구(記錄機構)의 기능을 가지고 있는 복합 Real Time Recorder를 말한다
개 요 :
1. 입력 종류는 열전대의 15종류 및 측온저항체 또는 전압 등의 기록이가능하다. 또한 기록속도도 다단계로의 변환이 가능하고 기록하는Format또한 다종설정(多種設定)이 가능하다. 최근에 생산되는 Hybrid-Recorder는 Intelligent화가 계속진행이되어 조작성이 향상되었고 다기능화가 계속적으로 진행이 되고 있다.Data-Logger와 같은 GP-IB 또는 RS-232C통신으로 Personal -Computer등에서도 간단하게 Data를 읽고 기록하는 것이 가능하게되었다.
기록 방식 :
1. Hybrid-Recorder의 기록방식은 앞에서 말한 타점식 기록방식외에Pen기록방식이나 감열(感熱)식 기록방식이 있다.
* 타점식 기록계의 특징:타점식의 기록방식의 특징은 최근의 Data를 일정의 시간을 같는 시간으로 Scan하여 기록하는 것으로 다점(多点)을 Color로 동시에 기록과감시하는 것이 가능하다.
* Pen식 기록계의 특징:Pen식 기록계의 특징은 Data를 연속적으로 기록하는 것으로서 Data의변화하는 순간의 분석이나 Data의 이력관리 또는 기록Data의 연속성을중요시하는 목적에 적합하다. 입력점수는 타점식과 비교하여 적은 것이단점이다.
* 감열식(感熱式) 기록계의 특징:감열식 기록계의 특징은 Ink를 사용하는 타점식이나 Pen식 기록계와
비교하여 Maintenance상의 우수성이 있다.
스마트 온도 전송기란? 4 ~ 20 mA DC 신호선상에 Digital신호를 함께 합쳐서 다수(多數)의
신호를 전달하는 방식의 온도전송기(Temperature-Transmitter) Smart의 의미 : 영리한, 기민한, 세련된, 우아한 Digital전송을 하는 Data의 예(例)
* 측정 Data * 측정점의 번호 및 지점 (Number & Tag-no)* 전송기의 출력치 지정 : 동작Check시에 지정의 전류치를 출력시킨다.* Maker의 Serial - No* Range지정용의 Data : 열전대의 종류, Range, 온도단위 등 * Maker별 임의의 사양
하트(HART) Protocol
* 미국 Rosemount사가 제안하였으며 License비용없이 보급하고 있는 전송기용 Protocol이다.
* HART ( Highway Addressable Remote Transducer의 약자)
* 중립의 HCF(HART Communication Foundation)이 미국에서조직이 되어 70개 이상의 계기 메이커 및 유저(User)가 가입하여 활동하고 있다. 300기종이상의 전송기 또는 조작부가 현재HCF를 채용하여 동작하고 있으며 일본에서는 HART Protocol 및그것을 Base로 한 제품이 많이 나오고 있다.
Paperless - Recorder란 무엇인가?제1세대의 온도나 전압신호를 기록하는 기록계는 기록(Rec'-paper)에Color의 타점식(打点式)으로 기록하는 Analog식으로서 천천히 변화하는현상을 수Channel식 기록하는 수신계의 일종이었다.Microprocessor와 Digital기술의 발달로 인하여 제 2세대의 기록계로Hybrid-Recorder가 대표된다. Color Dot 기록기구에 의하여 동시기록이가능한 Digital 인자기구(印字機構)가도 준비되어 수십Channel를 동시에기록이 가능한 Real Time Recorder로 발전되었다.
제1세대, 제2세대 까지는 전부 온도나 전압신호를 기록지에 기록하는 것이주목적으로서 일부 기종에서만 Data를 RS-232C 또는 GP-IP를 통하여 상위의 Personal Computer로 전송하는 정도였다.
Personal Computer의 보급 및 기술의 발전으로 종래의 기록지에 기록한온도나 전압신호를 직접 가공하여 Computer상의 우수한 Application Soft에 의하여 보고서 작성이나 Data를 정리할 수 있게 발전하였다.제3세대의 기록계는 기록지 대신에 액정(液晶)Display에 Analog적 변화를표시하는 동시에 Floppy - Disk나 Memory-Card등의 전자기록메체(媒體)에 기록하는 것이 가능하게 되었다. 고로 Paperless기록계로 불려지게되었다.
신호의 응답지연 이란 ?측정대상의 온도변화에 대하여 측정기기(시스템)의 출력의 변화가시간적으로 지연되는 것. 또는 지연의 정도(程度)를 말한다.응답지연이 적은 것을 " 응답이 빠르다 " 또는 "응답성이 좋다 " 라고말하며 온도계측 시스템에서 응답지연의 요인으로서는 검출부의 응답지연과 신호처리에 있어서의 응답지연이 있다.
검출부의 응답지연 :온도계에 있어서 일반적으로 비접촉식 (방사 온도계) 방식이 접촉식 보다 응답지연이 적다(응답이 빠르다)
(1) 접촉식의 경우 * 보호관이나 Thermowell의 재질(열전도율), 형상(외경등)이응답성에 많은 영향을 준다. 응답성을 빠르게 하기 위하여서는 열전도율이 큰 재질로 되도록 외경이 작은 것을 사용
하는 것이 최상이다.* Sheath열전대에서 접지형과 비접지형을 비교해 보면 접지형이 응답지연이 적다 즉 응답이 빠르다.* 서미스터(Thermister) 측온체는 소형화가 가능하고 응답지연이 적은 온도의 계측이 가능하다.
(2) 비접촉식(방사온도계)의 경우 * 검출소자의 종류에 따라서 응답속도가 틀린다. 광전형(光電)(si)는 속도가 빠르고 열전형(Thermofile)은 응답속도가 늦다.
신호처리에 의한 응답지연검출소자에 의한 후단의 신호처리나 표시, 또는 온도계측 시스템전체에 있어서 변환기나 수신계, 통신이나 HMI(Human MachineInterface)등을 포함하여 각부분에 기인(起因)하는 응답지연을평가를 할 필요가 있다. 응답지연의 요인으로서는 Analog 회로나 A/D 변환회로 등에 의하여 회로적인 지연이 발생하며 Digital처리의 경우 회로의Sampling이나 멀티프럭스 (다점입력변환기), Software처리 등에 의한 응답지연이 발생한다.
응답지연의 평가방법:일반적으로 Step응답에 따른 응답시간을 이용한다. 특히 선형의1차 지연으로 보여지는 경우에는 시정수로 표현하는 것도 가능하다. 또 Digital 처리 기기에 있어서는 입력의 Sampling주기나표시 및 출력의 갱신주기 (更新周期)도 하나의 지표가 된다.
응 답 시 간 : Step응답의 경우에는 지시치, 표시치, 또는 출력신호가 최종치(100%)의 특정범위까지의 응답의 시간을 나타내는 것을 말하며 그림 좌의 경우와 같이 "90%응답" 등이 있다.
시 정 수 : 선형(線形) 1차 지연계의 경우 Step응답이 최종 변화량의 63.2%에 도달하는 시간을 말한다.
[ 접촉식의 경우 ] 일반적으로 초((SEC')의 응답시간이 일반적이다. 다점절환(多点切煥)
계측 시스템에서는 응답시간이 비교적 길어진다.
[ 비접촉식의 경우 ] 일반적인 응답시간은 아래와 같다.아래의 표시 이외에는 Digital출력이나 Analog출력이 있을 경우에는 따로 표기를 한다.표시 갱신주기는 응답시간보다 빠른 주기로 표시를 갱신을 하는 경우에는 기재(記載)를 하는 Maker가 있다.
* 표 시 : 0.1 ~ 3 Sec'* Digital출력 : 0.1 ~ 3 Sec'
* Analog출력 : 0.1 ~ 3 Sec' (Analog출력의 경우는 90%응답시간으로 표시.)
Universal - Input 란 ?온도계의 sensor로 사용되고 있는 각종의 열전대와 측온저항체를Key조작에 의한 Software의 selector와 같이 수신계의 입력으로처리하는 기능을 Universal Input라고 한다Universal Input의 입력으로서는 전압, 전류신호를 포함하는 것도있다. 소형의 수신계 중에서도 이러한 기능을 가능하게 한 것으로서ASIC(Application Specific Intelligent Circuit)에 의한 것이 많이
있다. 저가(低價)의 ASIC 보급에 의하여 열전대나 측온저항체를 공통의 Hardware를 사용하기 위한 다
종(多種)의 입력신호를 Select하기도 하고 입력부 증폭회로의 Gain 이나 Bias를 변경하는 것이
최소한의 회로구성으로 만들어지게 되었다.나아가 Micom의 고성능화, Memory의 대용량화에 의하여 모든 종류의 열전대나 측온 저항체의 Linearize table을 포함하는 것이 가능하게 된 Universal Input가 실형되게 되었다.또한 보다 진화한 형태로서 규격화되지 않은 열전대나 측온저항체의특성을 알고 있다면 그 Data를 Table에 입력 사용이 가능한 기기도개발되어 있다. 온도 전송기등의 경우에는 Computer측에서 Soft - ware를 설치하여 몇 Point의 온도와 열기전력 또는 저항의 관계를입력하여 보상Table을 작성하고 온도 전송기와의 통신으로서 온도전송기에 보내는 것이 가능한 기종도 출현되어 있다.
P I D" 동작이란 ?
PID 동작이란 무엇인가? * PID제어란 제어 대상물(PV)의 상태를 측정하여 설정치(Set-Point)와의 편차가없어지도록 출력을 계산하는 Feed-Back제어계의 하나의 방법으로서 비례연산(P),적분연산(I), 미분연산(D)의 결과를 가산하여 조작 출력으로 하는 제어연산방식이다.
비례연산 (P) : 현재 편차의 크기에 비례하고 편차가 없어지는 방향으로 출력을산출하는 연산으로서 Parameter는 비례대(Pb)로 불려진다.
적분연산 (I) : 과거에서의 편차를 적분한 치에 의하여 편차가 없어지는 방향으로출력을 산출하는 연산으로서 Parameter는 적분시간(Ti)라고 한다.적분 연산 결과가 그 편치에 의한 비례연산의 결과와 동일하게 되는시간까지의 변하는 시간을 적분시간이라고 정의한다.즉 적분시간이 짧을수록 강하게 움직이게 된다. 적분연산동작으로는비례연산동작에서 발생하는 Offset를 자동적으로 수정하는 것이가능하다.
미분연산 (D) : 편차의 변화분에 따라 변화가 정지하는 방향으로 출력을 산출하는 연산으로서 Parameter는 미분시간(Td)로 불려진다. 편차가 일정한경사를 가지고 움직이고 있을 때 비례연산결과도 일정한 경사로변화하고 비례연산결과가 미분연산결과와 동일하게 될 때까지의변화하는 미분시간으로 정의하고 있다.즉 미분시간은 길면 길수록 크게 움직이게 되고 미분 연산으로는 외란을 작게 하는 것이 가능하다.PID제어는 목표치와 측정치에서 현재(P) , 과거(I) , 미래(D)의 정보를 구하고 종합적
으로 출력치를 산출하는 우수한 기능의 제어연산방식이다.
Temperature-Transmitter
1.열전대나 측온 저항체 등의 온도Sensor의 출력신호를 입력으로 하며온도Sensor에 의하여 측정된 온도를 4 ~ 20 mA DC등의 비교적 장거리전송에 적합한 신호를 출력하는 계기를 말한다.동종의 기능을 가지고 있는 기기명칭으로는 [ 온도 변환기 ]가 있으며일반적으로 현장에 설치되며 4 ~ 20 mA DC출력을 내보내는 것을 온도전송기라고 하며 계기실(Control-Room)에 설치하는 Type을 온도변환기라고 하는 경우가 많다. 또한 Microprocessor를 탑재하여 출력신호에Digital 신호를 중복하여 발신하는 것을 Smart 온도 전송기라고 한다.
설치장소와 특 징 :
1. 일반적으로 현장에 설치된다. 4 ~ 20mA DC출력의 경우 배선저항등을고려하면 수Km정도의 거리까지도 신호전송이 가능하다.2-선식으로 불려지는 방식이 가장 일반적인 방식이며 이 경우에는 회로
동작용 전원은 출력신호선과 공용으로 사용한다. 즉 회로의 소비전류자체가 출력신호로 되도록 동작한다. Sensor의 근방에 온도 전송기를설치하면 열전대의 보상도선이나 측온저항체의 3도선등 장거리 배선이불필요하게 된다. 즉 배선공사비의 절감을 이룩할 수가 있다.
회로구성:
1. 입력회로, Burn-out회로, 기준접점보상회로 (열전대용의 경우), 증폭회로입출력 절연회로등으로 구성되어있다. 열전대의 경우 기준접점으로는일반적으로 보상식 기준접점이 채용 되어진다.
시분할 비례출력이란?
1. 정의 : 시분할 비례출력이란 조절계(One-loop controller, 온도조절계)에서 연산결과인 제어출력의 하나이다. 일반적인 방식은 아래와 같다.
- 시분할비례출력 : (ON-OFF Pulse출력) 아래에서 설명한다.
- Analog조작출력 : 연속형 출력
- 위치비례출력 : On-Off Servo형 출력
2. 내용:시분할비례출력은 Relay, SSR(Solid State Relay),구동전압내장SSR과 같은 ON/OFF의 2가지만을 취하는 출력장치에 사용되는 방식이다. 제어출력치에 의한 출력장치의 동작은아래와 같이 동작한다.
- 제어출력 : 0%일 때 출력은 OFF, 또는 Low Level- 제어출력 : 100%일 때 출력은 ON, 또는 High Level- 0% < 제어출력 < 100% 일 때 출력은 제어주기에서 제어출력 에 비례한 Duty비율로 ON/OFF한다 (아래설명) * 제어주기는 Relay의 경우는 10 ~ 30초, 전압과 SSR의 경우1 ~ 5초가 일반적이다.
예, 제어주기 10초, 제어출력 70%의 경우)
주 의 점1. Relay : 출력이 내부회로에서 완전하게 절연되어 사용되는 경우가많다. 내장Relay의 정격전류는 보통 3~10A이고 그이상의전류제어에 사용할 경우에는 외부 Relay가 필요하다. 접점전류정격과 부하와의 관계가 접점수명에 큰 영향을 미치기때문에 주의 할 필요가 있다.
2. SSR구동 전압 : SSR의 제어 입력 사양과 전압출력의 전압/전류의사양이 동일할 필요성이 있다.특히 복수의 SSR을 병열로구동하는 경우에는 최대 전류 출력치와 SSR의 접속가능대수 에 주의할 필요성이 있다. 또 SSR의 정격은 ON시의 최소적용 부하전류와 OFF시의 누설전류에도 주의가 필요하고제어하는 부하에 가장 적절한 것을 선정할 필요가 잇다.
3. SSR : 내장의 SSR은 일반적으로 정격전류가 1A 정도로 작다. 주변온도에 의한 사양의 변화도 규정되어 있으므로 위의 2항의 주의사항외에 특히 고온의 환경에서 사용하는 경우에는 ON시의 부하전류에 의한 온도상승을 고려하여야 한다.
입력임피던스란 무엇인가? 일반적으로 입력 임피던스란 수신계 또는 증폭기의 입력측의 저항과
정전용량의 총 합을 말한다.
1) 가동코일형계기:가동 코일형 계기는 Coil에 전류를 통과 시켜 지시를 하므로 입력측의임피던스는 상당히 작다.열전대나 보상도선으로 구성하는 회로(신호원) 저항은 입력 임피던스가적어서 지시치에 영향을 미칠 수 있기 때문에 외부 저항을 계기 사양에기록되어있는 기준치로 조정을 하여야 한다.
외부 저항이 지시치에 영향을 미치므로 열기전력과 게기 단자전압을 구별하지 않으면 안 된다. 이들의 관계식을 아래에 표기한다.
et = Et ( Rm + Re + Rt ) / Rm
여기에서 et = 시험하는 계기의 단자간의 전압 (mV)
Et = 시험온도 섭씨 t도에 대응하는 표준 열기전력 (mV)
Rm = 계기 내부 저항 (ohm)
Re = 외부저항에서 열전대의 저항치를 재한치 (ohm)
Rt = 열전대를 표준사용상태로 사용하였을 때의 저항치
2) 최근의 수신계:최근의 수신계는 일반적으로 입력 부분을 전자회로로 구성되어 있기때문에 입력 임피던스는 100K ohm 이상으로 구성되어 있다.또한 외부 저항치가 아주 높은 온도 Sensor의 입력도 가능하도록 1M ~10 M ohm 이상되는 계기가 증가되어 출하되고 있다.
DCS란 무엇인가 ?
분산형 제어 시스템( Distribyted Computor System)의 약어공업 프로세스 또는 Plant의 제어를 목적으로하는 제어용 계산기를 포함하는 Intelligent Station을 분산하여 설치하여 네트웍(Network)으로 연결하여 통합화한 시스템(System)을 D.C.S라 한다.
역 사 : 1975년에 미국의 Honeywell사 및 일본의 Yokogawa사에서 발표
시스템의 구성 :* 조작 스테이션( Operator's Station )조작용 콘솔로 사용되어지는 Intelligent Station. 처음에는 메이커에서전용기기로 만들어 사용하였으나 최근에는 Windows NT를 사용하는Personal Computer에 Maker에서 개발한 Soft를 사용하는 경우가 많이 있다.
* 제어 스테이션( Control Station )제어연산을 하는 Intelligent Station. Maker에 따라 제어기능이 틀리기때문에 기능의 통일이 요망되어지고 있다.
시스템의 특징 :- 기능의 위험 분산 : 조작 스테이션에 의한 감시, 조작기능과 제어 스테이션 제어기능을 분산되어 있어 위험을 분산 할 수 있다.- 제어의 위험 분산 : Net-Work의 이중화, 제어 스테이션 내의 Computer의 이중화, Process I/O의 이중화 등, 제어대상의 Process에 적절한구성이 가능하다.
- 제어기능 : P.I.D제어와 Process가 기동하는 Sequence제어의 구성이 쉽고 Analog신호주체의 제어를 할 수 있다. 제어주기 (Scan)은 기본적으로 1 Sec'가 기본이다.
수신계의 정도와 용도
1. 정도 : 입력회로의 정도(Accuracy)로는 * Analog 계기 : 0.5 ~ 2 %* Digital 계기 : 0.1 ~ 0.5 % 이다.열전대 입력계에서는 다시 기준 접점 보상의 정도 0.5 ~ 1도(주변온도 0~50도 일 때)가 가산된다.예 : Span 0 ~ 400℃, 표시정도 0.5%. 기준접점보상정도 0.5℃의계기의 경우 최대오차는
ΔT = 400 * 0.005 + 0.5= 02 + 0.5 = 2.5 ℃
Analog 계기에서는 열전대의 종류에 따른 오차보다도리니어라이즈에 의한 오차가 큰 것이 있다 .
용 도 :
1. 조절계나 변환기나 전송기 등은 고정도(高精度)가 요구된다.조절계에서는 정도도 요구되지만 제어의 안정성에 대한 요구가 큰 경우가 있다. 때문에 Digital계기에서는 0.01℃의 분해 능력이 있는 계기도
있다. 사용하는 계기의 정도가 높게 되면 취급하는 방법이나 설치환경등 광범위하게 주의를 기울이지 않으면 그 성능을 충분하게 발휘를 할수가 없다. 온도상승등 감시만의 목적으로 하는 경우에는 정도는 그렇게 중요한 문제는 되지 않으므로 간단한 회로 구성으로 고장이 없는 것이 좋으며과승온방지기등은 어떠한 이유로 메인 조절계에 의한 제어가 불가능하게 되었어 을 때 온도상승이 계속되어 기계 전체의 손상이나 인체에위험을 방지하는 목적으로 되어진다.
노이즈(Noise)의 영향 :온도계측System의 전체에 미치는 광범위한 Noise의 의미로서는 계측행위
자체를 포함하여 측정대상에 대한 열적인 외란, 요인등 대하여서도 생각을해볼 필요가 있다. 여기에서는 온도Sensor의 출력에서부터 후단의 신호에대하여 살펴본다. 배선이나 수신계기에 대하여 전기적인 Noise에 한하여분류, 요인 및 대처방법의 예를 열거하고 설명한다.특히 전자기적 Noise에 대하여서는 현재의 전자기기 증가에 비례하여 사회적으로도 문제화가 되고 있지만 Noise문제는 발생측과 수신측의 상대적관계가 있고 [ 전자적 양립성 ] E M C ( Electro Magnetic Compatibility )라고 하는 개념이 중요하다. * E M I ( Electro Magnetic Interference ) : 전자방해 (電子妨害)* Immunity : Noise내성(耐性)
Noise의분류 :
1. Noise의 분류 ( 실 System에서 문제가 되는 중요점만 열거 한다 )
전도 : 절연불량에 의하여 발생한다.
정전유도 : 정전결합에 의하여 발생(Condenser Coupling)
전자유도 : 자계의 변화에 의한 유도전류
정전기 방전 공통 Impedance Common Line에 전류가 흐름에 의하여 발생하는전위차
열전위차 : 지백효과(Seebeck-effect)에 의한 열기전력
* 회로에 가해지는 방법에 따라 Normal Mode / Common Mode의2종류가 있다* 근접한 신호선 사이에 전자적(電磁的), 정전적(靜電的) 결합에 의한영향을 누화(漏話)(Cross-Talk)라고 한다.
발생 요인 :자연현상 : 뇌방전(雷防電) 정전기 전기기구 기계 : On-Off시의 Serge. 유도장해 (誘導障害)(Relay, Inverter, Transceiver, 휴대전화기 등) 기 타 : 열기전력, 절연불량, 접촉불량
대책 방법 :기본적으로 아래의 3가지의 Approach가있다.
(1) Noise의 발생원을 찾아 재거한다.
(2) Noise의 발생원에서 Noise를 받는 쪽으로의 결합을 차단한다.
(3) Noise를 수신측에 영향을 받기 어렵게 한다.어떻게 하든 Noise문제가 발생을 하게 되면 그에 대한 대책은 비용이나많은 시간이 걸리기 때문에 먼저 대책이 더더욱 중요하다.수신계기에 있어서는 취급설명서등에 기제되어 있는 설치조건을 꼭 준수할 필요성이 있다.
Earth를 확실하게 접속한다. : 굵고 짧게 한다. 일점(一点) 접지를원칙으로 한다.* 접지목적 : 1. 안전확보 2. 내(耐)Noise 신호Cable, 수신계기를 Noise원(源)에서 격리(隔離)한다.* 신호선과 강전회로등 Noise원으로부터 분리한다. 별도의Duct를 설치하며 또는 금속제 Conduit-Pipe를 사용한다. 신호Cable은 꼬임선(Twist Pair Cable), Shield선 등을 사용한다. * Twist Pare Cable : 전자유도(電子誘導)에 효과가 있다.* Shield Cable : 정전유도(靜電誘導)에 효과(Shield선은 접지)신호의 절연(絶緣) : Common Mode Noise의 전달을 저감한다. Filter : 고주파 Noise의 저감 회로(Balance) : C M R R (Common Mode 제거비(除去比)의 확보 전원Line대책 : Filter, Noise Cut Transformer 대전방지(帶電防止) : 후로아의 설치등 시공할 때부터 대책을 강구.
Arrester의 설치
수신계기의 보수관리에 대하여 :수신계기의 중요한 보수관리 작업중의 하나는 교정(校定)작업이다.
기록계와 같은 기계적 마모부품이 있는 수신계에서는 Maker의 취급설명서에 의하여 정기적인 보수관리가 필요하다.열전대 입력의 경우의 교정예(校正例)
* 교정용기기 : 전압전류 발생기 (예 yokogawa 2553 Type)* 접속
* 주의사항 (1) 수신계의 냉접점 보상회로를 Open이 가능한 기종의 경우 0℃ 기준의 열기전력을 입력한다.(2) 기준접점 보상회로를 Open이 불가능한 기종의 경우전압발생기에 딸린 냉접점 Sensor를 수신계기의 입력단자에접속하고 전압발생기의 출력온도를 설정한다. 전압발생기는자동적으로 기준접점온도에 해당하는 열기전력을 마이너스한 전압을 발생한다.* 교정점 : 0, 25, 50, 75, 100%에 해당하는 열기전력을 설정하면서교정을 한다. 측온저항체 입력의 경우의 교정예(校正例)
* 교정용기기 : 가변저항기 (예 : yokogawa 2793-01 Type)* 접속 (Pt 100 ohm 3선식의 경우)
* 교정점 : 0, 25, 50, 75, 100%에 해당하는 저항치를 설정하여교정한다.
통일 신호 ( 4 ~ 20 mA DC )입력의 경우의 교정예 * 교정용 기기 : 전압전류 발생기* 접속
* 교정점 : 4, 8, 12, 16, 20 mA를 설정하여 교정한다.* 수신계기가 1 ~ 5 V DC 입력의 경우에는 전압발생기를 사용하고교정점은 1, 2, 3, 4, 5V DC로 한다.
Recorder의 기록 방식
1.여명기(黎明期):Recorder의 원형은 19세기 말 W.Thomson에 의하여 발명된
Galvanometer 이다. 시계의 태엽을 동력으로 사용한 교묘한 장치로서 조정도 되지 않는 고가(高價)의 장치였다. 그후 1950년대에 전자관식 Recorder가 출연 하기까지 여러 종류의장치가 개발 되어왔다.기록은 개발 초기부터 자동평행기구와 조합하여 Pen으로 기록지에기록하는 방식이었다.
2.전자관식 Recorder:일본에서 1951년도에 입력과 Pen 위치와의 편차증폭회로가 진공관회로로 구성된 자동평위기록계(自動平衛危記錄計)가 개발되었다.초기에는 Pen위치의 Feed Back에는 Pen기구와 Wire로 연결된brush가 움직이는 Slide저항이 사용되었다. Slide저항의 저항특성을 조정하여 열전대등의 특성을 직선화를 하였다.그후 전자부품의 발달과 함께 각종 회로소자는 Transistor OP-Amp로 변천하였고 신호의 처리도 Range-Card방식으로 발전, 기록부는입력특성에 구애 받지 않는 Linear한 제어로 발전하였다.또한 외형도 소형화하여 DIN규격등에 맟추어지게 되었다. 기록은기록지에 기록하였지만 그 방식은 두 가지로 대별되었다. 하나는Pen기록방식으로 변화가 심한 현상의 기록이나 연속성을 중요시하는Data의 기록에 사용되었다. 기록Pen은 8-Pen정도가 주류를이루었다. 다른 한 방식은 타점식으로서30-Point 까지의 입력을순차적으로 Selection하여 타점(打点)으로 표시하는 방식이다.타점의 간격은 타점수에 의하여 2 ~ 120 Sec'정도가 되기 때문에온도와 같은 비교적 변화의 속도가 느린 신호를 다 입력 기록을 목적으로 사용되었다.
3.마이콘 탑재(塔載) :1981년에 Microprocessor를 탑재한 기록계가 개발되었다. Linearizer등을 연산으로 처리하게 되었기 때문에 입력의 특성에의한 Range - Card가 없어지게 되었다. 입력의 종류를 임의 선택이가능하게 되었다. 또 다(多)Pen 기록과 같이 Chart 시간축(時間軸)에 대하여서도 동시성이나 입력신호의 Filter시정수의 변경도 연산에의하여 보다 간단하게 수정하는 것이 가능하게 되었다.Pen기구(機構)의 비 접촉화나 입력Selection회로 부품의 반도체화Servo-Motor의 Brush less화 등의 기술도 진보하였고 신뢰성과기기의 Maintenance성이 비약적인 발전을 하였다.기록방식은 기록지에 기록하는 기본방식은 변화하지는 않았지만Analog기록에 더하여 Digital인자기구(印字機構)에 의하여 정보확인이 보다 간단하게 되었다. 이런 기구를 가진 기록계를 Hybrid-Recorder라고 불려진다. 또한 고속과도현상 (수 KHz까지) 을 기록하는 기종에서는 Thermal-Header를 Pen대신에 사용한 감열기록방식(感熱記錄方式)이 채용되기도 한다. 나아가서 IC-Card에 Data기록을 병행하는 기종도 개발되었으며 기능만의 향상이 아니라 현재는 Data의 해석(解析)도 가능하게 개발이 되어있다.
4.Chart Paperless
최근에는 기록지에 기록을 하는 대신에 표시는 TFT Color액정(液晶)에 하고 기록은 Floppy-Disk 또는 IC-Card에 기록을 하는 것이 일반적이다. Computer와 Data교환을 쉽게 하며 보용품(補用品)의 교환
등의 Maintenance가 삭감(削減)된 기록계가 속속 개방되어 발표되고 있다.
Sanitary 설계 란 :식품이나 의약품 제조공정에 있어서 위생관리를 고려한 설계법으로 제조설비는 이물(異物)이나 미생물적 청정상태를 유지가 가능하도록고려한 설계를 말한다.의약품의 경우에는 약사법으로 명문화가 되어있고 GMP ( GoodManufacturing Practice : 의약품의 제조관리 또는 품질관리 규칙)
의 제2장 제조관리에 위생관리가 규정되어 있다.식품의 경우에는 식품 위생법에 있어서 제조 살균 보존등의 모든 조건이 기준화 되어있다. 나아가서 우주 식품으로 개발된 HACCP ( 위해분석. 중요점관리 )
시스템이 과학적인 위생. 품질관리방식등으로 국제적으로 주목되고 있다. 관련구격.기준설비. 기기의 Sanitary설계의 규격. 기준으로는 우유의 가공 규격이발전하여 미국의 3-A 규격과 JIS B9650 관계규격
이 되었다.통상적으로 미국의 3-A 규격이 체용이 되고 있다. 3-A규격에는 위생기준과 실시요령이 있고 배관. Valve. Connector류에서 유업관련기기류(乳業關連機器類)에 까지 제질. 구조등을 규정하고 있다.
JIB B9650 관계규격은 식료품 가공기계등의 위생에 대하여 설계기준규정으로서 식료품의 접촉부, 비접촉부의 위생대책, 재질등의 위생대책 전번에 있어서 통상적인 사항을 규정하고 있다.배관이나Connector에 대하여서는 JIS G3447 및 ISO규격이 채용된다. ISO구격은 종전에는 IDF규격으로 이라고 하였다. 1976년에IDF에서 ISO로 이관되어 국제규격으로 정해졌다. Sanitary배관에대하여서는 JIS G3447에 촌법(寸法), 표면의 거칠기, 재질, 제조의방법에 대하여서는 ISO규정을 따르도록 하고 있다.
유량계의 Scale(눈금) 읽는 방법
Glass-Tube Type 면적식 유량계는 아래와 같은 여러 종류의 Float가 사용되고 있습니다.각각의 Float에 따라 읽는 위치가 다르기 때문에 읽는 위치에 따라 오차가 많이 발생을 하며 이를 방지하기 위하여 JIS B7551 " Float형 면적 유량계" 에서는 아래와 같은 기준을 정하고있다. 가동부(Float)의 Scale을 읽는 위치 : 직접 지시형 유량계는 Scale을 아래의화살표의 위치에서 읽도록 규정하고 있다.
INSTRUMENT의 ACCURACY표기에 관하여.
Instrument에 있어서의 가장 중요하게 생각 되어지는 것은 정도(精度 . Accuracy)이계기에서 정도의 표기 방법은 크게 두 가지로 구별을 할 수 있다
1. Full Scale의 00% ( 00% F.S, 표기- 이것은 Full-Scale에 대한 정도를 표기하는 것이다.
예를 들어 Full Scale 100 m3/h의 유량계의 정도가 1.5% F.S.의 경우 오차의 절대치는
100 m3/h * 0.015 = 1.5 m3/h 가 된다.
- 실제의 유량이 Full Scale의 50% 즉 50 m3/h를 지시한 경우도 오차는 1.5 m3/h가되기 때문에 이 경우의 실효 정도는 1.5 / 50 = 0.03 = 3% 가 된다.
2. 지시치 의 00% ( 00% R.D, 표기)
- 이것은 그 유량계에서 측정하고 있는 유량에 대하여서의 정도이다. 때문에0.5% R.D.로 표기된 정도의 유량계는 측정범위 전체에서 0.5%의 정도로 측정이 가능하다.그러나 정도에 관한 보증에는 메이커에서 정한 하한치가 있기 때문에 그 하한치이하에서는 정도 보증에서 제외가 되며 또한 하한치 이하에서는 별도로 표기된정도를 적용하는 것이 일반적이다.
극 저온용 온도 센서란:저온 과학기술은 Energy관련, 수송관련 및 Live Science관련등의 광범한 분야에서 응용되고 있다. 특히 극 저온으로 불려지는 액체헬륨(약 4.2K)에서 얻을 수 있는 1K에서 액화천연Gas(LNG)의 온도약 112K 까지 의 온도 영역에서의 계측에는 새로운 Technology 를필요로 하는 분야이다. 저온용 온도센서는 각종의 센서가 실용화되어있지만 일부의 특정 메이커에 기술이 편중되어 있는 실정이다.때문에 규격화가 되어있지 않다.
Tower: Pressure Vessel로 높이가 높으며, 내부에 Tray와 Packing ,Diatributor등을 갖고 유체의 정제,증류,분리를 목적으로 하는 석유화학의 장치물 예) Distilation Tower, Fractionation Tower등등 또는 Column이라고도 합니다.
Vessel: 일정의 압력이상을 (ASME Section Viii Division 1에 따르면 15Psi 즉 대기압을 초과하고 직경이 6인치 150mm이상을 압력 압력용기 Pressure Vessel이라 칭합니다)갖는 유체를 저장 또는 공정 중간 과정상에 필요 목적으로 중간중간 유체가 필요량 만큼 저장되어 분리되거나 반응되는 목적으로 사
용 하는 압력용기 형태의 석유화학의 장치물 예) Surge Vessel, 등등 Vessel 이라는 용어보다는
Knock-Out Drum등의 Drum, 작은 용기는 Pot등등으로도 사용합니다.
Tank : 일부에서는 Vessel과 혼용될수도 있으나 일반적으로 상압의 유체를 저장하는 용기입니다. 다소 압력이 높은경우에도 Tank라 하는 경우도 있지만 이경우는 Ball Tank(구형) 일반적으로 상압의 유체를 대규모로 저장하는 철구조물 의 일종입니다. Storage Tank (적용 Code는 API 650)
Product Tank,Benzene Tank, Water Tank 등등
냉각탑이라는 놈은 냉각수 일부를 증발시켜 냉각수의 온도를 떨어 뜨리는 량이 전체 열 제거의 60~80%가 되지요. (물 1 Kg이 증발하게 되면 약 557 Kcal의 열을 뺏어 가지요.)
증발을 많이 시키기 위해서 냉각탑에 송풍 장치를 하게 되는 것이지요. 그렇다면 냉각탑에서 증발량은 공기량에 관계가 된다는 것을 아실 수 있지요.
또한 증발은 냉각탑으로 들어 오는 공기의 습도가 낮으면 낮을수록 냉각수에서 물의 증발이 보다 많이 일어 나게 되지요. 정리하면 증발량은 냉각탑으로 들어 오는 공기량과 습도에 좌우 된다는 것이지요.
이를 수식으로 표현하면,
Evaporation Rate = Air Mass Flow Rate x (Absolute Humidity
@Tower Exit - Absolute Humidity @Tower Inlet)
위 수식에서 Air Mass Flow Rate는 냉각탑으로 유입되는 공기의 단위 시간당 건공기 무게 (Kg'/Hr)이며, Absolute Humidity @Tower Exit는 냉각탑을 떠나는 공기의 절대 습도 (수증기 무게
Kg/건공기 무게 Kg')이구, Absolute Humidity @Tower Inlet는 냉각탑으로 들어 오는 공기의 절대 습도 (수증기 무게 Kg/건공기 무게 Kg')이지요.
그렇다면 Air Mass Flow Rate는 압입 송풍식일 경우는 Air Flow Rate / 냉각탑 입구에서의 공기의 비체적 하시면 시간당 건공기의 무게를 얻게 되고,
유도 통풍식이면 Air Flow Rate / 냉각탑 출구에서의 공기의 비체적 하면 시간당 건공기의 무게를 얻게 되지요. 냉각탑 토출공기의 온도는 대략적으로 냉각탑으로 들어오는 물의 온도와 냉각된 물의 온도의 평균온도로 보시면 되지요. 여름철에 토출 공기의 온도가 가장 높으니까 결국 토출 공기의 절대 습도가 가장 높게되지요. 그러니까 여름철에 증발량이 겨울철에 비하여 당연히 많게 되는 것이지요.
FIRE proofing
1) 화재위험지역
화재위험설비로부터 수평거리 7.5m, 수직거리 11m이내, 또는 70kg/cm2이상에서 운전될 수 있는 화재위험설비로부터 수평거리 15m, 수직거리 11m이내의 지역을 말한다.
2) 화재위험설비 - 반응기, 타워, 열교환기,인화성 액체 800Liter이상을 저장하는 Sphere 및 Vessel, 그리고 다음의 설비를 말한다.
- 150kW(200HP)이상의 동력을 사용하는 가연성 가스 취급 compressor
- 정상운전시 인화성 액체2.3m3이상을 저장하는 Suction 시스템의 펌프
- 코일을 통해 인화성 물질이 흐르는 Fired heater 또는 액체 연료를 사용하는 Fired heater
3. 내화범위
1) 구조물 지지대
- 구조물이 화재위험설비를 지지할 때, 구조물 기반 윗부분(앵커볼트 포함)부터 설비가 설치되어 있는 가장 높은 층까지 수직, 수평 철조 지지대는 내화처리한다.
- 구조물이 화재위험지역에 위치해 있고 화재위험설비가 아닌 설비를 지지할 때, 이 구조물 지지대의 붕괴로 인근 화재위험설비에 영향을 줄 수 있다면 바닥에서부터 지상 9m에 가장 가까운 층까지 내화처리한다.
4. 내화강도
- 철골 지지대는 ASME E-119에 의한 3시간 또는 UL 1709에 의한 2시간 반동안의 내화강도를 갖도록 한다.
- 전기 / 계기 배선 또는 긴급차단시스템의 내화강도는 1090℃(2000℉)에서 15분 동안 견딜 수 있도록 한다. 화염 속에 있는 모든 배선은 정상 회로 전압을 유지할 수 있어야 한다.