KR101963049B1

KR101963049B1 - An absolute liquid level measuring equipment for preventing freeze having timing pulley

Info

Publication number: KR101963049B1
Application number: KR1020170156468A
Authority: KR
Inventors: 김병기; 곽준근; 김성권
Original assignee: (주)성림엠엔씨; 한국수자원공사
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-03-28

Abstract

The present invention relates to a water level measuring apparatus, which can prevent freezing in winter by incorporating a heater in a float in direct contact with water and allows precise water level measurement by transmitting vertical movements of the float to a timing pulley through a timing belt. The water level measuring apparatus according to the present invention, which performs water level measurement by using a float (20), includes the float (20) floated on a water surface by buoyancy and moving up and down with water level fluctuations; a timing pulley (40) receiving and converting into a rotation amount the vertical movement amount of the float (20) moving up and down with the water level fluctuations; and a water level gauge (10) calculating an absolute position value of the float (20) by receiving the rotation amount of the timing pulley (40) and calculating a water level value in accordance with the calculated absolute position of the float (20). The vertical movement amount of the float (20) is transmitted to the timing pulley (40) through a timing belt (30) and is converted into the rotation amount.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a water level measuring apparatus for preventing ice from freezing in a winter season,

본 발명은 수위 계측장치에 관한 것으로, 특히 물에 직접 접촉하는 플로트에 히터를 내장시켜 동절기 결빙을 방지할 수 있으며, 플로트의 상하 운동을 타이밍벨트를 통하여 타이밍 풀리에 전달하여 정밀한 수위 계측이 이루어질 수 있도록 하는 수위 계측장치에 관한 것이다. The present invention relates to a water level measuring apparatus, and more particularly, to a water level measuring apparatus capable of preventing a freezing in winter by incorporating a heater in a float directly contacting water, and transmitting the up and down movement of the float to a timing pulley through a timing belt, The present invention relates to a water level measuring apparatus.

댐이나 하천 또는 항만의 수위, 정유시설에서 저유탱크의 액체레벨, 암벽 내 저장하는 원유저장시설의 원유 레벨, 용수공급시설의 수위 등을 측정하는 수위 계측장치는 설비 운영에 근간이 되는 매우 중요한 역할을 담당하는 설비 중 하나이다. Level meters for measuring the level of dams, rivers or harbors, liquid levels in reservoir tanks in oil refineries, crude oil levels in crude oil storage facilities stored in rock walls, and water level in water supply facilities are very important roles Is one of the facilities in charge of.

일반적으로 수위 계측방법으로 수위에 따라 상하로 이동할 수 있도록 수위 위에 플로트를 설치하고, 이 플로트에 와이어로프를 연결한 후 수위 계측장치의 풀리에 감고, 그 맞은편에 추를 설치하여, 수위 변화에 따른 와이어로프의 이동을 풀리의 회전량을 통하여 감지하여 수위를 측정하는 방법이 주로 이용되고 있다. Generally, a float is installed on the water level so that it can move up and down according to the water level by the water level measurement method, the wire rope is connected to the float, the water is wound on the pulley of the water level measuring device, A method of measuring the water level by sensing the movement of the wire rope through the amount of rotation of the pulley is mainly used.

한편, 동절기에는 낮은 온도로 수면이 결빙되는 경우가 있는데, 수면이 결빙되면 플로트가 수면과 격리되어 정확한 수면 레벨을 측정하기 어려운 문제점이 있었다. On the other hand, there is a case where the water surface is frozen at a low temperature in the winter season. When the water surface is frozen, the float is isolated from the water surface, and it is difficult to measure the accurate water level.

이러한 수면 결빙에 따른 수면 레벨 측정 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제시되었는데, 도 1은 종래 강관히터를 이용하여 결빙을 방지하는 장치의 일례를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 결빙을 방지하기 위해 강관 벽에 넓은 범위에 걸쳐 강관히터(5)를 설치하여 플로트(1)가 위치한 수면이 결빙되는 것을 방지하고 있는데, 이러한 방법은 수중에 강관히터(5)를 설치하는 과정이 어렵고 공기 중으로 노출된 히터(5)가 과열되는 현상이 발생할 수 있으며, 수중에 있는 히터(5)에서 누전이 발생하여 감전의 우려가 크고, 설치비용 또한 많이 소요되는 단점이 있다.Various methods have been proposed to solve the problem of water level measurement due to the water surface freezing. FIG. 1 shows an example of a device for preventing freezing by using a conventional steel pipe heater. As shown in Fig. 1, in order to prevent freezing, a steel pipe heater 5 is installed over a wide range of steel pipe walls to prevent freezing of the water surface where the float 1 is located. The process of installing the heater 5 is difficult and the heater 5 exposed to the air may overheat and a short circuit may occur at the heater 5 in the water, There are disadvantages.

도 2는 다른 방법으로 플로트 내부에 히터를 설치하여 결빙을 방지하는 방법의 일례를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 결빙을 방지하기 위해 플로트(1)의 내부에 히터가 설치되는데, 이 히터는 플로트(1)의 하부를 통하여 연결되는 히터 전원선(6))으로부터 전원을 공급받아 동작하게 된다. 이러한 방법은 히터 전원선(6) 중 물속에 잠겨 플로트(1)에 연결되는 부분의 방수가 매우 어려워 누전이 발생할 우려가 있고, 히터 전원선(6)이 플로트(1)의 상하 이동을 방해할 수 있으며, 물속에 잠긴 히터 전원선(6)의 무게만큼 플로트(1)를 끌어내려 수위 측정 오차를 유발하게 되는 단점이 있다 또한, 하천 수심이 낮은 곳에 설치한 경우 토사가 히터 전원선(6)을 덮어 수위가 높아진 경우에도 플로트(1)가 움직이지 못하는 심각한 문제를 내포하고 있다.Fig. 2 shows an example of a method of preventing ice formation by providing a heater inside a float by another method. 2, a heater is provided inside the float 1 to prevent freezing. The heater is supplied with power from the heater power line 6 connected to the float 1 through a lower portion thereof . In this method, the portion of the heater power line 6 that is immersed in the water and connected to the float 1 is very difficult to be waterproofed, and there is a fear that a short circuit may occur, and the heater power line 6 may interfere with the up / down movement of the float 1 In addition, when the float 1 is pulled down by the weight of the heater power line 6 immersed in the water, the water level measurement error is caused. Also, when the water depth is set at a low water depth, So that the float 1 can not move even if the water level becomes high.

한편, 이러한 종래 수위 계측장치에서는 플로트의 상하 이동량을 풀리에 전달하기 위해 스텐레스 재질의 와이어로프를 이용하고 있는데, 도 3은 이러한 종래 와이어로프를 이용하여 플로트의 이동량을 풀리에 전달하는 방법을 나타낸 개념도이고, 도 4는 와이어로프와 풀리의 결합 구조를 나타낸 것이다. In this conventional level gauge, a wire rope made of stainless steel is used to transmit the vertical movement amount of the float to the pulley. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a method of transferring the amount of movement of the float to the pulley by using the conventional wire rope And Fig. 4 shows a coupling structure of the wire rope and the pulley.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 수면 레벨에 위치하는 플로트(1)의 상하 이동량을 풀리(3)에 전달하기 위해 스텐레스 와이어로프(2)가 이용된다. 상기 스텐레스 와이어로프(2)에는 일정한 간격으로 납볼(또는 스텐레스 볼)(2a)이 고정 설치되어, 이 스텐레스 와이어로프(2)에 고정된 납볼(2a)이 풀리(3)에 있는 납볼 홈(3a)에 결합되면서 플로트(1)의 상하 이동량이 풀리(3)에 전달되게 된다. As shown in Figs. 3 and 4, a stainless wire rope 2 is used to transmit the up and down movement amount of the float 1 located at the water level to the pulley 3. A lead ball 2a is fixedly attached to the stainless wire rope 2 at regular intervals and a lead ball 2a fixed to the stainless wire rope 2 is inserted into a lead ball groove 3a And the vertical movement amount of the float 1 is transmitted to the pulley 3.

상기의 구조로 이루어진 와이어로프(2)와 풀리(3)의 결합 구조에서는, 급격한 수위변동이 발생하게 되면, 풀리(3)로부터 스텐레스 와이어로프(2)가 이탈되는 경우가 발생할 수 있으며, 또한 스텐레스 와이어로프(2)에 고정되는 납볼(스텐레스 볼)(2a)이 일정한 간격으로 설치되어 있지 않은 경우 수위 계측의 정밀도에 문제가 발생할 수 있다. In the combined structure of the wire rope 2 and the pulley 3 having the above structure, when the rapid water level fluctuation occurs, the stainless wire rope 2 may be separated from the pulley 3, If the lead balls (stainless balls) 2a fixed to the wire rope 2 are not provided at regular intervals, the accuracy of the water level measurement may be problematic.

예를 들어, 풀리(3)에 형성되는 풀리 V홈(3b)은 일반적으로 원주길이가 1m (1000mm)로 그 직경은 318.3099mm 로 가공되는데, 여기에 오차가 발생하면 와이어로프(2)의 길이를 계측하는 원주 길이가 근본적으로 오차가 발생하는 문제점을 내포하고 있다. 일례로써 스텐레스 와이어로프(2)와 결합되는 풀리 V홈(3b)의 가공에 있어서, 스텐레스 와이어로프(2)의 직경이 1.5mm 정도에 불과하여 풀리 V홈(3b)을 가공하는 경우에 직경은 318.3099mm 로 가공이 매우 까다로워 직경의 가공오차를 수반하게 된다. 만일 직경에 오차가 발생하게 되면 원주 길이는 3.14배로 오차가 발생하게 되며, 또한 풀리 V홈(3b)이 좁아 도장 두께를 정확하게 관리하기가 곤란하여 두께가 균일하지 못하게 되면서 원주 길이에 오차가 발생하게 된다. 이때 댐과 같이 수위 변동이 큰 경우에는 풀리(3)의 회전수가 많아지게 되므로, 오차가 누적되어 납볼(스텐레스 볼)(2a)과 풀리(3)에 있는 납볼 홈(3a)의 위치가 어긋나게 되고, 결국 수위계측 오차가 발생하며 풀리(3)로부터 와이어로프(2)가 이탈하여 측정이 불가능하게 되는 문제점 또한 내포하고 있다.For example, the pulley V groove 3b formed in the pulley 3 is generally machined to have a circumferential length of 1 m (1000 mm) and a diameter of 318.3099 mm. When an error occurs, the length of the wire rope 2 The circumferential length of the circumferential length measuring the circumferential length of the circumferential groove is fundamentally an error. For example, when machining the pulley V groove 3b coupled with the stainless steel wire rope 2, the diameter of the stainless wire rope 2 is only about 1.5 mm, and when the pulley V groove 3b is machined, 318.3099mm, the machining is very difficult, which leads to a machining error in diameter. If an error occurs in the diameter, an error occurs in the circumference length of 3.14 times. Further, since the pulley V groove (3b) is narrow, it is difficult to accurately control the thickness of the coating, do. At this time, when the water level fluctuation is large like the dam, the number of revolutions of the pulley 3 increases, so that the position of the lead ball groove 3a in the lead ball (2a) and the pulley (3) , The water level measurement error is generated, and the wire rope 2 is released from the pulley 3, making measurement impossible.

만약, 풀리 V홈(3b)의 원주 길이가 1m (1000mm)이고 직경은 318.3099mm 일때, 가공에서 직경이 0.3mm의 오차를 발생하고 도장의 두께에서 0.2mm의 오차가 발생하는 경우를 가정하면, 오차의 합계는 0.5mm로, 결국 318.3099mm + 0.5mm = 318.8099mm로, 원주 길이(L)는 318.8099 * 3.1415926535 = 1,001.571 mm이 되어, 1.571mm 의 오차를 수반하게 된다. If a circumferential length of the pulley V groove 3b is 1 m (1000 mm) and a diameter is 318.3099 mm, assuming that an error of 0.3 mm in diameter is generated in machining and an error of 0.2 mm in thickness of the coating occurs, The sum of the errors is 0.5 mm, resulting in 318.3099 mm + 0.5 mm = 318.8099 mm, and the circumferential length (L) is 318.8099 * 3.1415926535 = 1,001.571 mm, resulting in an error of 1.571 mm.

만약, 이러한 오차가 발생하는 장치로 3m의 수위변동을 측정하게 되면 4.713mm의 오차를 발생시키며, 또한 납볼(스텐레스 볼)(2a)과 풀리(3)에 있는 납볼 홈(3a)의 위치가 어긋나게 되어 와이어로프(2)가 풀리(3)에서 미끄러져 계측값에 큰 오차를 유발하게 된다. 이러한 현상은 현재 설치되어 있는 모든 수위 계측장치가 가지고 있는 근본적인 문제점으로 이에 대한 해결책이 요구되고 있는 실정이다. If the water level fluctuation of 3 m is measured by an apparatus generating such an error, an error of 4.713 mm is generated. Also, the position of the lead ball groove 3a in the lead ball 2a and the pulley 3 is shifted So that the wire rope 2 slips on the pulley 3, causing a large error in the measured value. This phenomenon is a fundamental problem of all water level measuring devices currently installed, and a solution thereof is required.

대한민국 등록특허공보 제10-0656072호 (2006.12.04. 등록)Korean Registered Patent No. 10-0656072 (Registered on December 4, 2006)

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 정밀한 동력 전달이 가능한 타이밍벨트를 통하여 플로트의 상하 운동량을 타이밍 풀리에 전달하도록 함으로써 정밀한 수위 계측이 가능하도록 하는 타이밍 풀리가 구비된 수위 계측장치를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide a timing pulley which can precisely measure the level by transmitting a vertical movement amount of a float to a timing pulley through a timing belt, The present invention also provides a water level measuring apparatus provided with a water level measuring device.

또한, 본 발명의 다른 목적은 물에 접촉하지 않는 히터 전원선을 통하여 플로트에 내장된 히터를 구동시켜 안전하게 동절기 결빙을 방지할 수 있도록 하는 동절기 결빙 방지용 수위 계측장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a water level measuring apparatus for preventing freezing of ice during winter, which is capable of safely preventing freezing in winter by driving a heater built in a float through a heater power line not contacting water.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수위 계측장치는 수면에 부력으로 띄워져 수위의 변동에 따라 상하로 이동하는 플로트와, 수위의 변동에 따라 상하로 이동하는 상기 플로트의 상하 이동량을 전달받아 회전량으로 변환하는 타이밍 풀리와, 상기 타이밍 풀리의 회전량을 전달받아 플로트의 절대위치 값을 계산하고 계산된 플로트의 절대위치에 따른 수위 값을 계산하는 수위계;를 포함하는 수위 계측장치로서, 상기 플로트의 상하 이동량은 복수의 강선 철심이 내재된 타이밍벨트를 통하여 타이밍 풀리에 전달되어 회전량으로 변환되되, 상기 타이밍벨트의 일단은 벨트 고정판을 통하여 플로트의 상부에 형성되는 링크장치와 유동 가능하게 결합하고, 상기 벨트 고정판에는 미끄럼방지 홈이 형성되어 상기 타이밍벨트가 벨트 고정판을 통하여 링크장치에 결합되는 경우 타이밍벨트의 표면이 미끄럼방지 홈으로 돌출되어 고정되도록 하고, 상기 플로트에는 히터가 내장되어 지상에 설치되는 전원공급부로부터 전원을 공급받아 구동하며, 일단이 상기 플로트의 상부에 결합되어 타이밍 풀리를 경유하는 타이밍벨트의 타단은 로울러를 경유하여 지상에 설치된 전원공급부에 고정되되, 상기 로울러의 하단에는 평형추가 결합되어 상기 로울러를 경유하는 타이밍벨트에 장력을 제공하며, 상기 전원공급부에는 히터 전원선이 연결되고, 상기 히터 전원선은 로울러 및 타이밍 풀리의 측면에 형성된 히터전원 풀리를 경유하여 플로트에 내장된 히터와 연결되어 전원을 공급하되, 상기 히터전원 풀리의 중심 축에는 회전 베어링이 결합되어, 상기 히터전원 풀리의 회전이 타이밍 풀리의 회전에 영향을 미치는 않도록 하는 것이 바람직하다. According to another aspect of the present invention, there is provided a water level measuring apparatus comprising: a float which floats on a water surface and moves up and down according to a variation of a water level; and a float that receives up- And a water level gauge for calculating an absolute position value of the float by receiving the rotation amount of the timing pulley and calculating a water level value according to the calculated absolute position of the float, Is transmitted to the timing pulley through a timing belt having a plurality of steel wire cores and is converted into a rotation amount, one end of the timing belt is movably engaged with a link device formed on the float through a belt fixing plate , A slip prevention groove is formed in the belt fixing plate, and the timing belt is fixed to the belt fixing plate The float is provided with a heater, and is supplied with power from a power supply unit installed on the ground, and is driven by being coupled with an upper portion of the float, And the other end of the timing belt passing through the timing pulley is fixed to a power supply unit provided on the ground via a roller and is further coupled to the lower end of the roller so as to provide tension to the timing belt passing through the roller, A heater power line is connected to the heater, and the heater power line is connected to a heater incorporated in a float via a heater power source pulley formed on a side surface of the roller and the timing pulley, And the rotation of the heater power pulley is influenced by the rotation of the timing pulley It is desirable to avoid beating.

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한편, 상기 수위계는 타이밍 풀리의 회전을 커플링을 통하여 전달받아 회전하는 회전축에 결합되어 상기 회전축의 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더와, 상기 회전축에 형성되는 기어와 맞물려 회전축의 회전 속도를 감속하는 복수의 기어로 이루어진 감속기어와, 상기 감속기어 중 마지막 단에 설치된 기어의 축에 설치되어 감속된 회전 각도에 따른 값을 측정하여 출력하는 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더가 구비된 절대변위계와; 상기 절대변위계의 정밀엔코더 및 광역엔코더의 출력값을 분석하여 플로트의 절대위치 값을 계산하고, 계산된 플로트의 절대위치에 따른 수위 값을 계산하는 액면계측 컨트롤러;를 포함하되, 상기 수위계측 컨트롤러에는 설정된 시간마다 시간을 나타내는 타임스탬프와 그 순간의 수위 데이터, 충전장치의 전압, 도어 열림 상태를 순차적으로 메모리에 기록하는 로그데이터 메모리가 구비되어, 원격의 메인 단국장치로부터 데이터 전송명령이 수신되면 로그데이터 메모리에 저장된 데이터에서 해당 데이터를 인출하여 CDMA 모뎀이나 LET 모뎀 또는 무선신호 송수신부를 통하여 메인 단국장치에 전송하는 것이 바람직하다. The gauge includes a precision encoder, which is an absolute encoder for precise measurement, which is coupled to a rotating rotary shaft through rotation of a timing pulley via a coupling, measures and outputs a value corresponding to the rotation angle of the rotary shaft, A reduction gear provided on the shaft of the gear provided at the last end of the reduction gear and measuring and outputting a value according to the rotation angle of the reduction gear; An absolute displacement meter having a wide-angle encoder; And a liquid level measurement controller for calculating an absolute position value of the float by analyzing output values of the precision encoder and the wide-angle encoder of the absolute displacement meter and calculating a water level value according to the calculated absolute position of the float, And a log data memory for sequentially writing a time stamp indicating a time at each time and a water level data at that moment, a voltage of a charging device, and a door open state in a memory. When a data transfer command is received from a remote main terminal, It is preferable that the data is extracted from the data stored in the memory and transmitted to the main terminal device through the CDMA modem or the LET modem or the radio signal transmitting and receiving section.

본 발명에 따른 수위 계측장치는 정밀한 동력 전달이 가능한 타이밍벨트를 통하여 플로트의 상하 운동량은 타이밍 풀리에 전달함으로써 정밀한 수위 계측이 가능하도록 하는 효과가 있다. The level measuring apparatus according to the present invention has an effect of enabling precise level measurement by transmitting the amount of up and down movement of the float to the timing pulley through a timing belt capable of precise power transmission.

또한, 본 발명에 따른 수위 계측장치는 플로트의 상하 이동에 제약을 주지 않으며 물에 접촉하지 않아 누전의 위험이 없는 히터 전원선을 통하여 플로트의 내측에 구비된 히터에 안정적으로 전원을 공급하여 플로트의 동절기 결빙을 방지할 수 있는 효과가 있다. Further, the water level measuring apparatus according to the present invention stably supplies power to the heater provided inside the float through the heater power supply line which does not restrict the float up and down movement and does not contact the water, It is possible to prevent freezing in the winter season.

도 1은 종래 강관히터를 이용하여 결빙을 방지하는 장치의 일례,
도 2는 종래 플로트 내부에 히터를 설치하여 결빙을 방지하는 방법의 일례,
도 3은 종래 와이어로프를 이용하여 플로트의 이동량을 풀리에 전달하는 방법을 나타낸 개념도,
도 4는 종래 와이어로프와 풀리의 결합 구조도,
도 5는 본 발명에 따른 히터 내장형 플로트가 구비된 수위 계측장치의 전체 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 타이밍 풀리의 구조도,
도 7은 본 발명에 따른 타이밍벨트와 플로트의 결합 구조도,
도 8은 본 발명에 적용된 타이밍벨트의 구조도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 플로트의 히터에 전원을 공급하는 계통도 일례,
도 10은 본 발명에 따른 플로트의 평단면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 히터에 전원을 공급하는 계통을 나타낸 개념도,
도 12는 본 발명에 따른 수위 계측장치의 수위계 평면도,
도 13은 본 발명에 따른 절대변위계의 평면 부분 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 정밀엔코더와 광역엔코더의 출력값 관계를 나타낸 도표,
도 15는 본 발명에 따른 광역엔코더의 회전수를 검출하는 방법의 일례,
도 16은 기어 사이에 존재하는 백래쉬로 인하여 광역엔코더의 값 변화에 대한 정밀엔코더의 값 변화를 표현한 도식,
도 17은 본 발명에 따라 광역엔코더 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도,
도 18은 본 발명에 따른 정밀엔코더 회전수 판정 테이블,
도 19는 본 발명에 따른 정밀엔코더와 광역엔코더의 연속된 이동에 대한 시뮬레이션 결과를 엑셀 프로그램로 도시한 일례,
도 20은 본 발명에 따른 수위계측 컨트롤러의 블럭 구성도,
도 21은 종래 댐 수위나 하천수위를 계측하고 수집하는 단국장치의 계통도 일례,
도 22 내지 도 24는 본 발명에 따른 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 특성 일례를 나타낸 것이다. 1 is an example of a device for preventing freezing by using a conventional steel pipe heater,
Fig. 2 shows an example of a method of preventing icing by providing a heater in a conventional float,
3 is a conceptual diagram showing a method of transferring a movement amount of a float to a pulley using a conventional wire rope,
Fig. 4 is a schematic view of a conventional wire rope and a pulley,
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a water level measuring apparatus provided with a heater built-in float according to the present invention;
6 is a structural view of a timing pulley according to the present invention;
Fig. 7 is a view showing a coupling structure of a timing belt and a float according to the present invention,
8 is a structural view of a timing belt applied to the present invention,
FIG. 9 is an example of a system for supplying power to a heater of a float according to another embodiment of the present invention,
10 is a plan sectional view of a float according to the present invention,
11 is a conceptual diagram illustrating a system for supplying power to a heater according to another embodiment of the present invention;
12 is a plan view of the water level meter of the water level measuring apparatus according to the present invention,
FIG. 13 is a plan view and partial sectional view of an absolute displacement meter according to the present invention,
14 is a diagram showing the output value relationship between the precision encoder and the wide-angle encoder according to the present invention,
15 is an example of a method of detecting the number of revolutions of a wide-area encoder according to the present invention,
16 is a diagram showing a change in value of a precision encoder with respect to a change in value of a wide-angle encoder due to a backlash existing between gears,
17 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precision encoder using a wide-range encoder value according to the present invention,
FIG. 18 is a block diagram showing the precision encoder rotation speed determination table,
19 shows an example of a simulation result of continuous movement of the precision encoder and the wide-angle encoder according to the present invention in an Excel program,
20 is a block diagram of a level meter according to the present invention;
21 is an example of a system diagram of a terminal device for measuring and collecting a dam level or a river water level,
22 to 24 show an example of characteristics of a windowed-sinc filter according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 히터 내장형 플로트가 구비된 수위 계측장치의 전체 구성도를 나타낸 것이다. 5 is a view showing the entire construction of a water level measuring apparatus provided with a heater built-in float according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수위 계측장치는 계측 대상이 되는 수면 위에 부상하여 수위의 변화에 따라 상하로 이동하는 히터 내장형 플로트(20)와, 상기 플로트(20)의 상하 이동량을 회전량으로 변환하는 타이밍 풀리(40)와, 상기 플로트(20)의 상하 이동량을 타이밍 풀리(40)에 전달하는 타이밍벨트(30)와, 상기 플로트(20) 무게의 평형을 맞추기 위해 타이밍벨트(30)의 반대쪽에 설치되는 평형추(50)와, 상기 히터 내장형 플로트(20)에 전원을 공급하는 전원공급부(60)와, 상기 타이밍 풀리(40)의 회전량을 검출하여 플로트(20)가 위치한 수위를 계측하는 수위계(10)를 포함하여 이루어진다. 5, the water level measuring apparatus according to the present invention includes a heater built-in float 20 floating on a water surface to be measured and moving up and down according to a change in water level, A timing belt 30 for transferring the up and down movement amount of the float 20 to the timing pulley 40 and a timing belt 30 for converting the weight of the float 20 to a timing belt A power supply unit 60 for supplying power to the heater built-in float 20 and a float 20 for detecting the amount of rotation of the timing pulley 40, And a water level meter (10) for measuring the water level.

본 발명에서는 종래 스텐레스 와이어로프를 통하여 플로트의 상하 운동을 풀리에 전달하는 과정에 발생하는 문제점을 해결하기 위해 와이어로프 및 풀리 대신, 자동차 분야 등 여러 산업 현장에서 정확한 이동을 위해 사용되는 산업용 타이밍벨트(30)와 타이밍 풀리(40)를 적용하였다. 본 발명에 적용되는 타이밍벨트(30)와 타이밍 풀리(40)는 전 세계적으로 규격화되어 정밀하게 생산되고 있으며, 특히 타이밍 풀리(40)와 타이밍벨트(30)에는 상호 결합되는 많은 이빨이 형성되어 있어 견고하게 동력을 전달하므로 미끄러지는 현상이 발생하지 않게 된다. 한편, 상기 타이밍 풀리(40)의 양측면에는 급격한 수위변동에 따라 타이밍 풀리(40)에서 타이밍벨트(30)가 벗겨지는 현상을 방지하기 위해 타이밍벨트(30)를 타이밍 풀리(40)에 밀착시키는 벨트누름 베어링(45)과, 동절기에 타이밍벨트(30)가 타이밍 풀리(40)에 얼어붙는 현상을 방지하기 위한 동결방지용 히터(46)가 구비된다. In the present invention, in order to solve the problems occurring in the process of transferring the up and down movement of the float to the pulley through the conventional stainless wire rope, an industrial timing belt 30 and a timing pulley 40 are applied. The timing belt 30 and the timing pulley 40 applied to the present invention are standardized and manufactured precisely globally and in particular the timing pulley 40 and the timing belt 30 are formed with many teeth to be coupled to each other The power is transmitted firmly, so that the slipping phenomenon does not occur. On both sides of the timing pulley 40 on both sides of the timing pulley 40 are provided belts 30 for bringing the timing belt 30 into close contact with the timing pulley 40 in order to prevent the timing belt 30 from being peeled off from the timing pulley 40, A pushing bearing 45 and a freeze prevention heater 46 for preventing the timing belt 30 from freezing on the timing pulley 40 during the winter season are provided.

본 발명의 실시예에서 상기 타이밍벨트(30)는 피치가 3mm인 타이밍벨트를 사용하고 타이밍 풀리(40)의 잇수를 330개로 가공하게 되는데, 이에 따라 전체 원주길이(L)는 990mm(L = 피치 * 잇수 = 3 * 330)가 되며, 이때 이 원주길이 값을 수위계(10)의 메모리에 저장하여 컨트롤러를 통하여 타이밍 풀리(40)의 회전당 히터내장 플로트(20) 이동 거리를 연산하게 된다.In the embodiment of the present invention, the timing belt 30 uses a timing belt having a pitch of 3 mm and the number of teeth of the timing pulley 40 is 330. Accordingly, the entire circumferential length L is 990 mm (L = pitch The number of teeth = 3 * 330). At this time, the circumferential length value is stored in the memory of the water gauge 10, and the travel distance of the float 20 built in the heater per revolution of the timing pulley 40 is calculated through the controller.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 타이밍 풀리의 구조도를 나타낸 것이다. 6 is a structural view of a timing pulley according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 타이밍 풀리(40)의 몸체(41)는 타이밍벨트(30)와의 접촉시 미끄러지지 않도록 치형으로 가공되되 330개의 잇수를 갖도록 가공되어 풀리를 형성하게 되는데, 이때 타이밍벨트(30)가 풀리(40)에서 이탈하지 않도록 지지하기 위하여 양측에 가이드 판(42)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 상기 가이드 판(42)은 가이드판 고정나사(43)를 통하여 몸체(41)에 고정된다. As shown in FIG. 6, the body 41 of the timing pulley 40 is machined to have a tooth shape so as not to slip when it contacts the timing belt 30, and is formed to have a number of teeth of 330 to form a pulley. The guide plates 42 are formed on both sides of the pulleys 40 so as not to be separated from the pulleys 40. In the embodiment of the present invention, the guide plate 42 is fixed to the body 41 through a guide plate fixing screw 43.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 타이밍벨트와 플로트의 결합 구조를 나타낸 것이다. Fig. 7 shows a coupling structure of a timing belt and a float according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 히터가 내장된 플로트(20)의 상부에는 타이밍벨트(30)가 체결되는 링크장치(37)가 결합되어 있는데, 이 링크장치(37)는 상부 및 하부에 2개의 축이 형성된다. 상기 링크장치(37)는 플로트(20)가 수면에 따라 자유롭게 이동하는데 장해가 되지 않도록 하부 축이 플로트(20)의 상부와 힌지 결합되고, 상부 축에는 타이밍벨트(30)가 감싸 겹쳐져 결합된다, 이때 링크장치(37)의 상부 축을 통하여 2겹으로 겹쳐지는 타이밍벨트(30)는 앞, 뒤면에서 벨트 고정판(35)을 통하여 나사로 고정 결합된다. 7, a link device 37 to which the timing belt 30 is fastened is coupled to an upper portion of the float 20 in which the heater is built. The link device 37 has two Axis is formed. The link device 37 is hinged to the upper portion of the float 20 so that the float 20 is free from movement along the water surface and the timing belt 30 is wrapped and joined to the upper shaft. At this time, the timing belt 30, which overlaps in two layers through the upper shaft of the link device 37, is screwed and fixed through the belt fixing plate 35 from the front and rear sides.

한편, 상기 벨트 고정판(35)이 표면이 미끄러운 타이밍벨트(30) 위로 미끄러져 분리되는 현상을 방지하기 위해, 벨트 고정판(35)에는 타이밍벨트(30)의 표면이 돌출될 수 있는 미끄럼방지 홈(36)이 형성된다. 즉, 벨트 고정판(35)을 타이밍벨트(30)의 표면에 대고 앞, 뒤면에서 벨트 고정판(35)의 나사를 조이면 타이밍벨트(30)의 표면이 미끄럼방지 홈(36)으로 돌출되며, 이 돌출된 타이밍벨트(30)의 표면에 의하여 진동이 발생하여도 벨트 고정판(35)과 타이밍벨트(30)가 분리되는 현상을 방지할 수 있게 된다. On the other hand, in order to prevent the belt fixing plate 35 from slipping off the slippery timing belt 30, the belt fixing plate 35 is provided with a slip prevention groove (not shown) in which the surface of the timing belt 30 can protrude 36 are formed. That is, when the screw of the belt fixing plate 35 is screwed on the front and rear surfaces of the timing belt 30 against the surface of the timing belt 30, the surface of the timing belt 30 protrudes into the slip prevention grooves 36, It is possible to prevent the belt fixing plate 35 and the timing belt 30 from being separated from each other even if vibration occurs due to the surface of the timing belt 30.

한편, 도 5에서와 같이, 상기 플로트(20)에는 동절기 수면이 결빙되는 현상을 방지하기 위한 히터가 내장되는데, 이 플로트(20)에 내장된 히터는 지상에 설치된 전원공급부(60)로부터 전원을 공급받아 구동된다. 또한, 상기 평형추(50)는 플로트(20) 무게의 평형을 맞추기 위해 수위변동에 따라 상하로 이동하면서 타이밍벨트(30)에 일정한 장력을 가하게 되는데, 이때 평형추(50)는 타이밍벨트(30)가 경유하는 로울러(55)에 결합되어 타이밍벨트(30)의 원활한 이동을 보장하게 된다. 상기 일단이 플로트(20)와 체결되어 타이밍 풀리(40) 및 로울러(55)를 경유하는 타이밍벨트(30)의 타단은 지상에 고정되는데, 본 발명의 실시예에서 상기 타이밍벨트(30)의 타단은 지상에 설치되어 플로트(20)의 히터에 전원을 공급하는 전원공급부(60)에 고정 설치된다. 5, the float 20 is provided with a heater for preventing the water surface of the winter season from freezing. The heater built in the float 20 is powered by a power supply unit 60 installed on the ground Is supplied and driven. In order to balance the weight of the float 20, the counterweight 50 applies a constant tension to the timing belt 30 while moving up and down according to the water level fluctuation. At this time, the counterweight 50 moves the timing belt 30 To ensure smooth movement of the timing belt 30. The timing belt 30 can be moved in the direction of the arrow A in FIG. The other end of the timing belt 30 which is coupled with the float 20 and passes through the timing pulley 40 and the roller 55 is fixed on the ground. In the embodiment of the present invention, Is fixed to a power supply unit (60) which is installed on the ground and supplies power to the heater of the float (20).

본 발명에서는 비교적 긴 거리에서 히터가 내장된 플로트(20)와 평형추(50)의 무게에 의한 타이밍벨트(30)의 신축을 방지하고, 장시간 사용에 따른 형상의 변화를 방지하기 위하여 내부에 강선 철심(31, 도 8에 도시)이 들어 있는 구조의 타이밍벨트(30)를 사용하게 된다. 또한, 이 타이밍벨트(30)의 내부에 구비된 강선 철심(31)의 일부에 전원공급부(60)의 (+) 전원선(32)을 연결하고, 다른 일부에는 (-) 전원선(33)을 연결하여 플로트(20)의 히터에 전원을 공급하게 되는데, 도 8은 이러한 본 발명에 적용된 타이밍벨트의 구조를 나타낸 것이다. In the present invention, in order to prevent the expansion and contraction of the timing belt 30 due to the weight of the float 20 and the counter weight 50 with a heater at a relatively long distance and to prevent the shape change due to long- A timing belt 30 having a structure including an iron core 31 (shown in Fig. 8) is used. The positive power supply line 32 of the power supply unit 60 is connected to a part of the steel wire core 31 provided inside the timing belt 30 and the negative power supply line 33 is connected to the other part. And power is supplied to the heater of the float 20. FIG. 8 shows the structure of the timing belt applied to the present invention.

본 발명의 실시예에서 상기 평형추(50)는 도 1에 도시된 종래 와이어로프에 연결된 추에 비해 무게가 2배 정도되는 무거운 추가 적용되었는데, 이는 평형추(50)를 중심으로 로울러(55)를 통하여 타이밍벨트(30)가 2가닥이 지지되는 것과 마찬가지기 때문에 각각의 타이밍벨트(30)에 도 1에서와 같은 장력을 제공하기 위해서는 평형추(50)의 무게가 2배가 되어야 하기 때문이다. In the embodiment of the present invention, the counterweight 50 is heavily weighted twice as much as the weight connected to the conventional wire rope shown in FIG. 1, which is applied to the rollers 55 around the counterweight 50, The weight of the counterweight 50 must be doubled in order to provide the tension to each timing belt 30 as shown in Fig.

한편, 상기 강선 철심(31)이 구비된 타이밍벨트(30)를 이용하지 않고, 별도의 히터 전원선을 이용하여 플로트(20)에 구비된 히터에 전원을 공급할 수도 있는데, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 플로트의 히터에 전원을 공급하는 계통도 일례를 나타낸 것이다. The power supply may be provided to the heater provided in the float 20 by using a separate heater power line without using the timing belt 30 provided with the steel wire core 31. FIG. And an example of a system for supplying power to a heater of a float according to another embodiment is shown.

도 9에 도시된 바와 같이, 계측 대상이 되는 수면 위에 부상하여 수위의 변화에 따라 상하로 이동하는 플로트(20)의 상하 이동량은 타이밍벨트(30)를 통하여 타이밍 풀리(40)에 전달되어 회전량으로 변환되는데, 여기에 추가로 플로트(20)의 상부에는 히터 전원선(75)이 연결되고, 이 히터 전원선(75)은 타이밍 풀리(40)의 측면에 동일 크기로 형성된 히터전원 풀리(70)에 감겨 플로트(20)의 히터에 전원을 공급하게 된다. 이때, 히터전원 풀리(70)의 중심 축에는 플로트(20)의 상하 운동에 따른 히터 전원선(75)의 상하 이동이 타이밍 풀리(40)의 회전에 미치는 영향을 방지하기 위하여 별도의 회전 베어링(71)을 결합되어 있다. 또한, 상기 히터전원 풀리(70)를 경유하는 히터 전원선(75)은 로울러(55)의 측면에 동일하게 형성되는 다른 로울러를 통하여 전원공급부(60)에 연결되어, 전원공급부(60)로부터 전원을 공급받아 플로트(20)의 히터에 전달하게 된다. 9, the up / down movement amount of the float 20 which floats on the water surface to be measured and moves up and down in accordance with the change of the water level is transmitted to the timing pulley 40 through the timing belt 30, A heater power line 75 is connected to an upper portion of the float 20 and the heater power line 75 is connected to a heater power pulley 70 So that the heater of the float 20 is supplied with electric power. At this time, in order to prevent the vertical movement of the heater power supply line 75 due to the up-and-down movement of the float 20 from affecting the rotation of the timing pulley 40, 71). The heater power supply line 75 passing through the heater power pulley 70 is connected to the power supply unit 60 through another roller formed on the side surface of the roller 55, To the heater of the float (20).

이에 따라 히터전원 풀리(70)에 감긴 히터 전원선(75)은 타이밍벨트(30)의 상하 이동에 제약을 주지 않으면서 플로트(20)의 상부에서 플로트(20)의 내부에 구비된 히터에 전원을 안정적으로 공급할 수 있게 된다. The heater power supply line 75 wound around the heater power pulley 70 can supply power to the heater provided inside the float 20 at the upper portion of the float 20 without restricting the up and down movement of the timing belt 30. [ Can be supplied stably.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플로트의 평단면도를 나타낸 것이다. 10 is a plan sectional view of a float according to an embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 플로트(20)의 내측에는 히터(21)와, 설정된 온도로 히터(21) 온도를 조절하는 온도조절기(22)와, 히터 전원선이 연결되어 히터(21)에 전원을 공급하기 위한 터미널블록(25)이 구비된다. 또한, 플로트(20)의 상부는 덮개(23)로 덮혀 있는데, 플로트 상부와 덮개(23)가 만나는 테두리에는 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 우레탄 패킹인 오일링(24)이 구비된다. 10, a heater 21, a temperature regulator 22 for regulating the temperature of the heater 21 at a predetermined temperature, and a heater power line are connected to the inside of the float 20 and connected to the heater 21 A terminal block 25 for supplying power is provided. An upper portion of the float 20 is covered with a lid 23. An edge of the float where the lid 23 and the float meet is provided with an oil ring 24 which is a urethane packing for preventing water from permeating.

한편, 플로트(20)의 히터(21)에 전원을 공급하는 방식은 다양하게 변경될 수 있는데, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 히터에 전원을 공급하는 계통을 나타낸 개념도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 플로트(20)에 내장된 히터(21)는 강선 철심(31)을 통하여 전원이 전달되는 타이밍벨트(30)를 통하여 전원을 공급받게 되는데, 타이밍벨트(30)의 강선 철심(31)으로 전원을 공급하는 방법으로 타이밍벨트(30)의 한 측에 전원공급 로울러(80)를 설치하여 강선 철심(31)에 접촉하도록 하여 전원을 공급할 수 있다. Meanwhile, a method of supplying power to the heater 21 of the float 20 can be variously modified. FIG. 11 is a conceptual diagram showing a system for supplying power to the heater according to another embodiment of the present invention. 11, the heater 21 built in the float 20 receives power from the timing belt 30 through which the power is supplied through the steel wire core 31. The timing belt 30 A power supply roller 80 may be provided on one side of the timing belt 30 to supply power to the steel wire core 31 so as to contact the steel wire core 31. [

이하에서는 상기의 구성으로 이루어진 수위 계측장치를 통하여 수위가 계측되는 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of measuring the water level through the water level measuring apparatus having the above configuration will be described in detail.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 수위 계측장치의 수위계 평면도를 나타낸 것이다. 12 is a plan view of the water level meter of the water level measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 12에 도시된 바와 같이, 수위 계측장치의 수위계(10)는 히터내장 플로트(20)의 상하 이동량을 타이밍벨트(30)를 통하여 전달받아 회전량으로 변환하는 타이밍 풀리(40)를 지지하기 위한 베어링 지지대(163)와, 상기 타이밍벨트 풀리(40)의 회전량을 절대변위계(100)에 전달하기 위한 커플링(162)과, 상기 커플링(162)을 통하여 전달되는 회전량을 측정하여 출력하는 절대변위계(100)와, 상기 절대변위계(100)의 출력값을 분석하여 히터내장 플로트(20)의 절대위치 값을 연산하여 수위 값을 계측하는 수위계측 컨트롤러(200)와, 상기 수위계측 컨트롤러(200)의 상태 값을 표시하고 수위 측정과 관련된 파라메터를 입력하기 위한 LCD & KEY보드(161)와, 수위계측 컨트롤러(200)의 상태 값을 외부에 무선방식으로 전송하기 위한 CDMA 모뎀 또는 LTE 모뎀 등의 무선통신부(165)를 포함하여 이루어진다. 12, the water level gauge 10 of the level gauge is provided for supporting a timing pulley 40 that receives the vertical movement amount of the heater built-in float 20 through the timing belt 30 and converts it into a rotation amount A coupling 162 for transmitting the amount of rotation of the timing belt pulley 40 to the absolute displacement gauge 100 and a control unit 160 for measuring and outputting the amount of rotation transmitted through the coupling 162, A water level measuring controller 200 for analyzing an output value of the absolute displacement meter 100 and calculating an absolute position value of the heater built float 20 to measure a water level value, A LCD & KEY board 161 for displaying status values of the level meter 200 and inputting parameters related to the water level measurement, a CDMA modem or an LTE modem for transmitting the status values of the water level measuring controller 200 to the outside in a wireless manner The wireless communication unit 165 .

상기 수위계(10)에 설치되는 절대변위계(100)는 커플링(162)을 통하여 전달되는 회전량을 측정하여 수위계측 컨트롤러(200)에 전송하게 되고, 수위계측 컨트롤러(200)는 절대변위계(100)를 통하여 측정된 회전량을 분석하여 히터내장 플로트(20)의 상하 이동에 따른 절대위치를 계산하고 이를 통하여 절대수위 값인 수위 값을 계산하게 된다. The absolute displacement meter 100 installed in the water level meter 10 measures the amount of rotation transmitted through the coupling 162 and transmits the measured amount of rotation to the water level measuring controller 200. The water level measuring controller 200 detects the absolute displacement meter 100 The absolute position of the heater built-in float 20 according to the up-and-down movement is calculated, and the absolute water level value is calculated through the calculation.

본 발명의 실시 예에서 상기 절대변위계(100)는 절대형 엔코더를 통하여 히터내장 플로트(20)의 상하 이동에 따른 타이밍 풀리(40)의 회전량을 측정하게 되는데, 이 절대형 엔코더는 전원공급이 차단된 후에도 이동량을 계측할 수 있어서 전원이 공급되는 즉시 타이밍 풀리(40)의 회전량을 계측하여 수위계측 컨트롤러(200)에 전송하게 된다. 한편, 절대형 엔코더는 1회전 이내의 거리에 대한 이동량만을 측정할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 감속 기어로 연결된 2개의 절대형 엔코더를 이용함으로써 1회전 이내의 측정 한계를 극복하고, 상대적으로 긴 거리에 대한 이동량을 정밀하게 측정할 수 있도록 구성된다. In the embodiment of the present invention, the absolute displacement gauge 100 measures the amount of rotation of the timing pulley 40 in accordance with the vertical movement of the heater built-in float 20 through the absolute encoder, It is possible to measure the amount of movement even after the power is cut off, so that the amount of rotation of the timing pulley 40 is measured and supplied to the water level measuring controller 200 as soon as power is supplied. On the other hand, since the absolute type encoder can measure only the movement amount with respect to the distance within one revolution, in the present invention, by using two absolute type encoders connected with the reduction gear, the measurement limit within one rotation can be overcome, So as to precisely measure the amount of movement with respect to the moving object.

이하에서는 타이밍벨트 풀리(40)의 회전량을 커플링(162)을 통하여 전달받아, 타이밍벨트 풀리(40)의 회전량을 측정하는 절대변위계(100)에 대하여 설명하기로 한다. An absolute displacement meter 100 that receives the amount of rotation of the timing belt pulley 40 through the coupling 162 and measures the amount of rotation of the timing belt pulley 40 will be described below.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 절대변위계의 평면 부분 단면도를 나타낸 것이다. 13 is a plan view and partial sectional view of an absolute displacement meter according to an embodiment of the present invention.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절대변위계(100)는 커플링(162)을 통하여 타이밍벨트 풀리(40)의 회전량을 전달받아 회전하는 회전축(104)과, 상기 회전축(104)에 결합되어 회전축(104)의 회전 각도에 따른 고유한 값을 출력하는 정밀 측정용 절대형 엔코더인 정밀엔코더(112)와, 상기 회전축(104)에 형성되는 기어(105)와 맞물려 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106)와, 상기 감속기어(106)에 의해 감속된 회전각에 따른 고유한 코드값을 출력하는 광역 측정용 절대형 엔코더인 광역엔코더(113)를 포함하여 이루어진다. 13, the absolute displacement meter 100 according to the present invention includes a rotation shaft 104 that receives a rotation amount of the timing belt pulley 40 via a coupling 162 and rotates, A precision encoder 112 which is an absolute encoder for precision measurement which is coupled to the rotary shaft 104 and outputs a unique value according to the rotation angle of the rotary shaft 104; And a wide-angle encoder 113, which is an absolute encoder for wide-area measurement, which outputs a unique code value according to the rotation angle reduced by the reduction gear 106 .

상기 회전축(104)은 커플링(162)을 통하여 타이밍벨트 풀리(40)의 회전량을 전달받아 회전하게 되는데, 이 회전축(104)에는 베어링(103)이 삽입되어 원활한 회전이 이루어질 수 있도록 구성된다. The rotation shaft 104 is rotated by receiving the amount of rotation of the timing belt pulley 40 through a coupling 162. The bearing 103 is inserted into the rotation shaft 104 so that the rotation can be smoothly performed .

상기 회전축(104)에 결합되는 정밀엔코더(112)는 회전축(104)의 1회전 내에서 이루어지는 임의의 회전 각도에 대한 고유한 코드값을 출력하는 절대형 방식의 엔코더로서, 이 정밀엔코더(112)는 분해능에 따라 회전축(104)의 회전에 따른 고유값을 출력함으로써 회전축(104)의 1회전 이내에서의 이동량을 정밀하게 측정하게 된다. The precision encoder 112 coupled to the rotation shaft 104 is an absolute type encoder that outputs a unique code value for an arbitrary rotation angle within one rotation of the rotation shaft 104. The precision encoder 112, And outputs an eigenvalue corresponding to the rotation of the rotary shaft 104 according to the resolution, thereby accurately measuring the amount of movement of the rotary shaft 104 within one rotation.

상기 회전축(104)에는 기어(105)가 형성되고, 이 기어(105)에는 회전축(104)의 회전 속도를 감속하는 감속기어(106)가 결합되는데, 본 발명의 실시 예에서 감속기어(106)는 회전축(104)에 순차적으로 결합되어 회전축(104)의 회전 속도를 순차적으로 감속시키는 복수의 기어로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시 예에서 상기 감속기어(106)는 적정한 감속 비율을 갖는 제 1 기어(107a), 제 2 기어(107b), 제 3 기어(107c)를 포함하여 이루어져, 회전축(104)의 회전을 순차적으로 감속시켜 회전하게 되는데, 이러한 감속기어(106)의 수 및 기어비는 검출 대상물의 이동 범위에 따라 적절하게 변경될 수 있으며, 다른 감속방법으로 단일 부품으로 구성된 감속기 혹은 하모닉 드라이버 등을 사용할 수도 있다. A gear 105 is formed on the rotary shaft 104 and a reduction gear 106 for reducing the rotation speed of the rotary shaft 104 is coupled to the gear 105. In the embodiment of the present invention, And a plurality of gears that are sequentially coupled to the rotary shaft 104 and sequentially decelerate the rotary speed of the rotary shaft 104. That is, in the embodiment of the present invention, the reduction gear 106 includes a first gear 107a, a second gear 107b, and a third gear 107c having appropriate deceleration ratios, The number of reduction gears 106 and the gear ratio can be appropriately changed according to the movement range of the detection subject and a speed reducer or a harmonic driver or the like constituted by a single component can be used by another deceleration method It is possible.

상기 회전축(104)의 회전 속도를 감속시키는 감속기어(106) 중 마지막 단에 위치하는 기어, 즉 제 3 기어(107c)의 축에는 광역엔코더(113)가 결합되는데, 이 광역엔코더(113)는 감속기어(106)에 의해 회전축(104)의 회전속도가 감속된 제 3 기어(170c)의 1회전 내에서 이루어지는 임의의 회전 각도에 대한 고유한 코드값을 출력하는 절대형 방식의 엔코더이다. 즉, 제 3 기어(107c)는 회전축(104)과의 감속 비율에 따라 회전축(104)이 여러 번 회전할 때 1회전을 하게 되는데, 상기 광역엔코더(113)는 분해능에 따라 제 3 기어(107c)의 1회전 이내에서의 회전 각도에 따른 고유값을 출력함으로써, 회전축(104)의 여러 회전에 해당하는 넓은 범위의 이동량을 측정할 수 있게 된다.A wide-angle encoder 113 is coupled to the shaft of the third gear 107c located at the last end of the reduction gear 106 that decelerates the rotation speed of the rotary shaft 104. The wide- Is an absolute type encoder that outputs a unique code value for an arbitrary rotation angle within one revolution of the third gear 170c whose rotation speed of the rotation shaft 104 is reduced by the reduction gear 106. [ That is, the third gear 107c makes one rotation when the rotation shaft 104 rotates several times according to the deceleration ratio with respect to the rotation shaft 104. The wide-angle encoder 113 rotates the third gear 107c , The eccentricity can be measured over a wide range corresponding to the number of rotations of the rotary shaft 104.

상기 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)를 통하여 출력되는 값은 수위계측 컨트롤러(200)로 전송되며, 수위계측 컨트롤러(200)는 정밀엔코더(112)가 설치된 회전축(104)과 광역엔코더(113)가 설치된 제 3 기어(107c)의 감속 비율 및 백러쉬 오차를 고려하여, 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)의 출력값을 분석함으로써 플로트(20)의 상하 이동에 따른 절대수위 값인 수위 값을 계산하게 된다. The values output through the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 are transmitted to the water level measuring controller 200. The water level measuring controller 200 is connected to the rotation axis 104 in which the precision encoder 112 is installed and the wide- The output value of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 is analyzed in consideration of the deceleration rate and the backlash error of the third gear 107c provided with the water level sensor 113, Value.

이하에서는 수위계측 컨트롤러(200)에 의해 정밀엔코더(112) 및 광역엔코더(113)의 측정값이 분석되어 수위 값이 계산되는 과정에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of calculating the water level value by analyzing the measured values of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 by the water level measuring controller 200 will be described.

수위를 의미하는 절대수위는 플로트(20)의 위치 변화에 따라 결정되므로, 기준 위치에서 수위 변화에 따라 이동하는 플로트(20)의 위치 변화를 계산함으로써 구해질 수 있다. 즉, 절대수위는 기준 바닥면을 기준으로 하여 플로트(20)의 이동한 거리를 계산하여 절대위치가 산출되는데, 이러한 플로트(20)의 절대위치는 광역엔코더(113) 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하고, 계산된 정밀엔코더(112)의 회전수에 정밀엔코더(112)의 분해능을 곱하고 여기에 정밀엔코더(112) 값을 더함으로써 구해질 수 있다. Since the absolute water level indicating the water level is determined according to the change in the position of the float 20, it can be obtained by calculating the change in the position of the float 20 moving in accordance with the water level change at the reference position. That is, the absolute position is calculated by calculating the distance traveled by the float 20 with reference to the reference floor, and the absolute position of the float 20 is calculated using the wide encoder 113, 112 and multiplying the calculated number of rotations of the precise encoder 112 by the resolution of the precise encoder 112 and adding the value of the precise encoder 112 thereto.

여기에서, 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 가장 쉬운 방법은 정밀엔코더(112)의 분해능이 1024 라고 할 때, 정밀엔코더(112)의 값이 1023에서 0으로 변경되는 순간에 정밀엔코더(112)의 회전수를 1 증가하고, 0에서 1023으로 변경되는 순간에 정밀엔코더(112)의 회전수를 1 감소시키는 방법이 있을 수 있다. 하지만, 이 방식은 전원을 켜는 순간에 광역엔코더(113)의 값을 읽어서 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산할 수가 없기 때문에 적용이 불가능하다. 또한, 이 방식은 전원이 차단되기 전의 회전수를 백업 메모리에 저장하고, 전원이 공급되면 이 값을 읽어서 이전까지의 회전수를 알 수는 있으나, 만약 전원이 차단된 후에 플로트(20)가 이동했다면 이때 이동한 양은 계산할 수가 없기 때문에 결과적으로 플로트(20)의 절대위치 측정에 적용이 불가능하게 된다.The easiest way to calculate the number of revolutions of the precision encoder 112 is to calculate the number of revolutions of the precision encoder 112 at a moment when the value of the precision encoder 112 is changed from 1023 to 0 The number of revolutions of the precision encoder 112 may be reduced by one at the instant when the number of revolutions of the precision encoder 112 is increased by 1 and the number of revolutions of the precision encoder 112 is changed from 0 to 1023. However, this method can not be applied because the number of rotations of the precision encoder 112 can not be calculated by reading the value of the wide-angle encoder 113 at the moment when the power is turned on. In this method, the number of revolutions before the power is turned off is stored in the backup memory. When the power is supplied, the value is read to know the number of revolutions until the power is supplied. However, if the float 20 moves The moving amount at this time can not be calculated, and as a result, it can not be applied to the absolute position measurement of the float 20.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 정밀엔코더와 광역엔코더의 출력값 관계를 도표로 나타낸 것이고, 도 15는 광역엔코더의 회전수를 검출하는 방법의 일례를 나타낸 것이다. FIG. 14 is a graph showing an output value relationship between a precision encoder and a wide-angle encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows an example of a method of detecting the number of rotations of a wide-angle encoder.

도 15에서, t 시점에서 광역엔코더 값이 1021이고, t+1 시점(P1)에서 1022, t+2 시점(P2)에서 1, t+3 시점에서 3으로 움직이는 장치가 있다고 가정할 때, 현재 측정값과 바로 전번 측정값의 차이가 설정한 값 범위(예를 들면 950)를 초과하고 차이 값이 음수인 경우 광역엔코더의 값을 1 증가하고, 차이 값이 양수인 경우 1 감소하여 연산한다. 이 값은 만일의 경우에 메모리에 써넣거나 읽어 들일 때 발생할 수 있는 오류를 보정하기 위하여 주기적으로 광역엔코더(113)의 위치저장용 연속된 3개의 메모리(Mn, Mn+1, Mn+2)에 저장한다. 또 전원이 ON 되는 시점에서 컨트롤러는 광역엔코더(113)의 위치저장용 3개의 메모리(Mn, Mn+1, Mn+2)에 기억된 값을 읽어서 2개가 동일한 값을 선택하여 광역엔코더(113)의 회전수로 간주하며, 만일 3개의 메모리(Mn, Mn+1, Mn+2)의 값이 모두 상이한 경우에는 위치검출오류를 발생하는 기능을 수행한다.15, assuming that a wide-area encoder value is 1021 at time t, 1022 at time t + 1, P1 at time t + 2, and 3 at time t + 3, If the difference between the measurement value and the previous measurement value exceeds the set value range (for example, 950) and the difference value is negative, the value of the wide-angle encoder is incremented by 1, and if the difference value is positive, This value is periodically stored in three consecutive memories (Mn, Mn + 1, Mn + 2) for storing the position of the wide-angle encoder 113 in order to compensate for errors that may occur when writing to or reading from memory . When the power is turned on, the controller reads the values stored in the three memories (Mn, Mn + 1, Mn + 2) for storing the position of the wide-angle encoder 113 and selects two identical values, And if the values of the three memories (Mn, Mn + 1, Mn + 2) are all different, a function of generating a position detection error is performed.

여기서, 정밀엔코더(112)의 값을 ENC1_OUT, 광역엔코더(113)의 값을 ENC2_OUT, 광역엔코더(113)의 위치저장용 메모리 값을 ENC2_MEM 이라고 하고, 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 분해능이 1024 라고 정의할 때, 플로트(20)의 이동에 따른 절대위치 값 (ENC_POS)은 다음의 수학식 1로 표현할 수 있다.The values of the precision encoder 112 and the wide encoder 113 are referred to as ENC1_OUT, ENC2_OUT and ENC2_MEM, respectively, When the resolution is defined as 1024, the absolute position value ENC_POS due to the movement of the float 20 can be expressed by the following equation (1).

여기서 f { }는 위치저장용 메모리 값 ENC2_MEM과 광역엔코더(113)의 값 ENC2_OUT을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 연산하는 방법을 표시한다.Here, f {} indicates a method of calculating the number of revolutions of the precision encoder 112 using the position storage memory value ENC2_MEM and the value ENC2_OUT of the wide-angle encoder 113. [

일반적으로 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 과정에 있어서, 이동블록의 전체 행정길이에 대하여 이때 정밀엔코더(112)의 회전수가 90회전 하는 경우를 가정하고, 광역엔코더(113)의 분해능이 1024 라고 가정하면, 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값(A1)은 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.In the process of calculating the number of revolutions of the precise encoder 112 using the value of the wide-angle encoder 113, it is assumed that the number of revolutions of the precise encoder 112 at this time is 90 revolutions with respect to the total stroke length of the moving block And the resolution of the wide-angle encoder 113 is 1024, the value A1 of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precision encoder 112 is calculated by the following equation (2).

상기 수학식 2에서와 같이 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값이 정수가 아니고, 또한 스크류와 너트 사이에 존재하는 백래쉬 때문에 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 데에는 복잡한 과정을 거치게 된다. The value of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precision encoder 112 is not an integer and as a result of the backlash existing between the screw and the nut, the value of the wide- The calculation of the number of rotations of the encoder 112 is complicated.

도 16은 기어 사이에 존재하는 백래쉬로 인하여 광역엔코더(113)의 값 변화에 대한 정밀엔코더(112)의 값 변화를 도식적으로 표현한 것으로, 아래 표 1과 같이 광역엔코더(113)의 값이 정수 형태로 출력되므로 인하여 광역엔코더(113)의 값을 수학식 2와 같이 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값(A1)으로 나눈 값을 정밀엔코더(112)의 회전수로 계산하는 경우에 큰 오차를 유발하는 과정을 표시하고 있다. 16 is a graphical representation of a change in the value of the precision encoder 112 with respect to a value change of the wide-angle encoder 113 due to backlash existing between the gears. As shown in Table 1, when the value of the wide- The value obtained by dividing the value of the wide-angle encoder 113 by the value A1 of the wide-angle encoder 113 for one revolution of the precision encoder 112 as shown in Equation 2 is used as the number of revolutions of the precision encoder 112 And a process of causing a large error in calculation.

표 1을 상세히 설명하면 정밀엔코더(112) 위치값[A]이 987 위치인 경우 이때 광역엔코더(113)의 이론적 위치[B]는 10.9667 인데, 실제 광역엔코더(113)의 출력은 정수값[C]으로 출력 되므로 10이 출력된다. 따라서 정밀엔코더 회전수 판정값[D]는 수학식 2에 근거하여 광역엔코더 값[C]를 11로 나눈 값이며, 수학식 1에 의하여 절대위치 계산값[E]는 정밀엔코더 회전수 판정값[D]에 광역엔코더의 분해능인 1024를 곱하고 여기에 정밀엔코더 위치값[A]를 더한 값(절대위치 계산값[E] = 정밀엔코더 회전수 판정값[D] * 1024 + 정밀엔코더 위치값[A])이며, 이때 정상적인 위치값[F]이 990인 때의 절대위치 계산값[E]의 예를 수학식 3과 같이 계산되며, 위치 오차값[G]는 절대위치 계산값[E]과 정상적인 위치값[F] 사이의 차이인 1024만큼 오차를 유발하게 된다.If the position value [A] of the precise encoder 112 is 987, the theoretical position [B] of the wide-angle encoder 113 is 10.9667, and the output of the actual wide- ], So 10 is output. Therefore, the precision encoder rotation speed determination value [D] is a value obtained by dividing the wide encoder value [C] by 11 based on the equation (2), and the absolute position calculation value [E] D] is multiplied by 1024, which is the resolution of the wide-angle encoder, and the value obtained by adding the precision encoder position value [A] to this value (absolute position calculation value [E] = precision encoder speed determination value [D] * 1024 + precision encoder position value ], Where the example of the absolute position calculation value [E] when the normal position value [F] is 990 is calculated as shown in Equation 3, and the position error value [G] And an error of 1024, which is the difference between the position value [F].

상기 표 2는 표 1과 동일한 조건에서 광역엔코더(113)의 이론적 위치[B]에 백래쉬가 정밀엔코더(112)의 1회전에 대한 광역엔코더(113)의 값(A1)에 대하여 0.03 만큼 발생한 경우를 가정한 광역엔코더 백래쉬 위치[B1]을 계산한 것으로, 이때 광역엔코더(113) 출력값[C]는 앞당겨 출력되므로, 절대위치 계산값[E]도 앞당겨 출력되며, 이때 위치 오차값[G]도 앞당겨 출력된다. Table 2 shows the case where backlash is generated by 0.03 with respect to the value A1 of the wide-angle encoder 113 for one rotation of the precise encoder 112 in the theoretical position [B] of the wide- The absolute value of the absolute value of position [E] is also output as soon as the output value [C] of the wide-angle encoder 113 is output at this time. It is outputted in advance.

상기와 같이 2개의 절대치 엔코더를 이용하여 확장된 절대위치를 연산하는 경우에 많은 문제점을 내포하게 되므로, 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 다음과 같은 과정을 거쳐 정확한 절대위치를 연산하는 과정을 제시한다. As described above, there are many problems when calculating the extended absolute position using two absolute value encoders. Accordingly, in order to solve the problem, a process of calculating the absolute absolute position through the following process is presented.

도 17은 본 발명의 실시예에 따라 광역엔코더 값을 이용하여 정밀엔코더의 회전수를 계측하는 개념도로서, 본 발명에서는 정밀엔코더(112)의 회전당 광역엔코더(113)의 값(A1)을 이용하여, 전체 행정에서 정밀엔코더(112)의 계산 회전수(J_num) N에 대한 스텝다운 하한값(306)과, 스텝다운 상한값(308) 및 다운스텝 밴드값(307)을 다음의 수학식 4 내지 8을 통하여 계산한다. FIG. 17 is a conceptual diagram for measuring the number of revolutions of a precision encoder using a wide-angle encoder value according to an embodiment of the present invention. In the present invention, the value A1 of the wide-angle encoder 113 per revolution of the precision encoder 112 is used The step down upper limit value 308 and the down step band value 307 for the calculated rotation speed J_num N of the precision encoder 112 in the entire stroke and the step down upper limit value 308 and the down step band value 307 are calculated by the following equations 4 to 8 Lt; / RTI >

여기에서, 수학식 4는 정밀엔코더(112)의 회전수를 연산하기 위하여 수학식 1에서 연산한 절대위치 값(ENC_POS)을 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 위치 값(A1)으로 나눈 정밀엔코더의 정수화된 가상의 정밀엔코더(112)의 계산 회전수(J_num)를 연산하며, 수학식 5는 절대위치 값(ENC_POS)에서 정밀엔코더(112)계산 회전수(J_num)에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 위치 값(A1)을 곱한 값을 뺀 나머지 값(J_remain)을 연산한다. In order to calculate the number of revolutions of the precision encoder 112, the absolute position value ENC_POS calculated in Equation (1) is multiplied by the position value of the wide-angle encoder 113 per rotation of the precision encoder 112 A1 calculates the calculated rotation speed J_num of the integerized virtual precision encoder 112 of the precision encoder divided by the absolute position value ENC_POS and the calculated rotation speed J_num of the precision encoder 112 (J_remain) obtained by subtracting the value obtained by multiplying the position value A1 of the wide-angle encoder 113 by one rotation of the precision encoder 112 is calculated.

또한, 수학식 6은 정밀엔코더(112) 계산 회전수(J_num)에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)을 곱하고, 여기에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)에 설정값(본 발명에서는 25%로 가정)을 곱한 값을 뺀 값인 스텝다운 하한값 (J_min)을 산출하고, 수학식 7은 정밀엔코더(112) 계산 회전수(J_num)에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)을 곱하고 여기에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)의 설정값(본 발명에서는 75%로 가정)을 곱한 값을 더한 값인 스텝다운 상한값 (J_max)을 산출하며, 수학식 8은 정밀엔코더(112) 계산 회전수(J_num)에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)을 곱하고 여기에 정밀엔코더(112)의 1회전 당 광역엔코더(113)의 값(A1)의 설정값(본 발명에서는 25%로 가정)을 곱한 값을 더한 값인 다운스텝 밴드값 (J_min)을 산출한다.Equation (6) multiplies the calculated rotation speed (J_num) of the precision encoder 112 by the value A1 of the wide-angle encoder 113 per one revolution of the precise encoder 112, (Lower limit value J_min), which is a value obtained by subtracting a value obtained by multiplying the value A1 of the wide-range encoder 113 by a set value (assumed to be 25% in the present invention), and equation (7) (J_num) is multiplied by the value A1 of the wide-angle encoder 113 per one rotation of the precise encoder 112, and the set value of the value A1 of the wide-angle encoder 113 per one revolution of the precision encoder 112 (J_max), which is a value obtained by multiplying the precision encoder 112 calculation time (J_num) by the precision encoder 112, Is multiplied by the value A1 of the wide-angle encoder 113 and multiplied by the set value of the value A1 of the wide-angle encoder 113 per one rotation of the precision encoder 112 (assumed to be 25% in the present invention)The down step calculates the band value (J_min).

이들 값을 근간으로 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산하는 방법은, 먼저 나머지 값(J_remain)이 설정 값(본 발명에서는 750으로 가정)보다 크면 정밀엔코더(112) 계산 회전수(J_num)를 1 증가한다. The method of calculating the number of revolutions of the precision encoder 112 using the value of the wide-angle encoder 113 based on these values is as follows. If the remaining value J_remain is larger than the set value (assuming 750 in the present invention) (112) Increase the calculated rotation speed (J_num) by one.

또한 광역엔코더(113)의 값이 스텝다운 하한값 (J_min) 보다 크거나 같고 다운스텝 밴드값 (J_down)보다 적으며, 정밀엔코더(112)의 값이 설정값보다 크면 정밀엔코더(112)의 회전수를 1 감소한다.If the value of the wide encoder 113 is greater than or equal to the step down lower limit J_min and less than the down step band value J_down and the value of the precision encoder 112 is larger than the set value, .

도 18은 본 발명에 따른 정밀엔코더 회전수 판정 테이블로서, 도 17에서 계산한 스텝다운 하한값 (J_min)과 스텝다운 상한값 (J_max), 다운스텝 밴드값 (J_down)을 미리 계산하여 정밀엔코더(112)의 회전수 판정 테이블을 작성하고, 이를 근간으로 광역엔코더(113)의 값을 이용하여 정밀엔코더(112)의 회전수를 계산할 수도록 한 것이다.18 is a precision encoder rotation speed determination table according to the present invention. The precision encoder 112 calculates a step-down lower limit value J_min, a step-down upper limit value J_max and a down step band value J_down calculated in FIG. The number of revolutions of the precision encoder 112 can be calculated based on the value of the wide-angle encoder 113 based on this value.

여기서, A1은 수학식 2의 정밀엔코더 1회전당 광역엔코더의 값, N은 정밀엔코더의 회전수, int()는 실수를 정수로 변환하는 함수를 나타낸다. 또한, a는 0~0.499 범위의 상수이고, β는 0.5~0.999 범위의 상수이며, γ는 0~0.499 범위의 상수이다. Here, A1 represents a value of the wide-angle encoder per one rotation of the precision encoder of Equation (2), N represents the number of rotations of the precision encoder, and int () represents a function of converting a real number to an integer. A is a constant in the range of 0 to 0.499,? Is a constant in the range of 0.5 to 0.999, and? Is a constant in the range of 0 to 0.499.

상기 수학식 6 내지 8을 통하여 계산된 스텝다운 하한값(306)과 스텝다운 상한값(308) 및 다운스텝 밴드값(307)을 토대로 도 18의 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)을 작성하게 되는데, 도 18의 정밀엔코더 회전수 계산 테이블(420)은 a가 0.25로, β가 0.75로, γ가 0.25로 설정된 예를 나타낸 것이다. The precision encoder rotation number calculation table 420 shown in FIG. 18 is created based on the step-down lower limit value 306, the step-down upper limit value 308, and the down step band value 307 calculated through the above- The precision encoder rotation number calculation table 420 in Fig. 18 shows an example where a is set to 0.25, beta is set to 0.75, and gamma is set to 0.25.

도 19는 상기 수학식 4 내지 8을 엑셀 식에 입력하여 연속적인 연산을 한 예를 표시한 일례로서, 라인번호 993번째 행을 보면 공통항목의 REAL_POS 가 990 일때 ENC1_OUT은 990이며, 이때 ENC2_POS는 11.000이 되고, 일반계산의 POS_val 은 2014이며, 이때 오차 Diff_norm 은 1024 가 발생한다.FIG. 19 shows an example in which the above equations (4) to (8) are input to the Excel formula to perform consecutive calculations. When the common item REAL_POS is 990, the ENC1_OUT is 990 and the ENC2_POS is 11.000 And the POS_val of the general calculation is 2014, and the error Diff_norm is 1024.

이때 본 발명계산은 수학식 4 내지 8을 엑셀 식에 의하여 계산하면 결과적으로 PAT_POS 는 990으로 이때 오차 Diff_PAT는 0 이 되어 오차가 없음을 확인할 수 있다. At this time, the calculation of the present invention can be confirmed by calculating the equations (4) to (8) by using the Excel formula, and as a result, the PAT_POS is 990, and the error Diff_PAT is 0,

도 20는 본 발명의 실시 예에 따른 수위계측 컨트롤러의 블럭 구성도를 나타낸 것이다. 20 is a block diagram of a water level measuring controller according to an embodiment of the present invention.

도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수위계측 컨트롤러(200)에는 정밀엔코더(112)로부터 측정 신호가 입력되는 정밀엔코더 인터페이스부(204)와, 광역엔코더(113)로부터 측정 신호가 입력되는 광역엔코더 인터페이스부(205)와, 상기 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 측정 신호를 분석하여 절대수위 값을 계산하는 마이크로 프로세서(201)가 구비되어 있다. 또한, 상기 수위계측 컨트롤러(200)에는 전원 공급을 위한 DC/DC 컨버터(206)와, 각종 파라메타 및 변수가 저장되는 FRAM 메모리(203)와, 로그 데이터가 저장되는 로그데이터 메모리(213)와, 외부 장치와의 통신을 위한 RS-232C 통신부(207) 및 RS-485 통신부(208)와, 수위 레벨 값을 외부로 출력하는 액면레벨값 출력부(209)와, 장치의 동작 범위를 제한하기 위한 리미트 신호를 외부 제어장치로 전송하는 리미트 신호 출력부(210)와, 광신호를 송수신하는 광신호 송수신부(211)와, 무선방식으로 데이터를 송수신하는 RF 무선 송수신부(212)가 구비된다. 20, the water level measuring controller 200 according to the present invention includes a precision encoder interface unit 204 to which a measurement signal is input from a precision encoder 112, And a microprocessor 201 for analyzing measurement signals of the precision encoder 112 and the wide-angle encoder 113 and calculating an absolute water level value. The level meter controller 200 includes a DC / DC converter 206 for supplying power, a FRAM memory 203 for storing various parameters and variables, a log data memory 213 for storing log data, An RS-232C communication unit 207 and an RS-485 communication unit 208 for communication with an external device, a liquid level level value output unit 209 for outputting a liquid level value to the outside, A limit signal output unit 210 for transmitting a limit signal to an external control device, an optical signal transmitting and receiving unit 211 for transmitting and receiving an optical signal, and an RF wireless transmitting and receiving unit 212 for transmitting and receiving data in a wireless manner.

상기 정밀엔코더 인터페이스부(204)에는 정밀엔코더(112)가 연결되는데, 이 정밀엔코더 인터페이스부(204)는 정밀엔코더(112)로부터 입력되는 신호의 레벨을 조절하고, 이 신호를 2진수로 변환하여 마이크로 프로세서(201)에 입력하는 역할을 하게 된다. A precision encoder 112 is connected to the precision encoder interface unit 204. The precision encoder interface unit 204 adjusts the level of a signal input from the precision encoder 112 and converts the signal into a binary number And inputs it to the microprocessor 201.

상기 광역엔코더 인터페이스부(205))에는 광역엔코더(113)가 연결되는데, 이 광역엔코더 인터페이스부(205)는 광역엔코더(113)로부터 입력되는 신호의 레벨을 조절하고, 이 신호를 2진수로 변환하여 마이크로 프로세서(201)에 입력하는 역할을 하게 된다. The wide-angle encoder interface unit 205 adjusts the level of a signal input from the wide-angle encoder 113 and converts the signal into a binary number And inputs it to the microprocessor 201.

상기 DC/DC 컨버터(206)는 외부 DC 24V 전원(150)을 DC 5V로 변환하여 수위계측 컨트롤러(200)의 동작 전원으로 공급하는 기능을 수행하게 된다. The DC / DC converter 206 converts the external DC 24V power supply 150 to DC 5V and supplies the converted DC 5V power to the level measuring controller 200.

상기 마이크로 프로세서(201)는 정밀엔코더 인터페이스부(204) 및 광역엔코더 인터페이스부(205)를 통하여 입력되는 신호를 분석하여 히터내장 플로트(20)의 절대위치 및 수위 값을 계산하게 되는데, 이 마이크로 프로세서(201)의 내부에는 정밀엔코더(112)와 광역엔코더(113)의 측정 신호를 분석하여 절대수위 값을 계산하는 프로그램이 내장되는 Flash 메모리와, 각종 변수가 저장되는 SRAM이 구비되어 있다. 상기 마이크로 프로세서(201)에는 USB 포트(202)가 연결되는데, 이 USB 포트(202)에는 노트북 컴퓨터(160)가 연결되어, 노트북 컴퓨터(160)와 마이크로 프로세서(201)가 USB 통신방식으로 통신을 수행함으로써, 노트북 컴퓨터(160)에서 마이크로 프로세서(201)에 동작 프로그램을 전송하거나 파라메터 값을 전송하여 설정할 수 있도록 한다. The microprocessor 201 analyzes the signals input through the precision encoder interface unit 204 and the wide-area encoder interface unit 205 to calculate the absolute position and the water level of the float 20 with the heater. A flash memory in which a program for analyzing measured signals from the precise encoder 112 and the wide-angle encoder 113 and calculating an absolute water level value is incorporated in the inside of the memory 201, and an SRAM in which various variables are stored. A USB port 202 is connected to the microprocessor 201. A notebook computer 160 is connected to the USB port 202 so that the notebook computer 160 and the microprocessor 201 can communicate with each other via a USB communication method. So that the notebook computer 160 can transmit an operation program to the microprocessor 201 or transfer parameter values to be set.

상기 FRAM 메모리(203)는 전원이 차단되어도 내용이 지워지지 않는 불휘발성 메모리로서, 이 FRAM 메모리(203)에는 노트북 컴퓨터(160)나 외부 장치에서 전송하는 파라메터 값를 저장하거나 중요한 변수값을 저장하는 기능을 수행하게 된다. The FRAM memory 203 is a nonvolatile memory whose contents are not erased even when the power is turned off. The FRAM memory 203 stores a parameter value transmitted from the notebook computer 160 or an external device, or stores important parameter values. .

상기 RS-232C 통신부(207)는 외부 키보드 또는 LCD & Key 보드(161) 등과 같은 외부 장치와 통신을 하는 회로로서, 이 RS-232C 통신부(207)와 연결된 키보드를 통하여 파라메터의 입력 또는 수정이 이루어질 수 있으며, 동작상태가 LCD & Key 보드(161)에 표시되게 되는데, 키보드가 눌린 상태 또는 장치의 상태 및 경보 상태가 부져를 통하여 표시될 수 있도록 하는 기능도 수행하게 된다. The RS-232C communication unit 207 is a circuit for communicating with an external device such as an external keyboard or an LCD & Key board 161, and inputs or modifies parameters through a keyboard connected to the RS-232C communication unit 207 And an operation state is displayed on the LCD & Key board 161. The keyboard and the keyboard also function to display a pressed state of the keyboard or a state of the apparatus and an alarm state through buzzer.

상기 RS-485 통신부(208)는 반이중 통신 방식에 의하여 CDMA 모뎀 또는 LTE 모뎀 등의 무선통신부(165)에 절대수위 값이나 동작상태 값을 전송하는 기능을 수행하는 통신회로로서, 이 RS-485 통신부(208)는 MODBUS-RTU 또는 MODBUS-ASCII 또는 CAN 통신 또는 CC-Link 방식으로 해당 파라메터에 지정된 특정한 PLC 프로토콜 등의 프로토콜을 통하여 신호를 전송하게 된다. 또한, 이 RS-485 통신부(208)는 외부에 메디아 변환기를 설치하여, CDMA 모뎀, LTE 모뎀, WIFI, ZIGBEE 등 무선으로 신호를 변환하여 데이터를 송수신하는 기능도 수행하게 된다.The RS-485 communication unit 208 is a communication circuit that performs a function of transmitting an absolute value or an operation state value to a wireless communication unit 165 such as a CDMA modem or an LTE modem according to a half-duplex communication method. (208) transmits the signal through a protocol such as MODBUS-RTU or MODBUS-ASCII or a specific PLC protocol specified in the corresponding parameter by CAN communication or CC-Link method. The RS-485 communication unit 208 also performs a function of exchanging signals by radio such as a CDMA modem, an LTE modem, WIFI, ZIGBEE, and transmitting / receiving data by installing a media converter on the outside.

상기 액면레벨값 출력부(209)는 마이크로 프로세서(201)에 의해 계산된 절대수위 값을 상위 감시장치A(169)로 출력하는 회로로서, 이 액면레벨값 출력부(209)는 광절연소자를 이용하여 릴레이 또는 오픈 콜렉터 소자를 구동하기 위한 전압으로 변환하여 릴레이 접점신호 또는 오픈 콜렉터 출력신호로 출력하는 기능을 수행하게 된다. 상기 액면레벨값 출력부(209)를 통하여 출력되는 신호의 형태는, Para_Output 파라메터에 설정된 값에 따라 값이 1이면 BCD 신호, 값이 2이면 바이너리 신호, 값이 3이면 그레이코드 형태로 출력된다. The liquid level level value output unit 209 is a circuit for outputting the absolute level value calculated by the microprocessor 201 to the upper monitoring apparatus A 169. The liquid level level value output unit 209 outputs the liquid level value And converts the voltage into a voltage for driving a relay or an open collector element and outputs the voltage as a relay contact signal or an open collector output signal. The signal output through the liquid level value output unit 209 is a BCD signal when the value is 1, a binary signal when the value is 2, and a gray code when the value is 3 according to the value set in the Para_Output parameter.

상기 리미트신호 출력부(210)는 절대 위치값이 설정된 위치값_1에 도달하거나 초과하면 신호를 상위 제어장치B(170)에 출력하는 Para_Pos1 과, 절대 위치값이 설정된 위치값_2에 도달하거나 초과하면 신호를 출력하는 Para_Pos2 가 있다. The limit signal output unit 210 outputs Para_Pos1, which outputs a signal to the upper control device B 170 when the absolute position value reaches or exceeds the set position value 1, If it exceeds, there is Para_Pos2 which outputs a signal.

상기 광신호 송수신부(211)는 글래스 옵틱 파이버 또는 플라스틱 옵틱 파이버의 신호를 입력받거나 출력하는 회로로서, 외부의 광신호 변환장치(171)와 광섬유를 통하여 외부와 데이터를 송수신함으로써 신호선을 통하여 외부로부터 유입되는 써지신호를 차단하여 장치를 보호하는 기능을 수행하게 된다. The optical signal transmitting and receiving unit 211 is a circuit for receiving or outputting signals of a glass optic fiber or a plastic optic fiber. The optical signal transmitting and receiving unit 211 transmits and receives data to and from the outside through an external optical signal converter 171 and an optical fiber, And functions to protect the device by blocking the incoming surge signal.

상기 RF 무선 송수신부(212)는 수위 계측장치가 외부 별도 위치에 설치되는 경우가 많으므로 계측된 수위값을 메인 감시장치로 무선으로 전송하기 위한 장치로서, 이 RF 무선 송수신부(212)는 ZIGBEE, WIFI 또는 데이터전송용 주파수인 424MHz 무선방식으로 데이터를 변조하여 외부에 설치되는 안테나(172)를 통하여 외부장치에 데이터를 송신하고 수신하는 역할을 수행한다.The RF wireless transmitting / receiving unit 212 wirelessly transmits the measured water level value to the main monitoring device because the water level measuring device is installed at a separate external location. The RF wireless transmitting and receiving unit 212 includes ZIGBEE , A WIFI or a 424 MHz wireless transmission method for data transmission, and transmits and receives data to and from an external device through an antenna 172 provided outside.

상기 로그데이터 메모리(213)는 정해진 시간마다 시간을 나타내는 타임스탬프 기능과 그 순간의 수위 데이터, 태양광을 통해 전원을 충전하는 태양광 충전장치의 전압, 도어 열림상태 등을 순차적으로 메모리에 기록하는 기능을 담당하는 메모리로서, 로그데이터 메모리(213)는 메모리를 끝까지 기록하면 다시 처음부터 기록하는 다회전 기록기능을 수행한다. The log data memory 213 sequentially records the time stamp function indicating the time at each predetermined time and the water level data at that moment, the voltage of the solar light charging device for charging the power source through the sunlight, the door open state, The log data memory 213 carries out a multi-rotation recording function of recording from the beginning when the memory is fully written.

한편, 종래에는 수위 데이터를 종이 기록계에 기록하고, 관리자가 직접 방문하여 해당 종이 기록계를 점검하여 수위 데이터를 확인하는 방법을 이용하였는데, 도 21은 이러한 종래의 댐 수위나 하천수위를 계측하고 수집하는 단국장치의 계통도의 일례를 나타낸 것이다. 우선 메인 단국장치(220)는 각 지역에 설치되어 있는 로컬 단국장치(221)에서 측정된 데이터를 수집하고 관리하는 장치이며, 로컬 단국장치(221)는 수위계로부터 BCD 방식 등으로 데이터를 입력받아 연산하는 BCD 입력연산부(224)와, 수집된 수위데이터를 CDMA 모뎀이나 LED 모뎀 등을 통하여 메인 단국장치(220)에 전송하는 CDMA 전송장치(222) 및 LTE 전송장치(222)와, 설정된 시간마다 종이 기록지에 수위값을 기록하는 종이 기록계(225)로 구성된다. 이러한 로컬 단국장치(221)는 태양광 충전장치(226)로부터 전원을 공급받아 구동된다. 이러한 종이 기록계를 이용하는 종래 방법은 종이 기록지의 교체 및 잉크의 충전의 번거로운 과정과 관리자의 직접 방문 점검에 따른 번거로움이 동반하게 된다. 이에 반해 본 발명에서는 종이 기록계(225)를 이용하지 않고 로그데이터 메모리(213)에 수위 데이터 및 로컬 단국장치(221)의 상태 정보를 기록하여 메인 단국장치(220)에 전송하게 된다. 즉, 본 발명의 수위계측 컨트롤러(200)는 원격에 위치한 메인 단국장치(220)로부터 데이터 전송명령을 수신하면, 로그데이터 메모리(213)에 저장되어 있는 데이터에서 해당 데이터를 발췌하여 CDMA 모뎀이나 LTE 모뎀 등의 무선통신부(165) 또는 무선신호 송수신부(212)를 통하여 해당 데이터를 메인 단국장치(220)에 전송함으로써, 관리자가 방문하지 않고도 원격에서 수위 데이터 및 로컬 단국장치의 상태를 확인할 수 있게 된다.On the other hand, conventionally, the water level data is recorded in a paper recorder, and the manager visits the paper recorder to inspect the water level data to check the water level data. FIG. 21 is a flowchart showing the conventional method of measuring and collecting the dam level and the river level 1 shows an example of a system diagram of a single-station apparatus. First, the main terminal device 220 is a device that collects and manages data measured by the local terminal device 221 installed in each area. The local terminal device 221 receives data from a water level meter by a BCD method, A CDMA transmission device 222 and an LTE transmission device 222 that transmit the collected level data to the main terminal device 220 through a CDMA modem or an LED modem, And a paper recorder 225 for recording the water level value on the recording paper. The local terminal device 221 is driven by receiving power from the solar light charging device 226. The conventional method using such a paper recorder is accompanied by troublesome procedures for replacement of paper recording paper and cumbersome charging of ink and inspection of the manager's direct visit. On the other hand, in the present invention, the water level data and the status information of the local terminal device 221 are recorded in the log data memory 213 without using the paper recorder 225 and transmitted to the main terminal device 220. That is, when the level measuring controller 200 of the present invention receives the data transfer command from the remote main terminal 220, it extracts the data from the data stored in the log data memory 213 and transmits the data to the CDMA modem or the LTE It is possible to remotely check the status of the level data and the local terminal device without visiting the manager by transmitting the data to the main terminal device 220 through the wireless communication section 165 or the wireless signal transmission / do.

한편, 댐 수위를 계측함에 있어 바람이나 너울에 의해 수위가 변동하거나 발전기의 기동과 정지에 의해 일시적으로 큰 수위변동이 발생하여 방류량 계산에 음수값이 산출되는 현상 등이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 현상을 배제하고 정확한 수위를 계측하기 위하여 측정된 값을 디지털 필터에 적용하여 수위 값을 산출하는 방법을 이용하게 되는데, 이하에서는 이러한 디지털 필터의 한 예로서 이상적인 로우패스 필터의 주파수 특성을 갖는 디지털 필터인 윈도우드 싱크필터(windowed-sinc filter)를 적용한 예를 설명한다.On the other hand, in the measurement of the dam level, a phenomenon may occur in which the water level fluctuates due to wind or waviness, or a large water level fluctuation occurs temporarily due to the start and stop of the generator, and a negative value is calculated in the discharge amount calculation. In the present invention, a method of calculating a water level value by applying a measured value to a digital filter in order to precisely measure the water level is used. Hereinafter, as an example of such a digital filter, An example in which a windowed-sinc filter, which is a digital filter having a plurality of filters, is applied will be described.

신호처리 방법에는 저항, 콘덴서, 코일을 이용한 아날로그 필터방식과 프로세서의 프로그램에 의하여 필터 기능을 구현하는 디지털 필터방식으로 구분되며, 디지털 필터방식에는 시간영역(Time domain)에서 계산하는 방식과 주파수 영역(Frequency domain)에서 계산하는 방식으로 나누어진다. 상기 디지털 필터방식의 시간영역에서 계산하는 방식은 IIR 방식(Infinite Impulse Response Methode), FIR 방식(Finite Impulse Response Methode)이 있으며, 주파수 영역 방식은 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier transform)을 이용하여 신호 중에서 특정한 영역의 주파수 성분만 발췌하여 사용하는 방식으로 계산량이 비교적 적으면서도 용이하고 필터성능이 우수한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter) 계산 방식이 많이 적용되고 있다.The signal processing method is divided into an analog filter method using a resistor, a capacitor, a coil, and a digital filter method implementing a filter function by a program of a processor. The digital filter method includes a method of calculating in a time domain and a method of calculating a frequency domain Frequency domain). The method of calculating the digital filter method in the time domain includes an IIR method (Infinite Impulse Response Methode) and an FIR method (Finite Impulse Response Methode). The frequency domain method uses a fast Fourier transform (FFT) A windowed-sinc filter calculation method which has a relatively small amount of calculation but is easy and has excellent filter performance has been applied in a method of extracting only a frequency component of a specific region from among a plurality of frequency domain components.

도 21과 도 22 및 도 23은 이러한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 특성을 나타낸 것으로, 상기 윈도우드 싱크 필터는 통과 대역 내에서는 완벽하게 평탄한 특성을 가지고 있어 모든 진폭을 그대로 통과하는 특성을 가지나, 차단 주파수(cut-off frequency) 보다 높은 주파수는 모두 차단하는 특성을 갖고 있다.FIGS. 21, 22, and 23 show the characteristics of the windowed-sinc filter. The windowed sink filter has perfectly flat characteristics in the pass band, But cuts off all frequencies higher than the cut-off frequency.

결과적으로 이 윈도우드 싱크 필터 (windowed-sinc filter)의 차단주파수를 적절히 설정하면 바람이나 너울에 의한 수면의 파고 또는 일시적인 큰 수위변동을 제거한 정확한 수위 연산값 측정이 가능해진다. 이 필터의 전달함수(h[i])는 다음의 수학식으로 표시되는데, 여기에서 fc는 차단 주파수를 나타낸다. As a result, if the cut-off frequency of the windowed-sinc filter is appropriately set, it becomes possible to measure an accurate water level calculation value by eliminating the water surface wave caused by the wind or the swell or the temporary large water level fluctuation. The transfer function (h [i]) of this filter is expressed by the following equation, where fc represents the cut-off frequency.

상기 수학식에 차단주파수에 대하여 좀 더 효율적인 필터기능을 구현하기 위한 윈도우 필터를 적용한 수식은 다음의 수학식과 같이 표시된다. The equation using the window filter for implementing a more efficient filter function with respect to the cutoff frequency is expressed by the following equation.

여기에서, fc는 차단주파수, M은 필터커널 길이, i는 샘플링 변수로서 0≤i≤M, K는 유니티게인 상수를 나타낸다. 상기 차단 주파수(f_C) 대한 밴드폭 BW와 필터 샘플링 수(M)의 관계는 다음의 수학식과 같이 표현된다.Here, fc is the cut-off frequency, M is the filter kernel length, i is the sampling variable, 0? I? M, and K is the unity gain constant. The relationship between the band width BW for the cutoff frequency f _C and the number of filter samples M is expressed by the following equation.

도 21은 이러한 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 차단 주파수(F_C)가 0.0015 Hz 이고, 샘플링 수(M)가 600개인 필터의 특성을 나타낸 것이다.FIG. 21 shows the characteristics of a filter having a windowed-sinc filter cut-off frequency F _C of 0.0015 Hz and a sampling number M of 600.

먼저, 상기 수학식 35에 i값을 -300에서 300을 대입하여 일련의 연산을 거쳐 H[i]의 값을 연산한 후, 이 값을 모두 더한 값으로 나눈 H[i]/SUM의 값을 계산한다. First, the value of H [i] / SUM obtained by dividing the value of H [i] by the sum of the values of H [i] / SUM is calculated by substituting the value of i from -300 to 300 in the above equation .

여기서 유니티게인 상수(K)는 주파수가 0인 상태 즉 DC 입력신호가 일정한 상태에서 무한시간이 경과하여도 출력신호가 변동 없이 그대로 출력되도록 설계되어야 하므로, 모든 필터상수의 합이 1.0이 되도록 하기 위하여 H[i]의 값을 모두 더한 값(SUM)으로 나누는 즉 H[i]/SUM 으로 균일화(노오말라이즈)하는 상수이다.Since the unity gain constant (K) should be designed so that the output signal remains unchanged even when the frequency is zero, that is, even when the DC input signal is constant and the infinite time elapses, the sum of all the filter constants should be 1.0 Is a constant that divides the values of H [i] by a sum SUM (i.e., H [i] / SUM).

측정된 수위값에 순차적으로 H[i]/SUM의 계수를 곱한 후, 이 값들을 모두 적산하면 필터가 적용된 수위값을 얻을 수 있게 된다. By multiplying the measured water level value by the coefficient of H [i] / SUM sequentially, and then integrating all of these values, the water level value at which the filter is applied can be obtained.

도 22의 (a)는 sin(2π·f_c·i) 에 i값을 -300에서 300으로 대입하여 계산한 값을 그래프로 표시한 것이며, (b)는 일련의 계산을 거친 최종적인 H[i]/SUM의 값을 그래프로 표시한 것이다.(A) of Figure 22 are simplified to show the value calculated by substituting the value of i to _{sin (2π · f c · i} ) from -300 to 300 in the graph, (b) is a final H rough a set of calculated [ i] / SUM is displayed in a graph.

도 23은 적용하는 윈도우드 싱크 필터의 특성을 시험하기 위하여 가상으로 수면의 흔들리는 경우를 시뮬레이션 한 일례로서, 수면이 바람으로 인하여 작은 파동이 발생하는 것을 가정하여 주기와 진폭이 각기 다른 3개의 신호를 합성하였고, 여기에 발전기가 기동하여 수면이 갑자기 요동치거나 배가 지나가는 경우를 가정하여 2개의 양수(+) 방향의 큰 외란과 2개의 음수(-) 방향의 큰 외란(Pd)을 가정하여 시험하였으며, 이때 시험하는 수위값(input_val)은 다음의 수학식과 같이 표현된다.FIG. 23 is an example of simulating a case where the water surface shakes virtually in order to test a characteristic of a window deck filter to be applied. In this case, assuming that the water surface is a small wave due to wind, three signals having different periods and amplitudes (Pd) of two positive (+) direction and two (Pd) negative (-) directions were assumed assuming that the generator started and suddenly fluctuates suddenly or doubled. , The water level value to be tested (input_val) is expressed by the following equation.

도 22에서 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)의 연산 결과를 'SINC 필터출력'으로 표시하였고, 다른 연산 예로서 IIR 필터의 연산 결과를 'IIR 평균값'으로 표시하였다. In FIG. 22, the operation result of the windowed-sinc filter is denoted by 'SINC filter output' and the operation result of the IIR filter is denoted by 'IIR average value' as another operation example.

이를 더 상세히 설명하면, 바람과 너울에 의하여 수시로 변하는 수위변동과 발전기의 기동과 정지에 따른 20cm 크기의 큰 외란을 5초 동안 발생한 경우를 가정하여 시뮬레이션 하였는데, 윈도우드 싱크 필터를 적용하면 연산결과로 불과 3cm의 수위 변동을 갖는 매우 안정적인 수위 값을 산출할 수 있게 됨을 알 수가 있다.In more detail, simulation was performed assuming that the water level fluctuates frequently due to wind and swell, and that a large disturbance of 20 cm due to the start and stop of the generator occurs for 5 seconds. When the window deck filter is applied, It is possible to calculate a very stable water level value having a water level variation of only 3 cm.

이와 같이, 본 발명에 따른 수위 계측장치는 절대변위계(100)와 수위계측 컨트롤러(200)를 통하여 수위 변화에 따라 이동하는 플로트(20)의 절대 위치를 계산하고 이를 통하여 절대 수위 값인 수위를 계측할 수 있게 된다. 또한, 측정된 값을 디지털 필터인 윈도우드 싱크 필터(windowed-sinc filter)에 적용함으로써 갑작스런 수위 변화에도 안정적인 수위 값 산출이 가능해지다.As described above, the water level measuring apparatus according to the present invention calculates the absolute position of the float 20 moving according to the water level change through the absolute displacement meter 100 and the water level controller 200, and measures the absolute water level . In addition, by applying the measured value to a windowed-sinc filter, which is a digital filter, it is possible to calculate a stable water level value even when the water level is suddenly changed.

이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the appended claims. Of course, can be achieved.

10 : 수위계 20 : 히터내장 플로트
21 : 히터 22 : 온도조절기
23 : 덮개 24 : 오일링
25 : 터미널블록 30 : 타이밍벨트
31 : 강선 철심 32 : (+) 전원선
33 : (-) 전원선 35 : 벨트 고정판
36 : 미끄럼방지 홈 37 : 링크장치
40 : 타이밍 풀리 41 : 타이밍 풀리 몸체
42 : 가이드 판 43 : 가이드판 고정나사
45 : 벨트누름 베어링 46 : 동결방지용 히터
50 : 평형추 55 : 로울러
60 : 전원공급부 70 : 히터전원 풀리
71 : 베어링 75 : 히터 전원선
80 : 전원공급 로울러
100 : 절대변위계 103 : 베어링
104 : 회전축 105 : 회전축 기어
106 : 감속기어 107a : 제 1 기어
107b : 제 2 기어 107c : 제 3 기어
112 : 정밀엔코더 113 : 광역엔코더
150 : DC 24V 전원 160 : 노트북 컴퓨터
161 : LCD & Key 보드 162 : 커플링
163 : 베어링 지지대 165 : 무선통신부
169 : 상위 감시장치A 170 : 상위 제어장치B
171 : 광신호 변환장치 172 : 안테나
200 : 액면계측 컨트롤러 201 : 마이크로 프로세서
202 : USB 포트 203 : FRAM 메모리
204 : 정밀엔코더 인터페이스부 205 : 광역엔코더 인터페이스부
206 : DC/DC 컨버터 207 : RS-232C 통신부
208 : RS-485 통신부 209 : 액면레벨값 출력부
210 : 리미트신호 출력부 211 : 광신호 송수신부
212 : RF 무선 송수신부10: Water level meter 20: Built-in heater float
21: heater 22: thermostat
23: lid 24: oil ring
25: terminal block 30: timing belt
31: Steel wire core 32: (+) Power line
33: (-) Power line 35: Belt fixing plate
36: Non-slip groove 37: Link device
40: timing pulley 41: timing pulley body
42: guide plate 43: guide plate fixing screw
45: Belt pressing bearing 46: Freezing heater
50: counterweight 55: roller
60: power supply unit 70: heater power pulley
71: Bearing 75: Heater power line
80: Power supply roller
100: absolute displacement meter 103: bearing
104: rotating shaft 105: rotating shaft gear
106: reduction gear 107a: first gear
107b: second gear 107c: third gear
112: precision encoder 113: wide-angle encoder
150: DC 24V power supply 160: Laptop computer
161: LCD & Key board 162: Coupling
163: Bearing support 165:
169: upper monitoring device A 170: upper control device B
171: Optical signal conversion device 172: Antenna
200: liquid level measurement controller 201: microprocessor
202: USB port 203: FRAM memory
204: Precision encoder interface unit 205: Wide encoder interface unit
206: DC / DC converter 207: RS-232C communication unit
208: RS-485 communication unit 209: liquid level level value output unit
210: limit signal output unit 211: optical signal transmission /
212: RF radio transmitting /

Claims

A float 20 which floats on the water surface and moves up and down in accordance with the variation of the water level and a timing pulley 40 which converts the up and down movement amounts of the float 20, And a gauge 10 for calculating an absolute position value of the float 20 by receiving the rotation amount of the timing pulley 40 and calculating a water level value according to the absolute position of the calculated float 20, A water level measuring apparatus comprising:
The vertical movement amount of the float 20 is transmitted to the timing pulley 40 through the timing belt 30 having a plurality of steel wire cores 31 and is converted into a rotation amount, A slip prevention groove 36 is formed in the belt fixing plate 35 so that the timing belt 30 is fixed to the link device 37. [ The surface of the timing belt 30 is protruded and fixed to the slip prevention groove 36 when it is coupled to the link device 37 via the belt fixing plate 35,
The float 20 is supplied with power from a power supply unit 60 installed on the ground with a heater 21 built therein and is driven by one end of the float 20 to be connected to the upper portion of the float 20, The other end of the timing belt 30 is fixed to a power supply unit 60 provided on the ground via a roller 55. A counterweight 50 is coupled to a lower end of the roller 55, To tension the timing belt 30,
A heater power line 75 is connected to the power supply unit 60 and the heater power line 75 is connected to the power supply unit 60 via a heater power pulley 70 formed on a side surface of the timing pulley 40, A rotation bearing 71 is coupled to a center shaft of the heater power pulley 70 so that the rotation of the heater power pulley 70 is transmitted to the rotation of the timing pulley 40 Wherein the water level measuring device is configured to prevent the water level from being influenced.

The method according to claim 1,
In the timing pulley 40 receiving the up-and-down movement amount of the float 20 from the timing belt 30,
A timing pulley body 41 coupled to the timing pulley body 41 so as to prevent the timing belt 30 from slipping when engaged with the timing belt 30, And a guide plate (42) for guiding the flow of the water.

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The method according to claim 1,
The level gauge 10 is coupled to a rotating shaft 104 that receives the rotation of the timing pulley 40 through a coupling 162 and measures a value corresponding to a rotation angle of the rotation shaft 104, A decelerating gear 106 composed of a plurality of gears for decelerating the rotational speed of the rotating shaft in engagement with the gear 105 formed on the rotating shaft 104; An absolute displacement gauge 100 provided on a shaft of a gear installed at the last stage and equipped with a wide-angle encoder 113 which is an absolute encoder for wide-range measurement that measures and outputs a value according to a decelerated rotation angle; The absolute position value of the float 20 is analyzed by analyzing the output values of the precision encoder 112 and the wide angle encoder 113 of the absolute displacement gauge 100 and the water level value according to the absolute position of the calculated float 20 is calculated And a water level measurement controller (200)
The water level measuring controller 200 is provided with a log data memory 213 for sequentially recording the time stamp indicating the time at each set time and the water level data at that moment, the voltage of the charging device, and the door open state in the memory, When the data transmission command is received from the main terminal 220, the data is extracted from the data stored in the log data memory 213 and transmitted to the main terminal 220 through the CDMA modem or LET modem or the radio signal transmission / And transmits the measurement result to the level measuring device.

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