세원기연 - 팬성능 시험장치

Author(s):
이용선 대표 - 세원기연

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, Report Generation Toolkit

The Challenge:
상용팬 및 개발용 팬의 성능을 측정하기 위하여 C++, VC를 사용하여 시스템을 구축하여왔으나, 초기 개발에 많은 시간이 소요되고, 하드웨어의 확장에 따른 프로그램 수정에 어려움이 많아 누구나 쉽고 빠르게 코드화하고 수정이 편리한 LabVIEW로 프로그래밍하게 되었다.

The Solution:
상용되는 팬 및 개발되는 팬의 성능을 측정 및 분석하기 위하여 NI 6071E를 사용한 팬 종합성능 시험장비를 구축하였다. LabVIEW, Application Builder, Report Generation Toolkit 등을 이용하여 데이터 성적서 및 실행파일 생성을 할 수 있도록 하였다.

개발 배경
상용팬 및 개발용 팬의 성능을 측정하기 위하여 C++, VC를 사용하여 시스템을 구축하여왔으나, 초기 개발에 많은 시간이 소요되고, 하드웨어의 확장에 따른 프로그램 수정에 어려움이 많아 누구나 쉽고 빠르게 코드화하고 수정이 편리한 LabVIEW로 프로그래밍하게 되었다. 팬 성능 프로그램은 주팬과 보조팬을 제어하면서 압력, 온도, 습도, 유량, 기압, 노즐용 Sol 밸브제어 등 여러가지 데이터 처리를 동시에 수행하여야 하는데 특히, 본 솔루션에서는 보조팬의 모터를 자동으로 PID 컨트롤 하는 것에 주안점을 두었다. 이때 보조팬과 유량에 따른 노즐의 선택이 중요한 이슈인데, 3개의 다른 유량을 가진 노즐을 팬의 용량에 따라 자동으로 DIO를 이용하여 솔레노이드 밸브를 제어하여 알맞은 유량을 조합하여 선택하게 하여 전체 시스템의 측정 향상과 시험자의 테스트 시간을 단축할 수 있었다.

시스템 구성
팬 성능 시험 장치는 그림1과 같이 본체부와 계측부로 구성되어 있다. 본체부는 DA를 사용한 시험팬의 회전수 제어, 보조팬의 회전수 제어와 DIO를 사용하여 솔레노이드 밸브를 제어하여 노즐을 자동으로 선택할 수 있고, AD를 사용하여 노즐 차압, 정압, 회전수, 온습도, 기압, 팬동력 등을 측정할 수 있도록 구성하였다.
주화면은 그림 2와 같이 실제 설치 장비와 같은 그래픽 판넬을 구성하여 사용자가 안정적이면서도 쉽게 데이터를 취득할 수 있도록 구성되어있다. 주화면의 구성은 다이어그램 모드, 그래프 모드, 테이블 모드 등으로 구분하고, 풍량에 따른 기본값 (노즐 팽창 계수, 레이놀드수) 등을 항상 모니터링할 수 있도록 하였다. 제어부분은 시험팬의 공칭 회전수 제어, 전력량, 챔버 본체(노즐 3종류)의 차압, 정압, 온도, 습도, 기압 등과 보조팬의 PID조절을 위한 인버터를 제어한다. 각각의 DA와 AD, DIO가 서로 유기적으로 설계된 알고리즘에 따라 센서들의 입출력 값을 정확히 계측하여, 설정된 값에 따라 데이터를 분석 및 저장한다.
그림 3은 P-Q 곡선 모드이며, 자동 설정 시 풍량에 따른 정압, 회전수, 효율 등을 실시간
자동으로 곡선을 생성하며, 많은 데이터를 받지 않을 경우 Curve Fitting버튼으로 매끄러운 곡선을 얻을 수 있다.

그림 1. 팬테스터 계측 외관도

그림 2

 

그림 3

그림 4는 데이터를 실시간으로 받을 수 있는 화면으로 ASCII, dat로 저장할 수 있다.

그림 4

블록다이어그램
주 데이터처리 다이어그램
각종 센서의 데이터를 받아 유도된 관계식을 통해 팬의 성능을 계산하고 이 값들을 그래프와 차트에 보낸다.

그림 5

이벤트를 이용한 탭콘트롤은 3가지 모드 변환을 클릭하여 시험자의 선택에 따른 화면 구성을 보여준다. 데이터의 처리는 Report Generation Toolkit을 사용하여 정형화된 형식의 데이터시트를 생성한다. 이것은 시험 성적서를 작성할 때 아주 편리하게 사용할 수 있다.

그림 6

P-Q곡선의 curve fitting을 생성하는 부분이다.

그림 7

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
본 장치에서 PC를 이용하여 시스템의 모니터링과 데이터 처리 및 GUI를 빠른 시간 내에 구성할 수 있어서 개발 시간을 단축하였고, 장비의 비용을 줄일 수 있었다. 또한 Application Build 기능과 Report Generation Toolkit을 사용해서 실행 파일을 생성하고 사용자의 요구사항에 부응하는 차별화된 보고서를 생성할 수 있었다.

NI 솔루션을 채택한 이유
누구나 쉽게 접근할 수 있는 그래픽 기반의 언어인 LabVIEW와 함께, 신뢰성 있고 많은 제 품군을 보유하고 있는 NI 하드웨어가 프로토타입핑 및 배포에 유리하여 채택하였다.

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이용선 대표
세원기연

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