두산 인프라코어 - LabVIEW based Euro 3 기준 디젤엔진 Automatic Dynamometer control system

Author(s):
최진구 선임연구원 - ㈜두산 인프라코어

Industry:
Transportation

Products:
SCXI, LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
시험 Data를 별도의 처리 없이 원하는 형태의 평가 보고가 이루어지도록 구성하고 일단 개발된 후에는 다수 반복 적용하여 비용을 절감하기 위해서 개발하게 되었다.

The Solution:
선박 이나 대형 발전소용 Diesel 엔진 Euro 3 기준 만족 여부를 검사하는 Dynamometer의 필요에 의해 별도 검사 Rig를 설비하고, 이 Rig를 제어하고 측정 평가하는 S/W ,H/W를 NI PXI와 SCXI, Labview를 이용하여 두산 인프라 자체 기술로 개발하였다.

요약
선박 이나 대형 발전소용 Diesel 엔진 Euro 3 기준 만족 여부를 검사하는 Dynamometer의 필요에 의해 별도 검사 Rig를 설비하고, 이 Rig를 제어하고 측정 평가하는 S/W ,H/W를 NI PXI와 SCXI, Labview를 이용하여 두산 인프라 자체 기술로 개발하였으며, 경제성, Flexibility, 생산성, 측정 정밀도 향상에 기여하였다.

개발 배경
엔진 연구 개발에 있어 엔진 성능 측정시험을 비롯한 과속도, 과부하 내구 시험/오일 소비 시험/Cycle 반복 내구시험/Go-stop 시험등 각종 다양한 시험 운전을 동력계상에서 행하게 되고 이는 더 나은 엔진 개발을 위해서 필수적이다. 동력계의 일반적인 구성은 동력계 Rig와 Control unit, 엔진성능 측정 평가 Unit으로 이루어진다.
유럽 수출을 위해서 선박이나 대형 발전소용 Diesel 엔진 Euro 3 기준 만족 여부를 검사하는 Dynamometer의 설치가 필요하여 구성하기로 하였으며, 필요에 의해 독자 국내 기술로 개발한 이유는 정형화 되지 않은 미래의 원하는 다양한 시험을 자유롭게 대비할 수 있는 두산 인프라만의 PXI based control system이 필요하기 때문이다. 또한 시험 Data를 별도의 처리 없이 원하는 형태의 평가 보고가 이루어지도록 구성하고 일단 개발된 후에는 다수 반복 적용하여 비용을 절감하기 위해서 개발하게 되었다.

본론
Dates(Labview based Euro 3 기준 디젤엔진 Automatic Dynamometer control system)는 아래의 그림 1과 같이 크게 엔진, Oil system, Fuel meter, Coolant system, 부하발생기(AC motor or 수동력계), 측정 Unit (test cell monitor & controller)으로 구성되어 있으며 측정 Unit (test cell monitor & controller) 개발에 주안점을 두었다.

그림 1. RPG Schematic

각종 연비계, Gas analyzer( Horriba), 건,온 습도계등을 RS 232, GPIB로 통신하여 측정 법규요구 사항을 만족하는 LabVIEW code를 개발하고 이를 가지고 측정값을 산출하였다. 대형 Diesel 엔진의 부하 test를 위해서는 수동력계가 사용되었으며, 이때 구동시에 생기는 Noise로 인해서 Cabling을 다시하는 어려움이 있었으나, Isolation기능이 제공된 SCXI 각종 module을 사용하고 SCXI H/W filter 를 사용하여 Noise 문제를 해결할 수 있었다.

Control & monitoring Unit을 개발함에 있어서 알람 처리, 다양한 Test 요구를 만족하는 Alpha, Speed, Torque 제어를 위한 Analogue out 신호 발생 알고리즘의 개발. 10여대에 이르는 각종 계측장비의 통신 규약을 만족하고 Data를 PC로 올리는 문제, 법규 및 내규에 맞는 측정 방법을 만족하는 LabVIEW 알고리즘의 개발에 애로 사항이 있었으나, 현재 6 개월 이상 양호한 상태로 현장에서 구동되고 있다.

그림 2. Diesel Engine Dynamometer 1호기

그림 3. 산업용 엔진 검사시 화면

동시에 많은 통신 channel과 AO 제어, Alarm 처리, 60 채널에 이르는 AI 의 고속 측정을 위해서 안정성이 높은 시스템을 구축할 필요가 있었고 이를 위해서 Event + continuous while loop 로 LabVIEW program을 구성했다.

그림 4. Event 구조의 block diagram

1) 자동운전기능
2) Alarm 처리
3) data의 자동측정기능
4) Data 관리기능
5) 비상정지 기능 등을 구축하여야 하였음
특히 자동운전 기능제어는 시시간 분할 기법을 이용하여 언제든지 기구 부에 무리 없이 순차적으로 정지할 수 있도록 Algorithm을 구현하였다.

그림 5. 엔진 자동시험 관련 화면구성

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
본 시스템은 두산 인프라 독자 기술로 Euro 3 기준을 만족하는 Dynamometer controller 와 평가 시스템을 구축하였다는데 큰 의의가 있으며, 특히 1억 원대의 Operating S/W 수입 대체 효과 및 기술 축적으로 인해서 차후 시장의 다양한 시험 요구를 만족할 수 있는 두산 인프라만의 독자 시스템 기술을 가지게 되었다는 점이 큰 이점이라 하겠다.

측정 채널 추가나 각종 계측장비의 변경에도 Graphical programming language인 LabVIEW를 사용하므로 신속한 대응이 가능하게 되었다. 또한 신뢰성이 높고 유지관리가 용이한 NI PXI와 SCXI를 사용하므로 장기적으로 생길 수 있는 고장에도 대비하였다.

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최진구 선임연구원
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