B.2.2 보일러 수위제어 방법

1) ON/OFF 수위제어

(1) 시스템 구성예

(2) 시스템 특징

- 컨트롤러 : LC1300

- 수위 검지기 : LP10-4

- 주로 일반탱크나 소형 보일러에 많이 적용된다.

- 보일러 1 대에 펌프 1 대씩 연동시켜야 한다.

- 펌프스테이션 구성시 컨트롤 밸브를 ON/OFF 작동시킴(공압식, 전기식 밸브)

- 급수가 될 때는 증기발생량이 줄고 급수가 중단될 때는 증기 발생량이 증가하므로 증기압력의

변화가 크다.(* 버너의 연소율이 반복적으로 변하므로 연소효율이 떨어진다.)

- 제어가 간단하고 쉽다.

- 챔버내부 스케일 부착으로 인한 후로트 오작동 방지를 위해 1 일 1 회 챔버 블로우다운 및 TEST

실시 필요

2) 모듈레이팅 수위제어방법

(1) 피드백 제어(Feedback) – 1 요소 제어

측정된 제어량을 이용하여 원하는 설정 값과 비교하여 조작출력을 계산하고 조작부로 신호를

보내는 행위를 반복 시행한다. 외란이 공정에 영향을 주어 제어오차가 발생한 후 이 제어오차를

줄이기 위해 조작 출력값을 조절한다.

따라서, 외란의 영향이 크고 빠른 경우에는 피드백제어에 의해서는 제어량을 목표값에 맞추기가

어렵다.

ON/OFF 수위제어시

증기 발생량 변화 그래프

급수폄프 급수 컨트롤 밸브

LC1300 컨트롤러

B.2

모듈레이팅 수위 제어시 증기발생량 변화

1요소 피드백 수위제어 시스템 구성예

전기식 급수 컨트롤 밸브용 VMD출력 컨트롤러의 밸브 작동원리

수위검지기의 측정값과 컨트롤러 설정값과의 비례제어를 통해 조작 출력값이 발생하게 된다. 이때

밸브위치에 따른 개도신호를 피드백 받아 컨트롤러 출력값과 밸브개도를 비교한 후 밸브 개도값 보다

출력값이 더 큰 경우 컨트롤 릴레이가 ‘L’(Low)쪽으로 붙어 밸브를 개방 시키며, 반대로 컨트롤러

출력값보다 밸브개도값이 큰 경우는 컨트롤 릴레이가 ‘H’(High)쪽으로 붙어 밸브를 닫고, 최종적으로

컨트롤러의 출력값과 밸브개도가 일치하게 되면 컨트롤 릴레이는 중립에 위치하여 밸브개도를 그

상태로 유지한다.

구동기 모터의 정,역회전에 의해 동작되는 밸브의 경우 이와같은 3점출력(VMD)이 발생되는

컨트롤러와 함께 사용되어야 하며, 수위신호와 밸브개도를 연속적으로 피드백 받아 급수량을 제어한

다.

급수폄프 전기식 급수 컨트롤 밸브 급수폄프 공압식 급수 컨트롤 밸브

컨트롤러

VMD 출력

1-6Vdc 수위 컨트롤러

수위 컨트롤러

CONTROLLER 내부 동작절차

공압식 밸브 구동기 작동원리

모터가 장착된 전기식 밸브와 달리 공압식 밸브는 구동기내 유입되는 압축공기의 압력을 EP 포지

셔너를 통해 조절함으로써 구동기내 장착된 스프링의 힘과 반대편 다이어프램내 압축공기와의 힘의

균형에 의해 밸브가 움직이게 된다.

EP5 포지셔너에 의해 컨트롤러 조작출력(4 ~ 20mA)에 따라 구동기로 유입되는 압축공기의 압력을

0.2 ~ 1.0bar 또는 2.0 ~4.0bar로 컨트롤 하므로 압축공기는 이보다 약 20% 높은 압력으로 포지

셔너에 공급되어야 한다.

시스템 특징 - 컨트롤러 : SX75+, LC2610, IBC2700

- 수위 검지기 : LP20/PA20 또는 DPTX

- 급수밸브 : 전기식 밸브 또는 공압식 밸브

- 보일러 수위변화를 연속적으로 측정 및 비례제어를 통해 급수를 공급함으로써 수위를 안정적으로

유지시켜 준다.

- 증기 발생량이 일정하다(고정부하).

- 펌프 스테이션을 이용하여 급수가 가능하므로 ON/OFF 제어에 비해 보일러 급수 펌프 설치 댓수

를 줄일 수 있다.

- 펌프 연속가동으로 운전비용증가

- 펌프 토출압력 릴리프 시스템 구성필요(밸브가 닫히는 경우 펌프압력 상승됨)

- 수관식, 노통 연관식 보일러에 주로 적용되고 있다.

(단, 보일러 부하변화가 심한 보일러에는 적합하지 않다.)

(2) 피드포워드 제어(Feedforward)

공정에 들어가는 외란을 센서를 통해 측정한 다음 제어기에서 외란의 효과를 제거할 수 있는 조작

량을 계산하여 미리 공정에 넣음으로써 외란의 효과를 제거하는 방법이다. 이 방법은 외란의 영향을

줄일 수는 있으나 제어오차를 줄이기 힘들다. 보일러의 수위제어 있어서 외란으로 작용하는 증기

유량를 측정하여 이에 상응하는 급수량의 제어를 통해 보일러 수위가 변화되지 않도록 할 수 있는데

보일러 수위를 직접적으로 피드백 제어하지 않으므로 수위편차를 줄일수가 없다.

4~20mA from 컨트롤러

B.2

1요소 피드 포워드 수위제어시스템 구성예

(3) 피드포워드 + 피드백제어 - 2 요소 수위제어

피드포워드제어로는 외란의 영향을 제거할 수 있으나 정확한 수위제어가 어려우며, 피드백제어로는

외란의 영향 때문에 정확한 수위제어가 어려우므로 이 두가지 제어방식의 특성을 결합하게 되면

효과적인 외란영향(증기발생량 변화)제거와 제어오차를 감소 시킬 수 있다.

급수폄프 공압식 급수 컨트롤 밸브

공압식 급수 컨트롤 밸브

증기유량계

증기유량계

FIC 컨트롤러

이 경우 컨트롤러의 출력은 급수 컨트롤 밸브의 개도를 제어하는데 보일러 운전압력의 변동이나

급수펌프 토출 압력이 변동되는 경우 급수 컨트롤 밸브의 차압이 변하게 되므로 개도제어로는 정확한

급수량 제어를 할 수 없다. 하지만 1요소 제어보다는 부하변동에 대해 양호한 수위제어를 할 수 있다.

(4) 캐스케이드 제어 - 3 요소 수위제어

피드포워드 제어와 피드백제어에 의한 급수량 제어의 경우 급수 컨트롤 밸브 차압 변동시 정확한

급수량 제어가 이루어 지지않는 문제점이 있음을 앞에서 거론하였다.

이러한 경우 차압변동의 외란을 제거하기 위해서는 캐스케이드 제어방법이 필요하다.

캐스케이드 제어는 2개의 단일피드백 제어를 순차적으로 연결한 제어시스템으로 1차 컨트롤 시스템

의 출력이 2차 컨트롤 시스템의 목표값이 되어 2차 컨트롤 시스템의 출력이 조작부를 작동시키는

제어방법으로 보일러 수위제어 뿐만 아니라 탈기기 온도제어, 공조기를 통한 실내온도제어 등에 사용

된다.

• 1 차 컨트롤 시스템 : 느린 응답(예 : 수위, 온도), Master, sub channel.

• 2 차 컨트롤 시스템 : 빠른 응답(예 : 유량, 압력), Slave, MAIN CHANNEL.

3요소 수위제어 시 증기량 신호에 따라 급수량이 우선적으로 공급되고(전체 급수요구량중 증기량 신호에

의해 대부분의 급수량이 공급됨) 수위신호에 따라 수위편차부분을 보상하기위해 수위를 미세하게 트리밍

하면서 급수량이 추가로 컨트롤된다.

현재까지 보일러 수위제어 방법중 가장 뛰어난 방법으로 중대형 수관식 보일러에 많이 적용되고 있다.

3 요소 수위제어의 경우는 증기유량, 급수유량을 제어하기 때문에 보다 안정된 제어를 하기위해서는

B.2

증기유량계, 급수유량계, 급수 컨트롤 밸브, 급수 펌프용량 및 양정 등에 대해 상호 균형을 이룰 수

있도록 사전에 면밀한 검토가 필요하다.

3) 경보시스템

경보시스템은 반드시 1차 저수위 경보와 2차 저수위 경보를 분리하여 구성해야한다. 2차 저수위 경보의

경우 보일러의 안전과 직접적으로 관련되는 장치이므로 보다 신뢰도가 높은 자기진단식 저수위 경보 장치

를 설치하는 것이 유리하다.

증기

보일러

LC1300