고속 마이크로 프로세서를 이용한 연속주조 설비 롤체커의 데이터 로거 개발

Abstract

1970년대 이후 미국 및 유럽 등의 제철소에서는 제철공정에 연속주조 기술의 도입으로 설비 확장 없이 실제 강재 생산량을 막대한 양으로 증가시켰다. 국내에서도 포항 제철소에서는 ‘76년 연속주조 설비를 가동하기 시작하였으며 현재 광양 제철소에서는 분괴공정이 전혀 없는 전연주 공정이 채택되어있다. 또한 지금은 생산성과 에너지 절감효과를 극대화 할 수 있는 신 연주기술인 박슬래브(Thin slab) 기술과 스트립캐스팅(Strip casting) 기술 개발을 활발히 추진중에 있다. 한편 기존의 연속주조 설비에 대해서는 설비상태 감시시스템과 철저한 공정분석을 통한 작업개선으로 고품질슬래브를 제조 및 품질개선으로써 신주조 공정과 대등한 작업능률을 달성하기 위해 연구중이다. 주조중 설비상태를 감시하는 방법으로는 롤처짐계측에 의한 방법과 롤에 작용되는 하중(롤하중, Roll force)의 계측에 의한 방법등이 있으며 이러한 기술을 이용한 외국제철소의 연주기 상태감시 사례로는 BHP Steel사, US Steel사, Armco Steel사, 신일본제철, Bethlehem Steel사등이 있다. 연속주조 설비의 과정을 광양제철소를 예로 들어 소개 하자면, 제강공장에서 정련된 용강을 래들에 담아 연주공장으로 보낸다. 용강이 몰드로 유입되면 1차 냉각하는 몰드 설비와 2차 냉각에 의해 슬라브를 완성하고 인발한다. 인발된 슬라브는 절단하는 절단설비와 후속공정인 열연공정으로 보내기 위해 롤(Roll)로 구성된 정정 설비를 통해 행로가 제어 된다. 이러한 연속 주조 공정에서 제품 (슬라브, 블룸 빌렛)들은 이 연속주조 설비의 상태들, 즉 많은 롤(Roll)들의 , 기구적 변형에 따라 제품의 품질이 결정된다. 롤체커(Roll Checker)는 앞서 설명한 롤(Roll)을 따라 설치되어 연주 슬래브의 품질에 직접적인 영향을 끼치는 연주기 스트랜드 상태를 측정하여 연주 슬래브의 품질 예측 및 판정을 하는 장치이다. 롤 갭(Roll Gap) 및 롤 벤딩(Roll Bending) 상태, 롤의 정렬(Roll Alignment), 2차 냉각 스프레이 노즐 상태, 롤 회전(Roll Rotation) 불량 을 측정, 진단하는 시스템으로 더미바 헤드에 삽입이 가능한 CSM을 이용하여, 매 캐스트마다 스트랜드 상태진단이 가능하게 됨으로써 실시간으로 측정결과를 품질 및 조업에 반영할 수 있도록 한다. 환경의 악조건 하에서도 견딜 수 있도록 Housing 및 시스템의 내구성이 유지되며, 작업자의 편의를 위한 자동화 시스템을 지원한다. 본 논문에서는 롤체커(Roll Checker)의 제어부에 해당하는 데이터 로거(Data Logger) 시스템을 저 전력, non-OS 기반으로 개발하였다. 기존의 데이터 로거 시스템은 Window기반의 104보드와 8Bit Micro Processor기반의 제어보드 그리고 저속 RS232기반의 Wireless LAN보드가 다 층으로 혼합되어 제어의 불편성과 고 전력, OS의 과부하를 발생시켰으며, 고온, 고습의 연주설비 환경에서 OS의 이상 작동으로 인해 원인을 알 수 없는 오류가 발생하였다. 개발된 데이터 로거(Data Logger) 시스템은 32Bit Processor(TI사의 TMS320F2812 DSP)와 TCP/IP기반의 Wireless LAN보드를 이용하여 고속, Non-OS기반의 One-board 시스템으로써 모든 주요부품 및 주변소자들은 고온(85%이상)에서도 견디는 Military Spec 또는 Industrial Spec을 지원하여 안정성을 도모한다. 또한 모든 전원은 Processor의 신호에 의해 제어 되므로 전력의 소모를 줄이고, Digital Part, Analog Part, ADC Part 세 종류의 GND를 Isolation화하여 안정성을 도모하였으며, CPLD(Xillinx사의 CoolRunnerII)를 이용한 외부 왓치독(Watch Dog)을 적용하여 시스템이 다운되거나 문제가 발생시, 사용자에 경고 메시지를 전달할 수 있도록 하였다.

In this thesis, I suggest that the control part of Roll Checker, the Data Logger system, being base on low power and non-OS. The past Data Logger system have been compose of a 104-board with the window system, a control board with 8bit Micro Processor, and a Wireless LAN board with low speed RS232 so it could have inconvenience to control, spend high power, make overload ,and errors in some special atmosphere at high temperature and humidity. The developed Data Logger system is the One-board system with high speed and Non-OS using Wireless LAN board by 32bit processor(TMS320F2812, TI) and TCP/IP so every main components and elements can be used in high temperature condition(over the 85%) with Military Spec. or Industrial Spec. that something can stand in unfavorable condition. In addition, because all power sources are controlled by the signal from processor, it can save power and be safe by isolating three parts of GND, Digital, analog, and ADC part, also it adopts exterior Watch Dog from CPLD(CoolRunnerII, Xillinx) in order to communicate warning messages to user when the system down or some problems happen.