KR100719067B1 - 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소규모 무인 급수 가압장 원격 자동제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압장에 설치되는 단일의 본 발명 제어장치를 통해 별도의 제어반과 TM/TC(Tele Metering Tele Control)용 전용 통신선로 없이 단 1회선의 xDSL회선을 통하여 관할 중앙 통제실 서버프로그램에 가압장의 운전 상태 및 지령 데이터를 송 수신하면서 클라이언트 프로그램과는 화상을 동시에 송수신할 수 있을 뿐만 아니라, 서버프로그램에 접속하는 클라이언트 프로그램은 각 지역에 걸쳐 다수 설치되는 전체 가압장들의 중요 운전 상태를 주 화면에서 일목요연하게 감시할 수 있으며, 필요시 해당 가압장을 클릭하면 상세하게 급수설비의 운전상태를 육안으로 감시할 수 있도록 하고, 상기 급수설비를 동작시키는 인버터를 포함하여 상기 가압장에 설치되는 모든 주변장치들을 제어할 수 있도록 하며, 상기 제어장치의 메인장치가 고장이 발생하여도 단수가 발생하지 않도록 하는 동시에 원격지에서 이상을 감지하여 신속히 시스템을 진단할 수 있는 소규모 무인 급수 가압장 원격 자동제어시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 가압장의 운전정보를 수집하고, 상기 가압장을 제어하는 메인컨트롤러와, 상기 메인컨트롤러와 연결되어 메인컨트롤러에 이상 발생시, 시스템의 제어권을 확보하여 가압장을 제어하는 보조컨트롤러로 구성되어 다수의 가압장들에 각각 설치되는 원격제어반과, 상기 원격제어반에서 수집된 운전 정보를 이용하여 각 지역별로 가압장들의 실시간 운전상태 데이터를 DATABASE화 하여 저장 하며 조건 출력이 가능한 서버프로그램과, 서버프로그램에 접속하여 가압장의 IP 정보를 취득하여 가압장에 설치되어있는 CCD 카메라를 바로 접속하여 그 화상을 표시하며 시스템 전반을 감시, 통제할 수 있는 클라이언트 프로그램내의 데이터 통신을 가능하도록 하는 통신수단을 포함하여 구성된다.

무인 가압장, 원격제어장치, 메인컨트롤러, 보조컨트롤러, 서버, 클라이언트, IP

Description

소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템{The Small Water Boost Supply Remote Auto Control System}

도 1은 본 발명에 따른 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 원격제어장치의 메인컨트롤러와 보조컨트롤러를 나타내는 세부 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 원격제어장치에 장착되는 표시패널을 나타내는 전면 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 중앙감시실의 서버 컴퓨터에서 실행되는 서버프로그램 예시도이고,

도 5는 본 발명에 따른 클라이언트 메인프로그램의 예시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 클라이언트 상세프로그램의 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 원격제어장치 110: 인버터

120: 메인컨트롤러 121, 131: 씨피유

122: 입/출력부 123: 메모리

124 : 리얼타임클럭(RTC) 130: 보조컨트롤러

132a: 입력부 132b: 출력부

140: 표시패널 200: 중앙감시실 서버

210: 서버 220: 서버프로그램

300: 클라이언트 310: 클라이언트 프로그램

320: 메인프로그램 330: 상세프로그램

400: 통신수단 410: 제 1 통신 포트

420: 제 2 통신 포트 430: Ethernet 포트

본 발명은 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압장에 설치되며, 인터넷망에 연결가능한 단일의 제어장치를 통해 원격지에서 가압장 별로 급수설비의 운전상태를 감시할 수 있는 동시에, 가압장에 설치되는 모든 주변장치들을 직접 제어할 수 있는 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 고지대는 정수장에서 멀리 떨어져 있어 급수배관의 마찰 손실이 크고, 고도가 높기 때문에 상기 배관의 말단부에는 압력이 현저하게 떨어져 사용함에 있어 불편함이 발생하므로, 급수가압장을 설치하여 사용 유량이 변동되어도 말 단부의 토출 압력이 약 1.5~2Kg/Cm 정도로 항상 일정하게 유지되도록 하는 부스터펌프 시스템을 이용하여 급수설비를 운영하고 있다.

상기 급수가압장은 평지와의 고도차가 심해 정수장에서 공급되는 송수압 만으로는 급수가 불가능한 고지대 및 구릉지에 원활한 급수를 공급하기 위해 설치되는데 도심뿐만 아니라, 도시 외곽지역 또는 시골지역의 전반에 걸친 다수의 지역에 설치되어야 함에 따라 상수도 업무의 효율화 및 관리업무의 범위를 고려하여 무인 급수가압장으로 전환되고 있는 실정이다.

상기와 같은 급수가압장은 건축 구조물을 설치하기 위한 지상에의 공간확보가 어렵고, 겨울철 추위로 인한 동파로부터 배관을 보호하기 위한 이유로 지하에 비트를 파고 설치되는데, 상기 지하 비트의 경우 내부에 많은 습기가 발생하여 장비의 부식이 조기에 진행되고, 장마 및 폭우가 내릴 시에는 우수가 지하 비트로 침투하게 되어 장비의 부식이 더욱 빠르게 진행되도록 하며, 상기 배관의 노후화 및 연결 부위의 결함으로 인해 가압장 내의 누수가 발생한다.

상기 급수가압장에는 누수 또는 우수로 인한 침수를 예방하기 위하여 가압장의 내부에 배수 펌프를 설치하여 운영하고 있으나, 배출되는 유량보다 유입되는 유량이 많은 경우 또는 상기 배수 펌프에 이상이 발생할 경우에는 가압장 전체가 침수되어 시스템을 새로이 설치해야 하는 경우가 발생한다.

또한, 상기 급수가압장은 급수설비가 열악한 환경하에서 가동되면서 습기에 취약한 전자 부품들의 수명이 짧아지거나 이상 발생으로 시스템이 정지하면, 시스템 정지에 따른 단수 상황을 주민들의 전화 통보로 확인하고, 현장에 출동하여 원 인을 파악한 후, 설치 업체에 의뢰하여 조치하는 방식으로 운영되고 있어 단수 현상의 예방이나 단수에 대한 즉각적인 조차가 어려운 문제점이 있다.

덧붙여, 상기 급수가압장은 주변에서 토목 공사를 할 경우 발생하는 관로의 파손이나, 동파로 인하여 가압장에 유입되는 관로에 공기가 차있을 경우 펌프를 보호하기 위하여 자동으로 시스템을 정지시키는데 이러한 상황에도 현장에 출동해서야 그 원인을 파악할 수 있으며, 조치를 취하는데 시간이 많이 지체되므로 주민들은 단수의 불편함을 조치가 완료될 때까지 감수하여야 하는 실정이다.

상기와 같은 급수설비에는 운영상태를 확인할 수 있는 시스템이 필요하나, 기존의 운영상태 확인 시스템은 감시제어설비가 구비된 중앙감시실에서만 급수설비의 운영상태 확인이 가능하고, 상태를 감시할 수 있는 범위도 배수지의 수위 및 유량 감시에 한정되어 펌프 운전에 따른 소모 전류 및 압력감시 등과 같은 종합적인 운전상태의 파악하기에는 어려움이 있다.

더욱 상세하게는, 기존의 급수 제어시스템은 토출측에 장착된 압력센서의 신호를 입력받아 유량이 변하여도 토출압력이 설정압력과 일치하도록 부스터 펌프를 인버터로 제어하고 나머지 펌프는 부스터 펌프의 부족유량을 보충하는 단순 급수 가압장치로만 구성되어 가압장 내에 설치되는 주변장치들의 제어와 관련된 기능이 없으며, 상기 인버터의 속도제어에 아날로그 신호를 사용하여 인버터로의 정확한 신호 전달과 가동상태를 파악하기 위한 회로가 복잡한 동시에 정확성이 떨어진다.

또한, 종래의 일부 소규모 가압장들은 이러한 문제점들을 보완하기 위해 급수설비에 연결되는 기존의 펌프제어반에 전용 통신회선을 이용한 TMTC(Tele Metering Tele Control) 제어반을 별도로 설치하여 중앙감시실에서 펌프 제어반을 감시하도록 하고 있으나, TMTC제어반과 펌프제어반과의 통신 인테페이스 불일치로 중앙감시실에서 상기 펌프 제어반의 정확한 운전 상태를 파악할 수 없어, 상기 중앙감시실에서 펌프 제어반의 세부 데이터뿐만 아니라, 펌프를 동작시키는 인버터를 직접 제어할 수 없다, 또한 외부에서 가압장 내의 운전환경을 화상으로 확인하기 위하여 CCD카메라를 설치할 경우 전용회선 외 별도의 xDSL 통신 선로를 추가로 설치하여야 하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 TMTC 제어반을 설치할 필요가 없는 일체형 제어반으로서, 원격제어장치에 구비되는 통신수단인 RS-485 포트를 통해 펌프의 회전수를 제어하는 인버터와 데이터 통신이 가능하도록 구성되며, 가압장 내의 주변장치들과 연결되어 데이터를 송/수신하는 단일의 원격제어장치를 가압장별로 각각 설치하여 인터넷망을 이용하여 원격지에서 확인하고자 하는 가압장을 선택하여 선택된 가압장별로 급수설비의 운전상태를 확인하고 원격지에서 인버터를 포함한 가압장 내의 모든 주변장치들을 직접 제어할 수 있는 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 가압장별로 설치되는 원격제어장치의 컨트롤러를 메인컨트롤러와 보조컨트롤러로 이중화하여 상기 컨트롤러들이 상호 운전 상태 를 감시하도록 함으로써, 메인컨트롤러에 이상이 발생할 경우, 이를 보조컨트롤러에서 자동으로 감지한 후, 메인컨트롤러로부터 시스템의 제어권을 확보하여 가압장이 설치된 지역의 단수현상을 방지하는 동시에 원격지로 신호를 발생하여 시스템의 이상을 알리는 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 외부와의 데이터 통신을 위해 메인컨트롤러에 구비되는 통신수단인 Ethernet 포트가 IP 공유기에 연결되어 인터넷망에 접속되도록 하고, 상기 IP 공유기와 연결되는 CCD 카메라를 가압장 내에 장착하여 통신회선의 증설 없이 중앙감시실 및 외부 아무 곳에서나 인터넷망을 통해 상기 CCD 카메라에 직접 접속하여 선택된 가압장 내의 상태를 원격지에서 육안으로 확인할 수 있는 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 인터넷 망을 통하여 서버컴퓨터에 접속하여 데이터를 송수신하고, 보조컨트롤러로부터 수집한 가압장 내의 각종 주변 장치의 정보를 이용하여 가압장내 각종 구동장치 명령을 보조컨트롤러로 지령하고 각종 상태 데이터를 자체 메모리에 저장하는 메인컨트롤러와, 가압장 내 각종 센서로부터 그 신호를 입력받아 데이터 처리하여 메인컨트롤러로 송신하며, 펌프를 회전수 제어하는 인버터와 RS-485 통신을 통하여 명령 및 상태 데이터를 취득하고, 메인컨트롤러부터 가압장내 각종 구동 장치 운전 지령을 받아 이를 수행하는 보조컨트롤러로 구성되어 있다. 상기 가압장을 제어하는 메인컨트롤러는 보조컨트롤러로부터 주기적으로 상태 데이터가 수신되지 않을 경우 3차례에 한하여 메인컨트롤러를 강제 RESET 시켜 보조컨트롤러가 다시 재가동할 수 있도록 한다. 보조컨트롤러 또한 메인컨트롤러로부터 주기적으로 정상적인 지령 명령이 수신되지 않을 경우에는 3차례에 한하여 메인컨트롤러를 강제 RESET 시킨다. 3차례 강제 RESET 후에도 정상적인 지령 데이터가 수신되지 않을 경우 보조컨트롤러가 가압장 시스템의 제어권을 확보하여 가압장을 제어한다. 상기 메인컨트롤러와 보조컨트롤러로 구성되어 각 지역에 설치되는 다수의 가압장들에 각각 설치되는 원격제어반과; 상기 원격제어반과 인터넷망을 통하여 수집된 운전정보를 DATABASE화 하여 저장하고, 상기 운전정보를 프로그램을 이용하여 필요한 데이터로 가공하여 출력하는 서버프로그램과 상기 서버에 접속하여 가압장의 유동 IP 정보를 취득하여 가압장에 설치된 CCD 카메라를 바로 접속하여 그 화상을 표시하고 서버로부터 각종 운전 상태 데이터를 요구하여 표시하며 가압장 내 장치를 직접 원격제어할 수 있는 클라이언트 프로그램으로 구성된다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원격제어장치의 메인컨트롤러와 보조컨트롤러를 나타내는 세부 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 원격제어장치에 장착되는 표시패널을 나타내는 전면 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 중앙감시실의 서버 컴퓨터에서 실행되는 서브프로그램 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 클라이언트 메인프로그램의 예시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 클라이언트 상세프로그램의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템은 원격제어장치(100)와, 중앙감시실 서버(200) 및 클라이언트(300)로 구성되어 원격제어장치(100) 상에 구비된 통신수단(400)을 이용해 내부의 상호 데이터 통신 및 외부와의 데이터 통신이 가능하도록 구현된 시스템이며, 도면과 더불어 본 발명에 따른 원격 제어시스템의 일실시 예를 각 구성요소의 사양과 함께 설명하되, 상기 구성요소의 상세한 사양은 다수의 실시 예 중 바람직한 실시 예의 하나이다.

상기 원격제어장치(100)는 지역의 전반에 걸쳐 다수 설치되는 가압장들에 각각 설치되어 가압장의 급수설비를 제어하기 위한 것으로, 내부를 구성하는 제어부인컨트롤러가 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)로 이중화되어 시스템의 안정성을 확보하며, 상기 원격제어장치(100)에는 펌프들의 동작을 제어하는 인버터(110) 및 가압장 내에 장착 및 설치된 주변장치들이 연결되어 가압장의 운전정보를 수집하는 동시에 상기 가압장을 제어하도록 구성된다.

상기 메인컨트롤러(120)는 크게 씨피유(121)와, 입/출력부(122)와, 메모리(123) 및 리얼타임클럭(RTC: Real Time Clock)(124)으로 구성되어 시스템의 제어권을 가지고 가압장 내 여러 주변장치들로부터 신호를 입력받고 제어한다.

상기 씨피유(CPU)(121)는 수집된 데이터를 이용해 사용자가 원하는 기능을 수행할 수 있도록 프로그램이 저장되어 데이터의 입출력을 처리하기 위한 것으로, 일실시 예에서는 16bit RISC 마이크로컨트롤러가 사용된다.

상기 입/출력부(122)는 원격제어장치(100)에 장착 또는 연결되는 표시패널(140) 및 데이터설정용 Keypad로서 상기 표시패널(140)은 무인으로 가동되는 소규모 급수가압장 내에서 관리자 또는 사용자가 급수설비의 운전상태 점검시 육안으로 확인하고 각각의 구성요소들에 대한 제어변수들의 조회 및 설정이 가능하도록 설치된 것으로, 엘씨디와 세그먼트 및 키패드가 구비된다.

더욱 상세하게는, 상기 엘씨디는 문자열을 표기하기 위한 것으로, 128*64 도트 사양의 그래픽 엘씨디를 사용하여 한글은 8자*4열, 영문은 16자*8열까지로 여러 가지 정보를 나타낼 수 있도록 하며, 시스템의 설정과 관련된 제어 변수를 설정하고 조회할 수 있도록 8개 가량의 버튼으로 구성된 키패드를 구비하여 상기 버튼 조작에 따른 입력데이터 값을 씨피유(121)로 전달할 수 있도록 내부 회로가 구성되는데, 버튼의 조작으로 토출압력, 흡입압력, 시스템 가동률, 인버터 운전주파수, 인버터 출력전압, 인버터 출력전류, 배기펜 운전 조건인 온도 및 습도를 선택하여 설정할 수 있도록 구성하였으며 그 외 시스템과 관련된 각종 운전 변수를 설정 조회할 수 있도록 하였다.

상기 세그먼트는 숫자를 표기하기 위한 것으로, 관리자 또는 사용자가 상기 표시패널(140)로부터 4~5미터 이상 떨어져 있어도 숫자의 식별이 가능하도록 세 자릿수의 7-Segment FND가 2개 장착되어 구성되는데, 상기 키패드의 조작에 따라 표 시하고자 하는 수치의 종류가 결정된다.

상기 메모리(123)는 BLACK BOX 기능을 하는 512K 용량의 EEPROM과 프로그램에서 사용하는 각종 연산 및 임시 데이터를 저장하기 위한 32K 용량의 SRAM을 내장하여 사용하며, EEPROM에는 시스템의 각종 운전 상태에 관련한 데이터를 패킷단위로 저장하게 되는데, 7일간의 운전 상태 데이터를 하나의 패킷으로 하여 5분 간격으로 메모리에 기록하며 256개의 이상 상태 데이터 또한 저장한다.

상기 리얼타임클럭(124)은 내부적으로 시간을 카운트하여 시간과 관련한 각종 데이터의 제어를 수행하며, 데이터가 시간별로 메모리(123)에 저장 또는 기록되도록 하기 위한 것으로, 시스템 자체의 전원이 차단되어도 내부적으로 날짜, 시간, 요일은 계속 카운트하도록 하여 시스템에 전원이 투입될 시, 씨피유(121)에서는 상기 리얼타임클럭(124)으로부터 시스템의 현재 데이터를 취득하여 저장함으로써 시간과 관련된 각종 제어를 원활히 수행하도록 한다.

상기 보조컨트롤러(130)는 메인컨트롤러(120)와 데이터 통신이 가능하도록 연결되어 평상시에는 주변장치들로부터 데이터를 입력받아 메인컨트롤러(120)로 전송하고 상기 메인컨트롤러(120)의 상태를 감시하는데, 상기 메인컨트롤러(120)에 이상이 발생할 경우, 메인컨트롤러(120)을 3차례 한하여 강제 RESET 시키며 복구되지 않을 경우, 메인컨트롤러(120)로부터 시스템의 제어권을 확보하여 가압장을 제어하게 된다.

덧붙여, 상기 보조컨트롤러(130)와 메인컨트롤러(120)는 인버터(110)와 후술 될 통신수단(400)을 이용해 병렬 연결되어 상호 데이터의 송/수신을 감시하며 메인 컨트롤러(120)에 이상 발생을 보조컨트롤러(130)가 감지할 수 있다. 시스템 제어권을 보조컨트롤러가 확보하면, 상기 인버터(110)는 보조컨트롤러(130)와만 통신을 한다.

상기 보조컨트롤러(130)는 크게 씨피유(131)와, 입력부(132a)와, 출력부(132b)로 구성되는데 상기 씨피유(131)는 메인컨트롤러(120)와 마찬가지로 프로그램을 이용해 데이터의 입출력을 처리하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시 예에서는 16bit RISC 마이크로컨트롤러가 사용된다.

상기 입력부(132a)는 가압장 설비의 운전환경을 조절하기 위해 필요한 데이터를 입력받기 위한 것으로, 상기 설비의 운전환경을 파악하기 위해 급수펌프를 비롯한 급수 설비 및 가압장 내의 곳곳에 설치되는 각종 센서들과 주변장치들에 연결되는데, 상기 센서들은 아날로그 값으로 전달되기 때문에 입력부(132a)에서는 A/D변환 포트를 통하여 상기 아날로그 값을 가압장 설비의 운전환경을 조절하기 위해 필요한 디지털 값을 갖는 데이터로 입력받아 씨피유(131)로 전달한다.

상기 센서들은 급수펌프의 유입관과 배출관에 설치되어 유량의 흡입압력 및 토출압력을 측정하는 압력센서와, 가압장 내에 설치되어 가압장 내부의 온도와 습도를 측정하여 상기 측정된 온도 및 습도를 근거로 습한 내부공기를 외부로 방출하고 외부 공기를 내부로 환기시킴으로써, 지하에 마련되어 습도가 높아 전기/전자 부품 및 금속성 소재가 쉽게 부식되는 것을 방지하는데 사용되는 온도/습도센서와, 가압장의 출입문에 설치되어 출입문 개폐를 감지하는 도어센서와 열 감지 센서를 통하여 사람의 가압장내 침입을 감지하여 외부인 침입을 알리고 실내등이 자동으로 점등 되도록 하며, 인버터(110) 및 주변장치들의 접점에 연결되어 부품의 동작상태 및 입력 전압 또는 소비전류를 감지함으로써 과부하로 인한 시스템의 손상을 예방하는데 이용되는 전류센서들로 구성된다.

상기 출력부(132b)는 씨피유(131)에서 전달된 데이터에 따라 제어신호를 출력하는 것으로, 각종 환기팬과, 램프와, 경보기를 동작시키는 릴레이가 연결되며, 큰 의미로 살펴보면, 후술 될 통신수단(400)의 일부가 입력부(132a) 및 출력부(132b)에 해당된다.

상기 통신수단(400)은 시스템의 데이터를 송신하고 수신하기 위한 것으로, 상기 원격제어장치(100)와, 후술 될 중앙감시실 서버(200) 및 클라이언트(300)에서 출력되는 데이터를 지정된 곳으로 송신하고, 상기 송신된 데이터가 지정된 곳에서 수신되도록 하는 동시에, 상기 원격제어장치(100)의 내부를 구성하는 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130) 사이의 데이터 통신이 가능하도록 상기 원격제어장치(100)에 구비된 제 1 통신 포트(410)와, 제 2 통신 포트(420) 및 Ethernet 포트(430)로 구성된다.

더욱 상세하게는 상기 제 1 통신 포트(410)는 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)에 각각 구비된 RS-232를 이용해 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130) 상호 간의 데이터 통신을 가능하도록 하고, 상기 제 2 통신 포트(420)는 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)에 각각 구비된 RS-485를 이용해 인버터(110)와의 통신을 가능하도록 하며, 상기 Ethernet 포트(430)는 상기 메인컨트롤러(120)에 구 비되어 인터넷망을 통해 직접 중앙감시실 서버(200)와 데이터 통신을 가능하도록 하여 가압장 내 모든 설비가 원격지에서 직접 원격제어되는 것이 가능하도록 한다.

덧붙여, 상기 제 2 통신 포트(420)는 인버터(110)에 상기 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)가 병렬로 연결되어 상기 메인컨트롤러(120)가 정상 운전될 시, 보조컨트롤러(130)는 메인컨트롤러(120)와 인버터(110)의 통신상태를 감시하며, 정상적인 데이터 송수신 페킷이 아니면 보조컨트롤러(130)는 메인컨트롤러(120) 또는 인버터(110) 이상을 파악하여 이상 장치에 RESET을 강제로 할 수 있다. 만일 메인컨트롤러를 3차례 강제 RESET을 하여도 정상 데이터 페킷이 수신되지 않을시 메인컨트롤러(120) 측 RS-485 회로를 전기적으로 차단하고 보조컨트롤러(130)에서 인버터(110)를 직접 제어하도록 하며, 상기 제 2 통신 포트(420)로 사용되는 RS-485는 인버터(110) 외에도 RS-485 MODBUS-RTU Protocol을 지원하는 기타 제어장치와 데이터 통신이 가능하다.

상기 Ethernet 포트(430)는 xDSL MODEM을 통하여 인터넷망을 통한 시스템의 원격제어가 가능하도록 하는 것이며, 원격지에서 가압장 내부의 화상을 확인하기 위해서 CCD 카메라를 장착할 경우, 네트워크공유기(IP 공유기)를 설치하여 연결만 함으로써 인터넷망에 접속되도록 구성되어 지므로, CCD 카메라용 통신회선 증설 없이 외부시설, 즉 클라이언트 상세프로그램(330)에서 상기 CCD 카메라에 직접 접속하여 선택된 가압장 내의 화상을 육안으로 확인할 수 있도록 한다.

상기 중앙감시실 서버(200)는 1대의 컴퓨터로 구성되며 고정 IP를 가지며 특정 포트를 통하여 구역 내 여러 개의 무인 가압장 원격제어장치(100)가 항상 접속 을 할 수 있도록 구성하며, 클라이언트(300) 또한 접속할 수 있도록 또 다른 포트를 접속 대기 상태로 한다.

상기 중앙감시실 서버(200)는 접속되어 있는 모든 원격제어장치(100)으로부터 수집된 운전정보를 DATA BASE화 하여 저장하고, 또한 접속되어 있는 클라이언트(300)의 주기적인 데이터 요구에 응하여 상기 운전정보를 송수신한다. 클라이언트(300)는 수신된 데이터를 각종 감시 창에 실시간으로 운전 상태 정보를 필요한 데이터로 가공하여 출력하며, 원격제어장치(100)의 각종 설정 데이터를 중앙감시실 서버(200)에 송신한다.

더욱 상세하게는, 서버(210)와 원격제어장치(100)와의 통신 접속은 원격제어장치(100)가 항상 접속을 해 올라올 수 있도록 서버 모드로 프로그램이 구성되어 있으며, 원격제어장치(100)가 일단 접속이 이루어지면 먼저 원격제어장치(100)에 ID를 요구하여 회신 된 ID가 중앙감시실 서버(200)에 등록이 되어 있는지를 먼저 검사하며 만일 등록이 되어 있지 않은 ID일 경우 그 접속을 차단한다. 등록된 ID와 일치하면 초당 2, 3회 정도 원격제어장치(100)에 운전 상태 데이터를 주기적으로 요구하며 그 데이터를 메모리에 저장하며 또한 매 1분마다 DATABASE 화하여 저장하며 이상 발생 또는 출입문 개폐, 인체 감지 센서가 동작할 때에는 별도의 LOG FILE을 저장하여 조회할 수 있다. 서버프로그램(220)은 통신 회선의 고장 또는 MODEM의 고장 등 여러 요인에 의한 통신 단절시 원격제어장치(100)와 최단시간 내 재접속이 이루어질 수 있도록 매 20초 마다 원격제어장치(100)의 특정 메모리에 PING CHECK용 데이터를 RANDOM하게 송신한다. 원격제어장치(100)는 수신된 PING CHECK 데이터 메모리에 저장하며 매 30초 마다 이전 데이터와 비교하여 그 값의 변화가 없을 경우에는 통신 선로에 이상이 발생한 것으로 간주하여 현재의 SOCKET을 CLOSE 하여 서버프로그램(220)과의 접속을 해지한 후 PORT를 하나 증가하여 다시 SOCKET을 형성하여 서버프로그램(220)에 접속을 시도한다. 서버프로그램(220)은 원격제어장치(100)로 송신된 주기적인 읽기 데이터는 반드시 요구 조건에 일치하게 회신이 되면 다음 읽기 요구 데이터를 전송하지만 만일 그 데이터가 20초 내에 회신이 되지 않으면 원격제어장치(100)와의 통신 접속을 해지한다. 한편, 서버가 접속을 해지하거나 또는 통신 회선에 이상 발생시 원격제어장치(100)는 30초 마다 PING CHECK 데이터를 비교하여 재접속을 시도하여도 2분 이내 서버프로그램(220)과 접속이 이루어지지 않을 경우 IP 공유기와 xDSL MODEM의 전원을 자동으로 OFF 하였다가 다시 전원을 ON하여 통신 장치의 RESET 기능을 대신한다.

서버프로그램(220)의 화면은 감시창과 보고서 출력창으로 구성되어 지며 감시창은 원격제어장치(100)와 클라이언트 프로그램(310)의 접속 정보가 표시되며 출력창은 저장된 DATABASE로부터 조건을 입력하여 EXCEL FILE로 자동 저장되도록 하는 출력조회, 화면상에서 조회하는 기록조회, 이상 및 가압장내 변화내역의 LOG 조회 및 원격제어장치 등록 및 클라이언트 프로그램 ID, PASSWORD, 권한 부여 등을 관리하는 기타 관리 창으로 구성되어 있다.

클라이언트 프로그램(310)은 메인프로그램(320)과 상세프로그램(330)으로 구성되며 메인프로그램(320)은 한 구역 내 모든 가압장의 중요 운전 상태를 일목요연하게 파악할 수 있도록 구성되어 있어 각 가압장별로 펌프의 기동 여부가 그래픽으 로 표시되고 흡입압력, 토출압력 및 시스템 운전/정지 상태, 통신 접속 상태 및 이상 발생 상태가 일목요연하게 표시되도록 하였으며 만일 이상이 발생할 경우 "에러발생"이란 문구가 적색으로 점멸됨과 동시에 컴퓨터의 스피커를 통하여 그 에러에 해당하는 음성 메시지를 반복하여 출력한다.

상세프로그램(330)은 메인프로그램(320)에서 해당가압장의 연결버튼을 클릭함으로써 실행되며 가압장 내 1차 전원의 전압, 전류, 시스템 가동율, 가압펌프 1, 2의 운전/정지 상태, 인버터의 DC BUS 전압, 인버터 전류, 인버터 운행 주파수, 토출 압력, 흡입압력, 가압장내 온도, 습도, 배수 비트의 LEVEL, 배수펌프의 운전/정지 상태, 문 열림 상태, 열 감지 센서 상태, 배기펜 동작 상태, 실내등 점소등 상태가 표시되는 운전 상태창이 열린다.

또한, 상기의 운전 상태를 일목요연하게 파악할 수 있는 운전 상태창과 흡입압력, 토출압력, 시스템 가동율을 Transient Graph 형태로 볼 수 있는 차트보기 창, 서버프로그램으로부터 원격지 가압장의 IP 정보를 읽어 CCD 카메라를 직접 접속하여 가압장내 화상을 표시하는 영상창, 그리고 이상 발생시 그 내역을 표시하는 이상 메세지창으로 구성되어 있다.

부가적으로, 상세보기 창은 운전 상태 창에 표시하지 못한 각종 접보를 표시하는데, 가압장내 입력 장치를 통하여 들어오는 모든 신호를 데이터 처리하여 표기하며 여기에는 원격제어장치(100)가 RS-485 포트를 통하여 취득한 인버터(110) 내부의 운전 상태 데이터도 표시한다. CCD 카메라 영상창은 CCD 카메라의 영상을 보 면서 카메라를 직접 조작할 수 있도록 구성하여 사용자는 가압장내의 화상을 Zoom IN, Zoom OUT, 상하좌우로 구동할 수 있다.

정리하자면, 본 발명에 따른 원격 자동제어시스템은 원격제어장치(100)를 이용해 소규모 무인 급수가압장 내의 모든 주변장치들을 자동 제어하고, 1개의 유동 IP로 인터넷망을 통하여 데이터 를 중앙통제실에 설치되는 고저 IP를 가진 중앙감시실 서버(200)에 접속되어 실시간 운전 데이터를 송수신한다. 서버에 설치 운용되는 서버프로그램(220)은 원격제어장치로부터 수신된 각종 운전 상태 및 LOGGING DATA를 DATABASE화 하여 저장하고 중앙 통제실 관리자 또는 관할 동/읍 사무소의 클라이언트(300)로 접속요구에 소정의 확인 절차를 거친 후 클라이언트 프로그램에 해당 가압장과 송수신 된 데이터를 중계한다. 이로써 클라이언트 프로그램(310)은 중앙감시실 서버(200)를 통하여 가압장의 상태를 감시하며 각종 지령을 통하여 필요시 직접 가압장 내 여러 구동장치를 제어할 수 있으며 서버로부터 가압장의 유동 IP를 취득하여 CCD 카메라를 직접 연결하여 화상까지 나타내는 네트워크화된 시스템이다.

이하에서는, 상기와 같은 구조로 구성된 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템의 원격제어방법을 시스템에 내장된 프로그램들의 알고리즘을 토대로 설명하도록 한다.

먼저, 상기 원격제어장치(100)에 전원이 인가되면, 저장된 서버 컴퓨터의 IP 주소와 포트 정보를 기준으로 중앙감시실 서버(200)컴퓨터에 접속을 시도하여 온-라인 상태를 유지하고 서버가 요구하는 주기적인 데이터를 송신하며 명령 데이터는 데이터 종류에 따라 처리를 한 후 다시 중앙감시실 서버(200)컴퓨터에 전송한다. 또한, 메인컨트롤러(120)에서는 인버터(110)로부터 회신되는 각종 데이터를 저장하기 위하여 일정 용량의 메모리(SRAM)(123)를 할당하고, 표시패널(140)의 입력 또는 클라이언트 프로그램(310)에서의 입력으로부터 얻어진 상기 인버터(110) 통신 관련 설정 데이터(제어변수 포함)를 근거로 하여 상기 인버터(110)에 상태 메모리 데이터 요구 명령을 전송한 후, 일정시간 이내에 정상데이터가 인버터(110)로부터 회신 되면, 각종 데이터를 지정된 메모리(123)에 인버터(110)의 메모리와 일 대 일로 맵핑(Mapping)시켜 시스템에 사용하고, 정상 데이터가 회신 되지 않거나 일정시간 이내에 정상 데이터가 회신 되지 않으면 원격제어장치(100)의 인버터 접근 관련 메모리 비트를 클리어(Clear) 한다.

상기 메인컨트롤러(120)와 인버터(110)와의 통신에 있어서, 상기 보조컨트롤러(130)는 RS-485를 통하여 메인컨트롤러(120)와 인버터(110) 간의 통신 데이터를 항상 감시하고 있으며, 연속하여 이상 데이터 발견 시, 상기 메인컨트롤러(120)의 리셋단자에 전기적으로 강제 리셋시키고, 그 후에도 정상화되지 않을 경우, 시스템을 직접 제어한다.

다음으로, 상기 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)의 상호 데이터 통신에 있어서는 RS-232를 통하여 서로 통신을 하는 동시에 시스템의 운전과 관련된 각종 설정 변수들은 상기 메인컨트롤러(120)와 상기 보조컨트롤러(130)에 동시에 저 장 또는 수정이 이루어지는데, 일정간격(대략, 400ms)으로 형식화된 데이터 패킷을 상호 송/수신한다.

이에 따라, 상기 메인컨트롤러(120)는 일정시간 이내에 표준 데이터 패킷의 수신이 이루어지지 않으면, 그 횟수를 카운트하여 10회 이상 연속적으로 정상 데이터가 수신되지 않을 경우, 보조컨트롤러(130)의 RESET 단자를 전기적으로 일정시간(약 500mS) 동안 로우(Low) 레벨로 유지되도록 함으로써 보조컨트롤러(130)는 재 부팅하여, 정상 프로그램을 수행하도록 한다.

마찬가지로, 상기 보조컨트롤러(130) 또한 메인컨트롤러(120)로부터 송신된 데이터 패킷을 체크하여 데이터에 이상이 발생할 경우, 상기와 같은 방법으로 강제 리셋(Reset)시켜 정상 동작을 하도록 하며, 일정 시간이 경과하여도 정상적인 데이터 수신이 이루어지지 않을 경우, 상기 보조컨트롤러(130)는 메인컨트롤러(120)와 연결되어 있는 RS-485 용 릴레이를 ON시켜 메인컨트롤로(120)와 인버터(110) 간의 전기적인 회로를 차단하고 시스템의 제어권을 확보한 후 시스템을 직접 제어한다. 이로써 메인컨트롤러(120)가 고장이 발생하여도 보조컨트롤러(130)이 그 기능을 대신하여 시스템을 안정적으로 구동한다.

마지막으로, 클라이언트 프로그램의 운영 형태를 살펴보면, 시스템에 각종 명령을 하달할 수 있는 관리자용과 단지 운전 상태 및 이상 내역만을 조회할 수 있는 감시용으로 구분되어 운용된다. 서버프로그램(220)은 클라이언트 프로그램(310)이 접속시에 미리 저장된 ID 정보를 통하여 관리자용 또는 감시용인지 구별하여 클라이언트 프로그램(310)이 감시용인 경우 지령 명령은 모두 무시함으로써 단지 감 시용 기능만을 수행하도록 한다. 감시용 프로그램은 시스템 운용과 직접적으로는 관련이 없으나 관할 읍/면/동 사무소에서 1차적으로 주민의 신고시 그 원인을 바로 파악할 수 있도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 이상이 발생할 경우 이상 그 이상 메시지 창이 자동으로 팝업(POP-UP)됨과 동시에 미리 저장된 이상 Wave 파일로 해단 음성 메시지를 컴퓨터에 연결된 스피커를 통하여 관리자가 인지할 수 있도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 펌프의 동작을 제어하는 인버터를 포함한 가압장 내의 주변장치들과 연결되어 통신수단을 통해 내부의 데이터 통신 및 외부와의 데이터 통신이 가능한 단일의 원격제어장치가 각 가압장에 설치되어 별도의 제어반을 설치할 필요가 없어 설치비용 및 설치공간 면에서 이득이 발생하며, 원격지에서 가압장별로 급수설비의 운전상태를 확인하고 제어시스템의 모든 장치들에 관련된 제어변수를 직접 설정하고 조회할 수 있어 원격지에서 가압장별 급수설비를 직접 진단하고 신속하게 운영, 관리할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 원격제어장치의 컨트롤러를 이중화하여 상호 운전 상태를 감시하도록 함으로써, 어느 한쪽에 이상이 발생할 경우 자동으로 복구시켜 시스템이 가동되도록 하고, 메인컨트롤러의 고장이 복구가 되지 않을 경우 보조컨트롤러가 시스템의 제어권을 확보하여 가압장이 설치된 지역의 단수 현상을 방지하며, 이상 발생시 휴대폰을 통한 단문 메시지 서비스(SMS)기능 과 중앙감시실 및 관할 읍/ 면/동에 설치된 클라이언트 프로그램에 오류발생 신호를 즉시 전송하여 원격지에서 시스템의 이상을 신속히 감지하여 조치할 수 있게 함으로서 시스템의 안정성과 신뢰성이 확보되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 일반적인 TMTC(Tele Metering Tele Control)의 통신 수단인 전용선을 사용하지 아니하고 Ethernet 포트를 내장한 원격제어장치를 일반적인 유동 IP를 사용하는 xDSL MODEM을 사용하여 서버 컴퓨터에 접속하여 데이터 통신이 이루어진다. 클라이언트 프로그램은 인터넷이 되는 전 세계 어디에서라도 서버에 접속하여 감시 제어가 가능하며 서버 컴퓨터로부터 가압장의 유동 IP 정보를 취득하여 가압장의 CCD 카메라를 직접 접속하여 화상을 볼 수 있다. 즉 본 시스템은 저렴한 유동 IP를 사용하는 1개의 xDSL 회선을 사용하여 가압장내 데이터 통신을 물론이고 CCD 카메라를 원격지에서 마치 고정 IP를 가진 카메라에 접속하듯이 클라이언트 프로그램에서 직접 접속을 하여 시스템을 유지 관리할 수 있으며 중앙 감시실에 별도의 TMTC반을 운영할 필요가 없어 유지비용을 줄일 수 있으며, 중앙 감시실 외부에서도 시스템을 감시제어할 수 있다.

Claims (7)

1. 급수를 위해 가압장에 설치되는 펌프들의 동작을 제어하는 인버터(110) 및 가압장 내의 주변장치들에 연결되어 가압장의 운전정보를 수집하고, 상기 가압장을 제어하고, 프로그램을 이용해 데이터의 입출력을 처리하는 씨피유(121, 131)와, 문자열을 표기하는 엘씨디와, 숫자를 표기하는 세그먼트와, 시스템 제어변수를 설정하고 조회하기 위한 키패드가 구비되어 원격제어장치(100)에 장착되는 표시패널(140) 및 보조컨트롤러(130)에 연결되어 시스템 제어를 위한 데이터를 입력받는 동시에 가압장의 운전상태를 표시하기 위해 상기 표시패널(140)로 데이터를 출력하는 입/출력부(122)와, 상기 입/출력부를 통해 송/수신되는 데이터를 저장하는 메모리(123)와, 내부적으로 시간을 카운트하여 시간과 관련한 각종 데이터의 제어를 수행하도록 하는 리얼타임클럭(124)으로 구성되는 메인컨트롤러(120)와, 상기 메인컨트롤러(120)와 연결되어 메인컨트롤러(120)에 이상 발생시, 시스템의 제어권을 확보하여 가압장을 제어하고, 프로그램을 이용해 데이터의 입출력을 처리하는 씨피유(121, 131)와, 급수펌프의 유입관과 배출관에 설치되는 압력센서와, 가압장 내에 설치되는 온도/습도센서와, 가압장의 출입구에 설치되는 열감지센서와, 인버터 및 주변장치들의 접점에 연결되는 전류센서가 A/D변환 포트를 통해 연결되어 센서들로부터 가압장 설비의 운전환경을 조절하기 위해 필요한 데이터를 입력받아 씨피유(121, 131)로 전달하는 입력부(132a)와, 각종 환기팬과, 램프와, 경보기를 동작시키는 릴레이가 연결되어 상기 씨피유(121, 131)에서 전달된 데이터에 따라 제어신호를 출력하는 출력부(132b)로 구성되는 보조컨트롤러(130)로 구성되어 각 지역에 설치되는 다수의 가압장들에 각각 설치되는 원격제어장치(100)와;

   상기 원격제어장치(100)에서 수집된 운전정보를 데이터별로 저장하고, 상기 운전정보를 프로그램을 이용해 제어에 필요한 데이터로 가공하여 DATABASE화 하고 출력하며 클라이언트(300)의 접속에 응하여 각종 데이터를 송수신하고, 접속된 전체 가압장에서 경보 발생시 그 경보내역을 미리 저장한 관리자에게 휴대폰을 통한 단문메세지(SMS)를 자동으로 송출하는 서버(210)와;

   상기 서버(210)에서 전송된 데이터를 이용하여 각 인터넷을 통하여 지역별로 가압장들의 실시간 운전상태를 모니터를 통해 감시 제어할 수 있는 있도록 하고, 복수개의 가압장을 한 개의 화면에 배치하고 각각의 화면에는 흡입 압력 표기, 토출 압력 표기, 가압펌프 기동/정지 상태, 운전중 또는 미접속 표시, 에러발생 표시 및 클라이언트 상세프로그램(330) 연결버튼으로 구성되어 지며, 다른 하나의 모니터에는 상기 연결버튼을 클릭한 가압장의 상세프로그램(330)이 나타나 가압장 내에 모든 장치를 상세하게 감시 제어할 수 있고 CCD카메라에 접속하여 가압장의 상태를 육안으로 확인할 수 있는 창이 표시되는 클라이언트 프로그램(310)과;

   상기 원격제어장치(100) 내의 데이터 통신을 가능하도록 하며, 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)에 각각 구비된 RS-232를 이용해 상호 간의 데이터 통신을 가능하도록 하는 제 1 통신 포트(410)와, 상기 메인컨트롤러(120)와 보조컨트롤러(130)에 각각 구비된 RS-485를 이용해 인버터(110)와의 통신을 가능하도록 하는 제 2 통신 포트(420)와, 상기 메인컨트롤러(120)에 구비되어 인터넷망을 통해 직접 중앙감시실 서버(200) 및 클라이언트 프로그램(310)과의 데이터 통신을 가능하도록 하며, xDSL MODEM을 통하여 인터넷망을 통하여 서버에 접속을 시도하여 온라인 상태를 유지하며, 중앙감시실 서버(200)는 접속된 가압장의 유동 IP 정보를 취득하여 클라이언트 프로그램(310)이 접속될 때 이 IP 정보를 제공하여 클라이언트(300)에서 CCD 카메라를 직접 접속하여 선택된 가압장 내의 상태를 원격지에서 육안으로 확인할 수 있는 Ethernet 포트(430)로 구성되어 가압장이 원격제어되는 통신수단(400);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소규모 무인 급수가압장 원격 자동제어시스템.
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