KR100749175B1 - 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치 - Google Patents

공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이러한 방법을 이용한 장치에 의하면, 기존의 APAR 알고리즘의 한계인 다중 고장 추정에 의한 고장부위의 특정에 대한 단점을 극복하여, 단시간에 특정 요소에 대한 단일 고장 검출이 가능하여 즉각적인 유지 보수가 가능하도록 하여 건물 운영의 비용을 최소화하고 요소의 노후 설비에 대한 대비를 효율적으로 함과 동시에 시스템 운영자의 노고를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
이를 위하여, 본 발명에 의한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치는, A) 고장진단에 필요한 한정값을 일정한 상수로 지정하고, 공조기 시스템에 설치되어 있는 요소로부터 측정된 데이터 값을 수집하는 단계; B) 상기 데이터 값 중 외기온도의 이상 여부를 판단하는 단계; C) 상기 외기온도가 소정의 범위 내에 포함되는지를 판단하여 각 범위에 해당하는 모드를 자동적으로 선정하는 단계; 및 D) 상기 선택된 모드에서 미리 지정된 한정값을 읽어들인 후 해당 모드에 지정된 복수의 고장 판단식에 의하여 복수의 온도 인자에 대한 고장 여부를 순차적으로 판단하되, 서로 관련성이 있는 온도 인자가 2개 이상 포함된 복수의 고장 판단식을 동시에 만족할 경우 상기 고장 판단식에 포함된 서로 공통되는 온도 인자를 고장 인자로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공조 시스템, 분류형 규칙기반 방식, 고장, 검출, 진단, 온도

Description

공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치{METHOD OF CLASSIFIED RULE-BASED FAULT DETECTION AND DIAGNOSIS IN AIR-HANDLING SYSTEM AND DEVICE THEREOF}
도 1은 종래의 APAR 방식에서 4가지 운전모드를 위한 난방코일밸브, 냉방코일밸브 및 혼합 공기 댐퍼의 관계를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 진단 및 검출 장치의 구성을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 진단 및 검출 방법에 대한 전체 플로우차트.
도 4는 도 3의 모드 1에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트.
도 5는 도 3의 모드 2에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트.
도 6은 도 3의 모드 3에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트.
도 7은 도 3의 모드 4에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 플로우차 트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 제 1 회전 속도계 120 : 제 2 회전 속도계
130 : 제 1 주파수 측정기 140 : 제 2 주파수 측정기
210 : 제 1 전위차계 220 : 제 2 전위차계
230 : 제 3 전위차계 240 : 제 4 전위차계
310 : 외기온도 센서 320 : 급기온도 센서
330 : 혼합공기온도 센서 340 : 순환공기온도 센서
350 : 외기레퍼런스온도 센서 400 : 중앙 제어부
본 발명은 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공조 시스템에 있어서 구성요소 중 어느 하나의 요소가 고장일 경우 이러한 고장난 구성요소를 정확하게 찾아내어 해당 구성요소의 성능저하로 인한 전체 시스템에서의 에너지 손실을 최단시간 내에 방지하기 위한 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 건물들이 고층화 및 지능화됨에 따라 설비시스템은 더욱 다양화되고 복잡하게 구성되어 있다. 건물의 HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning) 시스템을 비롯하여 에너지 설비들의 규모가 커지고, 자동화 및 복잡화되면서 고장발생 시 경제적인 손실과 위험성을 증폭시킬 수 있는 가능성이 커지고 있다. 부적절하거나 성능이 열화된 건물 공조시스템이 사용될 경우, 연간 에너지 사용량이 30~50%까지 증가될 수 있다는 연구결과로부터 에너지 설비의 검증 및 성능 진단 시스템의 중요성을 알 수 있다.
따라서, 여러 형태의 건물에서 고장이 없는 운전과 진단 능력을 확보하기 위해서는 유연하고 효과적으로 고장감지와 진단을 수행할 수 있는 분산형의 자동화된 검증 및 성능진단 시스템이 필요하다.
특히, 공조 설비와 같은 에너지 설비에 있어서 관리기술 개선에 의해 절약될 수 있는 에너지량은 무시할 수 없는 양으로 상용건물의 공조설비 재감리에 의해 고장 상태를 개선한 후 20~30% 이상 증가할 수 있으므로, 이로부터 고장 검출 및 진단시스템의 중요성을 알 수 있다.
건물의 최적 운용에 의한 에너지 절약을 달성하기 위해서는 건물설비의 최적제어와 함께 설비의 성능 저하를 유발하게 되는 고장이나 노후에 따른 시스템의 점진적인 성능 저하를 적절하게 예측 또는 감지하여 사전 또는 고장 발생시 신속하게 처리해야 한다. 또한, 성능저하를 예방하고, 시스템의 안전성을 확보하여 비효율적인 에너지의 낭비나 실내 환경의 열악화를 방지할 수 있어야 한다. 따라서, 건물의 에너지절약과 쾌적한 실내 환경 보전, 유지관리비용저감 등의 효과를 극대화 시키기 위해서는 건물자동화 시스템과 연결하여 사용할 수 있는 실시간용 자동 고장예지 및 진단 시스템을 개발하여 운용자에게 제공할 필요가 있다.
이러한 상황 가운데, 미국의 NIST에서는 규칙기반 방식의 공조기 고장검출 및 진단 방법을 제안하였다. 이때, 종래의 공조기 성능 평가 규칙(APAR: AHU Performance Assessment Rule)은 공조기의 고장을 검출하기 위해 물질 수지 관계와 에너지 수지 관계, 그리고 부위별 온도 분포 등으로 추론된 전문가 규칙들을 이용하는 진단 도구이다. 각 부위의 제어신호는 운전모드를 결정하는 데 사용되며, 각 운전모드에 해당하는 전문가 규칙들이 기계적인 고장이나 제어기의 고장 여부를 결정하기 위해 사용된다.
그러면, 미국 NIST에서 제안한 종래의 규칙기반 방식의 공조기 고장검출 및 진단 방법, 즉 공조기 성능 평가 규칙(APAR)에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, '운전모드'에 대해 살펴보기로 한다. 고장 검출과 진단을 위해 사용한 전문가 규칙은 난방코일, 냉방코일 그리고 이코노마이저를 위한 설비와 제어기가 장치된 단일 공급덕트 가변풍량 또는 정풍량 공조기를 위한 것이다. 규칙들은 공조기의 온도제어 및 부위별 온도 분포관계에 초점을 맞추고 있다. 따라서 온도와 직접 관련된 부품과 제어기만 다루어진다.
공조기의 온도제어기는 급기 송풍기 후단의 덕트에서 공급되는 급기온도를 설정값으로 조절하게 된다. 외부 공기는 공조기로 흡입되어 건물로부터 순환되는 공기와 혼합되어 냉난방코일을 통화면서 온도가 제어된다. 공조기의 운전모드는 사용기간 중 급기온도와 환기를 유지하기 위해 계절에 따라 크게 4가지로 구분할 수 있다. 4가지 운전모드를 위한 난방코일 밸브, 냉방코일 밸브 그리고 혼합 공기 댐퍼의 관계를 정리하여 나타낸 것이 도 1에 해당한다. 내부와 외부의 열 부하를 포함한 다양한 열 관계에 의해 4가지 운전모드가 결정된다.
모드 1(mode 1)의 난방 모드에서는 난방 온도를 유지하기 위해 난방코일 밸브를 조절하여 급기온도를 설정값으로 조절하며 냉방코일 밸브는 닫혀 있게 된다. 혼합 공기 댐퍼는 최소 환기 상태를 유지하기 위한 정도의 최소의 개도(degree of opening) 상태로 열어둔다.
냉방부하가 증가하면, AHU(Air Handling Unit)의 운전모드는 난방 모드에서 외기를 이용한 냉방 모드인 모드 2(mode 2)로 바뀌게 된다. 모드 2(mode 2)에서는 냉난방코일밸브는 닫히게 되며 급기온도를 냉각 설정값으로 유지하기 위해 혼합 공기 댐퍼를 조절하게 된다.
냉방 부하가 더욱 증가하게 되면 혼합공기 댐퍼가 완전히 열려 정지하게 되고 기계적 냉방모드인 모드 3(mode 3)으로 전환된다. 공조기가 기계적 냉방모드로 운전되면 냉방코일 밸브의 조절에 의해 냉각 설정점이 유지되며, 난방코일밸브는 닫히게 된다. 외기 댐퍼는 최대나 최소 상태를 유지하게 된다.
모드 3(mode 3)은 외기 댐퍼가 100% 열린 상태에서의 기계적 냉방이 이루어지는 영역이며, 모드 4(mode 4)는 외기 댐퍼가 최소 상태에서의 기계적 냉방이 이루어지는 영역이다. 도 2는 제어신호와 온도에 따라 변하는 운전모드 관계를 정리한 것이다.
한편, 공조기 성능 평가를 위한 '전문가 규칙'에 대해 살펴보면 다음과 같다.
고장 검출을 위한 방법의 기본은 공조기의 성능을 평가할 수 있는 전문가 규칙(Rule)이며 공조기에서 이 규칙을 컴퓨터로 구현하기 위해 정리한 것이 APAR 성능 진단 도구이다. 진단 도구는 공조기의 모드를 결정하기 위하여 제어신호와 거주(occupancy) 정보를 이용하였으며 해당모드에 적용될 수 있는 온도센서 사이의 관계를 명시할 수 있는 규칙의 집합을 규정하였다.
규칙은 측정 온도신호와 제어신호의 관계를 나타내는 정성적 모델을 이용하였다. AHU에서는 4가지 운전모드가 사용되기 때문에 각 모드에서 적용 할 수 있는 규칙들을 구분하여 설정하였다. 냉난방코일밸브와 공기 혼합 댐퍼의 디지털 제어신호에 의해 운전모드를 결정할 수 있다.
일단 운전모드가 설정되면, 질량과 에너지 보존법칙과 온도 분포를 기반으로 AHU의 제어에 이용되는 계측 신호를 이용하여 필요한 규칙을 생성할 수 있다.
첫째, 난방모드인 모드 1에서는 급기온도를 설정점으로 유지하기 위해 난방코일의 제어밸브를 조절하게 되며 냉방코일은 닫혀 있게 되고 외기 흡입댐퍼는 최소위치를 유지한다. 측정된 온도를 기초로 한 규칙은 다음과 같으며, 이하에 기재된 수식들을 만족시킬 경우가 '고장'을 의미한다.
Rule 1. Tsa < Tma + ΔTsf - εt
Rule 2. For |Tra - Toa|≥ΔTmin : |Qoa/Qsa - (Qoa/Qsa)min|>εf
여기서, Tsa는 급기온도, Tma는 혼합공기온도, ΔTsf는 급기 송풍기를 통한 온도 증가, Tra는 순환공기온도, Toa는 외기온도, ΔTmin는 회수공기온도와 외기온도 사이의 최소온도차 허용값, Qoa/Qsa는 외기온도 비율로 온도비 (Tma-Tra)/(Toa-Tra)로 표시될 수 있으며, (Qoa/Qsa)min는 외기온도 비율 최소 허용값, εt는 온도계측에 따른 오차 허용값, 그리고 εf는 유량에 관련된 오차 허용값(온도측정 오차의 함수)이다.
규칙 1(Rule 1)은 급기온도와 혼합공기온도의 부조화를 나타내는 것으로 냉방모드에서는 급기온도가 혼합공기온도보다 높아야 하며 송풍기에서의 온도 상승을 고려할 경우 송풍기에서의 온도 상승과 혼합공기온도를 합한 값보다 급기온도 값이 높아야 한다. 규칙 2(Rule 2)는 공조기에 흡입되는 외기온도의 값이 너무 높거나 낮은 경우 고장으로 간주하는 것으로 온도측정의 오차를 고려하여 온도차(Tra-Toa)가 허용오차 이상일 경우에만 규칙을 적용하였다. εt, εf, ΔTsf, 그리고 ΔTmin는 사용자가 미리 설정하는 값이다. 제어신호와 관련하여 다음과 같이 규칙을 만들 수 있다.
Rule 3. |uhc - 1| ≤ εhc and Tsa,s - Tsa ≥ εt
Rule 4. |uhc - 1| ≤ εhc
여기서, uhc는 정규화된 난방코일 밸브 제어신호 [0, 1]로 uhc = 0 은 밸브가 닫힌 상태, uhc = 1은 100% 열린 상태를 나타낸다. 그리고 Tsa,s는 급기온도 설정값, εhc는 난방코일 제어신호의 허용값이다.
밸브의 제어신호는 제어기의 종류에 따라 전류출력인 4~20mA 또는 전압출력 1~5Volt 등의 아날로그 신호 출력값을 이용하여 조절된다. 여기서 4mA 또는 1Volt의 출력은 난방밸브나 냉방밸브를 완전히 닫은 상태에 해당한다. 본 명세서에서 [0]으로 표현된 것이 이에 해당하며 0%의 출력과 동일하다. 또한 20mA 또는 5Volt의 출력은 난방밸브나 냉방밸브가 완전히 열린 상태에 해당한다. 본 명세서에서 [1]로 표현된 것이 이에 해당하며 100%의 출력과 동일하다. 이와 같이, 공조 시스템에서 0과 1로 표기하는 것은 위 출력방식이 제어기마다 다른 경우가 많기 때문에 기술의 이해를 돕기 위하여 [0, 1]로 표기하기로 한다.
규칙 3(Rule 3)은 냉방코일 밸브가 최대로 열려 있으나 급기의 설정온도를 유지하지 못하는 상태로 제어불능 상태를 나타낸다. 규칙 4(Rule 4)는 다른 조건에 의해 제어값이 최대값을 유지하는 것으로 주의가 요망되는 상황을 나타낸다. εhc와 εt는 설비특성에 따라 운전자가 정하는 값이다. 냉방코일 밸브와 혼합공기 댐퍼의 제어신호는 항상 검사되어야 하며 모드 1에 맞게 냉방코일 밸브는 닫혀 있어야 하며 혼합공기 댐퍼도 외기 댐퍼가 최소가 되도록 설정되어야 한다.
둘째, 외기냉각 모드(mode 2)에서는 혼합공기 댐퍼를 이용하여 급기온도를 설정값으로 제어하며 냉방코일과 난방코일은 닫혀 있다. 모드 2의 규칙은 다음과 같다.
Rule 5. Toa > Tsa,s - ΔTsf + εt
Rule 6. Tsa > Tra - ΔTrf + εt
Rule 7. |Tsa - ΔTsf - Tma| > εt
여기서, ΔTrf 는 순환송풍기를 통한 온도 상승값이다. 규칙 5(Rule 5)는 이 모드에서 외기온도가 너무 높은 경우이다. 규칙 6(Rule 6)은 급기온도와 순환공기온도사이의 부조화를 나타낸다. 급기온도는 순환공기온도에 순환송풍기를 통한 온도 상승분을 더한 값보다 낮아야 한다. 규칙 7(Rule 7)은 급기온도와 혼합공기온도 사이의 부조화를 나타낸다. 냉방코일과 난방코일이 작동하지 않기 때문에 급기온도는 혼합공기온도와 급기송풍기를 통한 온도 상승분을 더한 값과 거의 일치해야 한다. εt, ΔTsf 그리고 ΔTrf는 운전자 설정값이다.
셋째, 100% 외기 댐퍼상태로 냉방코일을 이용하는 냉방모드(mode 3)에서는 냉방코일 밸브에 의해 급기온도의 설정값을 제어하게 되며 혼합공기 댐퍼는 외기 흡입댐퍼가 최대로 열리고 난방코일 밸브는 닫혀 있다. 모드 3에서의 규칙은 다음과 같다.
Rule 8. Toa < Tsa,s - ΔTsf - εt
Rule 9. Toa > Tco + εt
Rule 10. |Toa - Tma| > εt
Rule 11. Tsa > Tma + ΔTsf + εt
Rule 12. Tsa > Tra - ΔTrf + εt
여기서, Tco는 모드 3에서 모드 4로 변하는 전환(change over) 공기온도이다. 규칙 8(Rule 8)은 모드 3을 적용하기에는 외기온도가 너무 낮은 경우이며, 규칙 9(Rule 9)는 반대로 외기온도가 너무 높은 경우이다. 규칙 10(Rule 10) 내지 규칙 12(rule 12)는 외기온도와 혼합공기온도, 급기온도와 혼합공기온도, 그리고 급기온도와 순환공기온도 사이의 온도 부조화를 나타낸다. εt, ΔTrf 그리고 ΔTsf 운전자 설정값이다. 규칙 3과 4(Rule 3, 4)는 같은 규칙이 냉방코일에 의한 냉방모드에 적용될 수 있으며, 규칙은 다음과 같다.
Rule 13. |ucc - 1| ≤ εcc 그리고 Tsa,s - Tsa ≥ εt
Rule 14. |ucc - 1| ≤ εcc
여기서, ucc는 정규화된 냉방코일 밸브 제어신호 [0, 1]로 ucc=0은 밸브가 닫혀 있는 상태, ucc=1은 100% 열려 있는 상태, εcc는 냉방코일 제어신호의 허용값이다.
마찬가지로 규칙 13(Rule 13)은 냉방코일 밸브가 최대로 열린 상태에서 급기온도의 설정점을 유지하지 못하고 높은 값을 나타내는 제어불능 상태이며, 규칙 14(Rule 14)에서는 급기온도는 허용범위에 들어가 있으나 제어한계 상태에 도달하 여 주의가 필요한 상태이다. εcc와 εt는 사용자 설정값이다.
넷째, 외기 댐퍼 최소 개도로 냉방코일을 이용하는 제어모드(mode 4)에서는 외기 흡입댐퍼를 최소위치로 두고 냉방코일 밸브를 이용하여 급기온도를 제어한다. 모드 4에서 규칙은 다음과 같다.
Rule 15. Toa < Tco - εt
Rule 16. Tsa > Tma + ΔTsf + εt
Rule 17. Tsa > Tra - ΔTrf + εt
Rule 18. For |Tra - Toa|≥ΔTmin : |Qoa/Qsa - (Qoa/Qsa)min|>εf
규칙 15(Rule 15)는 외기온도가 모드 4에 맞지 않게 너무 낮은 상태를 나타낸다. 규칙 16과 17(Rule 16, 17)은 급기온도와 혼합공기온도 그리고 급기온도와 순환공기온도와의 부조화를 나타낸다. 규칙 18(Rule 18)은 공조기에 들어오는 외부 공기의 비율이 너무 낮은 경우를 나타낸다. εt, εf, ΔTmin, ΔTrf와 ΔTsf는 운전자 설정값이다.
규칙 13과 14(Rule 13, 14)는 모드 4에도 적용될 수 있다. 규칙 13과 14를 반복하여 모드 4를 위해 표현하면 다음과 같다.
Rule 19. |ucc - 1| ≤ εcc and Tsa - Tsa,s ≥ εt
Rule 20. |ucc - 1| ≤ εcc
규칙 19와 20(Rule 19, 20)의 설명은 규칙 13과 14(Rule 13, 14)와 동일하다.
다섯째, 다음은 냉방코일 밸브, 난방코일 밸브, 그리고 혼합공기 댐퍼의 제어신호를 기본으로 하여 미지의 모드에 대한 규칙이다. 다음 규칙 중 어느 하나의 조건을 만족해도 고장 상태이다.
Rule 21. ucc > εcc , uhc > εhc and εd < ud < 1-εd
Rule 22. uhc > εhc and ucc > εcc
Rule 23. uhc > εhc and ud > εd
Rule 24. εd < ud < 1-εd and ucc > εcc
여기서, ud는 정규화된 혼합공기 댐퍼 제어신호[0, 1], ud가 0일 때는 외기 흡입댐퍼가 닫혀 있는 상태이며, ud=1은 100 % 열려 있는 상태이다. 그리고 εd는 혼합공기 댐퍼 제어신호의 허용값이다.
규칙 21(Rule 21)은 혼합공기 댐퍼, 냉방코일 밸브, 난방코일 밸브가 동시에 제어되는 상태이다. 규칙 22, 23, 24(Rule 22, 23, 24)는 최소 2개의 밸브나 댐퍼가 동시에 구동되는 상태이다. εcc, εhc 그리고 εd 는 사용자 설정값이다.
여섯째는 모든 거주 모드에 해당되는 규칙으로 다음 조건을 만족하면 고장으 로 간주한다.
Rule 25. | Tsa - Tsa,s | > εt
Rule 26. Tma < min(Tra , Toa) - εt
Rule 27. Tma > max(Tra , Toa) + εt
규칙 25(Rule 25)는 급기온도가 설정값을 유지하지 못하는 경우이며, 규칙 26과 27(Rule 26, 27)은 혼합공기의 온도가 외기 및 순환공기 온도의 최대 및 최소 사이의 값으로 결정되어야 한다는 것을 나타낸다. εt는 운전자 설정값이다. 규칙 25(Rule 25)는 규칙 3, 13 또는 19가 만족되면 동시에 만족되는 규칙으로 이들 규칙을 만족하지 않는 경우의 고장을 찾기 위한 것이다.
일곱째, 빈번한 모드의 변화는 감시제어나 현장제어기의 불안정성에 의해 기인할 수 있으므로 주어진 시간 내의 모드 변화를 검사하여 이를 검출할 수 있다.
Rule 28. [단위 시간당 모드 변화수] > MTmax
여기서, MTmax는 주어진 시간당 허용 모드 변화수이다.
이상과 같은 APAR 성능진단도구에 사용되는 규칙들을 정리하면 다음 표 1과 같다.
Figure 112006036514526-pat00001
상기 표 1에 정리된 모든 규칙들은 해당 조건을 만족하면 고장이 발생한 것으로 표현하였다. 아래의 표 2는 각 규칙을 만족시킬 수 있는 고장을 정리한 것이다.
Figure 112006036514526-pat00002
여기서, 표 2에 정리되어 있는 것이 모든 고장상황을 나타낸 것은 아니며, 규칙으로 검출 가능한 고장을 정리한 것으로 각 규칙과 관련한 고장의 가능한 영향을 검토한 것이다. 규정된 효과는 쾌적성, 내부 공기의 질, 에너지, 보수 및 설비 수명 등을 포함하고, 특정한 경우에는 하나 이상의 심각한 영향이 나타날 수 있다.
특히, HVAC 시스템의 구성요소 중 가장 중요한 요소는 온도이다. 지정된 실내온도, 지정된 급기온도 등을 유지하는 것이 무엇보다 중요한 것이다. 따라서, 고장진단용 알고리즘은 온도를 측정하는 센서에 대한 고려가 가장 중요하며 앞서 살펴본 APAR 방식에서 제안하는 고장검출방식 또한 이 부분에 집중되어 있는 것이다.
하지만, 상술한 종래의 APAR 방식만으로는 공조 시스템의 모든 고장의 원인과 위치를 정확하게 진단할 수는 없고, 단지 규칙을 만족하는 고장 현상의 유무를 검출하는 것이며, 문제의 원인을 파악하기 위해서는 추가적인 노력이 필요한 현실적인 문제점이 있었다.
즉, 현대에는 공조 설비가 더욱 복잡해짐에 따라 많은 고장에 걸리기 쉬운 상태가 되고 있는 반면에, 유지 보수는 어려워지고 있다. 그러므로, 공조기를 위한 고장 검출 및 진단 도구는 다양한 시스템에 적용될 수 있도록 강건하게 설계되어야 하는데, 상술한 APAR과 VPACC은 시뮬레이션 혹은 실험실에 설치된 장치를 이용하여 진단 범위와 성능 등이 검토된 후에만 실제 건물에 적용할 수 있는 문제점이 현존하는 것이다.
그뿐만 아니라, 상술한 종래의 규칙기반 방식의 공조기 고장검출 및 진단 방법(APAR)은 HVAC 시스템이 운전되는 각 모드(mode)에서 정해진 규칙기반 방식에 의해 검출되는 고장을 최소한 2개 이상으로 판단해야 하는 다고장 추정방식이므로, 단일고장을 검출할 수 없는 문제점이 있었다.
즉, APAR 방법은 고장 판단식들이 만족되는 경우 식에 사용된 모든 변수들은 고장의 가능성이 있음을 의미한다. 시스템 내에서 "A" 요소(혹은 변수)가 고장났다고 가정하고 APAR 방법을 이용하여 고장을 판단하는 경우에는 "A" 요소(혹은 변수)를 포함한 모든 식들이 고장 판단식을 만족하게 되므로, 시스템에서 한 개 요소가 고장일 때 이를 정확하게 찾아내지 못하고 "A" 요소를 포함한 다른 많은 요소들도 고장이라고 추정하는 단점이 있다.
결국, 앞서 설명한 APAR 추정방식에 의하면 다중요소의 고장이 동시에 발생하는 경우에 고장 진단이 가능할 수 있으나 '하나'의 요소가 고장인 경우에는 어느 구성요소가 고장났는지의 고장요소 혹은 고장부위에 대하여 정확하면서도 빨리 찾아내는 판단이 곤란하게 된다. 가령, 모드 2의 Rule 6, 7에 의한 고장판단식에 있어서 실제로 Tsa만이 고장(Tsa를 계측하는 온도센서가 고장임을 의미함)인 경우, 상기 Rule 6, 7에 의한 고장판단식을 모두 만족하므로 Tsa, Tra, Tma 변수가 모두 고장이거나 이중 하나 또는 두 개가 고장일 것으로 판단하게 되어 특정부위에 대한 고장 판단이 모호하게 되는 문제점이 있게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 APAR 알고리즘의 한계인 다중 고장 추정에 대한 단점을 극복하기 위해 특정 요소에 대한 단일 고장 검출이 가능하도록 해주기 위한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이러한 방법을 이용한 장치를 제공하는 데 있다.
아울러, 본 발명은 저가의 센서와 기존 온도센서의 신호를 이용하여 기존의 중대형 건물에 설치된 HVAC 시스템과의 호환성을 용이하게 이룰 수 있도록 해주고, 이로 인해 기존 건물의 공조 시스템에 실제 적용 가능하도록 한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법과 이를 이용한 장치는,
A) 고장진단에 필요한 한정값을 일정한 상수로 지정하고, 공조기 시스템에 설치되어 있는 요소로부터 측정된 데이터 값을 수집하는 단계;
B) 상기 데이터 값 중 외기온도의 이상 여부를 판단하는 단계;
C) 상기 외기온도가 소정의 범위 내에 포함되는지를 판단하여 각 범위에 해당하는 모드를 자동적으로 선정하는 단계; 및
D) 상기 선택된 모드에서 미리 지정된 한정값을 읽어들인 후 해당 모드에 지정된 복수의 고장 판단식에 의하여 복수의 온도 인자에 대한 고장 여부를 순차적으로 판단하되, 서로 관련성이 있는 온도 인자가 2개 이상 포함된 복수의 고장 판단 식을 동시에 만족할 경우 상기 고장 판단식에 포함된 서로 공통되는 온도 인자를 고장 인자로 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 진단 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 장치
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 진단 장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 진단 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 회전 속도계(110, 120), 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240), 외기온도 센서(310), 급기온도 센서(320), 혼합공기온도 센서(330), 순환공기온도 센서(340), 외기레퍼런스온도 센서(350) 및 중앙 제어부(400)로 구성되어 있다.
제 1 회전 속도계(tachometer; 110)는 상기 중앙 제어부(400)에서 출력한 "4-20mA"의 입력 신호에 따른 급기 송풍기(supply blower; 10)의 회전수를 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하고, 제 2 회전 속도계(120)는 중앙 제어부(400)에서 출력한 "4-20mA"의 아날로그 입력 신호에 따른 환기 송풍기(return blower; 20)의 회전수를 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 한다. 이 때, 본 발명을 구현함에 있어, 상기 제 1, 2 회전 속도계(110, 120) 대신에, 임의의 입력 신호에 따른 상기 급기 송풍기(10)와 환기 송풍기(20)의 주파수를 측정하는 제 1, 2 주파수 측정기(130, 140)를 구성할 수도 있다.
또한, 제 1 전위차계(potentiometer; 210)는 VAV 댐퍼(50)의 구동부에 설치되어 상기 VAV 댐퍼(50)의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하고, 제 2 전위차계(220)는 외기 댐퍼(60)의 구동부에 설치되어 상기 외기 댐퍼(60)의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하며, 제 3 전위차계(230)는 배기 댐퍼(70)의 구동부에 설치되어 상기 배기 댐퍼(70)의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하고, 제 4 전위차계(240)는 혼합 댐퍼(80)의 구동부에 설치되어 상기 혼합 댐퍼(80)의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 측정한 후 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 한다.
한편, 외기온도 센서(310)는 외기온도를 측정한 후 상기 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하고, 급기온도 센서(320)는 급기온도를 측정한 후 상기 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하며, 혼합공기온도 센서(330)는 혼합공기온도를 측정한 후 상기 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하고, 순환공기온도 센서(340)는 순환공기온도를 측정한 후 상기 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 하며, 외기레퍼런스온도 센서(350)는 상기 외기온도 센서(310)의 이상 유무를 진단하기 위한 레퍼런스 값을 측정한 후 상기 중앙 제어부(400)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 중앙 제어부(400)는 상기 제 1 및 2 회전 속도계(110, 120), 상기 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240), 상기 외기, 외기레퍼런스, 급기, 혼합공기 및 순환공기온도 센서(310 내지 350)의 측정 결과값들을 획득한 후 해당 모드에서 구동되는 구성 요소들의 고장 유무를 검출하고, 이후 그 고장 유무 결과값을 운용자에게 디스플레이시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 중앙 제어부(400)가 상기 제 1 및 2 회전 속도계(110, 120), 상기 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240), 상기 외기, 외기레퍼런스, 급기, 혼합공기 및 순환공기온도 센서(310 내지 350)의 측정 결과값들을 획득하는 방법은 무빙 에버리지(Moving Average) 방법을 이용함으로써, 측정에 따라 발생할 수 있는 오차값에 의한 고장진단의 오류를 최소화할 수 있다.
이때, 상기 중앙 제어부(400)는 상기 급기 송풍기(10) 또는 상기 환기 송풍기(20)의 고장 유무를 각각 진단함에 있어, 상기 제 1 및 2 회전 속도계(110, 120)의 출력값과 상기 급기 송풍기(10) 또는 상기 환기 송풍기(20)로 입력된 신호(4-20mA)의 비가 이미 설정된 한정값을 초과하면 각각 고장으로 진단한다.
또한, 상기 중앙 제어부(400)는 상기 VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 또는 혼합 댐퍼(80)의 고장 유무를 각각 진단함에 있어, 상기 제 1 또는 4 전위차계(210 내지 240)의 전압 출력값과 자신이 명령한 댐퍼의 개도명령 입력에 대한 비가 이미 설정된 한정값을 초과하면 각각 고장으로 진단한다.
분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 진단 장치의 동작 과정 중에서 상 기 중앙 제어부(400)가 수행하는 각 모드별 고장 진단 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 진단 및 검출 방법에 대한 전체 플로우차트이며, 도 4는 도 3의 모드 1에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트, 도 5는 도 3의 모드 2에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트, 도 6은 도 3의 모드 3에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트, 및 도 7은 도 3의 모드 4에 있어서의 고정 진단 및 검출 방법에 대한 세부 플로우차트를 나타낸다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, HVAC 시스템의 구성요소 중 가장 중요한 것은 온도이다. 지정된 실내온도, 지정된 급기온도 등을 유지하는 것이 무엇보다 중요한 것이다. 따라서 고장진단 알고리즘은 온도를 측정하는 센서에 대한 고려가 가장 중요하며 APAR에서 제안하는 고장검출 방식도 이 부분에 집중되어 있는 것이다.
앞에서 지적한 바와 같이 APAR 방식은 2개 이상의 요소에 대한 고장검출로 인해 정확한 고장요소 혹은 고장부위를 알지 못하는 단점이 있다. 본 발명에 의한 분류형 규칙기반 알고리즘을 기초로 하는 고장검출 및 진단방법은 이를 개선하기 위한 방법으로서 개발된 것이다.
한정값 지정 및 데이터 수집 단계
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘의 시작은 고장진단에 필요한 한정값을 일정한 상수로 지정하는 것이 다. 이는 모든 관계식에 사용되는 ε, ΔT 등의 값을 정의하는 것을 의미한다.
시스템의 한정값들이 선정되면 HVAC 시스템에 설치되어 있는 요소 혹은 측정 장비에서 출력되는 전압, 온도, 압력 등의 신호를 실시간으로 모니터한다. 측정된 데이터 값은 신호수집기로 보내져 무빙 에버리지(moving average) 방법을 이용하여 측정에 따라 발생할 수 있는 오차값에 의한 고장진단의 오류를 최소화한다.
모드선정 단계
도 3에 도시된 바와 같이, 중앙 제어부(400)는, 무빙 에버리지(Moving average) 개념을 이용한 데이터의 획득이 효과적으로 이루어지면 HVAC 시스템에서 측정되는 외기온도(TOA)에 의해 모드를 선정하게 된다. 운전모드의 선정에 관계되는 한정값들은 "TOA ,HT,set, TOA ,cool,set, TOA ,cool,min,set"이 필요하며 이는 필요에 따라 변경될 수 있는 값으로 프로그래밍 한다. 본 발명에 의한 진단 알고리즘에서 공조 시스템의 각 요소의 고장을 판단하는데 있어서 에너지 방정식을 처음으로 적용하는 요소는 외기온도(TOA) 센서이다. 외기온도(TOA) 센서의 신호는 기준이 되는 레퍼런스외기온도(TOA ,ref) 센서 신호와 비교하여 그 값의 차이가 한정값(예를 들면 1.5 K) 이내에 들면 이상이 없는 것으로 판단한다. 만약 여기서 측정되는 외기온도(TOA) 센서의 신호가 고장신호라고 판단되면 이를 먼저 진단하여야 하며, 고장이 아니라고 판단될 경우에는 도 3에 기재된 다양한 설정기준에 부합하는 조건에 따라 모드 1 내지 4 중 어느 하나로 이동하여 해당 모드에서의 고장진단 판단을 수행하게 된다.
즉, 본 발명에 있어서의 운전모드의 설정방법은 「외기온도」에 전적으로 의존한다. 결국 외기온도에 따라 운전모드를 우선 선정하고 난 후, 각 운전모드(모드 1 내지 4)에 대해서 최대 댐퍼 개도값, 최소 댐퍼 개도값, 냉난방밸브의 오차값 등의 계수값이 적용되게 된다.
한편, 상기 중앙 제어부(400)가 모드 선정 이전에 외기온도(TOA)의 이상 여부를 판정하는 방법은 하기의 [수학식 1]을 만족할 경우 정상으로 판정하고, 만족하지 않을 경우 고장으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00003
여기서, TOA는 외기온도이고, TOA .ref는 외기레퍼런스온도이며, εOA는 외기온도의 허용값이다.
모드 1의 고장검출 및 진단방법
도 4에 도시된 바와 같이, 중앙 제어부(400)는 앞서 설명한 모드 선정단계에 의한 판단결과 하기의 [수학식 2]을 만족하는 경우 현 모드를 모드 1로 선정한다.
Figure 112006036514526-pat00004
여기서, TOA는 외기온도이고, TOA,HT,set는 외기 난방코일 설정온도이다.
모드 1은 겨울철에 외기공기를 차단하고 환기를 계속적으로 가열하여 실내온도를 유지하는 운전방법이며, 이때 외기댐퍼의 개도는 100% 닫혀있어야 한다. 따라서 상기 중앙 제어부(400)는 초기에 각 요소의 데이터를 측정한 후 우선 외기댐퍼의 개도유무를 판단한다. 모드 1에서 자동조절부에서 출력되는 외기댐퍼의 개도신호는 100% 닫히도록 발생하게 된다. 이때, 외기댐퍼가 100% 닫혀있지 않으면, 상기 중앙 제어부(400)는 댐퍼에 공급되는 입력신호와 출력신호를 서로 비교하고, 여기서 고장으로 판단되지 않으면 외기온도를 다시 판단하여 모드 2, 3, 4 중 하나의 제어모드로 변경한다.
상기 중앙 제어부(400)는 제어모드에서 외기온도의 신호(TOA)를 상기 [수학식 1]의 방법으로 다시 한번 고장여부를 진단한 후 가열코일에 공급되는 신호를 확인한다. 여기서 난방코일(30)에 공급되는 출력신호가 없으면 난방코일(30)의 고장이 의심되는 것이므로 이를 고장으로 진단해야 한다.
이때, 상기 중앙 제어부(400)가 모드 1에서 난방코일(30)에 대한 고장 유무를 진단하는 방법은 하기의 [수학식 3]을 만족할 경우 정상으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 고장으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00005
여기서, VHT .set은 난방코일로 공급되는 출력 신호이다.
한편, 본 발명에서는 모드 1에서 서로 관련성이 있는 온도 인자인 TOA, TRA, Tma가 2개 이상 포함된 식을 이용하여 서로 공통되는 부분을 고장인자로 판단한다. 이러한 판단이 가능한 이유는, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명이 한 개의 요소가 고장인 경우에만 이를 정확하게 찾아내는 알고리즘에 해당하므로 가능한 것으로서, 다중요소가 동시에 고장인 경우에는 본 발명의 적용이 불가능함을 전제로 하기 때문이다. 이러한 사항은 후술하는 모드에서도 동일하게 적용되어 판단될 수 있다.
따라서, 초기에 TOA의 이상이 발생하지 않은 경우, 상기 중앙 제어부(400)는 다음 진단 단계에서 하기의 [수학식 4] 중 제1식(좌측)과 제2식(우측)을 모두 만족하는 공통인자인 혼합공기온도(Tma)를 고장요인으로 판단한다.
Figure 112006036514526-pat00006
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이고, εf는 유량에 관련된 오차 허용값이며, TOA는 외기온도이며, TRA는 순환공기온도이다.
그런후, 상기 중앙 제어부(400)는 다음 진단 단계에서 하기의 [수학식 5] 중 제1식과 제2식을 동시에 만족할 경우 급기온도(TSA)를 이상으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00007
여기서, TSA는 급기온도이고, TSA .set은 급기 설정온도이며, εSA는 급기온도 허용값이고, εhc는 난방코일 제어신호의 허용 계수이며, uhc는 정규화된 난방코일밸브 제어신호[0, 1]이다.
지금까지 진행된 과정에서 TOA, Tma, TSA에 대한 이상요인이 판단될 수 있다. 따라서, 상기 중앙 제어부(400)는 순환공기온도(TRA)에 대한 이상 유무를 진단함에 있어 하기의 [수학식 6]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00008
여기서, Tma는 혼합공기온도이고, εf는 유량에 관계된 오차에 의한 허용값이며, TOA는 외기온도이며, TRA는 순환공기온도이다.
이때, TOA, Tma, TSA에 대한 이상이 발생하지 않은 상태에서 상기 [수학식 6]의 관계식을 만족한다는 것은 순환공기온도(TRA) 인자에 대한 이상을 의미하는 것이다. 마지막으로 위에서 언급된 에너지방정식의 조건들에서 고장요인으로 판단되지 않는다면 HVAC 시스템은 정상적인 동작을 하고 있는 것으로 판단하게 되며, 이로써 상기 중앙 제어부(400)는 다시 최초의 데이터 수집 과정을 수행하게 된다.
모드 2의 고장검출 및 진단방법
도 5에 도시된 바와 같이, 중앙 제어부(400)는 앞서 설명한 모드 선정단계에 의한 판단결과 하기의 [수학식 7]을 만족하는 경우 현 모드를 모드 2로 선정한다.
Figure 112006036514526-pat00009
여기서, TOA는 외기온도이고, TOA ,HT,set은 외기 난방코일 설정온도이며, TOA,cool,set은 외기 냉방코일 설정온도이다.
모드 2는 봄, 가을철과 같이 겨울철보다 온도가 상승한 외기공기의 조건에서 가열코일과 냉방코일을 차단하고 환기를 계속적으로 실시하여 실내온도를 유지하는 운전방법이다. 모드 2는 외기댐퍼의 개도 조정만을 통해 급기온도와 실내온도의 조건을 만족하도록 운전하게 된다.
상기 중앙 제어부(400)는 현 모드가 모드 2로 선정되면, 초기에 각 요소의 데이터를 측정한 후 우선 상기 [수학식 1]을 이용하여 외기온도(TOA)의 이상 여부를 판정한다. 여기에서도 측정되는 외기온도(TOA)의 신호가 고장신호라고 판단되면 이를 먼저 진단하여야 한다.
하기의 [수학식 8]에 의하면 외기온도(TOA)는 급기 설정온도(TSA ,set)보다 절대 로 높은 온도일 수 없다. 따라서, [수학식 8]을 만족하면 급기 설정온도(TSA,set)를 잘못 지정한 것으로 판단해야 한다.
Figure 112006036514526-pat00010
여기서, TOA는 외기온도이고, TSA .set은 급기 설정온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
다음 단계에서 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 9]를 이용하여 급기온도(TSA)에 대한 이상 유무를 진단할 수 있는데, 이때 하기의 [수학식 9]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다. 즉, [수학식 9]의 제1식과 제2식을 이용하여 두 관계식을 동시에 만족하게 되는 고장요인인 급기온도(TSA)를 검출할 수 있는 바, [수학식 9]의 제1식과 제2식 모두를 만족해야만 고장이라고 판단해야 하므로 제1식과 제2식 모두에 들어 있는 인자, 즉 급기온도(TSA) 인자를 이상이라고 판정할 수 있다.
Figure 112006036514526-pat00011
여기서, TSA는 급기온도이고, TRA는 순환공기온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이고, Tma는 혼합공기온도이다.
이때, 상기 중앙 제어부(400)는 상술한 [수학식 9]를 만족하지 않는다면, 하기의 [수학식 10]을 이용하여 순환공기온도(TRA)에 대한 이상 유무를 진단할 수 있게 되며, 이는 하기의 [수학식 10]을 만족할 경우 순환공기온도(TRA) 인자를 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00012
여기서, TSA는 급기온도이고, TRA는 순환공기온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
그러므로, 지금까지 진행된 고장여부 판단을 이용하면 TOA, Tma, TSA의 고장여부를 알 수 있다.
다음, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 11]을 사용하여 혼합공기온도(Tma)에 대한 이상 유무를 진단할 수 있게 되는데, 이때 하기의 [수학식 11]을 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00013
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
현재까지 고장요인을 판단하기 위해 언급된 관계식을 만족하지 않는 조건이 라면, HVAC 시스템은 정상적인 동작을 하고 있는 것으로 판단하게 되며, 상기 중앙 제어부(400)는 다시 데이터 수집 과정을 처리한다.
모드 3의 고장검출 및 진단방법
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 중앙 제어부(400)는 앞서 설명한 모드 선정단계에 의한 판단결과 하기의 [수학식 12]를 만족하는 경우 현 모드를 모드 3으로 선정한다.
Figure 112006036514526-pat00014
여기서, TOA는 외기온도이고, TOA ,cool,set은 외기 냉방코일 설정온도이며, TOA ,cool,min,set은 외기 냉방코일 최저 설정온도이다.
모드 3은 초여름과 같이 봄, 가을철보다 온도가 조금 더 상승한 외기공기의 조건에서 냉방코일을 조절하여 실내온도를 유지하는 운전방법이다. 이 때 외기 댐퍼(60)의 개도는 100% 개방하여 외기를 유입하고, 난방코일(30)은 운전하지 않는 상태가 된다. 즉 냉방코일(40)의 조정만을 통해 급기온도 조건을 만족하도록 운전하게 된다.
상기 중앙 제어부(400)는 모드 3에서 초기에 각 요소의 데이터를 측정한 후 우선 외기 댐퍼(60)의 개도유무를 판단한다. 자동조절부에서 출력되는 외기 댐퍼(60)의 개도신호는 100% 열리도록 발생하게 된다. 이때, 외기 댐퍼(60)가 100% 개방되어 있지 않으면, 상기 중앙 제어부(400)는 외기 댐퍼(60)에 공급되는 입력신호와 출력신호를 서로 비교하고, 여기서 고장으로 판단되지 않으면 외기온도를 다시 판단하여 모드 2, 3, 4 중 하나의 제어모드로 변경한다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 외기온도(TOA)의 신호를 상기 [수학식 1]의 방법으로 다시 한번 고장여부를 진단한다. 측정된 외기온도(TOA)의 신호가 이상신호라고 판단되면 이를 먼저 진단하여야 한다. 만일 난방코일(30)에서 신호가 나오고 있으면 모드 1로 운전되고 있는 가능성이 있으므로 모드 1의 고장검출 과정을 이용한다.
다음 과정에서 상기 중앙 제어부(400)는 난방코일(30)에서 신호가 나오지 않는 경우 하기의 [수학식 13] 내의 세가지 수식을 공통적으로 만족하는 조건을 이용하여 외기온도(TOA) 인자에 대한 고정여부를 진단한다. 외기온도(TOA) 인자에 대한 고정여부는 모드 3의 초기에 한번 진단한 상태이기 때문에 재진단하게 되는 것이다.
Figure 112006036514526-pat00015
여기서, TOA는 외기온도이고, TSA.set은 급기 설정온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TCO는 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도이고, Tma는 혼합공기온도이다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 외기온도(TOA)가 정상일 경우 하기의 [수학식 14]를 이용하여 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도(TCO)에 대한 이상 유무를 진단하되, 하기의 [수학식 14]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다. 여기서, 변환 온도(TCO)의 온도는 측정되는 값이 아니라 지정되는 값이므로 공조기 시스템의 운전자(operator) 또는 전문가의 판단이 요구된다.
Figure 112006036514526-pat00016
여기서, TOA는 외기온도이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TCO는 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도이다.
TOA와 TCO의 이상 여부를 진단한 후에는 상기 중앙 제어부(400)가 혼합공기온도(Tma)에 대한 이상 유무를 진단할 수 있는데, 이는 하기의 [수학식 15]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00017
여기서, TOA는 외기온도이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, Tma는 혼합공기온도이다.
HVAC 시스템 중에서 급기부에 해당하는 온도인 Tsa, Tra, Tma의 고장여부를 진단하기 위해서는 아래의 [수학식 16]을 이용한다. 이때 하기의 [수학식 16] 내의 모든 관계식을 만족할 경우 급기온도(TSA)를 고장으로 진단이 가능하다.
Figure 112006036514526-pat00018
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TRA는 순환공기온도이고, uCC는 정규화된 냉방코일밸브 제어신호[0, 1]이며, εCC는 냉방코일 제어신호의 허용 계수이고, TSA.set은 급기 설정온도이다.
한편, 상기 [수학식 16] 중 어느 하나의 관계식이라도 만족하지 않는다면 아래의 [수학식 17]의 관계식만을 이용하여 혼합공기온도(Tma)의 고장여부를 진단할 수 있다. 혼합공기온도(Tma)의 고장여부는 이미 수학식 13에서 고장여부를 진단한 바 있다. 따라서, 혼합공기온도(Tma)의 고장여부를 다시 한번 진단하게 되는 것이다.
Figure 112006036514526-pat00019
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 급기온도(TSA)가 정상인 상태에서 하기의 [수학식 18]을 이용하여 순환공기온도(TRA)에 대한 이상 유무를 진단할 수 있으며, 이는 하기의 [수학식 18]을 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다. 즉, 급기온도(TSA)에 대한 고장이 없는 상태에서 [수학식 18]을 만족한다는 것은 순환공기온도(TRA)의 고장을 나타내는 것이다.
Figure 112006036514526-pat00020
여기서, TSA는 급기온도이고, TRA는 순환공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 19]를 이용하여 정규화된 냉방코일밸브 제어신호[0, 1](uCC)에 대한 고장 유무를 진단하되, 하기의 [수학식 19]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00021
여기서, uCC는 정규화된 냉방코일밸브 제어신호[0, 1]이고, εCC는 냉방코일 제어신호의 허용 계수이며, TSA는 급기온도이고, TSA .set은 급기 설정온도이며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
상기 중앙 제어부(400)는 현재까지 고장요인을 판단하기 위해 언급된 관계식을 만족하지 않는 조건이라면, HVAC 시스템은 정상적인 동작을 하고 있는 것으로 판단하고, 이로써 최초의 데이터 수집 처리 과정으로 다시 이동한다.
모드 4의 고장검출 및 진단방법
도 7에 도시된 바와 같이, 중앙 제어부(400)는 앞서 설명한 모드 선정단계에 의한 판단결과 하기의 [수학식 20]을 만족하는 경우 현 모드를 모드 4로 선정한다.
Figure 112006036514526-pat00022
여기서, TOA는 외기온도이고, TOA ,cool,min,set은 외기 냉방코일 최저 설정온도이다.
모드 4는 초여름보다 외기온도가 더욱 상승한 한여름과 같은 외기공기의 조건에서 냉방코일(40)을 조절하여 실내온도를 유지하는 운전방법이다. 이때, 외기 댐퍼(60)의 개도는 100% 닫아 외기의 유입을 차단하고 에너지의 손실을 방지하며 히터 혹은 난방코일(30)은 운전하지 않는 상태가 되도록 한다.
상기 중앙 제어부(400)는 모드 4에서 초기에 각 요소의 데이터를 측정한 후 우선 외기 댐퍼(60)의 개도유무를 판단한다. 자동조절부에서 출력되는 외기 댐퍼(60)의 개도신호는 100% 닫히도록 즉 0% 열리도록 발생하게 된다. 이때, 외기 댐퍼(60)가 100% 닫히지 않으면, 상기 중앙 제어부(400)는 외기 댐퍼(60)에 공급되는 입력신호와 출력신호를 서로 비교하고 여기서 고장으로 판단되지 않으면 외기온도를 다시 판단하여 모드 2, 3, 4 중 하나의 제어모드로 변경한다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 상기 [수학식 1]을 이용하여 외기온도(TOA)의 이상 여부를 판정한다. 여기에서도 측정되는 외기온도(TOA)의 신호가 고장신호라고 판단되면 이를 먼저 진단하여야 한다.
이어서, 외기온도(TOA)의 신호가 정상이면, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 21]을 이용하여 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도(TCO)에 대한 이상 유무를 진단하되, 하기의 [수학식 21]을 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00023
여기서, TOA는 외기온도이고, TCO는 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도이 며, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
다음, 하기의 [수학식 22] 내의 관계식 모두를 공통적으로 만족하는 고장신호는 급기온도(TSA)이다. 따라서, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 22]를 이용하여 급기온도(TSA)에 대한 이상 유무를 진단하며, 이때 하기의 [수학식 22]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다. [수학식 22]는 제1식, 제2식 및 제3식으로 구성되어 있으며 상기 세 가지 식을 모두 만족해야만 고장이라고 판단하므로 3개의 식에 공통으로 들어있는 인자인 급기온도(TSA)를 이상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00024
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TRA는 순환공기온도이고, uCC는 정규화된 냉방코일밸브 제어신호[0, 1]이며, εCC는 냉방코일 제어신호의 허용 계수이고, TSA.set은 급기 설정온도이다.
이어서, 상기 [수학식 22]를 공통으로 만족하지 않는다면, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 23]을 이용하여 혼합공기온도(Tma)에 대한 이상 유무를 진단하며, 이때 하기의 [수학식 23]을 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112006036514526-pat00025
여기서, TSA는 급기온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이다.
그 후, 상기 중앙 제어부(400)는 하기의 [수학식 24], [수학식 25]를 이용하여 순환공기온도(TRA)에 대한 이상 유무를 진단하되, 하기의 [수학식 24]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정하며, 하기의 [수학식 25]를 만족할 경우 고장으로 판정하고, 만족하지 않을 경우에는 정상으로 판정한다.
Figure 112007039793653-pat00059
여기서, TSA는 급기온도이고, TRA는 순환공기온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이다.
Figure 112006036514526-pat00027
여기서, TRA는 순환공기온도이고, TOA는 외기온도이며, ΔTmin은 순환공기와 외기온도와 최소 온도차 허용값이고, Tma는 혼합공기온도이며, εf는 유량에 관계된 오차에 의한 허용값이다.
현재까지 고장요인을 판단하기 위해 언급된 관계식을 만족하지 않는 조건이라면, 상기 중앙 제어부(400)는 시스템이 정상적인 동작을 하고 있는 것으로 판단하여, 다시 최초의 데이터 수집 과정으로 이동한다.
한편, 상술한 복수의 모드 내에서 각 플로우챠트를 차례로 따라가며 고정여부를 판단하다가 특정한 수학식에서 고장이 발견되면 이 부분을 시스템 운영자가 알 수 있도록 고장이라고 알려주고(해당 도면에서는 플로우챠트상의 인쇄기능이 이에 해당함) 고장진단을 멈추게 된다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이러한 방법을 이용한 장치에 의하면, 기존의 APAR 알고리즘의 한계인 다중 고장 추정에 의한 고장부위의 특정에 대한 단점을 극복하여, 단시간에 특정 요소에 대한 단일 고장 검출이 가능하여 즉각적인 유지 보수가 가능하도록 하여 건물 운영의 비용을 최소화하고 요소의 노후 설비에 대한 대비를 효율적으로 함과 동시에 시스템 운영자의 노고를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명의 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 고장 검출 및 진단 방법과 이러한 방법을 이용한 장치에 의하면, 특정 건물이나 시스템에만 적용할 수 있는 모델기반 방식의 고장검출 및 진단 방법과는 달리 HVAC 시스템을 구성하는 특정 부위의 온도 측정과 저비용이 소요되는 센서 등의 설치를 통해 건물의 냉. 난방에 소요되는 기계요소의 작동에 대한 정보를 파악함으로써 중대형 건물의 고장검출 및 진단에 포괄적으로 적용될 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims (17)

  1. A) 고장진단에 필요한 한정값을 일정한 상수로 지정하고, 공조기 시스템에 설치되어 있는 요소로부터 측정된 데이터 값을 수집하는 단계;
    B) 상기 데이터 값 중 외기온도 인자의 이상 여부를 판단하는 단계;
    C) 상기 외기온도가 소정의 범위 내에 포함되는지를 판단하여 각 범위에 해당하는 모드를 자동적으로 선정하는 단계; 및
    D) 상기 선택된 모드에서 미리 지정된 한정값을 읽어들인 후 해당 모드에 지정된 복수의 고장 판단식에 의하여 복수의 온도 인자에 대한 고장 여부를 순차적으로 판단하되, 서로 관련성이 있는 온도 인자가 2개 이상 포함된 복수의 고장 판단식을 동시에 만족할 경우 상기 고장 판단식에 포함된 서로 공통되는 온도 인자를 고장 인자로 판단하는 단계;
    를 포함하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 A 단계에 의하여 측정된 데이터 값은 신호수집기로 보내져 무빙 에버리지(moving average) 방법을 이용하여 측정에 따라 발생할 수 있는 오차값에 의한 고장진단의 오류를 최소화하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙 기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 B 단계의 외기온도 인자의 이상 여부는, TOA가 외기온도, TOA .ref가 외기레퍼런스온도이며, εOA가 외기온도의 허용값이라 할 때,
    Figure 112006036514526-pat00028
    을 만족할 경우 정상으로 판정하고, 만족하지 않을 경우 고장으로 판정하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 C 단계의 모드 선정단계에 의한 판단결과, TOA가 외기온도이고 TOA,damper는 외기 댐퍼 온도라 할 때
    Figure 112006036514526-pat00029
    을 만족하는 경우 현 모드를 모드 1로 선정하고 외기댐퍼의 개도유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서, TSA는 급기온도이고, TSA.set은 급기 설정온도이며, εSA는 급기온도 허용값이고, εhc는 난방코일 제어신호의 허용 계수이며, εt는 온도계측에 따른 오차 허용값이며, εf는 유량에 관련된 오차 허용값이며, uhc는 정규화된 난방코일밸브 제어신호라 할 때,
    상기 D단계는,
    d1) 상기 모드 1에서 서로 관련성이 있는 온도 인자로서 외기온도(TOA), 순환공기온도(TRA), 및 혼합공기온도(Tma)를 선정하고, 초기에 TOA의 이상이 발생하지 않은 경우,
    Figure 112007039793653-pat00030
    를 이용하여 혼합공기온도(Tma) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d2) 상기 d1 단계의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00031
    를 이용하여 급기온도(TSA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계; 및
    d3) 상기 d1 내지 d2에 의하여 TOA, Tma, TSA에 대한 이상요인이 판단된 후,
    Figure 112007039793653-pat00032
    에 의하여 순환공기온도(TRA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 C 단계의 모드 선정단계에 의한 판단 결과, TOA는 외기온도이고 TOA,HT,set은 외기 난방코일 설정온도이며 TOA ,cool,set은 외기 냉방코일 설정온도라 할 때,
    Figure 112006036514526-pat00033
    를 만족하는 경우 현 모드를 모드 2로 선정하고 외기댐퍼의 개도 조정만을 통해 급기온도와 실내온도의 조건을 만족하도록 운전하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  7. 제6항에 있어서, TSA는 급기온도이고 TRA는 순환공기온도이며 εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이고 Tma는 혼합공기온도라 할 때,
    상기 D단계는,
    d1) 상기 모드 2에서 초기에 TOA의 이상이 발생하지 않은 경우, 를 이용하여 급기온도(TSA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d2) 상기 d1 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00035
    을 이용하여 순환공기온도(TRA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d3) 상기 d2 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00036
    을 이용하여 혼합공기온도(Tma) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 C 단계의 모드 선정단계에 의한 판단 결과, TOA는 외기온도이고 TOA ,cool,set은 외기 냉방코일 설정온도이며 TOA ,cool,min,set은 외기 냉방코일 최저 설정온도라 할 때,
    Figure 112006036514526-pat00037
    를 만족하는 경우 현 모드를 모드 3으로 선정하고, 외기 댐퍼의 개도를 100% 개방하고 냉방코일의 조정만을 통해 급기온도 조건을 만족하도록 운전하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서, TOA는 외기온도이고, TSA.set은 급기 설정온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TCO는 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, TRA는 순환공기온도이고, uCC는 정규화된 냉방코일밸브 제어신호이며, εCC는 냉방코일 제어신호의 허용 계수라 할 때,
    상기 D단계는,
    d1) 상기 모드 3에서 초기에 TOA의 이상이 발생하지 않은 경우,
    Figure 112007039793653-pat00038
    를 모두 만족하는 공통인자인 외기온도(TOA) 인자에 대한 고정여부를 재진단하는 단계;
    d2) 상기 d1 단계에 의하여 외기온도(TOA)가 정상일 경우,
    Figure 112007039793653-pat00039
    를 이용하여 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도(TCO) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d3) 상기 d2 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00040
    를 이용하여 혼합공기온도(Tma) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d4) 상기 d3 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우, 급기부에 해당하는 온도인 Tsa, Tra, Tma의 고장여부를 진단하기 위해서
    Figure 112007039793653-pat00041
    를 이용하여 급기온도(TSA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d5) 상기 d4 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00042
    을 이용하여 혼합공기온도(Tma) 인자의 이상여부를 재진단하는 단계;
    d6) 상기 d5 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00043
    을 이용하여 순환공기온도(TRA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계; 및
    d7) 상기 d6 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00044
    를 이용하여 정규화된 냉방코일밸브 제어신호(uCC) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 C 단계의 모드 선정단계에 의한 판단 결과, TOA는 외기온도이고 TOA ,cool,min,set은 외기 냉방코일 최저 설정온도라 할 때,
    Figure 112006036514526-pat00045
    를 만족하는 경우 현 모드를 모드 4로 선정하고, 외기 댐퍼의 개도는 100% 닫아 외기의 유입을 차단하고 냉방코일의 조정만을 통해 급기온도 조건을 만족하도록 운전하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  11. 제10항에 있어서, TOA는 외기온도이고, TSA.set은 급기 설정온도이며, ΔTSF는 급기 송풍기를 통한 온도 상승 값이고, εt는 온도 측정오차에 의한 허용값이며, TCO는 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도이고, Tma는 혼합공기온도이며, TRA는 순환공기온도이고, uCC는 정규화된 냉방코일밸브 제어신호이며, εCC는 냉방코일 제어신호의 허용 계수이며, ΔTmin은 순환공기와 외기온도와 최소 온도차 허용값이고, εf는 유량에 관계된 오차에 의한 허용값이라 할 때,
    상기 D단계는,
    d1) 상기 모드 4에서 초기에 TOA의 이상이 발생하지 않은 경우,
    Figure 112007039793653-pat00046
    를 이용하여 모드 3에서 모드 4로 바뀌는 변환 온도(TCO) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d2) 상기 d1 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00060
    를 이용하여 급기온도(TSA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    d3) 상기 d2 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00048
    을 이용하여 혼합공기온도(Tma) 인자의 이상여부를 진단하는 단계; 및
    d4) 상기 d3 단계에서의 수식을 만족하지 않을 경우,
    Figure 112007039793653-pat00061
    및
    Figure 112007039793653-pat00050
    를 이용하여 순환공기온도(TRA) 인자의 이상여부를 진단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    해당 모드 내에서 순차적으로 온도 인자에 대한 이상 여부를 판단하다가 특정 수식에서 이상이 발견되면 상기 이상이 발견된 인자를 시스템 운영자에게 알려주고 각 모드 내에서의 추가적인 고장 진단을 멈추는 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 방법.
  13. 급기 송풍기(10), 환기 송풍기(20), 난방 코일(30), 냉방 코일(40), VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 및 혼합 댐퍼(80)를 구비한 공조 시스템의 고장 검출 및 진단 장치에 있어서,
    임의의 입력 신호에 따른 상기 급기 송풍기(10)와 환기 송풍기(20)의 회전수를 측정하는 제 1, 2 회전 속도계(110, 120);
    상기 VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 및 혼합 댐퍼(80)의 구동부에 각각 설치되어, 각 댐퍼의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 각각 측정하는 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240);
    외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도를 각각 측정하는 외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도 센서(310 내지 350); 및
    상기 제 1 및 2 회전 속도계(110, 120), 상기 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240), 상기 외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도 센서(310 내지 350)에 대하여, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의하여 고장진단을 수행하도록 제어하는 중앙 제어부(400);
    를 포함하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 장치.
  14. 급기 송풍기(10), 환기 송풍기(20), 난방 코일(30), 냉방 코일(40), VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 및 혼합 댐퍼(80)를 구비한 공조 시스템의 고장 검출 및 진단 장치에 있어서,
    임의의 입력 신호에 따른 상기 급기 송풍기(10)와 환기 송풍기(20)의 주파수를 측정하는 제 1, 2 주파수 측정기(130, 140);
    상기 VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 및 혼합 댐퍼(80)의 구동부에 각각 설치되어, 각 댐퍼의 구동 여부에 따른 전압 출력값을 각각 측정하는 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240);
    외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도를 각각 측정하는 외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도 센서(310 내지 350); 및
    상기 제 1, 2 주파수 측정기(130, 140), 상기 제 1 내지 4 전위차계(210 내지 240), 상기 외기, 외기 레퍼런스, 급기, 혼합 공기 및 순환 공기 온도 센서(310 내지 350)에 대하여, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의하여 고장진단을 수행하도록 제어하는 중앙 제어부(400);
    를 포함하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제 1, 2 회전 속도계(110, 120)가 상기 급기 송풍기(10)와 환기 송풍기(20)의 회전수를 측정함에 있어, 상기 급기 송풍기(10)와 환기 송풍기(20)로 입력되는 신호는 4 내지 20mA인 것을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 중앙 제어부(400)는, 상기 급기 송풍기(10) 또는 상기 환기 송풍기(20)의 고장 유무를 각각 진단함에 있어, 상기 제 1 및 2 회전 속도계(110, 120)의 출력값과 상기 급기 송풍기(10) 또는 상기 환기 송풍기(20)로 입력된 신호의 비가 이미 설정된 한정값을 초과하면 각각 고장으로 진단함을 특징으로 하는 공조 시스템 에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 중앙 제어부(400)는, 상기 VAV 댐퍼(50), 외기 댐퍼(60), 배기 댐퍼(70) 또는 혼합 댐퍼(80)의 고장 유무를 각각 진단함에 있어, 상기 제 1 또는 4 전위차계(210 내지 240)의 전압 출력값과 자신이 명령한 댐퍼의 개도명령 입력에 대한 비가 이미 설정된 한정값을 초과하면 각각 고장으로 진단함을 특징으로 하는 공조 시스템에서의 분류형 규칙기반 방식의 단일부위 고장 검출 및 진단 장치.
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