KR100890528B1 - 펌프장 침수 예상 경보시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프장의 침수 예상 경보시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프장의 유입게이트의 영상과 초음파센서에 의한 펌프장 수위 및 수위체적을 계산하여 침수예상 경보를 행하는 펌프장 침수 예상 경보시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템은, 펌프장에 설치된 다수개의 펌프와; 펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 유입게이트에 위치하여 상기 유입게이트의 차단시 누수여부를 확인할 수 있도록 영상을 전송하는 영상감지기와; 상기 펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 소정 위치에 위치하여 상기 펌프장에 저장된 물의 체적을 환산하기 위해 물의 수위를 측정하여 전송하는 초음파 수위센서와; 상기 다수개의 펌프를 제어하며 상기 펌프장의 운영 정보를 수신하여 연산처리하며, 상기 영상감지기의 영상을 입력받아 원격감시 PC로 전송하고, 상기 초음파 수위센서로부터 물의 수위를 입력받아 실제 수위의 체적 대비 상기 펌프장의 체적을 비교하여, 상기 펌프장의 침수예상 경보를 전송하는 펌프장제어반;을 포함하여 구성되어 펌프장의 침수 예상 경보시스템을 구축할 수 있다.
펌프장 제어반, 초음파 수위센서, 영상감지기, 원격감시 PC

Description

펌프장 침수 예상 경보시스템{Inundation forecast warning system of pumping facilities}
본 발명은 펌프장의 침수 예상 경보시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프장의 유입게이트의 영상과 초음파센서에 의한 펌프장 수위 및 수위체적을 계산하여 침수예상 경보를 행하는 펌프장 침수 예상 경보시스템에 관한 것이다.
중계펌프장, 빗물펌프장 및 하수처리장의 유입 펌프장의 경우 처리용량 대비 유입이 많을 경우 펌프장의 침수가 많으며 재해에 의한 사고 보다는 펌프 고장, 유입 차단 게이트의 오작동으로 인한 침수되는 경우가 많다.
펌프장은 유입되는 물의 양에 따라 펌프를 가동시키거나 중지시켜 저지대 등의 침수를 예방하게 되는데, 재해에 의한 사고에 대비하여 기상청의 날씨정보를 기준으로 침수 예상 경보를 가동시켜 피해에 대한 사전준비를 갖추고 있다.
그러나, 자연재해에 의한 사고 보다는 펌프장에 설치된 펌프의 고장 및 물이 들어오는 유입 차단 게이트의 오작동에 의한 침수가 많이 발생하게 되는데, 이에 따른 경보시스템의 체계는 아직 미흡한 수준에 머물고 있다.
일반적으로, 펌프의 고장 및 유입 차단 게이트의 오동작에 의해 토출량 대비 유입량이 많게 되면 펌프장에서 수용할 수 있는 물의 수위가 올라가게 되는데, 현재로서는 펌프장의 물의 수위에 따라 직감적이고 기계적인 경보를 발령하여 피해에 대비하고 있는 실정이며, 체계적인 침수 예상 경보시스템 기술은 아직까지도 미흡한 수준에 머물고 있는 실정이다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 펌프장의 수위변화 곡선을 기준으로 30분 또는 1시간후의 예상 수위를 영상과 함께 전송하며 통상적인 운전주기보다 벗어난 상승폭이 빠른 경우 토출량 대비 유입량이 많은 것으로 판단하여 경보를 발생시켜 펌프장의 침수에 대한 대비에 만전을 기할 수 있는 경보시스템을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템은, 펌프장에 설치된 다수개의 펌프와; 펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 유입게이트에 위치하여 상기 유입게이트의 차단시 누수여부를 확인할 수 있도록 영상을 전송하는 영상감지기와; 상기 펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 소정 위치에 위치하여 상기 펌프장에 저장된 물의 체적을 환산하기 위해 물의 수위를 측정하여 전송하는 초음파 수위센서와; 상기 다수개의 펌프를 제어하며 상기 펌프장의 운영 정보를 수신하여 연산처리하며, 상기 영상감지기의 영상을 입력받아 원격감시 PC로 전송하고, 상기 초음파 수위센서로부터 물의 수위를 입력받아 실제 수위의 체적 대비 상기 펌프장의 체적을 비교하여, 상기 펌프장의 침수예상 경보를 전송하는 펌프장제어반;을 포함하여 구성되어 펌프장의 침수 예상 경보시스템을 구축할 수 있다.
여기서, 상기 원격감시 PC는 통신망을 통해 기상청 날씨정보와 연동되도록 네트워크 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 펌프장은 저수위, 정상수위, 고수위 및 침수수위로 설정되고, 상기 펌프는 고수위에서 기동하여 저수위에 정지하도록 제어되며, 상기 펌프장제어반은 펌프유입량 대비 펌프토출량의 효율이 50%이내인 경우에는 기계적인 경보를 발생하도록 구현하는 바람직하다.
여기서, 상기 펌프장제어반은 상기 기계적인 경보가 발생한 후, 가동할 수 있는 모든 펌프가 가동했을 경우에도 수위상승이 계속되면 침수 예상 경보를 원격감시 PC에 전송하도록 구성한다.
여기서, 상기 침수 예상 경보시에는 상기 영상감지기로부터 수신된 영상, 상기 초음파 수위센서로부터 수신된 현재수위, 침수예상시간 및 날씨정보를 원격감시 PC에 함께 전송하도록 구현하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 침수예상시간은 n(정수)분후의 수위 체적을 기초로 환산되며,상기 n분후의 수위체적은 다음식,
Figure 112008053377445-pat00001
(여기서, Q(tn)은 n분후의 수위 체적, Q는 현재의 수위 체적, tn는 n분후의 시간 및 △Qavg는 펌프가동후 5분 주기 수위 상승 체적합계를 샘플링수로 나눈값)에 의해 산출되도록 연산장치를 구현하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 △Qavg는 현재수위 및 과거 5분전 수위를 저장한 값을 기초로 하여 얻어지는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 펌프장의 수위변화 곡선을 기준으로 일정시간 후의 예상 수위를 영상과 함께 전송하여 통상적인 운전주기보다 벗어난 상승폭이 발생할 때 토출량 대비 유입량이 많은 것으로 판단하여 경보를 발생시킬 수 있는 경보시스템을 제공하여 안전사고를 사전에 방지할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템의 구조, 동작 및 작용효과를 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템을 개략화하여 도시한 것이며, 도 2는 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템의 수위별 경보발생루트를 설명하기 위해 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템의 구성도를 블록화하여 도시한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 중계펌프장 침수 예상 경보 시스템은 펌프장의 수위변화 곡선을 기준으로 30분 후 나 1시간 후 예상 수위를 영상과 함께 전송하여 통상적인 운전주기보다 상승폭이 빠른 경우 토출량 대비 유입량이 많은 것으로 판단하여 경보를 발생하는 경보시스템에 관한 것으로서, 일정주기구간에서는 기계적인 경보를 발생하고 기계적인 경보 발생후에도 수위 상승이 계속되는 경우 예상수위와 침수까지의 예상시간을 송신하는 원격제어경보의 복합 경보시스템에 대한 것임을 설명에 앞서 기술한다.
본 발명의 구성을 도 1를 참조하여 설명한다.
초음파 수위센서(101)와 영상감지기(106)를 펌프장(108)에 설치하고 펌프제어반(110)과 연동하여 5분 주기로 변하는 수위별 체적을 바탕으로 30분이나 1시간 후의 수위를 예측하도록 구성된다. 펌프(107)의 가동대수 나 토출량을 기준으로 수위상승 계수를 조합하여 시간단위 예상수위나 침수까지 걸리는 시간을 계산하여 펌프장(108)의 수위 영상과 함께 전송장비(112)를 통하여 원격감시 PC(207)에게 전송하도록 구성한다. 영상감지기(106)는 유입게이트(109)에 위치하여 유입게이트(109) 차단시 누수가 없는지를 시각적으로 판별할 수 있도록 한다. 이와 함께 기상청 날씨정보(206)와 연동하여 원격감시 PC(114)에서 해당지역 날씨도 참조하여 운영할 수 있도록 구성한다.
펌프제어반(110)은 영상감지기(106), 초음파 수위센서(101) 및 펌프장제어기(111)와 연동되며, 영상감지기(106)로부터 영상을 입력받는 영상입력부(204), 초음파 수위센서(101)로부터 수위정보를 입력받는 현재수위입력부(205) 및 각종 데이타베이스 및 정보입력부(도 3의 201, 202, 203)를 포함하여 구성된다.
이러한 경보시스템에 따라 경보를 발생시키는 경보발생 근거 및 계통에 대해 설명한다.
먼저, 펌프에 기한 기계적인 이상 경보도를 살펴본다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 펌프장의 펌프 운영은 침수경보(102), 고수위경보(103) 및 저수위경보(105)로 구획되며, 고수위경보(103)와 저수위경보(105) 사이 구간은 정상운전구간(104)으로 운영된다. 따라서, 펌프장의 펌프는 고수위경 보(103)에서 기동을 시작하여 저수위 경보(105)에서 정지하도록 제어된다.
이때, 수위가 고수위경보(103) 이전까지는 펌프는 가동을 중지한 상태에 있으며 수위 변화 곡선(수위감지기(101)를 이용한 수위 변화)을 이용하여 개략적인 순간 유입량을 계산하는 것이 가능하게 되고, 펌프의 토출량을 계산하여(토출량 계산은 이하에서 다시 설명됨), 유입량과 토출량을 대비하여 펌프 가동후의 토출량의 효율이 50%이내 일때 기계적인 경보를 발생시킨다. 물론, 토출유량계가 있다면 토출 유량을 기준으로 펌프 토출량의 이상 여부를 판별하여 기계적인 경보를 발생할 수 있을 것이다.
다음으로, 위에서 설명된 기계적인 경보가 발생한 후에도 계속적인 수위 상승이 있는 경우 침수예상 경보를 원격감시 PC(207)에 전송하는 계통을 살펴본다.
<펌프 토출량 산정>
펌프장(108)에 설치되어 있는 펌프(107)는 설계치 및 펌프 사양에 의하여 대략적인 토출량을 알 수 있다. 그러나, 실제 시공 후에 토출량을 검증할 필요가 있고 검증된 토출량을 기준으로 하여 펌프(107)의 기구적인 이상시 경보로 활용할 수 있도록 한다.
유량계가 있는 경우라면, 토출 배관측에 위치한 유량계를 활용하여 펌프(107)의 정상가동 후에 시간당 토출량을 산출하여 설비 데이타베이스에 저장한다.
유량계가 없는 시설이라면, 도 2에서와 같이 일반적인 펌프(107) 기동 조건 을 산출할 수 있다. 즉, 기동조건은 고수위경보(103)와 펌프제어반(110) 정상운전(104) 경계선까지 물을 채운 후 더 이상 유입되지 않도록 유입게이트(109)를 닫고, 펌프(107)를 가동시켜 저수위경보(105)까지 수위가 떨어지는데 걸리는 시간을 체크하여 토출량을 산출한 후 설비 데이타베이스에 저장한다.
이렇게 산출된 펌프의 토출량은 침수예상수위를 계산하는 데 활용된다.
<펌프장 수위 대비 체적DB 구성>
펌프장(108)의 초음파 수위센서(101)는 단순하게 물(오수, 우수, 하수 등)의 높이를 측정하는 감지기이므로 초음파 수위센서(101) 설치 후 펌프장 설계도를 바탕으로 수위에 따른 체적을 계산하여 저장한다. 펌프장(108)의 경우 도 2와 같이 직사각형 규조, 협잡물 제거기를 설치하는 구조, 빗물펌프장인 경우 저류조가 있는 구조등 다양하므로 설계상의 체적을 미리 계산하여 DB에 저장하여 유입유량 유추시 이용할 수 있도록 한다.
<과거 n(정수)분 주기별 DB 구성>
일정시간 단위(바람직하게는 5분 단위)로 수위를 측정하여 체적을 산출한 후 과거 n분 주기별 DB(201)에 저장한다. 수위가 낮아지기 시작하여 도 2의 저수위경보(105) 시점에 도달하면 DB를 모두 지운다. 유입과 토출의 순간값을 계산하기 위한 DB이므로 고수위경보(103)에서 저수위경보(105)에 도달하면 모든 DB를 초기화 하는 것이 바람직하다. 고수위경보(103)와 저수위경보(105)를 반복하는 정상적인 운전상태에서는 앞서 설명한 펌프(107)의 기계적인 경보를 이용한다.
그 후, 펌프장 제어반 정보(203)을 통하여 펌프장(108) 내의 가동할 수 있는 모든 펌프(107)가 가동했음에도 불구하고 수위 상승이 계속된다면 침수 예상 경보시스템을 행한다.
앞서 설명된 펌프 토출량, 펌프장 체적 및 과거 n분 주기별 수위의 데이타를 토대로 침수 예상을 산출할 수 있는 데 그 방법은 아래와 같다.
<침수 예상 경보>
위 <과거 n분 주기별 DB 구성>에서와 같이 펌프장(108) 내에 가동할 수 있는 모든 펌프(107)가 가동 했음에도 불구하고 수위 상승이 계속된다면 침수예상 경보를 행하며 침수예상 경보는 다음식에 의해 산출된다.
Figure 112008053377445-pat00002
여기서, Q(tn)은 n분후의 수위 체적이며, Q는 현재의 수위 체적이고, tn는 n분후의 시간이고, △Qavg는 <과거 n분 주기별 DB>에서 현재수위 및 과거 5분전 수위를 저장한 값을 기준으로 펌프 가동후 5분 주기 수위 상승 체적합계를 샘플링 갯수로 나눈값이다.
예측된 계산결과는 수위로 환산하며 그 환산된 값이 도 2에서 침수경보의 범위이면 침수예상 경보와 침수까지 걸리는 시간을 통보한다.
또한, 시간당 유입량은 (펌프토출량 x 가동댓수) + 시간당 수위 상승폭(체적)으로 계산하여 통보할 수 있다.
현재 수위가 도 2에서와 같이 고수위경보(103) 시점 이상이 지속되면 침수예방을 위하여 유입게이트(109)를 차단하여 영상감지기(106)를 통해 전송되는 영상을 이용하여 유입게이트(109)의 누수가 있는 지를 함께 판별할 수 있도록 한다.
도 3를 참조하면, 펌프장 제어반(110)은 과거 n분 주기별 DB(201), 펌프장 수위 대비 체적 DB(202) 및 펌프장 제어반 정보(203), 그리고 초음파 수위센서(101)로부터 입력되는 수위 데이타를 토대로 하여 연산장치(117)에서 예상 수위 체적을 산출한 후 예상 수위 및 침수 예상 시간을 계산하여 회선망을 통해 원격감시 PC(207)로 전송한다. 이때 영상감지기(106)를 통해 입력되는 유입게이트(109)의 영상정보도 회선망을 통해 원격감시 PC(207)로 함께 전송한다. 또한, 원격감시 PC(207)는 기상청 날씨정보(206)와도 연동되어 해당지역의 날씨 정보도 함께 수신하여 운영자가 침수이전에 사전조치를 취할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템을 개략화하여 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템의 수위별 경보발생루트를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 펌프장 침수 예상 경보시스템의 구성도를 블록화하여 도시한 것이다.

Claims (7)

  1. 펌프장에 설치된 다수개의 펌프와;
    펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 유입게이트에 위치하여 상기 유입게이트의 차단시 누수여부를 확인할 수 있도록 영상을 전송하는 영상감지기와;
    상기 펌프제어반과 연동되어 상기 펌프장의 소정 위치에 위치하여 상기 펌프장에 저장된 물의 체적을 환산하기 위해 물의 수위를 측정하여 전송하는 초음파 수위센서와;
    상기 다수개의 펌프를 제어하며 상기 펌프장의 운영 정보를 수신하여 연산처리하며, 상기 영상감지기의 영상을 입력받아 원격감시 PC로 전송하고, 상기 초음파 수위센서로부터 물의 수위를 입력받아 실제 수위의 체적 대비 상기 펌프장의 체적을 비교하여, 상기 펌프장의 침수예상 경보를 전송하는 펌프장제어반;을 포함하는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원격감시 PC는 통신망을 통해 기상청 날씨정보와 연동되도록 네트워크 구성되는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펌프장은 저수위, 정상수위, 고수위 및 침수수위로 설정되고,
    상기 펌프는 고수위에서 기동하여 저수위에 정지하도록 제어되며,
    상기 펌프장제어반은 펌프유입량 대비 펌프토출량의 효율이 50%이내인 경우에는 기계적인 경보를 발생하는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프장제어반은 상기 기계적인 경보가 발생한 후, 가동할 수 있는 모든 펌프가 가동했을 경우에도 수위상승이 계속되면 침수 예상 경보를 원격감시 PC에 전송하는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 침수 예상 경보시에는 상기 영상감지기로부터 수신된 영상, 상기 초음파 수위센서로부터 수신된 현재수위, 침수예상시간 및 날씨정보를 원격감시 PC에 전송하는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 침수예상시간은 n(정수)분후의 수위 체적을 기초로 환산되며,
    상기 n분후의 수위체적은 다음식에 의해 산출되는,
    Figure 112008053377445-pat00003
    여기서, Q(tn)은 n분후의 수위 체적, Q는 현재의 수위 체적, tn는 n분후의 시간 및 △Qavg는 펌프가동후 5분 주기 수위 상승 체적합계를 샘플링수로 나눈값인, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 △Qavg는 현재수위 및 과거 5분전 수위를 저장한 값을 기초로 하여 얻어지는, 펌프장 침수 예상 경보시스템.
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