KR100935364B1 - 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법 - Google Patents

수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 유량조정조 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조에 에어를 공급하는 포기장치의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치를 제어하는 수처리제어시스템과, 복수개의 수처리제어시스템들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템들에 의해 제어되는 포기장치들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템을 포함하며, 상기 수처리제어시스템은, 상기 유량조정조의 상위수위와 하위수위 사이의 비연속적인 변화시간과 이 때의 하수유입패턴에 대응된 퍼지모델이 생성 저장되는 퍼지모델부; 상기 유량조정조의 상위수위와 하위수위를 판단하기 위한 센서부; 상기 센서부를 이용하여 유량조정조에 유입되는 하수의 유입량을 수집하고 이를 토대로 상기 퍼지모델에 대응되는 제어모델을 생성하는 제어모델부; 상기 제어모델부에 의해 생성된 제어모델에 대응되는 운전모드나 외부로부터 관리자 등에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프에 의해 하수가 유입되는 주반응조에 구비된 포기장치가 운전되도록 해당 운전모드를 결정하고 이에 대응되도록 상기 포기장치의 운전을 제어하는 운전제어부; 상기 운전제어부에 따라 운전 제어되는 포기장치와 유량조정펌프의 동작 상태를 판단하고 이에 대한 운전정보를 생성하는 운전정보부; 상기 운전정보부에 의해 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델부의 퍼지모델을 비교하여 구성부들의 이상동작 여부를 판단하고 이에 대한 경고신호를 생성하는 경고정보부; 및 상기 원격통합관리시스템과 무선 또는 유선으로 통신 하여 수처리정보와 수처리제어에 대한 신호를 송수신하는 통신부를 포함하는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템이 제공된다.
하수, 폐수, 오염, 처리, 정화, 통합, 원격, 서버, 퍼지, 모델, 수위, 레벨, 포기장치

Description

수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법{Unmanned remote total managing system for water treatment using fuzzy model according to change of water level and method thereof}
본 발명은 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량조정조의 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입 패턴에 대응된 퍼지모델을 이용하여 주반응조에 미생물 활성화를 위해 설치되는 포기장치의 연속적인 제어를 가능하게 하며 복수개의 수처리제어시스템들을 하나로 통합하여 원격으로 통합 관리할 수 있는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수처리공정에서의 유량조정조는 주반응조의 전단에 위치하며 유량조정펌프를 이용하여 상위수위와 하위수위 사이의 유입수를 주반응조로 이송시키는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 유량조정펌프의 제어조건은 상위수위일 때 가동되어 하위수위일 때 정지되고 다시 상위수위에 도달하기 전까지는 정지상태가 유지된다. 이러한 유량조정펌프의 운전은 일반적으로 수위제어용 컨트롤러의 로직에 따라 제어되며, 최상위알람레벨과 최하위알람레벨의 동작 및 알람 조건이 주어지는 경우도 있다.
또한, 상기 주반응조에는 미생물 활성화를 위해 설치되는 에어펌프나 브로워 등과 같은 포기장치가 구성되며, 상기 포기장치는 각 하수처리공법의 특성에 따라 시간제어, 대수제어 및 성능제어(%제어) 등을 통해 필요한 산소공급량을 조절하는데, 일반적으로 하수의 유입량, 유입수질에 따라 적정 산소요구공급량이 다르다. 따라서 하수처리장의 적정한 운전을 위해서는 계절, 시간, 내/외부온도 등의 변화에 따라 서로 다른 적정한 제어조건이 필요하지만, 이를 위해서는 많은 제어시설의 투자비용이 소모될 뿐만 아니라, 전문가의 지속적인 관리가 필요하기 때문에 현실적으로는 시설투자비 및 유지관리비가 상대적으로 낮은 중소 규모의 하수처리시설들은 유입량의 변화 여부에 관계없이 평균적인 하나의 동작제어조건으로 고정시켜 운전하거나 2개 정도의 동작조건으로 제어를 유지하는 경우가 대부분이다.
그러나 상기와 같은 종래의 수처리제어시스템은, 상기 포기장치의 제어를 위한 동작조건이 2개라 하더라도 각 동작조건을 만족하는 조건을 판단하는 기준이 단순하거나 비연속적이어서 각 동작조건간의 경계값 등에서는 불필요하거나 적절치 못한 제어가 수행되는 경우가 대부분이나, 아직도 유입수량의 연속적인 변화가 일어나는 대부분의 하수처리공법에서 하나의 고정적인 제어조건이나 비연속적인 단순한 복수의 운전제어조건을 제시한 운전이 이루어지고 있는 실정이다.
따라서 상기와 같이 하나의 고정적인 제어조건이나 비연속적인 복수의 운전제어조건에 따른 운전을 이용하는 수처리제어시스템은, 효율적인 포기장치의 제어를 기대하기 어려운 문제점이 있고 결국 포기장치의 수명감소와 과다한 전력량의 소모 및 처리수질의 악영향 등과 같은 결과를 초래하게 된다.
또한, 복수개의 하수처리시설들에 대응되도록 설치되는 수처리제어시스템들을 각각 제어하기 위해선 많은 인적, 물적 자원이 필요하게 되고 이에 따른 운영상의 관리비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 유량조정조 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델을 이용하여 포기장치의 연속적인 제어모델을 생성하고 상기 제어모델을 이용하여 안정된 포기장치의 제어를 가능하게 할 수 있는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 퍼지모델을 이용한 제어모델에 따라 포기장치를 제어하는 복수의 수처리제어시스템들을 일원화하여 원격 통합 관리 운영이 가능하도록 할 수 있는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 의하면, 유량조정조 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조에 에어를 공급하는 포기장치의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치를 제어하는 수처리제어시스템과, 복수개의 수처리제어시스템들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템들에 의해 제어되는 포기장치들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템을 포함하며, 상기 수처리제어시스템은, 상기 유량조정조의 상위수위와 하위수위 사이의 비연속적인 변화시간과 이 때의 하수유입패턴에 대응된 퍼지모델이 생성 저장되는 퍼지모델부; 상기 유량조정조의 상위수위와 하위수위를 판단하기 위한 센서부; 상기 센서부를 이용하여 유량조정조에 유입되는 하수의 유입량을 수집하고 이를 토대로 상기 퍼지모델에 대응되는 제어모델을 생성하는 제어모델부; 상기 제어모델부에 의해 생성된 제어모델에 대응되는 운전모드나 외부로부터 관리자 등에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프에 의해 하수가 유입되는 주반응조에 구비된 포기장치가 운전되도록 해당 운전모드를 결정하고 이에 대응되도록 상기 포기장치의 운전을 제어하는 운전제어부; 상기 운전제어부에 따라 운전 제어되는 포기장치와 유량조정펌프의 동작 상태를 판단하고 이에 대한 운전정보를 생성하는 운전정보부; 상기 운전정보부에 의해 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델부의 퍼지모델을 비교하여 구성부들의 이상동작 여부를 판단하고 이에 대한 경고신호를 생성하는 경고정보부; 및 상기 원격통합관리시스템과 무선 또는 유선으로 통신하여 수처리정보와 수처리제어에 대한 신호를 송수신하는 통신부를 포함하는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 유량조정조 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조에 에어를 공급하는 포기장치의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치를 제어하는 수처리제어시스템과, 복수개의 수처리제어시스템들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템들에 의해 제어되는 포기장치들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템을 포함하며, 상기 수처리제어시스템 또는 상기 원격통합관리시스템에 의해 해당 수처리 제어에 대응된 조건 정보가 입력되는 단계; 상기 입력된 수처리 제어에 대응된 조건 정보를 토대로 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 유량조정조의 수위가 하위수위에서 상위수위로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델이 생성 저장되는 단계; 상기 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우 <Th-l>퍼지모델에 대응되는 <Th-l>제어모델과, 유량조정조의 수위가 하위수위에서 상위수위로 이동하는 경우 <Tl-h>퍼지모델에 대응되는 <Tl-h>제어모델이 생성되고 이를 토대로 포기장치의 제어시간과 적용시점이 결정되는 단계; 상기 결정된 제어모델에 대응된 운전모드나, 외부로부터 작업자에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프에 의해 하수가 유입되는 주반응조에 구비된 포기장치가 운전되도록 해당 운전모드가 결정되고 이에 대응되도록 상기 포기장치의 운전이 제어되는 단계; 상기 운전 제어되는 포기장치와 유량조정펌프의 동작에 따른 상태 정보가 판단되고 이에 대한 운전정보가 생성되는 단계; 상기 운전정보와 상기 퍼지모델을 비교하여 구성부들의 이상동작 여부가 판단되는 단계; 상기 판단결과 구성부들이 이상 동작하는 것으로 판단되면 이에 대한 경고정보가 생성되는 단계; 및 상기 운전정보와 상기 경고정보가 상기 원격통합관리시스템에 제공되는 단계를 포함하는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리방법이 제공된다.
따라서 본 발명에 의하면, 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델과, 유량조정조의 수위가 하위수위에서 상위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델을 생성하고 이에 대응된 제어모델에 따라 포기장치의 운전시간과 유휴시간을 규정하는 운전모드를 산출하도록 함으로써, 효율적인 포기장치의 제어를 가능하게 하고 이를 통하여 포기장치의 수명을 늘리고 과다한 전력량의 소모를 방지하며 처리수질의 향상시킬 수 있다.
또한, 복수개의 하수처리장에 설치되는 복수개의 수처리제어시스템들을 원격통합관리시스템을 통하여 일원화하여 원격 통합 관리 운영되도록 함으로써, 효율적인 하수처리장의 관리 및 비상 상황 발생시 효과적인 대처를 가능하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세 히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 2는 도 1의 무인 원격 수처리 통합관리시스템의 구성을 나타낸 블록구성도이며, 도 3은 도 2의 수처리제어시스템에 있어서 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델 생성을 위한 소속함수를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우에 있어서 과포기 발생에 대응된 퍼지모델의 일반화를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 2의 수처리시스템에 있어서 유량조정조의 수위가 하위수위에서 상위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델 생성을 위한 소속함수를 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템은, 유량조정조(10) 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조(20)에 에어를 공급하는 포기장치(30)의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치(30)를 제어하는 수처리제어시스템(100)과, 복수개의 수처리제어시스템(100)들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템(100)들에 의해 제어되는 포기장치(30)들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템(200)을 포함한다.
상기 수처리제어시스템(100)은, 하수처리분야의 전문 지식을 수집하여 인위적으로 컴퓨터에서 시스템화한 전문시스템에 기반한 것으로서, 퍼지이론과 제어추 론의 기술을 접목하여 운영된다. 상기 퍼지이론은 애매모호한 언어적 표현을 수학적 표현으로 해석하여 퍼지모델을 생성할 수 있으며, 상기 제어추론은 수처리제어가 학습을 통해 보다 유연하게 주어진 문제를 해결할 수 있도록 상기 퍼지모델에 대응된 제어모델을 이용하여 상기 유량조정조(10)에 유입되는 유입수의 성상 변화에 따른 포기장치(30)와 주변동력장치들의 최적의 운전 모드를 산출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 수처리제어시스템(100)은, 유량조정조(10)의 상위수위와 하위수위 사이의 비연속적인 변화시간과 이 때의 하수유입패턴에 대응된 퍼지모델이 생성 저장되는 퍼지모델부(110), 상기 유량조정조(10)의 상위수위와 하위수위를 판단하기 위한 센서부(120), 상기 센서부(120)를 이용하여 유량조정조(10)에 유입되는 하수의 유입량을 수집하고 이를 토대로 상기 퍼지모델에 대응되는 제어모델을 생성하는 제어모델부(130), 상기 제어모델부(130)에 의해 생성된 제어모델에 대응되는 운전모드나 외부로부터 관리자 등에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프(40)에 의해 하수가 유입되는 주반응조(20)에 구비된 포기장치(30)가 운전되도록 해당 운전모드를 결정하고 이에 대응되도록 상기 포기장치(30)의 운전을 제어하는 운전제어부(140), 상기 운전제어부(140)에 따라 운전 제어되는 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 동작 상태를 판단하고 이에 대한 운전정보를 생성하는 운전정보부(150), 상기 운전정보부(150)에 의해 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델부(110)의 퍼지모델을 비교하여 구성부들의 이상동작 여부를 판단하고 이에 대한 경고신호를 생성하는 경고정보부(160), 상기 원격통합관리시스템(200)과 무선 또는 유선으로 통신하여 수처리정보와 수처리제어에 대한 신호를 송수신하는 통신부(170) 및 상기 구성부들을 제어하는 제어부(180)를 포함한다.
상기 퍼지모델부(110)는, 유량조정조(10)의 상위수위와 하위수위 사이의 비연속적인 변화시간과 이 때의 하수유입패턴에 대응된 퍼지모델을 생성 저장하는 것으로, 상기 퍼지모델은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델로 구분된다.
먼저, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 시간동안에 대하여 주반응조(20)에 구비되는 포기장치(30)의 제어시간을 결정할 수 있는 수학식을 얻기 위한 퍼지이론의 소속함수(Membership function)를 정의하면 다음과 같다.
Figure 112009029559979-pat00001
여기서, 상기 Min(Th-l)은 최소경과시간을 나타내며, 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>의 결정은, 유량조정조(10)의 수위가 Low에서 High신호로 바뀌면 상기 포기장치(30)는 가동을 중단하고 대기(Standby)상태로 전환되는데, 이때, 최소경과시간<Min(Th-l)>은 대기상태를 지나서 포기장치(30)가 가동하기 시작하는 시점이며, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 될 수 있는 최소 시간이다.
따라서 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>이 되기 위한 조건은 유량조정조(10)의 유량조정펌프(40)가 가동을 시작하는 조건인 수위가 상위수위(Lh)에 도달을 한 후, 추가 유입량이 전혀 없을 경우이다. 하지만, 이러한 조건은 실제 상황에서 일어나기 어려우며, 단지 무시할 수 있을 만큼의 최소량만이 공급되고 있을 경우가 많기 때문에, 실제 시스템에 적용시에는 상기 최소경과시간<Min(Th-l)> 값에 1.2정도를 곱한 값으로 적용할 수 있다.
즉, 최소경과시간<Min(Th-l)> = [유량조정조의 수위가 Lh에서 Ll이 될 때까지의 최소 시간(단, 추가유입은 없는 경우)] × 1.2 이며, 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>의 값은, 실제 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)까지 도달하는 시간을 측정하거나 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)까지의 용적과 유량조정펌프(40)의 용량으로부터 추정하는 두 가지 방법을 통해 추정 또는 산출할 수 있다.
또한, 상기 STD(Th-l)은 표준경과시간으로서, 상기 표준경과시간<STD(Th-l)>의 결정은, 최소경과시간<Min(Th-l)>로부터 일정시간을 경과하여 유량조정조(10)에 유 입수가 점차적으로 증가된다고 판단할 수 있는 시점으로 결정한다.
여기서, 상기 표준경과시간<STD(Th-l)>의 값 또한 경험치 또는 실험분석치로부터 얻어낼 수 있으며, 소속함수 모델은 이 시점으로부터 최대경과시간<Max(Th-l)>까지 선형모델을 갖는다.
또한, 상기 Max(Th-l)은 최대경과시간이고 Max+(Th-l)은 최대경과지속시간으로서, 상기 최대경과시간<Max(Th-l)> 및 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>의 결정은, 유량조정펌프(40)가 가동중에도 지속적으로 유량조정조(10)에 하수가 유입되는 경우에는 하수의 양 및 지속적인 유입시간에 따라서 시간(Th-l)이 증가하게 되므로, 이때의 최대경과시간<Max(Th-l)>은 하수처리시설의 용량 및 유입수량 발생 특성에 따라 다르며, 경험치와 실험치 분석으로 통해 적용할 수 있고, 또한, 일정시간 유량조정조(10)의 수위가 High를 유지하더라도 처리시설은 정상가동으로 판단할 수 있는 유예구간을 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>로 정의할 수 있다.
또한, 최소제어시간 결정계수 s의 결정은, 포기장치(30)의 가동과 정지가 1번 반복되는 총시간중 가동시간이 차지하는 최소시간으로서, 소속함수 0과 1사이의 값을 갖는다. 즉, s가 작아질수록 실제 포기장치(30)의 최소가동시간은 줄어들며, s가 커질 경우 포기장치(30)의 최소가동시간은 최대가동시간에 가까워지고, s값이 1이 되면 포기장치(30)는 항상 최대운전시간으로만 가동된다. 여기서, 상기 최소제 어시간 결정계수 s값은 하수유입특성, 하수성상, 포기장치(30)의 성능 등의 정보를 분석하여 결정할 수 있다.
한편, 상기 설명된 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델은, 주반응조(20)에 유입되는 유량의 증가에 따라 오염부하량이 증가하고 이에 따라 포기장치(30)의 산소공급량을 늘려야 하는 대부분의 하수처리 공정에 해당하는 모델이다.
이와 반대로, 주반응조(20)에 유입되는 유량이 증가됨에 따라 포기장치(30)에 의한 과포기가 발생하고 이에 따라 포기장치(30)의 산소공급량을 줄여야 하는 일부 공정 및 유입수 성상에 해당될 때에는 상기 최대경과시간<Max(Th-l)>에 대한 소속함수의 값을 가변함으로써 과포기 발생에 대응된 <Th-l>퍼지모델을 일반화 할 수 있고 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 주반응조(20)에 유량이 증가됨에 따라 과포기가 발생하고 산소공급을 줄여야 하는 일부 공정 및 유입수 성상에 해당될 때에는 상기 최대경과시간<Max(Th-l)>의 값을 이동(길게 또는 짧게 가변) 가능하게 함으로써 <Th-l>퍼지모델을 일반화 할 수 있다.
여기서 최대제어시간 결정계수 m의 값은 상기 최대경과시간<Max(Th-l)> 구간의 소속함수 값이며 0과 1사이의 값을 갖고 이때의 전체 소속함수 μ[TB(a)]는 다음 과 같으며 또한, m 값이 1일 경우에는 기존의 <Th-l>퍼지모델과 동일한 모델이 되고, s=m일 경우에는 모든 구간에서 같은 운전시간을 갖게 된다.
Figure 112009029559979-pat00002
상기와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델은, 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>점과 최대경과시간<Max(Th-l)>점을 유예한 점을 포함하여 총 4개의 변화점을 가지지만 더욱 세밀한 운전을 위해 더 많은 변화점을 필요로 하는 경우 동일한 단계를 통해 모델을 일반화하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델은, 2개 구간에서 경보구간이 존재하게 되는데, 첫 번째 경보구간은 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>이 경과하기 이전에 수위가 하위수위(Ll)로 되는 상태로서 후술된 수위센서의 고장 등으로 인하여 오작동 및 상기 수위센서가 비정상적으로 동작되는 상태로 추정할 수 있다. 또한, 두 번째 경보구간은 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>을 경과한 이후에 수위가 상위수위(Lh)를 지속적으로 유지하는 상태로서 유입수량이 비정상적으로 증가하였거나 후술된 수위센서 가 비정상적으로 동작되거나 또는 집중강우로 인하여 우수가 유입되는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 시간동안에 대하여 주반응조(20)에 구비되는 포기장치(30)의 제어시간을 결정할 수 있는 수학식을 얻기 위한 퍼지이론의 소속함수(Membership function)를 정의하면 다음과 같다.
Figure 112009029559979-pat00003
여기서, <Th-l>퍼지모델 지속구간은, 수위가 High 신호에서 Low신호로 바뀌더라도 일정기간 <Th-l>퍼지모델을 따르도록 한 구간이다. 이것은 포기장치(30)에 의해 공급되는 에어에 의해 주반응조(20)에서 생물반응이 충분히 일어나게 하기 위한 것이며, 유입수의 특성에 따라 조정될 수 있다. 여기서, 상기 <Th-l>퍼지모델 지속구간의 해당 Default는 진행중인 <Th-l>퍼지모델 사이클이 종료하는 시점을 <Th-l>퍼지모델의 지속구간이 끝나는 시점으로 하되, 유입수의 특성에 따라 사용자가 임의로 결정할 수 있다.
또한, 상기 Min(Tl-h)은 최소경과시간을 나타내며, 유량조정조(10)의 수위가 High에서 Low로 변화될 때는 유량조정펌프(40)에 의해 기계적으로 공급되어 최소경과시간<Min(Th-l)>의 예측이 가능한데 반하여, 유량조정조(10)의 수위가 Low에서 High로 변화되는 경우의 최소경과시간<Min(Tl-h)>은 공급수량이 불규칙하므로 이에 대한 예측이 불가능하므로, 상기 Min(Tl-h)은 최소경과시간은 상기 <Th-l>퍼지모델의 지속구간이 끝나는 시점으로 하되, 유입수의 특성에 따라 사용자가 임의로 결정할 수 있다.
또한, 상기 STD(Tl-h)은 표준경과시간을 나타내며, 상기 표준경과시간<STD(Tl-h)>은, 상기 최소경과시간<Min(Tl-h)>로부터 일정시간을 경과하여 유량조정펌프(40)가 저부하 상태로 전환됨을 판단할 수 있으며, 이 값은 경험치 또는 실험분석치로부터 얻어낼 수 있고, 소속함수 모델은 이점으로부터 최대경과시간<Max(Tl-h)>까지 선형모델을 갖고 이 사이는 준저부하 모드상태이다.
또한, 상기 Max(Tl-h)는 최대경과시간이고 상기 Max+(Tl-h)는 최대경과지속시간으로서, 상기 최대경과시간<Max(Tl-h)>은 유입수의 공급이 중단되어 주반응조(20)의 활성미생물의 농도 유지를 위해 최소한으로 필요한 산소공급이 요구되는 시점이며 실험적 값으로 결정될 수 있고, 최대경과지속시간<Max+(Tl-h)>은 유입수가 다시 공급되어 <Th-l>퍼지모델이 적용되기 시작하는 시점까지 계속되어야 하나, 일정기간동안 최대경과시간<Max(Tl-h)>이 지속될 경우에는 처리시설의 기능에 막대한 악영향을 줄 수 있으므로 외부에 이를 알리도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 최대경과지속시간<Max+(Tl-h)>은 유량조정펌프(40)의 저부하상태가 지속되어 수처리에 이상이 예측되는 시점으로 실험 및 경험치로 결정된다.
또한, 최소제어시간 결정계수 p와 최대제어시간 결정계수 n의 결정은, 상기 <Th-l>퍼지모델의 s와 m과 동일한 특성의 결정계수이며, 동일한 방법으로 결정된다.
또한, 상기 <Th-l>퍼지모델과 마찬가지로 <Th-l>퍼지모델도 세밀한 운전을 위해 동일한 과정의 모델변화로 일반화 시킬 수 있다.
또한, 상기 <Tl-h>퍼지모델로부터의 경보알고리즘은, 저부하상태가 지속되는 점으로 실험치에 의해서 결정되고, 이러한 경우는 유입수의 공급이 끊겨 저부하 상태가 지속되거나 유량조정펌프(40)에 의해 유입수는 공급되나 수위가 Low 값이 전달되는 경우 즉, 제어회로 및 시스템의 이상이나 중간부품의 이상으로 분류되어, 주변의 장치동작값과 비교분석하여 경보리스트를 작성한다.
따라서 상기와 같은 퍼지모델부(110)에 의하면, 상기 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 상기 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지 모델의 생성을 통하여, 수처리제어시스템(100)으로 하여금 유량조정조(10)에 유입되는 유입수의 수위에 따라 포기장치(30)의 운전시간과 유휴시간을 규정하는 운전모드를 산출하도록 하여 효율적인 포기장치(30)의 제어를 가능하게 하고 이를 통하여 포기장치(30)의 수명을 늘리고 과다한 전력량의 소모를 방지하며 처리수질의 향상시킬 수 있다.
상기 센서부(120)는, 유량조정조(10)의 상측과 하측부의 상위수위(Lh)과 하위수위(Ll)에 대응되는 부분에 부착되는 수위센서(121)를 포함하여, 유량조정펌프(40)에 의해 유량조정조(10)에 유입되는 유수의 저장 수위를 판단한다.
여기서, 상기 센서부(120)는 타이머(미도시)를 더 포함하여 유량조정펌프(40)의 동작에 따른 시간 변화를 측정하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제어모델부(130)는, 상기 센서부(120)에 의한 유량조정조(10)의 유입량 변화 및 이에 대응된 시간 변화를 토대로 이를 상기 퍼지모델부(110)의 퍼지모델들과 비교하여 해당 제어모델을 생성하는데, 즉, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우 <Th-l>퍼지모델에 대응되는 <Th-l>제어모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우 <Tl-h>퍼지모델에 대응되는 <Tl-h>제어모델을 생성하여 상기 포기장치(30)의 제어시간과 적용시점을 결정한다.
다시 말해서, 상기 제어모델부(130)는, 상기 센서부(120)에 의한 유량조정 조(10)의 유입량 변화 및 이에 대응된 시간 변화가 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 <Th-l>퍼지모델에 대응되는 경우, 이에 해당하는 포기장치(30)의 온 시간과 오프 시간의 값을 결정하는 <Th-l>제어모델을 생성하며, 상기 포기장치(30)의 1 Cycle 동안의 온, 오프 시간이 각각 TB(a), TB(b)라고 할 때 일반적인 경우에 TB(a)+TB(b)=C(상수)가 되므로, 이러한 경우에 TB(a)의 결정만으로 TB(b)의 값을 결정한다.
여기서, <Th-l>퍼지모델의 소속함수 μ[TB(a)]에 의한 실제 포기장치(30)의 제어시간<TB(a)>은 TB(a) = Trh × μ[TB(a)]와 같이 결정되며, 상기 Trh 은 실제 운전가능한 최대가동시간이다.
따라서 상기 제어모델부(130)는, 상기 소속함수 μ[TB(a)]가 s와 1 사이의 값을 가지므로, 예를 들어 Trh가 50분이고, m=1, s가 0.5라고 가정할 때, s≤μ[TB(a)]≤1이므로, 25min≤TB(a)≤50min 사이에서 가동되게 하고, 또한, 포기장치(30)의 1 Cycle이 60분이라고 가정할 때, 포기장치(30)의 정지시간은 10min≤TB(b)≤35min 사이에서 정지되도록 하는 <Th-l>제어모델의 제어시간을 생성한다.
또한, 상기 제어모델부(130)는, 상기 생성된 <Th-l>제어모델이 상기 <Th-l>퍼지모델의 최소경과시간<Min(Th-l)>으로부터 적용되도록 하며, 상기 포기장치(30)의 최소 운전 Cycle TB(a,b)가 끝나는 시점의 위치로부터 다시 적용되게 한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 최초 포기장치(30) 가동시점으로부터 1 Cycle이 지난 후의 시점이 (a)라고 가정하면, (a)에 해당되는 TB(a)값으로 가동시간이 결정되고, 이후 1Cycle 후의 지점인 (b)지점에서 다시 (b)에 해당되는 TB(a)값으로 가동시간이 결정되며 또한, 유량조정조(10)의 수위가 High에서 Low 값으로 변화되더라도 진행중인 포기장치(30)의 제어운전값은 1 Cycle이 완전히 끝난 이후에 종료되도록 한다.
또한, 상기 제어모델부(130)는, 상기 센서부(120)에 의한 유량조정조(10)의 유입량 변화 및 이에 대응된 시간 변화가 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 <Tl-h>퍼지모델에 대응되는 경우, 이에 해당하는 포기장치(30)의 온 시간과 오프 시간의 값을 결정하는 <Tl-h>제어모델을 생성하며, 상기 포기장치(30)의 1 Cycle 동안의 온, 오프 시간이 각각 TB(i), TB(j)라고 할 때, <Tl-h>퍼지모델의 소속함수 μ[TB(i)]에 의한 포기장치(30)의 제어시간<TB(i)>은 TB(i) = Trl × μ[TB(i)]와 같이 결정된다.
여기서, 상기 Tri은 실제 운전가능한 최대가동시간이며, 상기 <Th-l> 제어모델의 Trh 값과는 독립적으로 결정되고, 기타 모델특성은 <Th-l> 제어 모델과 동일한 <Tl-h> 제어모델의 제어시간을 생성한다. 또한, 상기 <Th-l>제어모델의 Trh 값과 <Tl-h>제어모델의 Tri은 사용자에 의해 입력 결정될 수 있다.
또한, 상기 제어모델부(130)는, 상기 생성된 <Th-l>제어모델의 최종 Cycle이 끝나는 시점인 <Th-l>제어모델 지속구간 종료점으로 하고, 다음 적용시점은 포기장치(30)의 최소 운전 Cycle TB(i,j)가 끝나는 시점의 위치로부터 다시 적용되도록 하며, 적용방법은 상기 설명된 <Th-l>제어모델의 경우와 동일하게 이루어지지만, 종료시점은 상기 <Th-l>제어모델과는 달리 수위가 Low상태에서 High상태로 전환되는 시점을 종료시점으로 하여, 유량저장조(10)의 수위가 Low에서 High가 되면 모든 진행중인 <Tl-h>제어모델을 중단하고 앞선 <Th-l>제어모델이 진행되도록 한다.
상기 운전제어부(140)는, 상기 제어모델부(130)에 의해 결정된 운전모드 즉, 제어모델에 대응된 운전모드나, 외부로부터 작업자에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프(40)에 의해 하수가 유입되는 주반응조(20)에 구비된 포기장치(30)가 운전되도록 해당 운전모드를 결정하고 이에 대응되도록 상기 포기장치(30)의 운전을 제어한다.
상기 운전정보부(150)는, 상기 운전제어부(140)에 따라 운전 제어되는 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 동작 정보를 판단하고 이에 대한 운전정보를 생성한다.
상기 경고정보부(160)는, 상기 운전정보부(150)에 의해 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델을 비교하여 유량조정펌프(40)의 이상동작 여부를 판단하고 이에 대한 경고신호를 생성한다.
즉, 상기 경고정보부(160)는, 상기와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>제어모델에 대한 운전정보가 최소경과시간<Min(Th-l)>이 경과하기 이전에 위치되는 경우 이는, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)로 되는 상태로서 수위센서(121)나 유량조정펌프(40)의 고장 등으로 추정하고, 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>을 경과한 이후에 위치되는 경우 이는, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)를 지속적으로 유지하는 상태로서 유입량이 비정상적으로 증가하였거나 또는 수위센서(121)가 비정상적으로 동작되거나 또는 집중강우로 인하여 우수가 유입되는 것으로 판단하여 외부에 해당 알림수단(미도시)을 통하여 이를 알려주도록 동작한다.
또한, 상기 경고정보부(160)는, 상기와 같이, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>제어모델에 대한 운전정보가 상기 최대경과지속시간<Max+(Tl-h)> 이후에 위치되는 경우 이는, 유입수의 공급이 끊겨 저부하 상태가 지속되거나 또는, 유량조정펌프(40)에 의해 유입수는 공급되나 수위가 Low 값이 전달되는 경우 즉, 제어회로 및 시스템의 이상이나 중간부품의 이상으로 판단하여 외부에 해당 알림수단(미도시)을 통하여 이를 알려주도록 동작한다.
또한, 상기 경고정보부(160)는, 상기와 같이, 해당 제어모델에 대한 운전정보가 상기 포기장치(30)의 가동시점 이전으로부터의 유량조정펌프(40)의 총가동시간이 s×Trh 또는 s×Trl 보다 작은 가동시간 값을 가지는 것으로 판단되는 경우 이는, 유량조정펌프(40)를 제어하는 제어회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 외부에 해당 알림수단(미도시)을 통하여 이를 알려주도록 동작한다.
상기 통신부(170)는, 상기 원격통합관리시스템(200)과 무선 또는 유선으로 통신하여 수처리정보와 수처리제어에 필요한 해당 데이터를 송수신한다.
또한, 상기 수처리제어시스템(100)은 입력부(미도시)와 표시부(미도시)를 더 구비하여 하수처리장에서 제어정보를 직접 입력하고 이에 따른 운전정보를 모니터링하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원격통합관리시스템(200)은, 상기 복수개의 수처리제어시스템(100)들의 통신부(190)에 유무선으로 접속되어 상기 수처리정보와 수처리제어에 대한 신호를 송수신하며, 복수개의 수처리제어시스템(100)들을 일원화시켜 해당 포기장치(30)들의 제어 등을 원격으로 제어 가능하도록 하기 위한 것이다.
또한, 상기 원격통합관리시스템(200)은, 단일의 관리프로그램에 의해 유무선 통신이 가능한 복수개의 수처리제어시스템(100)들의 원격 통합 관리를 가능하게 하기 위하여, 상기 수처리제어시스템(100)들이 해당 통신부(170)들과 유무선 통신을 위한 모뎀부(210), 통신의 접속유지, 데이터의 수집 및 저장, 웹프로그램을 탑재하고 웹서버를 운영하기 위한 서버부(220) 및 상기 웹프로그램을 호출하여 각 수처리 제어시스템(100)들을 관리하기 위한 운영부(230) 등으로 구성된다.
여기서, 상기 모뎀부(210)는, RF, CDMA, 인터넷, 데이터전용선 등과 같은 모든 유무선모뎀을 활용할 수 있으며, 해당 모뎀의 통신 프로토콜 규칙에 따르고, 상기 수처리제어시스템(100)의 통신부(190)와의 통신 데이터는 탑재된 프로그램에 의해 규칙에 따라 송수신되고 상기 데이터는 데이터베이스에 저장 관리되도록 한다.
또한, 상기 원격통합관리시스템(200)은, 로컬환경이나 C/S환경에서의 구축은 물론이고, 모든 프로그램이 웹기반에서 운용이 가능하여 별도의 호출함수나 통신함수 없이 데이터베이스 규칙에 따라 데이터를 화면에 출력하거나 제어명령을 해당 데이터베이스 필드에 저장함으로써, 이기종의 수처리제어시스템(100)이 사용되더라도 동일한 데이터베이스 규칙을 설정하여 하나의 통일된 관리 시스템으로 통합할 수 있다.
또한, 상기 원격통합관리시스템(200)은, 상기 웹프로그램만으로 복수개의 수처리제어시스템(100)의 통합 관리 제어가 가능하기 때문에, 통합되지 않은 기타의 웹기반 시스템도 링크만으로 통합 가능하며, 통신서버, 데이터베이스서버, 웹서버 및 운영관리단말기가 한 대의 컴퓨터로 통합 가능하고, 네트워크가 연결된 곳이면 어느 장소에서나 상관없이 분산 설치 가능하여, 규모 및 사용방법에 따라 다양한 시스템의 구성이 가능하다. 또한, 별도의 관리프로그램의 설치가 필요하지 않고 웹서버에 접속만 하면 범용의 브라우저에서 실행이 가능하기 때문에 운영체제 및 실행장치의 종류에 관계없이 통합관리를 가능하게 할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리방법을 나타낸 제어흐름도이다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 수처리제어시스템(100)의 제어부(180) 또는 원격통합관리시스템(200)로부터 수처리제어시스템(100)의 통신부(170)에 해당 수처리 제어에 대응된 조건 정보가 입력된다(S100).
이후, 수처리제어시스템(100)의 퍼지모델부(110)에 의해 상기 입력된 수처리 제어에 대응된 조건 정보를 토대로 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델이 생성 저장된다(S110).
이후, 수처리제어시스템(100)의 제어모델부(130)에 의해 상기 센서부(120)에 의한 유량조정조(10)의 유입량 변화 및 이에 대응된 시간 변화를 토대로 즉, 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우 <Th-l>퍼지모델에 대응되는 <Th-l>제어모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우 <Tl-h>퍼지모델에 대응되는 <Tl-h>제어모델이 생성되고 이를 토대로 포기장치(30)의 제어시간과 적용시점이 결정된다(S120).
이후, 수처리제어시스템(100)의 운전제어부(140)에 의해 상기 제어모델 부(130)에 의해 결정된 제어모델에 대응된 운전모드나, 외부로부터 작업자에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프(40)에 의해 하수가 유입되는 주반응조(20)에 구비된 포기장치(30)가 운전되도록 해당 운전모드가 결정되고 이에 대응되도록 상기 포기장치(30)의 운전이 제어된다(S130).
이후, 수처리제어시스템(100)의 운전정보부(150)에 의해 상기 운전제어부(140)에 운전 제어되는 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 동작에 따른 상태 정보가 판단되고 이에 대한 운전정보가 생성된다(S140).
이후, 수처리제어시스템(100)의 경고정보부(160)에 의해 상기 운전정보부(150)로부터 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델부(110)의 퍼지모델을 비교하여 유량조정펌프(40) 등을 비롯한 구성부들의 이상동작 여부가 판단되고(S150), 상기 판단결과 유량조정펌프(40)와 수위센서(121) 등의 구성부들이 이상 동작하는 것으로 판단되면 이에 대한 경고정보가 생성된다(S160).
이후, 수처리제어시스템(100)의 통신부(170)에 의해 상기 운전정보부(150)의 운전정보와 상기 경고정보부(160)의 경고정보가 원격통합관리시스템(200)에 제공되어 원격통합관리시스템(200)으로 하여금 상기 수처리제어시스템(100)의 원격 제어를 가능하게 하고 상기 수처리제어시스템(100)이 복수개일 경우 이를 단일화시켜 통합 관리하도록 한다(S170).
따라서 상술한 바에 의하면, 상기 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 상기 유량조정조(10)의 수위 가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델이 생성됨으로써, 수처리제어시스템(100)으로 하여금 유량조정조(10)에 유입되는 유입수의 수위에 따라 포기장치(30)의 운전시간과 유휴시간을 규정하는 운전모드를 산출하도록 하여 효율적인 포기장치(30)의 제어를 가능하게 하고 이를 통하여 포기장치(30)의 수명을 늘리고 과다한 전력량의 소모를 방지하며 처리수질의 향상시킬 수 있다.
또한, 복수개의 하수처리장에 설치되는 복수개의 수처리제어시스템(100)들을 원격통합관리시스템(200)을 통하여 일원화하여 원격 통합 관리 운영되도록 함으로써, 효율적인 하수처리장의 관리 및 비상 상황 발생시 효과적인 대처를 가능하게 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도;
도 2는 도 1의 무인 원격 수처리 통합관리시스템의 구성을 나타낸 블록구성도;
도 3은 도 2의 수처리제어시스템에 있어서 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델 생성을 위한 소속함수를 나타낸 도면;
도 4는 도 3의 유량조정조의 수위가 상위수위에서 하위수위로 이동하는 경우에 있어서 과포기 발생에 대응된 퍼지모델의 일반화를 나타낸 도면;
도 5는 도 2의 수처리시스템에 있어서 유량조정조의 수위가 하위수위에서 상위수위로 이동하는 경우의 퍼지모델 생성을 위한 소속함수를 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리방법을 나타낸 제어흐름도이다.
*도면부호설명*
10 : 유량조정조 20 : 주반응조
30 : 포기장치 40 : 유량조정펌프
100 : 수처리제어시스템 110 : 퍼지모델부
120 : 센서부 130 : 제어모델부
140 : 운전제어부 150 : 운전정보부
160 : 경고정보부 170 : 통신부
180 : 제어부 200 : 원격통합관리시스템
210 : 모뎀부 220 : 서버부
230 : 운영부

Claims (10)

  1. 유량조정조(10) 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조(20)에 에어를 공급하는 포기장치(30)의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치(30)를 제어하는 수처리제어시스템(100)과, 복수개의 수처리제어시스템(100)들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템(100)들에 의해 제어되는 포기장치(30)들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템(200)을 포함하며, 상기 수처리제어시스템(100)은, 상기 유량조정조(10)의 상위수위와 하위수위 사이의 비연속적인 변화시간과 이 때의 하수유입패턴에 대응된 퍼지모델이 생성 저장되는 퍼지모델부(110); 상기 유량조정조(10)의 상위수위와 하위수위를 판단하기 위한 센서부(120); 상기 센서부(120)를 이용하여 유량조정조(10)에 유입되는 하수의 유입량을 수집하고 이를 토대로 상기 퍼지모델에 대응되는 제어모델을 생성하는 제어모델부(130); 상기 제어모델부(130)에 의해 생성된 제어모델에 대응되는 운전모드나 외부로부터 관리자 등에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프(40)에 의해 하수가 유입되는 주반응조(20)에 구비된 포기장치(30)가 운전되도록 해당 운전모드를 결정하고 이에 대응되도록 상기 포기장치(30)의 운전을 제어하는 운전제어부(140); 상기 운전제어부(140)에 따라 운전 제어되는 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 동작 상태를 판단하고 이에 대한 운전정보를 생성하는 운전정보부(150); 상기 운전정보부(150)에 의해 생성된 운전정보와 상기 퍼지모델부(110)의 퍼지모델을 비교하여 구성부들의 이상동작 여부를 판단하고 이에 대한 경고신호를 생성하는 경고정보부(160); 및 상기 원격통합관리시스템(200)과 무선 또는 유선으로 통신하여 수처리정보와 수처리제어에 대한 신호를 송수신하는 통신부(170)를 포함하며,
    상기 퍼지모델부(110)는,
    최소경과시간<Min(Th-l)>, 표준경과시간<STD(Th-l)>, 최대경과시간<Max(Th-l)> 및 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>으로 구분되는 변화점과, 상기 최소경과시간<Min(Th-l)>이 경과하기 이전과 상기 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>을 경과한 이후에 경보구간을 가지며, 상기 변화점들에서의 포기장치(30)의 가동과 정지가 반복되는 최소제어시간 결정계수 s와 최대제어시간 결정계수 m을 통하여 상기 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과,
    상기 <Th-l>퍼지모델 지속구간, 최소경과시간<Min(Th-l)>, 표준경과시간<STD(Tl-h)>, 최대경과시간<Max(Tl-h)> 및 최대경과시간<Max(Tl-h)>으로 구분되는 변화점과, 상기 최대경과시간<Max(Tl-h)>을 경과한 이후에 저부하상태가 지속되는 점을 나타내는 경보구간을 가지며, 상기 변화점들에서의 포기장치(30)의 가동과 정지가 반복되는 최소제어시간 결정계수 p와 최대제어시간 결정계수 n을 통하여 상기 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델을 생성하고,
    상기 제어모델부(130)는,
    상기 <Th-l>퍼지모델의 최소경과시간<Min(Th-l)>으로부터 적용되도록 하고 상기 포기장치(30)의 최소 운전 Cycle TB(a,b)가 끝나는 시점의 위치로부터 다시 적용되도록 하는 상기 포기장치(30)의 제어시간<TB(a)>을 가지는 <Th-l>제어모델을 생성하고,
    상기 <Tl-h>퍼지모델의 최종 Cycle이 끝나는 시점인 <Th-l>제어모델 지속구간 종료점으로 하고 다음 적용시점을 포기장치(30)의 최소 운전 Cycle TB(i,j)가 끝나는 시점의 위치로부터 다시 적용되도록 하며, 종료시점은 수위가 Low상태에서 High상태로 전환되는 시점을 종료시점으로 하여 상기 유량조정조(10)의 수위가 Low에서 High가 되면 모든 진행중인 <Tl-h>제어모델을 중단하고 <Th-l>제어모델이 진행되도록 하는 상기 포기장치(30)의 제어시간<TB(i)>을 가지는 <Tl-h>제어모델을 생성하며,
    상기 경고정보부(160)는,
    상기 운전정보부(150)의 운전정보가
    상기 최소경과시간<Min(Th-l)>이 경과하기 이전에 위치되는 경우 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)로 되는 상태로서 수위센서(121)나 유량조정펌프(40)의 고장으로 추정하고, 상기 최대경과지속시간<Max+(Th-l)>을 경과한 이후에 위치되는 경우 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)를 지속적으로 유지하는 상태로서 유입량이 비정상적으로 증가하였거나 또는 센서부(120)가 비정상적으로 동작되거나 또는 집중강우로 인하여 우수가 유입되는 것으로 판단하여 외부에 알림 동작하고,
    상기 운전정보부(150)의 운전정보가
    상기 최대경과지속시간<Max+(Tl-h)> 이후에 위치되는 경우 또는 유입수의 공급이 끊겨 저부하 상태가 지속되거나 유량조정펌프(40)에 의해 유입수는 공급되나 수위가 Low 값이 전달되는 경우 제어회로의 이상이나 중간부품의 이상으로 판단하여 외부에 알림 동작하며,
    상기 운전정보부(150)의 운전정보가
    상기 포기장치(30)의 가동시점 이전으로부터의 유량조정펌프(40)의 총가동시간이 제어모델부(130)의 제어시간 보다 작은 가동시간 값을 가지는 것으로 판단되는 경우 유량조정펌프(40)의 이상으로 판단하여 외부에 알림 동작하는 것을 특징으로 하는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리시스템.
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  10. 유량조정조(10) 수위의 비연속적인 변화시간과 하수유입패턴에 대응되는 퍼지모델에 따라 주반응조(20)에 에어를 공급하는 포기장치(30)의 제어모델을 생성하고 상기 제어모델에 대응되는 운전모드를 통하여 포기장치(30)를 제어하는 수처리제어시스템(100)과,
    복수개의 수처리제어시스템(100)들을 일원화시켜 각 수처리제어시스템(100)들에 의해 제어되는 포기장치(30)들의 안정적인 제어가 가능하도록 통합 운영 관리하는 원격통합관리시스템(200)을 포함하며,
    상기 수처리제어시스템(100) 또는 상기 원격통합관리시스템(200)에 의해 해당 수처리 제어에 대응된 조건 정보가 입력되는 단계;
    상기 입력된 수처리 제어에 대응된 조건 정보를 토대로 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우의 <Th-l>퍼지모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우의 <Tl-h>퍼지모델이 생성 저장되는 단계;
    상기 유량조정조(10)의 수위가 상위수위(Lh)에서 하위수위(Ll)로 이동하는 경우 <Th-l>퍼지모델에 대응되는 <Th-l>제어모델과, 유량조정조(10)의 수위가 하위수위(Ll)에서 상위수위(Lh)로 이동하는 경우 <Tl-h>퍼지모델에 대응되는 <Tl-h>제어모델이 생성되고 이를 토대로 포기장치(30)의 제어시간과 적용시점이 결정되는 단계;
    상기 결정된 제어모델에 대응된 운전모드나, 외부로부터 작업자에 의해 입력되는 운전모드로 유량조정펌프(40)에 의해 하수가 유입되는 주반응조(20)에 구비된 포기장치(30)가 운전되도록 해당 운전모드가 결정되고 이에 대응되도록 상기 포기장치(30)의 운전이 제어되는 단계;
    상기 운전 제어되는 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 동작에 따른 상태 정보가 판단되고 이에 대한 운전정보가 생성되는 단계;
    상기 운전정보와 상기 퍼지모델을 비교하여 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)의 이상동작 여부가 판단되는 단계; 및
    상기 포기장치(30)와 유량조정펌프(40)가 이상 동작하는 것으로 판단되면 이에 대한 경고정보가 생성되는 단계; 및
    상기 운전정보와 상기 경고정보가 상기 원격통합관리시스템(200)에 제공되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 변화에 따른 퍼지모델을 이용한 무인 원격 수처리 통합관리방법.
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