KR100989805B1 - 상수도 송수계통의 펌프와 배수지 간의 연계제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수도 송수계통의 취수펌프와 배수지 간의 연계제어장치에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 송수단계의 구성요소인 취수펌프와 배수지 간의 연계운영에 있어 용수수요량을 이용한 취수펌프와 배수지의 최소량에 의한 에너지관리를 최적으로 운영하기 위한 것이다.

Description

상수도 송수계통의 펌프와 배수지 간의 연계제어장치{Pump of waterworks water supply and water reservoir link control device}

본 발명은 상수도 송수계통의 취수펌프와 배수지 간의 연계제어장치에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 송수단계의 구성요소인 취수펌프와 배수지 간의 연계운영에 있어 용수수요량을 이용한 취수펌프와 배수지의 최소량에 의한 에너지관리를 최적으로 운영하기 위한 것이다.

일반적으로 상수도시설은 수질을 개선하는 정수장과 용수를 공급하는 송수시스템으로 크게 구분할 수 있다. 그 중 송수시스템은 펌프에 의해 수두압을 확보할 수 있는 위치의 배수지에 송수하고 배수지의 위치에너지에 의해 자연유하 방식으로 수용가에 공급하고 있다.

상기 배수지는 시간적으로 변동하는 급수량과 1일 최대 급수량을 기준으로 6시간 이상을 저장할 수 있도록 설계되어 정수량과 시간변동에 따라 변동하는 용수 수요량과의 차이를 조정하는 역할을 주목적으로 한다.

이와 같이 배수지는 물을 정수장으로부터 받아서 그 물을 요구에 따라서 수용지로 분배하는 역할을 한다. 상기 배수지는 송수의 순간적 변동을 조정하는 기능과 상류 측에서 사고가 발생하는 등의 경우에도 물을 소정의 양과 압력으로 유지하는 기능을 제공할 필요가 있다.

한편, 산출된 1일 최대 물 소비량에 기초한 작동으로 인해 정수장은 단위 시간당 소정량의 청정수를 배수지로 공급한다. 상기와 같은 2가지 요건을 균형 있게 만족시킬 수 있는 배수지의 제어가 필요하다. 이러한 제어의 대표적인 실례는 수위를 일정하게 조절하는 것과 매 시간마다 설정되는 목표 수위를 조절하는 것이 있다.

이와 같이 배수지의 가장 간단한 수위 조절은 수위를 일정하게 조절하는 것인데, 그러나 이러한 조절은 실제에 있어서는 완충 기능에 있어 비효과적이다. 물 분배에 있어 시간 변화를 고려한 매 시간마다 설정되는 목표 수위를 조절하는 것에 의하면 어떤 결과를 얻을 수 있지만, 분배 패턴이 매일 일정하지 않다는 사실로 인해 만족스럽지 않은 그러한 결과가 하루에도 여러 번 발생하게 된다. 배수지의 상류 측에서 발생하는 사고를 고려할 때, 배수지는 물 저장/분배 용량성을 제공할 수 있어야 한다. 이러한 요건을 완전히 만족시키기 위해서는, 배수지의 수위는 항상 유효 깊이의 범위 내에서 더욱 높은 값으로 결정되어야 한다. 그러나 수위는 완충기능의 요건에 부합될 수 있도록 하기 위해서는 약간의 정도로 변동되어야 할 필요가 있고, 사고 발생 시의 요건에 부합될 수 있도록 하기 위해서는 더욱 높은 일정한 값으로 유지되어야 할 필요가 있다.

서로 상충 되는 위와 같은 요건들을 만족스럽게 조정할 수 있는 제어가 필요하게 되었다. 그러나 그와 같은 이상적 제어는 아직까지는 달성되지 않고 있다.

그뿐만 아니라 송수단계의 구성요소인 취수펌프와 배수지의 연계 운영에 있어 다목적 분석기법을 이용한 에너지관리의 최적운영방법을 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 상수도의 송수시스템에 설치된 취수펌프와 배수지 간의 최적운영을 위해서는 취수펌프 운전의 안정성, 에너지 비용에 있어서 경제성, 수용가의 용수공급 충족을 위한 수요예측 신뢰성을 목적으로 한다.

즉, 상수도 송수시스템의 주요 목적을 평가하는 지표는 각각의 안정성, 경제성 및 신뢰성으로써, 첫째, 안정성: 펌프의 개폐횟수, 둘째, 경제성: 총 에너지 비용의 최소화, 셋째, 신뢰성: 운전기간 중 배수지의 최소 저수량을 나타낸다.

또한, 수도시설의 설계기준은 20년 후의 용수수요량을 기준으로 설계하므로 송, 배수시스템의 배수지용량은 목표 연도 이전에는 여유용량이 발생한다. 취수펌프 가동시 주간과 야간의 요금차이가 61%나 차이가 있어 저수지의 여유용량과 전력요금의 차이를 이용하여 취수펌프와 배수지 및 수용가를 연계한 총 에너지 비용을 최소화하는 제어장치를 개발하고자 함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수용가 측에서 사용되는 용수수요량을 측정하는 유량계 센서(10)와,

상기 유량계 센서(10)에서 감지된 아날로그 신호의 데이터를 취득하여 디지털신호의 데이터로 변환하는 A/D 컨버터(20)와,

A/D컨버터(20)에서 변환된 디지털신호의 데이터를 필터링하는 신호필터링부(30)와,

상기 신호필터링부(30)를 거친 데이터를 저장하는 CPU저장부(40)와,

상기 CPU저장부(40)에 저장된 데이터를 전송하는 데이터 전송부(50)와,

상기 데이터 전송부(50)에서 전송된 데이터를 장기간 저장하는 용수유량데이터베이스부(60)와, 배수지의 최소유량을 계산하는 배수지 용량계산부(70)와, 취수펌프의 가동과 정지시간을 결정하는 취수펌프 가동 및 정지결정부(80)로 이루어진 시뮬레이터부(90) 및 상기 데이터 전송부(50)에서 전송된 실시간 데이터의 유량을 전달받아 제어하는 중앙제어장치(100)와,

또 취수펌프와, 배수지와, 전력을 감시하여 중앙제어장치(100)로 전송하는 계측부(110)와,

상기 중앙제어장치(100)에서 실시간 데이터유량과 예측유량을 비교분석한 데이터를 전송받아 가동과 정지를 신호를 수행하는 취수펌프기동정지부(120)와,

그리고 중앙제어장치(100)에서 제어된 신호를 실시간으로 상태를 표시하는 상태표시부(130) 및 에너지평가를 표시하는 에너지평가표시부(140)를 포함하여,
용수수요량을 예측하고, 배수지에 저장할 수 있는 능력을 계산하여 주간 및 야간의 요금을 반영하여 다음 시간대의 용수수요량을 예측하고 배수지 수위를 높여야 할 것인지 아니면 비워야 할 것인지를 취수펌프와 배수지 수위를 연계하여 그 량을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 상수도 송수계통의 펌프와 배수지 간의 연계제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 중앙제어장치(100)는 인터넷(150)과 연결하여 원격으로 감시할 수 있도록 원격감시부(160)를 구성한 것을 특징으로 하는 상수도 송수계통의 펌프와 배수지 간의 연계제어장치를 제공한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 용수수요량을 예측하고, 배수지에 저장할 수 있는 능력을 계산하여 주간 및 야간의 요금을 반영하여 다음 시간대의 용수수요량을 예측하고 배수지 수위를 높여야 할 것인지 아니면 비워야 할 것인지를 취수펌프와 배수지 수위를 연계하여 그 량을 계산함으로써 에너지효율을 최적화하는 효과가 있다.

즉, 과거의 하루 24시간 용수수요량 변화 실적을 근간으로 하여 예측된 용수수요량 데이터를 이용하여 송, 배수시스템의 배수지의 저수지 수위운영을 최적으로 하여 총 전력요금을 최소로 하는 조건을 예측함에 있어 최적운영시스템에서 최적값을 계산하는 시간을 최소화하는 효과가 있다.

예측된 수용량정보들로부터 최소 전력량 조건을 산출하기 위하여 취수펌프가동시간과 저수지 수위 변화와 용수공급량에 따른 최적화를 이루기 위해 송, 배수시스템의 배수지의 저수수위 변화를 용수사용수량의 일정범위로 미분하여 그 일정 범위 중에서 총에너지를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 상수도 송수계통의 취수펌프와 배수지 간의 연계운영을 나타낸 블록도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 설명한다.

본 발명은 배수와 상호 연계하여 운영하는 취수펌프의 가동율이나 가동대수의 조절과 배수지의 운전수위 조정으로 수용가의 수요변동에 대처하며, 또 취수펌프 운전에 따른 시스템 안정성의 증대와 시스템 운전에 필요한 에너지 비용을 절감하는데 있다.

즉, 시스템의 안정성은 각 취수펌프의 운전 상태변화의 최소화이며, 에너지 비용은 취수펌프의 최적효율에 적합한 운전성과 취수펌프의 수두 및 전력 사용시간에 따른 에너지 가격에 따라 결정된다.

따라서 수요변화에 높은 신뢰도로 대처하면서 취수펌프운전을 안정적으로 운영하고 배수지의 유효 저수용량을 최적 활용하여 운전비용을 최소화시키기 위한 것이다.

이와 같이 본 발명의 송, 배수시스템의 작동은 도 1에 나타내는 바와 같이, 수용가 측에서 사용한 용수수요량을 유량계선서(10)가 감지한다.

상기 감지된 수용가 측의 용수수요량을 감지한 아날로그 신호의 데이터를 A/D컨버터(20)에서 디지털 신호의 데이터로 변환한다.

이때 디지털 신호 데이터가 흔들리거나 신호에 잡음이 포함되어 있는 것을 신호 필터링부(30)에서 필터링하여 안정한 디지털신호의 데이터를 생성하여 마이크로 CPU저장부(40)에 저장한다.

상기 마이크로 CPU저장부(40)에 저장된 데이터를 데이터 전송부(50)에서 시뮬레이터부(90)와 온라인으로 나누어 전송한다.

그리고 상기 시뮬레이터부(90)는 용수유량 데이터베이스(60)와, 배수지 용량계산부(70)와, 취수펌프 기동 및 정지결정부(80)로 구성되고, 용수유량데이터베이스부(60)에서는 유량을 장기간 저장하고, 배수지 용량 계산부(70)에서는 배수지의 최소유량을 계산하고, 또 취수펌프의 가동 및 정지 결정부(80)에서는 취수펌프의 가동여부를 결정한다.

상기와 같이 수용가에서 측정된 배수용수량에 대한 데이터를 분석하여 중앙제어장치(100)에 전송한다. 또한, 온라인으로 전송된 예측수요량도 실시간으로 중앙제어장치(100)에 전송되고 있기 때문에 중앙제어장치(100)에서는 예측수요량과 수용가가 사용한 배수수요량을 비교 판단함과 동시에 송수시스템의 알고리즘과 감시제어를 자동으로 수행한다.

그리고 취수장 감시와 배수지 감시 및 전력을 감시하는 계측부(110)에서는 이를 계측하여 중앙제어장치(100)에 전달하여 취수펌프의 기동정지부(120)에서 기동정지 신호를 하여 에너지의 효율을 절약하게 된다.

상기와 같이 상태표시부(130)에 표시되는 데이터는 디스플레이에 실시간으로 표시되어 운영자가 수시로 점검할 수 있도록 하였고, 이를 통해 에너지평가부(140)에서는 에너지관리를 평가하여 표시하게 된다.

또한, 상기와 같이 작동하는 중앙제어장치(100)는 인터넷(150)을 통하여 원격 부(160)에 전달하여 원격으로도 취수펌프의 가동 여부에 따른 에너지의 효율을 점검할 수 있다.

10. 유량계센서 20. A/D 컨버터부
30. 신호필터링부 40. CPU 저장부
50. 데이터 전송부 60. 용수유량데이터베이스부
70. 배수지용량 계산부 80. 취수펌프기동 및 정지결정부
90. 시뮬레이터부 100. 중앙제어장치
110. 계측부 120. 취수펌프기동정지부
130. 상태표시부 140. 에너지평가표시부
150. 인터넷 160. 원격감시부

Claims (2)

1. 수용가측에서 사용되는 용수수요량을 측정하는 유량계 센서와,
   상기 유량계센서에서 감지된 아날로그 신호의 데이터를 취득하여 디지털신호의 데이터로 변환하는 A/D 컨버터와,
   A/D컨버터에서 변환된 디지털신호의 데이터를 필터링하는 신호필터링부와,
   상기 신호필터링부를 거친 데이터를 저장하는 마이크로 저장부와,
   상기 마이크로 저장부에 저장된 데이터를 전송하는 데이터 전송부와,
   상기 데이터 전송부에서 전송된 데이터를 장기간 저장하는 용수유량데이터베이스부와, 배수지의 최소유량을 계산하는 배수지 용량계산부와, 취수펌프의 가동과 정지시간을 결정하는 취수펌프 가동 및 정지결정부로 이루어진 시뮬레이터부 및 상기 데이터 전송부에서 전송된 실시간 데이터의 유량을 전달받아 제어하는 중앙제어장치와,
   또 취수펌프와, 배수지와, 전력을 감시하여 중앙제어장치로 전송하는 계측부와,
   상기 중앙제어장치에서 실시간 데이터유량과 예측유량을 비교분석한 데이터를 전송받아 가동과 정지의 신호를 수행하는 취수펌프와,
   그리고 중앙제어장치에서 제어된 신호를 실시간으로 상태를 표시하는 상태표시부 및 에너지평가를 표시하는 에너지평가표시부를 포함하여,
   용수수요량을 예측하고, 배수지에 저장할 수 있는 능력을 계산하여 주간 및 야간의 요금을 반영하여 다음 시간대의 용수수요량을 예측하고 배수지 수위를 높여야 할 것인지 아니면 비워야 할 것인지를 취수펌프와 배수지 수위를 연계하여 그 량을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 상수도 송수계통의 펌프와 배수지 간의 연계제어장치.
   
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