KR101129034B1 - 메시방식 다중화 원격감시제어반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메시방식 이중화 원격감시제어반으로서, 복수의 계측기기 및 제어기기를 포함하는 현장기기, 상기 현장기기를 감시제어하는 복수의 원격제어기 및 현장제어기, 상기 복수의 원격제어기 및 현장제어기에 접속하여 감시 및 제어를 위한 프로세스 운전 시스템(POS: process operating system)과 개발 및 유지보수를 위한 프로세스 엔지니어링 시스템(PES: process engineering system)이 인터넷망으로 연결되고 웹서버와 데이터베이스 서버와 연결된 상황실을 포함하고, 상기 복수의 현장기기는 제1 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 상기 현장기기 간에 통신을 하고, 복수의 원격제어기는 제2 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 상기 현장기기 또는 원격제어기와 통신을 하고, 상기 상황실은 제3 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 원격제어기와 통신을 하고, 상기 현장제어기와 상황실은 전용망 대신 이동통신망(CDMA/3G/LTE)으로 제4 무선 이중화 접속하는 것을 특징으로 한다.

Description

메시방식 다중화 원격감시제어반{ Remote monitoring control apparatus of mesh-bridge type for teatment facilities}
본 발명은 메시(mesh)방식 다중화 원격감시제어반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메시방식을 이용하여 다중화 통신망을 구성하여 제한된 단위구역에 설치된 처리시설들을 모니터링하고 자동제어 및 원격제어가 가능하도록 한 원격감시제어반에 관한 것이다.
하수처리장, 상수처리장, 펌프장 및 소각로와 같은 처리시설 등은 교외의 원거리에 위치하고 있어 관리 및 운영인력 비용과 시간을 줄이기 위하여 원격감시제어가 필수적이다.
현재 대부분 처리시설의 원격제어는 전화선을 이용한 TM/TC(telemetering /telecontrol)로서 폐쇄적인 시스템으로 운영되거나 단위사업장 내에 프로세스를 최적으로 하는 분산제어시스템으로 설계되어 있다. 따라서 각종 케이블의 연결로 시스템의 구성이 복잡하고, 케이블 공사비, 추가 증설시 공사비가 소요되고 A/S발생시 즉각적인 조치를 할 수 없을 뿐만 아니라, 중앙감시반에 관리자가 상주하여 항상 감시하거나 분산제어시스템을 관리하는 운영요원이 상주함으로써 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 특허문헌 1에 메시방식을 이용하여 원격지 간에 자동으로 가스검침이 가능한 새로운 형태의 메시방식 원격가스검침시스템이 제시되었다. 그러나 특허문헌 1은 원격으로 검침을 하고 과금조회 등을 중앙에서 관리수행하는 것으로서 원격제어나 자동제어가 가능하지 않고, 무선망이 불안정할 경우 오류율이 높고 백업망이 없어 시스템의 안정성이 없다.
특허문헌 2에는 P2P(peer-to-peer)방식의 원격제어 시스템이 제시되어 있다. 특허문헌 2의 기술은 주로 정보기기, 가전기기 및 방범기기의 제어에 관한 것으로서, 관리자가 상주하지 아니하고 제어할 수 있으나, 예비망의 구성이 없어 안정성과 실시간 신뢰성이 부족하다.
1. 한국 공개특허 제2011-0108517호(2011. 10. 6.) 2. 한국 공개특허 제2009-0043192호(2009. 5. 6.)
상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 메시방식을 이용하여 다중화 통신망을 구성하여 제한된 단위구역에 설치된 처리시설들을 모니터링하고 자동제어 및 원격제어가 가능하도록 한 원격감시제어반을 제공하고자 한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 메시방식 이중화 원격감시제어반의 구성은, 하수처리시설, 상수처리시설, 배수펌프시설, 소각로시설, 가압펌프장시설, 배수지시설에서 전류, 전압, 전력량, 주파수, 역률, 개도율, 수위, 유량, 압력을 측정하는 복수의 계측기기 및 각종 스위치기어의 상태, 펌프류의 가동상태, 각 펌프나 스위치기기의 경보상태 등 각종 기기의 내부에 설치되어 제어하는 내부제어기를 포함하는 현장기기, 상기 현장기기를 감시제어하는 복수의 원격제어기 및 현장제어기, 상기 복수의 원격제어기 및 현장제어기에 접속하여 감시 및 제어를 위한 프로세스 운전 시스템(POS: process operating system)과 개발 및 유지보수를 위한 프로세스 엔지니어링 시스템(PES: process engineering system)이 인터넷망으로 연결되고 웹서버와 데이터베이스 서버와 연결된 상황실을 포함하고,
상기 복수의 현장기기들은 제1 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 상기 현장기기 간에 통신을 하고,
복수의 원격제어기는 제2 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 상기 현장기기 또는 원격제어기와 통신을 하고,
상기 상황실은 제3 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 원격제어기와 통신을 하고,
상기 현장제어기와 상황실은 전용망 대신 이동통신망(CDMA/3G/LTE)으로 제4 무선 이중화 접속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 무선 이중화 메시 네트워크는 멀티채널 멀티인터페이스 기반의WDS(wireless distribuition system) 동작 모드를 사용하고 브리지를 이용하여 노드 간 정적링크를 통한 통신이 가능한 WBMR(WDS bridge mesh routing) 프로토콜을 적용한다.
본 발명의 일 실시예로서, 제1 및 제2 무선 이중화 메시 네트워크는 비면허대역인 700MHz, 900MHz 대 주파수를 이용하고, 제3 무선 이중화 메시 네트워크는 비면허대역인 2.4GHz와 5GHz 대역을 사용한다.
본 발명의 일 실시예로서, 이중화는 주파수 대역을 다르게 하거나 채널을 달리하여 구현한다.
본 발명의 일 실시예로서, 제4 무선 이중화 접속방식은 통신이 끊기지 않도록 2개의 무선 모뎀을 사용하여 소정의 시간 간격으로 교번 접속하여 실시간 감시제어한다.
본 발명에 따른 메시방식 다중화 원격감시제어반는 각종 케이블, 광케이블, 광접속함, 광컨버터 등 케이블 관련 장비가 불필요하고, 원격제어기의 I/O 카드가 불필요하여 설비 투자비를 줄일 수 있다.
또한, 다중 통신망을 구성함으로써 물리적으로 연결된 기존 시스템 대비 오류율이 현저히 감소하며, 각종 기기와 물리적으로 연결되어 있지 않아 A/S 처리가 신속하며 현장기기 불량 시 신속한 교체가 가능하고, 증설시 간단한 구성으로 추가 비용을 절감할 수 있다.
또한, 한 개의 무선라인이 소실되어도 예비라인으로 바로 가동할 수 있으므로 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상되어 시스템의 가동시간을 연장하고 시스템의 정지시간을 단축하며 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 하수처리시설, 상수처리시설, 배수펌프시설, 소각로시설, 가압펌프장시설, 배수지시설 등의 전류, 전압, 전력량, 주파수, 역률, 개도율, 수위, 유량, 압력, 각종 스위치기어의 상태, 펌프류의 가동상태, 각 펌프나 스위치기기의 경보상태, 각종 기기의 제어 등을 위한 계측제어설비, 자동제어설비, 원격감시제어설비에 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 처리시설 원격감시제어 시스템
도 2는 종래의 원격제어반의 인터페이스 카드 장착도
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 WDS 브리지-메시 방식을 이용한 원격감시제어반
도 4는 본 발명에 따른 제4 무선 이중화 접속 방식 하드웨어 구조
도 5는 본 발명에 따른 제4 무선 이중화 접속 방식 프로그램 알고리즘
도 6은 본 발명에 따른 원격제어기의 I/O 카드 장착도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 하수처리시설, 상수처리시설, 배수펌프시설, 소각로시설, 가압펌프장시설, 배수지시설 등의 전류, 전압, 전력량, 주파수, 역률, 개도율, 수위, 유량, 압력, 각종 스위치기어의 상태, 펌프류의 가동상태, 각 펌프나 스위치기기의 경보상태 등 각종 기기의 제어 등을 위한 계측제어반, 자동제어반, 원격감시제어반에 적용하는 설비이다.
도 1은 종래의 처리시설 원격감시제어 시스템(100)을 보여준다. 상황실(110)에는 감시 및 제어를 위한 프로세스 운전 시스템(POS: process operating system)과 개발 및 유지보수를 위한 프로세스 엔지니어링 시스템(PES: process engineering system)이 인터넷망인 TCP/IP로 연결되고 웹서버와 데이터베이스 서버로 연결된다. 현장기기(130)에는 복수의 모터제어기(MCC), 수위표시기(LI) 및 수위값전송기(LT), 유량표시기(FI) 및 유량값전송기(FT), 압력표시기(PI) 및 압력값전송기(PT)를 감시제어를 위한 복수의 원격제어기(120, RCS1, ..., RCSn)가 동케이블이나 광케이블 등으로 연결되어 있다. 배수지나 가압장의 현장제어기는 전용선을 이용하여 인터넷망에 연결되어 상황실의 POS, PES 및 웹서버에 접속된다. 여기서 원격제어기는 원격으로 현장기기들을 제어하는 제어기이고, 현장제어기는 자체적으로 또는 원격으로 현장기기를 제어하는 것으로서 상황실에서 전용망으로 감시를 할 수 있다.
하나의 원격제어기에는 전류, 전압, 전력량, 주파수, 역률, 개도율, 수위, 유량, 압력 등의 상태를 측정하기 위한 복수의 계측기기가 접속되고 각종 스위치기어의 상태, 펌프, 밸브, 경보 등의 상태를 감시제어하기 위한 인터페이스 카드가 도 2와 같이 다수 장착된다.
따라서 종래의 기술은 계측기기 및 제어기기와 연결을 위하여 동케이블이나 광케이블을 사용하기 때문에 배선이 복잡하고, 광접속함, 광컨버터 등 케이블 관련 장비가 필요하고, 원격제어기의 I/O 카드가 다수 필요하여 추가증설에 한계가 있다. 또한 케이블의 접속 불량 내지 파손에 의하여 감시제어가 불가능한 경우도 발생한다.
본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 유선망 대신에 적은 비용으로 구축이 용이하고 확장성이 있는 메시방식의 무선망을 이용하여 다중망 통신을 구성하는 것이다.
무선 메시 네트워크(WMN: wireless mesh network)은 멀티-홉(multi-hop) 네트워크의 하나로 자체 구성되는 노드(node)들의 세트이다. 메시 브리지(mesh bridge)는 한꺼번에 하나 이상의 메시 네트워크에 동시적으로 참여하는 노드로서 적어도 2개의 메시 네트워크에 즉각 접속되는 노드이다. 브리지는 물리 계층에 있는 네트워크 세그먼트를 연결해 주는 장치인 리피터 또는 네트워크 허브와 비슷하지만 단순한 재전송이 아니라 데이터 패킷을 분석하여 전송할 수 있는지 여부를 결정하고 트래픽을 관리한다. 브리지를 이용하면 여러 개의 인터페이스 관리가 용이하며 각 인터페이스에 IP주소를 할당해야 하는 Ad hoc 모드와 달리 브리지 인터페이스에만 IP 주소를 할당한다. 본 발명에서는 멀티채널 멀티인터페이스 기반의WDS(wireless distribuition) 동작 모드를 사용하고 브리지를 이용하여 노드 간 정적링크를 통한 통신이 가능한 WBMR(WDS bridge mesh routing) 프로토콜을 적용한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예로서 WDS 브리지-메시 방식을 이용한 원격감시제어 시스템(200)을 보여준다. 상황실(210)의 POS, PES는 인터넷망으로 연결되며 웹서버와 데이터베이스 서버로 연결된다. 복수의 현장기기(230)는 제1 무선 이중화 메시 네트워크(260)를 형성하고 브리지를 이용하여 복수의 원격제어기(220, RCS1, ..., RCSn)와 통신한다. 복수의 원격제어기(220)도 제2 무선 이중화 메시 네트워크(250)를 형성하고 브리지를 이용하여 통신한다. 상황실(210)과 원격제어기(220) 사이에도 제3 무선 이중화 메시 네트워크(240)를 형성하고 브리지를 이용하여 통신한다. 현장제어기와 상황실은 전용망 대신 CDMA/3G/LTE 망으로 제4 무선 이중화 접속(270)한다.
제1 및 제2 무선 이중화 메시 네트워크(250,260)는 비면허대역인 700 MHz, 900MHz 대 주파수를 이용하고, 제3 무선 이중화 메시 네트워크(240)은 비면허대역인 2.4GHz와 5GHz 대역을 사용하고 상용의 WiFi망을 이용할 수 있다.
이중화는 주파수를 달리하여 구현할 수도 있고 채널을 달리하여 구현할 수 있다. 도 3에서 제3 무선 이중화 메시 네트워크(240)는 A와 B로 이중화하며, 제1 및 제2 무선 이중화 메시 네트워크(250,260)는 E,F,G와 D가 이중화된다.
통신 사업자는 기지국의 과부하를 방지하고자 전화 접속 후 특정 시간이상 접속이 계속되면 자동으로 접속을 차단하게 되어 있어, 현장제어기와 같이 원격감시제어를 항시 해야하는 상황에서 접속이 차단되면 문제가 되므로 연속 접속을 위한 제4 무선 이중화 접속을 사용한다. 제4 무선 이중화 접속(270) 방식은 도 4와 같이 2개의 모뎀을 사용하고 도 5와 같은 프로그램 알고리즘을 사용하여 소정 시간격으로 교번 접속하여 실시간 감시제어를 하도록 구성한다.
또한, 접속 케이블을 없애고 원격제어기의 I/O 카드를 도 6과 같이 간략화함으로써 장비의 확장성과 유지보수관리가 편리하다.
200: 원격감시제어반 210:상황실
220: 원격제어기 230: 현장기기
240: 제3 이중화 무선 메시 네트워크
250: 제2 이중화 무선 메시 네트워크
260: 제1 이중화 무선 메시 네트워크
270: 제4 이중화 공중망 네트워크

Claims (3)

  1. 하수처리시설, 상수처리시설, 배수펌프시설, 소각로시설, 가압펌프장시설 및 배수지시설에서 전류, 전압, 전력량, 주파수, 역률, 개도율, 수위, 유량, 압력을 측정하는 복수의 계측기기 및 각종 스위치기어의 상태, 펌프류의 가동상태, 각 펌프나 스위치기기의 경보상태 등 각종 기기의 내부에 설치되어 제어를 하는 내부제어기를 포함하는 복수의 현장기기;
    상기 현장기기를 감시제어하는 복수의 원격제어기 및 현장제어기를 포함하는 제어반;
    상기 제어반에 접속하여 감시 및 제어를 위한 프로세스 운전 시스템(POS: process operating system)과 개발 및 유지보수를 위한 프로세스 엔지니어링 시스템(PES: process engineering system)이 인터넷망으로 연결되고 웹서버와 데이터베이스 서버와 연결된 상황실을 포함하는 원격 처리시설에 있어서,
    현장기기 간 또는 현장기기와 제어반은 제1 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 통신을 하고,
    복수의 원격제어기는 제2 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 현장기기 또는 원격제어기 간에 통신을 하고,
    상황실은 제3 무선 이중화 메시 네트워크를 형성하고 브리지를 이용하여 원격제어기와 통신을 하고,
    현장제어기와 상황실은 전용망 대신 이동통신망(CDMA/3G/LTE)으로 제4 무선 이중화 접속하고,
    상기 무선 이중화 메시 네트워크들은 멀티채널 멀티인터페이스 기반의WDS(wireless distribuition system) 동작 모드를 사용하고 브리지를 이용하여 노드 간 정적링크를 통한 통신이 가능한 WBMR(WDS bridge mesh routing) 프로토콜을 적용하고,
    상기 제1 및 제2 무선 이중화 메시 네트워크는 비면허대역인 700MHz, 900MHz 대 주파수를 이용하고, 상기 제3 무선 이중화 메시 네트워크는 비면허대역인 2.4GHz와 5GHz 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 메시방식 이중화 원격감시제어반
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이중화는 주파수 대역을 다르게 하거나 채널을 달리하여 구현하는 것을 특징으로 하는 메시방식 이중화 원격감시제어반
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4 무선 이중화 접속은 통신이 끊기지 않도록 2개의 무선 모뎀을 사용하여 소정의 시간 간격을 두고 교번 접속하여 실시간 감시제어하는 것을 특징으로 하는 메시방식 이중화 원격감시제어반
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