KR101179996B1 - 유해 가스 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

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황성일
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Abstract

본 발명은 대규모 플랜트에서 유해 가스를 모니터링 하기 위한 기술에 관련된 것이다.
본 발명에 따르면 메인 센서로부터 감지된 유해 가스 농도가 기준치 이상인 경우에 주변 센서를 동작시킴으로써 부하를 줄이고 궁극적으로 자원의 효율적 활용 및 설치비용의 절감을 실현시킬 수 있는 기술이 개시된다.

Description

유해 가스 감지 시스템 및 방법{SYSTEM FOR MONITORING HARMFUL GASES AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 화력발전소, 석유화학공장, 제철공장, 섬유공장 등과 같이 넓은 공간적 영역에 대규모의 플랜트가 구축된 장소에서의 유해 가스를 모니터링하기 위한 기술에 관한 것이다.
화력발전소, 석유화학공장, 제철공장, 섬유공장 등과 같이 대규모의 플랜트가 구축된 장소는 공간적 영역이 넓고 제품 생산 과정에서 유해 가스가 발생하는 것이 일반적이다.
따라서 유해 가스를 감지하기 위한 감지기를 넓은 영역 중 몇몇의 곳에 구비시켜 유해 가스의 발생 여부를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 경보를 발생시키고 있다. 이러한 경우 감지기와 감지된 정보를 분석하는 정보 분석기 간에는 유선을 통해 통신한다.
그런데, 그러한 종래의 모니터링 시스템에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 감지기와 정보 분석기가 유선으로 통신하기 때문에 시스템 구축 시에 유선망을 깔기 위한 비용이 크다. 예를 들어, 유선이 지상으로 노출될 경우 훼손 등의 문제점 때문에 파이프 관에 삽입시킨 상태로 지중에 매설하기 때문에 설치비용과 설치작업의 곤란함이 매우 크며, 이러한 점은 플랜트 구축 영역이 넓으면 넓을수록 더 커진다.
둘째, 지속적으로 유해 가스를 감지하여야 하기 때문에 전력소모가 커서 상시 전원이 필요하기 때문에 상시 전원이 닿지 않는 곳에는 감지기를 설치하기가 곤란하고, 부득이 상시 전원이 닿지 않는 곳에 설치하기 위해서는 별도의 배선 작업을 하여야 하기 때문에 이 또한 설치비용과 설치작업의 곤란함을 가져온다.
셋째, 위와 같은 첫째와 둘째의 점들로 인하여 감지기를 다량 구비하기가 곤란하고, 감지기에서 감지된 정보에 따라 단순히 경보만 발생시키기 때문에 유해 가스가 발생되는 지점을 찾아 신속히 대처하기에 곤란함이 있다.
본 발명의 목적은, 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템을 활용하여 대규모 플랜트가 구축된 장소에서 유해 가스의 발생을 모니터링할 수 있으며, 특히 자원의 활용성을 높일 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유해 가스 모니터링 시스템은, 유해 가스를 감지하고, 감지된 정보와 자기 식별정보 또는 자기 위치정보(이하 '감지된 정보'라 약칭 함)를 무선 송신하는 메인 센서; 상기 메인 센서로부터 작동명령이 수신되면 유해 가스를 감지하고, 감지된 정보를 무선 송신하는 다수의 주변 센서; 상기 메인 센서로부터 오는 정보를 분석하여 유해 가스의 농도가 기준치보다 높은 경우 상기 다수의 주변 센서에 대한 작동명령을 상기 메인 센서로 송신한 후, 상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 정보들을 수신하고, 상기 메인 센서 및 상기 다수의 주변 센서의 위치정보들을 토대로 수신된 정보들을 분석하여 얻은 유해 가스의 농도에 관한 정보들을 출력 가능한 작업 영역 지도로 생성하는 정보 분석기; 를 포함한다.
상기 메인 센서는, 유해 가스를 감지하기 위한 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지된 정보를 상기 정보 분석기로 무선 송신하며, 상기 정보 분석기로부터 오는 작동명령을 상기 다수의 주변 센서로 송신하거나 상기 다수의 주변 센서로부터 에드혹(Ad-hoc) 통신을 통해 오는 정보들을 상기 정보 분석기로 송신하는 중계 역할을 하는 중계 통신부; 를 포함하고, 상기 주변 센서는, 상기 메인 센서로부터 오는 작동명령에 따라 유해 가스를 감지하기 위한 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지된 정보를 에드혹 통신을 통해 상기 메인 센서로 전송하는 에드혹 통신부; 를 포함한다.
상기 정보 분석기는, 상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 유해 가스에 관한 정보들을 분석하는 정보 분석부; 상기 정보 분석부를 통해 상기 메인 센서로부터 오는 유해 가스에 관한 정보가 기준치 이상이면 상기 다수의 주변 센서에 대한 작동명령을 생성하는 명령 생성부; 상기 명령 생성부에서 생성된 작동명령을 상기 메인 센서로 송신하고, 상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 정보들을 수신하는 정보수집용 통신부; 및 상기 메인 센서 및 상기 다수의 주변 센서의 위치정보들을 토대로 상기 정보수집용 통신부를 통해 수신된 후 상기 정보 분석부를 통해 분석된 유해 가스에 관한 정보가 표시되는 작업 영역 지도를 생성하는 지도 생성부; 를 포함한다.
또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유해 가스 모니터링 방법은, 메인 센서로부터 오는 유해 가스에 대한 정보를 수신하는 A단계; 상기 A단계에서 수신된 유해 가스에 대한 정보를 분석하는 B단계; 분석된 정보에 따라 유해 가스의 농도가 기준치 이상이면 주변 센서의 작동명령을 생성하는 C단계; 다수의 주변 센서에 대한 작동 명령을 메인 센서로 송신하는 D단계; 메인 센서 및 다수의 주변 센서로부터 오는 유해 가스에 대한 정보들을 수신하는 E단계; 상기 E단계에서 수신된 유해 가스에 대한 정보들을 분석하는 F단계; 메인 센서 및 다수의 주변 센서의 위치정보를 토대로 상기 F단계에서 분석된 유해 가스의 농도에 관한 정보들을 출력 가능한 작업 영역 지도로 생성하는 G단계; 를 포함한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 감지기와 정보 분석기 간에 무선으로 통신하기 때문에 설치작업이 간단해져 궁극적으로 설치비용을 줄일 수 있다.
둘째, 주변 센서들이 필요한 경우에만 동작하기 때문에 자원의 활용율을 높일 수 있다.
셋째, 다량의 주변 센서들을 구비한 경우에는 유해 가스가 발생되는 지점을 신속히 찾아 대처할 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 가스 모니터링 시스템에 대한 구성도이다.
도2는 도1의 유해 가스 모니터링 시스템에 적용된 메인 센서에 대한 블록도이다.
도3은 도1의 유해 가스 모니터링 시스템에 적용된 주변 센서에 대한 블록도이다.
도4는 도1의 유해 가스 모니터링 시스템에 적용된 정보 분석기에 대한 블록도이다.
도5는 도1의 유해 가스 모니터링 시스템에서 이루어지는 유해 가스 모니터링 방법에 대한 흐름도이다.
도6은 도4의 정보 분석기에서 생성되는 작업 영역 지도에 대한 일예를 도시하고 있다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 설명의 간결함을 위해 주지된 기술 내용이나 중복되는 설명은 가급적 생략하거나 압축한다.
<유해 가스 모니터링 시스템에 대한 설명>
도1은 본 발명의 실시예에 따른 유해 가스 모니터링 시스템(100, 이하 '모니터링 시스템'이라 약칭 함)에 대한 구성도이다.
본 실시예에 따른 모니터링 시스템(100)은, 도1에서 참조되는 바와 같이, 메인 센서(110), 9개의 주변 센서(120), 정보 분석기(130) 및 관리자 단말기(140) 등을 포함하여 구성된다.
메인 센서(110)는, 도2에서 참조되는 바와 같이, 유해 가스를 감지한 후 감지된 정보를 정보 분석기(130)로 송신하기 위해 마련되며, 감지부(111) 및 중계 통신부(112) 및 GPS부(113) 등을 포함하여 구성된다.
감지부(111)는 유해 가스를 감지하기 위해 마련된다.
중계 통신부(112)는, 감지부(111)에 의해 감지된 정보를 정보 분석기(130)로 무선 송신하며, 정보 분석기(130)로부터 오는 작동명령을 주변 센서(120)들로 송신하거나 주변 센서(120)들로부터 오는 정보를 정보 분석기(130)로 중위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유해 가스 모니터링 시스템계하는 중계자 역할을 수행한다.
GPS부(113)는 위성으로부터 좌표를 받아 메인 센서(110)의 위치를 계산한다. 이러한 GPS부(113)에서 계산된 자신의 위치정보는 감지부(111)에서 감지된 유해 가스에 대한 정보와 함께 정보 분석기(130)로 무선 송신된다.
9개의 주변 센서(120) 각각은, 도3에서 참조되는 바와 같이, 메인 센서(110) 주변에 있는 유해 가스를 감지한 후 정보 분석기(130)로 송신하기 위해 작업 영역(A) 내의 임의의 위치에 마련될 수 있으며, 감지부(121), 통신부(122) 및 GPS부(123) 등을 포함하여 구성된다.
감지부(121)는, 메인 센서(110)를 경유하여 오는 작동명령이 수신되는 경우에만 유해 가스를 감지하기 위한 작동을 실행하며, 해당 작동명령에 따라 유해 가스를 감지하기 위해 마련된다.
에드혹 통신부(122)는, 에드혹(Ad-hoc) 통신을 수행하며, 감지부(121)에 의해 감지된 정보를 메인 센서(110)로 전송한다.
GPS부(123)는 위성으로부터 좌표를 받아 주변 센서(120)의 위치를 계산한다. 마찬가지로 GPS부(123)에서 계산된 자신의 위치정보는 감지부(121)에서 감지된 유해 가스에 대한 정보와 함께 정보 분석기(130)로 무선 송신된다.
한편, 메인 센서(110)와 주변 센서(120)에 GPS부(113, 123)를 구성시키는 이유는 정보 분석기(130)에서 메인 센서(110)와 주변 센서(120)의 위치를 식별할 수 있도록 하기 위함인 것이므로, 정보 분석기에서 메인 센서와 주변 센서의 위치를 알 수 있도록 하는 대체 가능한 다양한 실시예가 존재할 수 있음은 물론이다. 예를 들어 메인 센서와 주변 센서가 자기 식별정보를 유해 가스 감지정보와 함께 정보 분석기로 제공하도록 구성하고 정보 분석기에는 미리 메인 센서와 주변 센서의 위치가 설정되어 있도록 구성함으로써, 메인 센서와 주변 센서로부터 감지된 유해 가스에 대한 정보의 발생 위치를 정보 분석기가 파악할 수 있도록 할 수도 있을 것이다.
위와 같은 메인 센서(110)와 주변 센서(120)들은, 넓은 설치 영역(A)과 설치 작업성을 고려할 때, 에드혹 통신이 가능한 주지된 USN센서(유비쿼터스 센서 네트워크 센서)로 구비되는 것이 바람직하며, 이러한 경우 메인 센서(110)는 엔드 노드 센서로 기능한다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 전력의 소모가 많은 메인 센서(110)의 경우에는 상시 전원을 이용하고, 전력의 소모가 적은 주변 센서(120)의 경우에는 설치 작업성을 고려할 때 전지를 이용하도록 하는 것이 바람직하다.
정보 분석기(130)는, 메인 센서(110) 및 주변 센서(120)로부터 오는 유해 가스에 대한 정보를 분석하고, 분석된 정보 및 해당 정보의 출처 위치를 토대로 유해 가스에 관한 정보가 표시되는 작업 영역 지도를 생성하기 위해 마련되는 것으로서, 도4에서 참조되는 바와 같이 정보 분석부(131), 명령 생성부(132), 정보 수집용 통신부(133), 지도 생성부(134) 등을 포함하여 구성된다.
정보 분석부(131)는 메인 센서(110)와 주변 센서(120)들로부터 오는 유해 가스에 관한 정보를 분석하고, 분석된 유해 가스의 농도를 미리 설정된 기준치와 비교한다.
명령 생성부(132)는 정보 분석부(131)를 통해 메인 센서(110)로부터 오는 유해 가스에 관한 정보가 기준치 이상이면 주변 센서(120)들이 작동할 것을 명하는 작동명령을 생성한다.
정보 수집용 통신부(133)는 명령 생성부(132)에서 생성된 작동명령을 메인 센서(110)로 송신하며, 이렇게 메인 센서(110)로 송신된 작동명령은 다시 메인 센서(110)로부터 주변 센서(120)들로 송신됨으로써 주변 센서(120)들의 감지부(121)가 작동하게 된다. 그리고 정보 수집용 통신부(133)는 메인 센서(110) 및 주변 센서(120)들로부터 감지되어 오는 유해 가스에 관한 정보(메인 센서와 주변 센서들의 위치정보를 포함한다)를 수신한다.
지도 생성부(134)는 유해 가스에 관한 정보가 표시되는 작업 영역 지도를 생성한다.
관리자 단말기(140)는 관리자가 정보 분석기(130)에서 생성된 작업 영역 지도를 확인할 수 있도록 하기 위해 마련된다. 물론, 실시하기에 따라서 정보 분석기(130)에 디스플레이기능을 구비하는 경우에는 별도의 관리자 단말기(140)를 구비할 필요성이 없을 수도 있다.
계속하여 상술한 바와 같은 구성을 가지는 모니터링 시스템(100)에서 이루어지는 모니터링 방법에 대하여 정보 분석기(130)를 기준으로 도5를 참조하여 설명한다.
1. 메인 센서로부터 오는 정보 수신<S501>
메인 센서(110)는 감지부(111)를 항상 작동시켜 유해 가스를 감지하고, 감지된 유해 가스 정보와 GPS부(113)에 의해 계산된 자기의 위치정보를 주기적으로 정보 분석기(130)로 송신하도록 구성한다.
따라서 정보 분석기(130)는 주기적으로 메인 센서(110)로부터 오는 유해 가스에 대한 정보를 수신한다.
2. 정보 분석<S502>
정보 분석기(130)는 메인 센서(110)로부터 수신된 유해 가스에 대한 정보를 분석한다.
3. 정보 비교<S503>
정보 분석기(130)는 단계 S502에서 분석된 유해 가스의 농도를 미리 설정된 허용 기준치와 비교하여, 유해 가스의 농도가 기준치 이상인지 이하인지를 비교한다.
4. 작동명령 생성<S504>
정보 분석기(130)는 유해 가스의 농도가 기준치 이상이라고 판단되면, 주변 센서(120)들의 감지부(121)가 작동할 것을 명하는 작동명령을 생성한다. 이 때, 정보 분석기(130)는 (음향 또는 경고문구를 표시하는 방식으로) 경보를 함께 발생<S504a>시키도록 구현되는 것이 바람직하며, 이를 위해 정보 분석기(130)에 경보발생부를 구비시키는 것이 바람직하게 고려될 수 있다.
5. 작동명령 송신<S505>
정보 분석기(130)는 생성된 작동명령을 메인 센서(110)로 송신한다. 그리고 이렇게 메인 센서(110)로 송신된 작동명령은 주변 센서(120)들로 에드혹 통신을 통해 전파된다.
따라서 작동명령을 수신한 주변 센서(120)들이 유해 가스를 감지하기 위해 감지부(121)를 구동시키게 된다. 이와 같이 주변 센서(120)들이 정보 분석기(130)로부터 오는 별도의 작동명령에 따라 감지부(121)를 작동시키기 때문에 전원 소모가 적어지고, 이로 인해 상시 전원을 이용할 필요성이 적어져 전원으로서 전지가 이용될 수 있는 것이고, 이러한 점은 궁극적으로 무선 설치성에 이롭게 작용하는 것이다.
6. 유해 가스에 대한 정보들 수신<S506>
이어서 정보 분석기(130)는 메인 센서(110) 및 주변 센서(120)들로부터 오는 유해 가스에 관한 정보(메인 센서와 주변 센서들의 자기 위치정보를 포함한다)를 수신한다.
7. 정보 분석<S507>
정보 분석기(130)는 메인 센서(110) 및 주변 센서(120)들로부터 수신된 유해 가스에 대한 정보들을 분석함으로써 유해 가스의 농도를 파악한다.
8. 작업 영역 지도 생성<S508>
정보 분석기(130)는, 도6에서 일예로서 참조되는 바와 같이, 작업 영역(A) 상에 메인 센서(110) 및 주변 센서(120)의 위치 별로 분석된 유해 가스에 대한 정보가 표시되는 지도를 생성한다. 물론, 본 실시예에서는 유해 가스에 대한 정보가 숫자로서 표기되고 있지만, 실시하기에 따라서는 색깔 등으로 표시하는 것도 가능하다.
그리고 단계 S508을 통해 생성된 작업 영역 지도는 관리자 단말기(140)로 전송된다. 따라서 관리자는 관리자 단말기(140)를 통해 유해 가스에 관한 정보가 표시된 작업 영역 지도를 확인할 수 있게 된다.
참고로 관리자는 도6과 같은 작업 영역 지도를 통해 특정 주변 센서(120A)에서 유해 가스의 농도가 가장 높고 특정 주변 센서(120A)로부터 멀어질수록 유해 가스의 농도가 낮아지는 것을 확인함으로써 특정 주변 센서(120A) 부근에서 유해 가스가 누출되고 있음을 알 수 있게 되고, 이에 따라 유해 가스의 누출 지점을 재빨리 파악하여 신속한 후속 대책이 가능해지게 된다.
한편, 상술한 모니터링 시스템(100)에서 정보 분석기(130)는 A영역을 담당하는 메인 센서(110) 이외에도 B영역, C영역 등 다수의 영역을 각각 담당하는 다수의 메인 센서들과 무선으로 연결될 수 있다. 이러한 경우에도 주변 센서(120)들이 필요한 경우에만 감지 작동을 하게 됨으로 인하여, 정보의 처리에 부하가 발생될 경우가 적고, 이러한 점은 궁극적으로 자원의 활용율을 높이고 비교적 처리용량이 낮은 저가의 정보분석기로도 구현 가능할 수 있게 하여 구축비용을 절감시킬 수 있도록 작용하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 모니터링 시스템
110 : 메인 센서
111 : 감지부 112 : 중계 통신부
113 : GPS부
120 : 주변 센서
121 : 감지부 122 : 에드혹 통신부
123 : GPS부
130 : 정보 분석기
131 : 정보 분석부 132 : 명령 생성부
133 : 정보 수집용 통신부 134 : 지도 생성부
140 : 관리자 단말기

Claims (4)

  1. 유해 가스를 감지하고, 감지된 정보와 자기 식별정보 또는 자기 위치정보(이하 '감지된 정보'라 약칭 함)를 무선 송신하는 메인 센서;
    상기 메인 센서로부터 작동명령이 수신되면 유해 가스를 감지하고, 감지된 정보를 무선 송신하는 다수의 주변 센서;
    상기 메인 센서로부터 오는 정보를 분석하여 유해 가스의 농도가 기준치보다 높은 경우 상기 다수의 주변 센서에 대한 작동명령을 상기 메인 센서로 송신한 후, 상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 정보들을 수신하고, 상기 메인 센서 및 상기 다수의 주변 센서의 위치정보들을 토대로 수신된 정보들을 분석하여 얻은 유해 가스의 농도에 관한 정보들을 출력 가능한 작업 영역 지도로 생성하는 정보 분석기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유해 가스 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 센서는,
    유해 가스를 감지하기 위한 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지된 정보를 상기 정보 분석기로 무선 송신하며, 상기 정보 분석기로부터 오는 작동명령을 상기 다수의 주변 센서로 송신하거나 상기 다수의 주변 센서로부터 에드혹(Ad-hoc) 통신을 통해 오는 정보들을 상기 정보 분석기로 송신하는 중계 역할을 하는 중계 통신부; 를 포함하고,
    상기 주변 센서는,
    상기 메인 센서로부터 오는 작동명령에 따라 유해 가스를 감지하기 위한 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지된 정보를 에드혹 통신을 통해 상기 메인 센서로 전송하는 에드혹 통신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유해 가스 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보 분석기는,
    상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 유해 가스에 관한 정보들을 분석하는 정보 분석부;
    상기 정보 분석부를 통해 상기 메인 센서로부터 오는 유해 가스에 관한 정보가 기준치 이상이면 상기 다수의 주변 센서에 대한 작동명령을 생성하는 명령 생성부;
    상기 명령 생성부에서 생성된 작동명령을 상기 메인 센서로 송신하고, 상기 메인 센서와 상기 다수의 주변 센서로부터 오는 정보들을 수신하는 정보수집용 통신부; 및
    상기 메인 센서 및 상기 다수의 주변 센서의 위치정보들을 토대로 상기 정보수집용 통신부를 통해 수신된 후 상기 정보 분석부를 통해 분석된 유해 가스에 관한 정보가 표시되는 작업 영역 지도를 생성하는 지도 생성부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유해 가스 감지 시스템.
  4. 메인 센서로부터 오는 유해 가스에 대한 정보를 수신하는 A단계;
    상기 A단계에서 수신된 유해 가스에 대한 정보를 분석하는 B단계;
    분석된 정보에 따라 유해 가스의 농도가 기준치 이상이면 주변 센서의 작동명령을 생성하는 C단계;
    다수의 주변 센서에 대한 작동 명령을 메인 센서로 송신하는 D단계;
    메인 센서 및 다수의 주변 센서로부터 오는 유해 가스에 대한 정보들을 수신하는 E단계;
    상기 E단계에서 수신된 유해 가스에 대한 정보들을 분석하는 F단계;
    메인 센서 및 다수의 주변 센서의 위치정보를 토대로 상기 F단계에서 분석된 유해 가스의 농도에 관한 정보들을 출력 가능한 작업 영역 지도로 생성하는 G단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유해 가스 모니터링 방법.
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