KR101202069B1 - System for evaluating and managing quality of concrete in high pressure pumping - Google Patents
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Abstract
콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템이 개시된다. 그 시스템은 배관의 콘크리트의 압력을 센싱하는 복수의 압력센서와, 비상조치 제어신호를 수신하면 비상장치를 구동하는 비상장치 구동신호 발생부와, 압력 데이터를 무선전송하는 신호전송부를 구비하는 센서노드부; 콘트리트 압송 품질평가 시스템; 및 센서노드부와 콘크리트 압송 품질평가 시스템 간에 데이터를 전달하는 게이트웨이를 포함하고, 그 콘트리트 압송 품질평가 시스템은 게이트웨이로부터 수신한 신호를 필터링하는 필터부; 그 저장된 데이터에 윈도우 함수를 적용하여 버퍼링하는 데이터 버퍼; 버퍼링된 압력신호를 통계함수를 적용하여 정규화하여 대표압력값을 구하는 통계처리부; 버퍼링된 압력신호를 주파수 분석하여 콘크리트 유량을 산출하는 유량산출부; 통계처리된 압력데이터와 산출된 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하는 마찰계수 산출부; 및 마찰계수의 변화를 이용하여 콘크리트 폐색이 이루어지는 지 판단하고, 비상조치 제어신호를 센서노드부로 전송하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고압 압송시 발생할 수 있는 콘크리트 품질을 관리하고 이상상태에 대응함으로써 안전하고 효율적인 공사진행을 수행할 수 있다.Quality evaluation management system is started when concrete pipe is pumped. The system includes a plurality of pressure sensors for sensing the pressure of concrete in the pipe, an emergency device drive signal generator for driving an emergency device when an emergency action control signal is received, and a signal node for wirelessly transmitting pressure data. part; Concrete feeding quality evaluation system; And a gateway for transferring data between the sensor node unit and the concrete pressure feeding quality evaluation system, the concrete pressure feeding quality evaluation system including: a filter unit filtering a signal received from the gateway; A data buffer which applies and buffers a window function to the stored data; A statistical processor which normalizes the buffered pressure signal by applying a statistical function to obtain a representative pressure value; A flow rate calculation unit configured to calculate a concrete flow rate by frequency analysis of the buffered pressure signal; A coefficient of friction calculation unit for calculating a coefficient of friction using statistical pressure data and the calculated flow rate; And a control unit for determining whether the concrete blockage is made by using a change in the friction coefficient, and transmitting an emergency action control signal to the sensor node unit.
According to the present invention, by managing the concrete quality that may occur during high pressure pressure feeding and responding to the abnormal state, it is possible to perform a safe and efficient aerial photography.
Description
본 발명은 건설현장에서 배관을 통해 압송되는 콘크리트의 품질 평가 및 관리에 관한 것으로서, 특히 건설공정에서 콘크리트 타설시 발생 할 수 있는 품질저하의 요인을 제어하고 이상상태 등에 대응할 수 있는 콘크리트 배관 압송시 콘크리트 품질평가 관리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to the quality evaluation and management of the concrete conveyed through the pipe in the construction site, in particular, the concrete when the concrete pipe pressure can be controlled when controlling the factors of the quality degradation that can occur during the concrete pouring process in the construction process It relates to a quality evaluation management system.
일반적으로 콘크리트 배관 압송시 주요한 평가 인자는 압력과 유량(토출량)으로서 이들 관계를 규정하는 식은 베르누이 방정식을 따른다. 베르누이 방정식은 유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙으로 유체역학의 기본적 법칙 중의 하나이며 1738년 D.베르누이가 발표하였다. In general, the main evaluation factors for concrete pipe pressurization are pressure and flow rate (discharge amount). The formula for defining these relationships follows the Bernoulli equation. Bernoulli's equation is a quantitative law of fluid velocity and pressure, one of the fundamental laws of fluid mechanics, published by D. Bernoulli in 1738.
유체의 속도를 v, 밀도를 ρ, 중력가속도를 g, 임의의 수평면에서의 높이를 h, 유체의 정압을 p,라고 하면 유체의 어떤 부분에서도 수학식 1이 성립한다. If the velocity of the fluid is v, the density is ρ, the gravitational acceleration is g, the height in any horizontal plane is h, and the static pressure of the fluid is p, Equation 1 holds for any part of the fluid.
여기서 유체가 동일 수평면 내를 흐른다면 수학식 1은 p + ρv/2 = const 라는 식으로 단순화 된다. 수학식 1의 (ρV/2)의 항은 유체의 흐름에 기인하는 동압으로서 유체의 운동에너지에 해당되며, 수학식 1의 (ρgh+p)는 유체의 위치에너지에 해당되는 것이다. Here, if the fluid flows in the same horizontal plane, Equation 1 is simplified to p + ρv / 2 = const. (ΡV / 2) in Equation 1 corresponds to the kinetic energy of the fluid as dynamic pressure due to the flow of the fluid, and (ρgh + p) in Equation 1 corresponds to the potential energy of the fluid.
즉, 이 정리는 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합은 항상 일정하다는 내용을 담고 있다. 그러나 이 법칙이 적용되는 것은 점성을 무시할 수 있는 이상유체가 규칙적으로 흐르고 있는 경우에만 한정되고 실제의 유체의 흐름에 대해서는 적당히 변형된다. 이 정리에 의하면, 유체의 흐름 내에서는 유동이 빠를수록 정압이 낮고, 유속이 느릴수록 정압이 높아지므로 정압을 알면 유속의 분포상황을 예측할 수 있다.In other words, this theorem states that the sum of potential energy and kinetic energy of a fluid is always constant. However, the application of this law is limited to the case where the ideal fluid, whose viscosity is negligible, flows regularly and is deformed appropriately for the actual flow of the fluid. According to this theorem, the faster the flow, the lower the static pressure, and the slower the flow rate, the higher the static pressure. Knowing the static pressure makes it possible to predict the distribution of the flow rate.
이러한 베르누이 방정식을 유도하기 위해 다음과 같은 가정이 필요하다. In order to derive this Bernoulli equation, the following assumptions are required.
1. 정상유동1. Normal flow
2. 비압축성 유동2. Incompressible flow
3. 전단력에 의한 일이 없다.3. No shearing force.
4. 동일한 유관 내의 유동4. Flow within the same pipeline
5. 유관의 각 단면 내에서 특성치들이 균일하다.5. The properties are uniform in each cross section of the canal.
6. 기타의 일이 없다.6. Nothing else.
또한 이러한 베르누이 방정식이 오일러 방정식에서 유도되었으므로 오일러 방정식에서의 기본 가정인 점성력 항이 0 이어야만 한다. 그러나 실제 유동에서 점성에 의한 마찰항의 영향을 무시할 수 없게 되므로, 아래의 수학식 2와 같이 변형하여 적용한다. 유체는 파이프나 튜브를 통해서 한 지점에서 다른 지점으로 강제적으로 이동된다. 관벽의 경계층에서 발생되는 마찰을 표면마찰(skin friction)이라 하며, 경계층이 분리되어 후류(wake)가 형성되어 일어나는 마찰을 형태마찰(form friction)이라 한다. 유체가 직관 내부를 흐를 때 나타나는 압력손실은 표면마찰 때문이다. 이처럼 관 유동에서 마찰압력 손실이 발생할 때 실제 유체에서의 관 유동은 베르누이 에너지방정식을 사용하며, 이 방정식의 오른쪽의 마지막 항이 실제 유동상태에서 발생하는 손실수두를 나타낸다.Also, since this Bernoulli equation is derived from Euler's equation, the viscous force term, which is the basic assumption in Euler's equation, must be zero. However, since the influence of the friction term due to viscosity in the actual flow cannot be ignored, it is modified and applied as in
일정한 직경을 유지하는 수평관일 경우에는(정상상태, 펌프, 터빈 마찰손실 없음) 상기 손실수두는 수학식 3과 같이 된다.In the case of a horizontal tube maintaining a constant diameter (steady state, no pump, turbine friction loss), the loss head is as shown in equation (3).
수학식 3에서 보는 바와 같이 비압축성 유체가 흐르는 수평관에서 두 단면 사이의 손실은 단순히 두 단면 지점에서의 정압의 차이와 같다. 관내의 비압축성 유체의 유동이 난류일 경우에 손실수두는 실험적으로 관의 길이, 직경, 벽의 거칠기, 유체속도, 유체밀도, 점성계수의 함수임을 알 수 있다. As shown in
유체의 흐름이 난류인 경우, 압력손실은 수학식 4와 같은 Fanning 식으로 계산된다.When the flow of the fluid is turbulent, the pressure loss is calculated by the Fanning equation as shown in Equation 4.
여기서 f를 Fanning 마찰계수라 하며, 난류의 연구에서 특히 중요하다.F is called the Fanning friction coefficient, which is particularly important in the study of turbulence.
층류흐름에서 마찰계수와 Reynolds 수의 관계는 The relationship between the coefficient of friction and the Reynolds number in laminar flow
따라서, 유체의 흐름이 층류일 때는 다음의 Hagen-Poiseuille 식으로도 계산할 수 있다.Therefore, when the fluid flow is laminar flow, it can also be calculated by the following Hagen-Poiseuille equation.
? f: 관마찰손실계수? f: tube friction loss coefficient
? L: 관 길이 (m) ? L: tube length (m)
? g: 중력가속도 (9.8 m/sec2)? g: gravitational acceleration (9.8 m / sec 2 )
? U: 해당 관 내의 평균유속 (m/sec) ? U: Average flow rate in the pipe (m / sec)
? d : 관 내경 (m)? d: pipe inner diameter (m)
일반적으로 콘크리트의 배합별로 마찰계수가 달라지기 때문에 이러한 마찰계수의 변화는 배관 폐색을 일으키거나 배관 파열의 원인이 될 수 있으며, 마찰계수가 클 경우 원하는 토출량을 위해서는 펌프카에서 공급되는 유동압력을 높여야 하나 펌프카의 압력에 한계가 있기 때문에 콘크리트 자체의 유동성을 높이는 것이 매우 중요하다. 이 때문에 시공사들은 현장에 사용하는 배합을 압송하기 위해서 사전에 수평테스트 실험을 통해 관마찰계수를 구하여 이를 바탕으로 유동성을 평가하고 있다. In general, since the friction coefficient varies according to the concrete mix, the change of the friction coefficient may cause pipe blockage or pipe rupture. If the friction coefficient is large, the flow pressure supplied from the pump car must be increased for the desired discharge amount. Since the pressure in the pump car is limited, it is very important to increase the fluidity of the concrete itself. For this reason, contractors are evaluating the fluidity based on the coefficients of coefficients of pipe friction through horizontal test experiments in order to convey the formulation used in the field.
그러나 건설현장에서 압력만을 가지고 이러한 관계를 산정하기란 쉽지 않으며, 또한 배관이 길어질수록 배관을 통과하는 시간이 길어져서 콘트리트가 배관 내 머무르는 시간이 길어지게 되면, 콘크리트의 점성이 변화하여 전체적인 유동 마찰계수가 달라지고 이는 토출량의 변화를 가져오게 된다. 이러한 시간에 따른 변화 흐름을 통하여 마찰계수를 관리하기 위해서는 지속적인 유동 모니터링이 필요하며, 또한 압력값에 대응하는 토출량을 알아야 마찰계수값을 산정하여 그 변화량을 확인 할 수 있다. 따라서 현장에서 순간 토출량을 확인하기란 대단히 어려운 일이다.However, it is not easy to calculate this relationship based on pressure only at the construction site. Also, the longer the pipe, the longer the passage time, and the longer the concrete stays in the pipe, the more the viscosity of the concrete changes and the overall coefficient of friction Is changed and this causes a change in the discharge amount. In order to manage the coefficient of friction through the flow of change over time, continuous flow monitoring is required, and the discharge amount corresponding to the pressure value needs to be known to calculate the coefficient of friction so that the amount of change can be confirmed. Therefore, it is very difficult to check the instantaneous discharge amount in the field.
상기 베르누이 방정식에 관련된 매개변수는 압력과 유량과 마찰계수이고, 이 중에서 압력과 유량 즉 토출량을 알면 이를 통해 마찰계수를 환산 할 수 있으나 압송펌프의 특성상 압력이 시간에 따라 변동되는 파형으로 도 1에 도시된 바와 같이 주기적인 입력형태를 띄면서 압력이 변화하게 되므로 유량 또한 이에 따라 변화되고 마찰계수도 순간순간 변화하게 된다. The parameters related to the Bernoulli equation are pressure, flow rate and friction coefficient, and knowing the pressure, flow rate, and discharge amount, the friction coefficient can be converted through this, but the pressure fluctuates with time due to the characteristics of the pressure feed pump. As shown in the figure, the pressure is changed while having a periodic input form, and thus the flow rate is changed accordingly, and the coefficient of friction is also instantaneously changed.
따라서 이 압력파형 중 대표 지시 압력을 산정하는 것이 필요하며, 또한 이에 상당하는 관내 토출 유량의 대표 유량을 산정하는 것이 필요하다. 그러나 이를 해결하기 위해서는 실시간으로 각 변수값을 획득하여 마찰계수를 산정하는 시스템이 반드시 필요하다.Therefore, it is necessary to calculate the representative instructed pressure among these pressure waveforms, and it is necessary to calculate the representative flow rate of the discharge discharge volume in a pipe corresponding to this. However, to solve this problem, a system for estimating the friction coefficient by acquiring each variable value in real time is essential.
또한 유량을 현장에서 직접적으로 모니터링(monitoring)하기는 대단히 어려운 일이며, 그 값을 실시간으로 반영하여 마찰계수를 산정하기는 더욱 어려운 일이다. 따라서 이러한 유량과 압력을 실시간으로 정규화하여 대표 지시값을 표출하고 이를 바탕으로 마찰계수를 산출하여 유동성 관리 및 콘크리트의 품질 관리를 해 줄 수 있는 시스템이 건설현장에서는 매우 필요하다.In addition, it is very difficult to monitor the flow rate directly in the field, and it is more difficult to calculate the coefficient of friction by reflecting the value in real time. Therefore, it is very necessary at the construction site to normalize these flow rates and pressures in real time to express representative indication values and calculate friction coefficients based on them to manage fluidity and concrete quality.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압력파형 중 대표압력과 이에 상당하는 관내 토출 유량의 대표유량을 산정하여 실시간으로 마찰계수를 산정함으로써 콘크리트 타설시 발생 할 수 있는 품질저하의 요인을 제어하고 이상상태 등에 대응할 수 있도록 하기 위해, 유동성 관리 및 콘크리트의 품질 관리를 가능하게 하는 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to calculate the representative coefficient of the representative pressure of the pressure waveform and the discharge flow rate in the pipe corresponding to the friction coefficient in real time to control the factors of the quality degradation that can occur during the concrete pouring and abnormal conditions, etc. In order to be able to respond, it is to provide a quality evaluation management system for pumping concrete piping that enables fluidity management and quality control of concrete.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템은, 콘크리트 압송을 위한 펌프카로부터 토출부까지 소정의 지점에 설치되어 콘크리트의 압력을 센싱하는 복수의 압력센서와, 상기 압력센서에서 센싱된 콘크리트 압송 압력 신호를 변환하여 콘크리트 압력값을 디스플레이하는 압력 디스플레이부와, 콘크리트 폐색에 대해 비상조치하는 비상조치 제어신호를 수신하면 상기 압력센서가 설치된 지점에서 액츄에이터, 경광등 및 Shut off 밸브 같은 비상 장치를 구동하는 비상장치 구동신호 발생부와, 상기 압력센서에서 센싱된 압력 데이터를 시리얼 통신 프로토콜로 무선 전송하는 신호전송부를 구비하는 센서노드부와, 상기 센서노드부에서 센싱된 콘크리트 배관 압송시 압력과 콘크리트 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하여 콘크리트 유동성 관리와 콘크리트 품질을 관리하는 콘크리트 압송 품질평가 시스템 및 상기 센서노드부로부터 송출되는 데이터를 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템에 전달하고, 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템으로부터 비상조치 제어신호를 상기 센서노드부로 전달하는 게이트웨이를 포함하고, 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템은 상기 센서노드부로부터 전송되어 상기 게이트웨이를 통과한 데이터를 취합하여 저장하는 데이터저장부와, 상기 게이트웨이를 통해 수신된 데이터로 이루어지는 신호에서 노이즈를 제거하고 첨두치를 추출하며 RMS 산출 및 저주파성분을 제거하는 필터부와, 소정의 주기를 설정하여 상기 필터링된 데이터를 임시로 저장하며, 신호처리를 위해 상기 임시로 저장된 데이터에 대해 신호처리용으로 1초동안 획득된 데이터의 신호보존 및 데이터 처리와 주파수 함수 처리를 위하여 신호구분 및 신호정리를 하는 창함수의 윈도우 함수를 적용하여 버퍼링하는 데이터 버퍼와, 상기 데이터 버퍼에서 버퍼링된 압력신호를 통계함수를 적용하여 정규화하여 대표압력값을 구하는 통계처리부와, 상기 데이터 버퍼에서 버퍼링된 압력신호를 FFT 해석에 의한 주파수를 분석하여 첨두치 주파수 성분을 구하고 상기 첨두치 주파수 성분의 주파수의 역수를 구하면 이것이 1회 압송의 스트로크 타임이 되며, 1회 압송펌프의 스트로크 타임을 선정하여 일정 단위의 토출량과의 관계를 통해 압송되는 콘크리트의 단위시간 평균 유량을 산출하는 유량산출부와, 상기 통계처리된 압력데이터와 상기 유량산출부에서 산출된 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하는 마찰계수 산출부와, 상기 통계처리부 및 유량산출부 및 마찰계수 산출부의 출력값을 그래픽으로 디스플레이하는 디스플레이부 및 상기 마찰계수 산출부에서 산출된 마찰계수의 변화를 이용하여 콘크리트 폐색이 이루어지는 지를 판단하고, 폐색이 진행되고 있으면 비상조치 제어신호를 사용자 입력 또는 프로그래밍된 제어명령에 의해 상기 센서노드부로 전송하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above technical problem, the system for evaluating concrete piping pressure quality according to the present invention includes a plurality of pressure sensors installed at a predetermined point from a pump car for discharging concrete to a discharge part to sense the pressure of concrete, and the pressure sensor. The pressure display unit for converting the pressure signal of the concrete sensed by the display to display the concrete pressure value, and when receiving the emergency action control signal for emergency measures against concrete blockage, such as actuators, warning lights and shut off valves at the point where the pressure sensor is installed An emergency device driving signal generating unit for driving an emergency device, a sensor node unit having a signal transmission unit for wirelessly transmitting the pressure data sensed by the pressure sensor in a serial communication protocol, and when the concrete pipe pressure sensed by the sensor node unit E using pressure and concrete flow rate The concrete pumping quality evaluation system for controlling the concrete fluidity and the concrete quality by calculating the coefficient and the data transmitted from the sensor node unit are transmitted to the concrete pumping quality evaluation system, and the emergency action control signal from the concrete pumping quality evaluation system is transmitted. It includes a gateway for transmitting to the sensor node, The concrete pressure transmission quality evaluation system comprises a data storage unit for collecting and storing the data transmitted from the sensor node unit and passed through the gateway, and the data received through the gateway A filter unit for removing noise from a signal, extracting a peak value, removing an RMS calculation and a low frequency component, and temporarily storing the filtered data by setting a predetermined period, and a signal for the temporarily stored data for signal processing For processing The data buffer buffered by applying the window function of the window function for signal division and signal cleanup, and the pressure signal buffered in the data buffer for signal preservation, data processing and frequency function processing A statistical processing unit that normalizes a function and calculates a representative pressure value, and analyzes a frequency of the pressure signal buffered in the data buffer by FFT analysis to obtain a peak frequency component and inverse of the frequency of the peak frequency component. A flow rate calculation unit for calculating the stroke time of the single pressure feed pump and calculating the unit time average flow rate of the concrete to be fed through the relationship with the discharge amount of a predetermined unit by selecting the stroke time of the single pressure pump, and the statistically processed pressure data And friction to calculate a friction coefficient using the flow rate calculated by the flow rate calculation unit. A display unit for graphically displaying an output value of the number calculation unit, the statistical processing unit, the flow rate calculation unit, and the friction coefficient calculation unit and the change of the friction coefficient calculated by the friction coefficient calculation unit are used to determine whether the concrete blockage is performed. If it is in progress is characterized in that it comprises a control unit for transmitting an emergency action control signal to the sensor node by a user input or a programmed control command.
본 발명에 의한 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템에 의하면, 건설공정에 있어서 가장 중요한 재료이자 필수요소인 콘크리트를 타설 위치까지 이동시키기 위해, 펌프카를 이용하여 배관을 통해 압송할 때, 고압 압송시 발생할 수 있는 콘크리트 상태의 제반 평가를 통해 품질저하의 요인을 제어하고 이상상태 등에 대응할 수 있다. According to the quality evaluation management system for conveying concrete pipes according to the present invention, in order to move concrete, which is the most important material and essential element, in the construction process to the placing position, when pumping through the pipe using a pump car, it occurs during high pressure feeding. Through various evaluations of concrete condition, it is possible to control the factors of deterioration and respond to abnormal conditions.
그리고 본 발명은 펌프카를 사용하여 배관을 통해 콘크리트를 압송하는 공정에 설치되는 시스템으로 배관 내 콘크리트의 압력을 실시간으로 계측하여 압력파형을 정규화 함으로써 압력변화량을 관리하고, 폐색 등의 이상 압력에 대한 조치를 간구할 수 있는 폐색 추정 알고리즘을 포함하는 시스템을 구현하여 폐색의 정도를 사용자에게 알려 줄 수 있으며, 이에 대한 능동신호를 발생하여 사용자에게 제공함으로써 적극적인 비상조치를 취할 수 있게 하고, 마찰계수의 변동을 관리함으로써 콘크리트 유동성 평가 및 압송 관리를 할 수 있다.And the present invention is a system installed in the process of pumping concrete through the pipe using a pump car to measure the pressure of the concrete in the pipe in real time to control the pressure change by normalizing the pressure waveform, measures for abnormal pressure such as clogging Implement a system that includes an occlusion estimation algorithm that can ask for the information about the degree of occlusion, and generate an active signal and provide it to the user so that they can take proactive emergency measures and change the coefficient of friction. By managing this, concrete fluidity evaluation and pressure management can be performed.
또한, 본 발명은 무선통신 시스템을 도입하여 무선 컨트롤러와 무선 센서부를 구현함으로써 건설현장에서 유선장비의 설치 및 유지관리에서 필연적으로 발생하는 배선 비용 및 유지관리/운용의 어려운 부분을 해소하고, 계측 신뢰도를 높임으로써 보다 정밀하고 효과적인 시스템 운용을 할 수 있다. In addition, the present invention implements a wireless controller and a wireless sensor unit by implementing a wireless communication system to solve the inevitable difficult part of the wiring cost and maintenance / operation that occurs inevitably in the installation and maintenance of wired equipment at the construction site, measurement reliability Increasing the speed of the system allows for more precise and effective system operation.
또한 본 발명은 이러한 수치적인 데이터의 흐름과 이에 상당하는 정보들을 사용자가 쉽게 확인하고 그 물리적 의미를 확인할 수 있도록 하는 GUI를 기반으로 하여 시스템 전체의 운용과 이를 바탕으로 한 전체 콘크리트의 유동성 관리 및 압송 관리를 전산화하고, 이에 대한 정량적 자료를 확보하여 시공관리의 자동화 및 비상 조치나 응급상황 발생시에 대응함으로써 안전하고 효율적인 공사진행을 사용자가 수행 할 수 있도록 도와주는 의사결정지원시스템을 제공한다.In addition, the present invention is based on the GUI that allows the user to easily check the numerical flow of the data and the corresponding information and to check the physical meaning of the entire system and the fluidity management and transport of the entire concrete based on the GUI It provides a decision support system that helps users to carry out safe and efficient public conducts by computerizing management and securing quantitative data on it, and automating construction management and responding to emergency measures or emergencies.
도 1은 펌프카로부터 토출부까지의 거리별로 콘크리트 압송시의 시간에 대한 압력의 변화를 나타내는 압력파형을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 센서노드부의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 4는 콘트리트 압송 품질평가 시스템의 구성을 블록도로 도시한 것이다.1 illustrates a pressure waveform showing a change in pressure with respect to time at the time of concrete conveying for each distance from a pump car to a discharge part.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the quality evaluation management system at the time of pumping concrete piping according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating an embodiment of the configuration of the sensor node unit.
4 is a block diagram showing the configuration of the concrete conveying quality evaluation system.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and therefore various equivalents And variations are possible.
도 2는 본 발명에 의한 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 센서노드부(200),게이트웨이(240) 및 콘크리트 압송품질 평가 시스템(250)을 포함하여 이루어진다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a quality evaluation management system when concrete pipe is pumped according to the present invention, and includes a
상기 센서노드부(200)는 펌프카로부터 토출부까지 콘크리트가 압송되는 배관의 복수의 지점에서 콘크리트의 압력을 센싱하여 상기 게이트웨이(240)을 거쳐 상기 콘트리트 압송 품질 평가 시스템(250)으로 전송한다. 상기 센서노드부(200)는 무선으로 통신할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 건설현상에서 유선장비의 설치 및 유지관리로 발생되는 배선비용 및 유지관리/운용의 어려움을 해소하고 계측신뢰도를 높임으로써 보다 정밀하고 효과적인 시스템 운용을 할 수 있다. The
도 3은 상기 센서노드부(200)의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 상기 센서노드부(200)는 복수의 압력센서(300), 압력디스플레이부(310), 신호전송부(320) 및 비상장치 구동신호 발생부(330)를 포함하여 이루어진다. 3 is a block diagram showing an embodiment of the configuration of the
상기 복수의 압력센서(300)는 상기 콘크리트 압송을 위한 펌프카로부터 토출부까지 주요한 시점에 설치되어 배관에 압송되는 콘크리트의 압력을 센싱한다.The plurality of
상기 압력디스플레이부(310)는 건설현장 요원이 직접 볼수 있도록 하기 위해, 상기 압력센서(300)에서 센싱된 콘크리트 압력 신호를 변환하여 콘크리트 압력값을 디스플레이한다. The
상기 비상장치 구동신호 발생부(330)는 상기 콘크리트 압송품질 평가 시스템(250)에서 콘크리트 폐색으로 판정되면 출력되는 비상조치 제어신호를 수신하면 상기 압력센서(300)가 설치된 지점에서 액츄에이터(350), 경광등(340) 및 Shut off 밸브(360) 같은 비상장치를 구동하는 신호를 발생한다. The emergency device driving
상기 신호전송부(320)는 상기 압력센서(300)에서 센싱된 압력 데이터를 시리얼 통신 프로토콜로 무선 전송한다. 상기 신호전송은 무선으로 하는 것이 바람직하며, 예를 들어 데이터를 RF 무선통신 및 TCP/IP 나 RS 232/485와 같은 시리얼 통신 프로토콜로 무선 전송할 수 있다.The
상기 게이트웨이(240)는 상기 센서노드부(200)로부터 송출되는 데이터를 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템(250)에 전달하고, 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템(250)으로부터 비상조치 제어신호를 상기 센서노드부(200)로 전달한다.The
상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템(250)는 상기 센서노드부(200)에서 센싱된 콘크리트 배관 압송시의 콘크리트 압력과 콘크리트 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하여 콘크리트 유동성 관리와 콘크리트 품질을 관리한다. The concrete pressurization
도 4는 상기 콘트리트 압송 품질평가 시스템(250)의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 필터부(400), 데이터버퍼(410), 통계처리부(420), 유량산출부(430), 마찰계수 산출부(440), 디스플레이부(450), 제어부(460) 및 데이터저장부(470)를 포함하여 이루어진다. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the concrete pressure feeding
상기 필터부(400)는 상기 게이트웨이(240)를 통해 수신된 데이터로 이루어지는 신호에서 노이즈를 제거하고 첨두치를 추출하며 RMS를 산출하고 저주파성분을 제거한다.The
상기 데이터 버퍼(410)는 소정의 주기를 설정하여 상기 필터링된 데이터를 임시로 저장하며, 신호처리를 위해 상기 임시로 저장된 데이터에 대해 윈도우 함수를 적용하여 버퍼링한다. 이때 윈도우 함수는 신호처리용으로 1초동안 획득된 데이터의 신호보존 및 데이터 처리와 주파수 함수 처리를 위하여 신호구분 및 신호정리를 하게 되는 창함수를 말하는 것으로 압력파형의 특성상 Hanning 함수를 적용하여야 한다. 상기 데이터 버퍼(410)에 저장된 데이터는 패킷단위로 통계처리부(420), 유량산출부(430)로 전달된다.The
상기 통계처리부(420)는 상기 데이터 버퍼(410)에 버퍼링된 압력신호를 패킷단위로 전달받아 통계함수를 적용하여 정규화하여 대표압력값을 구한다.The
상기 유량산출부(430)는 상기 데이터 버퍼(410)에 버퍼링된 압력신호를 FFT 해석에 의한 주파수를 분석하여 첨두치 주파수 성분을 구하고 상기 첨두치 주파수 성분의 주파수의 역수를 구하면 이것이 1회 압송의 스트로크 타임이 되며, 1회 압송펌프의 스트로크 타임을 선정하여 단위 토출량과의 관계를 통해 압송되는 콘크리트의 단위시간 평균 유량을 산출한다.The flow
상기 마찰계수 산출부(440)는 상기 통계처리된 압력데이터와 상기 유량산출부에서 산출된 유량을 이용하여 마찰계수를 산출한다.The
상기 디스플레이부(450)는 상기 통계처리부(420), 유량산출부(430) 및 마찰계수 산출부(440)의 출력값을 그래픽으로 디스플레이한다. The
상기 제어부(460)는 상기 마찰계수 산출부(440)에서 산출된 마찰계수를 이용하여 콘크리트 폐색이 이루어지는 지를 판단하고, 폐색이 진행되고 있으면 비상조치 제어신호를 사용자 입력 또는 프로그래밍된 제어명령에 의해 상기 센서노드부(200)로 전송한다. 상기 제어부(460)는 실시간으로 계측되어진 데이터를 바탕으로 단계별 유량 및 압력의 기준치를 설정하여 정상적인 유동상태에 대한 이상상태를 정의하고, 이상상태 값을 저장 및 디스플레이되게 한다. 또한 이상상태를 판별하기 위하여 기준값과 현재 데이터값을 비교하며, 시계열 데이터의 단위주기 시간동안의 변화경향을 확인하기 위하여 데이터를 미분함으로써 그 변화추이를 정량적값으로 지시한다.The
상기 데이터저장부(470)는 상기 센서노드부(200)로부터 전송되어 상기 게이트웨이(240)를 통과한 데이터를 취합하여 저장하며, 텍스트 파일로 저장할 수 있다.The
보다 구체적으로 도 4를 참조하여, 마찰계수 관리를 통한 콘크리트 폐색 관리를 수행하는 본 발명의 동작을 설명하기로 한다.More specifically, with reference to Figure 4, it will be described the operation of the present invention to perform concrete blockage management through the management of the friction coefficient.
먼저, 압력센서(300)에서 센싱된 콘크리트 압력 데이터가 게이트웨이로부터 수신되면, 필터부(400)는 상기 압력데이터를 필터링한다. 상기 필터링을 통해 압력데이터에 대해 노이즈 및 저주파 성분을 제거하고 첨두치를 추출하고 RMS를 산출한다.First, when the concrete pressure data sensed by the
필터링된 데이터는 데이터 버퍼(410)에 임시로 저장되는데, 이 때 신호처리를 위해 윈도우 함수를 적용하여 버퍼링한다. 윈도우 함수는 임시로 저장된 데이터에 대해 신호처리용으로 1초동안 획득된 데이터의 신호보존 및 데이터 처리와 주파수 함수 처리를 위하여 신호구분 및 신호정리를 하게 되는 창함수를 적용하는 것이다. 그리고 나서 통계처리부(420)는 상기 윈도우 함수가 적용된 압력데이터를 정규화하여 대표 압력값(^P)을 산출한다.The filtered data is temporarily stored in the
그리고 유량산출부(430)는 단위시간 평균유량인 이론적인 유량(Vth)을 구하여, 실제 유량(V)을 산출하게 된다. 상기 단위시간 평균유량인 이론적 유량(Vth)은 다음과 같이 구할 수 있다. 콘크리트를 펌핑하는 펌프카의 실린더 체적을 W라하고, 펌핑될 때의 효율(η), 즉 단위 체적당 펌핑되는 콘크리트 유량(Vth)에 대한 백분율을 η라고 하면 η = (Vth / W)*100 으로 표현할 수 있다. 상기 효율(η)은 통상적으로 펌핑카 제작시에 정해진다. 따라서, 콘크리트의 단위시간 평균유량인 이론적 유량(Vth)은 실린더 체적(W)과 효율(η)을 곱하여 100으로 나누면 구할 수 있다. 그리고 상기 단위시간 평균유량인 이론적 유량(Vth)에 상응하는 압력값이 펌프카에서 가해진 시간에 해당하는 stroke time(Tth)을 구한다. 이때 stroke time을 구하기 위해선 압력계측된 데이터의 주파수 분석을 통해 구하게 된다. 여기서 주파수 분석은 각 데이터의 단위 시간당 창함수(신호처리를 위한 수학적 함수로 일반적으로 사용되어지는 Hanning 함수를 사용)를 이용하여 FFT 분석을 하고, 이중 우세 주파수를 산출하게 되면, 이 주파수 성분은 단위시간당 작용한 펌프카의 스트로크 주파수이고, 이의 역수를 구하면(반드시 우세 주파수의 역수는 스트로크 타임이다.) 이것이 펌프카의 stroke time이 된다. FFT 분석은 일반적인 FFT 해석 알고리즘 모듈을 이용하고, 여기서 첨두치, 즉 최대 피크(Peak)를 갖는 주파수 스펙트럼이 우세 주파수가 된다. The flow
이렇게 하여 상기 대표 압력값(^P)과 단위 시간 평균 유량인 이론적 유량(Vth)이 구해지면, 마찰계수 산출부(440)는 이를 이용하여 기준 마찰계수(fref)를 구한다. 마찰계수는 압력에 비례하고 유량의 제곱에 반비례한다. 즉, ^P ∝ f * Vth2 의 관계가 된다. 이로 부터 기준마찰계수(fref)를 구할 수 있다.
이렇게 기준마찰계수(fref)가 구해지면 실제 압력센서(300)로부터 센싱된 압력값에 대해 상기 기준마찰계수(fref)를 이용하여 압력이 센싱된 지점에서의 실제유속을 산출하여 실제유량(V)을 계산한다. 이때 계산식은 이론 유량을 구할때의 형식과 같으며 아래와 같은 관계로 산출한다.
P ∝ fref * V2 When the theoretical pressure value Vth, which is the representative pressure value ^ P and the unit time average flow rate, is obtained in this way, the friction
When the reference friction coefficient (fref) is obtained, the actual flow rate (V) is calculated by calculating the actual flow rate at the point where the pressure is sensed using the reference friction coefficient (fref) with respect to the pressure value sensed from the actual pressure sensor (300). Calculate At this time, the formula is same as the formula for calculating theoretical flow rate.
P ∝ fref * V 2
일정시간 동안 배관의 주요한 복수의 지점에 각각 설치된 복수의 압력센서(300)로부터 기준마찰계수(fref)를 이용하여 유량(V)을 산출하면, 압력값과 이에 상응하는 유량값들이 센싱된 압력값들 수 만큼 생성된다. When the flow rate V is calculated from a plurality of
또한, 통계처리부(420)는 유량산출부(430)를 통해 상기 기준마찰계수(fref)를 이용하여 산출된 유량값(V)들에 대해, 윈도우함수를 적용하여 정규화하여 실제압력값과 살제 유량값들 중 최대 및 최소값 즉, Pmax, Pmin, Vmax, Vmin을 구하여 대표 유량값(^V)를 구한다. 여기서 대표 유량값은 사용자에 의해 정의될 수 있다. 그리고 상기 대표유량값(^V)에 상응하는 압력값이 펌프카에서 가해진 시간에 해당하는 stroke time(Ts) 을 구한다. In addition, the
상술한 바와 같이 대표 압력값(^P)와 대표 유량값(^V) 및 대표유량값에 대한 stroke time이 결정되면, 실제 마찰계수값을 관리한다. As described above, when the stroke time for the representative pressure value (^ P), the representative flow rate value (^ V), and the representative flow value is determined, the actual coefficient of friction value is managed.
즉, 압력센서(300)로부터 센싱된 압력값(P)에 대해, 실제 유량(Vr)을 구한다. 상기 실제 유량(Vr)은 상기 단위시간 평균유량인 이론적 유량(Vth)과 stroke time 비(ε)의 곱, 즉 Vr = Vth*ε으로 구할 수 있다.That is, the actual flow rate Vr is obtained for the pressure value P sensed by the
여기서, 상기 stroke time 비(ε)는 상기 단위시간 평균유량인 이론적 유량(Vth)에 상응하는 stroke time(Tth) 에 대한 대표 유량값(^V)에 상응하는 stroke time(Ts) 즉, Ts/Tth 이다.Here, the stroke time ratio ε is the stroke time Ts corresponding to the representative flow rate value ^ V for the stroke time Tth corresponding to the theoretical flow rate Vth which is the unit time average flow rate, that is, Ts / Tth.
이렇게 실제로 센싱된 압력값(P)과 그에 상응하는 실제 유량(Vr)이 산출되면, 마찰계수 산출부(440)는 이를 이용하여 마찰계수(f)를 구한다. 제어부(460)는 이렇게 구해진 마찰계수 값들의 변화를 모니터링하여 일정 범위를 일정시간 동안 벗어나면 콘크리트의 폐색이 진행되는 것으로 판단하여 비상조치 제어신호를 사용자 입력 또는 프로그래밍된 제어명령에 의해 게이트웨이(240)를 거쳐 상기 센서노드부(200)로 전송한다.When the actually sensed pressure value P and the corresponding actual flow rate Vr are calculated, the friction
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
200 : 센서 노드부 240 : 게이트웨이
250 : 콘크리트 압송 품질 평가 시스템
300 : 압력센서 310 : 압력디스플레이부
320 : 신호전송부 330 : 비상장치 구동신호 발생부
400 : 필터부 410 : 데이터 버퍼
420 : 통계처리부 430 : 유량산출부
440 : 마찰계수 산출부 450 : 디스플레이부
460 : 제어부 470 : 데이터저장부200: sensor node unit 240: gateway
250: Concrete Press Quality Evaluation System
300: pressure sensor 310: pressure display unit
320: signal transmission unit 330: emergency device drive signal generator
400: filter 410: data buffer
420: statistical processing unit 430: flow rate calculation unit
440: friction coefficient calculation unit 450: display unit
460
Claims (1)
상기 센서노드부에서 센싱된 콘크리트 배관 압송시 압력과 콘크리트 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하여 콘크리트 유동성 관리와 콘크리트 품질을 관리하는 콘크리트 압송 품질평가 시스템; 및
상기 센서노드부로부터 송출되는 데이터를 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템에 전달하고, 상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템으로부터 비상조치 제어신호를 상기 센서노드부로 전달하는 게이트웨이를 포함하고,
상기 콘크리트 압송 품질평가 시스템은
상기 센서노드부로부터 전송되어 상기 게이트웨이를 통과한 데이터를 취합하여 저장하는 데이터저장부;
상기 게이트웨이를 통해 수신된 데이터로 이루어지는 신호에서 노이즈를 제거하고 첨두치를 추출하며 RMS 산출 및 저주파성분을 제거하는 필터부;
소정의 주기를 설정하여 상기 필터링된 데이터를 임시로 저장하며, 신호처리를 위해 상기 임시로 저장된 데이터에 대해 신호처리용으로 1초동안 획득된 데이터의 신호보존 및 데이터 처리와 주파수 함수 처리를 위하여 신호구분 및 신호정리를 하는 창함수의 윈도우 함수를 적용하여 버퍼링하는 데이터 버퍼;
상기 데이터 버퍼에서 버퍼링된 압력신호를 통계함수를 적용하여 정규화하여 대표압력값을 구하는 통계처리부;
상기 데이터 버퍼에서 버퍼링된 압력신호를 FFT 해석에 의한 주파수를 분석하여 첨두치 주파수 성분을 구하고 상기 첨두치 주파수 성분의 주파수의 역수를 구하면 이것이 1회 압송의 스트로크 타임이 되며, 1회 압송펌프의 스트로크 타임을 선정하여 일정 단위의 토출량과의 관계를 통해 압송되는 콘크리트의 단위시간 평균 유량을 산출하는 유량산출부;
상기 통계처리된 압력데이터와 상기 유량산출부에서 산출된 유량을 이용하여 마찰계수를 산출하는 마찰계수 산출부;
상기 통계처리부 및 유량산출부 및 마찰계수 산출부의 출력값을 그래픽으로 디스플레이하는 디스플레이부; 및
상기 마찰계수 산출부에서 산출된 마찰계수의 변화를 이용하여 콘크리트 폐색이 이루어지는 지를 판단하고, 폐색이 진행되고 있으면 비상조치 제어신호를 사용자 입력 또는 프로그래밍된 제어명령에 의해 상기 센서노드부로 전송하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 배관 압송시 품질 평가 관리 시스템.A plurality of pressure sensors installed at a predetermined point from the pump car for discharging the concrete to a discharge part and sensing the pressure of the concrete; and a pressure display unit for converting the concrete pressure pressure signal sensed by the pressure sensor to display the concrete pressure value; In response to an emergency action control signal for emergency measures against concrete blockage, an emergency device drive signal generator for driving emergency devices such as an actuator, a warning light, and a shut off valve at the point where the pressure sensor is installed, and the pressure sensed by the pressure sensor. A sensor node including a signal transmission unit for wirelessly transmitting data through a serial communication protocol;
A concrete pressurization quality evaluation system that calculates a friction coefficient using a pressure and a concrete flow rate when pressurizing the concrete pipe sensed by the sensor node to manage concrete fluidity and concrete quality; And
And a gateway for transmitting data transmitted from the sensor node unit to the concrete pressurization quality evaluation system, and transmitting an emergency action control signal from the concrete pressurization quality evaluation system to the sensor node unit.
The concrete pressing quality evaluation system
A data storage unit collecting and storing data transmitted from the sensor node unit and passing through the gateway;
A filter unit for removing noise, extracting a peak value, and calculating an RMS and a low frequency component from a signal formed of data received through the gateway;
A predetermined period is set to temporarily store the filtered data, and a signal is stored for signal preservation, data processing, and frequency function processing of data acquired for one second for signal processing on the temporarily stored data for signal processing. A data buffer which buffers by applying a window function of a window function that classifies and cleans up the signal;
A statistical processor which normalizes the pressure signal buffered in the data buffer by applying a statistical function to obtain a representative pressure value;
When the peak pressure frequency component is obtained by analyzing the frequency of the pressure signal buffered in the data buffer by FFT analysis and the inverse of the frequency of the peak frequency frequency component, this is the stroke time of one pressure feed pump and the stroke of one pressure feed pump. A flow rate calculation unit for selecting a time and calculating a unit time average flow rate of the concrete to be conveyed through a relationship with a discharge amount of a predetermined unit;
A friction coefficient calculator for calculating a friction coefficient using the statistically processed pressure data and the flow rate calculated by the flow rate calculator;
A display unit which graphically displays output values of the statistical processing unit, the flow rate calculation unit, and the friction coefficient calculation unit; And
The control unit for determining whether the concrete blockage is made by using the change of the friction coefficient calculated by the friction coefficient calculation unit, and if the blockage is in progress, the control unit for transmitting an emergency action control signal to the sensor node unit by a user input or a programmed control command. Quality evaluation management system at the time of pumping concrete piping, characterized in that it comprises.
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