KR101209852B1 - 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템 - Google Patents

선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는, 사용자단말기에 통신수단을 통해 접속되고, 선박용 항해등의 상태감시와 제어신호의 입력에 의한 제어명령을 처리하기 위한 감시부와;
상기 감시부와 통신수단을 통해 접속되고 상기 감시부로부터 전송된 제어명령에 따라서 선박용 항해등을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템이 제시된다.

Description

선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템{Electronic Group Control System for Remote watch and control of Navigation Light of a Ship}
본 발명은 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 관한 것이다. 더 상세하게는 일몰 후 운항중인 선박의 정보 및 상태를 나타내는 선박용 항해등 및 신호등을 제어하는 Navigation Light Control Panel 및 Signal Light Control Panel과 선박에서 작업 시 필요한 각종 작업등을 제어하는 Outdoor Light Control Panel을 전자식으로 통합하여 구성하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 관한 것이다.
한국은 세계적인 조선 강국으로 영국 로이드그룹의 자료에 따르면 2006년 기준 우리나라조선업은 건조량 34.7%, 수주량 39.2%, 수주잔량 35.7%로 세계 1위의 자리를 지키고 있다. 이러한 강세는 향후 IT 부문의 기술 우위가 제조 경쟁력에 더해져 기술의 개발이 조선업에 IT를 적극 접목하여, 조선업의 고부가가치화와 경쟁국과의 차별화를 동시에 추진하고자 하는 움직임이 최근 가시화 되고 있다. 이중 최근 세계 조선 업계의 관심이 집중되고 있는 것이 선박 자동화(Marine Automation)와 관련한 분야이다.
선박 자동화 중에는 항해 시 필요한 항해등장치를 꼽을 수 있다. 자동차의 방향 표시등이나 안개등, 정지등과 같이 선박의 운항에 필요한 항해등장치를 말한다. 국제해상충돌 예방규칙에서는 선박의 운항에 있어서 필요한 선박용 항해등 및 신호등을 제어하는 장비를 필수적으로 설치하게 함으로써 선박 상호간에 상대선의 동태를 정확하게 미리 파악하고, 상호간에 합의된 항해규정에 따라 자선의 동태를 타 선박에 알려줘서 선박 상호간의 충돌을 사전에 예방하고 안전을 확보하도록 권장하고 있다. 이에 2009년 1월 1일부터 IMO(국제해사기구)에서는 선박용 항해등 원격감시 및 제어를 의무화하게 하고 있다.
이러한 선박용 항해등을 제어하는 장치가 Control Panel이며, 선박의 야간항해 및 비상시 가장 중요한 기능을 한다. 일몰 후 운항중인 선박의 정보 및 상태를 나타내는 항해등 및 신호등을 제어하는 Navigation Light Control Panel 및 Signal Light Control Panel과 선박에서 작업 시 필요한 각종 작업등을 제어하는 Outdoor Light Control Panel이 중요한 기능을 하고 있다. 이러한 Control Panel들이 최근에는 많은 부가기능의 추가에 의해 기계식으로는 그 부가 기능의 추가 및 제어에 한계가 있는 문제점이 있다.
따라서, 선박용 항해등의 전자식 그룹 제어 장치의 개발이 요망된다.
본 발명은 상기 종래의 기계식 제어 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 일몰 후 운항중인 선박의 정보 및 상태를 나타내는 항해등 및 신호등과 선박에서 작업 시 필요한 각종 작업등(이하 ‘선박용 항해등’이라 함)을 전자식으로 제어하여 정확한 점소등, 램프의 이상 유무를 원격 감시하는 시스템인 선박용 항해등 그룹 제어 시스템을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 해결 수단으로서, 본 발명에서는 감시부와 제어부로 구성되는 장치로서, 상기 감시부는, 위치별 선박용 항해등을 표시하고, 제어 버튼을 구비하고 있는 다스플레이 패널과 선박용 항해등의 동작 상태를 파악하여 로컬 제어를 수행하기 위한 디스플레이 보드를 포함하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부로부터 입력되는 제어 명령과 그에 따른 LED를 표시하고 선박용 항해등 제어 명령을 송신하는 콘트롤부를 포함하고; 상기 제어부는, 상기 감시부와 RS-485 통신수단으로 접속되어 있고, 상기 감시부로부터 전송된 선박용 항해등 제어 명령을 전달하고, 제어부 전체 전원을 관리하기 위한 메인 CPU부와, 선박용 항해등을 직접 제어하는 릴레이 모듈부와 메인 CPU 부간의 통신을 담당하고 선박용 항해등의 이상 유무를 판단하는 미소전류 감지회로를 포함하는 인터페이스부와, 상위 장치로부터 전송받은 선박용 항해등 제어 명령을 처리하여 선박용 항해등을 직접 점소등하고, 선박용 항해등의 점소등에 있어서 노이즈나 써지 전압으로 인한 제어 오류를 방지하기 위한 제로크로싱(Zero Crossing)회로를 포함하는 릴레이 모듈부를 포함하는 선박용 항해등 그룹 제어 시스템이 제시된다.
본 발명에 의하면, Navigation Light Control Panel과 Signal Light Control Panel, 그리고 Outdoor Light Control Panel을 통합하고, 선박용 항해등의 플리커링(Flickering) 및 디밍(Dimming) 등의 부가 기능 등을 통합하여 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템의 실시예에 관한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 사용되는 디스플레이부의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 선박용 항해등 제어 장치에 사용되는 콘트롤부의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 사용되는 메인 CPU부의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 사용되는 릴레이 모듈부의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템에 사용되는 인터페이스부의 개략적인 구성도이다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 관한 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템의 실시예에 관한 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템은, 위치별 선박용 항해등을 표시하고 제어 버튼을 구비하고 있는 다스플레이 패널과 선박용 항해등의 동작 상태를 파악하여 로컬 제어를 수행하기 위한 디스플레이 보드를 포함하는 디스플레이부(110)와, 상기 디스플레이부(110)로부터 입력되는 제어 명령과 그에 따른 LED를 표시하고 선박용 항해등 제어 명령을 송신하는 콘트롤부(120)를 포함하는 감시부(100)와; 상기 감시부(100)와 RS-485 통신수단으로 접속되어 있고, 상기 감시부(100)로부터 전송된 선박용 항해등 제어 명령을 전달하고, 전원을 관리하기 위한 메인 CPU부(210)와, 상위 장치로부터 전송받은 선박용 항해등 제어 명령을 처리하여 선박용 항해등을 직접 점소등하고, 선박용 항해등의 점소등에 있어서 노이즈나 써지 전압으로 인한 제어 오류를 방지하기 위한 제로크로싱(Zero Crossing)회로를 포함하는 릴레이 모듈부(230)와, 상기 릴레이 모듈부(230)와 상기 메인 CPU 부(210)간의 통신을 담당하고 선박용 항해등의 이상 유무를 판단하는 미소전류 감지회로를 포함하는 인터페이스부(220)를 포함하는 제어부(200)를 포함하고 있다.
상기 감시부(100)와 상기 제어부(200)는 예를 들면 RS-485 통신수단을 통하여 연결되어 있다.
또한, 본 발명의 상기 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템은 상기 감시부(100)와 예를 들면, RS-232 통신수단을 통하여 접속되는 사용자단말기(300)와, 상기 제어부(200)와 접속되는 선박용 항해등(400)을 더 포함할 수 있다.
상기 감시부(100)는 선박용 항해등의 상태감시와 제어신호의 입력에 의한 제어명령을 처리하는 부분으로 상기 디스플레이부(110)와 상기 콘트롤부(120)로 구성된다. 상기 디스플레이부(110)는 선박용 항해등의 현재 점소등 상태나 알람등과 같은 표시를 하며 사용자에 의한 제어가 가능하도록 버튼을 탑재하고 있다. 상기 콘트롤부(120)는 제어신호 입력을 통한 명령을 처리하여 제어부로 전송하고 제어부로부터 전송받는 선박용 항해등의 상태를 상기 디스플레이부(110)에 표시할 수 있도록 제어한다.
도 2는 상기 디스플레이부(110)에 관한 상세 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 선박용 항해등별 점소등이 가능한 버튼과 선박용 항해등의 점소등 상태를 나타내는 LED로 구성되는 버튼/LED부(111)와, 선박의 위치에 맞게 LED를 설정하여 현재 선박의 항해등 점등상태를 알 수 있도록 하기 위한 포지션LED부(112)와, 디밍(Dimming)/플리커링(Flickering) 및 램프 설정에 위한 기능키부(113)와, LED를 통하여 현재 전원 공급 상태를 표시하기 위한 전원상태LED부(114)와, 하나의 버튼으로 On/Off가 가능하도록 한 전원버튼(115)와, 버퍼부(116) 및 화상처리를 위한 디코더부(117)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 콘트롤부(120)의 상세 블록도이다. 본 발명의 콘트롤부(120)는, LED 디스플레이를 위한 부분과 상기 제어부(200)와의 통신기능, 각 기능키부(113)의 동작 기능과, CPU, 시스템 및 전원을 감시하는 회로 및 선박용 항해등에 대한 설정을 할 수 있는 회로와 프로그램이 탑재된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 8bit AVR(Atmega128-AI, 11.0592MHz)의 CPU(121)와, 램프의 위치설정에 대한 S/W부(122)와, 감시부 전체의 전원과 시스템을 관리하기 위한 전원 및 시스템 감시부(123)와, 상기 제어부(200)와 통신을 위한 전용 통신포트(124)와, 원격제어를 위한 RS232통신부(125)와, AVR 프로그램 다운로드용 Jtag 포트(126)를 포함한다.
상기 제어부(200)는 상기 감시부(100)로부터 전송받은 제어 명령을 수행하여 선박용 항해등의 점소등을 제어하는 역할을 한다.
도 4는 상기 제어부(200)의 메인 CPU부(210)의 상세 블록도이다. 본 발명의 메인 CPU부(210)는 상기 감시부(100)를 통하여 입력되는 제어 명령을 선박용 항해등 점소등을 위해 제어하는 모듈로 상기 감시부(100)와 상기 제어부(200)간의 통신을 수행한다. 또한 상기 제어부(200)의 전원공급 및, 상기 릴레이모듈부(230)에 제어 명령을 전송하고 선박용 항해등의 상태를 전송받는다.
도 4에 도시한 바와 같이, ATmega128을 사용한 MCU회로부(211)와, 릴레이모듈연결부(212)와, 인터페이스연결부(213)와, DC5V의 안정적인 전원을 공급하는 전원공급부(215)와 제어부 전체에 전원을 공급하는 파워시퀀스부(214)(와, RS232통신회로부(216) 및 AVR 프로그램 다운로드를 위한 Jtag 포트(217)을 포함한다.
도 5는 상기 제어부(200)의 릴레이모듈부(220)의 상세 블록도이다. 릴레이모듈부(220)는 상기 메인CPU부(210)로부터 처리된 선박용 항해등 점소등 명령을 수행하는 모듈부로써 각 선박용 항해등을 직접 연결하여 전기신호를 전송하여 제어하는 구성이다.
상기 릴레이모듈부(220)는 램프연결부(221)와, 미소전류 감지를 위한 전류변환장치(222)와, 퓨즈(223)와, AC220V의 교류 전기신호를 이용하기 때문에 고압인 상태에서 on/off 명령이 수행되는 경우에 발생되는 써지 전압에 의한 오작동을 방지하기 위한 제로크로싱회로부(224)와, 상태부 통신포트부(225) 및 램프 제어부(226)을 포함한다. 또한, 제로크로싱 검출 동작을 위한 SSR모듈부를 더 포함한다.
도 6은 상기 제어부(200)의 인터페이스부(230)의 상세 블록도이다. 본 발명의 인터페이스부(230)는 선박용 항해등의 상태 감지 및 디밍(Dimming) 기능과 플리커(Flicker) 기능을 제어하는 역할을 하는 모듈로 선박용 항해등의 점소등에 대한 신호처리를 하는 구성이다. 또한, 상기 제어부(200)의 메인 CPU부(210)와 릴레이모듈부(220)간의 제어 및 감시 데이터를 전달하는 역할을 한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인터페이스부(230)는 입력포트(231) 및 출력포트(233)와, 선박용 항해등의 이상 유무를 판단하기 위하여 미소전류 감지가 가능하도록 전류를 전압으로 변환함과 동시에 신호를 증폭시켜 주기 위한 전류변환장치연결부(232)와, 상기 릴레이모듈부(220)의 상기SSR모듈부를 동작시키기 위한 신호 증폭단인 제로크로싱구동버퍼(234)와, 선박용 항해등의 밝기 조절 및 깜빡거림을 제어하기 위한 디밍(Dimming)/플리커(Flicker)부(235)를 포함한다.
본 발명의 사용자단말기(300)에서 상기 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템을 원격으로 제어 및 관리할 수 있다.
상기 전류변환장치연결부(232)는 미소전류감지회로로서, 선박의 항해등 감시 시스템은 선박용 항해등과 같이 중요한 항해등 장치가 수명이 다되거나 고장으로 인하여 소등되는 경우 장치의 이상 유무 및 상태를 판단하여 알림으로써 관리자가 수리를 할 수 있도록 하는 시스템이다. 이러한 시스템을 가능하기 위해선 항해등장치에 대한 이상 유무를 판단 할 수 있는 기술이 필요한데 미소 전류 감지 회로 기술이 이에 해당한다.
기존의 전류 감지 기술의 하나로써 부하(항해등장치)와 직렬로 저항을 걸어 저항에서 발생되는 전압강하 분을 입력으로 받아 처리하는 기술이 있다. 그러나 이러한 기술은 저항이 가지는 발열 특성 때문에 저항의 수치를 높게 할 수 없고 이에 따라 입력 신호전압이 전원 노이즈 레벨과 비슷하게 되어 검출오류가 많이 발생하게 되어 신호 대 잡음비(S/N)가 낮다.
또 다른 기술로는 부하(항해등장치)로 가는 전원 라인에 CT(Current Transformer)를 달아 CT 2차측에 발생되는 전류를 입력으로 받아 처리하는 기술이 있다. 여기서 CT의 역할은 교류의 큰 전류에서 그것에 비례하는 작은 전류를 얻는 장치를 말한다. 이러한 방법은 저항에 의한 방법보다 회로와 전원이 절연이 된다는 장점이 있지만 신호 전압과 전원 노이즈 레벨 간의 신호 대 잡음비(S/N)는 개선되지 않는다.
상기 본 발명의 미소전류감지회로인 전류변환장치연결부(232)는 절연 및 신호 대 잡음비(S/N)를 동시에 개선하는 방식으로 CT를 이용하되 CT출력에 고감도 증폭회로를 사용하여 노이즈 레벨보다 수십 배 높은 신호 전압을 만들어냄으로써 항해등장치 검출을 오류 없이 가능하도록 구성되어 있다. 본 발명의 미소전류감지회로는 영상변류기(ZCT : Zero Current Transformer)와 연결되어 있는 증폭기와, 상기 증폭기와 연결되어 있는 전류감지기로 구성되어 있다. 기존의 선박용 항해등에 저항을 연결하여 감지하는 방식은 60W이상의 선박용 항해등에서만 동작이 가능하지만 본 발명의 미소전류감지회로는 증폭회로를 통하여 노이즈를 제거함으로써 10W~120W의 다양한 종류의 선박용 항해등에 적용이 가능하다.
ZCT(Zero current Transformer)는 일반적인 CT와 같은 역할을 한다. 정밀한 전류 측정을 위해서는 CT가 적합하지만 미소전류인 20mA 이상의 60Hz AC전류를 검출하기 위해서는 ZCT가 적합하다. CT는 흐르는 전류량에 비례하여 전압이 발생되는 반면 ZCT는 60Hz AC전원의 디스크리트한 전류를 측정하는데 용이하다. ZCT는 AC전원의 ZERO 점을 통과할 때 비교적 높은 펄스형 전압을 출력함으로써 측정에 용이한 충분한 신호전압을 발생한다. 또한 ZCT는 수십 mA 정도의 전류 흐름도 정확하게 감지가 가능하기 때문에 선박용 항해등과 같이 소형소자의 상태 판별을 위해서는 가장 적합하다.
ZCT는 AC110V/AC220V(50Hz/60Hz) 입력 전원에 대하여 펄스형 출력전압을 발생한다. 발생된 전압신호를 OP앰프를 사용한 전압 비교회로에 직접 입력할 수도 있지만 좀 더 안정적인 전류 측정을 위하여 누전감지기, 예를 들면 KA2803(ELD : 누전감지기)칩을 사용하여 전원 노이즈는 감쇄시키고 출력 전압은 일반 디지털회로가 받아들일 수 있는 DC5V~DC18V까지 증폭할 수 있도록 구성된다. 증폭된 신호는 상기 전류감지기에 의해 감지되어 해당 선박용 항해등의 현재 상태 및 이상 유무를 알 수 있도록 구성되어 있다.
선박용 항해등의 제어를 위해서는 AC220V의 고전압을 On/Off 하여 항해등장치를 점소등시켜야 한다. 이 경우 릴레이를 이용하여 점소등하게 되는데 이때 전원 전압의 2~3배에 해당하는 순간적인 전압이 발생하여 시스템 오류를 일으킨다. 이러한 써지 전압의 발생을 억제하기 위하여 교류 전압의 Zero Voltage 지점에서 제어동작을 행함으로써 써지 전압을 최소화하여 안정적인 전원 공급을 위한 기술이 필요하다. 이 기술이 가능하도록 하는 이론이 제로크로싱(Zero Crossing)이라고 하는데 교류전원의 영교차점을 검출하는 기술이다. 이를 위해 본 발명에서는 교류신호 전송 중에 제어 명령이 전송되어 온다면 교류전압의 Zero Voltage 지점에서 해당 명령을 수행하도록 구성되어 있다. 즉, 제로크로스(Zero Cross) 지점을 검출하여 선박용 항해등의 On/Off 가 가능하도록 구성하였다.
100 : 감시부
110 : 디스플레이부
120 : 콘트롤부
200 : 제어부
210 : 메인 CPU부
220 : 릴레이모듈부
230 : 인터페이스부
300 : 사용자단말기
400 : 선박용 항해등

Claims (10)

  1. 사용자단말기에 통신수단을 통해 접속되고, 선박용 항해등의 상태감시와 제어신호의 입력에 의한 제어명령을 처리하기 위한 감시부와;
    상기 감시부와 통신수단을 통해 접속되고 상기 감시부로부터 전송된 제어명령에 따라서 선박용 항해등을 제어하기 위한 제어부를 포함하고;
    상기 감시부는,
    위치별 선박용 항해등을 표시하고 제어 버튼을 구비하고 있는 다스플레이 패널과 선박용 항해등의 동작 상태를 파악하여 로컬 제어를 수행하기 위한 디스플레이 보드를 포함하는 디스플레이부와,
    상기 디스플레이부로부터 입력되는 제어 명령과 그에 따른 LED를 표시하고 선박용 항해등에 제어 명령을 송신하는 콘트롤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감시부로부터 전송된 선박용 항해등 제어 명령을 전달하고, 전원을 관리하기 위한 메인 CPU부와,
    상기 메인 CPU부로부터 전송받은 선박용 항해등 제어 명령을 처리하여 선박용 항해등을 직접 점소등하기 위한 릴레이 모듈부와,
    상기 릴레이 모듈부와 상기 메인 CPU 부간의 통신을 담당하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 릴레이 모듈부는 선박용 항해등의 점소등에 있어서 노이즈나 써지 전압으로 인한 제어 오류를 방지하기 위한 제로크로싱(Zero Crossing)회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 인터페이스부는 선박용 항해등의 이상 유무를 판단하는 미소전류 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 미소전류감지회로는 변류기와, 상기 변류기의 출력측 접속되어 있는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력측에 접속되어 있는 전류감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 변류기는 영상변류기(Zero Current Transformer)인 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템은 선박용 항해등의 밝기 조절을 제어하기 위한 디밍(Dimming)회로와 선박용 항해등의 깜박임을 제어하기 위한 플리커(Flicker)회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자단말기와 상기 감시부 간의 통신수단은 RS-232이고, 상기 감시부와 상기 제어부 간의 통신수단은 RS-485인 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
  10. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박용 항해등은 선박용 항해등, 선박용 신호등 및 선박용 작업등을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 항해등 원격감시 제어용 전자식 그룹제어시스템.
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