KR101301072B1 - 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수처리장(W)의 수질을 분석하고 관리하기 위하여 설치된 수질센서 및 원격 모니터링 시스템으로써, 보다 상세하게는 기존 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 전문가가 의사결정하는 시스템을 추가하여 현장에서 직접 관리하는 것보다 적은 인력을 필요로 하여 인건비를 절감할 수 있고, 또한 전문가의 의사결정으로 인하여 보다 정확하고 정밀하게 정수처리장을 실시간 관리할 수 있는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템에 관한 것이다.

Description

정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템 {EXPERT MAKING DECISIONS SYSTEM BASED ON QUALITY OF WATER SENSOR AND MONITERING SYSTEM IN FILTRATION PLANT }

본 발명은 정수처리장의 수질을 분석하고 관리하기 위하여 설치된 수질센서 및 원격 모니터링 시스템으로써, 보다 상세하게는 기존 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 전문가가 의사결정하는 시스템을 추가하여 현장에서 직접 관리하는 것보다 적은 인력을 필요로 하여 인건비를 절감할 수 있고, 또한 전문가의 의사결정으로 인하여 보다 정확하고 정밀하게 정수처리장을 실시간 관리할 수 있는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템으로, H-ECO WATER SUPPLY SYSTEM™에 관한 것이다.

현재 많은 선진국들은 해외진출 확대를 위해 정책적으로 물산업 기업을 육성하고 있다. 특히 세계적인 물 기업을 육성하고 있는 프랑스, 이탈리아, 독일, 미국 등의 국가는 물 기 업의 육성을 위해 공적 자금을 투입하는 등 시장확대를 위한 지원을 수행하고 있는데, 최근에는 물기업들이 개발도상국을 중심으로 상수도에 대한 토탈솔루션(Total Solution) 서비스 제공을 통해 세계 물시장에 진출하고 있으며, 지자체 중심의 영세성과 비효율성 해소를 위해 통합화 및 광역화를 추진하고 있다.

또한 중국, 인도, 동남아 등에 대규모 상수도 시장이 형성됨에 따라, 이들 시장에 대해 진출이 확대되고 있을 뿐만 아니라 동남아 및 아프리카 등의 저개발국/개도국에서는 기존의 노후화되고 음용수로 부적합한 물을 생산하는 정수장의 개선을 위해 재정을 투자하고 있으나 기술의 부족으로 인해 개선이 어려운 현실이다.

저개발국이나 개발도상국의 경우 상수도 시설을 위한 투자재정을 확보하기 힘들기 때문에 단순한 공정이 사용되고 있으며, 정수장에 발생되는 많은 문제들에 대한 대처를 단순히 운영자의 경험에 기대어 수행하고 있는 형편이다. 특히 베트남과 같은 저개발국의 경우도 농간 용수공급률이 30%이상의 격차를 나타낼 뿐만 아니라 저개발국 및 일부 개발도상국의 경우 용수공급률이 도시지역의 경우 70%, 농촌지역의 경우 40% 수준밖에 되지 않는다.

이는 정형화된 매뉴얼에 따라 처리시설이 운영되지 않고, 운영자의 경험에 기반하여 시설이 운영되고 있으며 이에 따라 동남아시아의 저개발국의 경우 수도관 내에서 침전물뿐 아니라 높은 농도의 박테리아가 검출되고 있으며, 일부 지역에서는 TOC가 31~88mg/L로 측정되고 있다.

따라서 기존의 처리시설의 수질을 음용수로 적합한 수질로 개선하기 위한 저에너지/저비용 처리공정을 도입하여 수질을 개선할 필요가 있고 특히 향후에는 단순히 음용수에 적합한 수질의 생산만의 목적을 넘어서 에너지 효율을 증대시키는 공정의 확보가 요구된다.

또한 동남아시아의 경우 기후변화 즉 우천 시 낙뢰로 인하여 정전이 자주발생하며 전력이 일정하게 공급되지 않음으로써 비상상황에 대처하는 방안을 마련해야 하며, 현재 저개발국/개발도상국의 경우 정수처리시설에 단순히 수질센서가 부착되어 유량 및 수질항목을 측정하고 있을 뿐 제대로 된 의사결정을 위한 자료로 이용되지 못하고 있다.

따라서 전문교육인 양성 부족으로 인한 유지관리 및 계장시설의 노후화, 운영비용 절감을 위해 저급의 약품을 투입되고 있어 차별적인 기술 개발을 통해 개발도상국의 많은 정수장에 적용하는 것이 필요하고 이에 따라 최근 SCADA와 같은 운영관리 시스템을 도입하여 정수처리시설의 최적화를 수행하는 사례가 증가하고 있으며, 선진국 및 개발도상국에서는 이를 도입하여 시설의 운영관리가 이루어지고 있다.

일반적인 시설의 운영 최적화를 위한 시스템은 SCADA 시스템을 구축하고 소독, 여과 등의 각 단위공정을 제어ㅇ관리한다. 특히 응집제 등의 약품을 정수장 유량에 따라 자동 주입하고, 약품이 투입되는 지점 바로 직후에 수질분석기를 설치하여 수질을 연속적으로 모니터링 할 수 있으며, 탁도계 및 입자 계수기에서 측정된 데이터는 PLC를 통해 SCADA 시스템으로 피드백이 된다.

또한 여과 공정의 경우 여과 및 역세척 등의 전반적인 운영관리가 SCADA 시스템을 통해 자동화되어 운영되는데 최근에는 오존, 염소, pH, 인, 불소와 같은 공정 파라미터들이 실시간 측정기기를 통해 모니터링되고, 이들 데이터가 SCADA 시스템으로 보내지게 된다. 그러나 정수처리시설의 고도화, 계장시설의 복잡화에 따라 많은 전문인력과 유지관리 비용이 요구되고 또한 계장설비의 노후화, 유지관리의 미흡으로 인해 SCADA 시스템을 설치한 이후에도 운영 효율성 저하로 인해 시설의 운영비용만 증대되는 경우도 발생하고 있을 뿐만 아니라 계장설비의 오작동 및 부정확성으로 인한 시설의 사고 위험이 크게 늘어나고 있다.

개발도상국 및 저개발국의 경우 고도화된 정수처리시설의 최적 운전을 위한 시스템 개발 및 전문인력의 노하우가 부족하며, 이로 인한 계장설비, 자동제어 장치의 오작동에 대한 대응이 어려운 실정으로 특히 현장에서 전문인력을 확보를 기대하기란 매우 어렵다.

이와 같이 일반적으로 정수처리장의 DO, pH, MLSS, 온도, NH4 및 NO3 등의 수질 상태를 감시하여 수질을 분석하고 정화시키기 위한 정수처리장 모니터링 시스템이 있다. 정수처리장을 감시하는 시스템은 수질의 변화를 감지하여 수질이 오염시 정수를 하기위하여 정수약품이 투입되고, 수질의 기준치 자료가 입력된 모델에 따라 자동으로 정수약품의 양을 결정하여 투입하는 장치가 운영되고 있다.

입력된 모델에 따라 자동으로 정수약품을 투입하는 장치는 정수처리장이 고도화·복잡화·다양화됨에 따라 동시에 고려되어야 하는 인가도 증가되고, 이에 대한 판단도 복잡하여 정수처리장의 최적화된 운전을 하기에 어려워진다. 또한 오작동 및 부정확성 등으로 인한 위험도 크게 증가했다.

보다 상세하게는 현재 사용되고 있는 응집제 투입량 결정방법으로는 Jar-Test에 의한 결정방법, Data Base 및 Micro Processor를 이용한 결정방법, Zeta Potential Meter 또는 Streaming Current Detector (이하 SCD)에 의한 결정방법들이 있다.

상기 Jar-Test에 의한 응집제 투입량 결정방법은 여러 개의 Jar에 응집제 주입량을 다르게 하여 투입한 후, 응집-혼화-침전 과정을 거쳐 가장 탁도 처리효율이 좋은 응집제 투입량을 최적 응집제 투입량으로 결정하는 방법이며, Jar-Test는 현재 모든 정수장에서 사용되고 있는 가장 보편적이고 적정량 산정을 위한 비 교 검토에 사용되는 방법이지만 급격한 수질 변화에 대한 대처 시간이 느리고, 투입 시설의 자동화가 어렵다는 문제점이 있다.

또한 Data Base 및 Micro Processor를 이용한 응집제 투입량 결정방법은 응집제 투입량 결정에 영향을 미치는 인자인 수온, 탁도, 알칼리도, pH 등의 수질 자료를 측정기로부터 받고, 최근 1년 이상의 수질자료를 Micro Processor를 이용하여 최적 응집제 투입량을 결정하는 방법으로, 급격한 수질 변화에도 신속하게 대응하여 수질 사고를 예방하고, 정수 효율을 향상시키며 수질 자료의 분석 및 축적이 용이하지만, 최적화 시스템 자체가 고가이고 응집제 투입량을 결정하는 주요 인자가 많기 때문에 응집제 투입량을 결정하는 과정에서 오차가 발생할 확률이 높다.

Zeta Potential Meter나 SCD를 이용한 응집제 투입량을 결정방법은 시료 중 콜로이드 입자의 표면 전하를 연속적으로 측정하여 응집 상태에 대한 표면 전하를 기준으로 응집제 투입량을 보정하고 연속으로 조절하여 항상 최적 응집 조건에 맞는 응집제 투입량을 자동조절하는 방법으로, 별도의 응집제 투입량을 지시할 필요가 없고 원수 유량계, 수질 측정기의 자료와 관계없이 독자적으로 SCD와 응집제 투입장치만으로 최적 응집제 투입량을 결정할 수 있기 때문에 초기 시설비가 적게 들고 시설이 간편해지나,

원수에 따라서 샘플링 펌프가 막히는 현상이 발생하기도 하고, SCD의 측정값이 상대 값이기 때문에 Set point의 설정이 매우 중요하나 독자적으로 설정하기에는 아직 적용사례가 거의 없다.

상기 방법들을 토대로 응집제 투입량이 결정되고, 이후에 응집제는 응집제 투입 장치인 Control Valve, 정량펌프 그리고 Rotary Dip Feeder에 의해서 투입된다.

응집제의 하나로써 염소는 값이 싸고 지속 효과면에서 유리하여 정수처리 시설에서 소독제로 활용되고 있으며, 투입량은 잔류염소의 양이 증가하였다가 감소하는 파과점을 기준으로 염소의 투입량을 결정하는데 있어서, 현재 정수처리 공정에서 염소 투입량의 제어는 암모니아성 질소 온라인 측정기를 통해 염소의 투입량을 계산하고 후 공정의 잔류염소를 파악하는 방식으로 이루어지고 있되, 염소 농도가 낮을 시, 소독제로서의 효과가 없고 염소 농도가 높을 시, 인체에 유해한 소독부산물이 발생하고 음용 시 염소 냄새에 대한 사람들의 거부감 문제 등의 현상이 발생할 수 있기 때문에 적절한 제어 방안이 필요하게 되었다.

따라서 이러한 제어방안으로써 정수처리장의 고도화·복잡화·다양화로 인한 복잡해진 판단을 위해 관리자를 두고 관리자에 의해 정수처리장을 운영하고 있는 실정이다.

정수처리장을 관리하기 위한 관리자를 운영하는 종래기술로는 공개특허 제 특2001-0069973호 『하수처리장의 원격 전문가 제어 관리 시스템』과 공개특허 제 10-2006-0013339호 『간이 상수도 원격 관리 시스템』이 있다.

상기 공개특허 제 특2001-0069973호 『하수처리장의 원격 전문가 제어 관리 시스템』은 수질항목들을 측정하는 수질측정부와, 하수처리장에 설치된 장치에서 발생하는 파장(소리)등을 감지하여 이에 해당된 데이터를 출력하는 사운드 센서와, 상기 하수의 색깔 및 처리상태를 촬영하는 영상 촬영부와, 상기 수질측정부와 사운드 센서 및 영상촬영부에서 출력된 각각의 데이터를 일정한 데이터렬로 변환하는 호스트컴퓨터와, 상기 호스트컴퓨터에서 출력되어 입력된 데이터를 위탁관리자와 주변장치로 인터페이싱하는 중앙 DB서버와, 상기 중앙DB서버에서 출력된 데이터를 판단하고 이에 따라 하수처리관리용 제어신호들을 출력하는 퍼지하수처리장 관리 전문가 시스템과, 상기 전문가시스템에서 출력되는 제어신호에 따라 작동하여 하수처리장치의 작동을 제어하는 퍼지센서 및 PLC제어시스템으로 이루어져, 하수처리장으로 유입된 하수의 수질과 하수처리장치의 이상 유무 및 하수의 색깔 등을 원격으로 체크하고, 이에 따라 하수처리장치의 작동을 원격으로 제어 관리하는 하수처리장치의 원격 전문가 제어 관리 시스템을 제시하고 있다.

상기 공개특허 제 10-2006-0013339호 『간이 상수도 원격 관리 시스템』은 간이 상수도 원격 관리 시스템에 관한 것으로서, 간이 상수도의 정수탱크내에 저수된 수질의 정보를 포함한 상태 정보를 검출하여 통신 네트웍크를 통해 송출할 수 있도록 간이 상수도의 정수탱크별로 설치된 간이 상수도 모니터링 치와, 통신 네트워크를 통해 간이 상수도의 모니터링 장치로부터 송출된 상태정보를 저장 및 열람 가능하게 처리하고, 간이 상수도 모니터링 장치를 제어할 수 있도록 된 관리 서버를 구비한다. 이러한 간이 상수도 원격 관리 시스템에 의하면 원격지에서 간이 상수도의 수질상태를 실시간으로 파악할 수 있게 함으로써 간이상수도의 수질이 관리 허용범위를 벗어나기 전에 필요한 조치를 취할 수 있어 간이 상수도의 관리 효율을 높일 수 있는 원격 관리 시스템을 제시하고 있다.

그러나 상기 두 종래기술은 여러종류의 처리장을 한곳에서 관리하여 시스템이 복잡하고, 전문가 시스템에 의존함으로써 간단한 처리가 필요한 경우에도 전문가가 개입하여 신속한 대응이 어렵다는 문제점이 있다.

정수처리장을 관리하기 위한 관리자를 운영하지 않고 자동제어장치를 이용하는 종래기술로는 공개특허 제 10-2009-0132411호 『마을상수도 원격조정 통합관리 시스템』이 있다.

상기 공개특허 제 10-2009-0132411호 『마을상수도 원격조정 통합관리 시스템』은 농어촌지역의 마을상수도시설을 각시,군의 상황실에서 원 격으로 조절하는기술로서 마을상수도의 구조는 마을회관 주변에 설치되어있는 지하수 관정, 마을의 가장 높은 곳인 산속에 설치하는 물탱크, 지하수 관정에서 물탱크로 물을 공급할 때 자동으로 제어하는 수위조절기, 상수도의 원수를 염소를 투입하여 살균 소독하는 염소 투입기로 구성되어 있다.

이에 본 발명의 기술은 이 마을상수도의 관리를 원 격으로 조정하는 시스템으로 유량센서의 신호를 컨트롤러가 수신하고 염소탱크의 무게를 저울센서의 신호를 수신하여 약품이 투입되는 양을 감지하여 염소 투입기 모터의 회전을 지시하여 일정한 양의 염소가 송수관에 투입되어 항상 일정한 잔류염소량을 유지하고 물탱크의 수위를 수시로 감지하여 물공급에 이상이 없게 하는 기술이며 원격지시는 인터넷 통신망을 이용하여 마을회관 시 군청 상황실 납품업자 상황실로 연결하여 원격조정을 하면서 모니터에서 수시로 감시를 하여 문제가 없게 하여 유지관리도 한곳에서 편리하게 하고 향상 쾌적한 물이 마을에 공급되어 수인성 질병 등의 전염병 예방을 하는데 큰 효과가 있는 통합관리 시스템을 제시하고 있다.

그러나 상기 종래기술은 자동화시스템에 의한 원격관리방법으로 시스템의 오작동의 위험이 존재하고, 정수처리장이 복잡해짐에 따라 필요한 복합적인 판단을 할 수 없는 문제점이 있다.

또한 정수처리장을 관리하기 위하여 관리자를 원격으로 운영하는 종래기술로는 등록특허 제 10-117186호 『마을 상수도 시스템의 원격 관리 방법』이 있다.

상기 종래기술 등록특허 제 10-117186호 『마을 상수도 시스템의 원격 관리 방법』은 원수 수질변화에 따른 지능형 침전조가 구비된 마을 상수도 시스템의 원격 모니터링 장치 및 그의 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 유입되는 원수의 물리화학적 상태에 따라 침전조를 포함하는 마을 상수도 시스템에서 자동으로 정수하고 이를 원격으로 유지 및 관리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마을 상수도의 원격 모니터링 및 관리 시스템에 의하면, 마을 상수도시설의 정수처리를 원격 제어에 의해 수행하고, 운행 정보를 무인화된 유무선 정보전송에 의하여 마을상수도 현장 상황을 모니터링하여 환경적인 요건을 극복할 수 있고, 마을 상수도시설의 각종 부대시설의 작동현황, 수질분석치 등을 실시간으로 확인하는 것이 가능하고, 통합관리센터, 단위 행정구역의 관리부서를 통제센터 및 현장관리자의 단말기를 네트워크화 함으로써 관리의 효율성의 극대화시킬 수 있으며, 마을 상수도의 이상 발생시 통합관리센터 및 현장관리자에게 경보 전송하여 즉각적인 조치가 가능하도록 하여 문제 발생시 신속히 대처할 수 있을 뿐만 아니라 마을상수원의 개발시점 부터 현재 관리상황까지의 현황파악과 수질항목별, 지역별, 용량별, 기간별 분석 및 수질상태의 추이를 추적 분석함으로써 각종 현황의 조회, 검색 및 분석을 용이하게 할 수 있는 원격관리방법을 제시하고 있다.

그러나 상기 종래기술은 관리자가 원격으로 제어하지만, 수질정보를 분석하여 직접 제어하는 것이 아니라 현장에 있는 운행자 및 관리자에게 연락을 하는 기술을 제시함으로써, 신속한 대응이 불가능하고 간접적인 제어방법으로 오류가 생길 위험이 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템에 있어서,

자동제어장치를 이용하여 정수처리장의 수질을 제어하는 방법보다 전문가 시스템을 통하여 보다 복잡한 판단을 할 수 있어 정수처리장의 최적화 운전을 할 수 있으며,

원격으로 정수처리장을 관리함으로써 현장에 배치되면서 생긴 전문가들의 인력부족 문제 및 인건비 증가 문제를 해결 할 수 있고,

원격으로 인한 거리상의 제약이 없어 지역에 구애받지 않으며

보조통신서버를 더 구성하여 주통신서버가 서버고장등의 비상시에도 보조통신서버가 가동하여 정수처리장 전체의 운영이 중지되는 것을 방지할 수 있고,

또한 기존에 설치된 네트워크 망을 이용하고, PLC와 HMI시스템을 이용함으로써 설치비용을 절감할 뿐만 아니라 기존 시스템과의 호환성을 극대화 할 수 있다.

나아가 전문가의 의사결정이 필요치 않은 간단한 조치를 위해 자동제어장치를 더 포함하여 상황에 따른 신속한 대응을 할 수 있고, 또한 감시장치와 호출장치를 더 포함하여 문제발생시 즉각 알아볼 수 있을 뿐만 아니라 전문가의 부재시 전문가의 단말기로 내용을 전송하여 즉각 대처할수 있도록 하여,

정수처리장의 수질관리에 있어서 정확한 판단으로 최적의 수질상태를 유지할 수 있는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템인 H-ECO WATER SUPPLY SYSTEM™을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템은

정수약품 투입수단 및 수질센서를 구비한 정수처리장;

상기 정수처리장의 정수약품 투입수단 및 수질측정 센서를 제어하는 제1제어부와, 상기 센서에서 측정된 수질 정보를 저장하는 DB서버와, DB서버의 수질 정보를 외부로 송출하는 제1통신부를 포함하는 현장제어시스템; 및

상기 제1통신부를 통하여 정수처리장의 수질정보를 전달받는 제2통신부와, 제2통신부를 통하여 수신된 수질정보를 처리하는 연산부와, 이 연산부에서 처리된 정보를 나타내는 정수처리장 수질 현황 표시부와 정수처리장의 정수약품 투입수단을 제어하는 약품 투입결정 표시부를 포함하는 디스플레이를 포함하는 원격 제2제어부를 포함하는 원격 모니터링 시스템;

을 포함하여 이루어져서,

제2제어부의 약품 투입 결정 표시부에 입력된 정보는 제2통신부를 통하여 제1통신부로 전달되고, 현장제어시스템은 이에 따라 정수약품 투입수단을 컨트롤하는 것을 특징으로 하고,

상기 제 1 통신부는

주통신서버와 보조통신서버로 구성되며,

상기 보조통신서버는 서버고장등의 비상시 상기 주통신서버의 정지 시 상기 보조통신서버의 가동으로 정수처리장의 시스템이 중단되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템으로 개발된 H-ECO WATER SUPPLY SYSTEM™은 원격 모니터링 시스템에 전문가에 의한 약품 투입 결정 정보가 입력됨에 따라 정수처리장이 복잡해지고 다양해지면서 최적화 운전을 위한 복잡하고 세밀한 판단을 할 수 있고,

원격으로 관리하면서 전문가들을 현장에 배치할 필요가 없어 인력부족 문제가 해결되고 인건비가 감소되며, 원격으로 관리함으로써 거리상의 제약이 없어 지역적 문제점을 해결하고,

보조통신서버의 이용으로 주통신서버가 비상상황으로 인하여 정지되어도 정수처리장 전체의 운영이 중지되는 것을 방지하며,

기존 네트워크 망을 사용하고 PLC와 HMI시스템을 이용함으로써 설치비용을 감소하고 기존 시스템과의 호환성을 극대화 시킨다.

또한 자동제어장치를 더 포함하여 간단한 조치는 자동제어장치를 통해 해결되고, 복잡한 판단이 필요한 상황은 전문가 시스템이 활용되어 상황에 따라 신속하게 수질을 관리할 수 있다.

또한 감시장치를 통하여 문제발생시 뚜렷하게 문제를 파악 할 수 있을 뿐만 아니라 호출장치를 통하여 발생된 문제를 전문가의 단말기에 전송함으로써 전문가의 부재시에도 문제를 인식하고 대처할수 있어,

원격으로 현장에 있는 운행자 및 관리자를 통해 정수처리장을 관리하면서 신속하게 대응하지 못한다는 문제점을 해결 할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여 운영 노하우를 통한 기술경쟁력을 확보하고 해외 기술시장 진출의 기반을 구축할 수 있으며, 최적화된 정수처리 운영 기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 테스트베드 운전을 통한 기술의 검증 및 상용화 기술을 확보할 수 있는 과학 기술적 효과를 누리고,

최적화 운전기법을 통한 시장경쟁력 확보, 중대형 환경플랜트 수주 및 저개발국 시장 진출가능, 환경 산업의 활성화와 신규수요 창출에 기여 및 설계,구매,건설,운영을 포함한 정수처리 토탈솔루션 서비스를 제공하는 산업경제적 효과를 누린다.

나아가 최적화 운전기법을 통한 에너지 절감효과와 안정적인 처리수 수질을 확보 할 수 있는 환경적 효과도 이룰수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구성도
도 2는 본 발명에 따른 PLC제어의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 HMI제어의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 표시부의 메인화면
도 5는 본 발명에 따른 표시부의 메뉴선택화면
도 6은 본 발명에 따른 표시부의 수질감시화면
도 7은 본 발명에 따른 표시부의 유량감시화면
도 8은 본 발명에 따른 표시부의 전문가 감시화면
도 9는 본 발명에 따른 표시부의 정수지의 감시화면
도 10은 본 발명에 따른 표시부의 응집/퇴적탱크 감시화면
도 11은 본 발명에 따른 표시부의 펌프감시화면
도 12은 본 발명에 따른 정수처리장에 구비되는 병해충퇴치 시스템의 구성 블록도.
도 13는 본 발명에 따른 정수처리장에 구비되는 병해충퇴치 시스템의 정면도 및 평명도

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한 이하의 설명에서 도 1 내지 도 11의 도면군과, 도 12 및 도 13의 도면군은 상호 도면 참조부호가 중복되어도, 서로 다른 구성요소를 지칭하는 것으로 서로 무관하다.

먼저 도 1 에 도시된 바와 같이,

본 발명은 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템으로서 개발된 H-ECO WATER SUPPLY SYSTEM™으로,

종래 정수처리장에 신규 시스템을 적용하는 것으로 신규 시스템을 위해 별도의 제어시스템을 구축할 경우 제어를 위한 추가 시설이 필요하고, 이 경우 기존 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition, 스카다) 시스템의 제어시스템을 무시하고 신규 시스템의 자동제어 시스템을 적용할 경우 제어 우선순위 등의 문제가 발생할 수 있다.

따라서 기존 SCADA 시스템의 제어부분을 분석하여 연구과제에서 적용하고자하는 자동제어 시스템을 적용하되, 신규 시스템은 일체형 수질센서에서 수집된 수질데이터 정보와 기존 SCADA 시스템에서 수집된 데이터를 분석하여 정수약품 투입량 제어를 위한 최적 값을 계산하고 상기 결과 값을 기존 SCADA 시스템에 제어정보를 전송하여 정수약품 투입량 제어를 수행하게 된다.

상기 정수처리장(W)의 정수약품 투입수단(113) 및 수질측정 센서(111)를 제어하는 제1제어부(11)와, 상기 센서(111)에서 측정된 수질 정보를 저장하는 DB(Database, 데이터베이스)서버(15)와, DB서버(15)의 수질 정보를 외부로 송출하는 제1통신부(13)를 포함하는 현장제어시스템(10)으로 구성된다.

보다 상세하게는 정수처리장(W)의 취수원, 정수지, 수도꼭지와 정수장 각 공정에 수질센서(111)를 구비하여 상기 정수처리장(W)의 수질의 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 수질센서(111)로 측정된 수질 정보는 제 2공유기(135)를 통하여 DB서버(15)로 수집되어진다.

또한 상기 수질센서(111)는 일체형으로서 1회/시간 주기 또는 임의의 결정된 주기로 수질을 측정하고, 측정된 데이터는 5분 또는 지정된 시간단위로 서버로 전송한다.

상기 정수약품 투입수단(113)은 상기 수질센서(111)가 구비된 곳이나, 정수처리장의 각 공정단계에 설치되고, 수질의 오염을 막을 수 있도록 염소, 응집제 등 각 공정에 맞는 다양한 정수약품을 투입할 수 있게 각각 구성되어 있다.

상기 DB서버(15)는 정전, 오류 등의 비상상황에 대비하여 적어도 한 개 이상의 서버를 사용하여, 주된 DB서버(15)가 작동을 중지하게 되는 경우 나머지 서버를 통해 정보의 손실을 막음으로써, 정수처리장운영의 안정성을 확보할 수 있다.

또한 상기 제1통신부(13)의 통신서버 또한 주통신서버(13a)와 보조통신서버(13b)로 구성되고, 상기 보조통신서버(13b)는 한 개 이상의 서버로 구성 될 수 있다. 이는 상기 DB서버(15)와 마찬가지로 서버고장, 정전 등의 비상상황에 대비하여 주통신서버(13a)가 정지되었을 경우, 보조통신서버(13b)를 통하여 상기 정수처리장의 시스템이 중단되는 것을 방지하여 원활하게 운영될 수 있도록 하기 위함이다.

나아가 상기 제1통신부(13)의 통신망은 유선망을 사용하기 힘든 장소나, 유선의 이용이 불가능한 장소적 제한을 갖는 경우 무선방식으로 설치될 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 구성되어 있는 유선망을 이용하는 등 유선 또는 무선방식으로 설치되어 장소 및 시설에 따라 선택적으로 사용 할 수 있다.

다시 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 DB서버(15)에 수집된 수질정보는 상기 제1공유기(211a)를 거쳐 상기 제1통신부(13)를 통하여 제2통신부(211)로 송출되며, 동시에 모니터링 장치(17)에 출력된다. 상기 모니터링 장치(17)에 출력된 정보를 통해 분석하고, 상기 모니터링 장치(17)를 통하여 현장에서 수질상태 및 수질관리를 제어할 수 있도록 한다.

또한 상기 현장제어 시스템(10)은 정수처리장(W)의 각 공정뿐만 아니라 수도꼭지, 취수원등 다양한 곳에 수질센서(111)를 구성하여 상기 정수처리장(W)에 구비된 수질센서(111)와 마찬가지로, 수질을 측정하고, 상기 수질센서(111)를 통해 측정된 수질정보를 제2모뎀(133)을 통하여 원결 제2제어부(21)의 연산부(213)로 전송되어 정수처리장의 각 공정과 같이 수질정보를 분석하여 상기 디스플레이(215)를 통해 출력되며, 출력된 정보를 분석하여 수도꼭지 및 취수원등의 수질상태 및 수질관리를 제어할 수 있도록 한다.

상기 현장제어시스템(10)은 PLC(Programmable Logic Controller, 프로그래머블 로직 컨트롤러)(115)와 HMI(Human-Machine Interface, 인간-기계 인터페이스)(117)시스템을 이용하여 수질 정보를 수집한다.

보다 상세하게는 SCADA 시스템은 대규모 정수장의 경우 DCS(Distributed Control System, 분산제어시스템)를 설치하고, 중소규모의 정수처리장은 PLC와 HMI 시스템을 설치하여 운영하고 있다. 그러나 적도기니 정수장의 경우 SCADA 시스템이 PLC와 HMI 시스템으로 구성되어있어 SCADA 시스템에서 데이터를 수집하는 방안을 2가지로 고려할 수 있다.

상기 HMI 시스템으로부터 데이터 수집을 할 경우 정수처리장의 운영 상태를 모니터링하는 HMI 시스템의 자체 포맷을 이용하여 데이터베이스를 구성하는데, 이런 경우 HMI 시스템에서 외부의 데이터 접속을 제공하지 않게 된다. 그러나 HMI 시스템이 외부 데이터베이스 파일(MS-SQL 등)에 데이터를 저장하는 기능을 제공할 경우 데이터베이스 파일이 접속하여 데이터를 수집할 수 있고 일부 HMI 시스템은 API(Application Programming Interface) 라이브러리를 제공하여 자체 데이터베이스로부터 데이터를 읽어올 수 있는 방법을 제공하기도 한다.

반면에 PLC는 현장에 설치된 측정 장비와 설비로부터 데이터를 수집하는 장치로 HMI 시스템도 PLC로부터 수집한 데이터로 시스템을 모니터링하고 있다.

상기 PLC(115)는 실제 현장에 배치되는 기기로서, 특정 용도를 위해 설계된 경제적이고 다목적으로 사용이 가능한 컨트롤러로이며 중·소규모의 정수처리장은 PLC(115)를 설치하여 운영하고 있다.

따라서 도 2 에 도시된 바와 같이,

상기 PLC(115)로부터 데이터를 수집하는 경우 제 1통신부(13)를 통행 직접 PLC(115)로 정수약품 투입수단(113)을 컨트롤하는 정보를 제공하면 PLC(115)는 상기 정수약품 투입수단(115)을 직접 제어 하게 된다.

그러나 HMI(117)시스템은 PLC(115)와 데이터 연계방식의 차이가 있어 구현방법이 바뀌게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, HMI(117)시스템에 데이터를 전송하기 위해서는 HMI(117)시스템이 직접 정수약품 투입수단(113)을 제어 할 수 없고, 상기 PLC(115)를 이용하여 정수 약품 투입수단(113)을 제어하게 된다.

다시 도 1에 도시된 바와 같이, 또한 상기 제1통신부(13)를 통하여 정수처리장의 수질정보를 전달받는 제2통신부(211)와, 제2통신부(211)를 통하여 수신된 수질정보를 처리하는 연산부(213)와, 이 연산부(213)에서 처리된 정보를 나타내는 정수처리장 수질 현황 표시부와 정수처리장의 정수약품 투입수단(113)을 제어하는 약품 투입결정 표시부를 포함하는 디스플레이(215)를 포함하는 원격 제2제어부(21)를 포함하는 원격 모니터링 시스템(20)이 구성된다.

보다 상세하게는 상기 제1통신부(13)를 통해 상기 제2통신부(211)의 제1공유기(211a)로 이동한 수질정보는 제1모뎀(211b)을 통해 연산부(213)로 이동하는데, 이때 도 1 은 인터넷을 도시하였으나, 세계적으로 구축되어 있는 인터넷, 이더넷, 네트워크 등 거리의 제약을 받지 않는 네트워크망을 사용 할 수 도 있다.

따라서 동남아 및 아프리카 등의 저개발국/개도국에서는 기존의 노후화되고 음용수로 부적합한 물을 생산하는 정수처리장(W)의 개선을 위해 재정을 투자하고 있으나 기술의 부족으로 인해 개선이 어려운 문제점을 상기 시스템을 이용하여 국내에서 저개발국/개도국의 정수처리 시스템을 관리할 수 있고, 현지의 현장관리자의 부족과 기술력 부족 문제를 해결 할 수 있다.

또한 상기 제1 통신부(13) 및 제2 통신부(211)는 새롭게 구축하는 망을 이용할 뿐만 아니라 종래에 사용해오던 정수처리장(W)의 네트워크를 이용할 수 있도록 구성되어 상기 개발도상국 내의 네트워크망을 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 새롭게 망을 구성하기 위한 설치비용을 절감할 수 있다.

상기 원격 모니터링시스템(20)은 자동제어 장치(217)를 더 포함하는데

상기 자동제어장치(217)는 연산부(213)에 연계되고, 상기 제2통신부(211)를 통해 연산부(213)로 이동한 수질정보를 분석하여 정수약품 투입수단(113)을 자동으로 제어하게 된다.

상기 자동제어장치(217)는 온라인 분석가능 항목과 오프라인 입력항목을 설정하고, 온라인데이터는 단순한 조치를 취할 수 있는 데이터로서, 이 데이터를 이용하여 공정제어를 위한 모델을 설정하고, 설정된 값을 토대로 자동제어장치(217)가 정수약품 투입수단(113)을 제어하게 된다.

반면에 오프라인 입력항목은 단순 조치가 아니라 복잡한 판단을 필요로 하기 때문에 자동제어장치(217)가 이용되지 않고 연산부(213)는 디스플레이(215)로 수질정보를 출력하고, 상기 디스플레이(215)를 통하여 출력된 수질 정보를 분석하여, 디스플레이어(214)에 입력신호를 전송하며, 전송된 입력신호는 연산부(213)를 통해 제2통신부(211), 제1통신부(13) 및 정수약품 투입수단(113)으로 순차적으로 이동하여 상기 정수약품 투입수단(113)을 제어하게 되며,

이러한 정수처리장(W)의 전문가시스템은 센서를 통해 측정된 수질자료를 토대로 정수처리장의 운영 상태를 진단하고, 유량 및 수질변화에 따라 능동적으로 처리시설을 제어하여 처리효율을 증대시키고 운영관리비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

종래의 상기 정수처리장(W)과 같은 환경기초시설은 많은 전문인력과 유지관리비용이 요구되지만, 특히 개발도상국의 경우 전문인력이 부족하며, 대부분 넓은 지역에 분산되어 있어 겪고 있는 운영관리의 문제점과 특히 수량 및 수질의 급격한 변동에 따라 방류수질이 크게 변하는 문제가 있으며, 낮은 운영효율성으로 인해 운영비용 또한 높은 문제점을 가지고 있고,

이에 대해 효율적인 정수처리시설의 운영관리를 위해 수질센서 및 통합운영관리에 기반한 정수처리시설의 전문가 시스템 및 자동제어 시스템을 도입하여 운영을 효율화ㅇ자동화가 필요하지만 고도화ㅇ복잡화ㅇ다양화된 정수처리시설의 최적 운전을 위해서는 시스템 개발자 및 운전자가 동시에 고려해야 할 인자가 많아지면서,

이에 대한 판단도 복잡해졌을 뿐만 아니라 자동제어 장치의 오작동 및 부정확성 등으로 인한 위험이 크게 늘어났으며, 통합운영을 위해 많은 기계 및 장치에 대한 전문지식이 필요하게 되었다.

하지만 현장에서 전문인력의 확보를 기대하기란 매우 어렵고 따라서 정수처리시설의 통합운영관리 및 자동제어를 수행함과 동시에 운전의 경제성과 처리 안정성을 확보할 수 있도록 단순하고 신뢰성 있는 기술개발의 적용이 필요한 실정이다.

하기 [표1]은 전문가 시스템의 기본 개발 구성도를 보인 것 이다.

[표1]

상기 [표1]에 따르면 상기 전문가 시스템은 PLC단계와 SCADA 단계 및 off-line 단계로 구분된다. PLC단계와 SCADA 단계는 온라인단계로서 직접 자동제어 하지만 Off-line 단계는 복잡한 판단이 필요하여 전문가가 원격으로 제어하는 단계를 나타낸다. 이러한 전문가 시스템은 정수처리시설의 계장제어자동화 ICA(Instrumentation, Control and Automation)와 수질센서, 모니터링 시스템에 기반하여 운영되고, 정밀한 수질센서와 단순화된 모델을 이용하여 공정의 제어 및 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 운전의 안정성을 확보한다.

하기 [표2]는 정보 계층구조를 나타낸 것이다.

[표2]

하기 [표3]은 실시간 전문가 시스템의 개요를 나타낸 것이다.

[표3]

상기 [표2] 내지 [표3]에 나타낸 바와 같이 PLC로부터 실시간으로 분석되는 온라인 수질자료를 정보 계층 구조에 따라 전송하여 모델을 통한 실시간 공정제어를 수행하고, 이들 자료를 운영자에게 실시간으로 전송한 후 [표3]에 보인 바와 같이 개별 단위공정을 운영하는 전문가 시스템을 운영하고 이에 대한 성능평가를 수행하며, 개별 단위공정별 프로그램을 최적화하고, 각 지역별로 적합한 보정값을 적용하기 위한 방법론을 개발하며 이를 통해 실시간 공정제어를 수행보조와 함께 실제 운영자가 최적으로 운영할 수 있도록 한다.

다시 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 원격 모니터링 시스템(20)은 감시장치(23)와 호출장치(25)를 더 포함하는데,

상기 감시장치(23)는 상기 연산부(213)를 통하여 디스플레이(215)로 이동되는 수질이 오염이 되거나 상기 정수처리장(W)의 시스템에 문제가 생길 경우 이를 감지하여 외부신호로 경고를 표시하게 된다. 상기 감시장치(23)가 외부로 표시하는 방법은 사이렌, 표시등, 팝업창 등 시각적, 청각적 효과 등을 이용하는 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 상기 다양한 방법들이 중첩적으로 이용될 수도 있다. 이는 장소, 시간 및 사용자에 따라 선택적으로 적합한 방법을 선택할 수 있다.

또한 상기 감시장치(23)와 연계하여 호출장치(25)를 구비하고 있는데, 상기 감시장치(23)를 통해 발생된 문제를 전문가 및 사용자의 단말기를 통해 내용을 전송하는 장치이다. 또한 상기 단말기는 개인 스마트폰, 타블렛PC등 다양한 휴대용 단말기기를 포함하며, 상기 단말기를 통하여 내용을 확인 할 수 있을 뿐만 아니라 단말기 내에서 직접 정수약품 투입수단(113)의 투입량을 결정하여 입력할 수도 있다.

상기 원격 모니터링 시스템(20)의 디스플레이(215)는 상기 연산부(213)로부터 제공된 수질정보를 출력하는 표시부를 포함하며,

상기 표시부에는 도 4 내지 10 에 도시된 바와 같이 표시되어 수질정보를 파악하고 정수약품 투입 양을 제어 할 수 있다.

도면을 비교하며 상기 표시부를 설명하면 먼저 도 4 는 상기 표시부의 메인화면으로써 상기 메인화면을 통해 시스템에 접속할 수 있다. 도 5는 상기 시스템의 메뉴를 나타낸 화면으로써, 도 5[A] 내지 도 5[C]를 통하여 상기 정수처리장(W)을 감시하고 제어할 수 있게 된다.

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이(215)를 통하여 출력된 정보는 전체 정수처리장(W)의 수질 및 유량이 각각 표시부의 지도상에 중첩되어 확인 할 수 있고, 이 때 각 지역별로 사용 유량에 따라 색상이 변화가 되도록 구성하고 사용량이 보통일 경우는 파란색, 보통보다 많을 경우는 빨간색, 사용량이 보통보다 적을 경우는 노란색으로 표시되어 있다. 그러나 이러한 색상은 사용자가 임의로 정하는 것으로 다양한 색상으로 구분되어 표시될 수 있다.

또한 도 8 은 전문가가 상기 정수처리장(W)을 감시 및 제어하는 화면으로 디스플레이(215)를 통하여 도 8 에 출력된 정보를 분석하고 분석된 정보를 통하여 상기 정수처리장을 제어 할 수 있게 된다.

보다 상세하게는 도 9는 정수지를 나타내는 화면으로 정수지의 각 구역별로 수질자료를 측정하여 출력하는 화면으로 정수지의 각 구역별로 각각의 수질자료를 측정하여 분석할 수 있고, 도 10 에 도시된 바와 같이, 응집/퇴적 탱크의 수질자료 또한 측정하고 감시할 수 있다.

그리고 도 11 에 도시된 바와 같이, 상기 정수처리장(W)의 펌프를 감시하여, 상기 정수처리장(W)의 유량을 감시하여 제어할 수 있고, 도면에는 도시되지 않았지만 정수 공정 중 수배전반에서 현재 사용 중인 전기를 감시하는 화면을 구성하게 된다. 보다 상세하게는 우리나라의 경우, 2008년 말 기준 480개소 정수시설 중 설문지가 회수된 449개소를 대상으로 분석한 결과 정수시설의 총 연간전력사용량은 900,529,029 kWh/yr로 조사되었고 처리량 당 전력소비원단위는 약 0.21 kWh/ton 으로 조사되었다. 특히, 정수처리시설의 전력 사용량 중 대부분은 펌프의 운영전력이 차지하고 있어, 송수 펌프장과, 배수지 계통에 대한 최적 운영만으로도 정수처리시설 전력소모량 절감할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

하기 [표4]는 펌프운영 최적화에 따른 운영비용(전력량) 절감 사례를 나타내고 있다.

[표4]

또한 최근에는 펌프의 운영전력 절감을 위해 수리해석 모형, 용수수요예측모형, 최적제어 모형 등이 이용되고 있으며, 큰 효과를 거두고 있는 것으로 확인되었고 용수수요예측에 따른 펌프 운영방안을 적용할 경우, EPA-NET에 따른 실제 운전자료를 회귀분석기법을 기반으로 하여 유입유량과 전력소비량 사이의 입출력 함수를 사용하여 운전 비용을 계산한 결과, 약 20 ~ 30%의 전력 절감효과가 발생하는 것으로 나타났다. 또한 송수펌프의 운영최적화는 물 수요 예측 및 배수지 최적운영, 송수펌프 운영최적화를 통해 얻어질 수 있으며 물 수요 예측을 위하여 시간변동모델을 이용하며 수행하되, 시계열 자료를 토대로 하여 이의 주기성분 및 편차성분을 이용하여 시간변동모델을 구축하고 이를 이용하여 물 수요를 예측한다. 특히 배수지의 수위와 펌프의 운영 사이의 상관관계는 오랜 기간 동안 연구가 진행되어 왔으며, 이에 따라 제어가 이루어지고 있다.

나아가 현재 수자원 및 상하수도 시설은 물 수요량에 대한 실시간 관리가 불가능하여 수요와 공급의 불균형으로 인한 시설의 가동효율 저하 문제 발생하고 있으며, 생산한 물을 공급하고 발생한 하수를 수집하는 과정에서 누수 등으로 인한 손실 발생하고 있으며 특히 현재의 상하수도 시스템에서는 빗물이나 재이용수, 해수 등 다양한 종류의 수원 활용 제한 등 그 한계성으로 인하여 시스템의 유지관리 비용이 증가하고 있는 실정이다.

따라서 상기 기존 시설의 한계를 극복하기 위한 방안으로 미국, 호주, 유럽 등 선진국을 중심으로 2009년부터 스마트 워터 그리드(Smart Water Grid)를 제안하고 있음. 스마트 워터 그리드는 수자원 관리의 효율성 제고를 위하여 첨단 정보통신 기술(ICT: Information and Communication Technologies)을 도입하는 차세대 물 관리 시스템으로 수자원의 관리, 물의 생산과 수송, 사용한 물의 처리 및 재이용 등 전 분야에서 정보화 및 지능화 구현을 목적으로 하며, 현재 정수처리시설의 운영효율화를 통해 줄일 수 있는 운영비용은 인건비, 동력 및 약품비로 제한되어 있으나, 스마트 워터 그리드 시스템의 도입을 통해 상수도 사업의 유지관리 비용을 최적화 할 수 있는 방안이 확대되고 있다.

따라서 상기 정수처리장(W)은 정수 공정 중 수배전반에서 현재 사용 중인 전기를 감시함으로써, 전기의 이용량을 감시함으로써 쓸데없는 전기사용을 억제하며, 이로 인해 전기 사용비용을 감소시키고, 나아가 정수처리장(W)의 운영비룰 절감 할 수 있다.

또한 상기 정수처리장(W)은 유해동물 또는 병해충과 같은 유해원이 발생하게 된다. 따라서 이러한 유해원으로 인하여 수질의 오염이 발생할 수 있는데 이를 방지하기 위하여 상기 정수처리장(W)에 병해충퇴치 시스템(P)이 도입될 수 있다.

이하에서 상기 병해충퇴치 시스템에 대하여 상세하게 설명하면,

먼저 블록도인 도 12, 개략적인 정면도 및 평면도인 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유해동물 및 병해충 퇴치시스템(P)은 크게 유해원 감지부(310), 기피제 살포부(110)를 포함하는 유해원 퇴치부(100), 퇴치부 작동부(300), 그리고 제어를 위한 마이컴(PC)을 포함하여 이루어지며, 도 12에서 기호 '

'는 밸브, 특히 전동 밸브를 의미한다.

도 12 및 도 13 에서, 본 발명에서 유해동물 또는 병해충과 같은 유해원 감지부(310)는 퇴치부 작동부(300)의 일부를 구성하는데, 기본적으로 IR 센서(311), 초음파 센서(313) 및 마이크로파 센서(315), 기타 감지센스(각종 근접센서, 광센서, 도플러 안테나 등)로 구성된 복수의 복합 센서로 구성되는 것이 바람직하다.

나아가 본 발명에 따른 유해동물 및 병해충 퇴치시스템(P)은 기본적으로 타이머(320)를 구비하고 있으며, 필요에 따라 복합 유해원 감지부(310)와 함께 또는 독자적으로 설치장소의 주된 유해동물 또는 병해충의 활동 특성에 맞게 현장 또는 원격 세팅하여 퇴치부, 특히 복합 퇴치부(100)의 작동을 시간 단위로 작동하도록 조정할 수 있다.

또한 본 발명에서는 마이컴(PC)과 연계하여 센서로 구성된 감지부(310) 또는 타이머(320)를 포함하는 퇴치부 작동부(300) 전체와 연결된 오류 감지부(330)를 도입한다.

구체적으로 기피제 살포부(110)는 기피제 저장부(110), 상기 기피제 저장부와 연결된 기피제 펌핑수단, 상기 기피제 저장부 및 펌핑수단과 연결된 살포노즐(113)을 포함하여 이루어지며,

상기 살포노즐(113)에는 회전수단(113a)이 구비되어 있는 것이 바람직하며,

또 기피제 조정부(111)에서 기피제를 살포하는 펌핑수단은 통상의 가압 펌프(115) 또는 컴프레샤로 구성될 수 있다.

이러한 무동력 펌핑수단을 구성하는 가압가스(117)는 가스탱크(117A), 특히 원기둥형 퇴치시스템 하우징의 형상과 오뚝이 타입으로 구성된 무게추(W)를 구비한 형태에 맞게 하중 배열이 수직 중심축을 기준으로 대칭되게 배열되도록 하기 위하여 기피제 저장부(111), 특히 희석탱크(111A) 외곽에 중공 원기둥 형태의 공간을 이루며 배열된 가스탱크(117A)를 포함한다.

이를 위하여 하우징 하단부는 라운드 형태의 외저면부를 갖고, 무게추(W)를 갖는데, 필요에 따라 물을 외부에서 투입할 수 있도록 저면 일측에 물 주입 밸브(W1)를 구비하고 있어, 헬기나 차량, 크레인 등에 의하여 이동 설치 후 물을 주입하여 직립형태를 갖도록 한다. 또 퇴치시스템(P)의 사용 완료 후 다른 장소로 이동 설치하거나, 철거하는 경우 물을 배출할 수 있는 드레인 밸브(W2)가 내부에 구비되어 있다.

가스탱크(117A)의 액화가스와 기화챔버(117B)의 기화가스는 각각 밸브를 구비한 별도의 연결관(L1)(L2)(하우징 상면 구비)을 통하여 이어져 있다.

또한 기피제가 중단 없이 원활히 공급되도록 하기 위하여 별도의 고농도 농축 기피제가 저장된 약액 탱크(111B)가 구비되고, 희석탱크(111A)의 저면까지 탐지할 수 있는 농도감지센서(111C)와 마이컴(PC)의 판독ㅇ제어에 의하여 약액이 희석탱크에 주입되어 기준값에 맞는 농도로 희석되며,

희석액은 수용성 기피제인 경우 빗물을 전적으로 또는 보충 용도로 이용할 수 있고, 빗물의 저작을 위하여 하우징 상부에는 깔때기(F)가 구비되어 있고, 이물질 유입 방지를 위하여 깔때기(F)에는 필터(F1)(또는 유입 배관상에 구비 가능)가 구비되며, 깔때기(F)의 유로 개폐 밸브의 개방은 퇴치시스템(P)의 휴지시 또는 우천시 이를 자동 감지하거나 유무선 통신에 의한 외부 조작에 의하여 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 기피제 살포부를 포함하는 유해동물 및 병해충 퇴치시스템(P)이 복수의 장소에 설치되거나 원격지에 설치되는 경우 퇴치시스템의 관리, 감시, 유지를 위하여 유선(410) 또는 무선(420), 또는 이들 모두로 이루어진 통신부(400)가 구축될 수 있다.

무선통신부(420)를 통한 무선제어부(R2)는 리모트컨트롤러(Rb)나 알맞게 구축된 어플리케이션 프로그램이 탑재된 스마트폰(Ra)일 수 있다.

나아가 각종 부위에 장착된 전동밸브, 펌핑수단을 구성하는 가압 펌프(115)나 컴프레샤, 유해원감지부(310)의 센서, 타이머(320), 오류감지부(33), 후술하는 오작동감지부(160), 통신부(400), 이동수단(T), 퇴치부(100) 등, 퇴치시스템(P) 구성요소의 일부 또는 전부에 필요한 동력을 공급하는 전원부(200)는 태양광전지(210), 110V 또는 220V 등 상용전원(220) 및 배터리(230)의 일부 또는 전부로 구성될 수 있고, 배터리(230)는 태양광전지(210) 또는 상용전원(220)에서 충전되는 방식을 취할 수 있다.

이러한 오작동 감지부(160)는 또 통보부(161)를 갖는데, 통보부는 퇴치부(100)의 오작동 감지시 개별 퇴치시스템(P) 주변에 발광이나 음성, 가독 디스플레이를 통하여 알리게 된다.

상기 복합 퇴치부(100)에서 초음파 발생부(120)는 병해충이나 유해 조류를 쫓기 위한 초음파(주파수)를 발산하는 장치이고,

기피음 발생부(130)는 맹금류(쥐 등의 구축용)나 호랑이 등의 맹수 소리를 녹음기(131)(도 13B 참조)(테이프, CD, MD, MP3 파일 등)에 녹음하였다가 틀거나 기타 경보음을 발하는 형태일 수 있다.

다음으로 감전퇴치부(150)는 통상의 모기 감전 기구와 같은 것이거나, 좀 더 고압 전류가 도통되는 감전퇴치부를 구성하여 고라니나 멧돼지까지 쫓도록 구성할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조 및 구성을 갖는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

W : 정수처리장 10 : 현장제어시스템 11 : 제1제어부
111 : 센서 113 : 정수약품 투입수단 115 : PLC
117 : HMI 13 : 제1통신부 13a : 주통신서버
13b : 보조통신서버 15 : DB서버 17 : 모니터링장치
133 : 제2모뎀 135 : 제2공유기 20 : 원격모니터링 시스템
21 : 원격 제2제어부 211 : 제2통신부 211a : 제1공유기
211b : 제1모뎀 213 : 연산부 215 : 디스플레이
217 : 자동제어장치 23 : 감시장치 25 : 호출장치

Claims (6)

1. 정수약품 투입수단(113) 및 수질센서(111)를 구비한 정수처리장(W);
   상기 정수처리장(W)의 정수약품 투입수단(113) 및 수질측정 센서(111)를 제어하는 제1제어부와(11), 상기 센서(111)에서 측정된 수질 정보를 저장하는 DB서버(15)와, DB서버(15)의 수질 정보를 외부로 송출하는 제1통신부(13)를 포함하는 현장제어시스템(10); 및
   상기 제1통신부(13)를 통하여 정수처리장(W)의 수질정보를 전달받는 제2통신부(211)와, 제2통신부(211)를 통하여 수신된 수질정보를 처리하는 연산부(213)와, 이 연산부(213)에서 처리된 정보를 나타내는 정수처리장 수질 현황 표시부와 정수처리장의 정수약품 투입수단을 제어하는 약품 투입결정 표시부를 포함하는 디스플레이(215)를 포함하는 원격 제2제어부(21)를 포함하는 원격 모니터링 시스템(20);
   을 포함하여 이루어져서,
   제2제어부(21)의 약품 투입 결정 표시부에 입력된 정보는 제2통신부(211)를 통하여 제1통신부(13)로 전달되고, 현장제어시스템(10)은 이에 따라 정수약품 투입수단(113)을 컨트롤하는 것을 특징으로 하고,
   상기 정수처리장(W)에는 병해충퇴치 시스템(P)이 더 구비되며,
   상기 병해충 퇴치 시스템(P)은
   원기둥형 하우징의 형상으로 이루어지고,
   유해동물 또는 병해충과 같은 유해원 감지부(310)와,
   기피제 저장부(110), 상기 기피제 저장부(110)와 연결된 기피제 펌핑수단, 상기 기피제 저장부 및 펌핑수단과 연결된 살포노즐(113)을 포함하여 이루어진 기피제 살포부(110)를 포함하는 유해원 퇴치부(100)와
   상기 감지부(310)에 의하여 유해원이 감지되는 경우 상기 퇴치부를 가동하는 퇴치부 작동부(300) 및
   퇴치부(100), 감지부(310), 작동부(300)를 제어하는 마이컴(PC)을 포함하고,
   상기 펌핑수단은 가압가스(117)로 이루어지고,
   상기 가압가스(117)는 원기둥형 퇴치시스템 하우징의 형상과 오뚝이 타입으로 구성된 무게추를 구비한 형태에 맞게 하중 배열이 수직 중심축을 기준으로 대칭되게 배열되도록 하기 위하여 기피제 저장부(111) 외곽에 중공 원기둥 형태의 공간을 이루며 배열된 가스탱크(117A)를 포함하여 이루어진 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 통신부(13)는
   주통신서버(13a)와 보조통신서버(13b)로 구성되며,
   상기 보조통신서버(13b)는 서버고장등의 비상시 상기 주통신서버(13a)의 정지 시 상기 보조통신서버(13b)의 가동으로 정수처리장의 시스템이 중단되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
3. 제 1항 또는 2 항에 있어서,
   상기 제 1 통신부(13) 및 제 2 통신부(211)는 기존 정수처리장 내의 네트워크를 활용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 원격 모니터링 시스템은 입력된 데이터에 정수약품 투입수단(113)을 자동으로 제어하는 자동제어 장치(217)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수처리장의 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 현장제어시스템은 PLC와 HMI 시스템을 이용하여 정보를 수집하고,
   상기 원격모니터링 시스템은
   감시장치(23)와 호출장치(25)를 더 포함하고,
   상기 감시장치(23)는 상기 정수처리장(W)을 감시하고, 수질이나 시스템에 문제가 생길 경우 외부로 경고를 표시하며,
   상기 호출장치(25)는 상기 감시장치(23)로부터 감지된 문제를 전문가의 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 퇴치부(100)는 초음파 발생부(120), 기피음 발생부(130) 및 감전 퇴치부(150)의 일부 또는 모두를 더 포함하고,
   이들 퇴치부(100)들 중 주작동 퇴치부가 작동불량 상태에 있는 경우 이를 센싱하는 오작동 감지부(160)를 더 포함하고,
   상기 오작동 감지부(160)는 퇴치부(100)의 오작동 감지시 개별 퇴치시스템 주변에 발광이나 음성, 가독 디스플레이를 통하여 알리는 통보부(161)를 포함하고,
   상기 유해원 감지부(310)는 IR 센서(311), 초음파 센서(313) 및 마이크로파 센서(315)와 같은 복수의 복합 센서들로 구성되는 것을 특징으로 하는 수질센서 및 원격 모니터링 시스템에 기반한 전문가 의사결정 시스템.
   

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