KR101460175B1

KR101460175B1 - 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)

Info

Publication number: KR101460175B1
Application number: KR20140060014A
Authority: KR
Inventors: 송기택
Original assignee: (주)에코파워텍
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-11-10

Abstract

부스바, 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하여 온도를 검출하여 검출된 온도를 주파수 변조하여 광통신 선로를 통해 송신하는 비접촉 IR 센서 모듈; 상기 비접촉 IR 센서 모듈에서 주파수 변조된 온도를 광통신 선로를 통해 수신하고, 수신된 온도를 송신하며, 상기 수신된 온도를 복조하고 복조된 온도가 허용 온도 범위 내 여부 및 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 허용 온도 범위를 벗어나거나 상기 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 상기 개폐기 또는 차단기를 실시간 차단 제어하는 메인 컨트롤러; 상기 메인 컨트롤러로부터 온도를 수신하여 디스플레이하고, 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 상기 메인 컨트롤러를 동작 제어하는 임베디드 LCD 터치 패널; 상기 메인 컨트롤러에서 수신된 온도 및 상기 메인 컨트롤러의 경보 신호 및 차단 신호를 외부로 송신하는 광 파이버 접속부를 구성한다.

Description

광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반){HIGH VOLTAGE DISTRIBUTING BOARD, LOW VOLTAGE DISTRIBUTING BOARD, MOTOR CONTORL BOARD, DISTRIBUGING BOARD MONITORING INTACT INFRARED OVERHEAT OF OPTICAL COMMUNIICATION INTERFACE}

본 발명은 배전반에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)에 관한 것이다.

종래의 수배전반은 고압/저압 전압을 부하 말단으로 안정적으로 배분하고 관리하기 위한 구성이다.

수배전반은 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있고, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생될 수밖에 없다.

이러한 수배전반의 특성상 그 열화와 화재 등을 미리 감지하고 미연에 방지하기 위한 수단이 강구되고 있다.

그 중 열화에 특히 취약한 부위의 열을 감지하여 대처하는 것인데, 수배전반 내부에는 수많은 장치들이 내장되어 있고 그 배선도 매우 복잡하여 일일이 모두 모니터링하기가 쉽지는 않다.

다만, 기존에는 적외선 센서를 이용하여 열화를 감지하는 방안이 있으나, 적외선 센서의 개수가 매우 많고 그 배선 또한 매우 복잡하여 오히려 노이즈 증가로 인하여 온도의 정확한 측정과 전달에 문제가 발생하고 있다.

또한, 초기에는 그 열화 부위에 정확하게 조준하여 적외선 센서를 설치한다하여도 시간이 지남에 따라 그 방향이나 초점이 틀어져 감지가 필요한 부위에 대한 감지가 이루어지지 않아 무용지물이 되는 문제가 발생하고 있다.

이에, 이러한 배선의 복잡성과 노이즈를 줄이는 방안과 IR 센서의 감지 방향이나 피사체를 정확하고 신속하게 교정할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제0763648호 (2007.09.27)

본 발명의 목적은 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)은, 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하여 온도를 검출하여 검출된 온도를 주파수 변조하여 광통신 선로를 통해 비접촉 IR(infrared) 센서 모듈; 상기 비접촉 IR 센서 모듈에서 주파수 변조된 온도를 광통신 선로를 통해 수신하고, 수신된 온도를 송신하며, 상기 수신된 온도를 복조하고 복조된 온도가 허용 온도 범위 내 여부 및 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 허용 온도 범위를 벗어나거나 상기 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 상기 개폐기 또는 차단기를 실시간 차단 제어하는 메인 컨트롤러(main controller); 상기 메인 컨트롤러로부터 온도를 수신하여 디스플레이하고, 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 상기 메인 컨트롤러를 동작 제어하는 임베디드 LCD 터치 패널(embedded LCD touch panel); 상기 메인 컨트롤러에서 수신된 온도 및 상기 메인 컨트롤러의 경보 신호 및 차단 신호를 외부로 송신하는 광 파이버 접속부를 포함하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 광 파이버 접속부로부터 온도를 수신하여 저장 및 디스플레이하고, 상기 저장된 온도로부터 열화 추이를 분석하여 저장 및 디스플레이하는 상기 퍼스널 컴퓨터(personal computer)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 비접촉 IR 센서 모듈은, 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지할 수 있도록 하기 위해 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 표적에 대해 레이저 신호를 주사하는 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터와, 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하는 IR 센서와, 상기 IR 센서에서 감지된 적외선에 따른 온도에 비례하는 주파수의 아날로그 신호를 생성하고 생성된 아날로그 신호를 전원 전압에 실어 상기 메인 컨트롤러로 송신하는 V-F 카운터(voltage-frequency counter)와, 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터, 상기 IR 센서 및 상기 V-F 카운터로 전원을 공급하는 전원 공급부로 구성될 수 있다.

한편, 상기 비접촉 IR 센서 모듈은, 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터에서 주사되는 레이저 신호를 수신하고 상기 레이저 신호가 수신되지 않으면 경보음을 출력하도록 구성되며, 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부에 부착되는 수광부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터는, U4A의 발진기에서 500 ms 주기의 정현파 신호를 발생시키는 슈미트 트리거 회로를 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 비접촉 IR 센서 모듈은, 안티-앨리어싱(anti-aliasing)을 고려한 저대역 필터(LPF)를 이용하여 상기 감지된 적외선의 아날로그 신호를 필터링하고, 필터링된 아날로그 신호를 FIR 필터를 이용하여 디지털 신호로 샘플링하고, 샘플링된 디지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 디지털 신호의 크기 및 주파수를 산출하여 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 비접촉 IR 센서 모듈은, 상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 비접촉 IR 센서 모듈은, 상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성되며, 상기 FIR 필터는 128 비트의 입력 데이터를 처리 가능한 다음 수학식의 함수로 구성되며,

[수학식]

여기서, M은 128, x[n]은 상기 저대역 필터(LPF)를 통해 ADC 포트로 입력되는 온도 신호이고, y[n]은 상기 FIR 필터를 통과한 10 kHz 대의 온도 신호로 구성될 수 있다.

상술한 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)에 의하면, 비접촉 IR 센서 모듈에서 감지된 온도를 주파수 변조하고 이를 전원 전압에 실어 메인 컨트롤러로 송신하도록 구성됨으로써, 종래와 달리 센서의 전원선과 출력 신호선을 각각 2가닥씩 총 4가닥으로 구성하지 않고 단지 2가닥만 설치하면 되는 이점이 있다.

이에, 별도의 모뎀을 설치하지 않고서도 다수의 센서에 연결된 배선의 복잡성을 줄임으로써, 그에 따른 노이즈를 감소시키는 효과가 있다.

또한, 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터를 적외선 감지 대상의 피사체에 정확하게 조준하도록 구성됨으로써, 초기 설치시에 정확하게 비접촉 IR 센서 모듈의 방향을 설정할 수 있는 효과가 있으며, 시간이 지남에 따라 적외선 센서의 방향이나 초점이 틀어지거나 맞지 않는 현상을 육안으로 쉽게 확인하고 대처할 수 있는 효과가 있다.

또한, 대상체에 수광부를 부착하여 레이저 신호를 조준하여 수신되도록 하고 레이저 신호가 수신되지 않으면 별도의 LED를 점등시키거나 또는 경고음을 출력하도록 구성됨으로써, IR 센서의 조준이 틀어지는 것을 사용자에게 실시간으로 알려줄 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)의 블록 구성도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)의 측단면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈의 전달 함수의 네트워크 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 파이버 접속부의 회로도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 컴퓨터의 온도 변화 추이 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출/산출 프로세스의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경보 발생 프로세스의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)의 블록 구성도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반)의 측단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반(100)은 고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 배전반(100)은 비접촉 IR(infrared) 센서 모듈(110), 메인 컨트롤러(main controller)(120), 임베디드 LCD 터치 패널(embedded LCD touch panel)(130), 광 파이버 접속부(140), 퍼스널 컴퓨터(personal computer)(150)를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 배전반(100)은 내부의 부스바(bus bar)라든가 케이블 접속부 등의 열화로 인한 화재 등의 위험이 있는 부위의 적외선 감지를 통해 미리 화재나 고장을 방지하고 실시간 모니터링하기 위한 구성이다.

여기서, 상기 배전반(100)은 수많은 비접촉 IR 센서 모듈(110)을 구비할 수 있는데 비접촉 IR 센서 모듈(110)의 배선을 기존의 4가닥이 아닌 2가닥으로 전원은 물론 온도 센싱값까지 수집하여 메인 컨트롤러(120)로 제공할 수 있도록 구성된다.

온도는 주파수 변조하고 이를 전원 전압에 실어 송신함으로써, 배선의 복잡도를 줄이고 그로 인한 노이즈를 줄여 정확한 온도의 송신이 가능해지는 이점이 있다.

또한, 비접촉 IR 센서 모듈(110)이 정확한 대상체의 적외선을 감지할 수 있도록 방향을 정확하게 설정하여 설치하여야 하는데, 그 정확한 대상체 부위를 비접촉 센서 모듈(110)에서 가시광선 레이저를 조사하여 쉽게 확인하여 설치 가능하도록 구성된다.

또한, 시간이 지남에 따라 그 방향이 틀어지게 되는데, 이 역시 관리상 육안으로 충분히 확인 가능하여 다시 방향을 설정할 수 있다. 좀 더 바람직하게는 피사체의 부위에 수광부를 부착하여 레이저를 조사하고, 레이저가 조사되지 않으면 LED 점등이나 경보음 출력을 통해 실시간으로 사용자에게 알려줄 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

비접촉 IR 센서 모듈(110)은 위치고정용 적색 가시광선 레이저 포인터(111), IR 센서(112), V-F 카운터(113), 전원 공급부(114)를 포함하도록 구성될 수 있다.

비접촉 IR 센서 모듈(110)은 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부와 같이 열화나 화재의 취약 지점에 대한 적외선을 상시 감지하여 그 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.

비접촉 IR 센서 모듈(110)은 검출된 온도를 주파수 변조하며 주파수 변조된 온도를 메인 컨트롤러(120)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이때, 비접촉 IR 센서 모듈(110)은 전원 전압에 그 온도 신호를 실어 송신하도록 구성될 수 있다. 이에, 기존처럼 전원용 2가닥 라인과 온도 신호용 2가닥 라인으로 총 4가닥 라인을 구성할 필요없이 2가닥 라인으로 가능해진다.

한편, 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(111)는 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속 등의 적외선을 감지할 수 있도록 하기 위해 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부 등의 표적에 대해 레이저 신호를 정확하게 조준하여 주사하도록 구성될 수 있다.

이에 의해, 사용자는 그 설치시에 정확한 감지 방향을 조준하게 할 수 있다.

또한, 차후 시간이 지나 그 방향이나 초점 거리가 틀어지는 것을 쉽게 확인하고 수정할 수도 있다.

IR 센서(112)는 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하도록 구성될 수 있다. IR 센서(112)는 그 레이저 신호의 방향과 동일한 방향과 초점을 향하도록 구성될 수 있다.

V-F 카운터(113)는 IR 센서(112)에서 감지된 적외선에 따른 온도에 비례하는 주파수의 아날로그 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 기존과 달리 주파수 변조를 한다.

또한, V-F 카운터(113)는 그 아날로그 신호를 전원 공급부(114)의 전원 전압에 실어 메인 컨트롤러(120)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이하, 온도 검출 알고리즘에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.

한편, 비접촉 IR 센서 모듈(110)은 먼저 IR 센서(112)의 I/F 포트를 통해 더미 데이터(dummy data)를 쓰고 읽어 자기 진단을 하는데 IR 센서(112)의 사양에서 보증하는 보정 값을 일정 주기마다 리로드(reload)하여 IR 센서(112)의 값을 보정한다.

이때, 주위의 온도는 IR 센서(112)로부터 주위 온도를 검출하고 ADC 포트를 통해 온도 값을 읽는다.

비접촉 IR 센서 모듈(110)은 안티-앨리어싱(anti-aliasing)을 고려한 저대역 필터(LPF)를 이용하여 상기 감지된 적외선의 아날로그 신호를 필터링하고, 필터링된 아날로그 신호를 FIR 필터를 이용하여 디지털 신호로 샘플링하고, 샘플링된 디지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 디지털 신호의 크기 및 주파수를 산출하여 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.

여기서, 저대역 필터는 ADC 샘플링한 신호를 왜곡시키지 않으며, 안티-앨리어싱의 효과를 극대화하기 위해 ADC 입력단에 아날로그의 저대역 필터를 부착한다.

한편, FIR 필터는 아날로그의 저대역 필터를 거쳐서 입력된 신호를 디지털의 FIR 필터의 구동 함수를 적용하여 IR 센서(112)의 주파수 영역인 1-100 kHz 대역만 통과시키도록 구성된다.

FIR 함수는 필터 입력으로 한한 길이의 신호를 입력 할 수 없으므로 유한한 길이의 입력 128차까지의 데이터만 입력하여 계산하도록 구성된다.

이로 인한 신호의 불연속을 제거하기 위하여 신호 양끝을 0으로 줄어들게 만들어야 하므로 해밍 윈도우잉 함수(Hamming Windowing Function)를 사용하여 FIR 필터를 구현한다.

즉, FIR 필터의 함수는 다음의 수학식 1과 같다.

여기서, 입력 데이터는 128 비트이므로 M이 128이고, x[n]은 저대역 필터(LPF)를 통해 ADC 포트로 입력되는 임의의 온도 신호이고, y[n]은 FIR 필터를 통과한 10 kHz 대의 온도 신호로 구성될 수 있다.

여기서, 필터 계수 bk를 구하여 위 수학식 1에 대입하고 함수의 출력을 산출한다.

함수의 출력을 산출하는 프로세스에 대해 잠시 설명한다.

y(n)은 다음 수학식 2와 같이 전개될 수 있다.

여기서, y(n)은 인덱스 n에서 FIR 필터의 출력 샘플이고, x(n)은 인덱스 n에서의 FIR 필터의 입력 샘플이다.

전달 함수(transfer function)는 다음 수학식 3과 같이 전개된다.

그리고 네트워크 다이어그램은 도 1c와 같이 표현될 수 있다.

도 1c를 참조하면, H(0), H(1), H(2), … , H(N)은 필터 계수이고, x(n-1), x(n-2), …, x(n-N)은 필터 상태이고, x(n)은 필터 입력이고, y(n)은 필터 출력이다.

필터 출력을 도출해 내기 위해서는 필터 계수인 H(0)-H(128-1)까지 구해야 한다.

한편, 입력 신호의 속성을 알아내 기 위해서는 FFT 연산을 통해 신호의 크기와 주파수를 산출해 낸다.

이러한 FFT 연산을 수행하는 함수로는 신호를 복원하여 다시 아날로그 신호로 출력하는 시스템이 아니므로 연산 속도의 성능을 향상하기 위해서는 실수 부분(real part)만 연산하도록 하는 실수 FFT 모듈(real FFT module)을 사용한다.

이에 필요한 FFT 함수는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서, k는 0부터 N-1이고,

은 트위들 팩터(twiddle factor)로서 복소수 연산으로 진행되며 이 부분의 N 포인트가 FFT 연산의 정확도를 좌우하는 요소가 된다.

이 N 포인트가 크면 클수록 연산 결과가 정확해지나 연산 속도가 문제가 될 수 있게 되므로, 이 값을 적절히 선정하도록 구성된다. 여기서는 N을 128 포인트로 정의하여 신호 파형에 해밍 128 윈도우(Hamming 128 Window)를 적용하여 FFT 연산을 수행하도록 구성된다.

이에 앞서, FFT 연산을 위한 데이터를 수집하도록 구성된다. FFT 연산에 필요한 데이터로는 FIR 필터 출력 데이터로서 Filter_Out[ADC_cnt] Array Buffer의 값, 해밍 128 윈도우(Hamming 128 Window)값인 해밍 129 어레이(HAMMING 128 Array) 값, FFT 크기 세이브 버퍼 포인터(FFT Magnitude Save Buffer Pointer), FFT 연산용 버퍼 포인터, 버퍼 길이(BUFFER_LENGTH)는 512 워드(word)로 한다. 이 연산의 결과로 도출되는 것은 검출 신호의 피크 크기(Peak Magnitude)와 피크 주파수(Peak Frequency) 등이다.

전원 공급부(114)는 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(111), IR 센서(112) 및 V-F 카운터(113)로 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.

수광부(115)는 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부에 정확하게 부착되도록 구성될 수 있다.

여기서, 수광부(115)는 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(111)에서 주사되는 레이저 신호를 수신하고 그 레이저 신호가 수신되지 않으면 경보음을 출력하거나 도어(door)의 LED를 발광시키도록 구성될 수 있다. 이에, 사용자는 실시간으로 그 조준 방향의 틀어짐을 인지할 수 있다

메인 컨트롤러(120)는 비접촉 IR 센서 모듈(110)에서 주파수 변조된 온도를 수신하도록 구성될 수 있다.

메인 컨트롤러(120)는 상기 배전반(100) 내부에 구비될 수 있다.

메인 컨트롤러(120)는 그 수신된 온도를 광통신 방식으로 상기 배전반(100)의 도어(door)에 설치된 임베디드 LCD 터치 패널(130)이로 송신하도록 구성될 수 있다.

메인 컨트롤러(120)는 앞서 수신된 온도를 주파수 복조하고, 그 복조된 온도가 미리 정해진 허용 온도 범위 내인지 판단하고, 그 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부도 판단하도록 구성될 수 있다.

메인 컨트롤러(120)는 그 판단 결과 허용 온도 범위를 벗어나거나 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 개폐기 또는 차단기를 실시간 차단 제어하도록 구성될 수 있다.

임베디드 LCD 터치 패널(130)은 메인 컨트롤러(120)로부터 온도를 수신하여 디스플레이하여 사용자가 언제든지 확인 가능하도록 구성될 수 있다. 정확하게 어느 부위가 열화되는지 파악 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 임베디드 LCD 터치 패널(130)은 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 메인 컨트롤러(120)를 동작 제어하도록 구성될 수 있다.

광 파이버 접속부(140)는 메인 컨트롤러(120)에서 수신된 온도 및 메인 컨트롤러(120)의 판단 결과에 따른 경보 신호 및 차단 신호를 외부의 퍼스널 컴퓨터(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.

한편, 퍼스널 컴퓨터(150)는 여러 대의 상기 배전반(100)과 원격 연결되어 동작하도록 구성될 수 있다.

퍼스널 컴퓨터(150)는 메인 컨트롤러(120)로부터 온도를 수신하여 저장 및 디스플레이하도록 구성될 수 있으며, 그 저장된 온도로부터 열화 추이를 분석하여 저장 및 디스플레이하도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 상단의 위치교정용 적색 가시광선 모듈(111)은 슈미트트리거를 이용하여 레이저 신호를 생성하도록 구성되어 있음을 알 수 있다.

이는 사용자가 IR 센서(112)를 처음 설치할 때, 대상 물체와 센서 중심부와의 초점 및 거리 조정을 위해 사용되며, 센서 초점의 불일치에 의한 부정확한 온도 검출의 오류를 방지할 수 있도록 한다.

슈미트 트리거 회로는 U4A의 발진기에서 500 ms 주기의 정현파 신호를 발생시켜 동작한다.

그 하단의 IR 센서(112)는 -30 ℃ ~ +500 ℃까지의 피사체의 온도를 측정할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 레퍼런스 출력 신호인 1.225 [Vdc]와 그 측정된 온도 계수에 따라 온도에 비례하는 아날로그 출력을 내보내는 회로와 연결된다. 온도 감도는 15 mV/℃로 구성될 수 있다.

한편, 온도 데이터는 V-F 카운터(113)에서 센서 데이터 입력 레벨에 맞는 주파수로 변환되어 C1을 통해 정전류원으로 들어오는 전원 라인에 더해진다.

공급된 전원은 내부의 전원 공급부(114)에서 +5[V]의 정전압원으로 IR 센서(112)와 V-F 카운터(113)의 전원으로 공급되게 된다.

V-F 카운터(113)는 측정 입력 전압 Vdc를 주파수로 변환 출력하는 회로로서 1 Hz ~ 10 KHz의 범위로 동작한다. 발진 주파수 출력은 다음과 같이 산출될 수 있다.

V-F 카운터(113)의 출력은 측정용 Vdc 입력단자로 입력되는 값에 따라 임계치에 각각 비교 전압 출력과 변환 주파수 출력, 그리고 전류 출력으로 출력된다.

이때, 주파수 출력 이득의 설정을 위해 R4, VR5를 사용하고, 허용 오차 조정을 위해 R1, C2, R2를 사용한다

피측정체로부터 측정된 U2의 온도 출력 레벨(AOT)은 소자 U1으로 입력되며, U2의 AOR(REFERNCE LEVEL)과 비교하여 출력차에 대한 레벨에 대해 주파수 변환이 이루어진다.

소자 U1의 단자 F-OUT으로 출력된 변환된 주파수는 Q1에서 임피던스 변환이 이루어진 후 C5를 통해 정전류원 소스의 입력 접속점 J1으로 연결되어 전원 라인에 주파수 신호를 출력하게 된다.

각부의 전원 공급은 J1에서 입력된 전류원 소스를 정전압 소스(+5V)로 변환하여 각부의 전원으로 공급하게 된다.

정전류원 소스 J1으로 출력된 변환 주파수는 메인 컨트롤러에서 주파수 신호측만 분리하여 증폭한 후, 주파수를 다시 전압 신호로 변환해주는 F-V 카운터(미도시)에 의해 DC 전압 신호로 변환 후 측정 온도로 표시 되게 된다.

광통신을 이용하여 원격으로 온도 관련 정보에 대한 MMI를 퍼스널 컴퓨터(150)로 전송함으로써 사용자의 편리를 위한 시스템을 구성한다.

퍼스널 컴퓨터(150)에서는 메인 컨트롤러(120)의 LCD 디스플레이창에서 표시된 정보뿐만 아니라 트렌드 분석 데이터 및 일보, 월보, 년보 등의 보고서, 이벤트 발생 저장기록 등을 위한 화면을 구성하여 사용자가 수배전반의 부스바 및 모선에 대한 열화 원인 분석 및 조치를 신속하게 처리 할 수 있도록 지원한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 파이버 접속부의 회로도이다.

도 3을 참조하면, 광 파이버 접속부(140)에서 광 커넥터로 입력된 데이터는 U1을 거쳐 U3(멀티플렉서)로 입력되어 CPU에서 읽혀지도록 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 컴퓨터의 온도 변화 추이 그래프이다.

도 4를 참조하면, 퍼스널 컴퓨터(150)의 화면 구성을 예시하고 있으며, 특정 부위의 온도 변화 추이를 분석하여 그 시간 변화에 따른 온도 추이 결과를 그래프로 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출/산출 프로세스의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 배전반(100)에서 1,000ms의 주기 생성되는 인터럽트 신호에 의해 적외선 온도 측정이 이루어진다(S101).

다음으로, 측정된 적외선값 즉 적외선 온도를 디스플레이한다(S102).

다음으로, 배전반의 내부에서 주위 온도를 측정하여 독출한다(S103).

다음으로, 적외선의 접촉 온도에서 주위 온도를 차감하여 상승 온도를 산출한다(S104).

다음으로, 허용 온도 상승 한도를 산출한다(S105).

그리고 나서, 온도 기울기를 산출하여 그래프로 표시한다(S106).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경보 발생 프로세스의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 온도의 상승 시간이 2초 이상 지속되는지 판단한다(S201). 이때, 2초 이상 지속되면, 온도 상승 경보 MODBUS에 데이터를 전송하여 저장한다(S202).

다음으로, 경고 LED 알림을 점멸하여 경고를 표시한다(S203). 여기서, LED를 0.5초 간격으로 점멸하고 수동으로 리셋(reset)하도록 구성된다.

한편, 단계 S201에서 온도 상승 시간이 2초 이상 지속되지 않는 경우에는 온도 상승 시간이 이전보다 2배 이상 커지는지 판단한다(S204).

여기서, 온도 상승 유지 시간이 4초 이상 지속되는 경우(S205), 온도 상승 경보 MODBUS 데이터를 전송하여 저장한다(S206).

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 비접촉 IR 센서 모듈
111: 위치고정용 적색 가시광선 레이저 포인터
112: IR 센서
113: V-F 카운터
114: 전원 공급부
120: 메인 컨트롤러
130: 임베디드 LCD 터치 패널
140: 광 파이버 접속부
150: 퍼스널 컴퓨터

Claims

고압반, 저압반, 모터 제어반, 분전반 중 어느 하나를 포함하는 배전반에 있어서,
부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하여 온도를 검출하여 검출된 온도를 주파수 변조하여 송신하는 비접촉 IR(infrared) 센서 모듈;
상기 비접촉 IR 센서 모듈에서 주파수 변조된 온도를 광통신 선로를 통해 수신하고, 수신된 온도를 송신하며, 상기 수신된 온도를 복조하고 복조된 온도가 허용 온도 범위 내 여부 및 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 허용 온도 범위를 벗어나거나 상기 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 상기 개폐기 또는 차단기를 실시간 차단 제어하는 메인 컨트롤러(main controller);
상기 메인 컨트롤러로부터 온도를 수신하여 디스플레이하고, 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 상기 메인 컨트롤러를 동작 제어하는 임베디드 LCD 터치 패널(embedded LCD touch panel); 및
상기 메인 컨트롤러에서 수신된 온도 및 상기 메인 컨트롤러의 경보 신호 및 차단 신호를 외부로 송신하는 광 파이버 접속부;를 포함하되,
상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
안티-앨리어싱(anti-aliasing)을 고려한 저대역 필터(LPF)를 이용하여 상기 감지된 적외선의 아날로그 신호를 필터링하고, 필터링된 아날로그 신호를 FIR 필터를 이용하여 디지털 신호로 샘플링하고, 샘플링된 디지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 디지털 신호의 크기 및 주파수를 산출하여 온도를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
제1항에 있어서,
상기 광 파이버 접속부로부터 온도를 수신하여 저장 및 디스플레이하고, 상기 저장된 온도로부터 열화 추이를 분석하여 저장 및 디스플레이하는 퍼스널 컴퓨터(personal computer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
제2항에 있어서,
상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지할 수 있도록 하기 위해 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 표적에 대해 레이저 신호를 주사하는 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터와, 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부의 적외선을 감지하는 IR 센서와, 상기 IR 센서에서 감지된 적외선에 따른 온도에 비례하는 주파수의 아날로그 신호를 생성하고 생성된 아날로그 신호를 전원 전압에 실어 광통신 선로를 통해 상기 메인 컨트롤러로 송신하는 V-F 카운터(voltage-frequency counter)와, 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터, 상기 IR 센서 및 상기 V-F 카운터로 전원을 공급하는 전원 공급부로 구성되는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
제3항에 있어서,
상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터에서 주사되는 레이저 신호를 수신하고 상기 레이저 신호가 수신되지 않으면 경보음을 출력하도록 구성되며, 상기 부스바(bus bar), 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부에 부착되는 수광부를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
제4항에 있어서,
상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터는,
U4A의 발진기에서 500 ms 주기의 정현파 신호를 발생시키는 슈미트 트리거 회로를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.
제7항에 있어서,
상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성되며, 상기 FIR 필터는 128 비트의 입력 데이터를 처리 가능한 다음 수학식의 함수로 구성되며,
[수학식]

여기서, M은 128, x[n]은 상기 저대역 필터(LPF)를 통해 ADC 포트로 입력되는 온도 신호이고, y[n]은 상기 FIR 필터를 통과한 10 kHz 대의 온도 신호인 것을 특징으로 하는 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 배전반.