KR101600603B1 - 지하수 펌핑 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하수 펌핑 제어장치에 관한 것으로서, 지하로 삽입된 관정 내에 설치되어 지하수를 펌핑하는 펌프와, 관정 내의 수위를 검출하는 제1수위검출센서와, 관정에서 펌핑된 지하수가 저장되는 저장탱크와, 저장탱크의 수위를 검출하는 제2수위검출센서와, 제1수위검출센서로부터 관정의 수위정보를 설정된 검출조건에 따라 수신하면서 기억부에 기록하고, 기억부에 기록된 관정의 수위 변동정보로부터 관정 내로 지하수의 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 제2수위검출센서로부터 수신된 저장탱크의 수위가 수량보충에 해당하면 산출된 단위 시간당 공급유량 정보를 이용하여 펌프의 가동시기를 결정하여 펌프를 구동하는 제어부를 구비한다. 이러한 지하수 펌핑 제어장치에 의하면, 지하수의 공급환경 변화정보를 확보할 수 있고, 확보된 지하수의 공급환경 변화정보에 대응하여 지하수의 펌핑조건을 조정함으로써 안정적인 수자원 확보 및 펌프의 고장을 억제할 수 있다.

Description

지하수 펌핑 제어장치{underground water pumping control apparatus}

본 발명은 지하수 펌핑 제어장치에 관한 것으로서, 상세하게는 지하수의 공급환경 변화에 대응하여 관정내의 펌프 가동조건을 조정하는 지하수 펌핑 제어장치에 관한 것이다.

우리나라의 수자원은 산업구조의 급격한 변화와 인구증가에 따른 용수 수요 증가 및 생태환경에 대한 인식변화 등으로 인하여 지표수 이용에 많은 한계를 보이고 있으며, 이에 따른 대체 수자원으로서 지하수의 역할이 증대되고 있다.

지하수는 주로 농촌지역에서 개발, 이용하고 있으며, 고소득 시설농업의 확대와 가뭄 등의 이상 기후로 인해 지하수의 이용은 지속적으로 증가하고 있다.

이러한 지하수의 개발과 이용에 대한 체계적인 관리가 이루어지고 있지 않아 무분별한 개발이 이루어지고 있고, 특히, 5~6월에 농촌지역에서 이양을 위한 농업용수가 집중적으로 사용됨에 따라 저장량이 한정된 지하수의 과도한 양수로 인해 지하수위의 저하 및 지하수의 고갈 문제 등을 일으키고 있다.

한편, 지하수를 관정을 통해 펌핑하여 저장탱크로 자동으로 공급하는 방식은 국내 공개특허 제2001-0109222호 등 다양하게 게시되어 있다.

그런데, 종래의 지하수 펌핑 방식은 저장탱크의 수위를 기준으로 관정내의 펌프 가동조건을 결정하거나, 지하수의 수위레벨을 펌핑중단 하한레벨과 펌프가동 상한레벨을 설정하여 가동하는 방식이 주로 적용되고 있다.

이러한 관정내 펌프 가동방식의 경우 앞서 설명된 바와 같이 주변 지역에서 함께 과도한 양수가 이루어지면 지하수의 수위가 저하되어 설정된 상한 레벨에 도달하지 못하여 펌프가동이 이루어지지 않거나, 저장탱크 수위를 기준으로 하는 경우 하한레벨 이상이 되면 곧 바로 펌프가 가동되고 지하수의 공급량 부족으로 다시 곧바로 하한레벨에 도달하게 되면 펌프의 가동 및 중단 주기가 지나치게 짧아져 펌프의 고장원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 지하수의 공급환경에 대해 지하수의 수위 변동 또는 지하수 공급량 변동정보를 기록하여 제공할 수 있고, 기록정보로부터 관정 내의 펌프 가동조건을 조정할 수 있는 지하수 펌핑 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지하수 펌핑 제어장치는 지하로 삽입된 관정 내에 설치되어 지하수를 펌핑하는 펌프와; 상기 관정 내의 수위를 검출하는 제1수위검출센서와; 상기 관정에서 펌핑된 지하수가 저장되는 저장탱크와; 상기 저장탱크의 수위를 검출하는 제2수위검출센서와; 상기 제1수위검출센서로부터 상기 관정의 수위정보를 설정된 검출조건에 따라 수신하면서 기억부에 기록하고, 상기 기억부에 기록된 관정의 수위 변동정보로부터 상기 관정 내로 지하수의 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 상기 제2수위검출센서로부터 수신된 상기 저장탱크의 수위가 수량보충에 해당하면 산출된 상기 단위 시간당 공급유량 정보를 이용하여 상기 펌프의 가동시기를 결정하여 상기 펌프를 구동하는 제어부;를 구비한다.

상기 제어부는 상기 펌프의 가동이 중단된 이후 설정된 대기시간 동안 상기 관정 내의 수위 변화 정보를 이용하여 상기 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 상기 단위 시간당 공급유량이 설정된 기준값 보다 높으면, 상기 관정내의 기준수위보다 낮은 수위에서 상기 펌프가 가동되게 제어하고, 상기 단위 시간당 공급유량이 설정된 기준값 보다 낮으면, 상기 관정내의 기준수위보다 높은 수위에서 상기 펌프가 가동되게 제어한다.

또한, 상기 제어부는 상기 기억부에 저장된 관정내의 수위변화 및 펌프의 가동시간에 대해 기록된 정보를 설정된 주기로 통신부를 통해 관리서버로 전송한다.

상기 제1수위검출센서는 상기 관정 내에 저수된 물의 하중에 대응되는 신호를 상기 제어부에 출력하는 로드셀;이 적용된 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부에는 상기 단위 시간당 공급유량에 대응하여 상기 펌프를 가동하는 상기 관정내의 수위값이 기록된 룩업테이블이 마련되어 있다.

본 발명에 따른 지하수 펌핑 제어장치에 의하면, 지하수의 공급환경 변화정보를 확보할 수 있고, 확보된 지하수의 공급환경 변화정보에 대응하여 지하수의 펌핑조건을 조정함으로써 안정적인 수자원 확보 및 펌프의 고장을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하수 펌핑 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 제어부의 제어과정을 나타내 보인 플로우도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 펌핑 제어장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 지하수 펌핑 제어장치를 나타내 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지하수 펌핑 제어장치(100)는 펌프(P)(110), 제1수위검출센서(121), 저장탱크(150), 제2수위검출센서(151), 제어부(161), 기억부(163), 통신부(165), 관리서버(170)를 구비한다.

펌프(110)는 지하로 삽입된 관정(101) 내에 설치되어 지하수를 펌핑하여 송출관(103)을 통해 저수탱크(150)로 공급한다.

제1수위검출센서(121)는 관정(101) 내의 지하수의 수위를 검출하고, 검출된 수위정보를 제어부(161)에 제공한다.

제1수위검출센서(121)는 관정 내에 통수가 가능하게 설치된 브라켓(125) 상면에 설치되어 관정(101) 내에 저수된 지하수의 수위에 대응되는 하중 즉, 수압을 검출하고, 검출된 신호를 출력하는 로드셀이 적용되어 있다.

제1수위검출센서(121)는 검출된 신호를 무선 통신 또는 유선으로 제어부(161)에 제공한다.

저장탱크(150)는 관정(101)에서 펌핑되어 송출관(103)을 통해 공급되는 지하수가 저장되고, 배출관(153)을 통해 저수된 지하수를 공급경로로 제공할 수 있도록 되어 있다.

제2수위검출센서(151) 저장탱크(150)에 저수된 물의 수위를 검출하여 제어부(161)에 출력한다.

제2수위검출센서(151)는 전극봉 방식, 플로트 방식, 로드셀 방식 등 공지된 다양한 수위검출센서가 적용될 수 있다.

조작부(167)는 제어부(161)에 의해 지원되는 기능을 설정할 수 있도록 되어 있다.

표시부(168)는 제어부(161)로부터 출력되는 표시정보를 표시한다.

기억부(163)는 제어부(161)에 제어되어 제1수위검출센서(121)에서 검출된 수위정보, 측정시간, 펌프가동여부 등을 설정된 기록체계로 기록한 정보가 저장된다.

통신부(165)는 제어부(161)에 제어되어 관리서버(170)와 통신을 수행한다.

제어부(161)는 제1수위검출센서(121)로부터 관정(101)의 수위정보를 설정된 검출조건에 따라 수신하면서 기억부(163)에 기록하고, 기억부(163)에 기록된 관정의 수위 변동정보로부터 관정(103) 내로 지하수의 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 제2수위검출센서(151)로부터 수신된 저장탱크(150)의 수위가 수량보충에 해당하면 산출된 단위 시간당 공급유량 정보를 이용하여 펌프(110)의 가동시기를 결정하여 펌프(110)를 구동한다.

여기서, 제어부(161)는 제1수위검출센서(121)에서 검출된 수위정보에 대응하여 측정시간, 펌프가동여부를 포함하여 설정된 기록체계로 기억부(163)에 기록되게 처리한다.

또한, 수위 검출 데이터의 기록주기는 적절하게 설정하면 된다.

또한, 제어부(161)는 제2수위검출센서(151)에서 설정된 수위가 제1레벨이면 수량보충으로 판단하고, 제1레벨보다 높게 설정된 제2레벨이면 수량보충 완료로 판단하도록 구축될 수 있다.

또한, 제어부(161)는 펌프(110)의 가동이 중단된 이후 설정된 대기시간 동안 관정 내의 수위 변화 정보를 이용하여 단위 시간당 공급유량을 산출한다. 즉, 제어부(161)는 이전 시간과 현재시간의 시간차와, 이에 대응하는 수위차로부터 수위상승속도를 산출하고, 이러한 수위 상승속도는 단위 시간당 공급유량에 대응되고, 단위 시간당 예를 들면 분당 공급유랑을 환산해도 된다.

또한, 제어부(161)는 산출된 단위 시간당 공급유량 또는 이에 대응되는 수위상승속도가 설정된 기준값 보다 높으면, 관정(101) 내의 기준 수위보다 낮은 수위에서 펌프(110)가 가동되게 제어하고, 단위 시간당 공급유량이 설정된 기준값 보다 낮으면, 관정(103) 내의 기준수위보다 높은 수위에서 펌프(110)가 가동되게 제어한다.

여기서, 관정 내의 기준수위는 펌프(110)의 가동을 결정하기 위한 초기 설정값이며, 펌프(110)의 가동을 중지하도록 설정된 저수위 레벨 보다는 높은 수위로 설정된 값이다.

제어부(161)에는 관정(101)내로 지하수의 단위 시간당 공급유량에 대응하여 펌프(110)를 가동하는 관정(101) 내의 수위값이 기록된 룩업테이블(LUT)(162)이 마련되어 있다.

여기서 단위 시간당 공급유량은 지하수의 수위 상승 속도 등 다양한 형태로 기록될 수 있음은 물론이다.

일 예로서, 저수위 레벨이 지면으로부터 50m깊이로 설정되어 있고, 초기 기준수위가 지면으로부터 45m로 설정되어 있으며, 펌프(110)가 가동되지 않는 상태에서 저수위레벨에서 기준수위까지 상승하는데 5분이 소요되었고, 이후, 펌프(110)를 가동하여 저수위레벨에 도달한 이후 펌프가동 중단시 저수위레벨에서 기준수위까지 상승하는데 7분이 걸린 경우 다음 펌핑가동 수위는 설정된 증분값 예를 들면 기준레벨보다 2미터 높은 위치가 될 때 펌프(110)를 가동하고, 이와 반대로, 저수위레벨에서 기준수위까지 상승하는데 4분이 걸린 경우 다음 펌핑가동 수위는 설정된 감산값 예를 들면 기준레벨보다 1미터 낮은 위치에서 펌프(110)를 가동하도록 수위변동 속도변화에 대응하여 펌프가동조건을 조정한다.

이하에서는 도 2를 참조하여 이러한 제어부(161)의 제어과정을 설명한다.

먼저, 저장탱크(150) 보충이 필요한지를 판단한다(단계 210). 즉, 단계 210에서는 제2수위검출센서(151)로부터 수신된 수위가 사용에 의해 낮아지면서 설정된 제1레벨에 도달하였는지를 판단하고, 제1레벨에 도달하면 보충필요로 결정한다.

단계 210에서 저장탱크(150) 보충이 필요하다고 판단된 상태면, 지하수 공급유량 즉, 단위 시간당 지하구 공급유량 또는 수위 상승 속도를 산출하고(단계 220), 이로부터 펌프 가동 관정수위를 결정한다(단계 230). 즉, 앞서 설명된 바와 같이 지하수 공급유량 또는 이에 대응되는 수위상승속도가 설정된 기준값과 비교하여 펌프가동 관성수위를 결정한다.

이후, 관정수위가 펌프가동 수위에 도달하였는지를 판단하고(단계 240), 도달한 것으로 판단되면 펌프(110)를 가동한다(단계 250).

펌프가동 이후에는 관정(101) 수위가 펌프중지 수위, 즉, 앞서 설명된 저수위 레벨에 도달하였는지를 판단하고(단계 260), 저수위에 도달하였으면 펌프가동을 중단하고(단계 270), 단계 210으로 복귀한다.

단계 260에서 저수위에 도달하지 않은 것으로 판단되면 저장탱크 보충이 완료됐는지를 판단하고(단계 280)고, 보충이 완료된 것으로 판단되면 단계 270을 수행하고, 보충이 완료되지 않은 것으로 판단되면 펌프(110) 가동을 계속 유지한다.

한편, 제어부(161)는 기억부(163)에 저장된 관정(101) 내의 수위변화 및 펌프(110)의 가동시간에 대해 기록된 정보를 설정된 주기로 통신부(165)를 통해 관리서버(170)로 전송한다.

관리서버(170)는 수신된 수위변화 및 펌프가동 정보를 데이터 베이스(172)에 저장하고, 관리자는 저장된 데이터로부터 년 중 지하수의 공급환경 변화를 확인하고, 이로부터 관정(101) 내에 설치된 펌프(110)의 설치 위치 조정 또는 지하수 고갈 진행 상황을 예측하고 이에 대한 대처방안을 제시할 수 있다.

이상에서 설명된 지하수 펌핑 제어장치(100)에 의하면, 지하수의 공급환경 변화정보를 확보할 수 있고, 확보된 지하수의 공급환경 변화정보에 대응하여 지하수의 펌핑조건을 조정함으로써 안정적인 수자원 확보 및 펌프(110)의 고장을 억제할 수 있다.

110: 펌프(P) 121: 제1수위검출센서
150: 저장탱크 151: 제2수위검출센서
161: 제어부 163: 기억부
165: 통신부

Claims (5)

1. 삭제
2. 지하로 삽입된 관정 내에 설치되어 지하수를 펌핑하는 펌프와;
   상기 관정 내의 수위를 검출하는 제1수위검출센서와;
   상기 관정에서 펌핑된 지하수가 저장되는 저장탱크와;
   상기 저장탱크의 수위를 검출하는 제2수위검출센서와;
   상기 제1수위검출센서로부터 상기 관정의 수위정보를 설정된 검출조건에 따라 수신하면서 기억부에 기록하고, 상기 기억부에 기록된 관정의 수위 변동정보로부터 상기 관정 내로 지하수의 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 상기 제2수위검출센서로부터 수신된 상기 저장탱크의 수위가 수량보충에 해당하면 산출된 상기 단위 시간당 공급유량 정보를 이용하여 상기 펌프의 가동시기를 결정하여 상기 펌프를 구동하는 제어부;를 구비하고,
   상기 제어부는 상기 펌프의 가동이 중단된 이후 설정된 대기시간 동안 상기 관정 내의 수위 변화 정보를 이용하여 상기 단위 시간당 공급유량을 산출하고, 상기 단위 시간당 공급유량이 설정된 기준값 보다 높으면, 상기 관정내의 기준수위보다 낮은 수위에서 상기 펌프가 가동되게 제어하고, 상기 단위 시간당 공급유량이 설정된 기준값 보다 낮으면, 상기 관정내의 기준수위보다 높은 수위에서 상기 펌프가 가동되게 제어하는 것을 특징으로 하는 지하수 펌핑 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기억부에 저장된 관정내의 수위변화 및 펌프의 가동시간에 대해 기록된 정보를 설정된 주기로 통신부를 통해 관리서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 지하수 펌핑 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1수위검출센서는 상기 관정 내에 저수된 물의 하중에 대응되는 신호를 상기 제어부에 출력하는 로드셀;이 적용된 것을 특징으로 하는 지하수 펌핑 제어장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 제어부에는 상기 단위 시간당 공급유량에 대응하여 상기 펌프를 가동하는 상기 관정내의 수위값이 기록된 룩업테이블이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 지하수 펌핑 제어장치.
   
   

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