KR101665947B1

KR101665947B1 - Led모듈을 이용한 공정 상태 경보 시스템 및 경보신호의 경보모드 결정방법

Info

Publication number: KR101665947B1
Application number: KR1020140076418A
Authority: KR
Inventors: 김승택; 박경희; 윤주성; 김형태; 김종석
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-10-25
Also published as: KR20160000468A

Abstract

본 발명은, 공정의 설비상태를 검지하고 이상상태를 경보하는 시스템에 관한 것으로, 공정의 하나이상의 설비상태신호를 입력받아 경보신호를 생성하는 신호처리부(120) 및 경보신호를 경보메시지로 변환하여 경보표시부(200)로 전송하는 기능을 구비한 경보송신부(130)를 포함하여 이루어지는 경보생성부, 경보메시지를 수신하여 경보데이터로 변환하는 경보수신부(210), 경보데이터를 입력받고 광원소자부(230)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 컨트롤러부(220) 및 구동신호에 의해 구동되는 광원소자부(230)를 포함하여 구성되는 경보표시부(200)를 포함하여 이루어지고, 경보송신부(130)와 경보수신부(210) 사이의 신호 전송은, 무선 송수신 방식을 통해 이루어지며, 신호처리부(120)는 설비상태의 이상 정도를 판단하여 복수 단계의 경보모드로 구분된 경보신호를 생성하고, 광원소자부(230)는 경보모드에 따라 소정의 패턴으로 구동되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템을 제공한다.

Description

LED모듈을 이용한 공정 상태 경보 시스템 및 경보신호의 경보모드 결정방법{A warning system for process states using a LED module and determining method of alarm mode}

본 발명은, 공정의 설비상태를 검지하고 이상상태를 경보하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상태변수값을 센싱하고, 측정된 결과를 소정의 기준과 비교하여 경보모드를 판단하고, 이에 따른 경보를 시각화(visualization)하여 표시하는 기능을 구비하는 LED모듈을 이용한 공정 상태 경보 시스템 및 경보신호의 경보모드를 결정하는 방법에 관한 것이다.

최근 공장 등 산업 현장에서 많은 공정들이 자동화(automation)되는 추세이며, 이에 따라, 자동제어(automatic control)분야가 빠르게 발전하고 있다. 이는 공정설비의 특정 상태 또는 출력을 측정대상으로 삼아 센서(sensor)를 이용하여 측정하고 피드백하며, 이러한 측정출력신호는 기준값과 비교되어 오차신호(error signal)을 발생시키고, 제어기는 이러한 오차신호의 영향을 최소화하도록 하기 위해 P, PD, PID 등 다양한 방식에 의해 제어신호를 생성하여 작동기(액추에이터 등)을 구동함을 통해 설비의 상태나 출력이 설정값을 추종하도록 하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 자동제어장치는 전술한 바와 같이 센서, 제어기, 작동기 등의 다양한 요소를 모두 구비하여 구성하여야 하고, 이러한 구성요소들을 고가인 것이 많아 비용적인 측면에서 문제가 있을 수 있다. 이에, 목적된 상태변수나 출력변수에 대해 센서를 설치하여 그 값을 자동 감지하게 하되, 이를 피드백하여 자동제어를 하지는 않고, 주변의 작업자 또는 공정 관리자에게 경보하여 수동으로 문제를 처리하게 하는 구성을 고려할 수 있다.

대한민국 등록특허 제 10-0530354 호 (“시스템 이상상태 자동통보 장치 및 그 방법”, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는 냉동기 등의 기계장치나 각종 설비 및 공정 관리 시스템 등의 운용중에 정전이나 고장 등의 시스템 이상상태에 따른 신호가 감지되면 각종 통신수단을 이용하여 원격지의 해당 관리자에게 그 이상상태에 대한 메시지를 매우 신속하고 정확하게 자동으로 통보할 수 있도록 한 시스템 이상상태 자동 통보 장치 및 그 방법을 제공하기 위하여, 냉동기 등의 기계장치나 각종 설비 및 공정 관리 시스템 등의 이상상태 발생시에, 이를 자동으로 감지한 후 원격지에 위치한 해당 관리자에게 각종 통신수단을 이용하여 자동으로 통보하기 위한 방법에 있어서, 전원부와 감지부와 통신부 등을 각각 해당 위치에 접속시킴과 더불어 입력부를 통하여 해당 관리자의 전화번호 및 각종 음성 메시지 등을 저장부 내에 저장하는 등 시스템 이상상태 자동통보 장치의 동작을 위한 각종 설정을 행하는 시스템 설정단계와, 전원 감지부 및 통신라인 감지부로부터 이상신호가 입력되는가를 판단하여 이상신호 입력시에 출력부를 통하여 그 이상상태를 표시하는 한편 이상입력신호 감지부로부터 시스템의 이상에 따른 신호의 입력이 있는가를 판단하는 이상상태 감지단계와, 이상입력신호 감지부로부터 시스템의 이상에 따른 신호가 입력되면 상기 제어부의 제어에 따라 통신부가 동작하면서 전화번호 저장부 내에 저장된 해당 관리자의 전화번호로 통화연결을 시도하면서 해당 관리자로부터 응답이 있는가를 판단하고 응답이 없는 경우에는 다음 전화번호로 통화연결을 시도하는 통화연결단계와, 통화연결단계에서 통화가 연결되면 자동응답 상태인가를 판단하여 시스템의 이상상태에 따른 메시지를 자동응답기에 녹음시킨 후 다음 전화번호로 통화연결을 시도하거나 해당 관리자에게 메시지를 직접 송출하는 메시지 전송단계 및, 메시지 전송단계에서 해당 관리자에게 메시지를 송출한 후 해당 관리자의 명령에 따라 통화연결 작업을 종료하거나 다음 전화번호로 통화연결을 시도하는 통화연결시도 또는 종료 선택단계를 포함하여 이루어지는 방법을 제공한다.

KR

10-0530354

B1

종래기술 1은, 시각적으로 경보를 하는 것보다는 관리자에게 메시지나 전화통화를 시도하는 것에 주안점을 두고 있으나, 이는, 관리자나 작업자가 해당 설비와 한 공간에 위치하는 경우에는 적절하지 않을 수 있다. 또한, 무선통신을 이용한다는 것이 명시되지 않은 바, 시스템 구축을 위한 배선을 할 경우, 기축 건물의 경우, 설치비가 많이 들고, 신축 건물의 경우에도 설치비 및 배선의 가격이 상승하는 요인이 있다는 문제가 있다.

상기의 이슈에 대응하고 과제를 해결하기 위해 제안되는 본 발명은, 공정의 하나이상의 설비상태신호를 입력받아 경보신호를 생성하는 신호처리부(120) 및 경보신호를 경보메시지로 변환하여 경보표시부(200)로 전송하는 기능을 구비한 경보송신부(130)를 포함하여 이루어지는 경보생성부(100)와 경보메시지를 수신하여 경보데이터로 변환하는 경보수신부(210), 경보데이터를 입력받고 광원소자부(230)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 컨트롤러부(220) 및 구동신호에 의해 구동되는 광원소자부(230)를 포함하여 구성되는 경보표시부(200)로 이루어지고, 경보송신부(130)와 경보수신부(210) 사이의 신호 전송은, 무선 송수신 방식을 통해 이루어지며, 신호처리부(120)는 설비상태의 이상 정도를 판단하여 복수 단계의 경보모드로 구분된 경보신호를 생성하며, 광원소자부(230)는 경보모드에 따라 소정의 패턴으로 구동되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템을 제안한다.

본 발명의 공정 상태 경보 시스템은 경보표시부(200)에서 다양한 시각적 효과를 이용하여 작업자 또는 공정관리자에게 효율적으로 경보를 전달할 수 있다는 제1효과, 경보생성부(100)와 경보표시부(200) 간에 무선 통신을 통해 정보를 송수신함으로써 설치비용을 절감할 수 있다는 제 2효과, 하나의 경보생성부(100)에 대해 2개 이상의 경보표시부(200)를 구비하여, 경보의 공간적 파급을 크게 할 수 있다는 제3효과 및 조명과 경보 시스템을 통합하여 관리할 수 있다는 제4효과를 갖는다.

제1효과와 관련하여서, 본 발명은 경보신호의 각 경보모드 별로 설정된 광원의 색상 및 광원의 점멸주기 등 다양한 패턴으로 경보를 시각화하여 제공하므로, 작업자가 설비 상태를 좀 더 직관적으로 인지하고 빠르게 대응할 수 있다. 제2효과와 관련하여서는, 특히 ZigBee 프로토콜을 이용하는 경우, 해당 모듈이 저렴할 뿐만 아니라, 배선 작업을 생략할 수 있어 전체적인 설치비용을 절감할 수 있다는 것이다. 제 3효과와 관련하여서는, 하나의 설비에 대해 여러 공간에 위치한 관리자 또는 작업자에게 경보를 전달할 수 있다는 장점이 있다는 것인데, 이는 센서, 컴퓨터, LED컨트롤러 간의 통신을 무선으로 수행할 수 있기에 더욱 용이하게 구축이 가능한 것이다. 제4효과에 대하여서는, 하나의 컨트롤러부(220)를 이용하여 평시에는 백색 LED모듈을 이용한 조명을 제어하고, 비상시에는 RGB LED 모듈을 이용하여, 경보를 제공할 수 있어 통합 관리가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 공정 상태 경보 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 공정 상태 경보 시스템에 있어서, 경보표시부(200)를 2개 구비하는 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 경보표시부(200)의 일실시예를 나타내는 설명도.
도 4는 본 발명의 경보표시부(200)를 모드별광원(235)들을 이용하여 구성하는 일실시예에 대한 사시도.
도 5는 본 발명의 경보표시부(200)를 모드별광원(235)들을 이용하여 구성하는 일실시예에 대한 사시도.
도 6은 본 발명의 경보신호의 경보모드를 결정하는 방법에 있어서, 각 단계의 선후관계를 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명의 설비의 연직 상방 천정에 설치된 경보표시부(200)의 위치 주위에 구역경보표시부(300)를 소정의 패턴으로 추가하는 일실시예를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 설비의 연직 상방 천정에 설치된 경보표시부(200)의 설치 위치 주위에 소정의 패턴으로 구역경보표시부(300)를 추가한 후, 일반 조명을 더 설치하는 일실시예를 나타내는 설명도.

본 발명은 크게 보아, 대상 설비의 상태신호를 입력받아 경보신호를 생성하여 경보표시부(200)로 전송하는 경보생성부(100)와, 수신한 경보신호에 대응하여 시각적으로 경보를 구현하는 경보표시부(200)로 이루어지는데, 경보생성부(100)는 공정의 하나 이상의 설비상태신호를 입력받아 경보신호를 생성하는 신호처리부(120), 경보신호를 경보메시지로 변환하여 경보표시부(200)측으로 전송하는 경보송신부(130)를 주요 구성요소로 가지고, 경보표시부(200)는 경보메시지를 수신하여 경보데이터로 변환하는 경보수신부(210), 경보데이터를 입력받고 광원소자부(230)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 컨트롤러부(220) 및 구동신호에 의해 구동되는 광원소자부(230)를 주요 구성요소로 갖는다.

신호 관점에서 보면, 본 발명이 담당하는 설비의 측정대상 출력변수(output variable) 또는 상태변수(state variable)에 대한 센싱신호(sensed signal)로서의 설비상태신호가 신호처리부(120)로 입력되고, 신호처리부(120)에서는 설비상태신호의 크기(전압값)를 설정기준값과 비교하여 경보모드를 결정하고, 이에 따라 경보신호를 발생시킨다. 이러한 경보신호는 통신을 위한 메타데이터를 더 포함하는 경보메시지로 변환된 후 경보송신부(130)에서 전송되는데, 전송된 경보메시지는 경보수신부(210)에서 수신된 후, 필요한 정보만 추출, 파싱(parsing)되어 디지털의 경보데이터로 변환된다. 이후, 경보데이터는 컨트롤러부(220)에 의해 광원소자부(230)를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 근거가 되며, 이러한 구동신호를 통해 광원소자부(230)가 구동된다.

설비상태신호는, 센싱 및 측정의 대상으로부터 수집된 물리량에 대한 정보를 담게되며, 이러한 측정 및 센싱의 대상은 이론적으로는 라인 설비에 있어 측정이 가능한 모든 상태변수 또는 출력변수가 된다. 일례로, 대상 설비가 증기 보일러인 경우 각부의 온도, 증기압력이 될 수 있고, 대상 설비가 제습기인 경우, 각부의 습도 및 온도가 될 것이며, 대상 설비가 연료탱크인 경우, 연료의 수위(level)가 측정변수가 되고, 제강공정에서는 산소농도가 센싱변수가 될 것이다. 또한 재료공급장치(material feeder)의 경우에는 공급되는 재료의 부족 또는 소진 (material lack, exhaustion, loss)를 방지하기 위해, 재료잔여량의 수위 내지 무게가 측정 대상이 되고, 절삭기계(milling machine)인 경우에는, 툴(tool)과 재료간의 충돌을 방지하기 위해, 커터(cutter)가 절삭대상에 접근할 때의 근접여부가 센싱의 대상이 될 것이다.

경보신호는, 신호처리부(120)에서 대상 설비 상태의 이상(abnormality) 정도의 판단결과에 따라 복수(plural)단계의 경보모드로 구분되어 생성되는데, 경보신호의 내용(payload)에는, 각 경보모드 별로 경보표시부(200)를 어떻게 작동할 것인가에 대한 정보가 포함되어 있어야 한다. 이러한 경보모드의 일실시예로서, 정상(normal)모드로서의 제1모드, 경고(warning)모드로서의 제2모드, 비상(emergency)모드로서의 제3모드 등 총 3단계로 구분 지을 수 있으나, 이 중 하나를 생략하여 총 2단계의 모드(정상모드 및 비상모드)로 운영하거나, 단계를 더욱 세분화하는 것을 배제하는 것은 아니다.

경보메시지는 전술한 경보신호의 내용(payload)에 덧붙여, 통신을 위한 메타데이터(metadata)를 포함하는 것인데, 일례로, 후술할 ZigBee 프로토콜을 이용하는 경우, 채널 접근방법, 프레임의 유효성, 타임슬롯 보장관리, 연합/탈퇴 등을 제어하고 보장하기 위한 정보가 헤더(header), 푸터(footer) 및 서비스데이터(service data) 등의 형식으로 부가되게 된다.

이하 경보생성부(100) 및 경보표시부(200)의 각 주요 구성요소 별로 상세히 설명하기로 한다.

경보생성부(100)의 센서부(110)는, 라인의 공정설비에 설치되어 설비상태값을 측정하고, 전기신호로 된 설비상태신호를 생성하는 기능을 한다. 이러한 센서부(110)는 대상 설비에 대해, 측정오차를 최소화하면서도 설치가 용이한 지점에 장치되어야 하며, 측정상태가 무엇인지에 따라, 온도센서, 압력센서, 습도센서, 무게센서(load cell), 갭(gap)센서, 근접(proximity)센서 등이 된다. 센서부(110)는 출력신호의 유형에 따라 아날로그 센서와 디지털 센서로 구분되는데, 출력신호값이 연속적인 값을 갖는 경우에는 전자가 되고, 센서가 스위치처럼 작동하는 경우- 근접스위치센서 등 디지털센서-에는 후자가 된다. 센서부(110)의 출력-설비상태신호-은 신호처리부(120)에 대하여 입력이 되므로, 아날로그 센서에 대해 디지털타입의 입력핀을 구비한 신호처리부(120)가 사용된다면, 센서부(110)의 출력에 A/D 변환기를 부가해야 할 필요가 있을 수 있다.

설비상태신호를 신호처리부(120)로 전송하는 방식은, 회로로 구현하는 방식 또는 후술할 ZigBee 무선 통신 프로토콜을 이용하여 센서네트워크(a network of sensors)를 구성하는 방식 등을 고려할 수 있는데, 특히 후자의 방식은 하나의 신호처리부(120)를 통해 두 가지 이상의 설비상태신호를 처리하고자 할 때와 센서가 신호처리부(120)에 대해 다소 먼 위치에 설치되는 경우 등에 있어 유용하다.

본 발명의 공정 상태 경보 시스템을 통해 두 개 이상의 설비상태신호를 검지하여 경보하는 것을 고려할 수 있다. 즉 신호처리부(120)에 두 개 이상의 설비상태신호를 입력하고, 상기 두 개 이상의 설비상태신호에 대해 각각 경보모드를 판단한다는 것인데, 특히 동일한 시간 대에 다른 경보모드가 경합하는 경우가 문제되는데, 이를 처리하는 일실시예로서, 제3모드, 제2모드, 제1모드의 순서로 우선순위(priority)를 적용하여 최종의 경보모드를 결정하는 것을 고려할 수 있다. 즉 제1설비상태 및 제2설비상태에 대해 경보모드가 각각 제3모드 및 제2모드로 판단된 경우, 최종적으로 경보신호를 제3모드로 생성한다는 것이다.

신호처리부(120)는 설비상태신호를 입력으로 받고, 경보모드를 결정하는 제1기능, 각 경보모드에 대해 경보표시부(200)의 동작패턴을 매핑하는 신호조합기로서의 제2기능을 수행한다. 제1기능을 구현하는 방법은 후술하기로 한다. 다만, 애초에 센서부(110)를 구성하는 각 센서들이 특정임계값들의 전후에서 on/off의 방식으로 작동하도록 설계되어 있는 경우, 센서부(110)의 동작 자체에 이미 경보모드 결정단계가 포함되는 것이라 할 수 있으므로, 신호처리부(120)에서 상기 제1기능을 생략할 수 있을 것이다. 상기 제2기능에 대하여, 신호처리부(120)는 다수의 논리게이트를 구비하는 디지털 논리회로로 구현할 수 있으며, 신호처리부(120)의 출력신호-경보신호-는, 경보표시부(200)가 기설정된 동작패턴-점멸주기, 색상 등-을 구현할 수 있도록 하는 구체적인 정보를 포함하게 할 수 있다. 그러나, 경보신호에 모든 구체적인 정보를 담지 않고, 일부 정보-일례로, 점멸주기 등-에 있어서는 후속적으로 후술할 컨트롤러부(220)에서 처리되도록 할 수 있다.

경보생성부(100)에는, 경보신호의 로그(log)데이터를 기록 및 저장하는 경보저장부를 추가로 더 포함하게 할 수 있다. 이러한 로그데이터에는 어떠한 상태변수 또는 출력변수에 대해 어떠한 모드(mode)의 경보가 생성되었는지를 필수정보로 하여, 경보생성시각, 경보종료시각 등의 선택적 정보가 포함되도록 할 수 있다. 또한 로그데이터의 기록은 경보신호의 생성과 동시에 이루어지게 하거나, 경보가 종료되는 시점에서 이루어지게 하는 등 다양한 방법으로 구현할 수 있다.

전술한 경보송신부(130)와 경보수신부(210) 사이의 신호 전송은 RS-232C 등의 유선 통신 프로토콜을 사용하여 이루어질 수도 있으나, 본 발명에서는 더 많은 장점을 가진 무선 통신 프로토콜을 적용한다. 무선 통신 프로토콜로서는, 휴대전화를 중심으로 한 개인 네트워크 기기 연결에 특화되어 있는 블루투스(Bluetooth) 또는 AP를 기반으로 한 무선 인터넷 및 파일 전송을 주요 기능으로 하고, 데이터 전송속도가 빠른 와이파이(wi-fi) 등을 고려할 수도 있겠으나, 본 발명에서는 지그비(ZigBee)를 적용하는 것을 제안한다. 지그비(ZigBee)는, 250Kbps 이하의?저속 국제 표준인 IEEE 802.15.4 물리계층 기반의 무선??기술로서 저전력 소비가 가능하고, 여러 노드들을 하나의 네트워크로 묶는 무선 네트워크 구성에 강점이 있다. 즉 한 번에 컨트롤 할 수 있는 노드 수가 65500개에 이르고, 대기전력을 낮춤으로써 배터리 수명이 월등히 길다는 것이다. 또한 컨트롤을 위한 네트워크 구성은 1:N 네트워크인 star구조, 호핑(hopping)을 하는 clustered tree 구조, 각 노드들이 자유롭게 통신을 하는 mesh구조가 가능한데, 이러한 네트워크 구성의 방식은, 복수개의 경보표시부(200)를 구비하는 본 발명의 구성과 관련되어 있으므로 후술하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 지그비 방식의 무선 통신을 위해 IC칩 형태로 패키징된 지그비 무선통신모듈(211)이 적용되고 있다. 전술한 바대로 당해 모듈의 비용은 높지 않으므로, 경제적으로 경보 노드 네트워크 구성을 할 수 있다.

경보수신부(210)는 수신한 경보메시지에서 메타데이터를 포함하는 부분을 제거하는 등의 가공(파싱, parsing)을 하여, 디지털의 경보데이터로 변환하여, 컨트롤러부(220)의 입력으로서 제공한다.

상기 경보송신부(130) 및 상기 경보수신부(210)에는 경보메시지를 무선 송신 또는 수신하기 위한 안테나(215)가 포함되어야 하며, 이러한 안테나(215)의 유형으로는 와이어(wire)타입, 칩(chip)타입, RPSMA타입, U.FL타입을 들 수 있는데, 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에서는 U.FL타입의 안테나(215)가 적용되고 있다.

컨트롤러부(220)는 전술한 경보데이터를 입력신호로 받아 광원소자부(230)를 구동할 구동신호를 출력신호로서 생성하는 기능을 한다. 전술한 바와 같이 신호처리부(120)에서의 경보신호 생성시, 경보표시부(200)의 구동을 위한 모든 구체적인 정보-광원소자부(230)의 색상, 점멸주기 등-를 포함하게 하지 않는 경우, 본 컨트롤러부(220)에서 부가적인 신호처리가 이행되어야 한다. 일례로 어떤 경보모드에 대해 특정 주기로 광원소자부(230)를 점멸하게 하고자 하나, 입력신호에 이러한 정보가 포함되어 있지 않은 경우, 컨트롤러부(220)의 출력신호에 특정 주기의 펄스(pulse)파를 합성하는 등의 처리가 필요하다는 것이다. 또한, 이러한 컨트롤러부(220)는 집적회로칩으로 구현하여 소형화하는 것이 바람직하다.

광원소자부(230)는 상기 컨트롤러부(220)로부터 입력된 구동신호를 받아 구동되며, 구체적으로는 경보모드에 따라 생성된 경보신호에 대응하여, 소정의 패턴으로 구동되도록 구현된다. 이러한 패턴의 요소로서는, 소정의 주기를 갖는 점멸(pulsing), 소정의 주기 및 밝기구배(intensity gradient)를 갖는 디밍(dimming), 소정의 색상(color), 소정의 주기를 갖는 색상의 변화(change of color) 및 이들의 조합을 들 수 있다. 이러한 주기나 색상 등은 시인성(visibility) 등의 효과를 고려하여 실시환경의 다른 요소들을 고려하여 결정하여야 한다.

일반적으로, 광원의 점멸주기가 짧은 경우, 보다 시급한 상황으로 인식되는 것을 감안하여, 광원소자부(230)의 동작 패턴의 일실시예로서, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드에서 각각 소정의 점멸주기로 점멸하고, 상기 제3모드에서의 점멸주기는 상기 제2모드에서의 점멸주기보다 작도록 광원소자부(230)를 동작하도록 할 수 있다. 일례로, 제2모드에 대해서는 0.3초, 제3모드에 대해서는 0.08초로 설정할 수 있다. 특히, 제1모드일 때 광원소자부(230)를 점멸하도록 제어한다는 것의 의미는, 점멸주기를 일정 값 이상으로 짧게 설정하면, 점멸없이 연속점등된 것으로 인식하는 인간의 시각적 인식의 한계를 이용하는 것이다. 다시 말하면, 입력된 설비상태신호가 정상모드인 제1모드로 평가된 경우에도, 작업자가 광원소자부(230)가 점멸없이 연속점등된 것으로 착시하도록 소정의 짧은 점멸주기를 갖도록 구동한다면, 결과적으로는 점멸하지 않도록 구동하는 것과 차이가 없다는 것이다.

또한, 다수의 문화권에서 표시색상과 관련, 빨간색, 노란색, 흰색의 순으로 상황의 시급성을 나타낸다고 관습적으로 받아들여지고 있음을 감안하여, 광원소자부(230)의 동작 패턴의 일실시예로서, 제1모드, 제2모드, 제3모드에 대응하도록 각각 흰색, 노란색, 빨간색의 색상을 지정할 수 있다. 그러나, 상기 실시예들과 같이 단일한 패턴 요소만을 적용하지 않고, 복수개의 패턴요소를 동시 적용하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 각각의 경보모드에 대하여, 색상 및 점멸주기를 동시에 적용할 수 있으며, 일례로, 제1모드에 대하여, 녹색의 광원이 점멸없이 연속점등되도록 하고, 제2모드에 대하여서는 노란색의 광원이 1초의 주기로 최대밝기와 최소밝기의 사이를 디밍하도록 하며, 제3모드에 대해서는 빨간색의 광원이 0.5초의 주기로 점멸하게 설정할 수 있을 것이다.

그런데, 전술한 광원소자부(230)에 구현되는 색상은 직접적으로, 광원소자부(230)로서 어떠한 광원모듈을 적용하는지에 의존한다. 일반적인 램프나 전구를 사용하는 경우, 수명, 밝기, 소형화 등의 측면에서 불리한 측면이 많으므로, 광원소자부(230)에는 LED모듈을 적용하는 것이 바람직하다. 특히 RGB LED 모듈의 경우, 단일한 모듈을 사용하더라도, 입력신호를 어떻게 부가하는지에 따라 WHITE, RED, GREEN, BLUE 등의 빛을 생성할 수 있으므로, 경보모드에 따라 각각 다른 색상의 빛을 이용하는 본 발명을 구현하는데 적합하다.

또한, 본 발명의 광원소자부(230) 구현의 일실시예로서, 정상모드인 제1모드일 때와 비정상모드로서의 제2모드 및 제3모드일 때를 분리하여, 제1모드일 때는 통상적인 조명으로 사용하기 위해 백색광을 이용하고, 제2모드 및 제3모드에서는 경보를 목적으로 각각 소정의 색상을 가지도록 구성하는 것을 고려할 수 있다. 다시 말하면, 제1모드에 대응하는 제1광원부와 제2모드 및 제3모드에 대응하는 제2광원부로 광원소자부(230)를 이원화하여 구성하고, 제1광원부와 제2광원부로는 이러한 목적에 맞도록, 각각 단일색상의 LED BAR 및 RGB LED BAR를 적용한다는 것이다. 특히 이러한 단일 색상을 백색(white)로 하여, white led bar 을 적용한다면, 평시의 제1모드에 대해 통상의 조명의 효과를 얻을 수 있을 것이다.

이 때, 제1광원부로부터의 백색광과 제2광원부로부터의 빛이 합성되어, 제2광원부로부터의 빛의 시인성(visibility)이 저하되는 것을 방지하기 위해, 제1광원부와 상기 제2광원부의 구동을 상호 단속적(discontinuous)으로 이루어지게 하기 위한 디지털스위치(digital switch)를 상기 광원소자부(230)에 더 포함하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 상기 실시예의 경우, 제1모드로부터 제2 또는 제3모드로 변화할 때, 즉각적으로 제1광원부인 WHITE LED BAR로의 신호전류를 차단하고, 제2광원부로만 통전하여 경보 시인성을 극대화할 수 있다.

반면, 전술한 바처럼 광원소자부(230) 구성에 있어, 하나의 광원모듈이 2개 이상의 경보모드에 대응하도록 하지 않고, 광원소자부(230)가 각각의 경보모드에 대응하여 소정의 색상 및 점멸 주기로 구동되는 모드별광원(235)들을 경보모드의 수만큼 구비하고, 상기 모드별광원(235)들을 소정의 형태로 배치하여 구성할 수 있다. 이 경우도 물론 모드별광원(235)들은 각각 LED모듈로 구현하는 것이 바람직하다. 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 광원표시부의 일실시예에서는, 제1모드, 제2모드 및 제3모드에 대응하는 제1모드광원(235a), 제2모드광원(235b) 및 제3모드광원(235c)을 별도로 구비하고, 이들을 소정의 형태로 공간상에 배치하고 있다. 도 4에서는 모드별광원(235)들을 수직으로 쌓아올려 일종의 타워(tower)를 형성하고 있으며, 도 5에서는 모드별광원(235)들을 하나의 패널(panel) 상에 수평으로 일정한 간격으로 배치해두고 있다. 이 때, 각각의 모드별광원(235)은 대응하는 경보모드에 따라 지정된 단일 색상의 빛을 내도록 하되, 점멸, 디밍(dimming) 등의 패턴은 개별적으로 적용할 수 있다. 이러한 구성은, 하나의 광원모듈이 여러 개의 경보모드에 대응하도록 구성하는 것과 비교하였을 때, 소형화라는 차원에서는 유리하지는 않다 할 수 있겠으나, 경보모드에 따라 시각적으로 다른 경보를 구현한다는 점에서는 차이가 없다.

나아가 본 발명에 있어, 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에서처럼, 하나의 경보생성부(100)에 대응하여 2개 이상의 경보표시부(200)를 구비하여, 2개소 이상의 장소에서 동시에 경보를 표시하게 할 수 있는데, 일례로, 특정 설비에 대해, 하나의 경보표시부(200)는 해당 설비의 바로 위 천정에 설치하고, 또 하나의 경보표시부(200)는 해당 설비 사이트에서 떨어져 있는 제어조종실에 설치한다는 것이다. 이는 수신자로서 2개 이상의 경보수신부(210)를 지정하여 하나의 설비상태에 대한 경보신호를 경보메시지로 변환 및 전송하고, 각각의 경보수신부(210)들이 해당 경보메시지를 수신하여 처리하게 하는 것을 통해 구현할 수 있다. 이러한 노드(node) 구성의 토폴로지(topology)는 1:N star 형, clustered tree 형, mesh 형 중 하나를 선택할 수 있다. 특히 지그비(ZigBee)프로토콜을 사용하는 경우, 무선 통신이라는 특성 때문에 여러 지점에 복수개의 경보표시부(200)를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 복수개의 통신 노드를 가진 네트워크에 있어 다른 프로토콜과 대비하였을 때, 더 효율적으로 통신을 수행할 수 있으므로 효과가 크다.

경보표시부(200)는, 경보대상인 공정설비의 설치 위치에 대하여 소정의 상대적 위치에 설치할 수 있다. 경보표시부(200)의 일실시예로서, 전술한 바와 같이 해당 공정설비 설치위치의 연직 상방의 천정에 설치할 수 있고, 인접한 측벽면에 거치하거나 또는 바닥면에 매립하여 설치할 수도 있다. 한 공간에 경보 대상인 공정설비가 여러 대 존재한다면, 각각의 공정설비마다 그 설치위치의 연직 상방의 천정에 설치할 수도 있다. 이렇게 하면, 해당 공간에 대해 익숙한 작업자가 천정에 표시되는 시각적 경보신호의 위치를 인지하여, 어느 설비가 문제가 있는지 즉시 파악할 수 있게 된다.

나아가, 전술한 바와 같이 설치된 경보표시부(200) 주변에 구역경보표시부(300)를 더 설치하여, 경보표시부(200)에 의한 경보를 보완하는 기능을 구현할 수 있다. 설치된 공간이 대면적의 공장이라 가정한다면, 경보표시부(200)를 하나의 광원소자부(230)로 구현하였을 때, 경보의 빛의 세기가 미미하여, 작업자가 쉽게 인지 못할 가능성이 크다. 또한, 경보표시부(200)가 천정에 설치되었는데, 천정에 경보표시부(200) 이외의 다른 조명이 설치되어 있는 경우, 다른 조명들-특히 밝은 백색광-의 빛에 의해 경보가 눈에 띄기 않아 인지되기 어려울 수 있다. 따라서, 이러한 경보표시부(200)에 의한 경보의 인지 정도를 증대시키기 위해, 경보표시부(200)와 동기화하여 동시에 구동되는 구역경보표시부(300)를 더 포함시킬 수 있다. 구역경보표시부(300)는 반드시 경보표시부(200)와 같은 패턴(색상, 점멸 주기)으로 구동될 필요는 없다. 일례로, 경보표시부(200)가 제3모드에 대해 빨간색의 30ms점멸주기를 갖는 빛을 발할 때, 구역경보표시부(300)는 백색광을 60ms의 점멸주기로 발할 수 있다는 것이다. 도 7에 도시된 본 발명의 실시예에서는 해당 설비 설치 위치에 대해 연직 상방의 천정에 설치된 경보표시부(200)를 둘러싸는 모양의 패턴으로 구성되는 구역경보표시부(300)가 설치되어 있다. 이렇게 되면, 경보표시부(200)가 경보를 표시할 때, 인접하여 설치되어 있는 구역경보표시부(300)도 동시에 구동하므로, 천정의 더 넓은 면에 경보가 표시되어, 작업자가 경보를 더 용이하게 인지할 수 있게 된다. 도 8에 도시된 또다른 설치의 실시예에서는, 본 발명의 경보표시부(200) 및 구역경보표시부(300) 이외에 다수개의 일반조명(400)이 천정에 더 설치되어, 전체적으로 하나의 조명 패턴이 형성되어 있는 것을 나타내고 있다. 이러한 경우에도, 구역경보표시부(300)에 의해 일반조명(400)의 밝은 빛에도 불구하고, 경보표시부(200)로부터의 경보가 작업자에 의해 더 용이하게 인지될 수 있다.

구역경보표시부(300)는 연관된 경보표시부(200)와 동기화하여 작동되어야 하므로, 경보표시부(200)가 수신하는 경보메시지를 구역경보표시부(300)도 동시에 수신해야 한다. 따라서, 경보생성부(100)에서는 경보메시지를 송신할 때, 경보표시부(200)뿐만 아니라 구역경보표시부(300)도 당해 경보메시지의 수신자로서 설정하여야 한다. 다만, 전술한 바와 같이 경보표시부(200)와 구역경보표시부(300)는 반드시 같은 패턴으로 구동할 필요는 없으므로, 포함된 메시지의 내용은 각각 상이할 수 있다.

다음으로, 경보모드를 3개의 모드로 구분하는 본 발명의 일실시예에 대하여, 정상모드로서의 제1모드, 경고모드로서의 제2모드 및 비상모드로서의 제3모드 중 어느 하나로 경보신호의 경보모드를 결정하는 방법에 대해 설명하고자 한다. 첫째, 해당 설비상태값과 비교하여 경보신호의 경보모드를 결정하기 위한 제1기준값 및 제2기준값을 설정한다. 제1기준값 및 제2기준값은 문제되는 설비상태의 센싱값과 비교되는 임계적 의미를 갖는다. 둘째, 라인 설비에 설치되어 설비상태값을 측정하는 센서부(110)로부터 측정값을 수신한다. 이는 전술한 바와 같이 회로로 구현하거나, 무선 네트워크를 구성하여 구현할 수 있다. 셋째, 센서부(110)로부터 수신된 측정값이 상기 제1기준값 미만이면 경보신호를 제1모드로 결정하고, 측정값이 제2기준값 이상이면 경보신호를 제3모드로 결정하며, 측정값이 제1기준값 이상이고, 제2기준값 미만이면 경보신호를 제2모드로 결정한다. 일례로, 해당 설비가 수위(level)센서가 장치된 탱크(tank)이고, 측정대상인 상태변수를 탱크 저면으로부터의 높이라고 정의하며, 제1기준값을 3m, 제2기준값을 5m라고 설정하는 것을 고려할 때, 센싱된 신호값이 각각 2m, 4m, 6m를 나타낸다면, 이들 상황에 대한 경보모드는 각각 정상모드인 제1모드, 경고모드인 제2모드, 비상모드인 제3모드라고 판단되어, 이에 대응한 경보신호가 경보생성부(100)로부터 발생하고, 이에 따라 경보표시부(200)가 구동되는 것이다.

다만, 상기의 사례에서처럼 제2기준값이 제1기준값에 대비하여 언제나 제2모드와 제3모드를 나누는 임계적 의미를 가지는 것은 아닌데, 다시 말해 수신된 측정값이 제1기준값 미만이면 경보신호를 제3모드로 결정하고, 측정값이 제2기준값 이상이면 경보신호를 제1모드로 결정하며, 측정값이 제1기준값 이상이고, 제2기준값 미만이면 경보신호를 제2모드로 결정할 수도 있다. 일례로, 문제되는 설비가 프레스 금형에 있어 상하 형판이라고 하고, 이 때, 상하 형판의 간격이 너무 작아지면, 형판에 지나치게 많은 힘이 작용하여 파손될 우려가 있으므로, 관심있는 설비상태변수를 프레스가 가하여졌을 때의 상하 형판의 간격이라고 정의할 수 있다. 따라서 이때는 제1기준값의 크기가 제2기준값의 크기보다 크게 설정되어야 하므로, 예를 들어 제1기준값, 제2기준값을 각각 1mm, 0.1mm라고 설정할 수 있다는 것이다. 이 후 설비 운영 중 측정된 상태값이 각각 1.3mm, 0.8mm, 0.09mm라 하면, 이들에 대응하는 경보모드는 각각 제1모드, 제2모드 및 제3모드가 되는 것이다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.

50 : 설비
100 : 경보생성부
110 : 센서부
120 : 신호처리부
130 : 경보송신부
200 : 경보표시부
210 : 경보수신부
211 : 무선통신모듈
215 : 안테나
220 : 컨트롤러부
230 : 광원소자부
235 : 모드별광원
235a : 제1모드광원
235b : 제2모드광원
235c : 제3모드광원
300 : 구역경보표시부
400 : 일반조명

Claims

공정의 설비상태를 검지하고 이상상태를 경보하는 시스템에 있어서,
공정의 하나이상의 설비상태신호를 입력받아 경보신호를 생성하는 신호처리부(120) 및 상기 경보신호를 경보메시지로 변환하여 경보표시부(200)로 전송하는 기능을 구비한 경보송신부(130)를 포함하여 이루어지는 경보생성부(100);
상기 경보메시지를 수신하여 경보데이터로 변환하는 경보수신부(210), 상기 경보데이터를 입력받고 광원소자부(230)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 컨트롤러부(220) 및 상기 구동신호에 의해 구동되는 광원소자부(230)를 포함하여 구성되고, 경보대상인 공정설비의 설치 위치에 대하여 소정의 상대적 위치에 설치되는 경보표시부(200);
상기 경보표시부(200)의 설치 위치 주변에 소정의 패턴으로 설치되고, 상기 경보표시부(200)의 구동과 동기화되되 별도의 소정의 패턴으로 구동되어 상기 경보표시부(200)에 의한 경보를 시각적으로 보완하는 기능을 구비하는 구역경보표시부(300);
를 포함하여 이루어지고,
상기 경보송신부(130)와 상기 경보수신부(210) 사이의 신호 전송은, 무선 송수신 방식을 통해 이루어지며, 상기 신호처리부(120)는 설비상태의 이상 정도를 판단하여 복수 단계의 경보모드로 구분된 경보신호를 생성하고, 상기 광원소자부(230)는 상기 경보모드에 따라 소정의 패턴으로 구동되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 송수신 방식은 지그비(ZigBee) 방식인 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 경보송신부(130) 및 상기 경보수신부(210)에는 상기 경보메시지의 무선 송신 및 수신을 위한 안테나(215)가 포함되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1 에 있어서,
상기 공정 상태 경보 시스템은, 하나의 경보생성부(100)에 대응하여 2개 이상의 경보표시부(200)를 구비하여, 2개소 이상의 장소에서 동시에 동일한 경보를 표시할 수 있는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 경보생성부(100)는, 라인의 공정설비에 설치되어 설비상태값을 측정하고, 설비상태신호를 생성하는 센서부(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 경보모드는, 정상(normal)모드로서의 제1모드, 경고(warning)모드로서의 제2모드, 비상(emergency)모드로서의 제3모드를 포함하여 구분되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 신호처리부(120)는 두 개 이상의 설비상태신호를 입력받고, 상기 두 개 이상의 설비상태신호에 대해 각각 서로 다른 경보모드가 경합하는 경우, 제3모드, 제2모드, 제1모드의 순서로 우선순위(priority)를 적용하여 최종의 경보모드가 결정되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 광원소자부(230)는 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드에서 각각 소정의 점멸주기로 점멸하고, 상기 제3모드에서의 점멸주기는 상기 제2모드에서의 점멸주기보다 작은 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 광원소자부(230)는, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드에서 각각 소정의 색상의 빛을 방출하도록 된 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원소자부(230)는, LED모듈을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원소자부(230)는 상기 제1모드에 대응하여 소정의 색상의 빛을 방출하는 제1광원부, 상기 제2모드 및 상기 제3모드에 대응하여 각각 소정의 색상의 빛을 방출하는 제2광원부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 제1광원부는 단일색상광 LED모듈로, 상기 제2광원부는 RGB LED모듈로 된 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 광원소자부(230)는, 상기 제1광원부와 상기 제2광원부의 구동을 상호 단속적(discontinuous)으로 이루어지게 하기 위한 디지털스위치(digital switch)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 경보생성부(100)는, 상기 경보신호의 로그(log)데이터를 기록 및 저장하는 경보저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 광원소자부(230)는, 상기 각각의 경보모드에 대응하여 소정의 색상 및 점멸 주기로 구동되는 모드별광원(235)들을 상기 경보모드의 수만큼 구비하되, 상기 모드별광원(235)들은 소정의 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 공정 상태 경보 시스템.
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청구항 1의 공정 상태 경보 시스템의 경보신호의 경보모드를 결정하는 방법에 있어서,
(i) 설비상태값과 비교하여 상기 경보신호의 경보모드를 결정하기 위한 제1기준값 및 제2기준값을 설정하는 단계(s10);
(ii) 공정 설비에 설치된 센서부(110)로부터 설비상태측정값을 수신하는 단계(s20);
(iii) 상기 (ii)단계에서 수신된 측정값이 상기 제1기준값 미만이면 상기 경보신호를 제1모드로 결정하고, 상기 측정값이 상기 제2기준값 이상이면 상기 경보신호를 제3모드로 결정하며, 상기 측정값이 상기 제1기준값 이상이고, 상기 제2기준값 미만이면 상기 경보신호를 제2모드로 결정하는 단계(s30);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경보신호의 경보모드 결정방법.
청구항 1의 공정 상태 경보 시스템의 경보신호의 경보모드를 결정하는 방법에 있어서,
(a) 설비상태측정값과 비교하여 상기 경보모드를 결정하기 위한 제1기준값 및 제2기준값을 설정하는 단계(s100);
(b) 공정 설비에 설치된 센서부(110)로부터 설비상태측정값을 수신하는 단계(s200);
(c) 상기 (b)단계에서 수신된 측정값이 상기 제1기준값 미만이면 상기 경보신호를 제3모드로 결정하고, 상기 측정값이 상기 제2기준값 이상이면 상기 경보신호를 제1모드로 결정하며, 상기 측정값이 상기 제1기준값 이상이고, 상기 제2기준값 미만이면 상기 경보신호를 제2모드로 결정하는 단계(s300);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경보신호의 경보모드 결정방법.