KR101673576B1 - 스마트 건물 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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윤홍익
박희옥
강형철
한규현
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(주)가교테크
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Abstract

본 발명은 스마트 건물 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물에 구비되는 입출력(I/O) 모듈 및 측정센서를 통하여 건물에 구비된 장치의 동작정보, 건물의 환경에서부터 각종 에너지 사용정보 등을 확인하고, 확인된 정보가 제어부를 포함하는 현장제어장치에 다른 중계수단 또는 경로를 거치지 않고 직접적으로 입력되고 또한 직접적으로 제어가능 하도록 시스템을 구성하여 구성의 단순성, 경제성, 확장성 또는/및 호환성을 제공할 수 있는 스마트 건물 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

스마트 건물 제어 시스템 및 방법 {Smart building control system and method thereof}
본 발명은 스마트 건물 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물에 구비되는 입출력(I/O) 모듈 및 측정센서를 통하여 건물에 구비된 장치의 동작정보, 건물의 환경에서부터 각종 에너지 사용정보 등을 확인하고, 확인된 정보가 제어부를 포함하는 현장제어장치에 다른 중계수단 또는 경로를 거치지 않고 직접적으로 입력되고 또한 직접적으로 제어가능 하도록 시스템을 구성하여 구성의 단순성, 경제성, 확장성 또는/및 호환성을 제공할 수 있는 스마트 건물 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
현대의 건물은 건물 또는 건물의 각층에 각종 센서를 통하여 각 건물의 환경을 확인하고, 이에 대하여 자동으로 제어하는 건물 제어 시스템의 사용이 일반화 되어 가고 있다. 이러한 건물 제어 시스템은 일반적으로 각 건물에 각종 센서와 각종 기기를 제어하는 제어장치가 구비되어 중앙제어장치로 센서에서의 측정값을 전송하여 확인하고 이에 따라 중앙제어장치에서 각 건물의 제어장치를 통하여 설비를 제어하는 방식으로 구성되는 것이 일반적이었다.
종래의 기술이 한국등록특허 제10-0557672호로 개시된 바 있다. 종래의 기술에 따른 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 제어정보기는 백넷(BACnet) MS/TP 프로토콜에 의하여 다른 제어정보기와 통신 가능한 MS/TP 프로토콜 모듈, 및 현장기기를 제어하는 임베디드 제어부로 구성되고, 이 중 임베디드 제어부는 현장기기와의 입출력신호를 변환하는 A/D 변환 및 D/A 변환부, 각각의 현장기기에 대응하는 다수의 제어루프들을 내장하여 제어 및 연산작용을 수행하는 제어연산부, 운용프로그램 및 기타작동에 필요한 정보를 저장하는 제 1메모리, 상기 MS/TP 프로토콜 모듈과 데이터를 송수신하는 제1 MS/TP 인터페이스, 백넷 규격에 정의된 표준 오브젝트와 서비스 기능을 제공하며 상기 제1 MS/TP 인터페이스를 통해 데이터를 송수신하고 백넷 프로토콜의 변환, 해석을 담당하는 백넷 프로토콜 스택, 상기 백넷 프로토콜 스택과 데이터를 주고 받으며 이더넷(Ethernet) 통신망을 통해 상위 레벨의 관리장치 또는 서버들과 연계되는 이더넷 인터페이스, 상기 제어정보기의 동작상태를 표시하는 표시부, 사용자로부터 키 명령을 입력받는 키입력부, 및 상기 A/D 변환 및 D/A 변환부와 상기 제어 연산부 사이에서 물리적인 입출력값을 소프트웨어적으로 처리가능 하도록 변환하는 입출력 인터페이스를 구비하여 많은 상세 관리 포인트들을 수용하여 건물 내 설비 별 운전정보와 건물 내외의 각종 실시간 환경정보를 계측함으로써 에너지 절감 및 시설관리의 예방보전을 달성할 수 있고, 백넷(BACnet)을 통신 프로토콜로 채택하여 빌딩 자동제어시스템의 개방성 및 범용성을 제고할 수 있었다.
그러나 이와 같은 종래의 기술은 각 건물의 환경정보 또는/및 장치들의 정보를 중계수단 등을 통해 중앙의 제어 연산부로 전송하여 중앙에서 처리하는 방식으로서, 제어연산부가 오류 등으로 사용이 불가능할 경우 건물 전체의 제어가 불가능해지며, 각 건물과 제어 연산부를 연결하는 통신망의 연결에 문제가 발생될 경우 해당건물의 제어가 불가능해진다는 단점을 가지고 있었다.
또한 도 2에 나타난 바와 같이, 입출력(I/O) 모듈(120)에서 측정 또는 감시된 건물내의 정보 또는 장치들의 정보는 유선으로 현장제어장치 (180)으로 입력되어 허브(190)를 통해 자동제어시스템(200)에 입력된다.
한편, 측정센서 (110)에 의거 측정 또는 감시된 건물내의 정보 또는 장치들의 정보는 무선으로 별도의 중계기 (170)와 허브 (190)을 통해 자동제어시스템(200)에 입력된다.
한국등록특허 제10-0557672호 (2006.02.25)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 입출력(I/O) 모듈(120,220) 또는 측정센서 (110,210)에 의거 측정 또는 감시된 건물내의 정보 또는 장치들의 정보가 제어부를 포함하는 현장제어장치 (130,280)에 다른 중계수단 또는 경로를 거치지 않고 직접적으로 입력되도록 시스템을 구성하여 구성의 단순성, 경제성, 확장성 또는/및 호환성을 제공할 수 있는 스마트 건물 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 무선 통신 방식으로 데이터 전송이 가능한 다수개의 측정센서와, 각 건물의 설비(장치)를 제어하는 다수개의 I/O 모듈이, 측정 또는 감시된 정보에 의거 각 건물에 각각 구비되는 현장제어장치를 통하여 제어되어 각 건물이 독립적으로 제어가 가능하며, 각 건물의 현장제어장치에 현장제어단말과의 연결을 위한 현장제어 단말연결수단이 형성되어 직접 연결을 통한 제어가 가능하고, 필요할 경우 외부통신망을 통한 외부현장 제어단말과의 연결로 외부에서의 제어 또한 가능한 스마트 건물 제어 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 건물 제어 시스템은, 건물에 설치되어 해당 건물의 환경을 측정하는 측정센서(110,210); 건물에 설치된 장치의 정보를 입수하기 위해 구비되는 디지털출력모듈(121), 아날로그 출력모듈(122), 디지털입력모듈(123) 및 아날로그 입력모듈(124)중에서 적어도 하나가 포함되는 입출력 모듈 (120,220); 및 상기 측정센서 및 상기 입출력 모듈과 무선 또는 유선방식으로 직접적으로 접속되며 상기 측정센서 또는 입출력 모듈에서 측정된 정보를 이용하여 해당 건물의 상태를 파악하여 제어하는 제어부(CPU)를 포함하는 현장제어장치(130,280);를 포함하여 동작된다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 건물 제어 방법은, 유선방식으로만 정보 송수신이 가능한 제 1 측정장치와 무선통신으로 정보 송수신이 가능한 제 2 측정장치가 하나의 채널로 구성되는 단계; 상기 채널들이 병렬로 배열되어 구성되고 제어부 (CPU)를 포함하는 현장제어장치와 각각 직접적으로 접속되는 단계; 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 각 채널 내의 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치 중에서 어느 하나의 장치와의 접속은 미리 설정되거나 무선 통신이 가능한 제 2 특정장치가 우선적으로 접속되도록 설정되는 단계; 상기 접속된 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치로부터 건물에 설치된 장치 또는 환경 정보가 입수되는 단계; 및 제어부를 포함하는 현장제어장치가 상기 입수된 정보를 이용하여 건물 내에 설치된 장치들을 직접적으로 제어하는 단계;를 포함하여 동작한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 건물 제어 시스템에 의하면, 입출력(I/O) 모듈(120,220) 또는 측정센서 (110,210)에 의거 측정 또는 감시된 건물내의 정보 또는 장치들의 정보가 제어부를 포함하는 현장제어장치 (130,280)에 다른 중계수단 또는 경로를 거치지 않고 직접적으로 입력되도록 시스템을 구성하여 구성의 단순성, 경제성, 확장성 또는/및 호환성을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제어를 위한 구성과, 측정/감시를 위한 기기가 분리 구성되어 발생되는 시스템 구조의 복잡성으로 인한 구성의 대형화 및 정비효율의 저하를 미연에 방지할 수 있으며, 사용되는 기기의 숫자를 최소화 할 수 있어 효율성 및 경제성을 극대화 시킬 수 있다.
또한 각 건물의 환경뿐만이 아니라 해당 건물에서 사용되는 에너지, 수도 등의 사용량 또한 측정이 가능하여, 이에 대한 효과적인 제어를 통한 에너지 절감을 실현할 수 있으며, 따라서 건물 전체의 유지비용을 절감할 수 있는 장점을 갖는다.
또한 필요에 따라 통신망연결수단이 이더넷과 같이 내부 통신망에 한정되는 것이 아니라, 외부 통신망과도 연결되어 관리자가 꼭 빌딩 내부에서 제어하는 것이 아니라 외부에서도 제어가 가능하여 관리 효율을 극대화 시킬 수 있으며, 이를 통하여 즉각적인 대처가 가능하다는 장점을 갖는다.
더불어, Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형표준통신방식군의 프로토콜에 모두 대응이 가능하여 범용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 건물 제어 시스템 실시예의 개략적인 전체 구성도
도 2는 종래의 건물제어를 구현하는 구성들을 보여주는 실시 예 도면
도 3은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템 실시 예의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명의 측정센서 실시 예 구성도
도 5는 본 발명의 I/O 모듈 실시 예 구성도
도 6은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템에서 I/O 모듈 및 측정센서가 하나의 채널 내에 구성되고, 상기 채널들이 병렬로 복수개가 구성되어 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속되어 동작되는 것을 보여주는 구성도
도 7은 상기 도 6의 구성에 따른 동작을 나타내는 흐름도.
도 8 ~ 도 13은 본 발명의 하나의 실시 예로써 공조기를 제어하는 것을 보여주는 도면
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호 또는 파생된 번호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서의 설명에서 도 3이하에서의 현장제어장치는 제어부를 포함하는 현장제어장치와 같은 의미로 해석하도록 한다.
또한 본 발명에서의 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형표준통신방식군 중에서 선택되는 하나 이상의 프로토콜이 특히 본 발명의 무선 동작에 적용된다.
또한 본 발명의 환경제어장치(130)는 상기 통신망연결수단(132)이 HTTP, XML, BACnet, SNMP, oBIX 중에서 선택되는 한 가지 이상의 프로토콜로 통신한다.
이하 각 도면을 인용하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템 실시 예의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 측정센서 실시 예 구성도이고, 도 5는 본 발명의 I/O 모듈 실시 예 구성도이며, 도 6은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템에서 I/O 모듈 및 측정센서가 하나의 채널 내에 구성되고, 상기 채널들이 병렬로 복수 개가 구성되어 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속되어 동작되는 것을 보여주는 구성도이고, 도 7은 상기 도 6의 구성에 따른 동작을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 도 3은 종래의 도 1 또는 도 2의 문제점인 입출력(I/O) 모듈(120,220) 또는 측정센서 (110,210)에 의거 측정 또는 감시된 건물내의 정보 또는 장치들의 정보가 중계수단(170), HUB (190)를 통해 전송되어 제어되는 복잡한 시스템을 해결하고자 한 것으로써, 제어부를 포함하는 현장제어장치 (130,280)에 다른 중계수단 또는 경로를 거치지 않고 직접적으로 입력되고 또한 직접적으로 제어 가능하도록 시스템을 구성하여 구성의 단순성, 경제성, 확장성 또는/및 호환성을 제공할 수 있는 스마트 건물 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템은, 건물의 각 건물에 다수개가 설치되어 해당 건물의 환경 또는 장치들의 정보를 측정하여 무선통신이 가능한 다수개의 측정센서(110)와, 건물의 각 건물의 제어를 위하여 구비되는 디지털출력모듈(121), 아날로그출력모듈(122), 디지털입력모듈(123), 아날로그입력모듈(124)이 포함되는 I/O 모듈(120)과, 건물의 각 건물에 각각 구비되어, 상기 측정센서(110)와 연결되어 상기 측정센서(110)에서 측정값을 이용하여 해당 건물의 환경을 파악하고, 미리 입력되어진 제어정보 또는 제어 기준 값을 기준으로 해당 건물의 상기 I/O 모듈(120)를 제어하는 (제어부를 포함하는) 현장제어장치(130)로 구성되며, 상기 현장제어장치(130)는 제어정보 또는 제어기준 값의 입력을 위한 현장제어단말(140))과 연결되는 현장제어단말연결수단(131), 상기 현장제어장치(130)와 외부통신망(20)을 연결하여 외부에서 제어정보 또는 제어기준 값의 입력을 위한 외부현장제어단말(150)과 연결되는 통신망연결수단(132)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 건물의 각 건물에 다양한 종류로 다수 개 설치되는 상기 측정센서(110)를 통하여 해당 건물의 환경 및 상태정보가 상기 현장제어장치(130)로 전송되고, 상기 I/O 모듈(120)에서 계측된 온도, 습도, 압력, 이산화탄소 농도 등의 아날로그 정보 및 접점압력-상태, 경보, 펄스입력 등의 디지털정보가 상기 현장제어장치(130)로 전송되어, 이러한 환경 정보를 수신한 상기 현장제어장치(130)가 외부에서 입력되는 제어정보 또는 미리 입력되어있는 제어기준 값을 기준으로 상기 I/O 모듈(120)의 디지털출력모듈(121) 및 아날로그출력모듈(122)를 통하여 설비(10)를 제어하여 해당 건물의 환경 및 상태를 제어한다.
이때, 상기 디지털출력모듈(121)의 경우 디지털제어가 가능한 기기의 기동 및 정지에 대한 제어, 상기 아날로그출력모듈(122)은 댐파 및 밸브 출력에 대한 제어를 하도록 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 종래의 기술과 같이 외부에 별도의 연산수단 및 제어수단에서 중앙집중형태로 정보처리 및 제어를 할 필요가 없어, 중앙집중형태의 연산수단 및 제어수단이 사용 불능이 되었을 때, 건물 전체가 제어불능이 되는 상황을 미연에 방지할 수 있다. 더불어, 각 건물 마다 각각의 상기 I/O 모듈(120) 및 상기 현장제어장치(130)가 구비되므로 관리자가 필요에 따라 해당 건물의 독립제어가 보다 편리하다는 장점을 갖는다.
또한, 상기 측정센서(110) 및 상기 I/O 모듈(120)의 정보가 상기 현장제어장치(130)에 별도의 중계수단을 통하지 않고 직접적으로 전송가능하다.
따라서 종래의 기술의 경우 측정센서와 I/O 모듈 각각 구성하던 통신, 제어 및 데이터 처리에 사용되는 기기가 통합으로 구성되어, 상기 측정센서(110) 및 상기 I/O 모듈(120)의 통신, 제어 및 데이터 처리에 사용되는 기기 및 시스템을 보다 단순하게 통합하여 구성할 수 있게 되어, 시스템의 전체 크기를 최소화 할 수 있고, 이러한 최소화를 통하여 시스템 설치 시 발생되는 환경제약을 최소화 할 수 있고, 시스템의 정비효율 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 측정센서(110)는 도 4에서 도시된 바와 같이, 사용 열량, 사용 유량, 사용 가스량, 사용 전력량, 해당 건물의 온도, 해당 건물의 습도, 해당 건물의 공기성분, 해당 건물의 수도 사용량을 측정하는 센서로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 다양한 상기 측정센서(110)을 통하여 보다 다양한 정보를 상기 현장제어장치(130)에 제공하여 보다 세밀한 상기 I/O 모듈(120) 제어를 돕는다.
이때, 상기 측정센서(110)는 제어프로토콜로 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형 표준통신 방식군 중에서 선택되는 하나 이상의 프로토콜이 사용될 수 있는 것으로 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 무선 통신이 가능하도록 한다.
이에 따라, 상기 현장제어장치(130)는 상기 측정센서(110)와의 무선접속을 위한 다수개의 측정센서연결수단(133)을 포함하되, 상기 측정센서연결수단(133)은 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형 표준통신 방식군 중에서 선택되는 하나 이상의 프로토콜이 사용될 수 있다.
더불어, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 I/O 모듈(120)은 디지털출력모듈(121), 아날로그출력모듈(122), 디지털입력모듈(123), 아날로그입력모듈(124)에서 데이터 수신 및 제어를 위하여 디지털 및 아날로그 입출력이 유선으로 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이를 통하여 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템은, 사용되는 프로토콜이 고정되는 것이 아니라, Modbus, BACnet, Lonwork중 어느 프로토콜을 사용하더라도 대응이 가능하다는 장점을 갖는다. 즉, 상기 현장제어장치(130)에 BACnet, LONWORKS 및 Modbus로 통신하는 어떠한 장비를 연결하더라도 상기 현장제어장치(130) 이에 대응이 가능하여 사용할 수 있는 상기 측정센서연결수단(133)을 통하여 사용가능한 기기의 유연성을 극대화 시킬 수 있으며, 이를 통하여 시공시 선택가능한 장치의 폭을 극대화 할 수 있어 보다 효율적인 시스템을 구성할 수 있다. 또한 각각의 프로토콜에 따른 상기 측정센서연결수단(133)이 고정되어 구비되는 것이 아니라 어떠한 상기 측정센서연결수단(133)도 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형표준통신방식군에 대응 가능하도록 구비되어 시스템의 구성 편의를 극대화 시킬 수 있다.
즉, 기존에 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형 표준통신방식을 사용하는 기기를 연결하는 포트는 하나의 프로토콜에 대응하여 다른 프로토콜을 사용하는 기기를 연결할 수 없었다. 따라서, 다양한 프로토콜에 대응하기 위해서는 다수개의 포트를 구비하거나 프로토콜을 한정하여 사용해야 하는 문제점을 가지고 있었다.
그러나 본 발명의 상기 측정센서연결수단(133)은 Modbus, BACnet, Lonwork로 이루어지는 개방형표준통신방식을 모두 사용할 수 있는 포트가 도 6에 나타난 바와 같이 다수 개(P1-P5)가 구비되어 사용되는 센서 및 장비가 사용하는 프로토콜에 관계없이 연결이 가능하여, 이용 편의성을 극대화 할 수 있으며, 시스템 구성에 있어서 호환성을 향상시켜 보다 다양한 기기의 적용이 가능하다.
더불어, 상기 I/O 모듈(120)은 디지털출력모듈(121), 아날로그출력모듈(122), 디지털입력모듈(123), 아날로그입력모듈(124)에서 유선으로 데이터 수신 및 제어를 위하여 디지털 및 아날로그 입출력이 가능하도록 구성되어, 디지털방식 또는 아날로그방식 중 어떠한 방식을 사용하는 기기도 제어할 수 있어, 설치 가능한 설비의 폭을 보다 넓게 설정할 수 있다.
또한, 상기 현장제어장치(130)는 상기 통신망연결수단(132)이 HTTP, XML, BACnet, SNMP, oBIX 중에서 선택되는 한 가지 이상의 프로토콜로 통신하도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 상기 통신망연결수단(132)와 연결되는 상기 외부현장제어단말(150)이 다양하게 구성될 수 있어, 호환성을 극대화 할 수 있으며, 이를 이용하여, 보다 최적화된 상기 외부현장제어단말(150)을 구성할 수 있다는 장점을 갖는다. 이와 같이 구성된 상기 외부현장제어단말(150)을 통하여 관리자가 관리건물 내부가 아닌 외부에서도 상기 현장제어장치(130)의 제어가 가능하여 건물의 원격제어가 가능하여 관리의 편의성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 현장제어장치(130)는 상기 통신망연결수단(132)이 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 즉, 외부와 연결되는 상기 통신망연결수단(132)이 하나 이상 형성되어 하나의 상기 통신망연결수단(132)에 문제가 발생되었을 경우 다른 상기 통신망연결수단(132)를 이용하여 외부와 통신을 수행하여 고정에 대하여 보다 효율적인 대응이 가능하며, 이를 통하여 시스템의 정지요인을 최소화 하여 보다 안정적인 시스템을 구성할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 상기 현장제어장치(130)는 상기 현장제어단말연결수단(131)이 상기 현장제어단말(140)과 유,무선 통신이 가능하도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 관리자가 소지할 수 있는 상기 현장제어단말(140)이 상기 현장제어장치(130)과 유,무선으로 통신이 가능하여 관리의 편의성을 극대화 시킬 수 있다. 즉, 관리자가 상기 현장제어단말(140)을 소지하고 제어를 원하는 건물에 들어가서 상기 현장제어장치(130)와 상기 현장제어단말(140)을 유선 또는 무선으로 연결하여 직접 해당 건물의 설비를 제어할 수 있어 보다 직관적인 건물관리가 가능하다.
이와 같은 관리를 통하여 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템은 각 건물의 독립적인 정보처리 및 제어가 가능하여, 보다 쾌적한 건물 내 환경을 구축할 수 있으며, 효과적인 에너지 관리를 통하여 에너지 소모를 저감할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 6은 본 발명의 스마트 건물 제어 시스템에서 I/O 모듈 및 측정센서가 하나의 채널 내에 구성되고, 상기 채널들이 병렬로 복수 개가 구성되어 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속되어 동작되는 것을 보여주는 구성도이고,
도 7은 상기 도 6의 구성에 따른 동작을 나타내는 흐름도로써, 본 발명의 바람직한 실시 예 도면이다.
도면에 나타난 바와 같이, 건물에 설치되어 해당 건물의 환경 또는/및 장치들의 동작상태 등을 측정하여 무선으로 데이터를 전송하는 측정센서(210)와; 건물의 환경정보 또는/및 설치된 장치의 정보를 입수하기 위해 구비되는 디지털출력모듈(121), 아날로그 출력모듈(122), 디지털입력모듈(123) 및 아날로그 입력모듈(124)중에서 적어도 하나가 포함되며 유선 또는 무선으로 데이터를 전송하는 입출력 모듈 (120,220); 및 상기 측정센서 및 상기 입출력 모듈과 무선 또는 유선방식으로 직접적으로 접속되며 상기 측정센서 또는 입출력 모듈에서 측정된 정보를 이용하여 해당 건물의 상태를 확인하여 제어하는 제어부(CPU)를 포함하는 현장제어장치(280);를 포함한다.
상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 무선 또는 유선방식으로 직접적으로 접속되는 상기 측정센서 및 상기 I/O (입출력) 모듈은 그룹화 되어 하나의 채널(Channel)로써 구성되며, 상기 채널내의 측정센서 또는 상기 입출력 모듈 중에서 어느 하나의 장치만이 포트(port)를 통해 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속된다.
본 발명에서 상기 측정센서에서는 열량,유량,가스량,전력량 등의 에너지 감시 측정을 하고, I/O (입출력) 모듈도 유선 또는 무선으로 접속가능하다.
도면에 나타난 바와 같이, 상기 채널은 복수 개 (C1-C5)가 구성된 실시 예이며, 각 채널들은 서로 병렬로 배열되고 별도의 중계수단을 통하지 않고 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속된다. 여기에서 각 채널은 제어부와 직접적으로 접속된다.
상기 복수개의 채널 중에서 제 1 채널로 미리 설정된 채널(C1)에서는 무선 통신이 가능한 측정센서(210)가 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치(280)와 해당 포트를 통해 접속되도록 설정하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 데이터 전송 시 유선으로 전송하는 것보다는 여러 장치와의 호환성 또는 다수의 장치로의 동시 전송이 용이할 것이기 때문이다.
상기 제 1 채널 이외의 채널 (C2-C5)에서는 임의로 어느 하나의 장치와 접속된다. 실시 예에서의 채널 2는 I/O 모듈이 제어부(280)와 해당 포트를 통해 직접적으로 접속된 것을 보여 주고 있다.
도면에 나타난 하나의 실시 예로써 각 채널 내의 어느 장치가 제어부와 접속되어 있는지 여부의 표시는 실선으로 연결되어 장치가 제어부와 직접적으로 연결된 상태를 보여주고 있다. 여기서 중요한 것은 각 채널내의 두개의 장치 중에서 어느 하나의 장치만이 각 채널 (C1-C5)의 해당 포트 (P1-P5)를 통해 제어부와 직접적으로 접속되도록 한다.
한편, 접속된 장치의 상태 등을 고려하여 각 채널내의 다른 장치로의 스위칭 접속이 가능하다.
도 7에 나타난 바와 같이, 유선방식으로만 정보 송수신이 가능한 제 1 측정장치(220)와 무선통신으로 정보 송수신이 가능한 제 2 측정장치(210)가 하나의 채널로 구성되고 상기 채널이 복수 개 (C1-C5) 구비된다. (S 701).
상기 채널들은 병렬로 배열되어 구성되고 제어부를 포함하는 현장제어장치와 각각 직접적으로 접속된다. (S 703)
상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 각 채널내의 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치 중에서 어느 하나의 장치와의 접속은 미리 설정되거나 무선 통신이 가능한 제 2 특정장치가 우선적으로 접속되도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 접속된 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치로부터 건물에 설치된 장치 또는 환경 정보가 입수되며, 제어부를 포함하는 현장제어장치가 상기 입수된 정보와 미리 저장된 정보를 비교한 결과에 의거 건물 내에 설치된 장치들을 직접적으로 제어 가능하다.
도 8 ~ 도 13은 본 발명의 하나의 실시 예로써 공조기를 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 종래의 공조기 제어 기능 블럭도 (function block)이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 의거 Fuzzy controller에 의한 공조기 제어 기능블럭이다.
도 8의 종래에서는 구동장치인 냉방밸브(UCV)난방밸브(UHV), 외기댐퍼(UD)를 각각 제어하나, 본 발명은 도 9에서는 퍼지 논리를 이용하여 통합적으로 산출 및 제어하는 것으로써, 도 8의 종래 공조기 제어기에 사용된 P 제어기 동작의 헌팅 현상을 방지함으로써 효율적인 제어가 가능하다.
즉, 센서(미도시)에 측정된 실내값 (TRA)에 대해 외기온도 (TOA)를 고려하여 각각 제어하는 것이다.
도 10은 실시 예의 설명을 위해 Fuzzy 변수 정의를 보여주는 하나의 도면이다.
도 11a - 도 11e는 퍼지를 적용하는 데 있어서, 각각의 변수에 대해 적용하는 값의 하나의 예를 보여주고 있다.
도 11a는 변수 TOA 퍼지 집합이고, 도 11b는 변수 TRA 퍼지 집합이고, 도 11c는 UCV 퍼지 집합이고, 도 11d는 UHV 퍼지 집합이고, 도 11e는 UD 퍼지 집합이다.
상기 각 변수에 대한 값을 모두 고려하여 각 변수에 대한 값을 제어하는 것이다.
도 12a - 도 12e는 각 변수에 대해 퍼지를 정량적으로 나타내는 도면이다.
도 12a는 변수 TOA 퍼지 집합이고, 도 12b는 변수 TRA 퍼지 집합이고, 도 12c는 UCV 퍼지 집합이고, 도 12d는 UHV 퍼지 집합이고, 도 12e는 UD 퍼지 집합이다.
도 13a - 도 13c는 각 변수값의 코드값을 조합하여 퍼지를 적용하여 해당 변수를 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
도 13a는 변수값 외기온도 TOA 와 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값에 의거 난방밸브 (UHV)를 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
하나의 예로 써, 외기온도 TOA 가 매우 낮고 (VL), 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값이 매우 낮은(VL) 경우, 난방밸브 (UHV)를 매우 높게 (VH)로 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
상기의 퍼지에 의한 제어 방식 패턴은 도면에 나타난 바에 의거 실질적으로 동일하게 적용된다.
도 13b는 변수값 외기온도 TOA 와 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값에 의거 냉방밸브 (Ucv)를 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
하나의 예로 써, 외기온도 TOA 가 매우 낮고 (VL), 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값이 매우 낮은(VL) 경우, 냉방밸브 (Ucv)를 매우 낮게 (VL)로 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
상기의 퍼지에 의한 제어 방식 패턴은 도면에 나타난 바에 의거 실질적으로 동일하게 적용된다.
도 13c는 변수값 외기온도 TOA 와 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값에 의거 외기댐퍼 (UD)를 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
하나의 예로 써, 외기온도 TOA 가 매우 낮고 (VL), 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값이 매우 낮은(VL) 경우, 외기댐퍼 (UD)를 매우 낮게 (VL)로 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
하나의 예로 써, 도 11에 나타난 바와 같이, 미리 정한 각 변수값의 범위(Range)를 정하고, 상기 범위별로 제어할 각각의 코드(VL,L...)를 설정한다.
도 13에 나타난 바와 같이, 서로 다른 변수값에 의거 퍼지 제어할 테이블을 구성하고, 상기 각 변수에 대한 측정값을 상기 테이블에 적용하여 상기 공조기를 제어한다. 따라서 변수 외기온도 TOA 범위의 코드가 매우 낮고 (VL), 변수 실내온도 (공조기 리턴온도) TRA 의 값이 매우 낮은(VL) 경우, 난방밸브 (UHV)를 매우 높게 (VH)로 제어한다.
상기의 퍼지에 의한 제어 방식 패턴은 도면에 나타난 바에 의거 실질적으로 동일하게 적용된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 설비, 20: 외부통신망, 110: 측정센서, 120: I/O 모듈

Claims (6)

  1. 건물에 설치되어 해당 건물의 환경을 측정하는 측정센서(110,210);
    건물에 설치된 장치의 정보를 입수하기 위해 구비되는 디지털출력모듈(121), 아날로그 출력모듈(122), 디지털입력모듈(123) 및 아날로그 입력모듈(124)중에서 적어도 하나가 포함되는 입출력 모듈 (120,220); 및
    상기 측정센서 및 상기 입출력 모듈과 무선 또는 유선방식으로 직접적으로 접속되며 상기 측정센서 또는 입출력 모듈에서 측정된 정보를 이용하여 해당 건물의 상태를 파악하여 제어하는 제어부(CPU)를 포함하는 현장제어장치(130,280);를 포함하고,
    상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 무선 또는 유선방식으로 직접적으로 접속되는 상기 측정센서 및 상기 입출력 모듈은 그룹화 되어 하나의 채널(Channel)로써 구성되며, 상기 채널내의 측정센서 또는 상기 입출력 모듈 중에서 어느 하나의 장치만이 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 스마트 건물 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 채널은 복수개가 구성되며, 각 채널들은 서로 병렬로 배열되고 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 직접적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 스마트 건물 제어 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수개의 채널 중에서 제 1 채널로 설정된 채널에서는 무선 통신이 가능한 측정센서가 상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 접속되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 스마트 건물 제어 시스템
  5. 유선방식으로 정보 송수신이 가능한 제 1 측정장치와, 무선통신으로 정보 송수신이 가능한 제 2 측정장치가 하나의 채널로 구성되는 단계;
    상기 채널들이 병렬로 배열되어 구성되고 제어부 (CPU)를 포함하는 현장제어장치와 각각 직접적으로 접속되는 단계;
    상기 제어부를 포함하는 현장제어장치와 각 채널내의 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치 중에서 어느 하나의 장치와의 접속은 미리 설정되거나 무선 통신이 가능한 제 2 특정장치가 우선적으로 접속되도록 설정되는 단계;
    상기 접속된 제 1 측정장치 또는 제 2 측정장치로부터 건물에 설치된 장치 또는 환경 정보가 입수되는 단계; 및
    제어부를 포함하는 현장제어장치가 상기 입수된 정보를 이용하여 건물 내에 설치된 장치들을 직접적으로 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 건물 제어 방법.
  6. 삭제
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