KR101882968B1 - 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템 - Google Patents

압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동작전원이 필요 없는 압전 하베스트 장치를 이용하여 무선으로 세대의 전등과 전열을 제어하며, 실시간으로 원격검침값을 측정하여 효과적으로 모니터링하고 세대의 에너지를 절감할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템에 관한 것으로서, 압전형 무선스위치를 사용함으로써 별도의 배터리 및 전기 공급이 내부적으로 필요하지 않으므로, 전원공급이 곤란한 위치에서도 무선제어를 위한 설치가 용이하고 긴급을 요하는 장치에서도 배터리의 잔량과 관계없이 정상 동작이 가능한 무선스위치, 무선부하제어기, 무선부하스위치, 무선감지센서, 무선비상호출기 및 계량기 무선전송장치를 제공하며, 양방향성 통신망을 통한 무선제어 및 유선 통신망에 의한 복수의 분산제어시스템의 적용에 의해 복잡하고 다양한 형태의 및 아파트, 오피스텔, 복합 건물, 관공서 등에 탄력적으로 적용 가능하며, 다수의 분산제어시스템을 통해 보다 넓은 네트워크 상의 로컬 장치의 제어가 가능할 뿐만 아니라, 상호 통신이 가능한 인접한 다른 분산제어시스템과 통제권을 상호 보완적으로 교환함으로써 어느 한 분산제어시스템에 장애가 발생하여도 다른 분산제어시스템에 의해 통제권을 행사할 수 있어 장애에도 정상적으로 동작할 수 있는 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공한다.

Description

압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템{System for managing and controlling electric energy using piezo-electric and wireless technology}
본 발명은 전기에너지 관리 및 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동작전원이 필요 없는 압전 하베스트 장치를 이용하여 무선으로 세대의 전등과 전열을 제어하며, 실시간으로 원격검침값을 측정하여 효과적으로 모니터링하고 세대의 에너지를 절감할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템에 관한 것이다.
종래의 전기에너지 관리 및 제어시스템은 세대 내에 하나의 중앙 제어기능을 하는 월 패드(Wall-Pad)와 다수의 네트워크스위치, 대기전력차단스위치, 일괄제어스위치, 가스밸브차단스위치 및 기타 제어스위치가 유선통신선로를 통하여 연결된 형태로서, 월 패드의 해당 제어선로가 직접 해당되는 제어스위치로 연결하는 방식이다. 따라서 전기에너지 관리 및 제어를 위하여 필요한 공사자재와 공사인건비용이 많이 들고, 각종 배관 및 배선으로 인하여 복잡한 공사가 이루어지는 것이 현실이다.
또한, 세대의 원격검침을 위해서는 세대의 계량기기와 원격검침서버를 연결하는 별도의 전용선이 필요한 통신방식이 사용되고 있으므로, 세대의 원격검침에 필요한 공사비와 유지보수비용이 많이 발생하고, 세대마다 복잡한 전기 및 통신공사를 수행해야 하는 불편함이 있다.
뿐만 아니라, 종래의 전기에너지 관리 및 제어방식은 설계에서부터 전기에너지 관리 및 제어에 필요한 장치 및 배선 등의 설치가 고려되지 않은 기존의 건물에는 적용하기가 매우 어려운 문제점이 있고, 건물 설계시점부터 작성된 정확하고 상세한 시공도면이 필수적으로 요구되며, 사소한 구조변경 시에도 불필요하게 많은 공사비용을 지출하여야 하는 문제점이 있다.
KR 10-1629309 B1 (2016.06.03) KR 10-1459373 B1 (2014.11.03) KR 10-2012 0076693 A (2012.07.09)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 전기에너지 관리 및 제어시스템이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 기존의 건물에도 별도의 공사가 필요 없이 전기에너지 관리 및 제어가 가능한 새로운 방식의 전기에너지 관리 및 제어시스템을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 효과적인 검침값 측정 및 분석을 기초로 하여 지능적인 전력에너지 제어를 통해 소비전력을 효과적으로 절감할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제 및 목적은 조명장치를 효과적으로 제어할 수 있도록 다양한 전기적 장애 및 제어 시스템의 부분적인 장애에 효과적으로 대처할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제 및 목적은 대기전력을 효과적으로 차단할 수 있도록 다양한 전기적 장애 및 제어 시스템의 부분적인 장애에 효과적으로 대처할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제 및 목적은 가스밸브를 안전하게 차단할 수 있도록 다양한 전기적 장애 및 제어 시스템의 부분적인 장애에 효과적으로 대처할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제 및 목적은 재실감지센서와 디지털 도어록에서 수집되는 정보를 기초로 하여 효율적인 일괄 제어를 수행할 수 있도록 다양한 전기적 장애 및 제어 시스템의 부분적인 장애에 효과적으로 대처할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템을 제공하는데 있다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템은, 다수 그룹의 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 비상호출기, 감지센서, 각종계량기에 대한 주된 통제권을 가지는 중앙제어시스템; 상기 중앙제어시스템에 의해 통제되는 것으로 상기 중앙제어시스템의 제어에 의해 상기 다수 그룹의 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기를 직접 통제하는 다수의 분산제어시스템; 및 상기 다수의 분산제어시스템과 다수 그룹의 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기간의 통신 경로를 제공하는 무선통신시스템;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 분산제어시스템은, 한 로컬그룹의 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기에 대해 주된 통제권을 가지며, 하나의 분산제어시스템은 인접한 다른 분산제어시스템이 일부 기능에 한하여 주된 통제권을 가지는 로컬그룹의 조명 장치에 대하여 예비적 통제권을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 분산제어시스템은, 하나의 분산제어시스템은 인접한 다른 분산제어시스템의 장애 여부를 모니터링하고, 인접한 다른 분산제어시스템에 장애가 발생했을 때 해당 분산제어시스템에 대응하는 그룹의 일부기능(원격검침, 로컬그룹에 대한 각종 초기값설정, 기타)에 대한 주된 통제권을 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 분산제어시스템은, 세대의 각종 계량기와 무선통신을 통하여 실시간으로 검침을 하여 사용량표시 분석을 하며, 실시간으로 중앙서버로 검침값을 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 중앙제어시스템은, 상기 다수의 분산제어시스템과 유선 통신망으로 연결되고, 상기 분산제어시스템들과 각 분산제어시스템에 대응하는 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기 장치는 무선 통신망에 의해 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 무선통신시스템은, 압전형 무선스위치와 무선으로 연결이 되고 압전형 무선스위치에 대응하는 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기 장치는 무선 통신망에 의해 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 유선 통신망은, 이더넷 방식의 랜(LAN) 및 전용선 중 적어도 어느 하나를 사용하며, 상기 분산제어시스템와 무선스위치, 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 각종계량기사이의 무선 통신망은 447MHz, 와이파이(WiFi) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 무선스위치는, 전기부하를 직접 연결할 수 있으며, 447Mhz, 와이파이 및 지그비 중 적어도 어느 하나를 통하여 직접 부하를 제어할 수 있으며, 자체적으로 터치버튼을 이용하여 수동으로 부하를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 압전형 무선스위치는, 별도의 전원이 필요없는 압전발전소자를 내장하여 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서와 무선으로 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 분산제어시스템와 압전형 무선스위치를 통하여 조명, 콘센트, 전기부하, 가스밸브, 디지털도어록, 감지센서, 기타 직접 부하를 제어하는 무선통신기능을 내장한 무선부하제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 중앙제어시스템과 다수 분산제어시스템 사이에 통신 인터페이싱을 위한 게이트웨이가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템에 있어서, 상기 게이트웨이는, 화재 감지 신호, 지진감지신호, 정전/복전 신호 중의 적어도 어느 하나를 수집하여, 상기 중앙제어시스템과 게이트웨이 간의 통신 두절 시, 다수의 분산제어시스템에 사전에 설정된 강제 패턴 제어 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명은 범세계적으로 진행되는 탄소배출량 억제와 지구 온난화 정책에 부합되며, 특히 전력 사용량을 저감하기 위한 방안으로 빌딩 및 오피스텔, 복합 건물, 관공서 등 전기에너지를 사용하는 모든 장소에서 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 양방향성 통신망을 통한 무선제어 및 유선 통신망에 의한 복수의 분산제어시스템의 적용에 의해 복잡하고 다양한 형태의 및 아파트, 오피스텔, 복합 건물, 관공서 등에 탄력적으로 적용 가능하며, 다수의 분산제어시스템을 통해 보다 넓은 네트워크 상의 로컬 장치의 제어가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상호 통신이 가능한 인접한 다른 분산제어시스템과 통제권을 상호 보완적으로 교환함으로써 어느 한 분산제어시스템에 장애가 발생하여도 다른 분산제어시스템에 의해 통제권을 행사할 수 있어 장애에도 정상적으로 동작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 압전형 무선스위치를 사용함으로써 별도의 배터리 및 전기 공급이 내부적으로 필요하지 않으므로, 전원공급이 곤란한 위치에서도 무선제어를 위한 설치가 용이하고 긴급을 요하는 장치에서도 배터리의 잔량과 관계없이 정상 동작이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 상세구조도,
도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 게이트웨이의 블록구성도,
도 4는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 분산제어시스템의 블록구성도,
도 5는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무전원 무선스위치의 블록구성도,
도 6은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선부하제어기의 블록구성도,
도 7은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선부하스위치의 블록구성도,
도 8은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선감지센서의 블록구성도,
도 9는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선비상호출기의 블록구성도,
도 10은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 계량기 무선전송장치의 블록구성도.
이하에서는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 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. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
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 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 개략적 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 조명, 콘센트, 환기팬, 가스밸브, 디지털도어록, 일괄소등스위치, 비상호출벨, 감지센서, 공기측정센서, 전기/수도/온수/난방/가스 계량기 등을 무선으로 제어하기 위한, 무전원 무선스위치(410), 무선부하제어기(420), 무선부하스위치(430), 무선감지센서(440), 무선비상호출기(450) 및 계량기 무선전송장치(460)가 포함되는 로컬그룹(400)이 다수개 조직된다.
상기 로컬그룹(400)에 대한 주된 통제권을 가지는 컴퓨터 기반의 중앙제어시스템(Supervisory Control System, 100)은 무선통신시스템에 의해 복수의 분산제어시스템(Distributed control system, 300)에 연결된다. 상기 중앙제어시스템(100)은 GUI(Graphic User Interface)를 통해 전체 시스템의 상태를 모니터링하며 전체 시스템의 제어에 필요한 각종 정보 설정 및 하달을 수행한다. 상기 복수의 분산제어시스템(300)은 447MHz 및 와이파이(WiFi)방식 등의 무선 양방향 통신 방식에 의해 로컬그룹(400)의 각종 무선기기 또는 장치 무선기기(410, 420, 430, 440, 450, 460)에 각각 연결된다.
본 발명에 따라 상기 분산제어시스템(300) 각각은 하나의 로컬그룹(400)에 대해 주통제권(Cm)을 가지며, 인접한 다른 분산제어시스템(300)에 의해 주통제권(Cm)이 행사되고 있는 다른 로컬그룹(400)에 대해 예비적 통제권을 가질 수 있다. 이는 하나의 분산제어시스템(400)에 장애가 발생하여 주통제권 하에 있는 해당 로컬그룹(400)에 대한 제어가 불가능하게 되었을 때, 인접한 다른 분산제어시스템(300)이 예비적 통제권(Cs)으로 해당 로컬그룹(400)을 통제하게 된다. 이러한 예비적 통제권(Cs)의 부여는 특정 분산제어시스템(300)의 장애를 모니터링 또는 검지한 중앙제어시스템(100)에 의해 결정되거나, 아니면 인접한 다른 분산제어시스템(300)이 이를 검출하여 예비적 통제권에 의한 특정 로컬그룹(400)에 대한 제어권 장악을 중앙 제어시스템(100)에 통보할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 상세구조도로서, 중앙제어시스템(100)과 분산제어시스템(300)의 사이에는 게이트웨이(200)가 마련되어 있다. 여기에는 화재감지센서(281), 화재위치감지센서(282), 지진감지센서(283) 등 주변 수전설비로부터 화재발생신호, 화재발생위치신호, 정전(停電)/복전(復電) 신호 등이 입력될 수 있다. 이러한 게이트웨이(200)는 분산제어시스템(300)과 중앙제어시스템(100) 사이의 통신 인터페이싱을 담당하며, 로컬그룹(400)의 각종 무선기기들의 상태 정보를 중앙제어시스템(100)으로 전송한다. 또한, 화재감지신호, 화재발생위치신호, 지진감지신호, 정전/복전신호를 독자적으로 수집하여 중앙제어시스템(100)과의 통신두절 시에도 신속하게 분산제어시스템(300)에 명령을 전달하여 기설정된 강제 패턴 및 스케쥴제어를 수행할 수 있도록 할 수 있다.
상기 분산제어시스템(300)은 각각 해당 로컬그룹(400a, 400b)의 무전원(압전형) 무선스위치(410), 무선부하제어기(420), 무선부하스위치(430), 무선감지센서(440), 무선비상호출기(450) 및 계량기 무선전송장치(460)와 실시간으로 통신하여 미리 설정된 제어정보를 바탕으로 로컬그룹(400)의 제어를 수행하며 로컬그룹(400)의 각 장치의 고장유무를 검출하며, 계량기 무선전송장치(460)로부터 전송되는 실시간 계량기값을 측정 또는 산출하여 중앙제어시스템(100)으로 전송한다. 또한, 로컬그룹(400)의 각 장치의 무선신호 감도 등에 관한 정보도 실시간으로 검출하여 중앙제어시스템(100)으로 전송한다.
상기 중앙제어시스템(100)에서는 분산제어시스템(300)으로 다양한 맵 정보를 설정할 수 있다. 이러한 맵 정보에는 무선감지센서(440)가 제어할 수 있는 무선부하제어기(420), 무선스위치(410), 무선부하스위치(430)에 대한 맵 정보, 무선비상호출기(450)가 제어하는 무선제어기기들에 대한 맵 정보가 있다. 또한, 중앙제어시스템(100)에서 무선감지센서(440), 무선비상호출기(450)의 자동/수동 모드에 관한 정보, 권한이 없는 조작 또는 제어를 방지하기 위한 무선부하스위치(430)의 임의조작 금지설정, 그리고 타임스케쥴제어를 위한 리얼타임클럭의 설정 정보 등이 있다.
이러한 방식은 기존의 시스템에서 현장에서 일일이 리모트 콘트롤러(리모콘)로 설정하는 방식의 불편함과 이에 따른 시간소요 등의 여러가지 문제점을 개선한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템의 게이트웨이의 블록구성도로서, 도 3을 참조하면, 게이트웨이(200)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(210)을 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(210)는 호스트 통신부(220)에 의해 중앙제어시스템(100)에 연결되며, 슬레이브 통신부(230)를 통해서는 분산제어시스템(300)과 연결된다.
마이크로 컨트롤러(210)의 주변요소로서 RTC(Real Time Clock, 240) 및 이의 구동전력을 제공하는 배터리(250), 마이크로 컨트롤러(210)의 데이터 처리를 위한 데이터 저장소인 비휘발성 메모리(260), 그리고 게이트웨이(200)의 내부 설정을 위한 터치스크린이나 조작부 등의 입력부(270)가 마련되고, 화재감지부/화재위치감지부(281), 지진감지부(282), 정전/복전정보입력부(283) 및 이들로부터의 신호를 처리하는 비상신호판단부(280)가 마련된다.
화재감지부/화재위치감지부(281)로는 화재발생 및 위치정보가 입력되고, 지진감지부(282)는 지진센서의 각종신호가 입력되며, 정전/복전정보입력부(283)로는 수전설비 전압신호, 비상발전기 전압신호, 전력 ATS(Automatic Transfer System)의 절체신호 등이 입력된다.
상기와 같은 게이트웨이(200)는 전술한 바와 같이, 분산제어시스템(300)과 중앙제어시스템(100) 사이의 통신 인터페이싱을 담당함과 아울러, 로컬그룹(400)의 각종 무선기기들의 상태 정보를 중앙제어시스템(100)으로 전송하고, 또한, 화재감지신호, 지진감지신호, 정복/복전신호를 독자적으로 수집하여 중앙제어시스템(100)과의 통신두절 시에도 신속하게 분산제어시스템(300)에 명령을 전달하여 기 설정된 강제 패턴제어 및 강제 스케줄 제어를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 분산제어시스템의 블록구성도로서, 도 4를 참조하면, 분산제어시스템(300)은 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(310)을 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(310)는 통신부(320)에 의해 게이트웨이(200)의 슬레이브 통신부(230)와 연결되며, 슬레이브에서는 447MHz 또는 WiFi등의 통신부(330)를 통해서는 로컬그룹(400)의 각종 무선기기(410, 420, 430, 440, 450, 460) 등과 연결된다.
마이크로 컨트롤러(310)의 주변요소로서 RTC(Real Time Clock, 340) 및 이의 구동전력을 제공하는 배터리(350), 마이크로 컨트롤러(310)의 데이터 처리를 위한 데이터 저장소인 비휘발성 메모리(360), 그리고 마이크로 컨트롤러(310)의 내부설정을 위한 터치스크린이나 조작부 등의 입력부(380)가 마련된다. 한편, 마이크로 컨트롤러(310)의 내부설정을 위해 키보드입력부(371)나 USB입력부(372)로부터 명령 또는 데이터를 입력받는 설정부(370)가 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무전원 무선스위치의 블록구성도로서, 도 5를 참조하면, 무전원 무선스위치(410)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(411)를 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(411)는 447MHz 또는 지그비(Zigbee) 등의 무선통신부(412)를 통하여 무선부하제어기(420)와 단방향통신을 행한다. 마이크로 컨트롤러(411)는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(413), 디밍 레벨 업다운, 온/오프, 자동/수동기능을 설정하는 파라메타 설정부(414)과 연결된다.
무전원 무선스위치(410)는 압전발전소자(415)를 누르면 스위칭 작동을 위한 소정의 AC전력이 생성되며, AC-DC컨버터(416)에서 정류와 필터과정을 거쳐 DC전력이 생성됨과 동시에 키입력(417)을 확인하여 입력된 키에 해당하는 데이터를 무선송신부(412)로 전송한다.
도 6은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선부하제어기의 블록구성도로서, 도 6을 참조하면, 무선부하제어기(420)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(421)를 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(421)는 447MHz, 와이파이 또는 지그비 등의 무선통신부(422)를 통하여 분산제어시스템(300)의 통신부(330)와 양방향통신을 하며, 압전소자를 이용한 무전원 무선스위치(410)와 단방향통신을 행한다. 마이크로 컨트롤러(421)에는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(423), 수동 온/오프, 또한 파라메터설정 기능을 행하는 다기능 조작스위치(424)와 연결된다.
다기능 조작스위치(424)의 조작에 따라 마이크로 컨트롤러(421)는 D/A컨버터(425)를 통해 변환된 신호를 제어신호출력부(426)를 통하여 부하스위치, 조명, 콘센트, 전기기기, 가스밸브, 디지털도어록 및 기타 유무선기제어기의 부하제어릴레이(SCR, 510) 및 디밍 제어를 위한 제어신호를 출력한다.
일례로, 다기능 조작스위치(424)를 1초이내로 누를 때 마다 부하제어릴레이(510)는 온/오프 동작을 하며, 다기능 조작스위치(424)를 5초이상 누르면 자동 주소설정모드로 동작진입을 하며, 이때 분산제어시스템(300) 및 무전원 무선스위치(410)의 임의의 버튼을 누르면 제어대상 주소가 자동으로 입력된다. 이때 입력된 주소는 비휘발성 메모리(423)에 저장된다. 또한, 다기능 조작스위치(424)를 10초이상 누르면 무선 송수신 데이터의 통신리피트 기능을 수행하고, 다기능 조작스위치(424)를 15초이상 누르면 현제 비휘발성 메모리(423)에 저장된 모든 정보가 초기화된다. 또한, 다기능 조작스위치(424)의 조작에 따라 조명기기의 디머(520)를 제어하기 위한 제어신호가 제어신호출력부(426)로부터 출력된다.
무선부하제어기(420)는 외부 교류전원부(600)로부터 전원을 입력받아 각 구성부로 공급하는 파워서플라이(427)를 구비한다. 이때, 제어신호출력부(426)는 교류전원부(600)로부터 직접 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선부하스위치의 블록구성도로서, 도 7을 참조하면, 무선부하스위치(430)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(431)를 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(431)는 447MHz, 지그비, 와이파이 등의 무선통신부(432)를 통하여 분산제어시스템(300)의 통신부(330)와 양방향통신을 하고, 터치패널(433)을 통하여 각종 파라미터를 설정할 수 있으며, 다기능 터치패널(433)을 통하여 직접 부하제어를 수행한다. 마이크로 컨트롤러(431)에는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(434), 수동 온/오프, 또한 파라메터설정 기능을 행하는 다기능 터치패널(433)이 연결된다.
또한, 다기능 터치패널(433)의 입력에 따라 마이크로 컨트롤러(431)는 D/A컨버터(435)를 통해 변환된 신호를 제어신호출력부(436)를 통하여 전등, 환기팬, 기타 전기기의 부하제어릴레이(SCR, 510) 및 디밍 제어를 위해 조명기기의 디머(520)로 제어신호를 출력한다.
무선부하스위치(430)는 외부 교류전원부(600)로부터 전원을 입력받아 각 구성부로 공급하는 파워서플라이(437)를 구비한다. 이때, 제어신호출력부(436)는 교류전원부(600)로부터 직접 전원을 공급받아 동작할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선감지센서의 블록구성도로서, 도 8를 참조하면, 무선감지센서(440)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(441)을 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(441)는 447MHz, 지그비, 와이파이 등의 무선통신부(442)를 통하여 분산제어시스템(300)의 통신부(330)에 연결된다. 물체감지부(443)로부터의 아날로그 신호는 신호 증폭기 및 A/D 컨버터(444)를 통해 디지털화된 후 마이크로 컨트롤러(441)로 입력된다. 한편, 마이크로 컨트롤러(441)에는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(445), 채널 번호, 기기 ID, 신호 이득(gain) 등의 설정을 위한 IR 수신기(446)와 파라메타 설정부(447)가 연결된다.
무선감지센서(440)는 외부 교류전원부(600)로부터 전원을 입력받아 각 구성부로 공급하는 파워서플라이(448)를 구비한다. 이때, 무선감지센서(440)는 보조배터리(449)를 더 구비할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 무선비상호출기의 블록구성도로서, 도 9를 참조하면, 무선비상호출기(450)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(451)을 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(451)는 447MHz, 지그비, 와이파이 등의 무선통신부(452)를 통하여 분산제어시스템(300)의 통신부(330)에 단방향으로 연결된다. 비상신호입력부(453)로부터 인가되는 아날로그 신호는 신호 증폭기 및 A/D 컨버터(454)를 통해 디지털화된 후 마이크로 컨트롤러(451)로 입력된다. 한편, 마이크로 컨트롤러(451)에는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(455), 채널 번호, 기기 ID, 신호 이득(gain) 등의 설정을 위한 파라메타 설정부(456)가 연결된다. 무선비상호출기(450)는 압전발전소자(457)를 누르면 무선비상호출을 위한 소정의 AC전력이 생성되며, AC-DC컨버터(458)에서 정류와 필터과정을 거쳐 DC전력이 생성됨과 동시에 키입력(459)을 확인하여 입력된 키에 해당하는 데이터를 무선송신부(452)를 통해 분산제어시스템(300)로 전송한다.
도 10은 본 발명에 따른 전기에너지 관리 및 제어시스템에 적용되는 계량기 무선전송장치의 블록구성도로서, 도 10을 참조하면, 계량기 무선전송장치(460)는 마이크로프로서 또는 마이크로 컨트롤러(461)을 중심으로 하는 하드웨어 아키텍쳐를 갖춘다. 마이크로 컨트롤러(461)는 447MHz, 지그비, 와이파이 등의 무선통신부(462)를 통하여 분산제어시스템(300)의 통신부(330)에 단방향으로 연결된다.
마이크로 컨트롤러(461)에는 데이터프로세싱 시 사용되는 비휘발성 메모리(463), 채널 번호, 기기 ID, 신호 이득(gain) 등의 설정을 위한 파라메타 설정부(464)가 연결된다.
전기/수도/온수/난방/가스 계량기(530)로부터 인가되는 계량기 수치값은 계량기 신호입력부(465)를 통해 마이크로 컨트롤러(461)로 입력된다.
또한, 계량기 무선전송장치(460)는 압전발전소자(466)가 유량배관에 설치가 되며, 자체적으로 전기가 생성된다. 계량기 수치값의 무선송출을 위한 소정의 AC전력이 생성되어 AC-DC컨버터(467)에서 정류와 필터과정을 거쳐 DC전력이 생성됨과 동시에 에너지저장장치(468)에 저장을 하며, 무선통신부(462)를 통하여 분산제어시스템(300)와 양방향 통신으로 계량기 수치값을 전송한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템은 범세계적으로 진행되는 탄소배출량 억제와 지구 온난화 정책에 부합되며, 특히 전력 사용량을 저감하기 위한 방안으로 빌딩 및 오피스텔, 복합 건물, 관공서 등 전기에너지를 사용하는 모든 장소에서 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템은 양방향성 통신망을 통한 무선제어 및 유선 통신망에 의한 복수의 분산제어시스템의 적용에 의해 복잡하고 다양한 형태의 및 아파트, 오피스텔, 복합 건물, 관공서 등에 탄력적으로 적용 가능하며, 다수의 분산제어시스템을 통해 보다 넓은 네트워크 상의 로컬 장치의 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템은 상호 통신이 가능한 인접한 다른 분산제어시스템과 통제권을 상호 보완적으로 교환함으로써 어느 한 분산제어시스템에 장애가 발생하여도 다른 분산제어시스템에 의해 통제권을 행사할 수 있어 장애에도 정상적으로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템은 압전형 무선스위치를 사용함으로써 별도의 배터리 및 전기 공급이 내부적으로 필요하지 않으므로, 전원공급이 곤란한 위치에서도 무선제어를 위한 설치가 용이하고 긴급을 요하는 장치에서도 배터리의 잔량과 관계없이 정상 동작이 가능하다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
100: 중앙제어시스템 200: 게이트웨이
300: 분산제어시스템 410: 무전원 무선스위치
420: 무선부하제어기 430: 무선부하스위치
440: 무선감지센서 450: 무선비상호출기
460: 계량기 무선전송장치 500: 전기기기 등 무선부하
510: 각종 계량기 600: 외부 교류입력전원
Cm: 주통제권 Cs: 예비통제권

Claims (12)

  1. 조명, 콘센트, 환기팬, 가스밸브, 디지털도어록, 일괄소등스위치, 비상호출벨, 감지센서, 공기측정센서, 전기/수도/온수/난방/가스 계량기를 포함하는 전기부하를 별도의 전원 없이 무선으로 제어하기 위하여 압전 발전소자를 내장하고, 상기 전기부하와 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나로 연결되어, 제어명령에 따라 상기 전기부하를 제어하며, 상기 전기부하를 수동으로 제어하는 터치버튼을 더 부착한 압전형 무전원의 무선스위치와,
    분산제어시스템과 무선통신을 수행하여, 상기 무선스위치를 통하여 상기 전기부하를 제어하며, 다기능 조작스위치를 구비하여 상기 무선스위치의 제어대상을 재설정하는 무선부하제어기와,
    상기 분산제어시스템과 무선통신을 수행하여, 다기능 터치패널을 구비하여 상기 전기부하를 직접 제어하는 무선부하스위치와,
    상기 분산제어시스템과 무선통신을 수행하여, 중앙제어시스템이 상기 분산제어시스템에 설정한 맵 정보에 따라 제어할 수 있는 무선스위치와 무선부하제어기 및 무선부하스위치를 제어하는 무선감지센서와,
    별도의 전원 없이 무선으로 제어하기 위하여 압전 발전소자를 내장하고, 상기 분산제어시스템과 단방향 무선통신을 수행하여, 입력되는 비상신호를 상기 분산제어시스템으로 전송하는 무선비상호출기 및
    별도의 전원 없이 무선으로 제어하기 위하여 압전 발전소자를 내장하고, 상기 분산제어시스템과 단방향 무선통신을 수행하여, 전기/수도/온수/난방/가스 계량기로부터 인가되는 실시간 계량기 수치값을 전송하는 계량기 무선전송장치를 포함하는 다수의 로컬그룹;
    상기 다수의 로컬그룹에 대한 주(Main)통제권을 가지고, GUI(Graphic User Interface)를 통해 시스템 전체의 상태를 모니터링하여 전체 시스템의 제어에 필요한 각종 정보 설정 및 하달을 수행하고, 특정 분산제어시스템의 장애가 모니터링되면 인접한 다른 분산제어시스템에게 예비적 통제권을 부여하며, 무선감지센서가 제어할 수 있는 무선스위치, 무선부하제어기 및 무선부하스위치에 대한 맵 정보, 무선비상호출기가 제어하는 무선제어기기들에 대한 맵 정보, 무선감지센서와 무선비상호출기의 자동/수동 모드에 관한 정보, 무선부하스위치의 임의조작 금지설정 및 타임스케쥴제어를 위한 리얼타임클럭의 설정 정보를 분산제어시스템에 제공하는 중앙제어시스템;
    상기 중앙제어시스템의 제어에 의해 상기 다수의 로컬그룹 중 매칭되는 로컬그룹에 대하여 주통제권을 가지고 각 장치의 무선신호 감도, 고장유무를 실시간으로 검출 및 계량기 수치값을 실시간 측정 또는 산출하여 상기 중앙제어시스템으로 전송하며, 인접한 다른 분산제어시스템이 주통제권을 가지는 로컬그룹의 조명장치에 대하여 예비적 통제권을 가지고 인접한 다른 분산제어시스템의 장애 여부를 모니터링하여, 인접한 다른 분산제어시스템에 장애가 발생했을 때 이를 검출하여 예비적 통제권에 의한 특정 로컬그룹에 대한 주통제권 장악을 상기 중앙제어시스템에 통보 및 장애가 발생한 분산제어시스템에 대응하는 로컬그룹의 원격검침 및 초기값설정에 대한 주통제권을 획득하고, 화재 감지 신호, 지진감지신호 및 정전/복전 신호를 독자적으로 수집하여 상기 중앙제어시스템과의 통신두절 시 기설정된 강제 패턴 및 스케쥴제어를 수행하는 다수의 분산제어시스템;
    상기 중앙제어시스템과 다수 분산제어시스템 사이의 통신 인터페이싱을 수행하며, 화재 감지 신호, 지진감지신호 및 정전/복전 신호 중 적어도 어느 하나를 수집하여, 상기 중앙제어시스템과 게이트웨이 간의 통신 두절 시 다수의 분산제어시스템에 사전에 설정된 강제 패턴 제어 신호를 전송하는 게이트웨이; 및
    상기 중앙제어시스템과 상기 다수의 분산제어시스템 및 상기 다수의 로컬그룹간의 통신경로를 제공하는 무선통신시스템;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템.
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