KR101892084B1 - 지능형 펌프 제어장치 - Google Patents

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KR101892084B1
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Abstract

본 발명은 지능형 펌프 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 종류의 수위센서를 이용하여 수위를 측정하고, 수위를 측정한 측정값을 분석하여 수위센서의 고장여부를 파악하여 수위 측정의 신뢰성을 향상시킨 지능형 펌프 제어장치를 제공한다.

Description

지능형 펌프 제어장치 {INTELLIGENT PUMP CONTROL DEVICE}
본 발명은 지능형 펌프 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 종류의 수위센서를 이용하여 수위를 측정하고, 수위를 측정한 측정값을 분석하여 수위센서의 고장여부를 파악하여 수위 측정의 신뢰성을 향상시킨 지능형 펌프 제어장치에 관한 것이다.
상수처리, 하수처리, 우수처리, 오수처리, 배수처리, 급수처리 등 각종 수처리 시설 등에 유체를 저장하는 수조가 있으며, 해당 수조는 일반적으로 최저 수위와 최대 수위 사이에서 수위를 유지하도록 관리되고 있다.
이를 위해, 수조에 유체를 채우거나, 수조로부터 유체를 배출시키는 펌프가 설치될 수 있다.
수조의 수위를 관리하기 위해서 가장 중요한 것은 수조의 수위를 정확하게 측정하는 것이나, 수위를 측정하는 센서의 고장 등으로 수조의 수위가 적정 범위를 벗어날 경우 심각한 문제를 초래할 수 있다.
또한, 수조와 연결된 펌프의 고장 시에도 수조의 수위 조절이 안 되어 심각한 문제를 초래할 수 있다.
한국등록특허 [10-1758248]에서는 디지털 필터 기능의 수위계를 이용하여 오수펌프장, 배수지의 원격제어진단이 가능한 계측제어시스템이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-1758248](등록일자: 2017년07월10일)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 종류의 수위센서를 이용하여 수위를 측정하고, 수위를 측정한 측정값을 분석하여 수위센서의 고장여부를 파악하여 수위 측정의 신뢰성을 향상시킨 지능형 펌프 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는, 수조(10)의 수위를 측정하는 제1수위센서(11)의 측정값을 입력받는 제1수위신호입력부(110); 수조(10)의 수위를 측정하는 제2수위센서(12)의 측정값을 입력받는 제2수위신호입력부(120); 상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 제어하는 제어신호를 출력하는 제어신호출력부(500); 및 상기 제1수위신호입력부(110)로부터 입력받은 측정값 및 상기 제2수위신호입력부(120)로부터 입력받은 측정값을 분석하여, 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 여부를 판단하고, 정상으로 판단된 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택된 어느 하나 또는 복수의 측정값에 따라, 상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 가동시키는 제어신호가 상기 제어신호출력부(500)로 출력되도록 제어하는 제어부(900);를 포함하되, 상기 제1수위센서(11)와 제2수위센서(12)는 서로 다른 종류의 수위센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1수위센서(11)는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하며, 상기 제2수위센서(12)는 접촉식 센서인 것을 특징으로 하되, 미리 설정된 높이마다 설치되는 것을 특징으로 하고, 상부 또는 하부 방향으로 순차적인 순번을 지정하여 관리하며, 상기 제어부(900)는 상기 제1수위센서(11)의 수위 측정값을 근거로 상기 제2수위센서(12)의 작동 시 수위를 저장하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1수위센서(11)는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하며, 상기 제2수위센서(12)는 접촉식 센서인 것을 특징으로 하되, 미리 설정된 높이마다 설치되는 것을 특징으로 하고, 상부 또는 하부 방향으로 순차적인 순번을 지정하여 관리하며, 상기 제어부(900)는 상기 제2수위센서(12)의 측정값이 순차적으로 변화되지 않은 구간 발생 시 상기 제2수위센서(12)의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또, 상기 제어부(900)는 상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 저장 및 관리하며, 상기 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하는 경우, 상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지능형 펌프 제어장치는 상기 펌프(50)에 인가된 전기적 특성(전압 또는 전류) 값을 입력받는 펌프신호입력부(200);를 포함하며, 상기 제어부(900)는 상기 펌프신호입력부(200)로부터 입력받은 전기적 특성 값을 분석하여, 상기 펌프(50)의 고장 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 펌프(50)가 작동되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전기적 특성 값은 전류인 것을 특징으로 하며, 상기 제어부(900)는 전류 변화량을 근거로 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하여 펌프(50)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지능형 펌프 제어장치는 상기 수조(10)에 유입되는 유체의 유입유량 측정값을 입력받는 유입유량입력부(300); 및 상기 수조(10)로부터 유출되는 유체의 유출유량 측정값을 입력받는 유출유량입력부(400);를 포함하며, 상기 제어부(900)는 상기 제1수위신호입력부(110), 제2수위신호입력부(120), 유입유량입력부(300) 및 유출유량입력부(400)로부터 입력받은 제1수위센서(11)의 측정값, 제2수위센서(12)의 측정값, 유입유량 값 및 유출유량 값을 분석하여, 수위의 변화를 예측하고, 수위를 높여야 할 것인지 수위를 낮춰야 할 것인지 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 펌프(50)가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(900)는 다수의 상기 펌프(50)를 미리 결정된 순서에 따라 교번되게 작동시키도록 제어신호를 제어신호출력부로 보내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지능형 펌프 제어장치는 상기 제1수위신호입력부(110)와 상기 제1수위센서(11)의 통신, 제2수위신호입력부(120)와 상기 제2수위센서(12)의 통신 및 상기 제어신호출력부(500)와 상기 펌프(50)의 통신이 유선 및 무선 통신이 가능하도록 통신을 이중화한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치에 의하면, 서로 다른 종류의 수위센서를 이용하여 수위를 측정하고, 수위를 측정한 측정값을 분석하여 수위센서의 고장여부를 파악함으로써, 수위 측정의 신뢰성을 향상시키고, 펌프의 오동작을 예방할 수 있는 효과가 있다.
또, 측정값 차이가 미리 설정된 값 이상인 경우 수위센서의 고장 여부를 판단함으로써, 어느 한 종류의 수위센서의 고장 발생을 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 비접촉식 센서를 이용하여 접촉식 센서의 캘리브레이션을 자동으로 수행함으로써, 각각의 접촉식 센서마다 작동수위를 별도로 설정하지 않아도 자동으로 캘르브레이션이 가능한 효과가 있다.
또, 접촉식 센서와 비접촉식 센서를 사용하여 측정값이 순차적으로 변화되지 않는 구간이 발생 시 고장으로 판단함으로써, 보다 신속하고 간편하게 수위센서의 고장 발생을 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 저장하고, 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하여 고장 여부를 판단함으로써, 인공지능에 가까운 고장 식별 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또, 펌프의 전기적 특성 값을 입력받아 펌프의 고장 여부를 판단함으로써, 실시간으로 펌프의 고장 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
또, 전류값의 센싱 만으로도 펌프의 고장 여부를 판단할 수 있음으로써, 펌프의 고장 여부를 판단하기 위해 설비를 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 수위의 변화를 예측하고, 수위를 높여야 할 것인지 수위를 낮춰야 할 것인지 판단하여, 판단 결과에 따라 펌프가 작동되도록 제어함으로써, 유체의 유입량 보다 유출량이 많은 구간이 발생되는 상황을 예측하여 미리 충분한 여분의 유체를 보유하여 대처할 수 있는 효과가 있다.
또, 펌프가 교번되게 작동되도록 함으로써, 어느 한 펌프에 부하가 몰리는 것을 예방하고, 이를 통해 펌프의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 유선통신과 무선통신으로 통신을 이중화 함으로써, 어느 하나의 통신이 불통인 상태에서도 다른 하나의 통신을 이용하여 모니터링 및 제어가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치에 연결되는 센서와 모터가 수조에 설치된 예를 보여주는 개념도.
도 5은 도 1에 펌프신호입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도.
도 6는 도 1에 유입유량입력부와 유출유량입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도.
도 7은 도 1에 펌프신호입력부, 유입유량입력부 및 유출유량입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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 이해되어야한다.
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 명세서에서 사용되는 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, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치에 연결되는 센서와 모터가 수조에 설치된 예를 보여주는 개념도이며, 도 5은 도 1에 펌프신호입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도이고, 도 6는 도 1에 유입유량입력부와 유출유량입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도이며, 도 7은 도 1에 펌프신호입력부, 유입유량입력부 및 유출유량입력부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 제어장치의 일종으로, 각종 센서로부터 신호를 받아 제어기에 신호를 보냄으로써 자동제어가 가능하도록 해주는 장치(PLC; Programmable Logic Controller)이며, 모터제어반(MCC)과 직렬 또는 병렬적으로 연결하여 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 제1수위신호입력부(110), 제2수위신호입력부(120), 제어신호출력부(500) 및 제어부(900)를 포함한다.
제1수위신호입력부(110)는 수조(10)의 수위를 측정하는 제1수위센서(11)의 측정값을 입력받는다.(도 2 내지 도 4 참조)
제2수위신호입력부(120)는 수조(10)의 수위를 측정하는 제2수위센서(12)의 측정값을 입력받는다.(도 2 내지 도 4 참조)
이때, 상기 제1수위센서(11)와 제2수위센서(12)는 서로 다른 종류의 수위센서인 것을 특징으로 한다.
상기 제1수위센서(11) 또는 제2수위센서(12)로 사용 가능한 수위센서는 크게 접촉식 센서와 비접촉식 센서로 구분할 수 있다.
접촉식 센서는 센싱에 이용되는 물리적인 부분이 유체와 접촉하여 수위를 측정하는 센서를 말하고, 비접촉식 센서는 센싱에 이용되는 물리적인 부분 유체와 이격된 상태에서 수위를 측정하는 센서를 말한다.
접촉식 센서의 예로는 플로트 스위치식, 전기 전도식(전극봉 타입), 정전 용량식 등이 있다.
플로트 스위치식 센서의 대표적인 예로, 맥도널식(Mcdonnell)은 수위에 따라 플로트볼이 부력에 의해 상하로 운동하면 상부 스위치 박스에 설치된 스위치의 탈착에 의해 전기 회로를 형성함으로써 수위를 검출한다. 맥도널식은 주로 ON/OFF 수위조절기나 경보용 차단 스위치로 사용되며, 액체 저항에 관계없이 동작되는 레벨 제어에 적합하다.
전기 전도식(전극봉 타입) 센서는 전도성 액체가 담긴 금속 개방탱크내의 금속 전극봉과 금속 탱크몸체(접지) 사이에 교류 전류를 흘려보내면 전극봉에 전도성 액체가 닿을 경우는 전류가 흐르게 되며, 전도성 액체가 닿지 않을 경우에는 전류가 흐르지 않게되는 특성을 이용하여, 일정한 지점에서의 수위의 높고 낮음을 판단할 수 있다.
정전 용량식(Capacitance Probe type) 센서의 측정원리는 콘덴서의 원리와 동일하다. 즉, 두개의 금속판 사이에 유전체를 두고 일정한 전압을 걸면 두 금속판 사이의 거리, 마주보는 금속판의 면적 그리고 유전체의 유전율에 의해 금속평판에 모여드는 전하량의 크기가 변하게 되는데, 정전 용량식 수위검지기의 경우 수위에 따라 면적이 변하며 따라서 수위의 증감에 따라 정전 용량이 선형적으로 비례하게 된다. 즉, 수위가 오르거나 떨어짐에 따라 정전용량이 변한다.
비접촉 센서의 예로는 초음파식 및 레이더식 등이 있다.
초음파식 센서는 초음파가 반사되어 되돌아온 시간과 초음파의 속도를 근거로 수면과의 거리를 측정하여 수위를 측정하는 방식이며, 레이더식 센서는 전파가 반사되어 되돌아온 시간과 전파의 속도를 근거로 수면과의 거리를 측정하여 수위를 측정하는 방식이다.
제어신호출력부(500)는 상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 제어하는 제어신호를 출력한다.
상기 제어신호출력부(500)는 모터제어반(MCC) 등에 연결되어 모터를 제어할 수 있다.
제어부(900)는 상기 제1수위신호입력부(110)로부터 입력받은 측정값 및 상기 제2수위신호입력부(120)로부터 입력받은 측정값을 분석하여, 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 여부를 판단하고, 정상으로 판단된 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택된 어느 하나 또는 복수의 측정값에 따라, 상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 가동시키는 제어신호가 상기 제어신호출력부(500)로 출력되도록 제어한다.
상기 제어부(900)는 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12)의 고장 여부를 판단할 수 있고, 정상으로 판단된 수위센서(11, 12)로부터 입력받은 측정값을 근거로 모터(50)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제어부(900)는 상기 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12)의 측정값 차이가 미리 설정된 값 이상인 경우, 제1수위센서(11) 또는 제2수위센서(12)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12)의 측정값 차이가 미리 설정된 값 이하인 경우, 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12)가 정상인 것으로 판단하고, 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12)의 측정값 차이가 미리 설정된 값 이상인 경우, 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12) 중 어떤 센서가 고장인지 각각의 측정값을 분석하여 고장 여부를 판단할 수 있다.
일 예로, 상기 제1수위센서(11)는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하며, 상기 제2수위센서(12)는 접촉식 센서인 것을 특징으로 하되, 상기 제2수위센서(12)는 미리 설정된 높이마다 설치되는 것을 특징으로 하고, 상부 또는 하부 방향으로 순차적인 순번을 지정하여 관리하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제어부(900)는 상기 제1수위센서(11)의 수위 측정값을 근거로 상기 제2수위센서(12)의 작동 시 수위를 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 제2수위센서(12)로 플로트 스위치식 센서가 미리 설정된 높이마다 설치된 경우, 수위가 오름에 따라 가장 아래쪽에 설치된 제2수위센서(12)의 플로트볼 부터 단계적으로 떠오르게 되며, 각각의 제2수위센서(12)의 플로트볼이 떠올라 스위치를 작동시킬 때, 수위가 얼마인지를 제1수위센서(11)로 측정된 수위로 저장할 수 있다.
이는, 캘리브레이션(눈금 매기기)을 자동으로 수행함을 의미한다.
종래에는, 각각의 플로트 스위치식 센서의 스위치가 작동되는 순간의 수위를 현장에서 직접 측정하고, 각각의 플로트 스위치식 센서 마다 수위가 얼마일 때 작동하는지 설정하여 사용하는 불편함이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 캘리브레이션을 수행하는 명령을 내리면 수조의 수위를 변화시키면서 자동으로 캘리브레이션을 수행하거나, 수조의 수위가 변화됨에 따라 자동으로 캘리브레이션을 수행할 수 있어, 별도로 제2수위센서(12)의 작동 수위 설정이 필요 없다.
이러한 캘리브레이션은 상기 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12) 상호간 대별되는 수위가 맞지 않을 경우 어떤 것이 고장인지 예측하기 위함이다.
다른 예로, 상기 제1수위센서(11)는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하고, 상기 제2수위센서(12)는 접촉식 센서인 것을 특징으로 하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제어부(900)는 상기 제2수위센서(12)의 측정값이 순차적으로 변화되지 않은 구간 발생 시 상기 제2수위센서(12)의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 제2수위센서(12)는 미리 설정된 높이마다 설치되는 것이 바람직하고, 상부 또는 하부 방향으로 순차적인 순번을 지정하여 관리 할 수 있다.(도 2 내지 도 4 참조)
가장 하부에 설치된 제2수위센서(12)를 1 번으로 지정한 예를 들어 설명하면, 1 번에 신호가 들어오고 이후 3 번 이상의 번호에 해당되는 신호가 들어온다면 상기 제2수위센서(12)의 고장으로 판단할 수 있다.
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다른 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제어부(900)는 상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 저장 및 관리하며, 상기 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하는 경우, 상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1수위센서(11)의 고장 시 발생되는 신호의 패턴, 제2수위센서(12)의 고장 시 발생되는 신호의 패턴 또는 제1수위센서(11)와 제2수위센서(12)가 동시에 고장 시 발생되는 신호의 패턴 등 수위센서(11, 12)의 고장 시 발생되는 신호의 패턴은 다양하게 존재하며, 해당 패턴 발생 시 수위센서(11, 12)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이때, 제어부(900)는 고장 상태를 나타내는 신호 패턴이 식별되지 않았지만 고장이 발생된 것을 인지하였을 경우, 고장이 발생된 시점의 신호 패턴을 고장 상태를 나타내는 신호 패턴으로 추가 저장하여 관리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이는, 고장 여부의 판단 결과 신뢰성을 점차적으로 높이기 위함이다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제1수위센서(11) 또는 제1수위센서(12)는 미리 설정된 높이마다 설치되며, 부력의 크기를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
부력의 크기는 로드셀 등을 이용하여 측정할 수 있다.
예를 들어, 부력에 의해 수면 위로 떠오르는 물체의 끝단에 로드셀을 연결하면 부력에 의해 작용하는 힘인 부력의 크기를 측정할 수 있다.
이는, 물이 잠긴 부피에 따라 변화되는 부력의 크기를 근거로 더욱 정확하게 수위센서(11, 12)의 고장 여부를 판단하기 위함이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 상기 펌프(50)에 인가된 전기적 특성(전압 또는 전류) 값을 입력받는 펌프신호입력부(200)를 포함하며,
상기 제어부(900)는 상기 펌프신호입력부(200)로부터 입력받은 전기적 특성 값을 분석하여, 상기 펌프(50)의 고장 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 펌프(50)가 작동되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전기적 특성 값은 전압, 전류, 저항, 전력 등에 대한 값이 될 수 있다.
이때, 상기 전기적 특성 값은 전류인 것을 특징으로 하며,
상기 제어부(900)는 전류 변화량을 근거로 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하여 펌프(50)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
펌프의 고장 시에는 특정 신호 패턴의 그래프가 발생된다.
펌프(50)는 고정자 및 회전자를 갖는 전기 모터를 포함하며, 전류센서가 전기 모터에 공급되는 전류를 측정하여 상기 펌프신호입력부(200)에 전달한다.
펌프(50) 내에 존재하는 진동의 모든 소스(로드 토크 및 샤프트 등의 변화)는 전기 모터에 영향을 미칠 것이라는 것이 인식되고 있다. 따라서, 이러한 변동을 구동하는 데 필요한 에너지는 전기 모터에 의해 제공되어야 하며 반드시 그 전기 전력 신호 패턴으로 변환된다. 펌프(50) 내의 임의의 진동은 모터 전류에서 특징적인 신호 패턴을 형성하게 된다. 전기 모터의 상이한 동작 특성은 전력 스펙트럼 밀도 내의 상이한 신호 패턴을 생성한다. 전력 스펙트럼 밀도를 분석하여 하나 이상의 특징적인 신호 패턴을 식별함으로써, 펌프(50)에서 펌프 고장 상태(또는 잠재적인 펌프 고장 상태)가 식별될 수 있으며, 이는 비정상 동작을 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 신호 피크(즉, 비교적 큰 상방 또는 하방 진폭 변화)가 발생하는 주파수 또는 이 신호 피크의 진폭은 펌프(50)의 특정 진동 신호 패턴을 식별하는 데 사용될 수 있다.
보다 상세한 예로서, 특정 주파수에서(또는 사전정의된 주파수 범위 내에서) 신호 피크는 전기 모터의 특정 진동 신호 패턴을 나타낼 수 있다. 이 진동 신호 패턴은, 가령 전기 모터에서의 편심 또는 전기 모터에서의 토크 발진의 결과일 수도 있다.
즉, 진동 시그니처와 연관된 신호 패턴을 식별함으로써, 펌프(50) 고장 상태를 식별하거나 예측할 수 있다.
일반적으로 펌프(50)의 고장을 식별하기 위해서는 펌프의 각상 전류, 상간전압, 전력, 역률, 전력량, 권선 및 베어링온도 및 절연저항 측정 등 많은 공정을 수작업으로 수행하고 난 뒤 식별할 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 전류 변화량을 근거로 고장 여부를 판단할 수 있다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 상기 수조(10)에 유입되는 유체의 유입유량 측정값을 입력받는 유입유량입력부(300) 및 상기 수조(10)로부터 유출되는 유체의 유출유량 측정값을 입력받는 유출유량입력부(400)를 포함하며,
상기 제어부(900)는 상기 제1수위신호입력부(110), 제2수위신호입력부(120), 유입유량입력부(300) 및 유출유량입력부(400)로부터 입력받은 제1수위센서(11)의 측정값, 제2수위센서(12)의 측정값, 유입유량 값 및 유출유량 값을 분석하여, 수위의 변화를 예측하고, 수위를 높여야 할 것인지 수위를 낮춰야 할 것인지 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 펌프(50)가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
유입유량입력부(300) 및 유출유량입력부(400)를 구비함으로써, 유체의 유출유량 측정값 및 유체의 유입유량 측정값을 분석하여 수조(10)의 수위를 예측할 수 있으며, 이를 제1수위센서(11)와 상기 제2수위센서(12)의 고장 여부 판단에 이용할 수 있다.
또한, 유체의 유출유량 측정값을 분석하여 유체의 유출량 변화 추이를 예상할 수 있으며, 여기에 제1수위센서(11)의 측정값, 제2수위센서(12)의 측정값, 유입유량 값을 근거로 수위의 변화를 예측하고, 수위를 높여야 할 것인지 수위를 낮춰야 할 것인지 판단하여 상기 펌프(50)를 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 유체의 유입량 보다 유출량이 많은 구간이 발생될 것으로 예측되는 구간 이전에 수조(10)의 수위를 높이고, 유체의 유입량 보다 유출량이 적은 구간이 발생될 것으로 예측되는 구간에는 수조(10)의 수위가 적정 범위 내에서 유지되도록 할 수 있다.
이때, 상기 제어부(900)는 상기 펌프(50)의 가동 시간이 전기료가 낮은 시간대에 가동되도록 할 수 있다.
이는, 전기 사용료를 절감하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치의 제어부(900)는 다수의 상기 펌프(50)를 미리 결정된 순서에 따라 교번되게 작동시키도록 제어신호를 제어신호출력부로 보내는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 펌프(50)는 수조(10)에 유체를 채우는 용도로 사용되는 전용펌프를 사용할 수 있고(도 2 및 도 4 참조), 수조(10)로부터 유체를 배출시키는 용도로 사용되는 전용펌프를 사용(도 3 및 도 4 참조)할 수 있다.
수조(10)에 유체를 채우는 용도로 사용하는 펌프(50)만 구비된 예를 들어 설명하면, 펌프 4 대를 구비하고, 1 번, 2 번 및 3 번 3 대를 주로 사용하고, 4번 1 대를 예비로 사용하고 펌프 최대 가동시간 설정이 10분으로 설정할 경우, 1 번부터 순차적으로 작동되도록 할 수 있다. 이때, 2번 펌프의 가동 후 모든 펌프의 가동이 멈추었다면, 이후 작동 시에는 3번 펌프부터 가동되도록 할 수 있다.
이때, 각각의 펌프 성능을 평가한 정보를 저장하고, 가장 양호한 펌프부터 순차적으로 작동되도록 하는 것도 가능하다. 여기서 펌프 성능을 평가한 정보는 전류 변화량을 근거로 평가한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 상기 제1수위신호입력부(110)와 상기 제1수위센서(11)의 통신, 제2수위신호입력부(120)와 상기 제2수위센서(12)의 통신 및 상기 제어신호출력부(500)와 상기 펌프(50)의 통신이 유선 및 무선 통신이 가능하도록 통신을 이중화한 것을 특징으로 할 수 있다.
유선 통신으로는 RS-232, RS422, RS485, CAN 등을 사용할 수 있으며, 무선 통신으로는 무선랜(WLAN: Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi: Wireless Fidelity), 와이브로(Wireless Broadband Internet), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra-wideband), IrDA(Infrared Data Association), 초광대역(Ultra Wild Band), SWAP(Shared Wireless Access Protocol), LTE(Long Term Evolution) 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1수위신호입력부(110)와 상기 제1수위센서(11)의 통신을 RS485와 와이파이 또는 RS485와 지그비 통신이 가능하도록 하는 등 유선 통신과 무선 통신 모두 사용 가능하도록 구현하는 것이다.
이는, 어느 하나의 통신이 불통인 상태에서도 다른 하나의 통신을 이용하여 모니터링 및 제어가 가능하도록 하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치는 외부 서버 또는 외부 단말기와 통신하여, 외부 서버 또는 외부 단말기로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 펌프 제어장치를 모니터링 및 제어 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 외부 서버로는 중앙관제센터의 서버 등이 될 수 있으며, 상기 외부 단말기로는 스마트폰 등의 스마트기기 등이 될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: 수조
11: 제1수위센서 12: 제2수위센서
50: 펌프
110: 제1수위신호입력부 120: 제2수위신호입력부
200: 펌프신호입력부
300: 유입유량입력부 400: 유출유량입력부
500: 제어신호출력부
900: 제어부

Claims (10)

  1. 수조(10)의 수위를 측정하는 제1수위센서(11)의 측정값을 입력받는 제1수위신호입력부(110);
    수조(10)의 수위를 측정하는 제2수위센서(12)의 측정값을 입력받는 제2수위신호입력부(120);
    상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 제어하는 제어신호를 출력하는 제어신호출력부(500); 및
    상기 제1수위신호입력부(110)로부터 입력받은 측정값 및 상기 제2수위신호입력부(120)로부터 입력받은 측정값을 분석하여, 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 여부를 판단하고, 정상으로 판단된 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택된 어느 하나 또는 복수의 측정값에 따라, 상기 수조(10)와 연결된 펌프(50)를 가동시키는 제어신호가 상기 제어신호출력부(500)로 출력되도록 제어하는 제어부(900);
    를 포함하되,
    상기 제1수위센서(11)와 제2수위센서(12)는 서로 다른 종류의 수위센서인 것을 특징으로 하며,
    상기 제1수위센서(11)는
    비접촉식 센서인 것을 특징으로 하며,
    상기 제2수위센서(12)는
    접촉식 센서인 것을 특징으로 하되, 미리 설정된 높이마다 설치되는 것을 특징으로 하고, 상부 또는 하부 방향으로 순차적인 순번을 지정하여 관리하며,
    상기 제어부(900)는
    상기 제1수위센서(11)의 수위 측정값을 근거로 상기 제2수위센서(12)의 작동 시 수위를 저장하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    상기 제2수위센서(12)의 측정값이 순차적으로 변화되지 않은 구간 발생 시 상기 제2수위센서(12)의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 저장 및 관리하며, 상기 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하는 경우, 상기 제1수위센서(11) 및 제2수위센서(12) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지능형 펌프 제어장치는
    상기 펌프(50)에 인가된 전기적 특성(전압 또는 전류) 값을 입력받는 펌프신호입력부(200);
    를 포함하며,
    상기 제어부(900)는
    상기 펌프신호입력부(200)로부터 입력받은 전기적 특성 값을 분석하여, 상기 펌프(50)의 고장 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 펌프(50)가 작동되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기적 특성 값은
    전류인 것을 특징으로 하며,
    상기 제어부(900)는
    전류 변화량을 근거로 고장 상태를 나타내는 신호 패턴을 식별하여 펌프(50)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지능형 펌프 제어장치는
    상기 수조(10)에 유입되는 유체의 유입유량 측정값을 입력받는 유입유량입력부(300); 및
    상기 수조(10)로부터 유출되는 유체의 유출유량 측정값을 입력받는 유출유량입력부(400);
    를 포함하며,
    상기 제어부(900)는
    상기 제1수위신호입력부(110), 제2수위신호입력부(120), 유입유량입력부(300) 및 유출유량입력부(400)로부터 입력받은 제1수위센서(11)의 측정값, 제2수위센서(12)의 측정값, 유입유량 값 및 유출유량 값을 분석하여, 수위의 변화를 예측하고, 수위를 높여야 할 것인지 수위를 낮춰야 할 것인지 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 펌프(50)가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    다수의 상기 펌프(50)를 미리 결정된 순서에 따라 교번되게 작동시키도록 제어신호를 제어신호출력부로 보내는 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지능형 펌프 제어장치는
    상기 제1수위신호입력부(110)와 상기 제1수위센서(11)의 통신, 제2수위신호입력부(120)와 상기 제2수위센서(12)의 통신 및 상기 제어신호출력부(500)와 상기 펌프(50)의 통신이 유선 및 무선 통신이 가능하도록 통신을 이중화한 것을 특징으로 하는 지능형 펌프 제어장치.
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