KR101995942B1 - Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable - Google Patents

Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable Download PDF

Info

Publication number
KR101995942B1
KR101995942B1 KR1020170094524A KR20170094524A KR101995942B1 KR 101995942 B1 KR101995942 B1 KR 101995942B1 KR 1020170094524 A KR1020170094524 A KR 1020170094524A KR 20170094524 A KR20170094524 A KR 20170094524A KR 101995942 B1 KR101995942 B1 KR 101995942B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power source
power
wiring line
magnetic field
sensor module
Prior art date
Application number
KR1020170094524A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190012285A (en
Inventor
김민수
김기우
Original Assignee
주식회사비엠테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사비엠테크 filed Critical 주식회사비엠테크
Priority to KR1020170094524A priority Critical patent/KR101995942B1/en
Publication of KR20190012285A publication Critical patent/KR20190012285A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101995942B1 publication Critical patent/KR101995942B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • H02J7/022—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/16—Gateway arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

본 발명은 고전압배선선로(C)에 유기되는 자기장을 통해 충전DC전원을 수득하여 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)을 구동시킬 수 있도록 하며, 센서모듈(10)에서 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 게이트웨이(20)에 전송케 하고, 게이트웨이(20)에서는 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 중앙서버(30)에 전송하면, 중앙서버(30)에서는 시그널을 분석하여 저장하고 디스플레이시키면서 스마트공장 내의 현황을 모니터링할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것이다.The present invention allows a charged DC power source to be obtained through a magnetic field induced in a high voltage wiring line (C) to drive the sensor module (10) including the gateway (20) The central server 30 detects the overpressure of the atmospheric pressure fine dust or the fire and sends it to the gateway 20 as a signal. When the gateway 20 collects the signals and transmits the signals to the central server 30 through the periodic communication network, The present invention relates to a smart factory operation system using a magnetic field supply device using a high voltage wiring line, which enables a smart factory to monitor the status of smart factories while analyzing, storing and displaying the smart factories.

Figure R1020170094524
Figure R1020170094524

Description

고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템{MANAGING SYSTEM OF SMART PLANT THROUGH NO POWER SUPPLIER USING THE MAGNETIC FIELD OF HIGH VOLTAGE CABLE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a smart plant operating system that uses a magnetic field of a high-voltage wiring line,

본 발명은 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있고, 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있으며, 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a smart factory operation system using a magnetic field of a high voltage wiring line and more particularly to a smart factory operating system using a magnetic field of a high voltage wiring line. More particularly, the present invention can monitor working conditions by sensing temperature, humidity, It is a sensor module that can check the status of the sensor module. It can detect the overcurrent in real time and prevent the fire. It can generate the electric power by harvesting the magnetic field around the high-voltage wiring line, And more particularly, to a smart plant operating system using a non-power supply apparatus using a magnetic field of a wiring line.

일반적으로 스마트공장은 기존의 제조 및 생산 시스템과 스마트 센서 무선네트워크 사물 인터넷 빅 데이터 분석 등의 ICT(Information and Communication Technology) 분야를 융합하여 유기적으로 감지 판단 수행의 각 기능을 수행할 수 있도록 하는 공장이라 할 수 있다.In general, Smart Factory is a factory that can perform each function of sensing and judgment by organically integrating ICT (Information and Communication Technology) fields such as existing manufacturing and production systems and smart sensor wireless network objects Internet Big Data Analysis can do.

스마트공장 구현의 핵심은 제조 IoT(Internet of Things) 기술을 기반으로 공장 내 외부 관리 자원을 연결하고 제조 및 서비스 최적화를 위한 플랫폼의 구성이며 플랫폼의 기술 구성은 생산 및 안전관리 데이터의 실시간 수집 생산 빅 데이터의 분석 및 응용이 기본이 된다.The core of smart factory implementation is the construction of a platform for manufacturing and service optimization, linking external management resources in the factory based on manufacturing IoT (Internet of Things) technology, and the technology composition of the platform is a real- Analysis and application of data is the basis.

도 1은 선행기술문헌(대한민국 공개특허 제2017-0064291호)의 실시예에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a diagram of a smart safety plant system based on an IT facility according to an embodiment of the prior art (Korean Patent Laid-Open Publication No. 2017-0064291).

도 1을 참조하면, 다수의 NFC 태그(10), 근로자 스마트 디바이스(20), 슈퍼바이저(관리감독자) 스마트 디바이스(30), 네트워크(40), 스마트 안전 공정 서버(50), 외부 전문가 단말(60), 그리고 위임자 스마트 디바이스(70)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a plurality of NFC tags 10, a worker smart device 20, a supervisor smart device 30, a network 40, a smart secure process server 50, 60, and a mandatory smart device 70.

각 기업 또는 업체마다 매우 상이한 작업공정 프로세스가 있지만, 크게 구분하여 생산공정을 구분하면, '입고공정→제조공정→검사공정→출하공정'과 같이 4개의 카테고리로 구분된 공정으로 요약할 수 있다.Although there are very different work process processes for each company or company, it can be summarized into four categories of processes, namely, the processes of "goods receipt process → manufacturing process → inspection process → shipping process".

다수의 NFC 태그(10)는 예와 같은 4개의 공정의 작업 상황을 전문가와 기업의 담당자가 위험성 평가를 통해 위험요인을 분석하고 이를 예방할 수 있는 예방 대책을 세울 수 있도록 하기 위해 구분된 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 및 근무공정 정보(각 근무공정별 작업 순서 및 방식 등을 포함) 등을 저장한다.A number of NFC tags (10) are used to classify the working conditions of the four processes, for example, in order to allow experts and company personnel to analyze risk factors through risk assessment and to establish preventive measures to prevent them. Standard work safety rules and work process information (including work procedures and methods for each work process).

이에 따라 각 NFC 태그(10)는 구분된 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 정보를 NFC 태그 전송 방식을 통해 근로자 스마트 디바이스(20) 및 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)로 제공하기 위해 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저의 확인 및 점검이 수반되는 필요 장소인 공장 시설에 각각 부착된다.Accordingly, each NFC tag 10 transmits the standard work safety rule information corresponding to the divided work processes to the worker smart device 20 and the supervisor smart device 30 through the NFC tag transmission method, Which is a necessary place for confirmation and inspection of the supervisor who operates the system 30.

슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저(관리감독자)는 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 이용한 각 NFC 태그(10)에 대한 NFC 리더 기능을 이용한 근무공정에 부합되는 표준작업 안전수칙 정보 및 근무공정 정보를 확인한 뒤, 근로자 스마트 디바이스(20)를 운영하는 근로자에 의한 각 NFC 태그(10)에서 요구하는 작업상황을 수행인지를 확인할 수 있다.The supervisor (management supervisor) who operates the supervisor smart device 30 receives standard operation safety information corresponding to the work process using the NFC reader function for each NFC tag 10 using the supervisor smart device 30, After confirming the work process information, it can be confirmed whether the work status requested by each NFC tag 10 by the employee who operates the worker smart device 20 is performed.

한편, 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)를 운영하는 슈퍼바이저의 관리 감독의 대상이 되는 근로자는 근로자 스마트 디바이스(20)의 NFC 리더 기능을 활용하여, 각 근무공정과 매칭되는 공장 시설에 부착된 NFC 태그(10) 별 표준작업 안전수칙 정보를 확인할 수 있다.Meanwhile, the supervisor of the supervisor who operates the supervisor smart device 30 utilizes the NFC reader function of the worker smart device 20 to manage the NFC tag attached to the factory facility matching each work process (10) Standard work safety rules information can be confirmed.

슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)는 현장에서 슈퍼바이저에 의해 수행되는 업무 결과를 자체적인 앱(어플리케이션) 또는 스마트 안전 공정 서버(50)의 웹 서비스를 통해서, 스마트 안전 공정 서버(50)로 전송하여 결과 보고서가 작성되도록 한다. 이러한 결과 보고서는 빅데이터 형태로 수집되어 산업안전 관리 활동의 중요 데이터로 사용될 수 있다.The supervisor smart device 30 transmits the work results performed by the supervisor in the field to the smart safety process server 50 through the web application of the application or the smart safety process server 50 Have the report written. These results are collected in the form of big data and can be used as important data for industrial safety management activities.

또한, 슈퍼바이저 스마트 디바이스(30)는 네트워크(40)와 연결된 스마트 안전 공정 서버(50)를 통해 기업 내에서 이루어지고 있는 산업안전 활동을 외부 전문가에 의해 운영되는 외부 전문가 단말(60)로 동시 전송이 되어 산업안전 관리 활동의 문제점을 재조정하도록 함으로써, 평가 조정기능을 수행할 수 있다.The supervisor smart device 30 transmits the industrial safety activities performed in the enterprise to the external expert terminal 60 operated by external experts through the smart safety process server 50 connected to the network 40 , It is possible to carry out the evaluation adjustment function by making the problems of industrial safety management activities readjust.

근로자 스마트 디바이스(20)는 각 NFC 태그(10) 별로 저장된 근로자가 수행해야 하는 '근로자 작업 안전수칙'을 NFC 리더 기능을 활용해 획득하여 출력함으로써, 근로자가 작업 전 스스로 자율적인 산업안전 관리 활동이 될 수 있도록 하며, 근로자 작업 안전수칙의 일 예로, 유기용제 등 화학물질에 대한 취급 정보일 수 있다. The worker smart device 20 acquires and outputs 'worker work safety rules' that the worker stored for each NFC tag 10 must perform by using the NFC reader function, and thus the worker self- And may be handling information on chemicals, such as organic solvents, as an example of worker safety rules.

그런데, 선행기술문헌에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템 및 이를 이용한 스마트 안전 공정 관리방법은 다수의 NFC 태그(10)가 상용전원을 활용하므로 인하여 전력소비를 피할 수 없는 한계를 안고 있다.
However, the smart safety plant system based on the IT facility according to the prior art document and the smart safety process management method using the same have a limitation in that power consumption can not be avoided because a plurality of NFC tags 10 utilize a commercial power source .

대한민국 공개특허 제2017-0064291호 - IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템Korea Patent Publication No. 2017-0064291 - Smart safety factory system based on IT facilities

본 발명의 목적은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a smart factory operation system using a magnetic field of a high-voltage wiring line that can monitor temperature and humidity, pressure, fine dust, over-current, or fire in a smart factory and monitor working conditions.

본 발명의 목적은 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a smart factory operating system using a magnetic field of a high-voltage wiring line, which can prevent a fire by detecting an overcurrent in real time, as a sensor module that can check the condition of an electric distribution board.

본 발명의 목적은 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a smart factory operation system using a magnetic field of a high-voltage wiring line, which can operate a sensor module without a power source by producing electric power by harvesting a magnetic field flowing around a high-voltage wiring line .

본 발명의 목적은 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a high voltage wiring line which can maximize the utilization of a sensor module and a data collecting device and the convenience of installation of a communication infrastructure because it can supply power through a high voltage wiring line without construction work for a separate commercial power supply, To provide a smart factory operating system through a non-power supply device using the power supply.

본 발명의 목적은 고전압배선선로 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sensor module and a data collecting device that generate electric power by harvesting a magnetic field formed around a high-voltage wiring line, that is, And to provide a smart factory operation system through a non-power supply device using a magnetic field of a wiring line.

본 발명의 목적은 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈과 게이트웨이간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능한 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problem that when a large number of sensor modules are installed in a wireless sensor network in order to monitor real-time data in a factory, , Low-power operation, and long-distance communication, it is possible to construct a reliable and sustainable data collection and transmission environment by improving the data loss risk by simplifying the connection between the sensor module and the gateway. And to provide a smart factory operating system through a supply device.

본 발명의 목적은 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능한 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique and apparatus for maximizing the utilization of a sensor module and a data collecting device by eliminating a facility for using a commercial power source and reducing maintenance costs, Is an unfamiliar concept, it can create a new market, it can obtain economic effect from import export, and it is highly possible to use it in various fields due to energy efficiency. It is a key implementation technology of electronic devices that require low power, It is anticipated that the potential will be great, and it will be possible to establish a technical basis in the smart factory, and it will be possible to secure the foundation and market leadership for commercialization by directly fielding and evaluating the technology, And supply technology and products. The data collecting apparatus is provided with a smart plant operating system through a non-power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line capable of high value-adding.

본 발명의 목적은 무전원공급장치를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 MCU에서 안정적으로 구동할 수 있도록 센서측 정전압정류기(LDO; Low Drop Out Regulator)에서 구동DC전원[예를 들어 MCU가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 센서노드에서는 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하고, 이렇게 감지된 시그널을 MCU에서 무선트랜시버를 통해 게이트웨이로 전송할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a sensor-side constant voltage regulator (LDO: Low Drop Out Regulator (LDO)) for stable operation of a charged DC power source (for example, when the charged DC power source is a DC power source of 5 to 50 V) ), The sensor node converts the detected DC voltage to a DC power (for example, a DC 3.3 V power supply capable of stably driving the MCU), detects temperature, humidity, air pressure, fine dust overcurrent or fire, To a gateway through a wireless transceiver, using a magnetic field of a high voltage wiring line.

본 발명의 목적은 무전원공급장치를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 CPU에서 안정적으로 구동할 수 있도록 게이트측 정전압정류기(LDO; Low Drop Out Regulator)에서 구동DC전원[예를 들어 CPU가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 저전력광대역무선통신트랜시버를 통해 센서모듈의 시그널을 무선컨센트레이터로 받아들인 후 CPU에서 연산처리하여 eMMC 또는 RAM에 기억시키면서 이더넷 또는 모바일통신을 통해 중앙서버로 교신할 수 있도록 하는 것이고, 중앙서버에서는 게이트웨이를 통해 수신된 시그널을 분석 및 저장하면서 디스플레이이되도록 하여 스마트공장 내의 환경을 살펴볼 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a gate side constant voltage rectifier (LDO) (Low Drop Out Regulator (LDO)) for stable driving of a charged DC power source (for example, when the charged DC power source is a DC power source of 5 to 50 V) ) To a powered DC power source (for example, a DC 3.3V power supply capable of driving the CPU stably), receives the signal from the sensor module via a low power broadband wireless communication transceiver, In the central server, the signal received through the gateway is analyzed and stored, and the display is made to be able to view the environment in the smart factory. To provide a smart factory operating system through a power supply using a magnetic field of a high voltage wiring line The.

본 발명의 목적은 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭으로 트랜스포머의 2차 코일로 승압되는 AC전원을 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항에서 소진토록 하여 충전배터리를 보호할 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide an AC power source which is switched from an AC power source to a DC power source through a rectification unit by switching an FET switch when a rechargeable battery is charged, And a smart factory operation system using a magnetic field of a high voltage wiring line.

본 발명의 목적은 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일을 동작시켜 코어의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일로 흐르도록 하여 고전압배선선로로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a DC / DC power source rechargeable battery and a sensor module which are capable of operating a variable impedance coil with a bias current when the rechargeable battery is charged, The magnetization impedance of the core is made small so that current does not flow to the secondary coil, but current flows to the primary coil so that current flowing to the high-voltage wiring line is not induced to minimize the loss of the power source of the high- And to provide a smart factory operating system through a non-power supply device using a magnetic field of a high-voltage wiring line.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템은,According to an aspect of the present invention, there is provided a smart factory operation system using a magnetic field of a high voltage wiring line,

고전압배선선로를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈과,Temperature sensor in a smart factory that receives power through a high-voltage wiring line, a sensor module that senses an over-current or a fire, and wirelessly transmits the sensed temperature, humidity,

상기 센서모듈에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이와,A gateway for collecting wirelessly transmitted signals from the sensor module and transmitting the collected signals through a communication network,

상기 게이트웨이를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버와,A central server for analyzing, storing and displaying signals transmitted through the gateway,

상기 고전압배선선로에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 상기 게이트웨이를 비롯한 상기 센서모듈에 공급하는 무전원공급장치를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
And a non-power supply unit coupled to the high-voltage wiring line to supply the charged DC power obtained through an induced magnetic field to the sensor module including the gateway.

본 발명은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of monitoring the working conditions by sensing temperature, humidity, pressure, fine dust, over-current or fire in a smart factory.

본 발명은 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈로서 과전류를 실시간 감지토록 하여 화재를 방지케 할 수 있는 효과가 있다.The present invention is a sensor module capable of checking the state of an electric distribution board, and has an effect of preventing overheating by detecting an overcurrent in real time.

본 발명은 고전압배선선로의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈을 동작케 할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect that a sensor module can be operated in a non-power source by producing electric power by harvesting a magnetic field flowing around a high-voltage wiring line.

본 발명은 상용 전원과 연결될 필요가 없기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집장치는 어디에든 설치가 가능하며 이로써 무선네트워크 인프라 활용도 및 설치 용이성을 극대화시킬 수 있고 추가적인 배터리를 사용하지 않기 때문에 유지보수 비용 절감을 실현할 수 있는 효과가 있다.Because the present invention does not need to be connected to a commercial power source, the sensor module and data acquisition device can be installed anywhere, thereby maximizing the utilization of the wireless network infrastructure and ease of installation, There is an effect that can be.

본 발명은 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.Since the present invention can supply power through a high-voltage wiring line without a separate commercial power supply, it is possible to maximize the utilization of the sensor module and the data collection device and the convenience of installation of the communication infrastructure.

본 발명은 충전배터리로 전원을 공급할 수 있기 때문에 반영구적인 수명을 가지며 그로 인해 유지 보수비용 절감이 가능한 효과가 있다.Since the present invention can supply power to the rechargeable battery, the rechargeable battery has a semi-permanent lifetime, thereby reducing the maintenance cost.

본 발명은 고전압배선선로 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 하는 효과가 있다.The present invention has the effect of saving energy by harnessing the magnetic field formed around the high-voltage wiring line, that is, by supplying power to the sensor module and the data collecting device using the generated electromotive force and utilizing unused and abandoned energy .

본 발명은 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈과 게이트웨이간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능한 효과가 있다.In the case where a large number of sensor modules are installed in a wireless sensor network in order to monitor real-time data in a factory, it is possible to technically solve a problem that a maintenance installation cost is increased and a position is restricted when power is supplied to the sensor module, It is possible to construct a highly reliable and sustainable data collection and transmission environment by improving the data loss risk by simplifying the connection between the sensor module and the gateway capable of operation and telecommunication.

본 발명은 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능한 효과가 있다.The present invention can maximize the utilization of the sensor module and the data collecting device, and can reduce the maintenance cost by eliminating the facility for using the commercial power source. Also, the technology and device for generating the power by harvesting the magnetic field are unfamiliar It is possible to create a new market and economical effect by import export. It is highly possible to use it in various fields due to energy efficiency. It is a key implementation technology of electronic devices that require low power, maintenance and maintenance, It is expected to be large, and it is possible to establish the relevant technical base in the smart factory, and it is possible to secure the foundation and market leadership for commercialization by directly fielding and evaluating the relevant technology, thereby extracting and supplying power from high- Technology and products Sensor modules and data that operate using them The collecting device has a high value-added effect.

본 발명은 사회적 측면에서, 전 세계에 걸쳐 화석 에너지 고갈과 지구온난화 등이 전 세계적인 환경 문제로 대두됨에 따라 지속 가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 대두됨 따라 공기 중으로 방사되어 사라지는 자기장 에너지를 수확하여 전기 에너지를 생산하여 친환경적으로 에너지 공급 문제를 해결하기 위한 기술적 가능성을 보일 수 있고 폐건전지로 인한 환경적 문제도 저감시킬 수 있고, 공장의 안전성을 유지하기 위한 센서네트워크를 동작시키는 전원을 제공하는데 있어 제안하는 시스템은 매우 편리하기 때문에 적극적 사고 예방이 가능하며 이로 인한 산업재해를 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is based on the societal aspect that fossil energy depletion and global warming all over the world are emerging as global environmental problems, so that the necessity of development of sustainable energy technology is emerged, so that magnetic field energy radiated into the air is harvested and electric energy To provide a power source for operating the sensor network to maintain the safety of the plant, which can show the technical possibility to solve the energy supply problem in an environmentally friendly manner, reduce the environmental problems caused by the dry battery, Since the system is very convenient, it is possible to prevent aggressive accidents, which can greatly reduce industrial accidents.

본 발명은 고전압배선선로로부터 유기되는 자기장에 의한 AC전원은 전압이 극히 낮으므로 트랜스포머의 코어에 권선된 1차 코일 및 2차 코일을 통해 승압시키고, 정류부를 통해 DC전원으로 변환시킨 후 DC/DC 전원부로서 충전DC전원으로 다시 변환시켜 충전배터리에 충전될 수 있도록 하고, 이어서 센서모듈에 충전DC전원을 공급할 수 있도록 하는 효과가 있다.Since the AC power source by the magnetic field induced from the high-voltage wiring line is extremely low in voltage, the voltage is boosted through the primary coil and the secondary coil wound on the core of the transformer, converted into DC power through the rectifier, It is possible to convert the battery into a rechargeable DC power source as a power source unit so that the rechargeable battery can be recharged, and subsequently the charged DC power source can be supplied to the sensor module.

본 발명은 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭으로 트랜스포머의 2차 코일로 승압되는 AC전원을 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항에서 소진토록 하여 충전배터리를 보호할 수 있도록 함으로써 수명을 보장케 하는 효과가 있다.The present invention provides an AC power source that is boosted to a secondary coil of a transformer by switching an FET switch when the rechargeable battery is charged by changing the AC power source to a DC power source through a rectifier unit, .

본 발명은 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일을 동작시켜 코어의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일로 흐르도록 하여 고전압배선선로로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
In the present invention, when the rechargeable battery of the DC / DC power source unit and the sensor module are the output units, when the rechargeable battery is charged, the variable impedance coil is operated by the bias current to convert the magnetic flux of the core to a saturated state, So that the current flowing to the high-voltage wiring line is not induced, thereby minimizing the loss of the power source of the high-voltage wiring line to the power source have.

도 1은 선행기술문헌의 실시예에 따른 IT 시설을 기반으로 한 스마트 안전 공장 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템을 나타내는 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 구조도.
도 6a는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.
도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 등가회로도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치를 나타내는 블록도.1 shows a smart safety plant system based on an IT facility according to an embodiment of the prior art document.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a smart factory operating system using a magnetic field of a high voltage wiring line according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a sensor module applied to a smart plant operating system through a power supply using a magnetic field of a high voltage wiring line according to the present invention.
4 is a block diagram illustrating a gateway applied to a smart plant operating system via a power supply using a magnetic field of a high voltage wiring line according to the present invention;
FIG. 5 is a structural view illustrating a non-power supply apparatus applied to a smart plant operation system through a power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to the present invention;
FIG. 6A is a block diagram illustrating a non-power supply apparatus applied to a smart plant operation system through a power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to the present invention. FIG.
FIG. 6B and FIG. 6C are equivalent circuit diagrams showing a non-power supply apparatus applied to a smart plant operation system through a power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a non-power supply apparatus applied to a smart plant operating system through a non-power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a block diagram illustrating a non-power supply apparatus applied to a smart plant operating system through a power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to a second embodiment of the present invention;

본 발명에 따른 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.A preferred embodiment of a smart factory operating system through a non-power supply apparatus using a magnetic field of a high-voltage wiring line according to the present invention will be described with reference to the drawings, and there can be a plurality of embodiments thereof. The objects, features and advantages of the present invention will be better understood.

도 2는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템을 나타내는 구조도이다.2 is a structural diagram showing a smart plant operating system through a power supply device 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention.

본 발명은 스마트공장 내 무선네트워크 인프라 구축을 위해 별도의 전원 공급을 위한 공사작업 없이 공장 내 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 활용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 개발을 목표로 하며, 이를 위하여 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 고전압배선선로(C)를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈(10)과, 센서모듈(10)에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이(20)와, 게이트웨이(20)를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버(30)와, 고전압배선선로(C)에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)에 공급하는 무전원공급장치(40)를 포함한다.The present invention relates to a sensor module (10) that operates by utilizing a power supply device (40) using a magnetic field of a high voltage wiring line (C) in a factory without construction work for supplying a separate power supply for building a wireless network infrastructure in a smart factory 2, the smart plant operating system through the non-power supply device 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the present invention includes a high-voltage wiring line C A sensor module 10 for detecting temperature and humidity in a smart factory and receiving a signal from the sensor module 10 by detecting an over-current or a fire in a smart factory, and transmitting the signal through a wireless network; A central server 30 for analyzing, storing, and displaying signals transmitted through the gateway 20, a high-voltage wiring line And a non-powered supply device 40 coupled to the sensor module 10, including the gateway 20, while being charged with the charged DC power obtained via an induced magnetic field.

본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템은 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 근무조건을 모니터링할 수 있도록 하며, 예를 들어 스마트공장 내의 배전반의 과전류로 인한 화재가 발생할 경우 대형사고를 초래할 수 있고, 이로 인하여 생산시설이 멈춤으로써 경제적 손실을 초래하고 마는데, 본 발명에서는 배전반의 상태를 점검할 수 있는 센서모듈(10)로서 과전류를 실시간 감지토록 하는 것이다.The smart plant operating system through the power supply device 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention can detect the temperature, humidity, air pressure, fine dust, over-current or fire in the smart factory, For example, when a fire due to an overcurrent of an ASSEMBLY in a smart factory occurs, it may cause a serious accident, resulting in an economic loss due to stoppage of the production facility. In the present invention, (10) to detect an overcurrent in real time.

나아가, 무선네트워크 인프라 구축을 위해 상용전원을 연결해 주는 것과 달리 본 발명에서는 고전압배선선로(C)의 주위에 흐르는 자기장을 수확하여 전력을 생산해 냄으로써 무전원으로 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치 구동을 가능하게 한다.Further, unlike a conventional power supply for establishing a wireless network infrastructure, in the present invention, the sensor module 10 and the data collecting device can be driven by a power source by harvesting the magnetic field flowing around the high-voltage wiring line C, .

상용 전원과 연결될 필요가 없기 때문에 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치는 어디에든 설치가 가능하며 이로써 무선네트워크 인프라 활용도 및 설치 용이성을 극대화시킬 수 있고 추가적인 배터리를 사용하지 않기 때문에 유지보수 비용 절감을 실현할 수 있다.Because it does not need to be connected to a commercial power source, the sensor module 10 and the data acquisition device can be installed anywhere, thereby maximizing the utilization of the wireless network infrastructure and ease of installation and saving maintenance costs by not using additional batteries. .

그리고, 개발 대상 기술 제품의 중요성과 파급 효과로서 전원 공급의 편리성 증대로 인한 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 활용도를 극대화시킬 수 있다.As a result, the utilization of the sensor module 10 and the data collection device can be maximized due to an increase in the convenience of power supply as the importance and ripple effect of the technical product to be developed.

한편, 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치에 전원을 공급해 주기 위해 상시 전원을 연결 해주던 종래의 방식에서는 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치가 상시 전원과 인접해 있어야 한다는 물리적인 제한으로 인해 활용도가 떨어지는 데 반하여 본 발명에서는 별도의 상용전원 공급을 위한 공사 없이도 고전압배선선로(C)를 통해 전원을 공급해 줄 수 있기 때문에 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치의 활용도 및 통신 인프라 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있으며, 반영구적인 수명으로 인한 유지 보수비용을 절감시킬 수 있다.Meanwhile, in the conventional method in which the power is always supplied to the sensor module 10 and the data collecting device in order to supply power to the sensor module 10 and the data collecting device, due to the physical restriction that the sensor module 10 and the data collecting device must be adjacent to the power source at all times, The power supply can be supplied through the high voltage wiring line C without the need for a separate commercial power supply. Therefore, the utilization of the sensor module 10 and the data collecting device and the convenience of the installation of the communication infrastructure can be maximized And the maintenance cost due to the semi-permanent life can be reduced.

그리고, 물리적인 제한을 극복하기 위해 통상의 배터리로 전원을 공급해 주는 경우에는 배터리의 수명을 고려해서 주기적으로 배터리를 교체해주어야 하는데, 이는 유지 보수비용이 증가한다는 문제가 있어 본 발명에서는 충전배터리(44)로 전원을 공급할 수 있기 때문에 반영구적인 수명을 가지며 그로 인해 유지 보수비용 절감이 가능하다.In order to overcome the physical limitation, when power is supplied from an ordinary battery, the battery must be periodically replaced in consideration of the life of the battery. This increases the maintenance cost. ), It has a semi-permanent lifetime and it is possible to reduce the maintenance cost.

버려지는 에너지를 활용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)으로 인한 에너지 절약전류가 흐르는 고전압배선선로(C) 주위에는 자기장이 유도되며 일반적인 경우 이 자기장 에너지는 방사되어 사라지는데, 본 발명에서는 고전압배선선로(C) 주위에 형성되는 자기장을 수확하여, 즉 기전력을 발생한 것을 이용하여 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치에 전원을 공급하여 사용되지 않고 버려지는 에너지를 활용함으로써 에너지를 절약토록 한다.A magnetic field is induced around a high-voltage wiring line (C) through which an energy-saving current flows due to energy harvesting that uses waste energy. In general, the magnetic energy is radiated and disappears. In the present invention, C of the sensor module 10 and the data collecting device by using the energy generated by the electromotive force, thereby saving energy by utilizing unused and abandoned energy.

나아가, 본 발명은 고압배전선로로부터의 수득된 충전DC전원을 이용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집장치 개발하고, 생산 현장별 적합한 센서네트워크 구성 설치 배포 용이성 등 다양한 요구사항을 충족하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치 개발을 통해 공장 내 다양한 정보를 추출할 수 있도록 하며, 저전력 동작 및 원거리 전송 통신이 가능하여 센서모듈(10)과 게이트웨이(20)간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험을 개선 다양한 센서네트워크 및 IoT(Internet of Things) Application에서 안정적인 통신 환경을 제공할 수 있게 된다.Furthermore, the present invention has developed a sensor module (10) and a data collecting device that operate using a charged DC power source obtained from a high voltage distribution line, and a sensor Module 10 and data collecting device can be developed to extract various information in the factory and low power operation and long distance communication can be performed to simplify the connection between the sensor module 10 and the gateway 20, It is possible to provide a stable communication environment in various sensor networks and Internet of Things (IoT) applications.

기술적 측면에서, 공장 내 실시간 데이터 모니터링을 위해 무선 센서네트워크 적용시 수많은 센서모듈(10)이 설치되어야 하는 경우 이를 배선으로 전력을 공급하면 유지 설치비용이 높아지고 위치에 제약이 생기는 문제점 등을 기술적으로 해결할 수 있고, 저전력 동작 및 원거리 통신이 가능한 센서모듈(10)과 게이트웨이(20)간의 연결 단순화로 데이터 손실 위험 개선을 통해 고신뢰성의 지속 가능한 데이터 수집 및 전송 환경조성이 가능하여 최적화된 시스템 구성이 가능하게 된다.From the technical point of view, when a large number of sensor modules 10 are installed in a wireless sensor network in order to monitor real-time data in a factory, it is technically possible to solve the problem that the maintenance and installation cost is increased when the power is supplied by wiring, It is possible to construct a highly reliable and sustainable data collection and transmission environment by improving the data loss risk by simplifying the connection between the sensor module 10 and the gateway 20 which can perform low power operation and remote communication, .

경제적 산업적 측면에서, 상용전원을 사용하기 위한 시설이 불필요해짐으로써 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치의 활용도를 극대화 할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 자기장을 수확하여 전원을 발생시키는 기술 및 장치는 생소한 개념이기에 새로운 시장을 창출할 수 있고 수입 수출로 인한 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 에너지 효율성으로 다양한 분야로의 활용 가능성이 높으며 저전력은 물론 정비나 보수가 필요 없는 전자기기의 핵심 구현기술로 시장 잠재력이 클 것으로 기대되고, 본 발명을 통해 스마트공장 내 관련 기술적인 기반을 마련할 수 있으며 해당 기술을 직접 현장화하고 평가함으로써 상용화를 위한 기반과 시장 주도권을 확보할 수 있고, 이를 통해 고전압배선선로(C)부터의 전력 추출 및 공급 기술과 제품 이를 이용하여 동작하는 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치는 고부가가치화가 가능하다.In terms of economy and industry, it is possible to maximize the utilization of the sensor module 10 and the data collecting device by eliminating the facility for using the commercial power source, and it is possible to reduce the maintenance cost and also to generate the power by harvesting the magnetic field Technology and devices are unfamiliar concepts, so they can create new markets and get economic effect from import export. It is very likely to be applied to various fields due to energy efficiency. It is a core implementation of electronic devices that require low power and maintenance and maintenance Technology, the market potential is expected to be great. Through this invention, it is possible to establish a technical basis in the smart factory, and it is possible to secure the foundation and market leadership for commercialization by directly siteizing and evaluating the technology. Power extraction and supply technology from high-voltage wiring line (C) The motion sensor module 10 and the data collection apparatus and it is possible upset value.

사회적 측면에서, 전 세계에 걸쳐 화석 에너지 고갈과 지구온난화 등이 전 세계적인 환경 문제로 대두됨에 따라 지속 가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 대두됨 따라 본 발명에서는 공기 중으로 방사되어 사라지는 자기장 에너지를 수확하여 전기 에너지를 생산하여 친환경적으로 에너지 공급 문제를 해결하기 위한 기술적 가능성을 보일 수 있고 폐건전지로 인한 환경적 문제도 저감시킬 수 있고, 공장의 안전성을 유지하기 위한 센서네트워크를 동작시키는 전원을 제공하는데 있어 제안하는 시스템은 매우 편리하기 때문에 적극적 사고 예방이 가능하며 이로 인한 산업재해를 크게 감소시킬 수 있다.From the social point of view, global exhaustion of fossil energy and global warming all over the world are emerging as global environmental problems. Therefore, the necessity of development of sustainable energy technology is emerged. Therefore, in the present invention, the magnetic field energy radiated into the air is harvested, To provide a power source for operating the sensor network to maintain the safety of the plant, which can show the technical possibility to solve the energy supply problem in an environmentally friendly manner, reduce the environmental problems caused by the dry battery, Because the system is very convenient, it can prevent aggressive accidents, which can greatly reduce industrial accidents.

최종 목표로서, 스마트공장 내 고전압배전선로로부터의 자기장을 이용한 무전원 전력 추출 및 전력 변환 공급 장치와 이를 이용하여 동작하는 과전류 감지를 위한 무전원 센서모듈(10) 및 데이터 수집 장치를 제안하고자 하는 것이다.As a final goal, a non-power source power extraction and power conversion supply device using a magnetic field from a high voltage distribution line in a smart factory, and a non-power source sensor module 10 and a data collection device for sensing an overcurrent operating using the power conversion supply device are proposed.

이러한 본 발명의 최종 목표를 구현하기 위하여 고전압배선선로(C)에 유기되는 자기장을 통해 충전DC전원을 수득하여 게이트웨이(20)를 비롯한 센서모듈(10)을 구동시킬 수 있도록 하며, 센서모듈(10)에서 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 게이트웨이(20)에 전송케 하고, 게이트웨이(20)에서는 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 중앙서버(30)에 전송하면, 중앙서버(30)에서는 시그널을 분석하여 저장하고 디스플레이시키면서 스마트공장 내의 현황을 모니터링할 수 있도록 하는 것이다.In order to realize the final object of the present invention, a charged DC power source is obtained through a magnetic field induced in the high-voltage wiring line C so that the sensor module 10 including the gateway 20 can be driven. ) Senses the temperature and humidity in the smart factory, and detects an over-current or an over-current or a fire in the smart factory, and transmits the signal to the gateway 20. When the gateway 20 collects the signals and transmits them to the central server 30 via the communication network, The server 30 analyzes the signals, stores and displays the signals, and monitors the status in the smart factory.

도 3은 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈(10)을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a sensor module 10 applied to a smart plant operating system via a non-powered supply device 40 using the magnetic field of a high voltage wiring line C according to the present invention.

본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 센서모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 무전원공급장치(40)의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 센서측 정전압정류기(11)와, 센서측 정전압정류기(11)의 구동DC전원으로 구동되면서 센서노드(12)를 통해 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 무선트랜시버(13)를 통해 게이트웨이(20)에 전송하는 MCU(14)를 포함한다.The sensor module 10 applied to the smart plant operating system through the non-powered supply device 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the present invention can be applied to the charge DC A sensor side constant voltage rectifier 11 for converting a power source to a driving DC power source and a temperature sensor 12 for detecting a temperature, humidity, pressure, fine dust overflow or fire through the sensor node 12 while being driven by the DC power source of the sensor side constant voltage rectifier 11, To the gateway 20 via the transceiver 13.

무전원공급장치(40)를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 MCU(14)에서 안정적으로 구동할 수 있도록 센서측 정전압정류기(LDO: Low Drop Out Regulator; 11)에서 구동DC전원[예를 들어 MCU(14)가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 센서노드(12)에서는 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하고, 이렇게 감지된 시그널을 MCU(14)에서 무선트랜시버(13)를 통해 게이트웨이(20)로 전송할 수 있도록 하는 것이다.(LDO: Low Drop Out) to enable the MCU 14 to stably drive the charged DC power source (for example, when the charged DC power source is a DC power source of 5 to 50 V) through the power- (For example, a DC 3.3 V power supply capable of stably driving the MCU 14) in the regulator 11, and the sensor node 12 converts the temperature, humidity, air pressure, fine dust, And to transmit the sensed signal from the MCU 14 to the gateway 20 via the wireless transceiver 13.

바람직하게, 센서모듈(10)은 추가의 센서노드(12)의 접속을 위한 익스터널 센서 커넥터(External Sensor Connector; 15)를 더 포함하여 스마트공장 내 환경 체크를 위한 다양한 요구사항에 부응할 수 있도록 한다.Preferably, the sensor module 10 further comprises an external sensor connector 15 for connection of the additional sensor node 12, so as to meet various requirements for the smart factory environment check. do.

도 4는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이(20)를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a gateway 20 applied to a smart plant operating system via a non-powered supply 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention.

본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 게이트웨이(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 무전원공급장치(40)의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 게이트측 정전압정류기(21)에 의해 구동되며 저전력광대역무선통신트랜시버(LPWAN Transceiver: Low Power Wide Area Network Transceiver; 22)를 통해 센서모듈(10)의 시그널을 무선컨센트레이터(23)로 받아들인 후 CPU(24)에서 연산처리하여 eMMC(Embedded Multi Media Card; 25) 또는 RAM(Random Access Memory; 26)에 기억시키면서 이더넷(Ethernet; 27) 또는 모바일통신(28)을 통해 중앙서버(30)로 교신하는 구성으로 이루어진다.The gateway 20 applied to the smart plant operating system through the non-powered supply device 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention is connected to the charging DC power source of the non-powered supply device 40, Side constant voltage rectifier 21 that converts the signal of the sensor module 10 into a driving DC power source and outputs the signal of the sensor module 10 to the wireless concentrator 22 via a low power wide band wireless communication transceiver (LPWAN Transceiver: 23 via the Ethernet 27 or the mobile communication 28 while being processed by the CPU 24 and stored in an eMMC (Embedded Multi Media Card) 25 or RAM (Random Access Memory) And communicates with the server 30.

무전원공급장치(40)를 통해 충전DC전원(예를 들어 충전DC전원이 DC 5∼50V의 전원일 경우)을 CPU(24)에서 안정적으로 구동할 수 있도록 게이트측 정전압정류기(LDO: Low Drop Out Regulator; 21)에서 구동DC전원[예를 들어 CPU(24)가 안정되게 구동할 수 있는 DC 3.3V의 전원)으로 변환케 하는 것이고, 저전력광대역무선통신트랜시버(22)를 통해 센서모듈(10)의 시그널을 무선컨센트레이터(23)로 받아들인 후 CPU(24)에서 연산처리하여 eMMC(25) 또는 RAM(26)에 기억시키면서 이더넷(27) 또는 모바일통신(28)을 통해 중앙서버(30)로 교신할 수 있도록 하는 것이고, 중앙서버(30)에서는 게이트웨이(20)를 통해 수신된 시그널을 분석 및 저장하면서 디스플레이이되도록 하여 스마트공장 내의 환경을 살펴볼 수 있도록 하는 것이다.A gate side constant voltage rectifier (LDO: Low Drop Out (LDO)) is provided to enable the CPU 24 to stably drive a charged DC power source (for example, when the charged DC power source is a DC power source of 5 to 50 V) through the power- (For example, a DC 3.3 V power supply capable of stably driving the CPU 24) in the regulator 21 and is connected to the sensor module 10 through the low power broadband wireless communication transceiver 22. [ The signal is received by the wireless concentrator 23 and then processed by the CPU 24 and stored in the eMMC 25 or the RAM 26 to be transmitted to the central server 30 via the Ethernet 27 or the mobile communication 28. [ In the central server 30, signals received through the gateway 20 are analyzed and stored while being displayed, so that the environment in the smart factory can be viewed.

이때, 게이트웨이(20)는 센서모듈(10)의 시그널 용량에 맞추어 메모리 저장영역을 넓혀주는 SDCARD(Secure Digital Memory Card; 29)를 더 포함하여 스마트공장 내에 더 많은 센서모듈(10)을 통해 유입되는 시그널을 원활하게 저장하면서 처리할 수 있도록 한다.At this time, the gateway 20 further includes a SDCARD (Secure Digital Memory Card) 29 for widening the memory storage area in accordance with the signal capacity of the sensor module 10, So that the signal can be smoothly stored and processed.

도 5는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 구조도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이고, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 등가회로도이다.Fig. 5 is a structural diagram showing a non-power supply unit 40 applied to a smart plant operating system through a non-power supply unit 40 using a magnetic field of a high-voltage wiring line C according to the present invention, 6B and 6C are block diagrams showing a non-power supply unit 40 applied to a smart plant operating system through a non-power supply unit 40 using a magnetic field of a wiring line C, Is an equivalent circuit diagram showing a non-power supply unit 40 applied to a smart factory operation system via a non-power supply unit 40 using a magnetic field of a magnetic field of a battery.

본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 5 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 고전압배선선로(C)로부터 유기되는 자기장에 커플링되어 AC전원을 승압시키는 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)이 권선된 코어(41c)를 구비한 트랜스포머(41)와, 트랜스포머(41)에 의해 승압된 AC전원을 정류시켜 DC전원으로 변환시키는 정류부(42)와, 정류부(42)를 통해 정류된 DC전원을 충전DC전원으로 변환시키는 DC/DC 전원부(43)와, DC/DC 전원부(43)의 충전DC전원을 충전한 후 센서모듈(10)에 공급하는 충전배터리(44)를 포함한다.The non-power supply unit 40 applied to the smart plant operating system through the non-power supply unit 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention includes a high voltage wiring line C A transformer 41 having a primary coil 41a that is coupled to a magnetic field induced from the secondary coil 41a to boost the AC power and a core 41c to which the secondary coil 41b is wound; A DC / DC power source unit 43 for converting the DC power rectified through the rectifying unit 42 to a charged DC power source, a DC / DC power source unit 43, And a rechargeable battery 44 for recharging the charged DC power supply to the sensor module 10.

고전압배선선로(C)로부터 유기되는 자기장에 의한 AC전원은 전압이 극히 낮으므로 트랜스포머(41)의 코어(41c)에 권선된 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)을 통해 승압시키고, 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변환시킨 후 DC/DC 전원부(43)로서 충전DC전원으로 다시 변환시켜 충전배터리(44)에 충전될 수 있도록 하고, 이어서 센서모듈(10)에 충전DC전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다.The AC power by the magnetic field induced from the high voltage wiring line C is boosted through the primary coil 41a and the secondary coil 41b wound on the core 41c of the transformer 41 because the voltage is extremely low, DC power source unit 43 to be converted into a charged DC power source so as to be charged in the rechargeable battery 44. Subsequently, the charged DC power source is supplied to the sensor module 10 To be supplied.

이때, 정류부(42)에 의해 정류된 DC전원을 평활시켜 DC/DC 전원부(43)로 공급하는 평활콘덴서(45)를 더 포함하여 안정된 DC전원이 만들어지도록 하고, DC/DC 전원부(43)의 충전DC전원을 충전커패시터(46)를 통해 충전배터리(44)에 안정적으로 공급할 수 있도록 한다.The smoothing capacitor 45 smoothes the DC power rectified by the rectifying unit 42 and supplies the smoothed DC power to the DC / DC power supply unit 43 to produce a stable DC power. So that the charged DC power can be stably supplied to the rechargeable battery 44 through the charging capacitor 46.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이다.Fig. 7 is a block diagram showing a power supply device 40 applied to a smart plant operating system via a power supply device 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 7에 도시된 바와 같이 정류부(42) 및 DC/DC 전원부(43) 사이에 구비되어 충전배터리(44)의 충전 완료시 FET 스위치(47)의 스위칭에 의해 2차 코일(41b)로 승압되는 AC전원을 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진토록 하는 소진저항(Dissipative Resistor; 48)을 포함한다.The non-power supply unit 40 applied to the smart plant operating system through the non-power supply unit 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the first embodiment of the present invention includes a rectifying unit 42 And the AC power which is provided between the DC / DC power supply unit 43 and the secondary coil 41b by switching the FET switch 47 when the charging battery 44 is completely charged is connected to the DC (Dissipative Resistor) 48 that consumes the power while receiving the power.

충전배터리(44)가 충전이 완료된 후에도 충전DC전원이 지속적으로 공급될 경우 과부하에 따른 손상이 불가피하게 되므로 본 발명의 제1실시예에서는 충전배터리(44)의 충전 완료시 FET 스위치(47)의 스위칭으로 트랜스포머(41)의 2차 코일(41b)로 승압되는 AC전원을 정류부(42)를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진저항(48)에서 소진토록 하여 충전배터리(44)를 보호할 수 있도록 함으로써 수명을 보장케 하는 것이다.When the charged DC power is continuously supplied even after the charging of the rechargeable battery 44 is continuously performed, damage due to an overload becomes inevitable. Therefore, in the first embodiment of the present invention, when the rechargeable battery 44 is completely charged, The AC power which is stepped up to the secondary coil 41b of the transformer 41 by the switching is converted into the DC power through the rectifying part 42 and is received by the exhausting resistor 48 to protect the rechargeable battery 44 Thereby ensuring a lifetime.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 나타내는 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram showing a non-powered supply device 40 applied to a smart plant operating system via a non-powered supply device 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)는 도 8에 도시된 바와 같이 DC/DC 전원부(43) 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)을 출력부하라 했을 때, 코어(41c)에 권선되며 충전배터리(44)의 충전 완료시 바이어스 전류에 의해 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시켜 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류의 손실을 방지케 하는 가변임피던스코일(49)을 포함한다.The non-power supply unit 40 applied to the smart plant operating system through the non-power supply unit 40 using the magnetic field of the high-voltage wiring line C according to the second embodiment of the present invention is a DC / DC When the charging battery 44 and the sensor module 10 are the output units, the power source unit 43 is wound on the core 41c, and when the charging battery 44 is charged, the magnetic flux of the core 41c is saturated The magnetization impedance of the core 41c is reduced relative to the impedance of the output load so that the current flows into the primary coil 41a instead of flowing into the secondary coil 41b, And a variable impedance coil 49 for preventing loss of flowing current.

충전배터리(44)가 충전이 완료된 후에도 충전DC전원이 지속적으로 공급될 경우 과부하에 따른 손상이 불가피하게 되므로 본 발명의 제2실시예에서는 DC/DC 전원부(43) 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)을 출력부하라 했을 때, 충전배터리(44)의 충전 완료시 바이어스 전류로 가변임피던스코일(49)을 동작시켜 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시키면서 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류를 유기시키지 않도록 하여 고전압배선선로(C)의 전원에 대한 손실을 극소화시킬 수 있도록 하는 것이다.In the second embodiment of the present invention, the DC / DC power supply 43 supplies power to the rechargeable battery 44 and the sensor module 44. In this case, The variable impedance coil 49 is operated with the bias current at the completion of charging the rechargeable battery 44 to switch the magnetic flux of the core 41c to the saturation state, The magnetization impedance of the high-voltage wiring line 41c is reduced so that the current flows into the primary coil 41a instead of flowing into the secondary coil 41b so that the current flowing to the high-voltage wiring line C is not induced, C to minimize power loss to the power source.

본 발명에 따른 고전압배선선로(C)의 자기장을 이용한 무전원공급장치(40)를 통한 스마트공장 운영시스템에 적용된 무전원공급장치(40)를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The non-power supply unit 40 applied to the smart plant operation system through the non-power supply unit 40 using the magnetic field of the high voltage wiring line C according to the present invention will be described in more detail as follows.

고전압배선선로(C)에서 센서모듈(10)을 구동하기 위한 충전DC전원을 추출하기 위한 는 무전원공급장치(40)는 도 6a에 같고, 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b) 내부를 통하는 자기장의 변화에 따라 고전압배선선로(C)에 기전력이 유도되며 그 크기는 식 1과 같다.The non-power supply unit 40 for extracting the charged DC power for driving the sensor module 10 in the high voltage wiring line C is as shown in FIG. 6A, and the primary coil 41a and the secondary coil 41b The electromotive force is induced in the high-voltage wiring line C according to the change of the magnetic field passing through the high-voltage wiring line.

[식 1]

Figure 112017071829009-pat00001
[Formula 1]
Figure 112017071829009-pat00001

Iprit(t)는 고전압배선선로(C) 흐르는 전류[고전압배선선로(C) 전류], Lm은 유도기전력을 수득하기 위해 사용되는 트랜스포머(41)의 코어(41c)에 의한 자화 인덕턴스, n은 코어(41c)에 권선된 1차 코일(41a) 대비 2차 코일(41b)의 턴 수를 의미한다.Lm is the magnetization inductance of the core 41c of the transformer 41 used to obtain the induced electromotive force, and n is the magnetization inductance of the core 41c of the transformer 41 used for obtaining the induced electromotive force. Here, I prit (t) is the current flowing through the high- Means the number of turns of the secondary coil 41b compared to the primary coil 41a wound on the core 41c.

이때, 고전압배선선로(C)에 무전원공급장치(40), 즉 트랜스포머(41)의 코어(41c)를 커플링하고, 코어(41c)의 1차 코일(41a) 및 2차 코일(41b)에 이어 평활콘덴서(45) 및 정류부(42)와, DC/DC 전원부(43)를 거쳐 충방전커패시터에 의해 충전배터리(44)를 충전하는 구조이다.At this time, the non-power supply unit 40, that is, the core 41c of the transformer 41 is coupled to the high-voltage wiring line C, and the primary coil 41a and the secondary coil 41b of the core 41c The charging battery 44 is charged by the charging / discharging capacitor via the smoothing capacitor 45, the rectifying part 42, and the DC / DC power source part 43. FIG.

최종적으로 충전배터리(44)에서 센서모듈(10)로 충전DC전원을 공급하여 준다.And finally supplies the charged DC power to the sensor module 10 from the rechargeable battery 44.

도 6a에서 DC/DC 전원부(43), 충전배터리(44) 및 센서모듈(10)를 출력부하라 할 때, 도 6b와 같이 출력부하 등가저항(Req)으로 표현될 수 있다.6A, when the DC / DC power source 43, the rechargeable battery 44 and the sensor module 10 are referred to as an output load, the output load equivalent resistance R eq can be expressed as shown in FIG. 6B.

도 6b에서 1차 코일(41a)과 2차 코일(41b)에 의한 트랜스포머(41)로 연결되어 있는데, 보다 분명하고 간편하게 해석하기 위하여 1차 코일(41a)로 등가시켜 바라본 등가회로도는 도 6c와 같다.6B, an equivalent circuit diagram of the primary coil 41a is shown in FIG. 6C and FIG. 6B in order to clearly and easily analyze the primary coil 41a and the secondary coil 41b. same.

출력부하 등가저항인 Rac_pri는 2차 코일(41b)의 턴 수인 n과 Req에 의해 아래의 식 2와 같은 관계를 가지게 된다.The output load equivalent resistance R ac_pri is given by the following formula 2 by n and R eq , which are the number of turns of the secondary coil 41b.

[식 2]

Figure 112017071829009-pat00002
[Formula 2]
Figure 112017071829009-pat00002

도 6c를 통해 전체 회로도는 고전압배선선로(C)에 흐르는 전류인 Ipri(t), 코어(41c)의 자화 인덕턴스 Lm과, 1차 코일(41a)로 투영된 등가저항인 Rac_pri의 병렬로 구성됨을 알 수 있고, 결국, Ipri(t)는 Lm 와 Rac_pri의 임피던스 비교를 통해 더 적은 임피던스를 갖는 경로로 전류가 흐르게 됨을 알 수 있다.6C, the entire circuit diagram shows the relationship between the magnetization inductance Lm of the core 41c and I pri (t), which is the current flowing in the high-voltage wiring line C, and the R ac_pri , which is the equivalent resistance projected onto the primary coil 41a As a result, I pri (t) can be seen that the current flows through the path having less impedance through the impedance comparison of Lm and Rac_pri .

또한, Rac_pri에 흐르는 전류의 크기에 따라 전력 추출량이 결정되므로 효과적으로 전력을 추출하기 위해서는 다량의 Ipri(t) 가 Rac_pri로 흘러야 함을 알 수 있다.In addition, since the power extraction amount is determined according to the magnitude of the current flowing through R ac_pri, it is understood that a large amount of I pri (t) flows to R ac_pri in order to extract power effectively.

한편, 고전압배선선로(C)로부터 최대한 많은 충전DC전원을 추출해야 하지만(즉, 많은 유도기전력을 충전배터리(44)에 충전해야 하지만) 만일 충전배터리(44)가 완충되어 있는 경우에는 더 이상 충전을 할 수 없는 상황이 발생하게 된다.On the other hand, in the case where the charging battery 44 is fully charged, it is necessary to extract the maximum number of the charged DC power sources from the high voltage wiring line C (that is, to charge the charging battery 44 with a large amount of induced electromotive force) It can not be done.

이러한 경우 더 이상 충전배터리(44)에 충전을 할 수 없는 상태가 되기 때문에 충전배터리(44)로 가는 도통 경로를 끊어줘야 한다.In this case, since the rechargeable battery 44 can no longer be charged, the conduction path to the rechargeable battery 44 must be cut off.

본 발명의 제1실시예에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 충전배터리(44)가 완충된 시점을 감지하여 2차 코일(41b)을 회로로부터 개방시키고 대신 소진저항(Dissipative Resistor; 48)을 통해 2차 코일(41b)로 전달되는 전력을 소진시켜 충전배터리(44)를 보호케 할 수 있도록 하는 것이다.According to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the secondary battery 41b is opened from the circuit by detecting the time when the charged battery 44 is fully charged, and is then discharged through the dissipative resistor 48 So that the electric power transmitted to the secondary coil 41b is exhausted so that the rechargeable battery 44 can be protected.

다만, 이 경우 충전배터리(44)의 과충전 문제는 해결할 수 있지만, 2차 코일(41b)로 넘어가는 전력을 모두 소진저항(48)으로 소진시켜 버림으로써 고전압배선선로(C)로의 전력 효율을 떨어뜨리는 한계를 감안하여야 한다. However, in this case, the overcharge problem of the rechargeable battery 44 can be solved, but the power consumption to the high-voltage wiring line C is lowered by exhausting all the power passing through the secondary coil 41b to the depletion resistance 48 You should take into account the limitations.

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따라 충전배터리(44)의 과충전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고전압배선선로(C)로의 전력손실을 막을 수 있도록 코어(41c)의 자화 인덕턴스를 바꿔 코어(41c)의 임피던스를 제어함으로써 충전배터리(44)로의 과충전은 방지하면서도 고전압배선선로(C)의 전력손실을 없앨 수 있도록 할 수 있다.It is possible to prevent overcharging of the rechargeable battery 44 according to the second preferred embodiment of the present invention and to change the magnetization inductance of the core 41c so as to prevent power loss to the high voltage wiring line C, The overcharging of the rechargeable battery 44 can be prevented, and the power loss of the high-voltage wiring line C can be eliminated.

도 6c에서 설명하였듯이 Ipri(t) 는 Lm와 Rac_pri의 임피던스 비교를 통해 더 작은 도통 경로로 다량의 전류가 흐르게 된다. 따라서 충분한 전력을 효과적으로 추출하기 위해서는 도 8에 도시된 바와 같이 Lm의 임피던스보다 Rac_pri의 임피던스를 더 작게 설계함으로써 대부분의 전류를 Rac_pri로 흐를 수 있도록 유도해야 한다.As described in FIG. 6C, I pri (t) flows a large amount of current through a smaller conduction path through impedance comparison between Lm and Rac_pri . Therefore, in order to extract a sufficient amount of power effectively, as shown in FIG. 8, the impedance of R ac_pri should be designed to be smaller than the impedance of L m to induce most currents to flow through R ac_pri .

하지만, 충전배터리(44)의 과충전을 방지하기 위해서는 Rac_pri에 전류가 흐르지 않도록 해야 하며 결국 바이어스 전류에 의해 구동되는 가변임피던스코일(49)을 통해 코어(41c)의 자속을 포화상태로 전환시켜 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 코어(41c)의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 2차 코일(41b)로 흐르지 않도록 하는 대신 1차 코일(41a)로 흐르도록 하여 고전압배선선로(C)로 흐르는 전류의 손실을 방지케 할 수 있도록 Lm의 임피던스를 Rac_pri의 임피던스보다 훨씬 작게 바꿔줌으로써 대부분의 전류가 Lm으로 흐르게 되고 따라서 Rac_pri에 전류가 흐르지 않아 전력 손실 없이 충전배터리(44)의 과충전을 방지할 수 있게 되는 것이다.
However, in order to prevent overcharging of the rechargeable battery 44, a current should not flow through R ac_pri , and the magnetic flux of the core 41c is converted into a saturated state through the variable impedance coil 49 driven by the bias current, The magnetization impedance of the core 41c is made relatively smaller than the impedance of the load so that the current flows into the primary coil 41a instead of flowing into the secondary coil 41b so that the loss of the current flowing to the high- The impedance of Lm is changed to be much smaller than the impedance of Rac_pri so that most of the current flows to Lm so that no current flows to Rac_pri so that the overcharge of the rechargeable battery 44 can be prevented without power loss .

본 발명은 스마트공장 내의 환경을 모니터링하면서 개선토록 할 수 있는 산업분야에 이용될 수 있다.
The present invention can be used in an industrial field that can be improved while monitoring the environment in a smart factory.

C : 고전압배선선로 10 : 센서모듈
11 : 센서측 정전압정류기 12 : 센서노드
13 : 무선트랜시버 14 : MCU
15 : 익스터널 센서 커넥터 20 : 게이트웨이
21 : 게이트측 정전압정류기 22 : 저전력광대역무선통신트랜시버
23 : 무선컨센트레이터 24 : CPU
25 : eMMC 26 : RAM
27 : 이더넷 28 : 모바일통신
29 : SDCARD 30 : 중앙서버
40 : 무전원공급장치 41 : 트랜스포머
41a : 1차 코일 41b : 2차 코일
41c : 코어 42 : 정류부
43 : DC/DC 전원부 44 : 충전배터리
45 : 평활콘덴서 46 : 충전커패시터
47 : FET 스위치 48 : 소진저항
49 : 가변임피던스코일C: High-voltage wiring line 10: Sensor module
11: Sensor side constant voltage rectifier 12: Sensor node
13: wireless transceiver 14: MCU
15: External sensor connector 20: Gateway
21: gate side constant voltage rectifier 22: low power broadband wireless communication transceiver
23: Wireless Concentrator 24: CPU
25: eMMC 26: RAM
27: Ethernet 28: Mobile Communications
29: SDCARD 30: Central server
40: Non-power supply 41: Transformer
41a: Primary coil 41b: Secondary coil
41c: core 42: rectification part
43: DC / DC power supply unit 44: Rechargeable battery
45: smoothing capacitor 46: charging capacitor
47: FET switch 48:
49: Variable Impedance Coil

Claims (10)

고전압배선선로를 통해 전력을 공급받는 스마트공장 내의 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 시그널로 무선 전송하는 센서모듈과, 상기 센서모듈에서 무선 전송된 시그널을 취합하여 기간통신망을 통해 전송하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이를 통해 전송된 시그널을 분석하여 저장 및 디스플레이시키는 중앙서버와, 상기 고전압배선선로에 커플링되어 유기되는 자기장을 통해 수득한 충전DC전원으로 충전하면서 상기 게이트웨이를 비롯한 상기 센서모듈에 공급하는 무전원공급장치를 포함하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템에 있어서,
상기 무전원공급장치는 상기 고전압배선선로로부터 유기되는 자기장에 커플링되어 AC전원을 승압시키는 1차 코일 및 2차 코일이 권선된 코어를 구비한 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에 의해 승압된 AC전원을 정류시켜 DC전원으로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부를 통해 정류된 DC전원을 충전DC전원으로 변환시키는 DC/DC 전원부와, 상기 DC/DC 전원부의 충전DC전원을 충전한 후 상기 센서모듈에 공급하는 충전배터리를 포함하고,
상기 DC/DC 전원부 충전배터리 및 센서모듈을 출력부하라 했을 때, 상기 코어에 권선되며 상기 충전배터리의 충전 완료시 바이어스 전류에 의해 상기 코어의 자속을 포화상태로 전환시켜 상기 출력부하의 임피던스보다 상대적으로 상기 코어의 자화 임피던스를 작게 하여 전류가 상기 2차 코일로 흐르지 않도록 하는 대신 상기 1차 코일로 흐르도록 하여 상기 고전압배선선로로 흐르는 전류의 손실을 방지케 하는 가변임피던스코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.A sensor module for detecting a temperature, a humidity, a pressure, a fine dust, an overcurrent or a fire in a smart factory supplied with electric power through a high-voltage wiring line, and wirelessly transmitting the sensed signal to the sensor; a gateway for collecting wirelessly transmitted signals from the sensor module, A central server for analyzing, storing, and displaying signals transmitted through the gateway, and a central server coupled to the high-voltage wiring line to supply the sensor module including the gateway while being charged with a charged DC power obtained through an induced magnetic field 1. A smart factory operating system through a power supply apparatus using a magnetic field of a high voltage wiring line including a non-power supply apparatus,
Wherein the non-power supply unit includes a transformer having a primary coil coupled to a magnetic field induced from the high-voltage wiring line to boost an AC power source and a core having a secondary coil wound thereon, and an AC power source boosted by the transformer, A DC / DC power source unit for converting the DC power source rectified through the rectifying unit to a charged DC power source, and a rechargeable battery for supplying the charged DC power source to the sensor module after charging the DC power source of the DC / Lt; / RTI >
Wherein the DC / DC power source rechargeable battery and the sensor module are wound on the core and convert the magnetic flux of the core into a saturated state by a bias current when the rechargeable battery is charged, And a variable impedance coil for reducing a magnetization impedance of the core to prevent a current from flowing to the secondary coil so as to flow to the primary coil to prevent loss of current flowing to the high voltage wiring line. Smart plant operation system using non - power supply system using magnetic field of high voltage wiring line. 제1항에 있어서,
상기 센서모듈은
상기 무전원공급장치의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 센서측 정전압정류기와,
상기 센서측 정전압정류기의 구동DC전원으로 구동되면서 센서노드를 통해 온도 습도 기압 미세먼지 과전류 또는 화재를 감지하여 무선트랜시버를 통해 상기 게이트웨이에 전송하는 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.The method according to claim 1,
The sensor module
A sensor side constant voltage rectifier for converting the charged DC power of the non-power supply device into a driving DC power source,
And an MCU that is driven by a driving DC power source of the sensor side constant voltage rectifier and senses a temperature, humidity, pressure, fine dust, overcurrent, or fire through a sensor node and transmits the sensed overcurrent or fire to the gateway through a wireless transceiver. Smart plant operation system using non - power supply system. 제2항에 있어서,
상기 센서모듈은 추가의 센서노드의 접속을 위한 익스터널 센서 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the sensor module further comprises an external sensor connector for connection of an additional sensor node. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제1항에 있어서,
상기 게이트웨이는 상기 무전원공급장치의 충전DC전원을 구동DC전원으로 변환시키는 게이트측 정전압정류기에 의해 구동되며 저전력광대역무선통신트랜시버(LPWAN Transceiver; Low Power Wide Area Network Transceiver)를 통해 상기 센서모듈의 시그널을 무선컨센트레이터로 받아들인 후 CPU에서 연산처리하여 eMMC(Embedded Multi Media Card) 또는 RAM(Random Access Memory)에 기억시키면서 이더넷(Ethernet) 또는 모바일통신을 통해 상기 중앙서버로 교신하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.The method according to claim 1,
The gateway is driven by a gate-side constant-voltage rectifier that converts the charged DC power of the non-powered supply device into a driving DC power source and transmits a signal of the sensor module through a low power wideband wireless communication transceiver (LPWAN Transceiver) And the central server is communicated to the central server through an Ethernet or mobile communication while being processed by a CPU and stored in an eMMC (Embedded Multi Media Card) or RAM (Random Access Memory) after being accepted as a wireless concentrator. Smart plant operation system using non - power supply system using line magnetic field. 제4항에 있어서,
상기 게이트웨이는 상기 센서모듈의 시그널 용량에 맞추어 메모리 저장영역을 넓혀주는 SDCARD(Secure Digital Memory Card)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the gateway further comprises an SDCARD (Secure Digital Memory Card) that widens a memory storage area in accordance with a signal capacity of the sensor module. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 정류부에 의해 정류된 DC전원을 평활시켜 상기 DC/DC 전원부로 공급하는 평활콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.The method according to claim 1,
And a smoothing capacitor for smoothing the DC power rectified by the rectifying unit and supplying the smoothed capacitor to the DC / DC power supply unit. 제1항에 있어서,
상기 DC/DC 전원부의 충전DC전원을 상기 충전배터리에 안정적으로 공급하는 충전커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a charging capacitor for stably supplying the charged DC power of the DC / DC power supply unit to the rechargeable battery. 제1항에 있어서,
상기 정류부 및 DC/DC 전원부 사이에 구비되어 상기 충전배터리의 충전 완료시 FET 스위치의 스위칭에 의해 상기 2차 코일로 승압되는 AC전원을 상기 정류부를 통해 DC전원으로 변화시켜 받아들이면서 소진토록 하는 소진저항(Dissipative Resistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압배선선로의 자기장을 이용한 무전원공급장치를 통한 스마트공장 운영시스템.
The method according to claim 1,
An AC power source which is provided between the rectifying unit and the DC / DC power source unit and is boosted to the secondary coil by switching the FET switch when the rechargeable battery is charged, converts the AC power source into the DC power source through the rectifier unit, (Dissipative Resistor) connected to the high voltage wiring line.
삭제delete
KR1020170094524A 2017-07-26 2017-07-26 Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable KR101995942B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094524A KR101995942B1 (en) 2017-07-26 2017-07-26 Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094524A KR101995942B1 (en) 2017-07-26 2017-07-26 Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190012285A KR20190012285A (en) 2019-02-11
KR101995942B1 true KR101995942B1 (en) 2019-07-05

Family

ID=65370425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170094524A KR101995942B1 (en) 2017-07-26 2017-07-26 Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101995942B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102066560B1 (en) * 2019-06-18 2020-01-15 주식회사 케이디파워 Wireless current and temperature monitoring system for energy harvesting

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101141286B1 (en) * 2011-10-21 2012-05-04 (주) 에코센스 Energy monitoring system for electric power consumption at each power line using multi electric power calculating apparatus without power interruption
JP2012222951A (en) * 2011-04-08 2012-11-12 Denso Corp Charging device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150008785A (en) * 2013-07-15 2015-01-23 장문철 Non-powered sensor system
KR101754753B1 (en) 2015-12-01 2017-07-19 주식회사 네오에이스 Smart system for safety factory based on Information technology facilities, and method for smart safety process using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012222951A (en) * 2011-04-08 2012-11-12 Denso Corp Charging device
KR101141286B1 (en) * 2011-10-21 2012-05-04 (주) 에코센스 Energy monitoring system for electric power consumption at each power line using multi electric power calculating apparatus without power interruption

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190012285A (en) 2019-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202383184U (en) Current, electric power and electric energy self-powered and wireless monitoring system
CN103259342B (en) The method of wireless power receiver and its electric power of management
CN100403622C (en) Intelligent power distribution administrative center
CN202906546U (en) Wireless electric vehicle charging system
CN106059034B (en) The electrical system and method for supplying power to of wireless data transmission device
CN103683527A (en) Wireless power transmitter and method of controlling power thereof
WO2018236027A1 (en) Integrated energy storage system monitoring device
CN110793668A (en) Resonance magnetic coupling induction electricity-taking self-powered wireless temperature measurement system
US11381088B2 (en) Gateway apparatus for controlling power of photovoltaic power generation facilities
KR102062633B1 (en) Highly efficient self -powered wireless sensor and sensor module
US20150025702A1 (en) Energy management system
CN105322626A (en) Wirelessly charged intelligent shopping cart and wireless charging system therefor
CN102663487B (en) There is identifing source card, have the control method of identifing source card and work attendance station-keeping system
KR101995942B1 (en) Managing system of smart plant through no power supplier using the magnetic field of high voltage cable
Xiong et al. Design of power failure event reporting system based on NB-IoT smart meter
CN206135553U (en) A from draw -out power supply device for power equipment condition detects sensor
KR20190012286A (en) No power supplier using the magnetic field of high voltage cable
CN103401315A (en) Distributed generation Internet of Things control system
CN203406677U (en) Distributed generation Internet-of-things control system
CN213986625U (en) Self-powered over-current detection device for subway fire prevention
CN102252766B (en) Switch cabinet contact wireless temperature measurement device with suspension self power supply function
KR102314368B1 (en) System for electrical and environmental monitoring using energy harvesting
CN209282928U (en) A kind of transmission line of electricity sensing electricity getting device based on Rogowski coil
CN203660670U (en) Electric field micropower electricity-taking device and monitoring system in power cable and power transmission line
CN108063500B (en) Magnetic resonance non-contact power supply system and method for on-line monitoring wireless sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right