KR102070664B1 - 3d 기반의 플랜트 모니터링 시스템 - Google Patents

3d 기반의 플랜트 모니터링 시스템 Download PDF

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이정수
송덕용
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Abstract

본 발명은 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 플랜트의 전체 형상에 대응되도록 미리 설계되어 있는 3D 렌더링 정보로부터 형상과 속성 등에 대한 정보만을 추출하여 통합 변환함으로써, 시스템 운용시 발생되는 로딩의 장기화 문제와 반응속도의 저하 문제를 해결할 수 있고,
실제, 실시간으로 측정되는 플랜트의 모든 측정정보에 대해서도, 측정이 이루어진 영역의 식별정보(ID)를 매칭시켜 변환된 정보 상에 적용시킬 수 있어서, 실제 플랜트의 가시화가 가능하도록 하는, 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템{3D-BASED PLANT MONITORING SYSTEM}
본 발명은 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 플랜트의 전체 형상에 대응되도록 미리 설계되어 있는 3D 렌더링 정보로부터 형상과 속성 등에 대한 정보만을 추출하여 통합 변환함으로써, 시스템 운용시 발생되는 로딩의 장기화 문제와 반응속도의 저하 문제를 해결할 수 있고,
실제, 실시간으로 측정되는 플랜트의 모든 측정정보에 대해서도, 측정이 이루어진 영역의 식별정보(ID)를 매칭시켜 변환된 정보 상에 적용시킬 수 있어서, 실제 플랜트의 가시화가 가능하도록 하는, 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
플랜트란, 생산용의 기계, 장치, 그 일체, 공장 설비 혹은 공장 전체 등을 총괄하는 의미로서, 통상적으로 생산 설비 혹은 제조 설비 일체를 지칭한다.
이러한 플랜트를 관리하기 위하여 최초에는 운용정보와 도면에 기반하여 분석을 수행함으로써, 관리를 수행하고 있었다.
이는 등록특허공보 제10-1329395호의 발전설비 관리 시스템 및 그 제어방법에 기재되어 있다.
그러나 근래에 이르러 기술이 발전하고, 각 정보들 간의 취합 및 연동이 쉬워짐에 따라, 맵핑 기술을 도입하여 플랜트의 형상관리를 수행하고 있는데, 종래 형상관리를 위하여 다양한 기술이 개발되고 있는 실정이다.
예를 들어, 등록특허공보 제10-1600257호의 원자력발전소 형상관리 장치가 그 예이다.
그러나 종래 형상관리 기술은, 부적절한 형상관리로 인해 의사결정에 필요한 정확한 정보를 적기에 획득하기 어려운 문제점이 있고, 정확한 정보가 적기에 정확한 형태로 설계담당자나 운전원에게 전달되지 못할 때 인적실수를 유발하여 플랜트의 안전에 문제가 발생되기도 한다.
또한, 설비 문제 발생 시 문제점 분석, 변경 시 영향도 파악이 어려워 시간/비용 측면의 의사결정이 늦어지고 정확한 의사결정의 근거 제공이 어렵고, 플랜트 산업은 설계사-시공사-운영사가 분리되어 있어 유지보수 단계에서 운영사가 설계 및 운전요건, 설계기준, 계산서 등의 정보 추적이 어려운 상황이다.
이러한 기존 형상관리기술은 최초 형상정보의 구축에 주안점을 두었으나, 최근 유지보수 단계에서는 기기나 설비의 형상 변경이 발생할 경우 인허가 및 설계 상위요건과의 부합성 확인을 위한 추적성과 설계 및 운전, 물리형상 간의 일치성 보장을 위해 전체 플랜트의 생애주기 단계별로 프로세스 기반(Process-driven) 형상관리와 MRO(Maintenance, Repair & Overhaul) 관리를 지원하는 기술개발이 필요한 실정이다.
관련된 기술로서, 등록특허공보 제10-1831397호에는 배관 형상관리 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체(선행기술 1)가 기재되어 있다.
선행기술 1은, 복수의 배관 설계 정보를 포함하는 3차원 캐드 모델을 획득하는 단계, 시공이 완료된 배관 그룹에 대한 제1 레이저 스캐닝을 통하여 상기 배관 그룹의 3차원 위치정보를 획득하는 단계, 상기 3차원 캐드 모델과 상기 제1 레이저 스캐닝 결과를 비교하여 일치 여부를 판단하는 단계, 상기 제1 레이저 스캐닝을 통해 획득된 상기 3차원 위치정보 중 상기 3차원 캐드 모델과 일치하지 않는 정보에 대한 응력 해석을 수행하는 단계 및 상기 응력 해석 결과에 대응하여 상기 배관 그룹에 대한 재시공 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 기재하고 있다.
즉, 모델링된 정보를 기반으로 형상관리를 수행하는 기술에 관련된다.
다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1733424호에는 원자력발전소 설계기준 기반 형상관리방법 및 시스템(선행기술 2)이 기재되어 있다.
선행기술 2는, 법령과 규제요건, 규격이나 표준에서 준수가 요구되는 설계기준요건을 추출 및 규정하는 설계기준요건 추출부와; 원자력발전소의 운전 편의성이나 안전성 강화, 운전 신뢰도를 높이기 위한 사업주의 강화된 요건으로부터 필수요건을 추출 및 규정하는 필수요건 추출부와; 상기 설계기준요건 및 상기 필수요건을 기본 형상관리 요건으로 하여 하위 체계의 설계도서를 확인 및 정의하는 설계도서 확인부와; 상기 설계기준요건 및 상기 필수요건을 기본 형상관리 요건으로 하여 하위 체계의 설계변수를 확인 및 정의하는 설계변수 확인부와; 상기 설계기준요건 및 상기 필수요건을 기본 형상관리 요건으로 하여 하위 체계의 발전소 운전정보를 확인 및 정의하는 운전정보 확인부와; 상기 설계도서, 상기 설계변수 및 상기 발전소 운전정보를 기본으로 원자력발전소의 구조물 정보, 계통 정보 및 기기 정보를 포함하는 발전소 상태의 상호 일치성을 확인하는 SSC부와; 원자력 발전소의 구조물, 계통, 기기 등에 대하여 보수 혹은 교체를 한 이력을 관리하는 정비 이력부와; 그리고 원자력 발전소에 소요되는 구조물, 계통, 기기 등에 대하여 구매한 이력을 관리하는 구매 정보부를 포함하는 것을 기재하고 있다.
즉, 설계 도면을 기반으로 형상관리를 수행하는 기술에 관련된다.
그러나 상술된 기술들을 비롯한 종래 형상관리 기술을 보면, 모델링된 도면정보 혹은 실사정보 중 하나를 선택하여 엔지니어에 의한 분석을 통해 형상관리를 수행하고 있는데, 특히 모델링된 도면정보의 경우에는 랜더링 되기 위한 속성의 양이 너무 많기 때문에 상당한 사양의 컴퓨터에서도 반응속도와 처리속도의 저하가 발생되고 있는 실정이다.
이러한 모델링된 도면 정보, 즉 3D CAD 등에 의한 도면정보는 3차원 좌표점, 배율, 회전 등의 기능과, 색상 및 질감 등의 정보, 그리고 통상의 형상정보만으로는 표현할 수 없는 속성정보(객체ID, 무게, 재질, 제조사 등)를 포함하고 있기 때문에, 위의 반응속도와 처리속도의 저하가 발생되는 것이다.
따라서, 도면정보를 이용하여 플랜트의 형상 관리 등에 대한 모니터링을 수행하되, 속도를 향상시킬 수 있는 새로운 기술이 필요한 시점이다.
등록특허공보 제10-1329395호(2013.11.14. 공고) 등록특허공보 제10-1600257호(2016.03.04. 공고) 등록특허공보 제10-1831397호(2018.02.22. 공고) 등록특허공보 제10-1733424호(2017.05.24. 공고)
본 발명의 목적은, 플랜트의 전체 형상에 대응되도록 미리 설계되어 있는 3D 렌더링 정보로부터 형상과 속성 등에 대한 정보만을 추출하여 통합 변환함으로써, 시스템 운용시 발생되는 로딩의 장기화 문제와 반응속도의 저하 문제를 해결할 수 있고,
실제, 실시간으로 측정되는 플랜트의 모든 측정정보에 대해서도, 측정이 이루어진 영역의 식별정보(ID)를 매칭시켜 변환된 정보 상에 적용시킬 수 있어서, 실제 플랜트의 가시화가 가능하도록 하는, 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 따른 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템은,
속성정보 추출기; 형상정보 추출기; 색상정보 추출 및 통합기; 전용데이터 변환기; 압축 및 암호화부; 전용정보 데이터베이스; 및 통합 가시화부;를 포함하는 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 있어서,
상기 시스템은,
- 3D CAD 정보를 저장하는 별도의 데이터베이스와 연계되며,
- 플랜트의 정보를 측정하여 생성된 실시간측정정보를 수신하여 기능하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 속성정보 추출기는, 3D CAD 정보에 포함된 속성정보 중 모니터링 및 가시화를 위한 수준의 속성정보를 추출하고,
상기 형상정보 추출기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보를 추출하며,
상기 색상정보 추출 및 통합기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보가 가지는 색상정보를 추출하고, 추출된 색상정보의 중복색상을 판별하여 단일정보로 축약함으로써 중복색상정보를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전용데이터 변환기는, 추출된 속성정보, 형상정보 및 색상정보를 통합하여, 가시화를 위한 전용데이터로 변환하고,
상기 압축 및 암호화부는, 상기 전용데이터 변환기를 통해 변환된 전용데이터를 압축하여 용량을 줄이고, 보안을 위한 암호화를 수행하여 생성된 전용정보 전용정보 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 가시화부는, 상기 전용정보 데이터베이스에 저장된 전용정보와 실시간측정정보를 통합하여 정보를 구축하고, 구축된 정보를 기반으로 랜더링 엔진을 통해 가시화를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시간측정정보는, 측정된 실제 구성에 부여된 식별정보에 기반하여 전용정보의 형상정보 상에서 상기 구성을 특정한 뒤, 특정된 구성에 반영되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 의하면,
플랜트의 전체 형상에 대응되도록 미리 설계되어 있는 3D 렌더링 정보로부터 형상과 속성 등에 대한 정보만을 추출하여 통합 변환함으로써, 시스템 운용시 발생되는 로딩의 장기화 문제와 반응속도의 저하 문제를 해결할 수 있고,
실제, 실시간으로 측정되는 플랜트의 모든 측정정보에 대해서도, 측정이 이루어진 영역의 식별정보(ID)를 매칭시켜 변환된 정보 상에 적용시킬 수 있어서, 실제 플랜트의 가시화가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템을 블록도로 표현한 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 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.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 플랜트의 전체 형상에 대응되도록 미리 설계되어 있는 3D 렌더링 정보로부터 형상과 속성 등에 대한 정보만을 추출하여 통합 변환함으로써, 시스템 운용시 발생되는 로딩의 장기화 문제와 반응속도의 저하 문제를 해결할 수 있고,
실제, 실시간으로 측정되는 플랜트의 모든 측정정보에 대해서도, 측정이 이루어진 영역의 식별정보(ID)를 매칭시켜 변환된 정보 상에 적용시킬 수 있어서, 실제 플랜트의 가시화가 가능하도록 하는, 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명을 첨부된 도면의 도 1을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템을 블록도로 표현한 것이다.
본 발명(이하, '모니터링 시스템')은 도 1과 같이 속성정보 추출기; 형상정보 추출기; 색상정보 추출 및 통합기; 전용데이터 변환기; 압축 및 암호화부; 전용정보 데이터베이스; 및 통합 가시화부;를 포함하고,
아울러, 도 1과 같이 3D CAD 정보를 저장하는 별도의 데이터베이스와 연계될 수 있고, 플랜트의 정보를 측정하여 생성된 실시간측정정보를 수신하여 기능할 수 있다.
속성정보 추출기는, 3D CAD 정보에 포함된 속성정보 중 모니터링 및 가시화를 위한 수준의 속성정보를 추출하는 기능을 한다.
이때, 속성정보라 함은 플랜트를 이루는 재질부터 동작 판단을 위한 축정보 등 통상의 기술자에 의해 예측되는 모든 정보를 의미한다.
형상정보 추출기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보를 추출하는 기능을 한다.
색상정보 추출 및 통합기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보가 가지는 색상정보를 추출하는 기능을 수행하며, 추출된 색상정보를 인덱싱하여 형상정보와 관련된 색상정보를 맵핑하고, 색상정보의 중복색상을 판별하여 단일정보로 축약함으로써 중복색상정보를 최소화한다.
전용데이터 변환기는, 추출된 속성정보, 형상정보 및 색상정보를 통합하여, 가시화를 위한 전용데이터로 변환하는 기능을 한다. 이때, 전용데이터는 시스템 운용과 데으터의 로딩 및 응답속도를 향상시키기 위하여 데이터 저장방식으로 저장한다.
압축 및 암호화부는, 상기 전용데이터 변환기를 통해 변환된 전용데이터를 압축하여 용량을 줄이고, 보안을 위한 암호화를 수행하여, 암호화된 압축 전용데이터, 즉 전용정보로 저장하여, 상기 전용정보 데이터베이스에 저장하도록 한다.
통합 가시화부는, 상기 전용정보 데이터베이스에 저장된 전용정보와 실시간측정정보를 통합하여 정보를 구축하고, 구축된 정보를 기반으로 랜더링 엔진을 통해 가시화시키는 역할을 한다. 즉, 전용정보 데이터베이스를 통해 구축된 3차원 정보에 실시간측정정보에 따른 플랜트의 실제 거동 및 측정값을 그래프 등으로 출력하여 가시화 가능하도록 하는 것이다.
이때, 실시간측정정보는, 전술된 바와 같이 플랜트에 구비된 측정기(계측기)로부터 측정된 데이터를 통신을 통해 수집된 것으로, 데이터 정재(필터링, 예를 들어 중복데이터 혹은 오류데이터 제거 등의 통상의 정재)과정을 거치고, 측정기가 구비된 실제 플랜트의 구성에 부여된 식별정보인 ID에 기반하여 전용정보 상의 형상정보에 기인하여 구성을 특정한 뒤, 특정된 구성에 실시간측정정보를 반영하는 것이다.
예를 들어, 플랜트의 계류라인에 대한 가시화를 수행하는 경우, 파력 등에 의해 상시 달라지는 계류라인의 인장 등에 대한 측정정보가 실시간으로 수신되고, 계류라인에 대한 3D CAD 정보를 기반으로 전용정보를 생성한 뒤, 상기 전용정보에 해당 계류라인에서 측정된 실시간측정정보를 반영하여 가시화시키는 것이다.
설계 조건에 따라서는, 전용정보의 용량을 더욱 줄이기 위한 목적으로, 다음과 같은 기능을 더 하도록 할 수 있다.
모니터링 시스템은, 가중치설정부를 더 포함하여, 플랜트를 이루는 각 구성들에 대한 외관가중치와 내부가중치의 중요도를 퍼센티지(%)로 설정하도록 할 수 있다.
예컨대, 계류라인에 대하여 가중치를 설정하는 경우, 계류라인은 내부의 구조보다 외관의 구조가 더 중요하기 때문에, 100%를 기준으로 외관가중치 80% 및 내부가중치 20%로 관리자에 의해 설정될 수 있다.
그리고 모니터링 시스템은, 특정 전용정보에 대하여 응답속도 또는 처리속도에 대한 판단을 수행하여 소정의 속도를 초과하는 속도를 보이는 경우, 다음의 전용정보를 생성하는 경우, 해당 구성에 대해서는 가중치에 기반한 전용정보를 생성하도록 할 수 있다. 이때 모니터링 시스템은 속도판단부를 더 포함하고, 이상 속도를 보이는 구성을 판단하는 이상구성판단부와, 이상구성판단부에 의해 판단된 구성을 기반으로 전용정보를 생성하는 경우, 가중치에 의한 보정이 이루어지도록 하는 보정부를 더 포함할 수도 있다.
상술된 가중치에 기반한 전용정보를 생성하는 것은, 예를 들어 전술된 예에서 계류라인에 대한 전용정보를 생성하는 경우, 형상정보 중 외관에 관련된 정보(예를 들면, 3D CAD 정보 상의 치수에 기반하여 최 외측의 치수 중 작아지는 순서로 80%)만 추출하는 것으로서, 전용정보의 용량을 더욱 줄일 수 있다.
다른 일예로, 가중치에 대하여 내부가중치가 50%를 넘어서 외관가중치보다 큰 경우, 예컨대 외관가중치 20% 및 내부가중치 80%인 경우에는, 50%를 넘는 나머지 30%를 내부가중치로 가정하여, 형상정보 중 외관에 관련된 정보 70%를 추출하고, 내부에 관련된 정보(치수를 기준으로 외관 총 치수의 1/2의 치수를 대상으로 ±30%, 총 외관 100mm의 경우 50mm±30% = 35mm ~ 65mm)만 추출하도록 할 수도 있다.
이를 통해, 더욱 절감된 용량을 가지는 데이터를 추출하면서도, 형상을 추출하여 데이터화하는데 정확한 정보를 추출하도록 할 수 있을 것으로 기대된다.
상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (5)

  1. 속성정보 추출기; 형상정보 추출기; 색상정보 추출 및 통합기; 전용데이터 변환기; 압축 및 암호화부; 전용정보 데이터베이스; 및 통합 가시화부;를 포함하는 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템에 있어서,
    (a) 상기 속성정보 추출기는,
    3D CAD 정보에 포함된 속성정보 중 모니터링 및 가시화를 위한 수준의 속성정보를 추출하고,
    상기 형상정보 추출기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보를 추출하며,
    상기 색상정보 추출 및 통합기는, 3D CAD 정보에 포함된 형상정보가 가지는 색상정보를 추출하고, 추출된 색상정보의 중복색상을 판별하여 단일정보로 축약함으로써 중복색상정보를 최소화하고
    (b) 상기 전용데이터 변환기는, 추출된 속성정보, 형상정보 및 색상정보를 통합하여, 가시화를 위한 전용데이터로 변환하고,
    상기 압축 및 암호화부는, 상기 전용데이터 변환기를 통해 변환된 전용데이터를 압축하여 용량을 줄이고, 보안을 위한 암호화를 수행하여 생성된 전용정보 전용정보 데이터베이스에 저장하며,
    (c) 상기 통합 가시화부는,
    상기 전용정보 데이터베이스에 저장된 전용정보와 실시간측정정보를 통합하여 정보를 구축하고, 구축된 정보를 기반으로 랜더링 엔진을 통해 가시화를 수행하되,
    상기 실시간측정정보는, 측정된 실제 구성에 부여된 식별정보에 기반하여 전용정보의 형상정보 상에서 상기 구성을 특정한 뒤, 특정된 구성에 반영되며,
    상기 모니터링 시스템은,
    3D CAD 정보를 저장하는 별도의 데이터베이스와 연계되며, 플랜트의 정보를 측정하여 생성된 실시간측정정보를 수신하여 기능하되,
    플랜트를 이루는 각 구성들에 대한 외관가중치와 내부가중치의 중요도를 퍼센트(%)로 설정하는 가중치설정부와, 전용정보에 대한 응답속도 또는 처리속도를 판단하는 속도판단부와, 상기 속도판단부의 판단에 따라 이상 속도를 보이는 구성을 판단하는 이상구성판단부와, 이상구성판단부에 의해 판단된 구성을 기반으로 전용정보를 생성하는 경우, 가중치에 의한 보정이 이루어지도록 하는 보정부를 포함하며,
    상기 가중치설정부를 기반으로 관리자에 의해 설정된 구성에 대한 가중치에 기반하여, 상기 이상 속도를 보이는 구성에 대한 보정을 수행하되,
    상기 보정은 외관가중치 또는 내부가중치 중, 50%를 넘어선 가중치에 대하여 50%를 제외한 나머지 가중치로 가정한 뒤, 50%를 넘어서지 못한 가중치에 50%를 합산하여 추출하고, 50%를 넘어선 가중치에 대해서는 50%를 넘어서지 못한 가중치에 대한 1/2의 치수를 대상으로, 상기 50%를 넘어선 가중치의 50%를 제외한 나머지 가중치를 ±산출하여 추출함으로써, 전용정보의 용량을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 3D 기반의 플랜트 모니터링 시스템.
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