KR102076708B1 - 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템 - Google Patents

구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거에 연결되어 각 계측기기 또는 데이터로거별 고유의 통신 방식에 맞춰 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 설정된 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공하는 데이터취합부; 상기 데이터취합부에서 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공된 데이터를 수신하여 분류 저장하며, 계측기기 또는 데이터로거의 추가에 따른 확정성을 갖도록 복수의 저장공간이 구비되는 데이터베이스부; 상기 데이터베이스부와 연결되어 관리자가 요구하는 데이터를 상기 데이터베이스부에서 조회하고, 조회된 데이터를 제공하는 데이터제공부; 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거와, 상기 계측기기 또는 데이터로거를 송신하기 위해 구비되는 하나 이상의 통신기기에 연결되어 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 상태 정보를 수집하고 이를 송신하는 상태정보송신부; 상기 상태정보송신부에서 송신하는 상태 정보를 수신하고 수신한 상태 정보와 기저장된 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 정상범주 기준값을 비교 분석하여 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 이상상황을 판단하여 출력하는 이상상황판단부; 및 기 데이터제공부에서 제공되는 데이터와 상기 이상상황판단부에서 출력하는 결과 데이터를 모니터링 하는 모니터링부;를 포함하는 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템에 관한 것이다.

Description

구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템{Self-diagnosis system of measuring equipment for monitoring structures}
본 발명은 계측설비의 이상 유무를 자체적으로 진단하여 재난재해 발생 시 데이터 손실 및 장애를 최소화 할 수 있도록 이상발생 가능성을 사전에 탐지하거나 시스템의 이상 상태를 표출 및 전달할 수 있는 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템에 관한 것이다.
교량 등 구조물의 구조적 성능 문제 발생 시 초기에 경고하며, 유사 구조물의 설계, 시공 및 유지관리를 위한 정보제공을 목적으로 설치되는 계측 시스템(SHMS, Structural Health Monitoring System)은 현재 설계 당시부터 반영되는 추세이다.
국내 현장에 적용되고 있거나 현장 적용을 위해 개발된 모든 계측 시스템은 신호기반 알고리즘으로 구분할 수 있다. SI(system identification) 기법에 관한 연구로는 뉴럴 네트워크 기법에 의한 손상 평가(Neural Network based damage assessment), 상시 진동 측정을 통한 교량 상태평가(ambient vibration based bridge rating), 하이브리드 상태평가 모니터링 기법(hybrid SHM technique) 등이 있다. 특히 뉴럴 네트워크 기법을 사용한 구조물 평가 및 손상진단에 대한 알고리즘은 대학교를 중심으로 연구용으로 활발히 적용되고 있다.
USN 센서 방식 모니터링은 구조물의 센서유닛에서 획득된 데이터를 무선(ZigBee)으로 주제어장치로 전송하고 CDMA를 통해 데이터서버로 전송하는 방식의 모니터링 사례와, ZigBee 무선 통신 방식의 모니터링과 기존 시스템과의 비교 사례가 있지만 아직까지는 연구단계 이다.
일 예로 전국 국도상 케이블교(현수교, 사장교 한정)의 모니터링시스템은 기존의 국도 관리사무소 업무를 2009년 통합하여 한국시설안전공단과 한국건설기술연구원에서 위탁관리하는 일반국도 케이블교 통합유지관리센터의 구축을 진행하고 있으며, 국도상 케이블교 설계에 대하여 유지관리 자문을 수행하고 있다.
장경간 케이블교량용 계측 시스템의 개발은 해당 시스템을 구축하는 전문업체들 중심으로 진행되고 있다. 전문업체들의 경우 계측 시스템을 구축하는 과정에서 발생되는 문제들을 개선하는 형태로 계측 시스템을 발전시키고 있기 때문에 이에 대한 전문적인 연구를 수행하고 있다고 할 수 없다. 그리고 정부, 공사 및 전문 연구기관에서도 계측시스템의 개발에 지속적인 투자를 하지 않고 있어 체계적인 연구 인프라가 부족한 수준이다.
현재 국내에서는 서해대교, 영종대교, 인천대교, 광안대교 등 서남해안을 중심으로 국도 상에 약 30여개의 케이블교량이 공용 중에 있으며, 이들 교량 대부분은 별도의 유지관리 체계를 갖추고 계측 시스템을 운영하고 있다.
한편 상기 언급한 계측 시스템은 구조물의 상태를 파악하기 위한 구성요소로서 센서, 데이터로거, 네트워크 장비, 데이터처리 시스템, 전원부을 포함하고 있는데, 이러한 구성요소에 이상 장애가 발생 가능하며, 또한 케이블의 단락, 접속불량, 노이즈 등에 의해 계측 데이터 수집이 원활하지 않거나 수집된 데이터가 불량하여 구조물의 이상유무를 판단하는데 어려움이 발생할 수 있다.
이와 같이 계측 시스템의 장애를 사전에 파악하지 못하면 계측 시스템의 이상이 재난재해에 의해 구조물물에 실제 이상 상황이 발생한 것인지 시스템의 노후화 또는 기기오류에 따른 이상인 것인지에 대한 판단이 어렵다.
재난재해가 발생하여 구조물물에 이상이 발생하였음에도 불구하고 계측 시스템의 오작동으로 인해 구조물의 구조적 이상을 파악하지 못하는 경우가 실제로 종종 발생하기 때문에 계측 시스템의 자가진단 기능은 매우 중요하다.
또한 현재의 계측시스템은 자가진단 기능의 부재로 인하여 계측 시스템의 문제를 파악하기 위해 멀리 떨어진 다수의 현장을 제한적 인원이 직접 방문해야 하여 점검시간의 지연 및 그에 따라 빠른 대처가 어렵고 많은 비용이 발생하는 비경제적인 측면이 있다.
이에 따라 원격으로 시스템 이상유무를 파악하고 사전에 수리 또는 교체에 필요자재를 확보하거나 심각도에 따라 우선순위를 두어 효율적인 시스템 유지보수를 수행하기 위해서는 계측 시스템에서 자가진단 기능이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0114439호(2012.10.17.)
따라서 본 발명의 목적은 계측설비의 이상 유무를 자체적으로 진단하여 재난재해 발생 시 데이터 손실 및 장애를 최소화 할 수 있도록 이상발생 가능성을 사전에 탐지하거나 시스템의 이상 상태를 표출 및 전달할 수 있는 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템은, 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거에 연결되어 각 계측기기 또는 데이터로거별 고유의 통신 방식에 맞춰 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 설정된 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공하는 데이터취합부; 상기 데이터취합부에서 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공된 데이터를 수신하여 분류 저장하며, 계측기기 또는 데이터로거의 추가에 따른 확정성을 갖도록 복수의 저장공간이 구비되는 데이터베이스부; 상기 데이터베이스부와 연결되어 관리자가 요구하는 데이터를 상기 데이터베이스부에서 조회하고, 조회된 데이터를 제공하는 데이터제공부; 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거와, 상기 계측기기 또는 데이터로거를 송신하기 위해 구비되는 하나 이상의 통신기기에 연결되어 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 상태 정보를 수집하고 이를 송신하는 상태정보송신부; 상기 상태정보송신부에서 송신하는 상태 정보를 수신하고 수신한 상태 정보와 기저장된 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 정상범주 기준값을 비교 분석하여 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 이상상황을 판단하여 출력하는 이상상황판단부; 및 상기 데이터제공부에서 제공되는 데이터와 상기 이상상황판단부에서 출력하는 결과 데이터를 모니터링 하는 모니터링부;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 통신기기는, 게이트웨이, 통신 서버 또는 클라우드, 통신케이블, 전원부, 통신소프트웨어를 포함할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 상태 정보는 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기에 대한 저항값을 포함하며, 상기 이상상황판단부는, 설치된 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 제조사별 출고 시 저항값이 저장되고 이를 비교 대상 기준값으로 설정하여 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 이상상황을 판단할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 계측기기, 데이터로거 및 통신기기의 외주연에는 제어코팅층이 형성되되, 상기 제어코팅층은 우레탄 수지 100중량부에 대해 불소수지 20 내지 50중량부, 대전방지제 1 내지 10중량부, 티타늄황화물 1 내지 3중량부를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 구조물의 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단을 통한 사전 파악을 실시하여 계측설비의 이상이 재난재해에 의해 구조물에 실제 이상상황이 발생한 것인지 시스템의 노후화 또는 기기오류에 따른 이상인 것인지에 대한 판단이 용이해질뿐 아니라, 자가진단 기능에 의해 관리 인원이 직접 현장을 방문하여 점검을 하지 않아도 되기 때문에 인력과 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템의 신호처리도.
도 3은 도 2의 통신 연결 단계를 수행하기 위한 순서도.
도 4 내지 도 11는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 화면을 통해 표시되는 모니터링 화면.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.
본 발명의 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템은 교량 등의 구조물에 설치되는 복수의 계측기기 또는 복수의 데이터로거와 연결되어 상기 계측기기 및 데이터 로거의 데이터를 통합적으로 취합하고 이 과정에서 획득되는 처리 데이터를 제공할 수 있으며, 특히 상기 계측기기 또는 데이터로거뿐 아니라 이들과 관제센터 간 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 통신기기의 이상 유무를 진단 및 판단하여 이를 모니터링할 수 있는 시스템이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템은 데이터취합부(100)와 데이터베이스부(200)와 데이터제공부(300)와 모니터링부(400)와 상태정보송신부(500) 및 이상상황판단부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 데이터취합부(100)는 교량과 같은 모니터링 대상 구조물에 설치되는 계측기기(1) 또는 계측기기(1)의 계측 데이터를 송신하기 위해 구비되는 데이터로거(2)와 연결된다.
상기 데이터취합부는(100)는 각 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)별 고유의 통신 방식에 맞춰 데이터를 수집할 수 있으며, 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로부터 수집되는 신호를 내부 버퍼에 임시로 보관하고, 이 데이터를 기정의된 통합 전송 프로토콜(RDEP, Realtime Data Exchange Protocol) 형식으로 가공한 후 상기 데이터베이스부(200)로 전송한다.
여기서 계측기기(1) 중 통합 전송 프로토콜(RDEP)이 내장되어 있는 계측기기(예를 들어, NI-cRIO)로부터 수신된 데이터는 데이터취합부(100)에서 별도의 데이터 처리 과정을 거치지 않고 바로 데이터베이스부(200)로 전송될 수 있다.
구체적으로 상기 데이터취합부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 데이터취합모듈(110)과 드라이버모듈(120) 및 데이터관리모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 데이터취합모듈(110)은 상기 드라이버모듈(120)과 연동하여 드라이버모듈(120)에 드라이버가 설치된 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신 경로를 형성할 수 있으며, 형성된 통신 경로를 통해 상기 계측기기(10) 또는 데이터로거(2)로부터 전송되는 데이터를 수집할 수 있다.
그리고 상기 데이터취합모듈(110)은 수집한 데이터를 통합 전송 프로토콜(RDEP) 형식으로 가공할 수 있다.
상기 드라이버모듈(120)은 새로운 계측기기(1)나 데이터로거(2)와 같은 장치에 대한 드라이버가 설치될 수 있도록 인터페이스를 제공하며, 입력된 드라이버 정보를 저장할 수 있다.
특히 상기 드라이버모듈(120)은 설정된 주기에 따라 기설치된 드라이버를 업데이트할 수 있으며, 업데이트 시 새로운 장치의 드라이버를 선택적으로 설치할 수도 있다.
상기 데이터관리모뮬(130)은 상기 데이터취합부(100)와 계측기기(1)나 데이터로거(2)와 같은 장치 사이의 연결 상태를 체크하고, 장치의 기본 정보 및 상태를 체크한다.
이때 상기 기본 정보는 장치의 이름, 경간이름, 시리얼넘버, 설치위치, 설치이정, 계산방법설명, 기준 EL, 가격 등일 수 있다. 장치의 상태는 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 동작이나 통신이 정상적으로 작동하는지에 대한 정보일 수 있다.
상기 데이터관리모듈(130)은 가공된 통합 전송 프로토콜(RDEP) 형식의 데이터를 신호 처리하여 상기 데이터베이스부(200)로 전송한다.
한편 상기 데이터베이스부(200)는 계측결과 저장을 위한 통합 데이터베이스로서, 상기 데이터취합부(100)에서 통합 통신 프로토콜 형식으로 가공된 데이터를 수신하여 분류 저장하며, 계측기기 또는 데이터로거의 추가에 따른 확정성을 갖도록 복수의 저장공간을 구비한다.
이러한 데이터베이스부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 실시간 데이터를 저장하는 실시간 로우 데이터 저장부(210)와 통계 및 분석된 데이터를 저장하는 통계 데이터 저장부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 데이터관리모듈(130)은 상기 데이터취합모듈(110)에서 가공된 실시간 데이터를 신호 처리하여 상기 데이터베이스(200)의 실시간 로우 데이터 저장부(210)로 출력한다. 이때, 신호 처리는 이상 신호 제거, 트리거링(Triggering), 로우 데이터 파일 저장, 리 샘플링(Re-Sampling) 중 어느 하나일 수 있다.
그리고 상기 데이터관리모듈(130)은 실시간 로우 데이터 저장부(210)에 저장된 데이터를 신호 처리하여 통계 데이터 저장부(220)로 출력한다. 이때, 신호 처리는 계측기기(1)별로 설정된 주기 동안 데이터를 통계하기, 스팩트럼 분석하기 중 어느 하나일 수 있다.
즉, 상기 데이터관리모듈(130)은 계측기기(1)별로 실시간 로우 데이터 저장부(210)의 데이터를 통계 처리할 수 있으며, 설정된 주기 단위로 실시간 로우 데이터 저장부(210)의 데이터를 통계 처리할 수 있다. 이때, 설정된 주기는 계측기기(1)별로 다를 수 있다.
상기 실시간 로우 데이터 저장부(210) 및 통계 데이터 저장부(220)는 계측기기(1)나 데이터로거(2)가 추가될 때마다 추가된 계측기기(1)나 데이터로거(2)의 데이터를 저장할 수 있는 공간을 자동 할당할 수 있다. 이로 인해, 추가되는 계측기기(10)나 데이터로거(2)와 같은 장치에 대한 데이터 확장성을 갖출 수 있다.
상기 데이터제공부(300)는 상기 데이터베이스(200)와 연결되어 관리자가 요구하는 데이터를 상기 데이터베이스부(200)에서 조회하고, 조회된 데이터를 제공할 수 있따.
상기 모니터링부(400)는 표시단말(410)을 포함하고 있으며, 관리자의 데이터 요청 명령을 입력하거나 상기 데이터제공부(300)에서 제공되는 데이터를 상기 표시단말(410)에 적합한 형태로 가공하여 표시되도록 할 수 있다.
여기서 상기 표시단말(410)은 웹 서비스 기반의 컴퓨터, 웹 어플리케이션, 모바일 어플리케이션 중 하나일 수 있다.
관리자가 실시간 데이터, 관제 화면에 표시할 데이터, 실시간 분석/저장된 데이터 등과 같은 데이터를 요구할 경우, 상기 데이터제공부(300)는 데이터베이스부(200) 중 실시간 로우 데이터 저장부(210)를 조회하여 해당 데이터를 관리자에게 제공할 수 있으며, 관리자가 통계 데이터, 계측기기 정보 및 계산식 관리 정보, 분석 데이터, 보고서 조회 데이터, 이벤트 및 경보 조회 데이터, 로우 데이터 파일 분석 데이터 등과 같은 데이터를 요구할 경우, 상기 데이터제공부(300)는 상기 데이터베이스부(200) 중 통계 데이터 저장부(220)를 조회하여 해당 데이터를 관리자에게 제공할 수 있다.
데이터 관리부(130)는 어느 계측기기(10)의 데이터 중 일정 주기동안 취합된 데이터에 하나의 Block No를 부여하여 개방형 통합 데이터베이스(200)에 저장할 수 있으며, 관리자 측에서 데이터를 요청할 경우 데이터제공부(300)는 요청한 데이터의 Block No를 분석하여 응답할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 실시간 데이터와 통계 데이터를 분리하여 저장함으로써, 관리자의 요구에 적합한 데이터를 검색하는 시간이 단축되어 데이터 처리 성능을 높일 수 있다.
한편 본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 함께 통신기기(3)의 상태 정보를 수집하고, 수집된 상태 정보를 비교 분석하여 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)에 대한 이상상황을 판단하며 이를 모니터링할 수 있도록 구성된다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 상태정보송신부(500)는 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와, 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)를 송신하기 위해 구비되는 하나 이상의 통신기기(3)에 연결되어 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 상태 정보를 수집하고 이를 송신할 수 있다.
이때 상기 언급한 통신기기(3)는 도면에 도시된 바 없으나 모니터링 대상 구조물로부터 계측되는 데이터를 관제센터로 송신함에 있어 구비될 수 있는 모든 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있는 바, 예를 들면 게이트웨이, 통신 서버 또는 클라우드, 통신케이블, 전원부, 통신소프트웨어를 포함할 수 있다.
상기 이상상황판단부(600)는 상기 상태정보송신부(500)에서 송신하는 상태 정보를 수신하고 수신한 상태 정보와 기저장된 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 정상범주 기준값을 비교 분석하여 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 이상상황을 판단하여 출력할 수 있다.
예를 들면, 상기 상태 정보는 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 구동 시 생성되는 저항값일 수 있다. 상기 이상상황판단부(600)는 설치된 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 제조사별 출고 시 저항값이 저장되고 이를 비교 대상 기준값으로 설정하며 상기 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신기기(3)의 상태 정보로 수신된 저항값과 비교 분석을 수행함으로써 이상상황을 판단할 수 있다.
그리고 상기 이상상황판단부(600)에서 출력되는 결과 데이터 즉 기기의 이상 유무 정보는 상기 모니터링부(400)로 전달되어 관리자로 하여금 모니터링 될 수 있도록 한다.
이에 더하여 본 발명에서는 상기 계측기기(1), 상기 데이터로거(2) 및 상기 통신기기(3)의 외주연에 제어코팅층이 형성되는 예를 제시하고 있다.
여기서 제어라함은 정전기제어, 오염물질침적 제어 등에 의해 상기 계측기기(1), 상기 데이터로거(2) 및 상기 통신기기(3)의 저항값 특성의 변화를 제어함으로써 정확한 저항값의 도출을 통해 기기 이상유무 판단의 정확성을 기하도록 하는 것이다.
이를 위해 상기 제어코팅층은 우레탄 수지 100중량부에 대해 불소수지 20 내지 50중량부, 대전방지제 1 내지 10중량부, 티타늄황화물 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 우레탄 수지는 발수 특성 등이 발현되는 코팅층이 기기 표면에서 박리되지 않고 접착될 수 있도록 하는 것이며 절연배리어층으로서 기능을 하도록 하기 위한 것이다.
상기 불소수지는 상기 제어코팅층에 발수성을 부여하기 위한 구성으로서 발수성의 부여에 의해 표면에 물방울의 맺힘 등에 의해서 전파특성, 저항특성 등의 변형의 유발을 제어하기 위한 것이다.
특히 하절기 등 대기중에 수분율이 높은 경우 이러한 수분이 상기 기기들의 표면에 맺히게 되어 이러한 물방울의 맺힘현상에 의해 상기에서 언급한 문제가 발생할 가능성이 높은데 상기 제어코팅층에 불소수지가 첨가되어 이러한 점을 제어토록 하는 것이다.
상기 대전방지제는 표면에 정전기 발생에 의해 이물질이 침적되고, 정전기 자체에 의해 누설전류 등의 유발 등으로 저항값 데이터를 오염시킬 수 있으므로 이러한 문제를 해결하기 위해 첨가되는 것이다. 상기 대전방지제는 다양한 공지재질이 존재하므로 그 상세설명은 생략한다.
한편 상기 제어코팅층은 절연배리어층으로서 기능을 하는데 이러한 기존 절연배리어층의 경우 절연배리어층 내부의 수소 원자들이 기기 내부로 침투하여 저항특성의 변화를 유발시키는 문제가 있다. 이에 본 발명의 제어코팅층에는 티타늄황화물이 첨가되도록 하는 것이다.
상기 기기들과 접하는 상기 제어코팅층의 표면에는 공극이 발생되어 제어코팅층과 기기들의 표면과 부착강도가 저하되는 문제가 있는데 이러한 공극은 표면층의 알카리 성분과 금속성분 등이 반응하여 수소가스를 발생시켜 수소고용 능력이 과포화 되면 경화과정 등에서 수소가 페이스트 조직 외부로 방출되면서 페이스트 표면에 공극, 균열 등이 형성됨에 기인한 것이다.
즉 수소의 방출에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 수소원자가 기기 내부로 침투하여 저항특성의 변화를 유발하는 문제가 있으며, 이렇게 발생된 표면공극은 평활도를 불량하게 하여 부착력을 저하시키는 문제가 있다.
이에 상기 제어코팅층에는 티타늄황화물이 첨가되도록 하는 것인데 티타늄황화물에 의해 수소를 고정시키도록 하는 것으로 티타늄황화물에 의해 수소를 고정시킴으로써 상기에서 언급한 수소침투의 문제, 부착력 저하의 문제가 해결되도록 하는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 계측설비의 자가진단을 통한 사전 파악을 실시하여 계측설비의 이상이 재난재해에 의해 구조물에 실제 이상상황이 발생한 것인지 시스템의 노후화 또는 기기오류에 따른 이상인 것인지에 대한 판단이 용이해질뿐 아니라, 자가진단 기능에 의해 관리 인원이 직접 현장을 방문하여 점검을 하지 않아도 되기 때문에 인력과 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템의 신호처리도이다.
도 2를 참조하면, 상기 데이터취합모듈(110)은 상기 드라이버모듈(120)과 연동하여 계측기기(1) 또는 데이터로거(2) 등의 장치와 통신 경로를 형성한다(S410).
그리고 형성된 통신 경로를 통해 연결된 장치의 데이터를 수집한다(S420).
상기 데이터취합모듈(110)은 수집된 데이터를 설정된 통합 전송 프로토콜 형식의 데이터로 가공하고(S430), 상기 데이터관리모듈(130)은 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공된 실시간 데이터를 실시간 로우 데이터 저장부(210)로 전송하며 실시간 로우 데이터 저장부(210)는 실시간 데이터를 저장한다(S440).
그리고 상기 데이터관리모듈(130)은 계측기기(1) 또는 데이터로거(2) 마다 정해진 주기별로 실시간 로우 데이터 저장부(210)에 저장된 데이터를 통계 처리하여 통계 데이터 저장부(220)로 출력하고(S450), 통계 데이터 저장부(220)는 통계 처리된 데이터를 저장한다(S460).
상기 데이터제공부(300)는 모니터링부(400)를 통해 관리자로부터 데이터 요청이 입력되면(S470), 관리자가 요구하는 데이터를 실시간 로우 데이터 저장부(210) 또는 통계 데이터 저장부(220) 에서 선택적으로 조회한다(S480).
보다 구체적으로, 상기 데이터제공부(300)는 관리자가 모니터링부(400)를 통해 요청한 데이터가 실시간 데이터, 관제 화면에 표시할 데이터, 실시간 분석/저장된 데이터 중 어느 하나의 데이터인 경우, 통합 데이터 제공부(300)는 실시간 로우 데이터 저장부(210)를 조회한다.
그러나 상기 데이터제공부(300)는 모니터링부(400)를 통해 관리자가 요청한 데이터가 통계 데이터, 계측기기(1)나 데이터로거(2) 정보 및 계산식 관리 정보, 분석 데이터, 보고서 조회 데이터, 이벤트 및 경보 조회 데이터, 로우 데이터 파일 분석 데이터 중 어느 하나의 데이터인 경우, 통계 데이터 저장부(220)를 조회한다.
그리고 상기 데이터제공부(300)는 조회된 데이터를 상기 모니터링부(400)로 제공한다(S490).
이후, 상기 모니터링부(400)는 상기 데이터제공부(300)로부터 제공되는 데이터를 표시단말(410)에 적합한 형태 예를 들면, GUI(graphical user interface)환경으로 가공하여 상기 표시단말(410)을 통해 표시한다.
이와 같이 본 발명에서는 실시간 데이터와 통계 데이터를 분리하여 저장함으로써, 관리자의 요구에 적합한 데이터를 검색하는 시간이 단축되어 데이터 처리 성능을 높일 수 있으며, 실시간 로우 데이터 저장부(210) 및 통계 데이터 저장부(220)가 계측기기(10) 또는 데이터로거(2)가 추가될 때마다 추가된 계측기기(10) 또는 데이터로거(2)의 데이터를 저장할 수 있는 공간을 자동 할당할 수 있다. 이로 인해, 추가되는 계측기기(10) 또는 데이터로거(2)에 대한 데이터 확장성을 갖출 수 있다.
또한 본 발명에서는 다양한 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로부터 데이터를 취합할 수 있는 데이터취합부(100)를 포함하고 있어 서로 다른 종류의 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 통합 활용이 가능하다. 서로 다른 종류의 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 데이터를 통합 수신함으로써, 구조물마다 별도의 소프트웨어 개발이 필요하지 않으며, 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 설치 및 테스트 기간 및 데이터 안정화 기간이 단축될 수 있고 운영 및 관리 비용 감소할 수 있다.
도 3은 도 2의 통신 연결 단계를 수행하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 상기 데이터관리모듈(130)은 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로 기본 정보를 요청한다(S510).
이때, 상기 기본 정보는 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 이름, 경간이름, 시리얼넘버, 설치위치, 설치이정, 계산방법설명, 기준 EL, 가격 등일 수 있다.
그리고, 상기 데이터관리모듈(130)은 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로부터 기본정보를 수신한다(S520).
이때, 상기 데이터관리모듈(130)은 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로부터 수신된 데이터를 분석하여 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 기본 정보 외에 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 상태를 파악할 수도 있다. 예를 들어, 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)로부터 수신된 데이터의 수신 강도가 설정된 수신 강도보다 낮은 경우 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 전력이나 통신에 문제가 있다고 판단할 수 있다.
계측기기(1) 또는 데이터로거(2)가 정상적으로 동작한다고 판단되면(S530), 상기 데이터관리모듈(130)은 상ㄱ 데이터취합모듈(110)로 통신 개시 신호를 전송한다(S540).
상기 데이터취합모듈(110)은 통신 개시 신호가 전달된 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)에 대응되는 드라이버가 드라이버모듈(120)에 저장되어 있는지 판단한다(S550).
드라이버가 존재하는 경우, 상기 데이터취합모듈(110)은 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)와 통신 경로를 형성한다(S560).
그러나, 드라이버가 존재하지 않는 경우, 드라이버모듈(120)은 업데이트를 실시하여 새로운 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)에 대응되는 드라이버를 설치한다(S570).
이와 같이, 본 발명에서는 새로운 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)에 대한 드라이버를 드라이버모듈(120)이 선택적, 정기적으로 업데이트함으로써, 개발자의 도움없이 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 변경, 교체가 불가능하였던 기존 개발자 중심의 계측 시스템 환경을 관리자 중심의 계측 시스템 환경으로 전환할 수 있다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 화면을 통해 표시되는 모니터링 화면이다.
이하에서는 상기 데이터제공부(300)에서 제공되는 데이터와 이 데이터를 모니터링부(400)의 GUI(graphical user interface)환경을 통해 표시되는 화면을 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 데이터제공부(300)는 관리자의 데이터 요청에 따라 구조물에 설치되는 다양한 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 목록과 기본 정보 및 상태 정보를 제공할 수 있으며, 모니터링부(400)의 표시화면(410)을 통해 표시될 수 있다.
그리고 상기 표시화면(410)을 통해 선택된 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 취합 시작, 중단, 종료 등 취합 과정를 표시할 수 있으며, 상기 기본 정보 및 상태 정보와 더불어 실시간 로우데이터 정보를 통해 계측기기(1) 또는 데이터로거(2)의 통신 ip 정보, 접속 정보, 신호 수신 정보, 통합 전송 프로토콜 가공 진행 정보, 미들웨어 접속대기/전송 정보를 표시할 수 있다.
상기 데이터제공부(300)는 정적 데이터로거(예를 들면, CRX)에 대한 데이터 취합 프로세서를 제공할 수 있으며, 상기 모니터링부(400)의 표시화면(410)을 통해 표시될 수 있다.
예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이 로거 장비 연결 상태, 데이터 수신 형식 가공 상태, 정적 미들웨어 형식 데이터 파일 저장 상태 등을 제공 및 표시할 수 있다.
이때 정적 데이터로거(2)에서 수신한 신호를 통합 데이터 파일 형식으로 가공 저장할 수 있으나, 로거 자체에서 통합 파일 형식을 지원하는 경우 별도 연결이 필요하지 않을 수 있다.
한편 도 7 내지 도 11은 동적 또는 정적 미들웨어에 대한 통합 정보를 제공하기 위한 표시 화면에 관한 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이 동적 또는 정적 미들웨어의 전반적인 상태와 장치 알람, 장치별 상태를 리스트화하여 표시단말(410)을 통해 표시할 수 있다.
예를 들면, 각 취합 Process 및 로거 목록, 각 취합 Process 별 연결 채널 리스트, 각 취합 Process Online 상태, 일반 정보, 오류 메시지 등 취합 과정에 발생할 수 있는 메시지 표시, 취합 시작 및 중단 표시, 취합 진행률 표시 등을 표시할 수 있다.
또한 본 발명의 표시단말(410)에서는 도 8에서와 같이 동적 또는 정적 미들웨어에 대하여 통계 데이터 조회 화면을 표시할 수 있으며, 동적 또는 정적 미들웨어가 신호를 수집하여 통계 처리하여 데이터베이스에 저장한 결과를 간단히 조회할 수 있다. 주로 데이터 취합 상태 확인용으로 사용하고 분석을 위한 각 계측기기(1)별 특성화된 조회는 별도의 조회 소프트웨어를 이용할 수 있다.
이 표시화면을 이용하여 조회 대상 계측기기(채널) 선택, 조회 기간 선택, 조회 실행 등의 관리자 명령을 입력할 수 있으며, 조회 결과에 따라 상기 데이터베이스부(200)로부터 조회되는 데이터의 표시는 물론 시간별 최대/최소/평균/RMS/STDV/첨도/왜도 조회와 그 결과 데이터를 표시함에 있어 결과 데이터를 가공하여 차트 또는 표 등으로 표시할 수 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이 동적 또는 정적 미들웨어 계측기기 정보 메뉴를 표시할 수 있는 바, 동적 또는 정적 미들웨어에 연결된 로거의 계측기기의 정보를 표시하면서 계측기기의 일반정보와 계산식 관련 정보, 트리거링 필터링 정보 등을 함께 표시할 수 있다.
이 표시화면을 이용하여 계측기기를 선택할 수 있으며, 선택에 계측기기의 이름, 배치구역, 연결 로거, 로거 인덱스, 최종취합일, 상태 정보 등을 표시하고, 계산팩터, Offset, 초기치, 취합 주파수 등을 표시할 수 있다. 뿐만 아니라, 트리거 기준 표시 및 필터링 정보를 표시할 수 있다.
도 10은 동적 또는 정적 미들웨어 로거 정보 표시 화면으로, 동적 또는 정적 미들웨어에 연결된 로거, 취합 Process의 정보를 조회 및 관리할 수 있다. 이 표시화면을 통해 선택된 로거 이름(취합 Process 이름), 종류, 최종 취합 시간, 취합 여부 와 결정, 통신 IP주소, 장비 시리얼 넘버, 통신 포트 등을 표시할 수 있으며, 이를 통신 상태 체크하고, 선택적으로 정보를 수정할 수도 있다.
도 11은 동적 또는 정적 미들웨어 실시간 데이터 조회 화면을 표시하는 화면으로, 동적 또는 정적 미들웨어에서 수집하고 있는 계측기기의 실시간 신호를 확인할 수 있다. 이 표시화면에서는 조회 대상 계측기기를 선택할 수 있으며, 실시간 계측기기의 신호(Rawdata), 실시간 계측기기의 계산 결과, FFT 변환 결과 등을 표시하고, 축 크기의 조정, 임시 필터링을 차트 가공하여 표시할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
100 : 데이터취합부 110 : 데이터취합모듈
120 : 드라이버부 130 : 데이터관리부
200 : 데이터베이스부 210 : 실시간 로우 데이터 저장부
220 : 통계 데이터 저장부 300 : 데이터제공부
400 : 모니터링부 410 : 표시단말
500 : 상태정보송신부 600 : 이상상황판단부

Claims (4)

  1. 모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거에 연결되어 각 계측기기 또는 데이터로거별 고유의 통신 방식에 맞춰 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 설정된 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공하는 데이터취합부;
    상기 데이터취합부에서 통합 전송 프로토콜 형식으로 가공된 데이터를 수신하여 분류 저장하며, 계측기기 또는 데이터로거의 추가에 따른 확정성을 갖도록 복수의 저장공간이 구비되는 데이터베이스부;
    상기 데이터베이스부와 연결되어 관리자가 요구하는 데이터를 상기 데이터베이스부에서 조회하고, 조회된 데이터를 제공하는 데이터제공부;
    모니터링 대상 구조물에 장착되는 복수의 계측기기 또는 데이터로거와, 상기 계측기기 또는 데이터로거를 송신하기 위해 구비되는 하나 이상의 통신기기에 연결되어 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 상태 정보를 수집하고 이를 송신하는 상태정보송신부;
    상기 상태정보송신부에서 송신하는 상태 정보를 수신하고 수신한 상태 정보와 기저장된 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 정상범주 기준값을 비교 분석하여 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 이상상황을 판단하여 출력하는 이상상황판단부; 및
    상기 데이터제공부에서 제공되는 데이터와 상기 이상상황판단부에서 출력하는 결과 데이터를 모니터링 하는 모니터링부;를 포함하고,
    상기 상태 정보는 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기에 대한 저항값을 포함하며,
    상기 이상상황판단부는,
    설치된 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 제조사별 출고 시 저항값이 저장되고 이를 비교 대상 기준값으로 설정하여 상기 계측기기 또는 데이터로거와 통신기기의 이상상황을 판단하며,
    상기 계측기기, 데이터로거 및 통신기기의 외주연에는 제어코팅층이 형성되되, 상기 제어코팅층은 우레탄 수지 100중량부에 대해 불소수지 20 내지 50중량부, 대전방지제 1 내지 10중량부, 티타늄황화물 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통신기기는,
    게이트웨이, 통신 서버 또는 클라우드, 통신케이블, 전원부, 통신소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 모니터링을 위한 계측설비의 자가진단 시스템.
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