KR102080250B1 - 조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템을 구비한 물탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템을 구비한 물탱크에 관한 것으로, 물탱크의 수질 개선 및 위생 상태를 고려하여 정해진 스케줄에 따라 물탱크 내부 청소를 과정에서 물탱크를 완전히 비워야 하는 이유로 낭비되는 물의 소비를 줄일 수 있도록, 적정한 탱크 내부 물의 양을 조절하여 최소한 물의 양으로 물 공급 운영을 실현할 수 있도록 한 물탱크에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 다수의 비접촉식 수위센서를 포함하는 감지부, 상기 감지부가 탑재되고, 상기 감지부의 수위 정보를 토대로 상기 물탱크의 수위를 조절하는 수위조절장치, 그리고 상기 수위조절장치에 내장된 내부통신모듈, 그리고 상기 비접촉식 수위센서가 보내온 수위 정보를 일별, 월별, 분기별, 년별로 분석 및 예측하는 예측 시스템 및, 기 설정된 작업환경을 통해 현장으로부터 데이터의 수집, 저장, 분석, 상태 감시 및 제어를 수행하는 시스템 빌더와 그래픽 편집기를 포함하고 실시간 개방 구조형 수위감시제어를 위해 현장의 검증을 실행하는 HMI 알고리즘을 포함하는 제어부를 포함한다.

Description

조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템을 구비한 물탱크{Water tank}

본 발명은 조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템을 구비한 물탱크에 관한 것으로, 물탱크의 수질 개선 및 위생 상태를 고려하여 정해진 스케줄에 따라 물탱크 내부 청소를 과정에서 물탱크를 완전히 비워야 하는 이유로 낭비되는 물의 소비를 줄일 수 있도록, 적정한 탱크 내부 물의 양을 조절하여 최소한 물의 양으로 물 공급 운영을 실현할 수 있도록 한 물탱크에 관한 것이다.

일반적으로 대형건물, 빌딩, 백화점, 호텔, 공동주택, 대단지 아파트는 지하 및 지상에 대형 물탱크를 구비하고 있으며, 간단한 수위센서를 통하여 물의 보관량을 확인하지만 물탱크 청소를 스케쥴에 따른 물의 보관량을 예측하지 못하고, 이에 물탱크 청소 시에 물탱크를 비워야 함에 따라 많은 물을 버리고 있는 실정이다.

종래의 수위조절시스템은 한 개의 수위센서를 통하여 물의 양을 측정하고, 수위조절장치를 무선이나 원격으로 조정하여 물이 공급되는 물탱크의 밸브를 단순히 온-오프시키는 기능만을 수행하고 있다.

그런데 일반적인 건물관리시스템은 청소 용역업체의 일정에 따라서 물탱크 청소 일정을 급하게 잡는 경우가 일반적인데, 이에 따라 청소 작업 시의 물탱크의 수위조절이 체계적으로 되는 못하는 경우가 많다.

물탱크용 수위조절시스템에 관한 종래의 기술로, 등록특허 제10-1513274호 (2015년04월13일) 등이 있는데, 기존의 물탱크용 수위조절시스템은 내부통신이나 원격으로 수위조절은 가능하지만 다수의 건물에 구비된 물탱크의 경우는 개개의 건물에 따른 물의 소비 패턴이나 특색에 따른 물의 소비량이 일정하지 않은 것에 대해 효과적으로 대처할 수 없었다.

이에 종래의 수위조절시스템은 대략적인 물의 소비량을 바탕으로 수동적인 물의 양 조절만을 수행하였고, 이로 인해 물탱크 청소로 인하여 낭비되는 물의 소비량으로 과다하게 수도비용의 지급에 따른 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물탱크 청소를 위하여 과다하게 사용되는 물 소비량을 건물의 특색에 따른 소비 패턴의 모니터링을 통하여 일정 따른 청소 일정 및 저장량에 따라 수위조절이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 대형 물탱크에 수위조절시스템의 적용으로 많은 물 소비에 따른 비용절감을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 물탱크 청소일자를 관리자가 제대로 판단하지 못하는 경우에도 시스템을 통하여 청소일정의 조정, 수위의 조절 및 관리가 가능하도록 하여 비용 절감을 실현하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은, 주기적으로 청소가 수행되는 물탱크로, 다수의 비접촉식 수위센서를 포함하는 감지부, 상기 감지부가 탑재되고, 상기 감지부의 수위 정보를 토대로 상기 물탱크의 수위를 조절하는 수위조절장치, 그리고 상기 수위조절장치에 내장된 내부통신모듈, 그리고 상기 비접촉식 수위센서가 보내온 수위 정보를 일별, 월별, 분기별, 년별로 분석 및 예측하는 예측 시스템 및, 기 설정된 작업환경을 통해 현장으로부터 데이터의 수집, 저장, 분석, 상태 감시 및 제어를 수행하는 시스템 빌더와 그래픽 편집기를 포함하고 실시간 개방 구조형 수위감시제어를 위해 현장의 검증을 실행하는 HMI 알고리즘을 포함하는 제어부를 포함한다.

또한 상기 비접촉식 수위센서는, 초음파를 물의 표면에 비추어 표면 반향을 감지하여 센서와 수위 간의 거리를 도출하는 센서, 도출된 거리를 디지털 값으로 변환하는 아날로그 신호 처리기, 수위 측정값의 평균을 계산하는 마이크로프로세서, 2진법으로 코딩된 10진수 범위 스위치 및 출력 드라이버 회로를 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

또한 상기 HMI 알고리즘은 입력된 건물의 입지조건에 따른 물탱크의 수위를 서버로부터 수신하고 이를 토대로 상기 수위조절장치를 제어하고, 상기 제어부는 건물관리시스템과 연동되며, 사용자의 편의를 위한 통합 GUI를 제공하도록 구성될 수 있음을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 감지부로부터 분석 및 예측된 수위 정보(이하 분석 정보)를 수신하고, 상기 내부통신모듈을 통해 상기 수위조절장치로 물의 공급, 차단 및 배수를 포함하는 수위 조절 명령을 전송하는 수위조절 알고리즘을 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

아울러 상기 수위조절 알고리즘은, 퍼지 및 비 퍼지 함수를 서로 역연산 되게 하여 논리상 일치하는 방법을 채택하고, 유전 알고리즘의 연산 및 구조 간략화를 위하여 일정한 규칙 기반의 추이 방법을 적용하고, 제어시스템의 등비 간격 소속 함수를 도입하고, 상기 유전 알고리즘을 통해 하나의 파라미터에 의해 함수의 위치와 형태가 결정되는 계산량을 축소하도록 구성될 수 있음을 특징으로 한다.

나아가 상기 수위조절 알고리즘은, 모든 가능한 작동 조건을 상기 유전 알고리즘에 입력하고, 상태 조합에 관한 유전 알고리즘의 시뮬레이션으로 신경망 훈련, 탱크 시스템 식별 훈련을 진행하도록 구성될 수 있음을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 건물의 물탱크의 청소를 위하여 물소비량을 데이터예측시스템을 통해 예측하고, 이를 통해 물탱크의 수위를 조절함으로써, 기존의 물탱크와 대비하여 청소용역업체의 일정에 따른 문제로 물탱크에 저장된 물을 배출하여 소비되는 물을 절약하고, 이를 통한 비용 절감 및 에너지 절감을 제공한다는 효과를 갖는다.

또한 종래에 건물 관리자가 물탱크 청소 용역업체의 일정에 따라 조정하여 청소일자를 선택해야 했던 것에 따라, 건물의 청소일자를 조정하기 위하여 여러 업체에 견적 및 일정을 알아보는 등의 수고로움을 감수하여야 하였던 것을 보완하여, 가장 적정한 청소 일자와 현재 물탱크에 저장량의 정보를 바탕으로 용역업체의 선정 및 청소 일자의 선택에 있어서 편의를 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 블록 구성도.
도 3은 제어부에 관한 구체적인 일 실시예.
도 4는 본 발명에 따른 물탱크의 수위 조절에 관한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 수위 조절 예측 및 관리에 관한 순서도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 물탱크 청소에 대비한 조절 수위 예측 및 수위 자동 제어 시스템(이하 본 시스템)의 개략도이다.

도 1에 도시된 본 시스템은 건물의 지상이나 지하에 설치된 물탱크(100)를 주기적으로 통제하기 위한 수위조절시스템이 설치될 필요가 있는 모든 장소에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 물탱크(100)는 본 시스템을 구비함으로써, 건물의 입지조건 및 물 사용의 패턴을 월별, 분기별, 계절별 수집된 정보를 기초를 하여 수위를 조절하는 기능을 갖춘 물탱크(100)에 관한 것이다.

본 발명은 청소용역업체의 청소 관리 일정을 물탱크(100)에 보유된 물의 양에 따라서 조절할 수 없다는 점을 고려할 때, 청소를 위하여 남은 물을 버리게 되는 낭비, 즉 관리비용의 비효율성을 방지하는 것을 주된 해결 과제로 한다.

이에 따라 본 발명은 주기적으로 청소가 수행되는 물탱크(100)인 것으로 한정하나, 이는 본 발명의 특징 및 효과의 부각을 위한 것이지 다른 실시를 배제하는 것은 아니므로, 본 발명과 동일 또는 유사한 기술적 사상을 갖는 발명은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 크게 비접촉식 수위센서(110)를 포함하는 감지부, 수위조절장치(200), 내부통신모듈(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

각 구성 별로, 감지부는 다수의 비접촉식 수위센서(110)를 포함하고, 또한 수위조절장치(200)는 감지부를 탑재하고 있으며 감지부의 수위 정보를 토대로 물탱크(100)의 수위를 조절하고, 또한 내부통신모듈(300)은 수위조절장치(200)에 내장된다.

그리고 제어부(400)는 예측 시스템(500)과 HMI 알고리즘(600)을 포함하는데, 이 중 예측 시스템(500)은 비접촉식 수위센서(110)가 보내온 수위 정보를 일별, 월별, 분기별, 년별로 분석 및 예측하는 역할을 수행한다. 또한 HMI 알고리즘(600)은 기 설정된 작업환경을 통해 현장으로부터 데이터의 수집, 저장, 분석, 상태 감시 및 제어를 수행하는 시스템 빌더와 그래픽 편집기를 포함하고 실시간 개방 구조형 수위감시제어를 위해 현장의 검증을 실행한다.

구체적으로, 비접촉식 수위센서(110)는 초음파를 물의 표면에 비추어 표면 반향을 감지하여 센서와 수위 간의 거리를 도출하는 센서, 도출된 거리를 디지털 값으로 변환하는 아날로그 신호 처리기, 수위 측정값의 평균을 계산하는 마이크로프로세서, 2진법으로 코딩된 10진수 범위 스위치 및 출력 드라이버 회로를 포함한다.

기존 물탱크(100) 관리 방법은 한 개의 수위 센서로 대형 물탱크(100)의 관리를 수행할 때, 정량적인 잔존의 측정에 있어서 측정오차가 발생하였는데, 본 발명은 마이크로프로세서의 경로로부터 아날로그 신호 처리기를 통해 센서로 펄스와 게이트 신호를 전송하며, 센서는 초음파를 통하여 물을 표면에 비추는 원리이고, 센서의 표면은 반향을 감지하여 센서와 표면 수위간의 거리를 디지털로 나타내고, 마이크로프로세서는 액체 수위를 측정한 값을 평균값을 계산함으로써, 상기와 같은 측정 오차 문제를 해결하였다.

그리고 본 시스템은 수위조절장치(200)를 통해 물탱크(100)의 수위를 조절하는데, 감지부에서 수집된 정보는 내부통신모듈(300)을 통하여 제어시스템인 제어부(400)로 전달되며, 제어부(400)는 예측 시스템(500)을 통해 수집된 정보를 일자별, 월별, 계절별, 년별 사용량에 따라 분석하여 데이터 예측 시스템의 기능을 수행한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(400)의 HMI(Human Machine Interface) 알고리즘의 구성은 엔진모듈(Engine Module, 610), 시스템 빌더(System Builder, 620), 그래픽 빌더(Graphic Builder, 630), 러닝 프로그램(Running Program, 640)을 포함한다.

각 요소의 기능으로, 엔진모듈(610)은 기능 및 자원통제(650), 시스템 빌더(620)는 시스템운영(660), 그래픽 빌더(630)는 그래픽(670), 러닝 프로그램(640)은 프로그램 기능(680)을 수행한다.

또한 부가적인 기능의 수행으로, 세부프로그램기능(690)은 제어, 감시, network, application, 처리된 data 보고서 등의 기능을 수행한다. 세부프로그램기능(690)은 예측 시스템(500)에서 작성된 일정을 제어하며, 이상신호 발생이나 문제가 발생된 경우는 알람기능을 통하여 관리자(700) 및 오퍼레이션에게 전달하고, 모니터링을 하는 과정에서 내부통신(300) 상태의 불안정한 사항을 감시하며, 제어부(400)의 시스템에서 제공되는 Data의 진위 여부를 감시하며, 설계된 알고리즘의 각종 그래프를 표시부를 통해 출력하고, 물탱크(100)에서 감지되는 비접촉식 수위센서(110)의 작동을 감시 제어하며, 네트워크 상태와 SNS 등을 제어하는 기능을 수행한다.

본 시스템의 엔진모듈은 시스템 빌더와 그래픽 빌더에서 설정한 작업환경을 통해 현장으로부터 데이터의 수집, 저장할 뿐만 아니라 상태를 감시 제어하며, 관리자(700)의 편의를 위하여 GUI(Graphic User Interface)를 제공한다.

나아가 HMI 알고리즘은 입력된 건물의 입지조건에 따른 물탱크(100)의 수위를 서버로부터 수신하고 이를 토대로 수위조절장치(200)를 제어하고, 이를 위해 제어부(400)는 건물관리시스템과 연동되며, 상기한 엔진모듈의 GUI 제공 특징으로 인해 사용자의 편의를 위한 통합 GUI를 제공한다.

예시적인 기능으로는 모든 실행환경을 통제 및 관리하는 기능, 모든 자원의 통제 및 분배 기능, 관리자(700)의 프로그램 기능, 시스템 운영에 필요한 프로세스의 생성과 종료 기능, 제어기의 동작 상태에 대한 문제 발생 및 경보처리 기능, 내부 프로세서 통신방식을 이용하여 데이터 공유 기능 등을 수행한다.

그리고 본 시스템의 시스템 빌더는 현장설비인 수위조절장치(200)의 각종 정보와 비접촉식 수위센서(110)의 감시 제어에 필요한 운전정보 등을 등록하는 기능을 수행한다. 수행하는 기능은 실행프로그램의 탱크에 대한 환경 설정 및 시스템 설정을 통합하는 통합 관리 환경을 제공하며, 아날로그 및 디지털 태그의 설정치을 등록하는 기능, 태그에 대한 다양한 정보를 제어하는 기능, 정보관리를 위하여 폴더 단위의 프로젝트를 관리하는 기능 등을 수행한다.

부가적으로, 제어부(400)는 시스템에 내장된 보고서 기능으로 프로그램의 특별한 작업이 없이 보고서 인쇄가 가능한 기능, 일별, 월별, 분기별, 년별 단위 출력기능, 최대, 최소, 평균, 합계, 시간당 누적치, 평균값의 표시, 일정 대한에 의한 자동인쇄의 기능 등을 제공할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 시스템에 의한 수위 조절은 수위조절은 만수위에서는 오버플로관을 통하여 배출을 하며, 수위가 낮은 경우는 수위조절장치(200)의 명령에 위한 모터의 작동으로 급수관을 통하여 물을 공급하며, 물탱크(100) 청소를 위하여 제어부(400)가 예측 시스템(500) 및 HMI 알고리즘(600)을 통해 최적의 수위를 유지하면서 남은 물을 배수관을 통하여 배출한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 조절 방식을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참고하면, 물탱크(100)의 감지부의 비접촉식 수위센서(110)를 통하여 물탱크(100) 내부의 수위를 상시적으로 감시하며, 수집된 수위정보는 수위조절장치(200)에 설치된 내부통신모듈(300)을 통해 제어부(400)에 전달되며 관리자(700)에 의하여 물탱크(100) 청소일이 확정되면, 제어부(400)에서는 이를 인식하여 수위조절장치(200)로 제어 명령을 전송하여 펌프를 차단하거나 펌프를 작동하여, 최소한의 물을 버리면서 물탱크(100) 청소를 할 수 있도록 한다.

추가로, 제어부(400)에서 인식된 정보를 오류가 발생하거나 문제가 발생하면 관리자(700)에게 앱(application)을 통하여 호출하거나 통보하여, 승인절차를 진행한 후, 이를 통해 수위조절장치(200)를 이용한 수위 조절기능을 수행한다.

수위 조절에 관한 구체적인 실시예로, 본 시스템은 제어부(400)가 감지부로부터 분석 및 예측된 수위 정보(분석 정보)를 수신하고, 내부통신모듈(300)을 통해 수위조절장치(200)로 물의 공급, 차단 및 배수를 포함하는 수위 조절 명령을 전송하는 수위조절 알고리즘을 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

이러한 수위조절 알고리즘은 퍼지 및 비 퍼지 함수를 서로 역연산 되게 하여 논리상 일치하는 방법을 채택하고, 유전 알고리즘의 연산 및 구조 간략화를 위하여 일정한 규칙 기반의 추이 방법을 적용하고, 제어시스템의 등비 간격 소속 함수를 도입하고, 상기 유전 알고리즘을 통해 하나의 파라미터에 의해 함수의 위치와 형태가 결정되는 계산량을 축소하는 것을 특징으로 한다.

또한 수위조절 알고리즘은 모든 가능한 작동 조건을 상기 유전 알고리즘에 입력하고, 상태 조합에 관한 유전 알고리즘의 시뮬레이션으로 신경망 훈련, 탱크 시스템 식별 훈련을 진행하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 수위조절시스템에서 가장 중요한 요인은 물탱크(100)를 식별하는 것인데, 물탱크(100) 시스템은 선형구조가 아닌 비선형구조이므로, T(시뮬레이션 시간), y1(탱크 수위의 현재 상태), y2(입력신호, 밸브 on/off), dy : tank_mod(t, y)로 주어지는 출력에서, 시스템 식별모형 설계를 위한 입출력 데이터는 탱크 작동범위 및 입력 조건에 관한 정보를 수집(작동상태, 탱크수위, 요인에 따른 물 소비 데이터, 수위조절장치(200) 데이터 등)하여 모든 가능한 작동조건을 위해 입력, 정보 및 상태의 모든 조합에 대한 탱크 모형 시뮬레이션의 결합을 위하여 x= combine(x1, x2) 함수를 사용하며, 여기에서 x1, x2는 입력 벡터이다.

통합된 함수들은 데이터들의 수집 및 훈련을 위한 신경망 훈련으로, 신경망 모형의 입력은 상태 x(k)와 배출 액추에이터 u(k)에 전달되는 전압이다. 그리고 출력은 탱크 수위 변화, 출력 dx를 갖는 탱크의 사용, 입력 x(k)와 u(k)를 갖는 신경망 훈련이다.

또한 훈련 스크립트는 다수의 은닉 뉴런을 갖는 신경망 훈련을 통하여 소요시간, 탱크 수준, 추정량을 산출하는 알고리즘, 밸브제어를 위한 데이터 및 알고리즘, 물탱크(100) 시스템 식별을 위하여 시스템의 훈련 및 시험데이터, 네트워크 구조, 다양한 훈련방법으로 모든 신경망 구현의 90% 정도가 다층 퍼셉트론을 훈련하여 알고리즘을 구현한다.

여기에서, 수위조절시스템의 알고리즘을 설계할 때, 비선형 구조인 데이터를 분석하는 과정에서 등비간격의 함수의 일정한 곡선 형태가 등비간격인자와 관련성을 확보하여 등비간격인자의 최적화를 통하여 제어시스템의 성능 향상이 가능하다. 등비간격 형태의 함수를 제어시스템의 함수를 연산할 때 파라미터의 개수를 축소하는 등비간격인자를 결정하여 유전 알고리즘의 설계함으로써 연산속도에 영향을 주는 문제점을 극복하여 최적화하는 것이 바람직한데, 이를 위해 다음의 적합도 함수가 활용될 수 있다.

- E(x): 누적된 오차

- N: 시뮬레이션 패턴의 총수

- y_k: 시뮬레이션 데이터

- x: 출력데이터

- y^t _k: 목표 값

유전 알고리즘에 의한 최적화 과정에서 E(x)가 점차 감소하는 원칙에 의존하여, 최적화 알고리즘은 파라미터 값에 대한 수정을 통하여 제어시스템의 성능을 만족시키며, 유전 알고리즘의 최적화 과정은 임의의 초기 모집단을 생성하고, 초기 데이터는 이진수 열로 구성하며, 최적화 할 데이터는 등비간격인자와 대응하고, 초기 데이터의 변화가 소속 함수 퍼지 영역에서의 분호 변화와 대응되어 제어시스템의 성능을 변화시킨다.

또한 지속적으로 상기의 함수를 사용하여 성능을 평가하며, 평가된 데이터에서 우수한 데이터에 대한 연산을 수행하여 새로운 데이터를 생성하며, 생성된 데이터는 모집단에 삽입하고, 적합도 및 신뢰도가 낮은 데이터는 모집단에서 삭제한다.

유전 알고리즘은 상기의 함수를 통한 연산을 지속적으로 수행하여 가장 적합도 및 신뢰도가 우수한 데이터를 수렴하고 이를 디코딩하여 소속 함수의 최적화 인자를 채택한다.

특히 유전 알고리즘에서 사용되는 연산자는 교배와 돌연변이가 있으며, 문제에 따라 추가 및 제거의 연산자를 사용하는데, 교배는 2개의 데이터 간의 부분적인 치환으로 새로운 데이터 생성하거나 기존 데이터의 특징을 계승되어야하므로 원 데이터 A₁, A₂를 교배 했을 때 생성되는 새로운 데이터는 B₁, B₂와 같이 된다.(아래 그림 참조)

돌연변이는 생성된 새로운 데이터에 일정한 돌연변이 확률을 적용하여 대립 데이터의 값을 바꾸는 것이다. 개체에 근접한 새로운 데이터를 생성하는 방식은 무작위 탐색이며, 잃어버린 데이터의 형질을 복구하여 다양한 유지를 위한 수단으로 사용된다.(아래 그림 참조)

한편, 본 시스템은 기존의 물탱크(100)의 청소를 위한 관리시스템에 대비하여 수위조절시스템과 SCADA의 기술을 응용하였으며 특히 강력한 그래픽 엔진으로 다양한 형식의 그래픽 지원이 가능하여 BMP, GIF, JPEG, PNG, TIFF, ICON, WMF, EMF, GIF등의 다양한 그래픽 파일을 지원한다.

또한 특정 오브젝트 및 플랜트 화면을 탬플릿화하여 파라미터 값을 전달함으로써 화면 재사용에 대한 안정성을 증대시켰으며, 실시간 동작의 알람 뷰어, 실시간 사용의 트렌드, 레서비뷰어, 감시된 측정값의 제어 등을 간편하게 제공하여 사용성에 편리성을 제공하였다.

또한 정확하고 빠른 화면 이동성을 제공하고, 그래픽 편집기에 내장된 스크립트와 내부함수를 사용하여 다양한 기능을 구현할 수 있으며, ActiveX 컨트롤제어가 가능하여 고기능의 그래픽 작업이 가능하여 기존의 제어 시스템과 연동으로 기능을 수행할 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 물탱크 110 : 비접촉식 수위센서
200 : 수위조절장치 300 : 내부통신(무선통신)
400 : 중앙제어부 500 : 데이터예측시스템
600 : HMI알고리즘 700 : 관리자

Claims (6)

1. 주기적으로 청소가 수행되는 물탱크에 있어서,
   다수의 비접촉식 수위센서를 포함하는 감지부;
   상기 감지부가 탑재되고, 상기 감지부의 수위 정보를 토대로 상기 물탱크의 수위를 조절하는 수위조절장치;
   상기 수위조절장치에 내장된 내부통신모듈; 및
   상기 비접촉식 수위센서가 보내온 수위 정보를 일별, 월별, 분기별, 년별로 분석 및 예측하는 예측 시스템 및, 기 설정된 작업환경을 통해 현장으로부터 데이터의 수집, 저장, 분석, 상태 감시 및 제어를 수행하는 시스템 빌더와 그래픽 편집기를 포함하고 실시간 개방 구조형 수위감시제어를 위해 현장의 검증을 실행하는 HMI(Human Machine Interface) 알고리즘을 포함하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 감지부로부터 분석 및 예측된 수위 정보(이하 분석 정보)를 수신하고, 상기 내부통신모듈을 통해 상기 수위조절장치로 물의 공급, 차단 및 배수를 포함하는 수위 조절 명령을 전송하는 수위조절 알고리즘을 더 포함하고,
   상기 수위조절 알고리즘은, 퍼지 및 비 퍼지 함수를 서로 역연산 되게 하여 논리상 일치하는 방법을 채택하고, 유전 알고리즘의 연산 및 구조 간략화를 위하여 일정한 규칙 기반의 추이 방법을 적용하고, 제어시스템의 등비 간격 소속 함수를 도입하고, 상기 유전 알고리즘을 통해 하나의 파라미터에 의해 함수의 위치와 형태가 결정되는 계산량을 축소하는 것을 특징으로 하는 물탱크.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 비접촉식 수위센서는,
   초음파를 물의 표면에 비추어 표면 반향을 감지하여 센서와 수위 간의 거리를 도출하는 센서,
   도출된 거리를 디지털 값으로 변환하는 아날로그 신호 처리기,
   수위 측정값의 평균을 계산하는 마이크로프로세서,
   2진법으로 코딩된 10진수 범위 스위치 및
   출력 드라이버 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 물탱크.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 HMI 알고리즘은 입력된 건물의 입지조건에 따른 물탱크의 수위를 서버로부터 수신하고 이를 토대로 상기 수위조절장치를 제어하고,
   상기 제어부는 건물관리시스템과 연동되며, 사용자의 편의를 위한 통합 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 것을 특징으로 하는 물탱크.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 수위조절 알고리즘은, 모든 가능한 작동 조건을 상기 유전 알고리즘에 입력하고, 상태 조합에 관한 유전 알고리즘의 시뮬레이션으로 신경망 훈련, 탱크 시스템 식별 훈련을 진행하는 것을 특징으로 하는 물탱크.

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