KR102187288B1 - 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템 - Google Patents

공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템 Download PDF

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홍재훈
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(주)테크윈시스템
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Abstract

본 발명은 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템은, 연속 공정이 이루어지는 공정에서 입출력되는 입출력 정보의 상태를 감시하기 위한 정보가 입력되는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 정보를 통해 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위한 정보를 생성하고, 상기 입출력 정보의 상태를 판단하는 연산부; 상기 연산부에서 판단된 상기 입출력 정보의 상태 정보를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 연산부는, 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위해, 최소주기, 단위주기, 공정주기 및 총주기를 이용하며, 최소주기는 상기 연속 공정 내부의 최소 단위 조작으로 이루어지는 시간이고, 상기 단위주기는 하나 이상의 최소주기가 연결되어 이루어지는 세부공정의 시간이며, 상기 공정주기는 하나 이상의 상기 세부공정이 연결되는 시간이고, 상기 총주기는 상기 연속 공정 전체에 대한 시간일 수 있다. 본 발명에 의하면, 기존의 입력장치와 처리장치를 활용하여 별도의 부가장치 없이 또는 최소한의 정보 교류를 위한 입력감시 장치만을 추가하여 비정상 입출력에 의한 공정 처리 과부하 및 오류를 감지하고 방지할 수 있다.

Description

공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템{RESPONDING SYSTEM FOR INPUT ERROR AND CONTROL ERROR OF PROCESS SUPERVISORY CONTROL}
본 발명은 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도 정수장이나 하수 처리장과 같은 연속으로 공정이 이루어지는 공정의 처리 과정에서 최소한의 정보교류를 수행할 수 있는 수단을 추가하여 비정상 입력에 대한 과부하 및 오류를 감지하고 방지할 수 있는 공정감지제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템에 관한 것이다.
상수도 정수장이나 하수 처리장과 같은 연속 공정이 이루어질 때, 처리할 양과 수질의 변화가 급격하게 이루어지지 않는 것이 보편적이다. 그런데, 공정상에서 고장이 발생하거나 입력센서 등이 비정상적으로 동작하여 잘못된 정보가 입력되는 경우, 자동화된 공정제어 시스템에서 부정확한 판단이 발생할 수 있다.
그로 인해 이후의 공정에서 비현실적인 제어가 발생할 수 있고, 또한, 다른 잘못된 처리 결과가 다음 공정에서 발생하여 최종적으로 송출하는 수질 등과 같은 결과물이 전혀 다른 결과가 나타날 수 있다.
그렇다고 수많은 각 공정 포인트에서 상태진단이나 오류 값이 포함되는지 여부를 진단하는 장비를 설치하는 경우, 시스템 전체의 비용이 비효율적으로 증가하는 문제가 있다. 그리고 고가의 감지장치는 필요 개소에 모두 설치하는 것은 현실적으로 어려움이 있다. 따라서 통상적으로 각 공정 별로 대푯값을 가지는 위치에 감시용 센서나 장치를 설치하여 센서가 설치된 위치에서 공정 내의 비교적 먼 곳에 있는 처리 대상물에 대한 가상 계측값(또는 주변값)으르 추정한다.
예컨대, 산소반응조와 같은 대형 수조에서 산소포화량을 측정하는 장비는 입구와 출구 그리고 반응이 일어나는 필요 개소에 다수가 설치되지만, 장비가격과 관리 부담을 이유로 해당 공정의 반응이 거의 마무리되는 지점 인근에 설치하여 수조 전체의 대표 값을 생성한다. 이러한 대표 값을 생성하는 장치에 문제가 있는 경우, 공정에 미치는 파급 효과는 더 커질 수 있다.
또한, 현장 제어 장비에서 입출력 정보에 대한 오류 파난은 기능을 부가하기 위해 고성능의 연산처리와 대규모 저장장치를 사용하는 것 또한 판단관련 기준 및 범위 설정과 유지관리에 대한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1176163호 (2017.09.01.) 대한민국 등록특허 제10-1126230호 (2012.03.06.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정제어를 위한 현장 장비 수준에서 정보 처리 오류 여부를 확인하여 비정상 입력에 대한 과부하 및 오류를 감지하고 방지할 수 있는 공정감지제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템은, 연속 공정이 이루어지는 공정에서 입출력되는 입출력 정보의 상태를 감시하기 위한 정보가 입력되는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 정보를 통해 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위한 정보를 생성하고, 상기 입출력 정보의 상태를 판단하는 연산부; 상기 연산부에서 판단된 상기 입출력 정보의 상태 정보를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 연산부는, 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위해, 최소주기, 단위주기, 공정주기 및 총주기를 이용하며, 최소주기는 상기 연속 공정 내부의 최소 단위 조작으로 이루어지는 시간이고, 상기 단위주기는 하나 이상의 최소주기가 연결되어 이루어지는 세부공정의 시간이며, 상기 공정주기는 하나 이상의 상기 세부공정이 연결되는 시간이고, 상기 총주기는 상기 연속 공정 전체에 대한 시간일 수 있다.
상기 최소주기는 1초이며, 상기 단위주기는 1분이고, 상기 공정주기는 1시간이며, 상기 총주기는 1일일 수 있다.
상기 연산부는, 입출력 정보의 상태를 판단하기 위해, 상기 최소주기에서 지정된 입출력 정보의 순시 값을 지정된 주기로 연속 스캔된 입출력 값들을 하나의 정보 집단으로 상정하고, 집단 내 연속 평균값을 연산할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 최소주기를 이용하여 최소 수량의 단위주기를 수집하고, 수집된 단위주기에서 생성된 평균값을 이용하여 공정주기의 평균, 최소, 최대 및 진동수를 산정하고, 상기 진동수는 산정된 평균을 기준으로 각 단위주기의 평균값이 공정주기 내의 상위 한계에 미달하는 상황에 대한 발생횟수이며, 상기 상위 한계는 공정주기에서 결정된 평균값 이상에 대한 중간값이며, 상기 하위 한계는 공정중기에서 결정된 평균값 이하에 대한 중간값일 수 있다.
상기 최소주기를 통해 수집되는 내역은 입력값 또는 출력값이고, 상기 단위주기, 공정주기 및 총주기를 통해 수집되는 내역은 최대, 최소, 평균 및 진동수일 수 있다.
상기 연산부는, 상기 단위주기의 진동수가 1이하인 경우, 상기 입출력 정보가 정상인 것으로 판단하고, 상기 단위주기의 진동수가 2이상인 경우, 상기 입출력 정보에 대한 상태검사 플래그를 설정하며, 상기 상태검사 플래그는, 상기 연산부의 상태를 나타내는 정보일 수 있다.
상기 출력부는, 상기 연산부에서 판단된 상기 입출력 정보에 대한 상태에 대해 외부 서버에서의 요청에 의한 응답의 형태로 전송할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 입력장치와 처리장치를 활용하여 별도의 부가장치 없이 또는 최소한의 정보 교류를 위한 입력감시 장치만을 추가하여 비정상 입출력에 의한 공정 처리 과부하 및 오류를 감지하고 방지할 수 있다.
또한, 규격에 맞지 않는 공정처리 결과물이 만들어지는 상황을 방지하거나 처리 상황을 예측하여 규격 미달 결과물이 생성하는 것을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 입출력 감시장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 주기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 정보를 축적하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 정보를 축적하는 세부 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 감시정보 변화에 대한 평균을 산정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 동일한 평균을 보이는 예에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 동일한 평균값에 대해 진동수 차이가 나타나는 예에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 주기에 따라 진동수를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 공정 로직의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 연산 처리량과 저장 용량에 여유가 있는 경우에 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 외부 장치를 이용하여 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 다음의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명이 명료해지도록 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템을 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 주기를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 정보를 축적하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 정보를 축적하는 세부 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 감시정보 변화에 대한 평균을 산정하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 동일한 평균을 보이는 예에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 동일한 평균값에 대해 진동수 차이가 나타나는 예에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 주기에 따라 진동수를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 공정 로직의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 연산 처리량과 저장 용량에 여유가 있는 경우에 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템의 외부 장치를 이용하여 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
복잡한 공정제어시스템이나 처리과정이 긴 공정처리에서 처리시스템의 제어정보생성은 현재의 요소 입력값과 각 입력과 출력간의 상관관계 및 인과관계에 의하여 이루어진다. 처리 또는 생산결과물에 따라서 각 공정의 제어방식이 상이하고 처리 또는 생산물량에 따라서 제어처리도 변할 필요가 있다.
예컨대, 상수도 정수처리장과 같은, 처리 공법, 처리량, 공정구성 방식 등에 따라 제어로직이나 제어 값이 달라진다. 현장에서의 공정 제어는 프로세스의 처리 목적이 동일하더라도 현장에 따라 다르게 조정될 수 있고, 입력의 정상여부 판단이나 출력의 적정여부 판정이 모두 다르게 적용될 필요가 있다. 이러한 상황에서 현장 별로 감시 제어 모델을 조정하고 설정하여 주기별 생산량 변동에 맞춰 재조정해야 하며, 또한, 입력 및 출력의 정상 판정을 위한 방식도 같이 조정될 필요가 있다.
또한, 공정 별 운전의 동적 특성을 현장 제어 장치에 포함된 에이전트가 입력 정보와 출력 정보의 변동 범위와 변동 특성을 감시하고, 입력 정보 및 출력 정보에 대한 정상 판정범위를 조정하고, 특수 형태의 데이터 패턴에 대해 추가 및 보정을 통해 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템(100)의 운전 형태에 따른 정상 범위에 대한 입출력 정보 변화를 수용하고, 또한, 비정상 범위의 입출력 정보 변화를 탐지한다.
그리고 입력 정보의 정상 범위 여부를 확인하기 위해, 상관관계 또는 인과관계가 있는 입출력 정보를 시계열 정보 형태로 저장하고 배열하여 상호 비교하는 추정 방식을 이용할 수 있다. 그에 따라 공정 내의 입출력 간, 또는 공정 간의 입출력을 상호 교차 비교 할 수 있다. 이는, 현장에서 감시 제어 장치에 포함된 입출력에 대한 시계열 이력 정보를 자체적으로 비교하는 구조이므로, 공정이 동일한 현장 감시제어 장치에서 운영되는 경우에 교차 비교가 가능할 수 있다.
이때, 상기와 같은 기능이 추가되는 경우, 기존의 공정 운전체계(소프트웨어 또는 로직)에 수정이 필요할 수 있고, 안정화를 위해 소정의 시간 동안 시운전 기간이 필요할 수 있다.
직렬 공정에서, 공정과 공정 간에 연결되어 진행되는 제어 대상이 있고, 또한, 공정 별로 별도의 입력과 출력이 구비된다. 예컨대, 하수처리장의 경우, 활성 오니 공정에서 결과물로, 정화수가 나오지만, 해당 공정만의 출력으로 또한, 잉어 오니가 발생한다. 그리고 침전공정에서 침전을 활성화하는 물질을 해당 공정에 입력으로 사용한다. 활성 오니 공정의 포기조 사례에서, 공정 입력은 입력수이고, 공정 출력은 처리수이다. 이때, 입력수 및 처리수 간에 양적 비례관계가 있을 수 있다.
그리고 상기와 같은 활성 오니 공정의 일부 출력으로 잉여 오니가 있는데, 이들에 대한 측정값은 입력수와 처리수의 공정 변수(예컨대, 잔류시간, 산소량, 탁도 및 질소화합물량 등)와 일정한 관계가 있을 수 있다. 이때, 비례 요소 간에 변화가 없는 경우 공정변수에 차이가 발생하면, 일부 입력의 오류로 볼 수 있으며 상관관계에 추종하지 않는 입력에 오류가 있음을 확인할 수 있다.
상기와 같은 경우 외에 현장감시 제어장치 내의 입출력에서 상호 연관관계 또는 인과관계가 불명확하거나 관련된 입출력이 다양하여 상호 영향의 판정이 난해한 경우, 자기정보의 시계열 이력을 사용하여 자기 비교한다. 이는 공정별 현장별 상황별 특성에 맞추어 미리 준비된 판단체계가 설치될 필요가 있다.
따라서 공정 내에 다양한 공정에 적용하기 위해 해당 공정만의 특성에 의존하지 않고 자가 시계열 정보 비교방식으로 동작하는 입출력 감시장치를 이용할 수 있다. 또한, 기존에 사용하고 있는 교차 비교가 가능한 입출력 정보들 중 공정 주기 내에서 변화량이 크거나 처리 형태가 다양한 경우, 정상범위와 이상 범위 구분의 정확성을 높이기 위해 해당 입력에 자기비교 방식을 추가로 적용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템(100)은, 입출력 감시장치를 포함한다. 이러한 입출력 감시장치는, 입력부(110), 저장부(120), 출력부(130) 및 연산부(140)를 포함한다.
입력부(110)는 공정을 감시할 수 있는 정보가 입력된다.
저장부(120)는, 입력부(110)에서 입력된 정보가 저장되고, 연산부(140)에서 일정 기간 학습되어 자체적으로 최소한의 운전이력 정보가 저장될 수 있다. 이때, 저장되는 정보는 데이터베이스화하여 저장될 수 있다.
출력부(130)는, 저장부(120)에 저장된 정보 중 일부에 대한 정보가 출력된다.
연산부(140)는, 입출력 상태를 검증하기 위해 정보를 생성한다. 이때, 연산부(140)는, 최소주기, 단위주기, 공정주기 및 총주기를 이용하여 입출력 정보에 대한 상태 감시를 수행한다. 최소주기는, 공정 특성에 의해 공정 내부 감시 및 처리에 필요한 주기이고, 단위주기는, 세부공정의 시작부터 끝부분까지의 주기이다. 공정주기는, 세부공정들이 연결된 주기이며, 총주기는, 전체 공정에 대한 주기이다. 이때, 단위공정 내부에 세부공정이 많은 경우, 여러 개의 공정주기가 있을 수 있다.
본 실시예에서, 최소주기, 단위주기, 공정주기 및 총주기에서 주기는, 입출력 포인트별로 감지되는 지구 또는 출력되는 정보에 대한 수집 주기일 수 있다. 해당 공정에서 측정할 물리화학적 특성에 따라 센서 등이 설치되고, 해당 공정에서의 물리화학적 특성을 연속적으로 수집(계측 값)하여 공정의 작업이 수행(제어 값)되는 상태를 확인하고 확인된 상태와 목적하는 상태의 차이에 해당하는 만큼 보정을 위해 물리화학적으로 대응(보정 값)한다. 이러한 대응 과정에서 발생하는 제어값이 출력 값이며, 수집된 계측 값이 입력 값이다. 이때 입력과 출력을 구분 없이 사용하는 경우 입출력이라 할 수 있다. 온오프 입출력은 본 실시예에서, 제외할 수 있다.
최소주기는, 각 공정 내부의 최소 단위 조작이 이루어지는 시간으로 독립된 행위가 이루어지는 최소 단위이다. 이러한 최소 주기는 세부공정이 되거나 여러 개의 최소주기가 연결되어 세부공정(단위주기)이 될 수 있다. 또한, 공정주기는 하나의 세부공정 또는 다수의 세부공정이 연결되어 독립공정이 구성되며 해당 독립공정의 시작과 종료까지의 과정에 소요되는 시간이다. 총주기는 플랜트의 일관 프로세스를 모두 거쳐서 완성되는 시간이다.
최소주기는 세부공정단위의 특성에 따라서 다르나 유량, 온도, 압력, 밀도 등과 같은 값으로 표시되는 경우에는 기계, 전기, 가공 등과 같은 공정과 비교하면 매우 크다. 최소주기는 1초로 정의하고 필요에 따라서 1분까지의 범위에서 조정할 수 있다.
입출력 상태 감시를 위한 정보의 생성방식을 수처리 공정을 기준으로 공정 특성에 의한 각종 감시 주기를 결정할 수 있다. 예컨대, 각 주기는 센서의 감지와 연산처리, 그리고 제어실행까지의 플랜트 전체적으로 다양할 수 있으나 분산제어가 적용된 시스템에서는 각 공정별로 분리하여 결정할 수 있다.
최소주기는 통상 1초이다. 최소주기는 공정에서 처리가 완료되는 시점까지의 시간이 아니고 센서정보를 취득하는 주기를 의미한다.
단위주기는 최소주기 정보 60개를 수집하여 1분 주기의 대표 값을 정하고 1분 정보일 수 있다. 대표 값에는 최대값, 최소값, 평균값, 진동수 의 4가지 정보가 1개 조를 이룰 수 있다.
공정주기는 1분 정보 60개를 모아서 1시간 주기의 대표 값을 정하고 1시간 정보일 수 있다.
총주기는 1시간 정보 24개를 모아서 1일 주기의 대표 값을 정하고 1일 정보일 수 있다.
1일 정보 30개 이상이 수집되면 정상적으로 입출력정보에 대한 이상 판정기능을 개시한다. 1일 정보는 최대 365개까지만 저장한다. 이때, 1분 정보(단위주기)는 주기 동안 수집된 1초 정보를 대상으로 대표 값을 정하지만, 1시간정보(공정주기)는 새로운 1분 정보가 발생할 때 마다 새로운 1분 정보와 현재 보유한 최근 59개의 1분 정보를 사용하여 새로 연산할 수 있다. 최근에 완성된 1시간 정보 발생시점에서 1시간이 경과한 때에는 새로운 1분정보가 발생할 때에 새로운 1시간 정보를 생성한다. 즉, 현재의 1시간 정보 연산에는 1분 정보를 Sliding window 방식으로 적용하고 1시간 경과시점에 저장용 1시간 정보가 완결될 수 있다.
상기와 같은 방식으로, 1분정보, 1시간정보, 1일정보를 각각 구하여 저장하며, 이는 도 2에 도시된다.
1시간 정보 중에서 0시부터 24시간의 정보를 이용하여 최대, 최소, 평균, 진동수를 산정하여 1일 정보를 구한다. 1일 정보는 최대 1년분(365개)을 확보하여 저장한다. 계측 값과 지시 값 등의 아날로그형태 입출력에 대하여 수집되는 정보의 총 수량은 1정보당 1word로 기준하였을 경우에 다음과 같다.
1분 정보 산정을 위한 최소주기정보(1초 간격 입출력 값)는 60 건 최대, 공정에 따라서 변동될 수 있으며, 1시간 정보를 산정하기 위한 1분 정보(촤대, 최소, 평균, 진동 4개 정보 쌍) 60 건일 수 있다. 그리고 1일 정보를 산정하기 위한 1시간정보(최대, 최소, 평균, 진동 4개 정보 쌍) 24 건일 수 있고, 1년 정보를 산정하기 위한 1일 정보(최대, 최소, 평균, 진동 4개 정보 쌍) 365 건일 수 있다.
여기서, 연휴, 한파, 혹서 등과 같은 특수일 형태에 정보는 입출력 감시 장치에 달력(calendar) 기능이 추가된 경우에 한하며, 이 경우에 입출력 감시 장치의 설치 시점에 최초 값이 설정되고, 정기점검 또는 운전자 지정에 의하여 재설정 또는 변경될 수 있다.
주기 명칭 간격 수집 내역 저장 데이터 word 수
공정감시 최소주기 1초 입력값 또는 출력값 60
단위주기 (1분정보) 1분 최대, 최소, 평균, 진동수 4 x 60 = 240
공정주기 (1시간정보) 1시간 최대, 최소, 평균, 진동수 4 x 24 = 96
총주기 (1일정보) 1일 최대, 최소, 평균, 진동수 4 x 365 = 1460
입력 또는 출력 1 포인트 당 최소 저장정보용량 1856
1포인트 입력 또는 출력의 비정상상황 판정을 위하여 Agent내에 보유할 정보는 총 1856word이므로 통상의 분산제어방식의 현장장치의 대부분 아날로그 입출력 상태관찰정보를 저장하여 추적할 수 있다.
공정제어시스템의 초기가동 이후 30일이 경과하면 위에서 정의한 정보가 모두 구성된다. 초기 운전상황에서는 1년 정보를 구성하려면 1년이 경과하여야 하므로 30일 정보를 기준으로 입출력정보 상태감시를 시작할 수 있다.
또한, 연산부(140)는 입출력 정보의 상태를 판단한다.
현장상황 정보를 취득하기 위한 스캔 주기는, 입출력 감시 장치의 속도에 따라 달라지지만, 현장 제어 장치가 정보를 수집하여 정해진 가공을 수행한 다음, 서버로 전송하는 행위는, 공정 전체의 입출력 포인트 수량이 많은 관계로 정보생성과 같은 주기로 전송될 수 없다. 이러한 시스템의 제약 때문에 현장에서 취득되어 전송된 값은 수집주기 안에서 취득된 다수의 스캔 정보들의 대표 값이 될 수 있다.
따라서 이를 위해 도 3 및 도 4를 참조하면, 연산부(140)는, 최소주기에서 지정된 입출력의 순시 값을 지정된 주기로 연속 스캔된 입출력 값들을 하나의 정보 집단으로 상정하고, 집단내의 연속 평균값을 연산하고 저장한다. 이 값이 단위주기 정보가 되며 통상 1분정보이다. 이 연속평균값 계산은 매 스캔 주기마다 또는 정수배 스캔주기마다 실행할 수 있다.
최소 수량이상의 단위주기가 수집된 이후(공정주기)부터 각각의 단위주기에서 생성된 평균값들을 이용하여 공정주기의 평균, 최소, 최대, 진동수를 구한다. 평균을 기준으로 각 단위주기의 평균값이 공정주기내의 상위 한계를 넘어가거나 하위한계에 미달하는 상황의 발생 횟수를 구하고 이를 진동수라 정의한다. 적용되는 상위 및 하위 한계는 공정주기에서 결정된 평균값 이상의 정보 중에서 중간 값을 상위한계, 그리고 공정주기에서 결정된 평균 값 이하의 정보 중에서 중간 값을 하위한계로 산정한다(도 5참조).
이때 중간 값은 단위주기가 반복하여 이연되는 동안에 계속하여 추종하며 변동하는 값이 된다. 즉, 공정에서 스캔된 값의 변화추이의 지표로 볼 수 있다. 스캔된 입출력 값의 상승 또는 하강 트랜드에 따라서 상위 및 하위 한계가 변화하며, 평균 값은 전체적 경향에 의하여 스캔 값이 변화되는 미세 상황이 가려져버리는 경향이 있으므로 실제 주기 내 데이터의 모집단 중에서 중간에 해당하는 값으로 선정한다.
정보수집 주기에서 평균값만을 취하여 기록하는 일반적인 트랜드 관리 방식은 정보저장능력의 한계 때문에 각 순간 도는 세부 단위주기별 정보를 저장하지 못하며, 수처리 공정과 같은 비교적 긴 시간의 연속공정에서는 세밀한 정보저장은 더 어려울 수 있다.
따라서 도 6에 도시된 예에서와 같이, 현장에서 취득되는 최소주기 정보를 기준으로 단위주기 내의 정보를 생산할 수 있다. 도 6의 (a)에 도시된 예와 도 6의 (b)에 도시된 예의 경우, 평균값은 서로 동일하므로, 입출력 포인트에 대한 정보는 서버입장에서 동일하게 취급될 수 있다. 하지만, 현장의 감시제어 장치 입장에서 도 6의 (b)에 도시된 예에 비해 도 6의 (a)에 도시된 예는 매우 불안정한 스캔정보가 취득된 것으로 볼 수 있다.
그리고 도 7에 도시된 예를 통해 동일한 평균을 보이는 주기에서 최대 최소값의 변동이 큰 경우, 진동수도 같이 커지는 것을 확인할 수 있다. 정보저장을 최소로하면서 고정의 각 입출력 포인트의 상태이력을 관리하기 위해서는 순시정보를 저장하는 대신 평균, 최대, 최소 및 진동수만으로 가능할 수 있다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 최대값, 최소값, 평균값이 모두 동일한 경우이다. 이러한 상태를 보이는 입출력에 대하여는 별도의 인공지능기능을 사용하거나 운영영자가 의심되는 구간을 확정하여 세밀하게 살펴보기 전에는 센서 이상을 알아차릴 수 없을 수 있다.
따라서 도 8에 도시된 바와 같을 과정을 통해 입출력 상태검사를 설정할 수 있다. 단위주기의 진동수가 1이하인 경우, 입출력 정보는 정상인 것으로 판단한다. 단위주기의 진동수가 2이상인 경우, 입출력 상태검사 플래그를 설정한다. 단위주기 진동수가 공정주기 진동수보다 큰 경우, 입출력 상태검사 플래그가 설정되고, 총주기 일 정보 이상의 긴 주기에서 진동수 3(365개 일 정보 대상) 또는 진동수 5(30개 일 정보 대상)를 넘는 경우에 입출력 상태검사 플래그를 설정한다.
이때, 입출력 상태검사 플래그는 태그형식으로 등록된 입출력 감시 장치의 상태를 나타내는 정보로 기존의 서버와 관리 시스템에서 확인할 수 있다. 30개 이상 최대 365개의 일 정보에 의해 진동수 계산 결과는 입출력 감시 장치에 의해 감시되는 입출력의 이상상태를 판정하는 경우에 사용하지 않고, 전체적은 플랜트의 처리 상황 변동을 확인하는 용도로 사용할 수 있다.
또한, 연산부(140)는 입출력 상태의 정보를 상기와 같이 처리하면, 출력부(130)는 입출력 상태에 대한 정보를 전송한다.
순시적으로 변하는 값을 모두 시스템 내부 네트워크를 통하여 서버로 전송하는 경우에 기존 감시제어의 실시간 성능에 영향을 줄 수 있다. 또한, 서버에서 추가로 처리해야할 정보량이 급격히 늘어나서 본래의 감시제어기능에 속도저하를 초래할 수 있다.
자동화된 공정제어시스템에서 최초 입력단의 정보는 현장장치에 의해 취득하여 유효판정 및 전송주기 또는 네트워크 용량, 그리고 서버에서의 데이터 처리와 저장능력 등의 요소를 고려하여 전송되는 정보의 량이 제한된다. 규모가 일정 이상의 시스템은 입력 요소가 매우 많아서 모든 입력을 서버로 전송하여 처리하고 저장하는 부하가 급격하게 증가할 수 있다.
따라서 출력부(130)는 감시대상에 대한 입출력 정보를 서버에서 요청하는 경우에만 전달하며 공정감시제어시스템에서 사용하는 태그 설정방식에 의한 요청에 대한 응답의 형태로 전송할 수 있다. 이 방법은 기존의 공정관련 변수나 설정을 변경하지 않고 입출력 감시 장치의 태그를 추가하는 것으로 출력부(130)에서 수행될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 단위공정에서 감시대상인 입출력이 있으면 해당 공정에 입출력 감시 장치를 구성한다. 다수의 공정이나 입출력이 존재하는 경우에 현장제어장치의 처리용량 여유가 있으면 하나의 입출력 감시 장치에서 담당하도록 구성할 수 있다. 중요한 관심대상 입출력 포인트에 대하여는 포인트 당 하나의 입출력 감시 장치를 설치할 수 있다.
입출력 감시 장치를 공정로직에서의 태그로 설정하고 기존 내부 로직 블럭에서 해당 태그로 지정된 정보를 바이패스(By-Pass)하도록 설정할 수 있다. 입출력 감시 장치에 의하여 생성된 정보의 전송은 프로세스감시제어시스템 내부의 기존 원격감시 제어망을 이용한다. 원방감시제어시스템에서 사용하는 태그방식을 이용하여 현장장치 내부에 설치된 입출력 감시 장치를 입력 태그로 지정하고 해당 포인트의 상태값을 읽는 방식으로 정보를 서버에 전송한다. 입출력상태 판정기준을 변경하기위하여 해당 입출력 감시 장치의 태그에 변동 비율값을 기록하면 입출력 감시 장치는 지정된 변동비율만큼 비율값의 부호에 맞추어 더하거나 빼는 방식으로 판정기준을 보정할 수 있다.
이때, 현장제어장치의 연산처리량과 저장용량에 여유가 있는 경우는 도 10에 도시된 바와 같이 로직의 일부로 입출력 감시 장치를 추가한다. 기존의 프로세스 제어시퀀스나 로직에 영향을 주지 않고 입출력 감시 장치형태로 삽입하여 운영하는 방법으로 구성할 수 있다.
입출력 감시 장치는 현장제어장치의 메모리와 연산처리능력여유 등의 내부 자원을 사용할 수 있으나, 기존의 현장제어장치 내 자원에 여유가 없으는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 별도의 메모리와 연산처리장치를 구비한 상태의 입출력 감시 장치를 현장제어장치의 외부자원연결포트(USB 등)에 연결하여 설치할 수 있다. 처리 또는 저장 능력에 여유가 없으면 외부에 부착하는 동글과 같은 형태로 입출력 감시 장치를 설치하고 기존 프로세스 로직과는 정보연계만 설정할 수 있다
기존 네트워크에 의하여 입출력상태정보가 전송되지 못하는 상황에서는 입출력 감시 장치의 통신을 이용하여 전송한다. 시스템 관리자가 주기적으로 순회하는 장소에서는 근거리통신을 적용하여 직전에 전송한 입출력상태정보 이후에 관측된 해당 정보를 관리자가 근접한 상태에서 전송한다. 순회 관리자가 없는 경우에는 별도의 유무선 망을 구축하여 입출력상태정보를 전송할 수 있다.
이때, 본 실시예에서, 필요에 따라 전력소비 감시장치가 적용될 수 있다.
수처리 등과 같은 유체관련 프로세스에서는 공정내 전력소비량과 공정내 처리대상물의 특정변수가 동조현상 또는 비례 또는 반비례와 같은 상관관계를 가지는 경향이 크다. 이러한 공정처리프로세스에는 전력소비 감시장치를 추가로 적용할 수 있다.
활성오니공법의 하수처리장의 경우 미생물반응을 촉진하기 위해 공기를 반응조에 불어넣는데, 주입공기량의 기준은 처리수 내의 산소요구량이다. 산소요구량에 대한 입력정보는 큰 변동이 없는 상황에서 폭기조의 송풍기의 전기소비량이 큰 폭으로 변동하는 경우, 처리수의 산소요구량에 대한 입출력정보의 상대(이상 유무)를 확인할 필요가 있다. 따라서 특정 프로세스에서 전기소비량이 처리결과와 연동하는 경우 전기소비량에 대한 입력정보도 진동수 감시대상으로 설정할 수 있다.
유사한 처리량과 지표값을 갖는 상황에서 해당 공정처리에 필요한 전력소비가 증가하는 경우에는 해당공정에 적용된 진동수 검출기준을 조정한다, 검출기준으로 기존에 수집 생성된 단위주기 내 평균이상 값들의 중간값, 단위주기 내 평균이하 값들의 중간값으로 지정하지 않고, 평균이상 값 중의 가장 작은 값을 제외한 후 상위 한계값을 산정하고, 평균 이하값들 중에서 가장 큰 값을 제외하고 하위 한계값을 산정하여 지정할 수 있다. 전력소비 감시장치는 새로운 진동수 기준에서 재산정한 진동수가 2이상이면 입력검사플래그가 설정된다. 이 방법으로 전력소비특성을 반영하기 위해 상하위 한계를 확장하는 여유분을 추가할 수 있다.
이 방식은 수처리와 같이 연속적이면서 초단위의 감시제어체계이면 충분한 공정제어에 적용한다. 화공프로세스, 제철프로세스, 파이프라인과 같은 분야에도 적용할 수 있다. 기존 플랜트공정에 적용하기 위한 설치공사를 최소화하고 기존공정의 정지시간을 최소화하면서 설치가 가능하다. 또한 입력조정이 필요한 상황을 지속하게 되어 생산품질 또는 생산성을 저하시키는 원인을 신속히 찾아낼 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 대응 기반 시스템
110: 입력부
120: 저장부
130: 출력부
140: 연산부

Claims (7)

  1. 연속 공정이 이루어지는 공정에서 입출력되는 입출력 정보의 상태를 감시하기 위한 정보가 입력되는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력된 정보를 통해 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위한 정보를 생성하고, 상기 입출력 정보의 상태를 판단하는 연산부;
    상기 연산부에서 판단된 상기 입출력 정보의 상태 정보를 출력하는 출력부를 포함하는 시스템이고,
    상기 연산부는, 상기 입출력 정보의 상태를 검증하기 위해, 최소주기, 단위주기, 공정주기 및 총주기를 이용하며,
    최소주기는 상기 연속 공정 내부의 최소 단위 조작으로 이루어지는 시간이고, 상기 단위주기는 하나 이상의 최소주기가 연결되어 이루어지는 세부공정의 시간이며, 상기 공정주기는 하나 이상의 상기 세부공정이 연결되는 시간이고, 상기 총주기는 상기 연속 공정 전체에 대한 시간이고,
    상기 연산부는, 입출력 정보의 상태를 판단하기 위해, 상기 최소주기에서 지정된 입출력 정보의 순시 값을 지정된 주기로 연속 스캔된 입출력 값들을 하나의 정보 집단으로 상정하고, 집단 내 연속 평균값을 연산하며, 상기 연속 평균값의 연산은 매 스캔 주기마다 또는 정수배 스캔주기마다 실행하고,
    상기 연산부는, 상기 최소주기를 이용하여 최소 수량의 단위주기를 수집하고, 수집된 단위주기에서 생성된 평균값을 이용하여 공정주기의 평균, 최소, 최대 및 진동수를 산정하고,
    상기 진동수는 산정된 평균을 기준으로 각 단위주기의 평균값이 공정주기내의 상위 한계를 넘어가거나 하위 한계에 미달하는 상황의 발생 횟수이며,
    상기 상위 한계는 공정주기에서 결정된 평균값 이상에 대한 중간값이며,
    상기 하위 한계는 공정중기에서 결정된 평균값 이하에 대한 중간값이고,
    상기 최소주기를 통해 수집되는 내역은 입력값 또는 출력값이고,
    상기 단위주기, 공정주기 및 총주기를 통해 수집되는 내역은 최대, 최소, 평균 및 진동수이며,
    상기 연산부는,
    상기 단위주기의 진동수가 1이하인 경우, 상기 입출력 정보가 정상인 것으로 판단하고,
    상기 단위주기의 진동수가 2이상인 경우, 상기 입출력 정보에 대한 상태검사 플래그를 설정하며,
    상기 단위주기 진동수가 공정주기 진동수보다 큰 경우, 상기 입출력 정보에 대한 상태검사 플래그를 설정하며,
    상기 상태검사 플래그는, 상기 연산부의 상태를 나타내는 정보이고,
    상기 출력부는 감시대상에 대한 입출력 정보를 요청받는 경우에만 전달하며 시스템에서 사용하는 태그 설정방식에 의한 요청에 대한 응답의 형태로 제공하는,
    공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최소주기는 1초이며, 상기 단위주기는 1분이고, 상기 공정주기는 1시간이며, 상기 총주기는 1일인,
    공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력부는, 상기 연산부에서 판단된 상기 입출력 정보에 대한 상태에 대해 외부 서버에서의 요청에 의한 응답의 형태로 전송하는,
    공정감시제어의 입력오류 및 제어오류 대응 기반 시스템.
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