KR102310052B1 - 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템 - Google Patents

Abstract

접속불량, 단선 등과 같은 오류가 발생하여도 동작은 지속되고, 오류가 일어난 지점이 정확하게 특정되며, 측정된 데이터의 유실을 방지하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템을 제시한다. 그 시스템은 화재 감지를 위한 다수개의 센서가 장착된 센서모듈을 포함하는 탐지부 및 탐지부로부터 탐지된 데이터를 수신하는 수신기를 포함하고, 탐지부는 다수개의 센서모듈이 근접통신망으로서 서로 링크되어 메시 네트워크를 이룬다.

Description

사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템{Automatic fire detection system based on internet of thing}

본 발명의 화재탐지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사물인터넷을 기반으로 보다 정밀하고 정확하게 자동으로 화재를 탐지하는 시스템에 관한 것이다.

국가 화재안전 기준(NFSC)은 소방시설에 관한 규격을 정해놓은 규정집으로서, 이중 NFSC 203 자동화재 탐지설비의 화재안전기준에 의하면 건축물의 자동화재 탐지설비가 갖추어야 한다. NFSC 203에 따르면, 감지기는 화재발생을 자동으로 감지하여 그 정보를 수신기로 발신하는 장치이다. 수신기는 다양한 형식이 있으며, 감지기 또는 송신기로부터 발해지는 신호를 직접 또는 중계기를 통해 공통신호로서 수신하고 경보를 발하는 수신기이다. 예컨대, R형 및 GR형 수신기는 다수의 감지기 또는 P형 송신기에서 발신된 고유신호를 수신하고 경보를 관계자에게 통보한다. 특히, 대형건물에 설치한 감지기들과 송신기들을 직접 수신기에 연결하기 어려우므로, 중계기가 감지기들 및 송신기들의 경보신호를 받아 수신기 등으로 발신한다.

한편, 국내등록특허 제10-0979173호는 대형건물에 적용하기 위하여, 데이지 체인 방식으로 연결된 광케이블, 상향신호 경로, 하향신호 경로, 입출력 포트 및 R/GR형 수신기 등을 구비한 광변환기를 제시하고 있다. 그런데, 광통신 방식은 신뢰도는 높으나, 단가가 비싸며 광전변환을 해야 하고 복잡한 과정으로 광섬유를 접속하는 등과 같이 매우 정밀하게 작업이 필요하다. 그런데, 광통신이 아닌 통상적인 통신선로는 상향 또는 하향 신호경로 중에서 적어도 어느 하나가 접속불량, 단선, 신호왜곡 등과 같은 오류가 자주 일어난다. 종래의 방식은 상기 오류가 발생하더라도, 상기 오류가 일어난 지점을 정확하게 특정할 수가 없어서, 상기 오류를 해소하기 어렵다. 나아가, 종래의 방식은 감지된 데이터가 유선으로 전달되는 1:1 통신이어서, 측정된 데이터의 유실이 발생하면, 화재탐지가 제대로 작동되지 않을 우려가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접속불량, 단선 등과 같은 오류가 발생하여도 동작은 지속되고, 오류가 일어난 지점이 정확하게 특정되며, 측정된 데이터의 유실을 방지하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템은 화재 감지를 위한 다수개의 센서가 장착된 센서모듈을 포함하는 탐지부 및 상기 탐지부로부터 탐지된 데이터를 수신하는 수신기를 포함한다. 이때, 상기 탐지부는 상기 다수개의 센서모듈이 근접통신망으로서 서로 링크되어 메시 네트워크를 이룬다.

본 발명의 시스템에 있어서, 상기 탐지부 및 수신기 사이에는 전기신호를 전달하는 통신선로로 연결된 중계기를 포함하며, 상기 통신선로는 상기 탐지부에 기인한 제어신호를 상기 중계기를 거쳐 상기 수신기로 전달하는 상향 신호경로 및 상기 수신기에 기인한 제어신호를 상기 중계기를 거쳐 상기 탐지부로 전달하는 하향 신호경로를 구현할 수 있다.

본 발명의 바람직한 시스템에 있어서, 상기 센서모듈은 상기 근접통신망으로 링크되고, 상기 근접통신망으로 게이트웨이에 링크되고, 상기 게이트웨이는 근접 또는 원격통신망으로 제어부에 링크된다. 상기 게이트웨이는 하나 건너의 상기 게이트웨이와 상기 근접통신망으로 링크될 수 있다. 상기 근접통신망들은 블루투스(bluetooth), 로라(Lora), LTE-A, 5G 또는 Wifi 중의 어느 하나일 수 있다. 상기 중계기는 데이지 체인 방식으로 연결될 수 있다. 상기 중계기는 2-웨이 변환기일 수 있다. 상기 센서모듈에는 무선통신을 위한 IP 분배가 이루어질 수 있다.

본 발명의 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템에 의하면, 사물인터넷을 활용함으로써, 접속불량, 단선 등과 같은 오류가 발생하여도 동작은 지속되고, 오류가 일어나 지점을 정확하게 특정하며, 측정된 데이터의 유실을 방지한다.

도 1은 본 발명에 의한 화재탐지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 탐지부에 적용된 무선 메시 네트워크를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 사물인터넷을 활용함으로써, 자동으로 접속불량, 단선 등과 같은 오류가 발생하여도 동작은 지속되고, 오류가 일어나 지점을 정확하게 특정하며, 측정된 데이터의 유실을 방지하는 화재탐지 시스템을 제시한다. 이를 위해, 사물인터넷을 활용하여 화재탐지를 하는 과정을 상세하게 알아보고, 특히 화재탐지를 하는 데 있어서 발생하는 오류를 차단하고, 오류를 발생한 지점을 정확하게 특정하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 덧붙여, 측정된 데이터를 유실을 방지하는 방법을 자세하게 살펴보기로 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 사물인터넷 및 메시 네트워크의 통신방법을 적용한다.

사물인터넷(Internet of Thing; IoT)는 산업과 기업의 인프라로서 기존 상품과 서비스를 고도화하고, 새로운 상품과 서비스를 끊임없이 만들어 내고 있다. 상기 IoT는 4차 산업혁명의 핵심으로 인간과 인간 사이의 연결뿐만 아니라 인간과 사물의 연결, 사물과 사물의 연결도 가능하게 하여 발전가능성이 무한하다. 상기 IoT의 핵심 중이 하나인 무선통신은 시간과 공간의 한계를 넘어서 언제 어디서나 연결되고 소통할 수 있게 하고 있다. 메시 네트워크는 측정한 데이터는 네트워크로 공유되어, 공유된 데이터는 1;1 방식이 아닌 1:n의 방식으로 전송된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 화재탐지 시스템(100)을 나타내는 블록도이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다.

도 1에 의하면, 화재탐지 시스템(100)은 수신기(10), 통신선로(20), 중계기(30), 게이트웨이(40), 탐지부(50) 및 제어부(60)를 포함한다. 통신선로(20)는 전기신호를 전달하는 역할을 한다. 이때, 제어부(60)는 수신기(10)에 내부에 위치한다. 탐지부(50)는 화재탐지 및 소방방재를 위한 장치, 각종 센서 및 송신기를 구비한다. 수신기(10)는 굳이 이에 한정하는 것은 아니나, P형, R형, M형, GP형, GR형의 5가지 형식이 있다. 상기 R형 및 GR형 수신기는 다수의 감지기 또는 P형 송신기에서 발신된 고유신호를 수신하고, 경보를 관계자에게 통보하도록 한다. R형 및 GR형 수신기는 해당 센서나 송신기의 위치를 용이하게 판별할 수 있고, 각 센서 또는 송신기에 고유의 식별부호를 부여한다. 여기서는 R형 및 GR형 수신기(10)를 중심으로 설명하기로 한다.

수신기(10)는 관제센터(MC)와 접속된다. 수신기(10)는 인터페이스(11), 표시부(12) 및 입출력포트(13)를 포함한다. 인터페이스(11), 표시부(12) 및 입출력포트(13)는 제어부(60)에 접속된다. 제어부(60)는 제어신호의 수신 및 통제, 제어신호를 발생시킨 중계기(30)와 탐지부(50) 식별, 관제센터(MC)와의 통신 등의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(60)는 수신기(10)에 연결된 각 중계기(30)들과 회선이 정상적으로 동작하는지 확인한다. 여기서, 상기 제어신호는 수신기(10)로부터 전달되는 신호, 탐지부(50)에서 감지된 데이터, 중계기(30)를 포함한 각종 설비의 동작을 제어하는 신호 등을 포함한다. 상기 제어신호는 탐지부(50)에서 중계기(30)를 거쳐 관제센터(MC)로 전달되는 모든 신호를 말한다. 인터페이스(11)는 관제센터(MC)와 사이의 접속을 구현한다. 표시부(12)는 디스플레이, LED 램프, 스피커 등을 포함하며, 경보상태, 동작상태 등을 시각적 또는 청각적으로 표시한다.

입출력포트(13)는 탐지부(50)에서 발생한 제어신호를 통신선로(20)를 통해 전기신호 형태로 수신하여 제어부(60)로 전달한다. 입출력포트(13)는 관제센터(MC)로부터 각 탐지부(50)로 전달되도록 제공된 제어신호를 제어부(60)로부터 전달받아 통신선로(20)를 통해 송신할 수 있다. 입출력포트(13)는 종래와 같이 RS485/422 입출력 포트일 수 있다. 이 경우, 입출력포트(13)는 예컨대 별도의 장치인 단일포트 변환기로 구성되어, R형/GR형 수신기(10)의 외부에서 RS485/422 입출력포트에 연결되도록 장착될 수 있다. 또한, 전기신호를 RS485/422 신호로 변환하여 R형/GR형 수신기(10)에 전달하거나, R형/GR형 수신기(10)로부터 출력된 RS485/422 차동신호를 전달할 수 있다. 경우에 따라, 메모리(도시되지 않음)가 부가되어 동작정보를 누적하여 저장할 수 있다.

통신선로(20)는 수신기(10)로 향하는 제어신호를 전달하는 매체이고, 통신선로(20)는 수신기(10)에서 출력된 제어신호를 전달하는 매체이다. 여기서는, 통신선로(20)는 물리적으로 별개의 케이블로 예시되어 있지만, 통신선로(20)는 물리적으로 하나의 통신선로 내에 위치한 서로 다른 신호선들로써 구현될 수도 있다. 상향(upstream) 신호경로(21)는 탐지부(50)의 센서 또는 송신기에서 기인한 각종 제어신호를 중계기(30)를 거쳐 수신기(10)로 전파하는 경로이다. 하향(downstream) 신호경로(22)는 수신기(10)에서 기인한 제어신호를 각 중계기(30)를 거쳐 탐지부(50)까지 전파하는 경로이다.

중계기(30)는 서로 통신선로(20)를 통해 전기적으로 연결되고, 탐지부(50)와 전기적으로 연결되어 있다. 중계기(30)는 수신한 전기신호를 출력한다. 중계기(30)는 각종 센서, 소화전, 스프링클러, 할로겐 소화기 등의 소방설비, 댐퍼, 방화문, 방화 셔터, 배연창과 같은 제연설비, 그 밖에 피난 유도등과 같은 기타 장치를 포함하는 탐지부(50)에 전기적으로 연결된다. 탐지부(50)는 예를 들어 건물 내의 하나의 업무구획, 하나의 층 등으로 그룹화되어, 하나의 중계기(30)에 대해 단순한 직류 신호선 또는 RS485/422 와이어로 연결될 수 있다.

중계기(30)는 데이지 체인(daisy chain) 형식으로 연결되는 것이 바람직하다. 중계기(30)는 데이지 체인 방식으로 연결되면, 후속의 중계기(30)로부터 전달된 제어신호를 선택적으로 또는 수신된 제어신호들을 결합하여 이전의 중계기(30)로 전달할 수 있다. 또한, 중계기(30)는 수신기(10)에서 전달된 제어신호 또는 이전의 중계기(30)를 통해 전달된 제어신호를 그 제어신호가 목적하는 탐지부(50)에 전달하거나, 또는 후속의 중계기(30)로 전달한다. 중계기(30)의 내부에는 탐지부(50)와 근접통신을 이루는 게이트웨이(40)가 내장된다. 중계기(30)는 이미 알려진 2-웨이 변환기가 채택될 수 있으며, 전기신호를 중계하는 모든 방식이 적용될 수 있다.

탐지부(50)는 화재탐지 및 소방방재를 위한 장치, 각종 센서, 수신기 및 송신기 등을 구비한다. 상기 센서, 송신기 등은 전기적인 신호를 발생시켜 중계기(30)에 송신할 수 있다. 상기 센서 또는 송신기들은 예컨대 RS485/422에서 규정된 차동신호의 형태로 신호를 발생시키고, 중계기(30)는 RS485/422 입출력 포트를 갖추고 이를 통해 신호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 센서 또는 송신기들은 예컨대 DC 24V의 싱글엔디드 직류 신호의 형태로 신호를 발생시키고, 중계기(30)는 직류 입출력포트를 갖추고 신호를 수신할 수 있다.

제어부(60)는 통신선로(20)에 의한 제어신호의 수신 및 통제, 제어신호를 발생시킨 중계기(30)와 탐지부(50) 식별, 관제센터(MC)와 사이의 통신 등의 동작을 제어한다. 탐지부(50)는 센서, 소방설비, 제연설비, 기타 장비들을 포함하며, 특히 상기 센서에 의해 감지된 데이터는 중계기(30) 내의 게이트웨이(40) 및 제어부(60)와 무선으로 연결된다. 상기 센서에 의한 화재탐지는 메시 네트워크 방식으로 통신을 한다. 이에 대해서는 추후에 도 2에서 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 탐지부(50)에 적용된 무선 메시 네트워크를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 이때, 화재감시 시스템(100)은 도 1을 참조하기로 한다.

도 2에 의하면, 본 발명의 시스템(100)은 하나의 중계기(30)에 적어도 하나의 방재기(F) 및 그에 장착된 센서모듈(S)을 포함하는 탐지부(50)가 무선(wireless)으로 링크되어 있다. 여기서는 7개의 방재기(F1, …, F7)를 예로 들었다. 방재기의 개수는 본 발명의 시스템이 적용되는 환경, 규모 등을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 방재기(F)는 소화전, 스프링클러, 할로겐 소화기 등의 소방설비, 댐퍼, 방화문, 방화 셔터, 배연창과 같은 제연설비, 그 밖에 피난 유도등과 같은 기타 장치를 포함한다. 또한, 방재기(F) 각각에는 센서모듈(S)을 포함한다. 여기서는 7개의 방재기(F1, …, F7)에 장착된 7개의 센서모듈(S1, …, S7)을 예로 들었다. 센서모듈(S)은 예컨대, 불꽃 감지, 연기량 감지, 트리거 카운트, 피크점 카운트, 변위, 감지시간에 관련된 적외선과 자외선의 감지, 이미지 감지 등에 의한 센서데이터를 획득한다.

다수개의 센서모듈(S) 각각의 센서들은 근접통신망(M)을 통하여 상호 링크된다. 근접통신망(M)은 본 발명의 범주 내에서 다양한 방식, 예컨대 블루투스(bluetooth), 로라(Lora), LTE-A, 5G, Wifi 등이 적용될 수 있다. 즉, 다수개의 센서모듈(S) 각각의 센서들은 메시 네트워크(mesh network)를 이룬다. 각각의 센서들이 메시 네트워크를 이룬다면, 각각의 센서에서 측정한 센서데이터는 서로 공유된다. 기존에는 각각의 센서들에서 측정된 센서데이터를 각각의 게이트웨이를 통하여 제어부에 1:1로 전송되었으나, 본 발명의 센서들이 측정한 센서데이터는 네트워크로 공유되어 공유된 센서데이터가 제어부(도시되지 않음)에 1:n의 메시 네트워크 방식으로 전송된다. 여기서는 1:7의 메시 네트워크 방식이 제시되었다.

도시되지는 않았지만, 근접통신망(M)에 의한 메시 네트워크 방식으로 공유된 센서데이터는 게이트웨이(40, G1, …, Gn)를 거쳐 근접 또는 원격통신망(예, LTE)으로 제어부(60)에 전송된다. 게이트웨이(40, 예컨대 G1)는 하나 건너의 게이트웨이(G3)가 상기 근접통신망으로 링크될 수 있다. 제어부(60)는 전송받은 센서데이터를 이용하여 방재기(F)를 제어한다. 이러한 원격통신망, 제어부의 기능 및 역할은 이미 잘 알려져 있으므로, 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 무선통신을 위한 IP 분배, 시간분할 등은 공지의 방식을 따른다. 다시 말해, 센서모듈(S)의 위치는 사전에 설정되어 있다.

메시 네트워크 방식으로 센서데이터를 전송하면, 센서데이터가 통신불량 등으로 유실되지 않고 모두 제어부(60)에 전송된다. 기존과 같이, 개별적인 통신을 한다면, 일부의 방재기(F)에 화재의 위험성이 있거나 개폐(ON/OFF)가 올바르지 않아도, 해당하는 방재기(F)가 통신불량이면 이를 확인할 수 없다. 하지만, 본 발명의 실시예는 메시 네트워크 방식으로 전송되기 때문에, 어떤 방재기(F)가 통신불량이라고 하더라도, 주변의 다른 방재기(F)를 통하여 통신불량인 방재기(F)의 센서데이터를 확인할 수 있다. 본 발명의 안전장치는 방재기(F) 모두의 센서데이터를 실시간으로 확인할 수 있어서, 필요한 조치를 적기에 취할 수 있다. 상기 무선 메시 네트워크는 통신불량이 발생한 방재기(F)를 쉽게 확인하여 필요한 조치할 수 있다.

본 발명의 실시예는 메시 네트워크 방식 및 사물인터넷을 활용함으로써, 접속불량, 단선 등과 같은 오류가 발생하여도 동작은 지속되고, 오류가 일어나 지점을 정확하게 특정하며, 측정된 데이터의 유실을 방지하는 화재탐지 시스템을 제시한다. 이를 위해, 사물인터넷을 활용하여 화재탐지를 한다. 특히 화재탐지를 하는 데 있어서 발생하는 오류를 차단하고, 오류를 발생한 지점을 정확하게 특정할 수 있다. 구체적으로, 메시 네트워크에 의한 무선통신을 위한 IP가 설정되어 있으므로, 측정된 데이터가 유실된 센서(S)의 위치를 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 중계기(30)를 거쳐 신호전송이 이루어지는 사례를 제시하였으나, 중계기(30)가 없이 수신기(10) 및 탐지부(50)가 상호 무선통신으로 구현할 수 있다. 이때, 수신기(10)는 무선통신으로 상기 제어신호를 탐지부(50)에 전송할 수 있다. 즉, 중계기(30)가 없으면, 상향 및 하향 신호경로를 이루는 통신선로(20)를 구비하지 않을 수 있다. 또한, 게이트웨이(40)는 탐지부(50)의 일정 영역에 배치될 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100; 화재탐지 시스템 10; 수신기
11; 인터페이스 12; 표시부
13; 입출력포트
20; 통신선로
21, 22; 상향 및 하향 신호경로
30; 중계기
40; 게이트웨이 50; 탐지부
60; 제어부

Claims (9)

1. 화재 감지를 위한 다수개의 센서가 장착된 센서모듈을 포함하는 탐지부; 및
   상기 탐지부로부터 탐지된 데이터를 수신하는 수신기를 포함하며,
   상기 탐지부는 상기 다수개의 센서모듈이 근접통신망으로서 서로 링크되어, 상기 센서모듈을 구성하는 각각의 센서에 의해 측정된 센서데이터가 서로 공유되는 메시 네트워크를 이루지고,
   상기 센서모듈에는 무선통신을 위한 IP 분배가 이루어지고,
   상기 센서모듈은 상기 근접통신망으로 링크되고, 상기 근접통신망으로 게이트웨이에 링크되고, 상기 게이트웨이는 근접 또는 원격통신망으로 제어부에 링크되며, 상기 게이트웨이는 인접하는 게이트웨이와 링크되는 것과 함께 하나 건너의 상기 게이트웨이와 상기 근접통신망으로 링크되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 탐지부 및 수신기 사이에는 전기신호를 전달하는 통신선로로 연결된 중계기를 포함하며, 상기 통신선로는 상기 탐지부에 기인한 제어신호를 상기 중계기를 거쳐 상기 수신기로 전달하는 상향 신호경로 및 상기 수신기에 기인한 제어신호를 상기 중계기를 거쳐 상기 탐지부로 전달하는 하향 신호경로를 구현하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 근접통신망들은 블루투스(bluetooth), 로라(Lora), LTE-A, 5G 또는 Wifi 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 게이트웨이는 중계기에 장착되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
7. 제1항에 있어서, 중계기는 데이지 체인 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
8. 제1항에 있어서, 중계기는 2-웨이 변환기인 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 자동 화재탐지 시스템.
   
   
9. 삭제

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