KR102370626B1 - 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템은, 제 1,2 펌프; 상기 제 1,2 펌프 각각의 가동 시간을 파악하는 가동 시간 파악 모듈, 상기 가동 시간과 기 설정된 기준 시간을 비교 처리하여 정상 동작 여부를 1차 판단하는 1차 판단 모듈과, 상기 가동 시간을 기반으로 상기 제 1,2 펌프의 동시 가동 횟수를 파악하는 동시 가동 파악부 및, 상기 동시 가동 횟수와 기 설정된 기준 횟수를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단하는 2차 판단부를 포함하는 2차 판단 모듈 및, 상기 정상 동작 여부의 판단 결과에 따라 상기 제 1,2 펌프 각각의 구동을 차등 제어하는 구동 제어 모듈을 포함하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템에 따르면, 가동 시간 및 동시 가동 횟수를 분석하고 이를 기준 시간, 기준 횟수와 비교하도록 하여 정상 동작 여부를 컨트롤러가 판단하도록 한 뒤, 컨트롤러에 의해 판단된 정상 동작 여부에 따라 제 1,2 펌프의 구동을 차등 제어하도록 함으로써 특정 펌프에 부하가 집중되어 고장이 발생하는 것을 방지하도록 하여 듀얼 펌프의 구동을 정밀 제어하고 효율적인 펌프 운용을 가능케 한 효과가 있다.

Description

듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템{Dual pump smart control system}

본 발명은 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 컨트롤러의 판단 여부에 따라 듀얼 펌프의 구동을 정밀 제어할 수 있는, 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템에 관한 것이다.

근래에 들어 부스터 펌프 시스템이 널리 이용되고 있는데, 부스터 펌프 시스템은 동일한 유량 및 압력을 가진 펌프 여러 대를 병렬로 연결하여 일정한 압력을 유지하면서 펌프를 통해 공급되거나 토출되는 유체의 유량에 따라 펌프를 순차적으로 동작시키는 시스템이다.

이는 아파트나 대형 건물에 주로 이용되는 것인데, 일반적으로 급수용 펌프 등에 이용되어 아파트나 대형 건물의 물 사용량에 맞게 펌프를 구동시키기 위해 구비된다.

만약 아파트나 대형 건물, 또는 병원의 음압 병상에 있어 한 대의 펌프만을 이용하게 되는 경우 한 대의 펌프 만으로 유체의 사용량을 맞춰야 하여 설치 환경에 필요한 유체의 공급량 또는 토출량을 적절히 맞추기가 힘들고, 또한 불필요하게 과다한 유량과 에너지를 사용하게 된다.

그러나 부스터 펌프 시스템을 통해 동일한 유량을 가진 여러 대의 펌프를 병렬로 연결하여 유량의 변화에 대하여 적절히 동작하도록 만들어 놓는다면, 불필요한 유량이나 에너지 소모 없이 펌프를 효율적으로 운용할 수 있다.

이러한 종래의 부스터 펌프 제어 시스템에 관한 것으로서, 한국 등록특허 10-1458812호에 ‘부스터펌프제어시스템에 이중화 대체제어부를 구비한 부스터펌프제어시스템’이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 급수펌프의 동력제어시스템 및 이에 사용하기 적합한 비상시 대체 전원공급장치에 관한 것으로, 하나 이상의 인버터를 구비하여 펌프를 기동시키는 급수시스템에 있어서, 인버터의 전원 그룹으로 연결되며, 직입기동 스위치제어부와 전원제어부, 상기 직입기동스위치제어부와 전원제어부를 통하는 직입기동수동조작부, 인버터제어부로 구성되는 직입 펌프기동전원부; 그리고 상기 직입기동스위치제어부와 인버터제어부와 연결되는 비상대체 전원 공급장치로 구성되는 급수펌프의 제어시스템을 제공한다.

상술한 부스터 펌프 제어 시스템은 펌프의 인버터 기동을 담당하는 인버터가 고장났을 때 대체인버터를 통하여 인버터 기동을 보장하도록 하고, 비상시 대체 전원공급장치를 이용하여 펌프의 가동을 항시 용이하게 하는 효과가 있다.

그러나 이러한 부스터 펌프 제어 시스템은 고장 발생 시에 대한 대응책에 가까우며, 펌프의 정밀 제어를 통해 고장 발생을 미연에 방지하거나 작동 효율을 극대화하는 구성은 없다는 단점이 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위해, 컨트롤러를 통해 정상 동작 여부를 반복적으로 판단하도록 하고, 판단된 정상 동작 여부에 따라 듀얼 펌프의 구동을 각각 차등적으로 정밀 제어하도록 한, 스마트 컨트롤 시스템을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 컨트롤러를 통한 정상 작동 판단 여부에 따라 듀얼 펌프를 구성하는 제 1,2 펌프에 대한 구동을 정밀 차등 제어하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 가동 시간, 동시 가동 횟수 및 실시간 듀티비를 반영하여 제 1,2 펌프의 구동을 정밀 차등 제어하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 설정된 듀티비의 값보다 실시간 듀티비의 값이 강하된 구간이 나타나는 경우 설정 듀티비를 보정할 수 있도록 하되, 설정 듀티비의 단계적 상승 및 강하 구간에서의 펌프 작동을 정밀 제어하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템은, 제 1,2 펌프; 상기 제 1,2 펌프 각각의 가동 시간을 파악하는 가동 시간 파악 모듈, 상기 가동 시간과 기 설정된 기준 시간을 비교 처리하여 정상 동작 여부를 1차 판단하는 1차 판단 모듈과, 상기 가동 시간을 기반으로 상기 제 1,2 펌프의 동시 가동 횟수를 파악하는 동시 가동 파악부 및, 상기 동시 가동 횟수와 기 설정된 기준 횟수를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단하는 2차 판단부를 포함하는 2차 판단 모듈 및, 상기 정상 동작 여부의 판단 결과에 따라 상기 제 1,2 펌프 각각의 구동을 차등 제어하는 구동 제어 모듈을 포함하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 컨트롤러는, 상기 제 1,2 펌프 각각에 대한 설정 듀티비를 입력받는 듀티비 입력부와, 상기 가동 시간 및 상기 설정 듀티비를 기반으로 상기 제 1,2 펌프 각각의 실시간 듀티비(real time duty ratio)를 파악하는 듀티비 파악부와, 상기 실시간 듀티비와 기 설정된 기준 듀티비를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 3차 판단하는 3차 판단부를 포함하는 3차 판단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 컨트롤러는, 과거에 구동된 상기 제 1,2 펌프의 가동 시간 대비 듀티비를 하나의 그래프로 도시한 데이터를 생성하여 학습 데이터베이스로 저장한 데이터 생성부와, 상기 그래프에서 상기 제 1 펌프 단독의 가동 시간 중 가장 긴 장기 가동 시간을 추출한 다음 상기 장기 가동 시간에서 상기 기준 듀티비보다 낮은 실시간 듀티비를 가진 복수 개의 강하 구간을 파악하는 강하 구간 파악부를 포함한 학습 모듈; 상기 듀티비 입력부에서 입력된 설정 듀티비와 같은 설정 듀티비를 가진 학습 데이터를 추출하여 상기 제 1 펌프의 가동 시간과 설정 듀티비를 재조절하는 것으로, 복수 개의 상기 강하 구간 중 마지막 강하 구간의 시간을 줄이면서 설정 듀티비를 상승 조절하는 구동 재조절 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템에 따르면,

1) 가동 시간 및 동시 가동 횟수를 분석하고 이를 기준 시간, 기준 횟수와 비교하도록 하여 정상 동작 여부를 컨트롤러가 판단하도록 한 뒤, 컨트롤러에 의해 판단된 정상 동작 여부에 따라 제 1,2 펌프의 구동을 차등 제어하도록 함으로써 특정 펌프에 부하가 집중되어 고장이 발생하는 것을 방지하도록 하여 듀얼 펌프의 구동을 정밀 제어하고 효율적인 펌프 운용을 가능케하고,

2) 듀티비 기반의 정상 동작 판단 구성을 더하여 특정 펌프에 가해지는 부하 집중을 빠르게 파악하고 그를 통해 정상 동작 여부를 판단하여 구동을 정밀 제어 하도록 함으로써, 특정 펌프에 대한 부하 및 피로도 집중을 예방하여 결론적으로 펌프의 고장을 예방하여 사용 수명을 늘릴 수 있도록 하며,

3) 설정된 듀티비보다 실시간 듀티비가 강하되어 실제 출력이 떨어질 수 있는 구간에 있어 설정 듀티비의 값을 컨트롤러를 통해 자동 상승 조절할 수 있도록 하되, 펌프의 과부하나 피로 누적을 방지하면서 펌프의 출력을 설정값 수준으로 유지할 수 있도록 정밀 제어를 가능케 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 시스템에 대한 개략적인 구성을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 시스템의 컨트롤러의 전체 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 펌프 구동 상황의 예시를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 시스템에 대한 프로세스도.
도 5a는 가동 시간에 따른 듀티비를 나타낸 그래프.
도 5b는 마지막 강하 구간 조절에 관한 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 시스템에 대한 개략적인 구성을 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템은 기본적으로 제 1,2 펌프(1,2) 및 컨트롤러(3)를 포함하여 구성될 수 있다.

제 1,2 펌프(1,2)는 공급배관에 유체를 토출시키거나 공급배관을 통해 내부에 양압 또는 음압을 제공할 수 있도록 하는 것으로서, 이때 제 1,2 펌프(1,2)는 동일한 압력을 제공할 수 있는 펌프인 것을 특징으로 한다.

따라서 듀얼 펌프 중 어느 하나가 제 1 펌프(1)가 된다면 나머지 하나가 제 2 펌프(2)가 되는 것이며, 제 1 펌프(1) 및 제 2 펌프(2)는 각각 배관과 연결되어 배관을 매개로 유체를 토출시키거나, 양압 또는 음압을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.

컨트롤러(3)는 제 1,2 펌프(1,2)의 정상 동작 여부를 판단하고 그를 매개로 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 구동을 차등 제어하는 기능을 수행하는 것으로서, 이때 컨트롤러(3)는 바람직하게 로직을 기반으로 한 자동화 제어 기능을 구비한 것일 수 있다.

따라서 후술할 로직을 통한 정상 동작 여부의 판단을 통해 듀얼 펌프를 구성하는 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 차등 제어하는 것을 특징으로 하며. 이를 통해 듀얼 펌프 중 어느 하나에 과부하가 발생하는 것을 방지하고 고장을 예방할 수 있도록 하며, 나아가 에너지의 과소비를 최소화하여 효율적인 펌프 운용을 가능케 한다.

더불어 컨트롤러(3)는 별도의 데이터베이스 서버를 구비할 수 있어 데이터베이스 서버에 구비된 데이터를 기반으로 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 자동 제어할 수 있으며, 나아가 별도로 데이터베이스 서버를 구비하지 않는 경우 컨트롤러(3)가 자체적으로 하드디스크와 같은 저장수단을 구비하여 하드디스크 내에 자동화 제어를 위한 데이터를 저장할 수도 있으며, 이때 디스크와 같은 저장수단은 프로세서 자체에 임베디드 타입으로 실장 처리될 수도 있음은 물론이다.

다시 말해 컨트롤러(3)의 로직에 의한 정상 동작 여부의 판단을 위한 기반 데이터들은 컨트롤러(3)와 별개로 구비될 수 있는 데이터베이스 서버, 혹은 컨트롤러와 함께 일체로 구성되거나 컨트롤러(3)의 기계 장치에 실장될 수 있는 하드디스크와 메모리와 같은 저장수단에 저장되어 저장된 데이터를 기반으로 로직을 통해 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.

이러한 컨트롤러(3)는 중앙처리장치(CPU) 및 메모리와 하드디스크와 같은 저장수단을 구비한 하드웨어 기반에서 중앙처리장치에서 수행될 수 있는 프로그램, 즉 소프트웨어가 설치되어 이 소프트웨어를 실행할 수 있는데 이러한 소프트웨어에 대한 일련의 구체적 구성을 '모듈' 및 '부', '파트' 등의 구성단위로써 후술할 예정이다.

이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스' 또는 ‘파트’등의 구성은 컨트롤러(3)의 저장수단에 설치 및 저장된 상태에서 CPU 및 메모리를 매개로 실행되는 소프트웨어 또는 FPGA 내지 ASIC과 같은 하드웨어의 일 구성을 의미한다.

이때, '모듈' 또는 '부', '인터페이스'라는 구성은 하드웨어에 한정되는 의미는 아니고, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는'모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.

더불어, 컨트롤러(3)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 모든 종류의 하드웨어 장치를 의미하는 것이고, 실시예에 따라 해당 하드웨어 장치에서 동작하는 소프트웨어적 구성도 포괄하는 의미로서 이해될 수 있다.

도 2는 본 발명의 시스템의 컨트롤러의 전체 구성을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 펌프 구동 상황의 예시를 나타낸 예시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 컨트롤러(3)는 바람직하게 가동 시간 파악 모듈(100), 1차 판단 모듈(200), 2차 판단 모듈(300), 구동 제어 모듈(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

가동 시간 파악 모듈(100)은 상기 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간을 파악하는 기능을 수행한다. 이때 가동 시간이라 함은 교번적으로 운행되는 제 1,2 펌프(1,2)에 있어 각각의 펌프가 1회 가동되는 시간을 의미할 수도 있고, 혹은 연속적으로 제 1,2 펌프(1,2)가 가동되고 있는 시간을 의미할 수도 있다.

예를 들어 13시 59분 10초부터 14시 00분 00초까지 제 1 펌프(1)가 작동된 경우 가동 시간은 50초로 판단될 수 있다. 나아가‘13시 59분 10초 작동 시작, 14시 00분 00초 정지’와 같이 on 시점과 off 시점을 가동 시간으로써 함께 파악하는 것 역시 가능하다.

따라서 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간을 파악한다는 것은 각각의 제 1,2 펌프(1,2)가 가동되었는지의 여부, 즉 on/off를 파악함과 동시에 제 1,2 펌프(1,2)가 on 상태가 유지된 시간, 즉 제 1,2 펌프(1,2)의 교번 주기 동안 각각의 펌프가 on 상태로 유지된 시간을 가동 시간으로 파악하도록 한다.

이는 도 3의 펌프 구동 상황 예시를 나타낸 도표 상에서도 시간의 흐름에 따라 각 펌프의 on/off 구동이 나타나 있으며, 이때 도표 상의 한 칸은 상술한 상황을 나타내는 90초를 의미하며, 색칠된 칸으로 나타나는 도표의 부분이 가동 시간이 된다. 즉 제 1 펌프(1)가 첫 1칸을 채웠다는 의미는 90초 만큼 작동되었음을 의미하는 것이라 할 수 있으며, 색칠되지 않은 공란은 off 상태임을 의미하는 것이다.

이와 같은 도 3의 예시에서와 같이 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간을 파악할 수 있으며, 가동 시간은 on 상태로 유지된 길이 뿐 아니라 상술한 바와 같이 on 상태로 설정된 시점, 더불어 off 상태로 설정된 시점을 포함하는 개념일 수 있다.

1차 판단 모듈(200)은 상술한 가동 시간 파악 모듈을 통해 판단된 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간과 기 설정된 기준 시간을 비교 처리하여, 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 정상 동작 여부를 1차적으로 판단하는 기능을 수행한다.

도 3의 예시에 나타난 바와 같이, 만약 제 1,2 펌프(1,2)에 대해 설정된 기준 시간이 90초라 가정했을 때, 가동 시간이 90초를 초과하는 경우 해당 펌프의 경우 정상 동작이 아닌 것으로 판정하는 것이다.

즉 도 3의 상황 1의 경우 제 1,2 펌프(1.2) 모두 90초 이내의 가동만 이루어지고 있어 정상적인 가동 상황이나. 상황 2의 경우 주황색으로 나타난 부분에서 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 기준 시간을 초과하는 가동 시간을 나타낸다. 상황 3의 경우 제 1 펌프(1)가 기준 시간을 초과한 가동 시간을 나타내고 있으며, 상황 4의 경우 제 2 펌프(2)가 기준 시간을 초과한 가동 시간을 나타낸다. 즉 기준 시간을 초과하는 가동 시간을 나타내는 경우 이를 비정상 동작으로 판단하고, 가동 시간이 기준 시간 이하인 경우 이를 정상 동작으로 판단하는 것이라 할 수 있다.

여기서 기준 시간에 있어서는 제한이 없으므로 펌프의 종류에 따라, 설치 환경에 따라, 펌프의 노후 상태나 가해져야 하는 압력에 따라 시스템 관리자에 의해 기준 시간은 설정될 수 있다.

2차 판단 모듈(300)은 상술한 가동 시간을 기반으로 하여 제 1,2 펌프가 동시에 가동된 횟수인 동시 가동 횟수를 파악하고 이를 기준 횟수와 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단하는 기능을 수행한다. 이를 위해 동시 가동 파악부(310) 및 2차 판단부(320)를 포함한다.

동시 가동 파악부(310)는 가동 시간 파악 모듈(100)을 통해 판단된 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간을 기반으로 제 1,2 펌프(1,2)가 동시에 가동된 횟수인 동시 가동 횟수를 파악한다.

이는 도 3의 예시를 보면 확인될 수 있는데, 상황 1에서는 제 1 펌프(1)와 제 2 펌프(2)가 각기 단독 가동되어 교번적으로 가동되는 예만 나타나고 있으나, 상황 2, 3, 4 에서는 제 1 펌프(1)가 on 된 영역과 제 2 펌프(2)가 on 된 영역이 중첩된 영역이 나타난다. 즉 제 1 펌프(1)가 가동되고 있을 때 제 2 펌프(2)가 함께 가동되고 있는 것을 의미하며, 이것이 동시 가동이 되는 것이다.

이때 상황 2에서는 동시 가동이 총 5회 나타나는데, 특히 연속 5회의 동시 가동이 나타난다. 즉 제 1 펌프(1)가 on 되어 있는 구간과 제 2 펌프가 on 되어 있는 구간이 연속적으로 5회 중복되어 나타나는 것이라 할 수 있다. 즉 첫 동시 가동이 발생된 이후, 제 1 펌프(1)가 on 되어 있는 구간(제 1 펌프(1)가 가동되는 구간) 마다 연속적으로 동시 가동이 일어나며, 이는 제 2 펌프(2)를 기준으로 설정하여 판단해도 동일하다.

즉 각각의 제 1,2 펌프(1,2)의 on/off가 반복됨에 있어, 교번 운전의 경우 제 1 펌프(1)가 on 되어 있을 경우 제 2 펌프(2)는 off 상태여야 하고, 제 1 펌프(1)가 off 되어 있을 경우 제 2 펌프(2)는 on 상태여야 한다. 그러나 상황 2의 경우에는 서로 주기가 다르게 on/off가 반복되는 제 1,2 펌프(1,2)에 있어 on 주기가 연속적으로 5회 중복되는 것이다.

이를 연속 동시 가동 횟수라 하며, 상황 2에서는 연속 동시 가동 횟수가 제 1 펌프(1) 기준 5회, 제 2 펌프(2) 기준 5회로 나타난다. 즉 연속 동시 가동 횟수는 동시 가동 횟수와 동일하거나, 동시 가동 횟수보다 작은 값을 갖게 된다.

상황 3을 살펴보면, 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동 횟수는 4회이다. 그러나 제 1 펌프(1) 기준으로는 연속 동시 가동 횟수 역시 4회로 나타나며, 제 2 펌프(2)를 기준으로 하는 경우 동시 가동 횟수는 4회로 동일하나, 연속 동시 가동 횟수는 0회로 나타난다. 제 2 펌프를 기준으로 하는 경우 즉 on/off의 반복에 있어 on 주기의 연속적인 중복이 일어나지 않는 것이다.

상황 4를 살펴보면, 이 역시 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동 횟수는 4회이다. 그러나 제 1 펌프(1)를 기준으로 보는 경우 연속 동시 가동 횟수는 0회이고, 제 2 펌프(2)를 기준으로 하는 경우 연속 동시 가동 횟수는 4회로 나타난다.

이는 상황 3과는 반대의 상황으로, 제 1 펌프(1)를 기준으로 하는 경우 즉 on/off의 반복에 있어 on 주기의 연속적인 중복이 일어나지 않으나, 제 2 펌프(2)를 기준으로 하는 경우는 첫 동시 가동 발생 이후 모든 on 주기마다 동시 가동이 연속적으로 일어나고 있으므로 연속 동시 가동 횟수가 4회가 되는 것이다.

따라서 상술한 가동 시간을 기반으로 하여 제 1,2 펌프(1,2)가 동시에 가동된 횟수인 동시 가동 횟수, 나아가 각각의 제 1,2 펌프(1,2)를 기준으로 하여 동시 가동이 연속적으로 발생된 연속 동시 가동 횟수를 동시 가동 파악부(310)를 통해 파악하게 된다.

2차 판단부(320)는 동시 가동 파악부(310)를 동해 판단된 동시 가동 횟수와 기 설정된 기준 횟수를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단하는 기능을 수행한다. 상술한 동시 가동 파악부(310)를 통해 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동 횟수가 판단되므로, 이를 기준 횟수와 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단한다.

만약 정상 동작의 기준이 되는 기준 횟수가 5회인 경우, 동시 가동 횟수 5회 이하까지는 정상 동작으로 판단되며, 동시 가동 횟수 5회 초과부터는 비정상 동작으로 판단될 수 있다.

이때 기준 횟수는 상술한 기준 시간과 같이 제한이 없으므로 펌프의 종류에 따라, 설치 환경에 따라, 펌프의 노후 상태나 가해져야 하는 압력에 따라 시스템 관리자에 의해 기준 횟수가 설정될 수 있다.

만약 동시 가동 횟수 5회가 기준 횟수일 경우, 상황 1에 있어서는 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 정상 동작으로 판단되고, 상황 2에서는 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 비정상 동작으로 판단되며, 상황 3 및 상황 4에서는 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 정상 동작으로 판단된다.

혹은 동시 가동 파악부(310)를 통해 연속 동시 가동 횟수가 판단될 수 있다 하였으므로, 판단된 연속 동시 가동 횟수를 기반으로 정상 동작 여부를 2차 판단할 수도 있다. 이때 기준 횟수는 예를 들어 연속 동시 가동 횟수 3회와 같이 지정될 수 있다.

이때 상술한 도 3의 실시예의 경우, 상황 1의 경우 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 정상 동작으로 판단되고, 상황 2의 경우 제 1,2 펌프(1,2) 모두가 비정상 동작으로 판단된다. 상황 3은 제 1 펌프(1)는 비정상 동작, 제 2 펌프(2)는 정상 동작으로 판단된다. 상황 4는 제 1 펌프(1)는 정상 동작, 제 2 펌프(2)는 비정상 동작으로 판단된다.

이때 1차 판단 모듈(200) 및 2차 판단 모듈(300)에서 모두 정상 동작으로 판단되었을 경우에만 해당 펌프가 정상 동작이라고 판단할 수도 있고, 혹은 1차 판단 모듈(200) 및 2차 판단 모듈(300) 중 어느 하나를 통한 정상 동작 판단 시 정상이라고 판단될 수도 있다.

다시 말해, 1차 판단 모듈(200)에서 제 1 펌프(1)가 정상 동작이라고 판단되는 경우 바로 정상 동작으로 최종 판정 처리하여 2차 판단 모듈(300)을 통한 정상 동작 판단을 수행하지 않을 수도 있고, 또는 1차 판단 모듈(200)에서 정상 동작이 판단되었을 시에도 2차 판단 모듈(300)을 통한 2차 정상 동작 판단을 수행하여 2차 판단 모듈(300)을 통한 정상 동작까지 판단되었을 경우 정상 동작을 최종 판단할 수도 있다.

나아가 1차 판단 모듈(200)을 통해 비정상 동작이라고 판단되었을 경우, 2차 판단 모듈(300)을 통해 정상 동작이 판단되면 이를 정상 동작이라고 판단할 수도, 비정상 동작이라고 판단할 수도 있으며 이는 컨트롤러(3)의 설정값에 따라 달라질 수 있다. 이때 설정값의 설정 방법은 제한을 두지 않으며, 이는 시스템 관리자에 의해 설정될 수 있는 것을 기본으로 한다.

따라서 1차 판단 모듈(200)과 2차 판단 모듈(300)을 통한 정상 동작 여부의 판단은 and/or 방식이 모두 적용될 수 있으며, and 방식인 경우 1차 판단 모듈(200)을 통한 판단 결과 정상, 2차 판단 모듈(300)을 통한 판단 결과 정상 시에만 정상 동작 판정, or 방식인 경우 1차 판단 모듈(200) 또는 2차 판단 모듈(300) 중 적어도 어느 하나의 정상 판단 시 정상 동작 판정이 이루어질 수 있는 것이다.

나아가 필요 시 1차 판단 모듈(200)을 통한 개별 정상 동작 여부 판단 및 2차 판단 모듈(300)을 통한 개별 동작 여부 판단이 이루어지는 것도 가능하며, 다시 말해 1차 판단 모듈(200) 및 2차 판단 모듈(300) 중 어느 하나만을 통해 정상 동작 여부를 판단하는 것 역시 가능하다.

구동 제어 모듈(400)은 상술한 1차 판단 모듈(200)과 2차 판단 모듈(300)을 통한 정상 동작 여부의 판단 결과에 따라 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 구동을 차등 제어하는 기능을 수행한다. 이때 바람직하게는 정상 동작이 판단되는 경우 현재 설정 상태를 유지하도록 하고, 비정상 동작이 판단됨에 따라 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간 설정값이나 가동 주기 등을 변경 처리하여 구동을 차등 제어하게 된다.

예를 들어 제 1 펌프(1)의 비정상 동작이 판단되는 경우 제 1 펌프(1)의 가동 시간을 줄이고 제 2 펌프(2)의 가동 시간을 증가시켜 제 1 펌프(1)의 가동 부하를 줄이고 상대적으로 제 2 펌프(2)의 부하를 증가시키거나, 제 1 펌프(1)를 off 처리하고 제 2 펌프(2)를 단독 가동시킬 수도 있다.

혹은 연속 동시 가동 횟수를 줄이기 위해 제 1 펌프(1) 및 제 2 펌프(2)의 각각의 구동 제어를 통해 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 on/off 주기를 제어하여 연속 동시 구동이 기준 횟수 이상 발생하지 않도록 조절하는 것 역시 가능하다.

이와 같은 본 발명의 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템에 따르면, 가동 시간 및 동시 가동 횟수를 분석하고 이를 기준 시간, 기준 횟수와 비교하도록 하여 정상 동작 여부를 컨트롤러(3)가 판단하도록 한 뒤, 컨트롤러(3)에 의해 판단된 정상 동작 여부에 따라 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 차등 제어하도록 함으로써 특정 펌프에 부하가 집중되어 고장이 발생하는 것을 방지하도록 하여 듀얼 펌프의 구동을 정밀 제어하고 효율적인 펌프 운용을 가능케 한 특징이 있다.

도 4는 본 발명의 시스템에 대한 프로세스도이다.

상술한 도 3과 함께 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 컨트롤러(3)는 1차 판단 모듈(200) 및 2차 판단 모듈(300)을 통한 정상 동작 여부 판단에서 더 나아가 3차 판단 모듈(500)을 포함하여 3차 판단 모듈(500)을 통한 정상 동작 여부의 판단을 수행할 수 있다.

이때 3차 판단 모듈(500)을 통한 정상 동작 여부 판단은 듀티비(duty ratio)를 기준으로 이루어질 수 있는데, 듀티비를 기반으로 정상 동작 여부를 3차 판단하는 3차 판단 모듈(500)은 듀티비 입력부(510), 듀티비 파악부(520), 3차 판단부(530)를 포함하여 구성될 수 있다.

듀티비 입력부(510)는 제 1,2 펌프(1,2) 각각에 대한 설정 듀티비를 입력받는 기능을 수행한다. 이는 컨트롤러(3)에 제 1 펌프(1) 및 제 2 펌프(2) 각각에 대한 듀티비 값을 설정하는 것이라 할 수 있으며, 따라서 시스템 관리자 혹은 컨트롤러 자체의 설정값에 의하여 입력된 듀티비의 값이 설정 듀티비가 된다.

곧 여기서 설정 듀티비라 함은 설정된 운전효율이라 할 수 있으며, 다시 말해 on/off가 반복되는 일종의 펄스 신호가 나타나는 제 1,2 펌프(1,2)에 있어 제 1,2 펌프(1,2) 각각에 가해지는 전력량에 대한 설정값, 또는 가해지는 펄스 주파수에 대한 설정값이라고도 할 수 있다.

듀티비 파악부(520)는 가동 시간 파악 모듈(100)을 통해 파악된 가동 시간과 듀티비 입력부에 의해 입력된 설정 듀티비를 기반으로 상기 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 실시간 듀티비(real time duty ratio)를 파악하는 기능을 수행한다.

여기서 실시간 듀티비는 설정 듀티비를 입력하고 실제 제 1,2 펌프(1,2)를 구동 시켰을 때 실제로 나타나는 듀티비의 값이라 할 수 있는데, 이론 상으로 실시간 듀티비는 설정 듀티비와 동일한 값이 나타나야 하지만, 실시간 듀티비는 설정 듀티비와 유사한 값이 나타나긴 하나 완전히 동일하다고는 할 수 없다.

나아가 실시간 듀티비 역시 파악된 가동 시간 대비로 구해지는데, 상술한 가동 시간 파악 관련 구성에서 각각의 제 1,2 펌프(1,2)가 가동되었는지의 여부, 즉 on/off를 파악함과 동시에 제 1,2 펌프(1,2)가 on 상태가 유지된 시간, 즉 제 1,2 펌프(1,2)의 교번 주기 동안 각각의 펌프가 on 상태로 유지된 시간을 모두 파악한다 하였다.

따라서 펄스와 같이 나타나는 제 1,2 펌프(1,2)의 on/off 파악을 수행함과 동시에 설정된 듀티비 값인 설정 듀티비 대비로 나타나는 실시간 듀티비를 파악하는 것이 듀티비 파악부(520)의 기능이라 할 수 있다.

이때 실시간 듀티비 파악을 위해서는 종래에 쓰이던 듀티비 측정 장치나 프로그램을 통해 가동되고 있는 제 1,2 펌프(1,2) 각각에 대한 실시간 듀티비를 측정하여 파악할 수 있으며, 그 방식이나 장치에 있어서는 제한을 두지 않는다.

혹은 가장 간단하게, 실제 가동되고 있는 제 1,2 펌프(1,2)의 운전 효율을 비교하여 이를 듀티비로서 파악할 수도 있다. 예를 들어,

예시 1,

(여기서

은 제 1 펌프의 듀티비,

은 제 1 펌프의 1회 가동 시간,

는 제 2 펌프의 1회 가동 시간을 의미한다.)

와 같이 나타나는 수학식을 통해 듀티비를 실시간으로 파악할 수 있다. 즉 펄스의 형태로 on/off 가 반복되는 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 1회 가동 시간을 비교 처리하여 듀티비를 비교하는 것인데, 이때 1회 가동 시간은 특정한 시간 범위 내에서의 1회 가동 시간을 의미한다.

예를 들어 도 3의 예시에서 보면, 상황 1에서 0초부터 270초 범위 사이에 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비는 50%, 제 2 펌프(2)의 듀티비도 50%로 나타난다. 그러나 시간 범위를 다르게 설정하는 경우 실시간 듀티비 역시 다르게 판단될 수 있다.

그러나 상술한 방식 이외에도 실시간 듀티비는 다른 여러 가지 방식으로 판단되거나 측정될 수 있으므로, 이 방식으로 제한을 두지 않는 것을 기본으로 한다.

3차 판단부(530)는 상술한 듀티비 입력부(510)을 통해 설정된 기준 듀티비와 듀티비 파악부(520)를 통해 파악된 실시간 듀티비를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 3차 판단한다. 예를 들어 기준 듀티비가 70%인 경우, 특정 펌프의 실시간 듀티비가 70%를 초과하면 비정상 동작으로 판단하게 된다.

만약 상술한 예시에서와 같이 상황 1의 경우 0초부터 270초 범위 사이에 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비는 50%, 제 2 펌프(2)의 실시간 듀티비도 50%를 나타내므로 상황 1은 제 1,2 펌프(1,2) 모두 정상 동작을 하는 것으로 판단될 수 있다.

그러나 예를 들어 상황 2에서는 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비가 70%를 초과하는 경우가 나타나고, 제 2 펌프(2) 역시 실시간 듀티비가 70%를 초과하는 경우가 나타난다고 가정하면 제 1,2 펌프(1,2) 모두 비정상 동작을 하는 것으로 판단되는 것이다.

나아가 상황 3에서는 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비가 70%를 초과하는 경우가 나타난다 가정하면 제 1 펌프(1)의 비정상 동작이 판정된 것이라 할 수 있고, 상황 4에서는 제 2 펌프(2)의 실시간 듀티비가 70%를 초과하는 경우가 나타났다고 가정하는 경우 제 2 펌프(2)의 비정상 동작이 판정된 것이라 할 수 있다.

따라서 이와 같이 3차 판단 모듈(500)을 통해 정상 동작 여부가 판단되는 경우, 상술한 구동 제어 모듈(400)은 정상 동작 여부의 1차, 2차, 3차 판단 결과에 따라 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 구동을 차등 제어하게 된다.

여기서 상술한 바와 같이 정상 동작 여부의 최종 판단 1차, 2차, 3차 모두 and의 형식으로 이루어질 수도 있고(1차, 2차, 3차 모두 정상이어야만 정상 동작으로 판단) 혹은 or의 형식으로 이루어질 수도 있다. (1차, 2차, 3차 중 어느 하나가 정상일 경우 정상 동작으로 판단)

예를 들어 1차, 2차, 3차 판단을 순차적으로 진행하되, 1차 판단에서 정상 동작으로 판단될 경우 2차, 3차 판단의 진행 없이 바로 정상 동작 여부를 판단하고, 1차 판단에서 비정상 동작으로 판단되는 경우 2차 판단을 수행하되, 2차 판단에서 정상 동작으로 판단될 경우 3차 판단을 진행하지 않을 수 있다.

그러나 2차 판단에서 비정상 동작으로 판단될 경우 3차 판단을 진행하되, 3차 판단에서 정상 동작으로 판단될 경우 정상으로 판단하고, 3차 판단에서 비정상 동작으로 판단될 경우 최종 비정상 동작을 판단할 수도 있는 것이다.

혹은 1차, 2차, 3차 판단을 순차적으로 진행하되 1차, 2차, 3차 판단에서 순차적으로 모두 정상 동작이 판단되는 경우에만 정상으로 판정하고, 1차, 2차, 3차 판단 과정에서 어느 하나라도 비정상 동작이라 판단되는 경우 비정상 동작으로 판단하는 것도 가능한 것이다.

이 경우 구동 제어 모듈(400)은 바람직하게 비정상 동작이 판단됨에 따라 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 각각 차등 제어함으로써 비정상 동작이 판단된 특정 펌프의 동작을 중지시키거나, 특정 펌프의 비정상 동작이 판단된 경우 다른 펌프를 동시 가동시켜 다른 펌프를 통해 비정상 동작이 판단된 특정 펌프의 기능을 뒷받침할 수 있게 할 수 있다.

이는 상술한 바와 같이 정상 동작이 판단되는 경우 현재 설정 상태를 유지하도록 하고, 비정상 동작이 판단됨에 따라 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 가동 시간 설정값이나 가동 주기 등을 변경 처리하여 구동을 차등 제어하게 된다.

예를 들어 제 1 펌프(1)의 비정상 동작이 판단되는 경우 제 1 펌프(1)의 가동 시간을 줄이고 제 2 펌프(2)의 가동 시간을 증가시켜 제 1 펌프(1)의 가동 부하를 줄이고 상대적으로 제 2 펌프(2)의 부하를 증가시키거나, 제 1 펌프(1)를 off 처리하고 제 2 펌프(2)를 단독 가동시킬 수도 있다.

혹은 연속 동시 가동 횟수를 줄이기 위해 제 1 펌프(1) 및 제 2 펌프(2)의 각각의 구동 제어를 통해 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 on/off 주기를 제어하여 연속 동시 구동이 기준 횟수 이상 발생하지 않도록 조절하는 것 역시 가능하다.

이와 같은 듀티비 기반의 정상 동작 판단 구성을 더하여 특정 펌프에 가해지는 부하 집중을 빠르게 파악하고 그를 통해 정상 동작 여부를 판단하여 구동을 정밀 제어하도록 함으로써, 특정 펌프에 대한 부하 및 피로도 집중을 예방할 수 있도록 하여, 결론적으로 펌프의 고장을 예방함으로써 사용 수명을 늘릴 수 있도록 한다.

나아가 컨트롤러(3)는 피드백 모듈(600)을 포함할 수 있는데, 이러한 피드백 모듈(600)은 정상 동작 여부의 반복 판단을 수행하기 위해 포함되는 것이다. 다시 말해 1차 판단 모듈(200), 2차 판단 모듈(300), 3차 판단 모듈(500)을 통해 제 1,2 펌프(1,2) 각각의 정상 동작이 판단됨에 따라, 1차 판단 모듈(200)을 통한 정상 동작 여부를 재판단하도록 할 수 있다.

즉 1차 판단 모듈(200), 2차 판단 모듈(300), 3차 판단 모듈(500) 모두를 통해 제 1,2 펌프(1,2)의 정상 동작이 판단된 경우, 정상 동작 판단을 멈추는 것이 아닌 다시 1차 판단 모듈(200)을 통한 정상 동작 여부의 재판단이 수행되도록 하여 정상 동작 판단이 일회성으로 이루어지는 것이 아니라 지속적으로 판단이 이루어지도록 하는 것이다.

나아가 피드백 모듈(600)을 통해 1차 판단 모듈(200)을 통한 정상 동작 여부의 재판단이 이루어지는 경우 이어지는 2차 판단 모듈(300), 3차 판단 모듈(500)을 통한 정상 동작 여부의 재판단 역시 순차적으로 이어지게 되어 정상 동작 판단에 대한 연속적인 모니터링을 가능케 할 수 있다.

나아가 비정상 동작 판단이 이루어지게 되면, 비정상 동작이 판단된 펌프의 가동 부하를 줄이고 다른 펌프의 부하를 일시적으로 높여 출력을 맞출 필요가 있는데, 이를 위해 구동 제어 모듈(400)의 경우 구동 제어를 위한 추가적 기능을 포함할 수 있다.

일 예로, 구동 제어 모듈(400)은 제 1 펌프(1)의 비정상 동작이 판단될 경우, 제 2 펌프(2)의 단독 가동 및 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동이 교번되도록 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 차등 제어할 수 있다. 즉 제 2 펌프(2)의 경우 연속적으로 가동이 이루어지고, 제 1 펌프(1)의 경우 주기를 갖고 되풀이되는 펄스의 형태로 on/off가 반복되도록 하여 제 2 펌프(2)의 단독 가동 / 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동이 교번될 수 있다.

반대로 제 2 펌프(2)의 비정상 동작이 판단되는 경우, 제 1 펌프(1)의 단독 가동 및 제 1,2 펌프(1,2)의 동시 가동이 교번되도록 제 1,2 펌프(1,2)의 구동을 차등 제어하게 된다.

이를 통해 비정상 동작으로 판단된 펌프의 구동 부하를 줄이고, 정상 동작으로 판단된 펌프를 통해 비정상 동작으로 판단된 펌프를 보조 및 대체할 수 있도록 하여 펌프를 통해 공급되거나 토출되는 유량을 일정하게 유지할 수 있도록 함과 동시에 펌프의 고장, 과부하, 피로 누적을 예방할 수 있도록 한다.

도 5a는 가동 시간에 따른 듀티비를 나타낸 그래프이며, 도 5b는 마지막 강하 구간 조절에 관한 그래프이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하면, 본 발명의 컨트롤러(3)는 가동 시간 대비 듀티비를 그래프로 도시하여 학습시키고, 이를 통해 실시간 듀티비가 기준 듀티비보다 낮은 경우 가동 시간과 설정 듀티비를 재조절하도록 구성할 수 있다. 이를 위해 컨트롤러(3)는 학습 모듈(700) 및 구동 재조절 모듈(800)을 포함할 수 있다

학습 모듈(700)은 데이터 생성부(710) 및 강하 구간 파악부(720)를 포함하여 과거의 가동 시간 대비 듀티비를 데이터로 학습하도록 하고, 나아가 과거 시점에서 기준 듀티비보다 낮은 실시간 듀티비를 가진 강하 구간을 판단하도록 한다.

데이터 생성부(710)는 과거에 구동된 제 1,2 펌프(1,2)의 가동 시간 대비 듀티비를 하나의 그래프로 도시한 데이터를 생성하여 학습 데이터베이스로 저장하는 기능을 수행한다.

이때 그래프 상에서 나타나는 듀티비라 함은 실시간 듀티비와 설정 듀티비를 포함하는 것이며, 따라서 과거에 구동된 제 1,2 펌프(1,2)의 설정 듀티비 값과 실시간 듀티비 값이 한 그래프 상에 나타나게 되되, 이때 제 1,2 펌프(1,2) 각각에 대한 실시간 듀티비 값을 한 그래프에 모두 나타낼 수 있다.

즉 x축은 가동 시간, y축은 듀티비가 되는 것이며, 이때 제 1,2 펌프(1,2)의 실시간 듀티비 및 설정 듀티비 값이 그래프 상에 모두 나타난 것을 도 5(a)를 통해 확인할 수 있다.

이때 제 1 펌프(1)와 제 2 펌프(2) 각각의 실시간 듀티비 그래프를 확인하면, 제 1 펌프(1) 및 제 2 펌프(2)가 주기적으로 on/off가 반복되는 만큼 제 1 펌프(1)가 단독으로 가동되는 가동 시간(제 1 펌프(1) 단독의 가동 시간) 동안에는 제 2 펌프(2)의 실시간 듀티비가 0이 되고, 제 2 펌프(2) 단독의 가동 시간 동안에는 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비가 0이 된다.

따라서 교번적으로 작동되는 제 1,2 펌프(1,2)에 있어서 단독의 가동 시간을 확인할 수도 있으며, 이러한 단독의 가동 시간은 특정 펌프가 단독으로 on 된 시간부터 off 된 시간까지를 나타내는 일종의 구간이라고도 할 수 있다.

이와 같이 생성된 그래프를 학습 데이터로 생성하여 학습 데이터베이스로 저장하도록 하는데, 이를 위해서는 컨트롤러(3)에 별도로 구비된 메모리와 같은 저장장치와 연동되어 저장장치에 학습 데이터를 저장할 수 있다.

나아가 이와 같이 생성된 데이터는 시간별, 일별, 주별, 월별로 저장되거나 혹은 설정 듀티비별로 분류되어 저장되는 것도 가능하며, 따라서 학습 데이터베이스로 저장되는 학습 데이터라 함은 과거의 가동 시간 대비 듀티비에 대한 복수의 데이터를 의미하며, 이러한 학습 데이터를 학습 데이터베이스에 저장하여 과거의 구동 상황에 대한 학습을 수행하는 것이라 할 수 있다.

강하 구간 파악부(720)는 상술한 그래프에서 파악할 수 있는 제 1 펌프(1)의 실시간 듀티비 변화에 있어, 제 1 펌프(1)만이 단독으로 가동된 시간, 즉 제 1 펌프(1)의 단독의 가동 시간만을 파악한다.

이는 상술한 바와 같이 제 1 펌프(1)가 단독으로 on 상태를 유지하고, 제 2 펌프(2)는 off 상태를 나타내는 구간이라고도 할 수 있으며 따라서 제 2 펌프(2)의 실시간 듀티비는 0을 나타내는 구간이라고도 할 수 있다.

이때 제 1 펌프(1)의 주기적 가동에 있어 단독의 가동 시간의 길이는 서로 같을 수도 있으나 서로 다를 수도 있는데, 여기서 제 1 펌프(1)의 단독의 가동 시간 중 가장 긴 가동 시간을 장기 가동 시간으로 추출 처리한다.

추출된 장기 가동 시간은 분석의 대상이 되는 것이라고도 할 수 있으며, 추출된 장기 가동 시간의 그래프가 도 5(b)에서 나타날 수 있다. 이때 장기 가동 시간은 제 1 펌프(1)가 한 차례 on 된 후 off 처리될 때까지의 시간인 1회 가동 시간에 있어 가장 긴 1회 가동 시간을 갖는 것이라고도 할 수 있다. 즉 가장 길게 on 상태가 유지된 가동 시간을 장기 가동 시간으로 추출하는 것이다.

이때 이론적으로는 장기 가동 시간 동안 실시간 듀티비가 같은 값을 유지하여야 하나, 실제에서는 실시간 듀티비가 외부의 환경 변화, 또는 펌프 자체의 가동 문제나 펌프에 가해진 누적 피로 등에 의하여 떨어지는 경향을 보일 수 있다. 이는 도 5(b)에서도 나타난 바와 같다.

따라서 이와 같이 장기 가동 시간에서 실시간 듀티비가 기준 듀티비보다 낮은 구간을 강하 구간으로 파악하는데, 이때 강하 구간이라 함은 장기 가동 시간을 추출한 그래프 상에서 실시간 듀티비가 설정 듀티비 미만으로 떨어진 시작 시점부터 기준 듀티비값으로 회복된 시점까지의 구간을 의미한다.

즉 설정 듀티비보다 낮은 실시간 듀티비를 갖는 구간이 강하 구간으로써 파악되는 것이다. 이때 강하 구간은 일반적으로 복수 개가 생성될 수 있다.

따라서 이러한 학습 모듈(700)은 과거 시점의 데이터(학습 데이터)를 학습 처리하는 것이라 할 수 있으며, 과거 데이터 학습을 통해 후술할 구동 재조절 모듈(800)을 통한 설정 듀티비 재조절을 위한 기초 구성이 된다 할 수 있다.

구동 재조절 모듈(800)은 판단된 강하 구간을 기반으로 하여 제 1 펌프(1)의 설정 듀티비를 상승 조절하여 강하 구간의 시간 길이를 줄이고 설정 듀티비를 상승 조절함으로써 실시간 듀티비를 높이는 역할을 함과 동시에 제 1 펌프(1)의 과부하를 방지할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이를 위해서는 먼저 학습 모듈(70)을 통해 저장된 학습 데이터 중에서, 현재 시점의 설정 듀티비와 동일한 설정 듀티비를 가진 학습 데이터만을 추출해야 한다. 즉 듀티비 입력부(510)에서 입력된 설정 듀티비가 현재 시점의 설정 듀티비이므로, 듀티비 입력부(510)를 통해 설정된 설정 듀티비와 같은 설정 듀티비를 갖는 학습 데이터만을 추출 처리한다.

즉 과거 시점의 구동 상황에 대해 저장된 학습 데이터 중에서, 현재의 설정 듀티비와 같은 설정 듀티비를 가진 학습 데이터를 추출하고, 학습 데이터 상에서의 강하 구간에서와 같이 제 1 펌프(1)의 가동 시간과 설정 듀티비를 재조절하는 것이라 할 수 있다.

상술한 학습 데이터의 분석을 수행한 강하 구간 파악부(720)에 있어, 학습 데이터 상의 장기 가동 시간에서 복수 개의 강하 구간을 파악하였으므로, 동일한 설정 듀티비를 가진 과거의 학습 데이터에 있어 몇 개의 강하 구간이 나타났는 지까지 판단이 가능하다.

따라서 이를 기반으로 하여 복수 개의 강하 구간 중 마지막 강하 구간의 시간을 줄이면서 설정 듀티비를 상승 조절하게 되는데, 이때 마지막 강하 구간의 시간을 줄인다는 의미는 마지막 강하 구간에서 제 1 펌프(1)의 가동 시간을 줄이고, 해당 강하 구간에서의 설정 듀티비를 상승 처리하여 제 1 펌프(1)를 짧은 시간 동안 부스트(boost)하는 것이라 할 수 있다.

이때 마지막 강하 구간은 바람직하게 상술한 학습 데이터에 포함된 장기 가동 시간에서의 복수 개의 강하 구간 중 마지막 강하 구간으로서, 바람직하게는 4번째 또는 5번째로 나타나는 강하 구간일 수 있다.

즉 학습 데이터 상에서 파악된 강하 구간의 개수에 따라 달라질 수 있는 것인데, 학습 데이터 상에서 파악된 강하 구간의 개수가 5개인 경우 마지막 강하 구간은 5번째로 나타난 강하 구간이 되고, 학습 데이터 상에서 파악된 강하 구간의 개수가 4개인 경우 마지막 강하 구간은 4번째로 나타난 강하 구간이 될 수 있다. 그러므로 마지막 강하 구간의 산정 기준에 대해서는 제한을 두지 않으며 이는 학습 데이터를 통해 판단된 강하 구간의 개수에 따라 달라질 수 있다.

즉 학습 데이터 상에서 파악된 마지막 강하 구간의 시간을 줄이면서 설정 듀티비를 상승 조절할 수 있도록 값을 조정하되, 이를 현재 작동 중인 제 1 펌프(1)에 동일하게 적용토록 하여 과거에 학습된 학습 데이터의 마지막 강하 구간의 시간 단축 및 설정 듀티비 상승 제어와 동일하게 제 1 펌프(1)의 구동을 재조절하는 것이라 할 수 있다.

즉 학습 데이터에서 나타난 마지막 강하 구간의 시간을 줄이고 설정 듀티비를 상승하도록 제 1 펌프(1)의 가동 시간 및 설정 듀티비를 재조절하되, 이를 현재 가동 중인 제 1 펌프(1)에 적용하는 것이라 할 수 있다.

따라서 이와 같은 구동 재조절 모듈(800)을 통하면, 피로도나 부하가 과중되어 운행에 무리가 있는 상태인 제 1 펌프(1)에서 설정 듀티비 이하의 실시간 듀티비가 반복적으로 나타나는 경우(강하 구간이 반복적으로 나타나는 경우) 마지막 강하 구간의 시간(길이)를 줄이고 해당 구간에서의 설정 듀티비를 상승 조절하여 짧은 시간 동안 강하게 부스트 처리할 수 있게 하되, 제 1 펌프(1)에 가해지는 부하는 최소화할 수 있도록 한 효과가 있다.

이때 보다 상세하게는, 구동 재조절 모듈(800)을 통한 강하 구간 시간 조절 및 부스트 처리, 구동 조절에 있어 시간 조정부(810) 및 동시 구동 제어부(820)의 세부 구성에 따라 제어가 조절될 수 있다.

시간 조정부(810)는 마지막 강하 구간의 시간을 제 1 펌프(1)를 부스트(boost)하는 제 1 시간과 제 1 펌프(1)를 쿨다운(cool-down)하는 제 2 시간으로 구분한다.

즉 제 1 시간 동안은 조절된 설정 데이터만큼 제 1 펌프(1)를 강하게 부스트 처리하여 실시간 듀티비를 증가시키게 되고, 제 2 시간에는 제 1 펌프(1)의 구동을 중지하고 제 1 펌프(1)를 쿨다운(cool-down) 처리하여 제 1 펌프(1)에 누적된 피로를 해소할 수 있도록 하는 것이다.

따라서 제 1 펌프(1)를 기준으로 한 강하 구간의 시간이 줄어든다는 의미는 강하 구간의 작동 시간의 길이를 제 1 시간에 상응하도록 줄이는 것을 의미하는 것이며, 제 2 시간 동안은 제 1 펌프(1)의 구동이 중지되어 제 1 펌프(1)의 쿨다운 처리가 수행된다.

따라서 이에 대한 세부 구성인 동시 구동 제어부(820)는 제 1 시간에 상기 제 1, 2 펌프(1,2)를 동시 구동하고, 제 2 시간에 제 2 펌프(2)를 단독 구동하는 기능을 수행한다. 다시 말해 부스트 타임이라 할 수 있는 제 1 시간 동안은 제 1 펌프(1) 뿐 아니라 제 2 펌프(2)를 같이 구동하여 실시간 듀티비를 효과적으로 부스트 처리함과 동시에 후술할 제 2 시간에서의 단독 구동을 위한 제 2 펌프(2)의 예열 처리를 수행하도록 하고, 제 2 시간 동안엔 제 2 펌프(2)를 단독 구동 처리하여 실시간 듀티비의 저하를 방지하도록 한다.

나아가 제 1 시간은 마지막 강하 구간의 시간보다 필연적으로 작을 수밖에 없다. 이는 마지막 강하 구간의 시간이 제 1 시간 및 제 2 시간으로 구분되기 때문이며, 따라서 이는 마지막 강하 구간에 있어 제 1 펌프(1)가 작동되는 시간을 줄이는 것이라 할 수 있다.

이때 바람직하게 시간 조정부(810)는, 제 1 시간을 다음의 수학식 1을 통해 조절하는 것을 특징으로 한다.

수학식 1,

여기서,

은 제 1 시간의 길이,

는 강하 구간의 시간 길이,

은 장기 가동 시간의 길이,

는 강하 구간의 개수를 의미한다.

이때 시간 조정부는 하이퍼볼릭탄젠트 함수를 통해 강하 구간의 개수에 비례하게 제 1 시간을 조절하도록 하며, 따라서 강하 구간의 개수가 많아질수록 제 1 시간이 길어지도록 구성하여 부스트가 너무 급속도로 이루어지는 것을 방지하여 제 1 펌프(1)에 가해지는 급격한 부하 가중을 최소화하도록 한 뒤 제 1 펌프(1)를 쿨다운 처리하여 부스트 처리할 수 있도록 한다.

더불어 강하 구간의 전체 시간 길이 대비로

예를 들어, 강하 구간의 시간 길이가 3초, 장기 가동 시간의 길이가 90초, 강하 구간의 개수가 5개인 경우,

초로 판정될 수 있다.

이때 하이퍼볼릭탄젠트 함수를 통해 장기 가동 시간의 길이 및 해당 장기 가동 시간에서 파악된 강하 구간의 개수 간의 비교 처리를 수행하도록 함과 동시에, 나아가 하이퍼볼릭탄젠트 값이 매우 작게 나오는 점을 감안하여 10이라는 가중치를 곱하여 보정을 수행하고 그를 강하 구간의 시간 길이와 곱하여 전체 강하 구간의 시간 길이 중 제 1 시간이 차지하는 시간만을 구할 수 있도록 하는 것이다.

나아가 이때 제 2 시간이 차지하는 길이는 강하 구간의 시간 길이에서 구해진 제 1 시간의 시간 길이를 빼어 구할 수 있으며, 상술한 예시에서는 강하 구간의 시간 길이가 3초이고, 제 1 시간의 시간 길이는 1.66초로 판정되었으므로 제 2 시간의 시간 길이는 1.34초로 판정될 수 있다.

나아가 강하 구간의 시간 길이가 제 1 시간 및 제 2 시간으로 나누어짐에 있어, 장기 가동 시간의 길이와 강하 구간의 개수를 단순 곱하거나 나누는 방식으로는 제 1 시간의 길이를 구할 수 없다.

따라서 상술한 하이퍼볼릭탄젠트 함수 내부에 들어간 수식, 즉 강하 구간의 개수를 장기 가동 시간의 길이로 나눈 값을 단순히 강하 구간의 시간 길이와 곱하면 0.17초라는 값이 나오므로 이 역시 적절치 않다.

그러므로 하이퍼볼릭탄젠트 함수 값을 통해 비교 처리를 수행하도록 하되, 이에 적절한 보정치를 곱하도록 하여 제 1 시간과 제 2 시간 사이의 밸런스를 맞출 수 있도록 한 것이다.

나아가, 구동 재조절 모듈(820)은, 제 1 시간의 설정 듀티비를 다음의 수학식 2를 통해 상승 조절하는 듀티비 조절부(830)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 듀티비 조절부(830)를 통해 제 1 시간 동안의 설정 듀티비를 세부 제어할 수 있도록 하는 것인데, 이때 수학식 2를 통한 설정 듀티비의 세부 제어가 이루어지는 것이다.

수학식 2,

여기서,

은 시간에 따른 설정 듀티비,

는 시스템 상에서 상승 설정 처리한 설정 듀티비의 값,

은 제 1 시간의 길이, T는 강하 구간 시작 시점부터 소요된 시간의 길이를 의미한다.

이때 만약 시스템 상에서 상승 설정 처리한 설정 듀티비의 값이 60% (운전효율 기준)으로 나타나고, 제 1 시간의 길이가 1.66초이고, 강하 구간 시작 시점부터 소요된 시간의 길이가 0.25초 인 경우, 0.25초 기준의 설정 듀티비는 다음과 같다.

즉 강하 구간 시작 시점부터 0.25초가 소요된 시점에서의 설정 듀티비는, 38.22%로 산출될 수 있다.

따라서 이와 같은 수학식 2에서는, 만약 제 1 시간의 길이가 1.66초인 경우 강하 구간 시작 시점부터 시간이 지남에 따라 점차적으로 설정 듀티비 값이 증가하여, 최종적으론 시스템 상에서 상승 설정 처리한 설정 듀티비의 값에 수렴하도록 나타난다.

이때 초기에는 급격하게 설정 듀티비가 상승되나, 점차적으로 스템 상에서 상승 설정 처리한 설정 듀티비의 값에 수렴하게 되어 초반의 설정 듀티비 상승 처리에 의한 구동력을 제공하도록 하되 시간이 지남에 따라 점차적으로 상승세가 완화되는 모습을 나타내도록 한다.

만약 선형으로 설정 듀티비를 단순히 상승시키는 경우 급격한 변동이 완화되는 구간이 없이 선형의 증가 및 유지가 이루어지는데, 이는 일반적인 값의 변동 및 적응 처리에 있어 자연스럽지 않다는 단점이 있으므로, 초반에 강하게 부스트를 제공하여 구동력을 제공한 상태에서 점차적으로 상승세의 기울기가 완화되는 하이퍼볼릭탄젠트 함수를 통한 부스트 처리를 통해 초반의 구동력 제공 및 점차적인 완화를 통해 자연스러운 설정 듀티비의 상승이 이루어지도록 한 효과가 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

1 : 제 1 펌프 2 : 제 2 펌프
3 : 컨트롤러 100 : 가동 시간 파악 모듈
200 : 1차 판단 모듈 300 : 2차 판단 모듈
310 : 동시 가동 파악부 320 : 2차 판단부
400 : 구동 제어 모듈 500 : 3차 판단 모듈
510 : 듀티비 입력부 520 : 듀티비 파악부
530 : 3차 판단부 600 : 피드백 모듈
700 : 학습 모듈 710 : 데이터 생성부
720 : 강하 구간 파악부 800 : 구동 재조절 모듈
810 : 시간 조정부 820 : 동시 구동 제어부
830 : 듀티비 조절부

Claims (8)

1. 듀얼 펌프의 스마트 컨트롤 시스템으로서,
   제 1,2 펌프;
   상기 제 1,2 펌프 각각의 가동 시간을 파악하는 가동 시간 파악 모듈,
   상기 가동 시간과 기 설정된 기준 시간을 비교 처리하여 정상 동작 여부를 1차 판단하는 1차 판단 모듈과,
   상기 가동 시간을 기반으로 상기 제 1,2 펌프의 동시 가동 횟수를 파악하는 동시 가동 파악부 및, 상기 동시 가동 횟수와 기 설정된 기준 횟수를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 2차 판단하는 2차 판단부를 포함하는 2차 판단 모듈 및,
   상기 정상 동작 여부의 판단 결과에 따라 상기 제 1,2 펌프 각각의 구동을 차등 제어하되, 상기 제 1,2 펌프 각각에 대한 설정 듀티비를 입력받는 듀티비 입력부와, 상기 가동 시간 및 상기 설정 듀티비를 기반으로 상기 제 1,2 펌프 각각의 실시간 듀티비(real time duty ratio)를 파악하는 듀티비 파악부와, 상기 실시간 듀티비와 기 설정된 기준 듀티비를 비교 처리하여 정상 동작 여부를 3차 판단하는 3차 판단부를 포함하는 3차 판단 모듈을 포함하는 구동 제어 모듈을 포함하는 컨트롤러;를 포함하되,
   상기 컨트롤러는,
   과거에 구동된 상기 제 1,2 펌프의 가동 시간 대비 듀티비를 하나의 그래프로 도시한 학습 데이터를 생성하여 학습 데이터베이스로 저장한 데이터 생성부와, 상기 그래프에서 상기 제 1 펌프 단독의 가동 시간 중 가장 긴 장기 가동 시간을 추출한 다음 상기 장기 가동 시간에서 상기 설정 듀티비보다 낮은 실시간 듀티비를 가진 복수 개의 강하 구간을 파악하는 강하 구간 파악부를 포함한 학습 모듈;
   상기 듀티비 입력부에서 입력된 설정 듀티비와 같은 설정 듀티비를 가진 학습 데이터를 추출하여 상기 제 1 펌프의 가동 시간과 설정 듀티비를 재조절하는 것으로, 복수 개의 상기 강하 구간 중 마지막 강하 구간의 시간을 줄이면서 설정 듀티비를 상승 조절하는 구동 재조절 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 1차 판단 모듈, 상기 2차 판단 모듈, 상기 3차 판단 모듈을 통해 상기 제 1,2 펌프 각각의 정상 동작이 판단됨에 따라, 상기 1차 판단 모듈을 통한 정상 동작 여부를 재판단하는 피드백 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 구동 제어 모듈은,
   상기 제 1 펌프의 비정상 동작이 판단됨에 따라, 상기 제 2 펌프의 단독 가동 및 상기 제 1,2 펌프의 동시 가동이 교번되도록 상기 제 1,2 펌프의 구동을 차등 제어하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 구동 재조절 모듈은,
   상기 마지막 강하 구간의 시간을 상기 제 1 펌프를 부스트(boost)하는 제 1 시간과 상기 제 1 펌프를 쿨다운(cool-down)하는 제 2 시간으로 구분하는 시간 조정부와,
   상기 제 1 시간에 상기 제 1, 2 펌프를 동시 구동하고, 상기 제 2 시간에 상기 제 2 펌프를 단독 구동하는 동시 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 시간 조정부는,
   상기 제 1 시간을 다음의 수학식 1을 통해 조절하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
   수학식 1,

   

   
   (여기서,

   

   은 제 1 시간의 길이,

   

   는 강하 구간의 시간 길이,

   

   은 장기 가동 시간의 길이,

   

   는 강하 구간의 개수)
6. 제 5항에 있어서,
   상기 구동 재조절 모듈은,
   상기 제 1 시간 동안의 설정 듀티비를 다음의 수학식 2를 통해 상승 조절하는 듀티비 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 컨트롤 시스템.
   수학식 2,

   

   
   (여기서,

   

   은 시간에 따른 설정 듀티비,

   

   는 시스템 상에서 상승 설정 처리한 설정 듀티비의 값,

   

   은 제 1 시간의 길이, T는 강하 구간 시작 시점부터 소요된 시간의 길이)
   
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