KR102451283B1 - 수처리 장치의 상태 감지 시스템 및 상태 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수처리 장치의 상태 감지 시스템을 제공한다. 수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부로부터 상기 상태 정보를 수신하고 상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하며 상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간 및 상기 수처리 장치와 매칭하며 상기 상태 수가 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

수처리 장치의 상태 감지 시스템 및 상태 감지 방법{Condition monitoring system and method for water treatment equipment}
본 발명은 수처리 장치의 상태 감지 시스템 및 상태 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수처리 시스템은 처리할 원수에 따라 정수 처리 시스템, 폐수 처리 시스템 및 수자원 관리 시스템으로 구분할 수 있고, 여건이 수처리 장소, 처리량 등에 따라 다양하여서 여러 방식으로 구성, 설치, 운용 및 관리하고 있다.
또한, 수처리 시스템은 프로그램화한 수처리 제어시스템에 의해 제어되게 하고, 이상 상태를 판별하여 관리자에게 통지하거나, 또는 원격 감시하게 구성하여서, 안정적으로 운전할 수 있도록 만전을 기하고 있다.
이러한 수처리 시스템은 운용 중단시에 피해가 광범위하여 어떤 경우이든 연속적이면서 안정적으로 운용되어야 하며, 이를 위해서, 이상 상태를 조기에 파악하기 위한 다양한 모니터링 기술이 개발되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0063921호(20140528)
본 발명은 수처리 장치의 오작동을 용이하게 발견할 수 있는 수처리 장치의 상태 감지 시스템 및 상태 감지 방법에 관한 것이다. 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일측면은, 수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부로부터 상기 상태 정보를 수신하고 상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하며 상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간 및 상기 수처리 장치와 매칭하며 상기 상태 수가 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는, 수처리 장치의 상태 감지 시스템을 제공한다.
상기 상태 수는 상기 상태 정보를 레이놀즈 수 계산 공식에 적용하여 산출될 수 있다.
상기 기 설정된 오차 범위는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태로부터 표본 오차로 계산할 수 있다.
상기 데이터 수집부는 서버에 포함되고, 상기 제어부는 엣지 컴퓨팅 장치에 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일측면은, 수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 상태 정보 수집 단계와, 상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하는 상태 수 계산 단계와, 상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간과 매칭하는 매칭 단계와, 상기 상태 수를 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상여부를 판단하는 이상여부 판단 단계를 포함하는, 수처리 장치의 상태 감지 방법를 제공한다.
상기 상태 수 계산 단계는 상기 상태 정보를 레이놀즈 수 계산 공식을 이용하여 상태 수를 산출할 수 있다.
상기 상태 수 계산 단계, 상기 매칭 단계 및 상기 이상여부 판단 단계는 엣지 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템은 수처리 시설에서 배관 유속패턴을 나타내는 레이놀즈 수를 통하여 펌프, 밸브, 배관의 이상유부를 감지할 수 있다.
본 발명의 어느 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템은 장비노후화, 장비성능저하와 같이 진행형으로 나타나는 이상여부에 대해서 레이놀즈 수의 경향성을 확인함으로써 이상여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 어느 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템은 순간 공급전원차단, 설비 운전자의 오작동와 같은 순간형으로 나타나는 이상여부에 대해서는 기존에 확보된 레이놀즈 수 범위를 통하여 판단할 수 있다.
본 발명의 어느 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템은 기존 수처리 시설 제어설비 외 별도로 분산 데이터 저장 및 연산을 실시하여 통신량 및 연산부하을 방지할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템의 수처리 장치를 개략적으도 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
이하에서 시스템은 장치들의 구성, 장치들의 작동 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램이 기록된 매체 중 적어도 어느 하나이거나, 이들 중 일부, 또는 이들 모두일 수도 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 실시예에 따른 상태 감지 시스템은 데이터 수집부(211)와, 제어부(212)를 포함한다. 추가적으로 상태 감지 시스템은 수처리 장치(110)의 상태를 모니터링하기 위하여, 노드부(140), 게이트웨이(220), 센서(120) 등을 더 포함할 수 있다.
상세한 설명에 앞서 수처리 장치(110)에 대해 설명하면, 수처리 장치(110)는 유체가 유동하는 장치이며, 예를 들어 펌프, 밸브, 공기압축기, 열교환기 등일 수 있다. 이러한 수처리 장치(110)들은 현장(100)에 설치된다.
센서(120)는 압력계, 온도계, 유량계 등일 수 있다. 물론 센서(120)는 이에 한정되는 것은 아니다. 센서(120)는 수처리 장치(110)(예컨대 펌프) 또는 배관 등에 부착되어 수처리 장치(110) 또는 배관을 유동하는 유체의 압력, 온도, 유량을 측정한다.
노드부(140)는 장치 및 센서(120) 중 적어도 어느 하나로부터 시계열 데이터를 수신한다. 노드부(140)는 연결 지점을 말하며, 데이터 전송을 인식하고 처리(process)하거나 전달(forward)할 수 있도록 프로그램 되어 있다. 또한 노드부(140)는 네트워크에 붙어서 전송할 정보를 만들고, 통신 채널 상으로 이를 주고받는 활성화된 전자 기기를 일컫는다.
이러한 수처리 장치(110)와 센서(120)는 상태 정보를 노드부(140)로 전송한다. 예를 들어 장치가 펌프인 경우, 에너지 소비량, 유체의 온도, 속도 등을 노드부(140)로 전송한다. 또는 수처리 장치(110)가 밸브 또는 배관인 경우, 유체의 속도, 온도 등을 노드부(140)로 전송한다.
이때, 수처리 장치(110) 및 센서(120)는 아날로그로 통신하거나 디지털로 통신하여 노드부(140)로 상태 정보를 전송할 수 있다. 한편, 장치가 자체적으로 통신하지 못하는 경우 PLC(130)(PROGRAMMERBLE LOGIC CONTROLLER)를 통해 상태 정보를 노드부(140)로 전송할 수 있다.
노드부(140)는 수신한 상태 정보를 수신 시간과 매칭하고, 이를 저장하거나 전송할 수 있다. 노드부(140)의 용량이 한정적이기 때문에 최신 시계열 데이터를 위주로 저장할 수 있다. 이때 시간 순서대로 별도의 넘버링으로 일련번호를 매길 수도 있다.
이러한 노드부(140)는 복수로 이루어질 수 있다. 노드부(140)는 수처리 장치(110)를 그룹별로 관리하고, 장비가 많아질수록 노드부(140)도 많아질 수 있다.
노드부(140)는 게이트웨이(220)를 통해 수처리 장치(110)의 상태 정보를 데이터 수집부(211)로 전송할 수 있다.
데이터 수집부(211)는 수처리 장치(110)에 대한 상태 정보를 수집한다. 보다 상세히, 데이터 수집부(211)는 전술한 바와 같이 수처리 장치(110)로부터 상태 정보를 전송 받는 방식으로 수처리 장치(110)의 상태 정보를 수집할 수 있다. 여기서 주로 수집되는 상태 정보는 수처리 장치(110) 또는 유체의 온도, 속도 등 일 수 있다.
또한, 데이터 수집부(211)는 설계도면 또는 수처리 장치(110)에 대한 사양으로부터 수처리 장치(110)에 관한 상태 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집부(211)는 펌프의 사양, 밸브의 사양(직경 등), 배관의 사양(직경 등)을 설계도면, 설명서 또는 스펙시트 등으로부터 수집하여 보관하고 있을 수 있다. 이때, 데이터 수집부(211)는 상태 정보를 수집한 시간 또는 생성시간, 수처리 장비 아이디, 상태 정보를 매칭하여 저장할 수 있다. 수집한 시간 및 생성 시간은 차이가 크지 않기 때문에 이하에서 동등한 것으로 설명한다.
또한, 데이터 수집부(211)는 유체에 관련된 상태 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체의 종류, 점도, 밀도 등에 관련된 상태 정보를 포함할 수도 있다.
이러한 데이터 수집부(211)는 현장 사무실 또는 상황실(200) 등에 위치한 서버(210) 또는 워크스테이션의 구성요소일 수 있다.
제어부(212)는 데이터 수집부(211)로부터 상태 정보를 수신하고, 상태 정보로부터 상태 수를 계산하며, 상태 정보로부터 상태 수를 계산하며, 상태 수를 상태 정보가 수집된 시간 및 상기 수처리 장치(110)와 매칭하여 저장하며, 상태 수가 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치(110)의 이상 여부를 판단한다. 본 실시예에서 제어부(212)는 현장(100) 사무실 또는 상황실(200) 등에 위치한 서버(210) 또는 워크스테이션의 구성요소일 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 제어부(212)는 데이터 수집부(211)로부터 수처리 장치(110)의 상태 정보를 수집한다. 예를 들어, 수처리 장치(110)의 상태 정보는 유체의 온도 및 속도 등 수처리 장치(110)로부터 수집된 정보를 포함하며, 유체에 관한 정보 및 배관의 지름 등 설계도면 또는 스펙 등으로부터 수집된 정보를 포함한다.
그리고, 제어부(212)는 상태 정보로부터 상태를 계산한다. 구체적으로 상태 수(Re)는 상태 정보 중 적어도 일부를 레이놀즈 수 계산 공식에 적용하여 산출된다. 물론 상태 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
수처리 공정은 배관을 통하여 유체(예컨대 물)을 이송할 경우에는 전달력을 펌프 또는 위치차를 이용한다. 이때, 유속의 정도에 따라 층류, 천이과정 및 난류 등의 유동으로 구분되며, 이는 수온, 점도와 같은 유체의 고유 성질에 영향을 받는다. 이러한 유동을 구분하기 위해서 무차원 수로써 레이놀즈 수((Reynolds number)를 적용할 수 있다. 즉 아래 수학식을 이용하여 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.
Figure 112020096876282-pat00001
여기서 V=유체 속도, μ=점성 계수, L =평판의 길이 D = 원형관의 지름이다. 또한, 동점성 계수(υ) : 기체의 점성 계수가 온도에 따라 변화되는 성질을 계수화, 점성계수와 밀도의 비, 즉 점성계수μ/밀도ρ이다.
수처리 장치(110)인 배관(111)을 예로 들면, 제어부(212)는 데이터 수집부(211)로부터 배관(111)의 특정 지점에 대한 상태 정보를 수신한다. 이때, 제어부(212)는 특정 정보만 수신할 수 있고, 여러 정보를 수신하여 그중에서 필요한 부분을 사용할 수 있다.
측정 지점의 배관(111)에 대한 상태 정보는 유체의 속도, 원형관의 지름, 평판의 길이를 포함할 수 있다. 이때, 유체에 관련된 상태 정보는 전술한 바와 다르게 제어부(212)가 가지고 있을 수 있다. 예를 들어, 제어부(212)는 유체의 종류, 점도, 밀도, 동점성 계수, 점성계수 등 유체와 관련된 상태 정보를 포함할 수도 있다.
그리고 제어부(212)는 수집된 상태 정보를 레이놀즈 수 계산식에 적용하여 상태 수(Re)를 산출할 수 있다. 또는 제어부(212)는 상태 정보와 기 저장된 정보를 가지고 상태 수(Re)를 산출할 수 있다.
그리고 제어부(212)는 산출된 상태 수(Re)를 수집된 시간 및 수집된 수처리 장치(110)와 매칭한다. 예를 들어, 제어부(212)는 아래 표와 같이 수집된 시간(datatime), 수처리 장치(110)(device) 및 상태 수(Re)를 시계열 데이터로 테이블화하여 매칭하고, 추가적으로 저장할 수도 있다.
datetime Device Re
2020-08-25 12:00:00 pipe-1000 2500
2020-08-25 12:00:10 pipe-1000 4500
2020-08-25 12:00:20 pipe-1000 3500
시계열 데이터에 대하여 일간, 주간, 월간, 년간 일정한 분포도 분석을 실시하여 각 시간대별로 일정한 분포도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
그리고 제어부(212)는 상기 기 설정된 오차 범위와 비교하여 수처리 장치(110)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배관(111)의 상태 수(Re)의 정상 범위를 2000보다 크거나 같고, 4000보다 작거나 같다고 정할 수 있다. 그리고 제어부(212)는 상태 수(Re)가 이 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다. 위 표와 같이 상태 수(Re)가 4500이 되면, 제어부(212)는 수처리 장치(110)가 이상 있는 것으로 판단하고, 관리자에게 알람을 보낼 수 있다.
그리고 관리자는 이를 보고 배관(111)을 점검하는 등의 조치를 취할 수 있다.
한편, 기 설정된 오차 범위는 정상운전 시의 상태 정보로부터 표본 오차로 계산할 수 있다. 예를 들어, 정상운전 시의 파일럿 상태 정보(데이터)로 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수 있다. 또는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태를 추출하고, 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치(110)의 상태 감지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 전술한 실시예에서 수처리 상태 감지 시스템은 하나의 수처리 장치(110)를 예시로 설명하였다. 이하에서는 다른 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 시스템이 복수의 수처리 장치(110)에 대하여 이상여부를 판단하는 것에 대하여 설명한다. 다른 일 실시예를 설명함에 있어, 전술한 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 수처리 설비는 복수의 수처리 장치(110)를 포함한다. 예를 들어, 배관(111), 밸브(112), 펌프(113) 등 여러 장비를 포함한다. 이하에서 배관(111), 밸브(112) 및 펌프(113)가 배치된 조건에 대해 설명한다.
데이터 수집부(211)는 각 수처리 장치(110)의 상태 정보를 수집한다. 예를 들어, 데이터 수집부(211)는 배관(111)의 상태 정보, 밸브(112)의 상태 정보 및 펌프(113)의 상태 정보를 수집한다. 이때, 전술한 센서(120), 노드부(140) 및 PLC(130) 중 적어도 어느 하나를 통해 상태 정보를 수집할 수 있다.
또한, 데이터 수집부(211)는 설계도면, 스펙시트 등을 통해 배관(111), 밸브(112), 펌프(113)의 사양(예컨대, 직경, 에너지 소비량 등)을 수집하여 보관할 수 있다.
제어부(212)는 데이터 수집부(211)로부터 각각의 수처리 장치(110)의 상태 정보를 수신한다. 예를 들어, 제어부(212)는 배관(111)의 상태 정보, 밸브(112)의 상태 정보 및 펌프(113)의 상태 정보를 수신한다.
보다 상세히 제어부(212)는 배관(111)의 직경, 배관(111)을 통과하는 유체의 속도를 수신할 수 있다. 또한 제이부(212)는 밸브(112)의 사양, 밸브(112) 입구 및 출구의 직경, 밸브(112)에 투입되는 유체의 속도, 밸브(111)에 유출되는 유체의 속도를 수신한다. 또한, 제어부(212)는 펌프(113)의 사양, 펌프(113)의 입구 및 출구의 직경, 펌프(113)에 투입되는 유체의 속도, 펌프(113)에서 유출되는 유체의 속도를 수신한다.
그리고 제어부(212)는 각 수처리 장치(110)마다 상태 수(Re)를 전술한 레이놀즈 수 계산 수식을 이용하여 산출한다. 예를 들어, 제어부(212)는 특정 지점에서 배관(111)의 상태 수(Re)를 산출하고, 밸브(112)의 유입구 및 배출구에서의 상태 수(Re)를 산출하며, 펌프(113)의 유입구 및 배출구에서의 상태 수(Re)를 산출한다.
그리고 제어부(212)는 산출된 상태 수(Re)들을 아래 표와 같이 수집된 시간(datatime), 수처리 장치(110)(device)에 상태 수(Re)를 매칭한다. 또한, 제어부(212)는 매치된 결과를 시계열 데이터로 테이블화하고 저장할 수도 있다.
datetime Device Re
2020-08-25 12:00:00 pipe-1000 2500
2020-08-25 12:00:10 pump-1001-in 4500
2020-08-25 12:00:10 pump-1001-out 3500
2020-08-25 12:00:20 valve-1002-in 3700
2020-08-25 12:00:20 valve-1002-out 3800
시계열 데이터에 대하여 일간, 주간, 월간, 년간 일정한 분포도 분석을 실시하여 각 시간대별로 일정한 분포도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
그리고 제어부(212)는 상기 기 설정된 오차 범위와 비교하여 수처리 장치(110)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 그리고 관리자는 이를 보고 배관(111), 밸브(112) 또는 펌프(113)을 점검하는 등의 조치를 취할 수 있다.
한편, 기 설정된 오차 범위는 정상운전 시의 상태 정보로부터 표본 오차로 계산할 수 있다. 예를 들어, 정상운전 시의 파일럿 상태 정보(데이터)로 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수 있다. 또는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태를 추출하고, 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치(110)의 상태 감지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
상태 수(Re)의 산출을 상황실(200)에 수처리 장치(110)를 관리하고 제어하기 위하여 기 구비된 서버(210)나 워크스테이션에서 실행하면, 서버(210)나 워크스테이션에 부하가 걸릴 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위하여, 본 실시예에 따른 수처리 장치(110)의 상태 감지 시스템은 제어부(231)를 포함하는 엣지 컴퓨팅 장치(230)를 포함할 수 있다.
제어부(231)는 상태 수(Re)를 실시간으로 계산하기 위하여 데이터 수집부(211)를 통하여 데이터를 취득한 후 연산을 실시한다. 그리고 제어부(231)는 산출된 상태 수를 관리자 또는 사용자에게 모니터로 전송하거나 알람 신호를 발신한다. 이때, 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 서버(210)로 이상 여부에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 별도로 구비된 포트를 통해 모니터 또는 스피커 등으로 이상 여부에 대한 정보를 관리자 또는 사용자에게 전송할 수 있다.
이로 인해, 관리자 또는 사용자는 현재 수처리 장비(110)의 상태를 실시간으로 알 수 있다.
또한, 제어부(212)는 전술한 바와 같이 상태 수가 기 설정된 오차 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하여, 그 결과에 따라 관리자 또는 사용자에게 시각적, 청각적 알림을 줄 수 있다.
이러한 제어부(212)를 포함하는 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 위에 언급한 기능을 구현하기 위해서 RS-232/485포트, RJ45랜포트, 영상출력포트(VGA(RGB), HDMI, DVI, SDI 등)를 가지며, 데이터 송수신을 위한 유/무선모듈(wifi, LTE, lora, 5G, 블루투스, LAN포트를 가질 수 있음)을 가질 수 있다. 그리고 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 CPU, RAM, 저장장치(SSD, HDD)로 구성된 연산장치를 포함하는 제어부(231)를 통하여 전술한 실시예에 따른 서버(210)의 제어부(212)의 기능을 수행한다.
엣지 컴퓨팅 장치(230)는 시계열 데이터를 내부에 저장할 수 있고, 서버(210)로 전송할 수도 있다. 또한, 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 API형태로 시계열 데이터를 제공할 수도 있다.
한편 데이터 수집부(211)를 포함하는 서버(210)는 전술한 수처리 장치(110), 노드부, PLC(130), 게이트웨이(220) 등과 연결되며, 제어부(231)를 포함하는 엣지 컴퓨팅 장치(230)와 연결된다. 이때 서버(210)는 제어를 위한 별도의 프로세서(214)를 포함한다.
따라서 본 실시예에 따른 수처리 장치(110)의 상태 감지 시스템은 기존 수처리 시설 제어설비 외 별도로 분산 데이터 저장 및 연산을 실시하여 통신량 및 연산부하를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수처리 장치의 상태 감지 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략한다.
수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 상태 정보 수집 단계(S100)를 수행한다. 이 단계는 전술한 데이터 수집부(211)에서 수행할 수 있다. 보다 상세히 수처리 장치(110)로부터 상태 정보를 전송 받는 방식으로 수처리 장치(110)의 상태 정보를 수집할 수 있다. 여기서 주로 수집되는 상태 정보는 수처리 장치(110) 또는 유체의 온도, 속도 등 일 수 있다.
또한, 설계도면 또는 수처리 장치(110)에 대한 사양으로부터 수처리 장치(110)에 관한 상태 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 펌프의 사양, 밸브의 사양(직경 등), 배관의 사양(직경 등)을 설계도면, 설명서 또는 스펙시트 등으로부터 수집하여 보관하고 있을 수 있다. 이때, 상태 정보를 수집한 시간 또는 생성시간, 수처리 장비 아이디, 상태 정보를 매칭하여 저장할 수 있다. 수집한 시간 및 생성 시간은 차이가 크지 않기 때문에 이하에서 동등한 것으로 설명한다.
또한, 수집하는 상태 정보는 유체에 관련된 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상태 정보는 유체의 종류, 점도, 밀도 등에 관련된 정보를 포함할 수도 있다.
상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하는, 상태 수 계산 단계(S200)을 수행한다.
상태 수(Re)는 상태 정보 중 적어도 일부를 레이놀즈 수 계산 공식에 적용하여 산출된다. 물론 상태 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
수처리 공정은 배관을 통하여 유체(예컨대 물)을 이송할 경우에는 전달력을 펌프 또는 위치차를 이용한다. 이때, 유속의 정도에 따라 층류, 천이과정 및 난류 등의 유동으로 구분되며, 이는 수온, 점도와 같은 유체의 고유 성질에 영향을 받는다. 이러한 유동을 구분하기 위해서 무차원 수로써 레이놀즈 수((Reynolds number)를 적용할 수 있다.
수처리 장치(110)인 배관(111)을 예로 들면, 배관(111)의 특정 지점에 대한 상태 정보를 수신한다. 이때, 제어부(212)는 특정 정보만 수신할 수 있고, 여러 정보를 수신하여 그중에서 필요한 부분을 사용할 수 있다.
측정 지점의 배관(111)에 대한 상태 정보는 유체의 속도, 원형관의 지름, 평판의 길이를 포함할 수 있다. 수집된 상태 정보를 레이놀즈 수 계산식에 적용하여 상태 수(Re)를 산출할 수 있다. 또는 상태 정보와 기 저장된 정보를 가지고 상태 수(Re)를 산출할 수 있다.
상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간과 매칭하는 매칭 단계(S300)을 수행할 수 있다. 즉, 산출된 상태 수(Re)를 수집된 시간 및 수집된 수처리 장치(110)와 매칭한다. 예를 들어, 전술한 표 1과 같이 수집된 시간(datatime), 수처리 장치(110)(device) 및 상태 수(Re)를 시계열 데이터로 테이블화하여 매칭하고, 추가적으로 저장할 수도 있다.
상기 상태 수를 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상여부를 판단하는 이상여부 판단 단계(S400)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배관(111)의 상태 수(Re)의 정상 범위를 2000보다 크거나 같고, 4000보다 작거나 같다고 정할 수 있다.
상태 수(Re)가 이 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다. 만약 상태 수(Re)가 4500이 되면, 수처리 장치(110)가 이상 있는 것으로 판단하고, 관리자에게 알람을 보낼 수 있다.
그리고 관리자는 이를 보고 배관(111)을 점검하는 등의 조치를 취할 수 있다.
한편, 기 설정된 오차 범위는 정상운전 시의 상태 정보로부터 표본 오차로 계산할 수 있다. 예를 들어, 정상운전 시의 파일럿 상태 정보(데이터)로 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수 있다. 또는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태를 추출하고, 표본 오차를 계산하여 기 설정된 오차 범위를 산정할 수도 있다.
한편, 상태 수 계산 단계(S200), 매칭 단계(S300) 및 이상여부 판단 단계(S300)는 엣지 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다. 상태 수(Re)의 산출을 상황실(200)에 수처리 장치(110)를 관리하고 제어하기 위하여 기 구비된 서버(210)나 워크스테이션에서 실행하면, 서버(210)나 워크스테이션에 부하가 걸릴 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위하여, 본 실시예에 따른 엣지 컴퓨팅 장치(230)는 상기 상태 수 계산 단계, 상기 매칭 단계 및 상기 이상여부 판단 단계를 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 수처리 장치
120: 센서
210: 서버
211: 데이터 수집부
212: 제어부
220: 게이트웨이
230: 엣지 컴퓨팅 장치

Claims (7)

  1. 수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 데이터 수집부; 및
    상기 데이터 수집부로부터 상기 상태 정보를 수신하고, 상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하며, 상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간 및 상기 수처리 장치와 매칭하여 시계열 데이터를 생성하여 일간, 주간, 월간 년간 분포도 분석을 실시하며, 상기 상태 수가 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 상태 수는 상기 상태 정보를 레이놀즈 수 계산 공식에 적용하여 산출되는,
    상기 기 설정된 오차 범위는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태로부터 표본 오차로 계산하는. 수처리 장치의 상태 감지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부를 갖는 엣지 컴퓨팅 장치를 더 포함하는, 수처리 장치의 상태 감지 시스템.
  5. 수처리 장치에 대한 상태 정보를 수집하는 상태 정보 수집 단계;
    상기 상태 정보로부터 상태 수를 계산하는, 상태 수 계산 단계;
    상기 상태 수를 상기 상태 정보가 수집된 시간과 매칭하여 시계열 데이터를 생성하고 일간, 주간, 월간 년간 분포도 분석을 실시하는 매칭 단계; 및
    상기 상태 수를 기 설정된 오차 범위와 비교하여 상기 수처리 장치의 이상여부를 판단하는 이상여부 판단 단계;
    를 포함하고,
    상기 상태 수 계산 단계는 상기 상태 정보를 레이놀즈 수 계산 공식을 이용하여 상태 수를 산출하며,
    상기 기 설정된 오차 범위는 수집된 상태 정보 중 정상 운전 상태로부터 표본 오차로 계산하는, 수처리 장치의 상태 감지 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상태 수 계산 단계, 상기 매칭 단계 및 상기 이상여부 판단 단계는 엣지 컴퓨팅 장치에서 수행되는, 수처리 장치의 상태 감지 방법.
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