KR102594581B1 - 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 유형의 통신 신호를 통합 분배 및 제어할 수 있는 멀티게이트웨이 시스템에 관한 것으로, 자동화제어부 또는 관제장치에 연결될 수 있으며, 하나 이상의 무선 디바이스에 연결되고 보드에 탈착 가능한 무선통신모듈과, 유선통신을 수행하는 유선연결단과, 무선 및 유선 신호를 전환하는 관리부를 구비하는 멀티게이트웨이 장치를 제공한다.

Description

유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치{MULTI GATEWAY DEVICE WITH INTEGRATED SYSTEM OF WIRE AND WIRELESS COMMUNICATION MODES}

본 발명은 산업용/빌딩용 통신장비와 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 다양한 유형의 통신 신호를 통합 분배 및 제어할 수 있는 멀티게이트웨이 시스템에 관한 것이다.

최근의 빌딩 및 아파트 등의 대규모 건축물은 건물 내의 냉방, 난방, 엘리베이터 제어 및 방범 방재 등의 관리를 자동화시키고 있으며, 이러한 각종 설비들을 감시하고 제어하기 위하여 구축된 빌딩 자동화 시스템(BAS: Building Automation System)은 중앙감시시스템(CCMS: Central Control Management System), 직접 디지털 제어기(DDC: Direct Digital Controller) 및 제어 대상 장비들(Local Devices) 등으로 구성된다.

자동화 시스템을 운용함에 있어서 공조제어, 전력제어, 조명제어, 주차관제, 엘리베이터 등의 감시제어 등의 각종 설비 및 시스템 상호 간의 제어 및 감시에 필요한 많은 정보를 공유하기 위하여 신뢰성 높고 속도가 매우 빠른 통신 인프라를 구축하는 것이 필수적인데, 이러한 건물자동화에 관련된 통신방식의 국제적인 표준으로서 백넷(BACnet:Building Automation & Control Network)이 채택되었다.

산업용, 빌딩용 등의 자동화 시스템에서 건물 내의 자동제어는 DDC에 의하여 수행되는 것이 일반적인데, 이러한 DDC는 각종의 센서 및 장치들에 설정된 관제점을 통해 빌딩내 건축설비들의 제어출력과 상태변화 등 모든 설비관련 정보를 기록 및 저장하고, 내장된 제어 로직에 따라 소프트웨어적 연산과정을 거쳐 조작부에 제어동작 신호를 인가하는 마이크로 컴퓨터로서, 게이트웨이 및/또는 통신 네트워크를 통해 중앙감시 시스템과 연결되어 필요한 정보를 주고받는다. 상술한 바와 같은 DDC의 컨트롤러는 빌딩 내에 설치된 공조 및 기타 설비의 원활한 제어를 위하여 설비의 각각의 포인트에 대한 감시제어와 자체 내장된 펑션 블록을 이용하여 설비의 중요 입출력 신호를 중앙감시 시스템의 지시를 받지 않더라도 로컬에서 직접제어가 가능한 컨트롤러이다. 통상 간헐 동작에 의해서 1대의 컴퓨터로 다수의 루프를 제어할 수 있으므로, 복잡한 프로세스에 사용할수록 이익이 향상되는 장점을 가진다.

따라서, 최근에 이러한 DDC장비를 이용하여, 빌딩 등의 각 제어 개소 단위로 온도, 습도 등을 주기적으로 감시하여 빌딩에 설치된 각종 밸브 및 액츄에이터 등의 시스템 부하를 자동으로 제어하도록 하는 시스템의 개발이 다각도로 추진되고 있는 실정이다.

한국 공개특허공보 제10-2008-0075934호는 종래기술의 백넷 게이트웨이에 대한 기술을 공개하고 있으며 도 1은 이를 통하여 빌딩관리시스템을 구성한 개략도이다.

이를 구체적으로 살펴보면, 건물관리시스템(200)은 백넷 게이트웨이(500)와 통신선으로 연결되어 있으며, 복수의 서브시스템(100)은 주통신선(300)과 보조통신선(400)을 통하여 백넷 게이트웨이(500)와 연결되어 있다. 복수의 서브시스템(100) 중에서 첫번째 서브시스템은 주통신선(300)의 일단과 연결되며 두번째 서브시스템부터마지막 서브시스템까지는 단일 통신선을 통하여 직렬로 순차적으로 연결되어 있으며, 마지막 서브시스템은 보조통신선(400)의 일단과 연결되어 있다. 이러한 백넷 게이트웨이(500)의 일측에는 오류검출동작 지시 신호를 입력할 수 있는 오류검출버튼(510)이 구비되어 있다.

그런데, 최근에는 제어를 수행하는 장비가 다양해지고 있으며 각각의 제어방식 또한 규격화되어 있지 않아 통합제어에 어려움이 따르고 있다. 특히, 하나의 건물 안에서도 유선 또는 무선 통신을 수행하는 장비들이 종래와는 비교할 수 없을 정도로 증가되고 있기에 이러한 어려움은 더욱 심화된다.

또한, 하나의 게이트웨이가 커버해야하는 공간이 넓어질 뿐만 아니라 복잡한 공간에 통신을 위한 배선들의 시공이 이루어져야 하는 경우가 많아지고 있는데 이는 설비 및 관리의 어려움과 비용의 상승으로 이어지는 문제를 가진다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다양한 공간에서 각각의 장비들에 대한 통합제어의 효율성을 향상할 수 있는 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 하나 이상의 무선 디바이스에 연결되는 무선통신모듈; 자동화제어부에 연결되는 메인 RS485단자부(1610) 및 이더넷연결부(1620); 유선 디바이스에 연결되는 슬레이브 RS485단자부(1320), 디지털아웃풋(1510), 유니버셜인풋(1310) 중의 어느 하나 이상으로 이루어지는 유선연결단; 무선통신모듈에 연결된 무선 디바이스를 인식하는 무선영역부(1230)와, 유선연결단에 연결되는 유선 디바이스를 인식하는 유선영역부(1240)와, 상기 인식된 무선 또는 유선 디바이스의 유형에 따라 통신방식을 판단하고 무선통신과 다른 무선통신 또는 유선통신과 유선통신 또는 무선통신과 유선통신 사이에 선택된 방식으로 전환시키는 통신전환부(1260)를 구비하는 관리부(1200);를 포함하는 멀티게이트웨이 장치를 제공한다.

상기 관리부는, 적어도 하나의 디바이스에 대해 무선 및 유선 통신방식이 서로 교환될 수 있는 우선순위를 설정하되, 상기 무선영역부에서 설정된 주기에 따라 무선 연결상태를 검증하여 통신상태가 불량으로 판정되는 경우 통신전환부가 유선영역부에서 해당 디바이스를 관리하도록 할 수 있다.

또한, 상기 이더넷연결부 중의 어느 하나가 디바이스의 모니터링이 가능한 관제장치에 연결되되 고정IP가 설정되는 것이 바람직하다.

상기 무선통신모듈은, 로라(LoRa) 통신 또는 지그비(Zigbee) 통신 또는 와이파이(Wifi) 통신모듈 중에 하나 이상 선택될 수 있으며, 다양한 통신방식이 선택되어 유연하게 적용될 수 있다.

상기 관리부는, 연결상태에 있는 어느 하나의 디바이스에 대해 메모리영역을 할당하되, 선택된 디바이스에 대해 복수의 통신방식에 대한 설정을 관리하는 메모리관리부(1220)를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 관리부는 무선신호를 관리하는 무선영역부(1230)와, 유선신호를 관리하는 유선영역부(1240)와, 메모리관리부에 의한 디바이스 및 통신방식을 호출하는 호출부(1210)를 구비한다.

삭제

상기 호출부는 연결이 전환된 디바이스에 대해 전환 전후의 통신방식의 차이에 따라 자동화제어부에 전환된 제어명령을 호출하고 입출력판단부에서 전송하도록 기능할 수 있다.

본 발명의 추가적인 개념에 따라, 상기 관리부는 연결이 전환된 디바이스에 대해 자동화제어부에서 선택된 아날로그 신호에 대응되는 가공 신호를 호출하여 디지털 신호로 출력할 수 있다.

본 발명에 따라, 다양한 유형의 통신을 수행하는 디바이스들에 대한 연결 및 신호의 교환이 쉽게 이루어지므로 통합적인 제어가 가능하고 제어계통이 단순화될 수 있으며 유지관리에 따른 편리성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 유선 또는 무선 신호에 대한 송수신 및 통합 관리가 가능하기 때문에 각종 공사현장, 산업현장, 가정, 사무실 등의 환경 및 디바이스의 유형에 따라 유연하게 적응하기 때문에 경제적이고 작동의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 백넷 게이트웨이가 적용된 빌딩관리시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치의 적용상태를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치에서 관리부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치에서 디지털신호와 아날로그신호의 출력을 위한 회로를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치를 상세히 설명한다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 부분, 장치 및/또는 구성 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 부분, 장치 및/또는 구성 또한 기술하지 아니하였다. 또한, 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하여 지칭하는 부분은 장치 구성 또는 방법에서 동일한 구성 요소 또는 단계를 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "···부" 또는 "···기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명은 기본적으로, 다양한 유형의 통신 신호를 통합 분배 및 제어할 수 있는 멀티게이트웨이 장치에 관한 것으로, 자동화제어부 또는 관제장치에 연결될 수 있으며, 하나 이상의 무선 디바이스에 연결되고 보드에 탈착 가능한 무선통신모듈과, 유선통신을 수행하는 유선연결단과, 무선 및 유선 신호를 전환하는 관리부를 구비하는 멀티게이트웨이 장치를 제공한다.

본 발명은 기본적으로 각 장치 및 단자들이 하나의 보드에 구성될 수 있으며 이와 관련하여서는 공지의 제어 또는 통신패널 관련 기술들이 적용될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 건물이나 공장 등의 각 개소에 구비되는 측정 또는 제어 디바이스(이하에서는 '디바이스'로 통칭한다)들에 연결되어 소정의 통신 방식을 절환하여 전송할 수 있는 게이트웨이로 기능할 수 있는데, 상기 제어 디바이스는 예를 들어, 에어컨, 전원스위치, 텔레비젼, 프로젝터, 팬(Fan) 등의 전압을 인가받아 작동되는 다양한 장비를 의미할 수 있으며 반드시 열거된 예에 한정되지는 않는다. 상기 제어 디바이스는 하나의 장비에서 본 발명의 제어 대상이 되는 스위치 또는 다이얼 등과 같은 구분되는 부위 또는 부품을 의미할 수도 있으며 이러한 작동방식의 구분에 따라 아날로그디바이스, 디지털디바이스 또는 적외선디바이스로 구별될 수 있으며 이에 대해서는 후술하도록 한다. 또한, 상기 측정디바이스는 전압센서, 전류센서, 온도센서, 적외선센서, 조도센서, 음향센서 또는 이들 중 하나 이상으로 이루어지는 복합센서를 포함하되 상기의 예시에 한정되는 것은 아니다.

한편, 관제장치는 각 디바이스들로부터 수집된 상태정보 또는 감지정보를 수신하여 모니터링하는 기능을 수행할 수 있으며, 호스트 컴퓨터 또는 원격의 서버를 의미할 수 있다. 이러한 관제장치는 개별적으로 제어명령을 각각의 통합제어기에 전송하여 개별적인 장비에 대하여 통합적으로 제어하는 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

하나의 게이트웨이장치(1000)를 구성하기 위하여 하나 또는 복수의 PCB에 구비되는 회로 또는 소자들로 구성될 수 있으며, 복수의 보드가 상호 연결되는 방식으로 모듈을 이루는 경우도 본 발명에 포함된다.

관리부(1200)는 소정의 통신제어 및 전환과 관련된 기능을 수행하며 관리부 및 또는 자동화장비와 소정의 신호를 송수신할 수 있는데 이와 관련된 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

이러한 관리부(1200)는 소정의 유선 또는 무선 신호들을 전환하여 다른 방식의 유선 또는 무선 제어신호로 전환하여 전송할 수 있는데, 유선과 무선 사이 또는 서로 다른 프로토콜을 가지는 무선 연결 또는 유선연결 사이의 신호를 중개하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 후술될 바와 같이 유니버셜인풋(1310) 또는 RS485 모드버스의 신호들은 관리부(1200)를 통하여 신호의 판단 및 전환에 대한 기능이 수행될 수 있다.

상기 관리부(1200)에 의하여 제어되는 복수의 입력 또는 출력 또는 입출력부들이 하나의 보드에 구성될 수 있는데, 이하에서 구체적으로 살펴보도록 한다.

제어단과의 연결을 고려하여 제어통신부들을 구성할 수 있는데, 관제장치와 연결될 수 있는 이더넷연결부(1620)를 구비할 수 있다. 또한, 어느 하나의 이더넷연결부(1630)는 후술될 바와 같이 PC나 서버 등의 관제장치와 연결될 수 있다. 이때, 안정적인 연결을 고려하여 고정IP로 설정될 수 있는 것이 바람직하다. 상기 이더넷연결부를 구성하는 이더넷(Ethernet) 포트 및 후술될 이더넷 포트들은 공지의 LAN 연결을 위한 구성들이 적용될 수 있을 것이다. 상기 이더넷연결부(1620)는 설정에 따라 기능의 정의가 이루어질 수 있다.

또한, 소정의 자동화제어부와의 연결성을 고려하여 하나 이상의 포트를 가지는 제어통신부를 가질 수 있으며, 상기 제어통신부는 RS485 ModBus 및 이더넷(Ethernet) 포트로 구성될 수 있다. 상기 자동화제어부의 기능과 관련하여서는 후술하기로 한다.

이러한 자동화제어부와의 연결을 위하여 하나의 메인 RS485단자부(1610)와, 두 개의 이더넷연결부의 단자(1620)가 구성될 수 있으며, 상기 이더넷연결부(1620)의 경우는 웹으로 IP설정 변경이 가능할 수 있으며 허브로 구성된다.

상기 상기 자동화제어부 또는 관제장치와 통신하는 단자들을 제어통신부로 정의하며, 상기 통신 규격은 RS485 to RS485 및/또는 RS485 to 이더넷(TCP)로 구성될 수 있다. 다만, 후술될 무선통신 규격의 적용을 배제하는 것은 아니다.

외부 디바이스와 연결되는 하위단에 슬레이브 RS485단자부(1320)가 외부 디바이스에 연결될 수 있으며 이러한 슬레이브 RS485단자부(1320)는 도시된 바와 같이 3개의 포트로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 관리부(1200)는 예를 들어 서로 통신 속도가 다른 RS485 통신 포트의 신호에 대한 속도를 일치하여 자동화제어부 등으로 송신하도록 기능할 수 있다.

상기 슬레이브 RS485단자부(1320)를 포함하여 유선연결단이 구성될 수 있다.

상기 유선연결단으로 소정의 디바이스로부터의 입력 수신을 위하여 유니버셜인풋(1310)이 구성될 수 있는데, 이러한 유니버셜인풋(1310)은 도시된 바와 같이 4개의 포트로 구성될 수 있다.

상기 입력 디바이스는 소정의 센싱값을 감지신호로 생성하고 유니버셜인풋(1310)에서 수신하여 관리부(1200)에 의하여 신호가 전환될 수 있다. 소정의 자동화제어부 또는 관제장치로 선택된 통신 방식에 따라 신호를 전환하여 전송할 수 있을 것이다. 상기 감지신호는 예를 들어 전압값, 전류값, NTC-서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermic resistor)의 저항값, 습도센서의 측정값, CT센서의 센싱값, 무전원접점의 상태값, 온도 등일 수 있다. 다만, 반드시 상기 열거된 예에 한정되는 것은 아니다. 도시사항에서는 유니버셜인풋(1310)과 연결되는 장치는 소정의 감지신호를 생성할 수 있는 다양한 장비 또는 부품들이 포함될 수 있다.

이상과 같이 유니버셜인풋(1310)은 아날로그 인풋(AI; Analogue Input)과 디지털 인풋(DI; Digital Input)을 동시에 처리할 수 있는 UI(Universal Input)으로 구성될 수 있다. 이 경우 DI의 기능을 통해 릴레이, 마그넷스위치 등의 접점상태를 감지하며, AI의 기능을 통해 전압, 전류, NTC 저항 값, 온도 등을 입력받을 수 있다. 각 제어단의 디바이스마다 장비의 개수와 종류가 다양하게 구성될 수 있으므로 생산성과 범용성을 고려하여 입력포트가 UI포트로 구성되는 것이 환경 적응의 유연성을 위하여 바람직한 것이다.

상기 관리부(1200)는 메모리 설정에 따라 입력값들을 설정하며 이를 구별하여 모니터링하고 제어신호를 생성할 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이 디지털아웃풋(1510)이 구성되며, 도시된 예와 같이 두 개로 구성될 수 있다.

유니버셜인풋(1310) 및 디지털아웃풋(1510)과 관련하여 바람직한 실시예는 아래와 같이 구성될 수 있다.

모드	종류	측정값유형	범위
0	모드 전압	00.0V	0.0~10.0V
1	모드 전류	00.0mA	4.0~20.0mA
2	모드 온도	Ω	NTC10KΩ
3	모드 습도	00.0%(00.0mA)	4.0~20.0mA
4	모드 온도	Ω	PTC10KΩ
5	모드 DI Dry Contact	OFF/ON	0/1

디바이스의 유형에 따라 소정의 온오프(On/Off) 동작과 비례제어동작을 구별하여 수행할 수 있을 것이다. 예를 들어, 재실센서가 부재를 감지하여 RS485 포트를 통하여 감지신호를 입력하고 소정의 신호 변환 및 제어과정을 통해 DO(1510)에서 디지털디바이스(3030)인 에어컨디셔너의 스위치를 오프하는 동작을 수행할 수 있을 것이다.

또한, RS4856 포트에서 메모리 설정값에 따라 소정 범위의 전압과 전류를 각각 출력할 수 있으며, 예를 들어 0~10V의 전압값, 4~20mA 범위의 전류값을 소정의 조건에 따라 출력하고 액추에이터 등을 비례제어할 수 있다.

본 발명의 추가적인 개념에서는 상기 출력 아날로그 및 디지털 신호간에 전환하는 기능이 부가될 수 있는데 이와 관련한 실시예는 후술하도록 한다.

한편, 본 발명에서는 무선 디바이스와의 통신이 가능하도록 무선통신모듈(1400)을 구비한다. 상기 무선통신모듈(1400)의 통신방식은 선택적이며, 예를 들어 Zigbee, Bluetooth, RF, IR, WiFi, 3G, 4G, LoRa(Long Range), LTE CAT.M1 등의 공지의 다양한 무선통신방식이 적용될 수 있다.

일실시예로, 설치 환경에 적응성을 고려하여 보드에 소정의 탈착 단자를 구비하여 각 무선통신 방식에 따른 모듈을 교환하고 플러그앤 플레이(Plug & Play) 형태로 인식하도록 함으로써 통신 방식의 선택이 가능하다.

도시된 예에서는 제1통신모듈(1410)로 LoRa 모듈, 제2통신모듈(1420)로 Wifi 모듈, 제3통신모듈(1430)로 Zigbee 모듈이 선택되었다. 각각의 통신모듈은 칩 형태로 구성되어 탈착 가능할 수 있을 것이다.

본 발명의 개념에 의하여 상기 관리부(1200)는 무선통신과 유선통신, 무선통신과 다른 무선통신, 유선통신과 다른 유선통신 사이의 신호의 전환을 수행할 수 있다. 실시예들에 따라, LoRa, Zigbee, Wifi, RTU RS485 Modbus, LoRa, Zigbee, Wifi, Ethernet(TCP), RS485 상호 변환시킬 수 있을 것이다.

상기 무선통신모듈(1400)이 외부와 연결 가능하도록 안테나부가 구성될 수 있으며, 상기의 실시예에 의하여 제1통신모듈(1410)과 연결되는 제1안테나(1411), 제2통신모듈(1420)과 연결되는 제2안테나(1421) 및 제3통신모듈(1430)과 연결되는 제3안테나(1431)가 구성될 수 있다. 상기 각각의 안테나의 선택 및 탈착이 가능하도록 안테나 연결포트가 보드에 추가되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 외부 전력의 입력을 위하여 전원단자부(1710)가 더 구성될 수 있다. 상기 전원단자부(1710)는 소정의 전원과 연결되고 내부 또는 외의 전력전환수단을 통하여 교류입력이 직류입력으로 전환되고 각각의 구성의 작동을 위하여 공급될 수 있다. 경우에 무정전전원공급수단(UPS)이 더 포함될 수 있다.

추가적으로, 장비의 설정, 배치 및 통신 전환방식의 설정을 위하여 탈착 가능한 메모리부(1221)가 더 구성될 수 있을 것이다. 상기 메모리부(1221)는 예를 들어 SD 카드로 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 게이트웨이장치(1000)의 사용상태에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명에서는 게이트웨이와 연결되는 디바이스들에 대한 자동화된 동작을 수행하기 위하여 자동화제어부(3000)가 추가될 수 있다. 상기 자동화제어부(3000)는 메인 RS485단자부(1610) 및/또는 이더넷연결부(1620)를 통하여 게이트웨이장치(1000)와 연결될 수 있는데, 경우에 따라 상기 자동화제어부(3000)와 게이트웨이장치(1000)가 일체로 구성되는 것도 고려될 수 있다.

상기 자동화제어부(3000)의 일실시예로, 슬레이브 RS485단자부(1320) 또는 디지털아웃풋(1510) 또는 무선통신모듈(1400)을 통하여 소정의 디바이스와 신로를 교환할 수 있다. 상기 디바이스는 무선통신모듈(1400)의 안테나부를 통하여 연결되는 무선 디바이스(3020), 슬레이브 RS485단자부(1320) 또는 디지털아웃풋(1510)을 통하여 연결되는 디바이스(3030, 3040)일 수 있다.

경우에 따라 자동화제어부(3000)가 게이트웨이장치(1000)를 경유하지 않고 복합센서와 같은 외부 디바이스와 바로 연결되는 것도 고려해볼 수 있다.

상기 자동화제어부(3000)는 게이트웨이장치를 통하여, 예를 들어, 온도, 습도 또는 에너지량 등의 감지신호 값을 수신하고, 제어 디바이스에 적절한 통신방식을 선택하여 밸브, 히터, 냉방기 등의 디바이스를 제어하는 신호를 출력하는 마이크로 제어기로 이해될 수 있다.

일실시예로, 상기 자동화제어부(3000)는 소정의 디바이스들로부터 감지신호를 수신하고 건물의 환경을 제어할 수 있다. 이를 위해 자동화제어부(3000)는 감지신호를 이용하여 건물 내의 환경을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하고 각 동작디바이스에 송신한다. 이에 따라 건물 내의 쾌적한 환경을 위해 외부 기온, 계절, 날씨 등에 따른 설정 값을 저장하고 감지신호와 비교하여 설정값에 따라 건물 내부의 환경을 조절할 수 있다.

상기 자동화제어부(3000)는 소정의 통신모듈을 구비하여 게이트웨이장치(1000)와 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 RS485 모드버스, 이더넷의 방식으로 신호를 교환할 수 있을 것이다. 다만, Zigbee, Bluetooth, RF 통신, WiFi, 3G, 4G, 5G, LoRa(Long Range), LTE CAT.M1 통신 등의 다양한 무선 통신 방식을 통하여 연결되는 것도 배제되지 않는다.

무선연결의 불안정성을 고려하여 상기 게이트웨이장치(1000)가 어느 하나의 디바이스와 유선 및 무선 연결방식 중에서 선택되어 이중으로 적용되는 것을 고려해볼 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이장치(1000)를 통하여 디바이스가 RS485 ModBus 및 LoRa 방식으로 통신할 수 있고, 1차적으로 유선 연결이 이루어지는 상태에서 제어신호에 대한 피드백이 없는 경우나 단선 등이 판단된 경우 무선으로 통신방식을 전환하여 신호를 백업할 수 있는 것이다.

이를 위하여 관리부(1200)는 디바이스와의 통신 상태를 소정의 주기를 통하여 검증하고 통신 상태 불량 시 해당 디바이스와의 통신을 무선으로 지능형 전환되도록 할 수 있다.

반대로, 무선방식의 통신을 수행하는 경우 무선 디바이스(3020)의 통신 간섭 또는 이상, 공유기의 불량, 안테나의 불량 등의 원인으로 연결이 이루어지지 않는 경우 유선방식으로 자동적으로 전환하는 것도 적용될 수 있을 것이다.

한편, 관제장치(2010)는 상기와 같이 각각의 게이트웨이장치(1000)의 각 포트부터 데이터를 수집하고 경우에 따라 제어명령을 송신할 수 있는데, 상기 관제장치(2010)는 예를 들어, 노트북, 데스크톱(Desktop), 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다. 또한, 휴대용단말기로 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division MultipleAccess)-2000, W-CDMA(W-Code Division MultipleAccess), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(smartphone), 스마트 패드(smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.

상술한 예에 따라 관제장치(2010)와 게이트웨이장치(1000)의 연결은 이더넷연결부(1630)의 포트를 통하여 이루어질 수 있다. 이때, 고정 IP방식으로 연결되는 것이 바람직함은 상기와 같다.

상기 RS485 모드버스를 적용하는 경우 기존의 RS232 인터페이스에 비하여 케이블의 거리를 길게 할 수 있으며 비교적 고속의 전송이 가능한 이점을 가진다. 한편, 유선환경의 구축이 어려운 경우 AP(Access Point) 또는 RF를 통한 통신을 고려해볼 수 있다. 상술된 선택된 무선연결에 의하여 입력된 온도, 재실 여부, 에어컨의 작동 상태 등을 MPM(Multi Purpose Manager) 장치로 송신하거나 MPM으로부터 받은 on, off 신호를 수신할 수도 있다.

본 발명에서는 다양한 유형의 디바이스를 효과적으로 통합제어할 수 있을 뿐만 아니라, 유선 및 무선 방식을 유연하게 적응하고 능동적으로 제어할 수 있으므로 전력관리의 효율성과 사용상의 편리성 및 안정성이 극대화되는 이점을 가진다.

도 4는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치에서 신호의 전환을 위한 관리부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

게이트웨이장치(1000)의 관리부(1200)에서는 무선통신모듈(1400)을 인식할 수 있음은 사이과 같고, 이러한 무선통신모듈(1400) 및 무선 디바이스(3020)의 인식은 무선영역부(1230)에서 수행할 수 있다.

또한, 유선연결, 예를 들어 RS485로 연결된 디바이스(3040) 및/또는 디지털아웃풋(1510)의 연결에 대한 인식 및 관리를 위하여 유선영역부(1240)가 기능할 수 있다.

입출력판단부(1270)는 각 포트 또는 통신모듈에서의 통신방식을 판단하고 출력될 위치에 따른 통신방식을 전환시키는 기능할 수 있다.

메모리관리부(1220)는 각각의 무선 디바이스(3020)를 분류하여 관리하는 기능을 수행할 수 있는데, 각 무선 디바이스(3020)마다 할당되는 고유의 식별 가능한 영역을 가질 수 있다.

호출부(1210)는 각각의 입출력판단부에서 인식된 디바이스의 유형에 다라 메모리영역의 정보를 호출하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 개념에 따라 통신전환부(1260)는 해당 디바이스의 통신방식을 판단하고 게이트웨이장치의 기능에 따라 전환하여 외부의 장치들과 통신할 수 있도록 한다. 이러한 통신전환부(1260)는 소정의 설정된 프로토콜에 따라 통신방식을 통일하여 자동화제어부 또는 관리장치 등으로 전송할 수 있고, 각 디바이스들과 원활한 통신이 가능하도록 하는 것이다. 이를 위하여 상기 통신전환부(1260)는 소정의 설정된 통신모드로의 전환에 대해 메모리를 호출하고 유선에서 무선 또는 무선에서 유선 또는 유선에서 다른 유선 또는 무선에서 다른 무선으로 연결성을 전환할 수 있다.

또한, 하나의 디바이스에 대해 유선 및 무선의 이중(또는 삼중 이상) 연결 환경을 구성할 수 있으며, 무선영역부(1230) 및/또는 유선영역부(1240)에서 소정의 주기에 따라 유선 또는 무선 연결상태를 검증하고 어느 하나의 연결상태가 정상적이지 않은 경우 통신방식을 다르게 전환할 수 있다. 이때, 상기 메모리관리부(1220)는 하나의 디바이스가 이중의 연결성을 가지는 경우 하나의 디바이스 식별자에 대한 통신방식에 대한 관리를 별도로 수행하고, 상기 통신전환부(1260)에 의하여 전환되는 경우 해당 메모리 관리부(1220)가 현재상태를 반영할 수 있다.

예를 들어, 슬레이브 RS485단자부(1320), 유니버셜인풋(1310), 제2통신모듈(1420), 디지털아웃풋(1510) 중에 선택된 복수로 에어컨디셔너가 연결되는 경우 재실 온도 또는 습도 감지에 의하여 소정의 통신방식의 전환이 이루어지고 자동화제어부(3000)에서 소정의 작동조건에 따라 제어명령을 전송할 수 있다. 이때, 에어컨디셔너에 대해 메모리 영역이 할당되며, 슬레이브 RS485단자부(1320)와 무선인 제2통신모듈(1420)로의 연결성에 대한 분리관리가 이루어질 수 있다.

또한, 상기 관리부(1200)는 하나의 디바이스에 대한 유선 및 무선 연결의 우선순위를 설정하고 서로 교환적으로 작동하도록 기능할 수 있다. 일실시예에서 Wifi 통신을 통하여 소정의 제어가 수행되는 상태에서 무선영역부(1230)는 통신상태에 대한 검증을 주기적으로 수행할 수 있다. 상기 통신상태가 불량으로 판정되는 경우 통신전환부(1260)를 기능하고 유선영역부(1240)에서 관리가 수행되도록 할 수 있다.

상기와 마찬가지로, 제2통신모듈(1420)과 제1,3통신모듈의 사이에 통신 기능이 전환될 수 있으며, 다른 통신을 위한 모듈 또는 포트로의 통신방식의 전환도 상기의 실시예가 준용될 수 있다.

또한, 일실시예로 유니버셜인풋(1310) 및/또는 제1통신모듈(1410)을 통하여 디지털입력으로서 재실센서(3012)의 감지신호를 수신할 수 있고, 이때 자동화제어부(3000)는 소정의 조건에 따라 제1통신모듈(1410)을 통해 마그넷스위치를 OFF동작하여 절전이 가능하도록 기능할 수 있다.

또한, 다른실시예로 온도센서가 아날로그 입력을 슬레이브 RS485단자부(1320)에 전송하는 경우 소정의 설정온도보다 높은 경우에는 냉매사이클의 순환 및 송풍기의 동작을 향상하여 온도를 하강시킬 조건으로 판단할 수 있고, 이때에는 온도설정 값 또는 송풍량 값의 동작을 위하여 선택된 방식으로 신호를 전송하도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 추가적인 개념에 의하여, 디지털 출력과 아날로그 출력이 전환되는 것도 고려될 수 있다. 이렇게 상기 관리부(1200)가 통신방식의 전환이 이루어지는 디바이스에 대해, 전환 전에 아날로그 신호를 전송하고 전환 이후에 디지털 신호를 전송하는 경우(혹은 그 반대의 경우) 호출부에서 자동화제어부를 통하여 아날로그신호를 디지털 제어에 적합하도록 가공 및 전환하여 제어명령을 전송하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치에서 디지털신호와 아날로그신호의 출력을 위한 회로를 나타낸다.

도 5의 (a)는 디지털신호출력을 나타내며 접점에 대한 온오프 출력을 디지털아웃풋(1510)으로 송신하도록 기능한다.

도 5의 (b)는 아날로그신호출력을 나타내며, 자동화제어부(3000)로부터의 소정의 제어신호에 따라 액추에이터를 동작하도록 기능할 수 있을 것이다.

이러한 신호는 유선 또는 무선 방식이 선택되고 상기 통신전환부(1260)에 의하여 전환되어 수신 및 송신될 수 있음은 상기와 같다.

상술한 본 발명의 개념에 따른 유무선 통합시스템 멀티게이트웨이 장치에 의하여, 다양한 유형의 통신을 수행하는 디바이스들에 대한 연결 및 신호의 교환이 쉽게 이루어지므로 통합적인 제어가 가능하고 제어계통이 단순화될 수 있으며 유지관리에 따른 편리성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 유선 또는 무선 신호에 대한 송수신 및 통합 관리가 가능하기 때문에 각종 공사현장, 산업현장, 가정, 사무실 등의 환경 및 디바이스의 유형에 따라 유연하게 적응하기 때문에 경제적이고 작동의 신뢰성이 향상된다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1000...게이트웨이장치 1200...관리부
1210...호출부 1220...메모리관리부
1221...메모리부 1230...무선영역부
1240...유선영역부 1260...통신전환부
1270...입출력판단부 1310...유니버셜인풋
1320...슬레이브 RS485단자부 1400...무선통신모듈
1410...제1통신모듈 1411...제1안테나
1420...제2통신모듈 1421...제2안테나
1430...제3통신모듈 1431...제3안테나
1510...디지털아웃풋 1610...메인 RS485단자부
1620...이더넷연결부 1710...전원단자부
2010...관제장치 3000...자동화제어부
3020...무선 디바이스 3030...디지털디바이스
3040...입력 디바이스

Claims (8)

1. 하나 이상의 무선 디바이스에 연결되는 무선통신모듈;
   자동화제어부에 연결되는 메인 RS485단자부(1610) 및 이더넷연결부(1620);
   유선 디바이스에 연결되는 슬레이브 RS485단자부(1320), 디지털아웃풋(1510), 유니버셜인풋(1310) 중의 어느 하나 이상으로 이루어지는 유선연결단;
   무선통신모듈에 연결된 무선 디바이스를 인식하는 무선영역부(1230)와, 유선연결단에 연결되는 유선 디바이스를 인식하는 유선영역부(1240)와, 상기 인식된 무선 또는 유선 디바이스의 유형에 따라 통신방식을 판단하고 무선통신과 다른 무선통신 또는 유선통신과 유선통신 또는 무선통신과 유선통신 사이에 선택된 방식으로 전환시키는 통신전환부(1260)를 구비하는 관리부(1200);를 포함하고,
   상기 관리부는,
   적어도 하나의 디바이스에 대해 무선 및 유선 통신방식이 서로 교환될 수 있는 우선순위를 설정하되, 상기 무선영역부에서 설정된 주기에 따라 무선 연결상태를 검증하여 통신상태가 불량으로 판정되는 경우 통신전환부가 유선영역부에서 해당 디바이스를 관리하도록 하는 멀티게이트웨이 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 이더넷연결부 중의 어느 하나는,
   디바이스의 모니터링이 가능한 관제장치에 연결되되 고정IP가 설정되는 멀티게이트웨이 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 무선통신모듈은,
   로라(LoRa) 통신 또는 지그비(Zigbee) 통신 또는 와이파이(Wifi) 통신모듈 중에 하나 이상 선택되는 멀티게이트웨이 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 관리부는,
   연결상태에 있는 어느 하나의 디바이스에 대해 메모리영역을 할당하되, 선택된 디바이스에 대해 복수의 통신방식에 대한 설정을 관리하는 메모리관리부(1220)를 구비하는 멀티게이트웨이 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 관리부는,
   메모리관리부에 의한 디바이스 및 통신방식을 호출하는 호출부(1210)를 구비하는 멀티게이트웨이 장치.
   
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 호출부는,
   연결이 전환된 디바이스에 대해 전환 전후의 통신방식의 차이에 따라 자동화제어부에 전환된 제어명령을 호출하고 입출력판단부에서 전송하도록 하는 멀티게이트웨이 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 관리부는,
   연결이 전환된 디바이스에 대해 자동화제어부에서 선택된 아날로그 신호에 대응되는 가공 신호를 호출하여 디지털 신호로 출력하는 멀티게이트웨이 장치.

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