KR102644430B1 - 공조기 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

공조기 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비, 스프레이 부스 및 배기 설비가 복수의 존(Zone)으로 구획된 도장공정라인의 공조기 제어 시스템은, 외기의 온도와 습도를 측정하는 외기 측정기 및 스프레이 부스의 각 존 별 내부의 온도와 습도를 측정하는 내기 측정기; 각 존(Zone) 별로 배치되어 상기 스프레이 부스의 도장공정에 필요한 온도 및 습도 조건에 맞추어 가열된 급기를 공급하는 공조기; 각 측정기에서 측정된 온도와 습도, 상기 스프레이 부스의 온도와 습도 안정화 조건 설정 값, 상기 공조기 작동 상태를 포함하는 공조기 가동 정보를 외부로 전송하고, 공조기 가동 명령이 인가되면 상기 공조기의 가동을 개시하는 공조 제어기; 및 상기 공조기 가동 정보의 조건 별 안정화 소요 시간이 누적된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 추출하고, 생산라인 가동에 따른 스프레이 부스의 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예정시간에 상기 공조기 가동 명령을 인가하는 서버를 포함한다.

Description

공조기 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AIR CONDITIONER}
본 발명은 공조기 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 도장공정라인에 설비된 공조기의 초기 가동 제어를 자동화하는 공조기 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 도장공정라인에 설비되는 공조기는 차량(차체)에 도막을 형성하기 위하여 스프레이 부스의 내부공간을 일정한 온도와 습도(이하, 온/습도라 명명함)의 안정화 조건으로 유지시키는 역할을 한다.
종래의 공조기는 운영자에 의해 수동으로 가동되고 있으며, 스프레이 부스의 내부공간이 매우 크기 때문에 차량이 투입되기 전에 미리 가동되어 상기 온/습도를 안정화 조건으로 유지시키고 있다.
도 1은 종래의 공조기 가동 제어에 따른 에너지 손실 문제를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 종래 공조기는 설비의 초기 가동 및 정지 시 운영자의 경험에 의존하여 초기 가동시간의 편차가 발생한다. 이로 인해 불필요한 공조기 가동시간의 누적에 따른 에너지 손실(loss)이 발생된다.
예컨대, 공조기는 외기 온도 및 습도의 변화, 부스의 크기 및 공조기의 설비 노후화로 인한 가열성능 변화 등 다양한 사유로 인해 상기 온/습도의 안정화 조건에 도달하는 시간이 변화될 수 있다. 이러한 이유로 운영자는 차량이 도착하기 전에 스프레이 부스의 온/습도 안정화 조건이 유지되도록 미리 여유를 두고 공조기를 가동하고 있다.
그러나, 운영자의 숙련도에 따라 스프레이 부스의 온/습도 안정화 조건 조정을 위한 대기시간이 40~80분까지 과다하게 소요되고 있으며, 이러한 대기시간의 누적으로 인한 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량의 도장공정라인에 설비되는 공조기의 가동 정보 이력을 DB에 학습하고 이를 참조하여 동일한 조건의 최적 가동 예정시간에 공조기를 자동 가동함으로써 가동시간 단축에 따른 에너지 손실을 줄일 수 있는 공조기 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공조 설비, 스프레이 부스 및 배기 설비가 복수의 존(Zone)으로 구획된 도장공정라인의 공조기 제어 시스템은, 외기의 온도와 습도를 측정하는 외기 측정기 및 스프레이 부스의 각 존 별 내부의 온도와 습도를 측정하는 내기 측정기; 각 존(Zone) 별로 배치되어 상기 스프레이 부스의 도장공정에 필요한 온도 및 습도 조건에 맞추어 가열된 급기를 공급하는 공조기; 각 측정기에서 측정된 온도와 습도, 상기 스프레이 부스의 온도와 습도 안정화 조건 설정 값, 상기 공조기 작동 상태를 포함하는 공조기 가동 정보를 외부로 전송하고, 공조기 가동 명령이 인가되면 상기 공조기의 가동을 개시하는 공조 제어기; 및 상기 공조기 가동 정보의 조건 별 안정화 소요 시간이 누적된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 추출하고, 생산라인 가동에 따른 스프레이 부스의 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예정시간에 상기 공조기 가동 명령을 인가하는 서버를 포함한다.
또한, 상기 공조 제어기는 상기 스프레이 부스의 온도와 습도가 도장작업을 위한 온도와 습도 안정화 조건에 도달하였는지 체크하고, 상기 공조기의 초기 가동시점으로부터 상기 안정화 조건에 도달하는데 소요된 시간을 측정하여 상기 서버로 전송할 수 있다.
또한, 상기 안정화 조건은 설정온도를 기준으로 ± 소정허용온도 및 설정습도를 기준으로 ± 소정허용비율의 허용 폭이 각각 설정될 수 있다.
또한, 상기 서버는 상기 공조 제어기와 연결되어 상기 공조기 가동 정보를 수집하는 통신부; 각 존 별 공조 제어기에서 수집된 공조기 가동 정보를 토대로 실측 온도와 습도 안정화 소요 시간을 존 별로 상기 DB에 누적 저장하는 데이터 관리부; 상기 DB를 참조하여 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 상기 스프레이 부스의 안정화 소요 시간을 도출하고, 상기 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요 시간을 역산하여 공조기 가동 예측시간을 지속적으로 산출하는 가동 시간 예측부; 각 공조기의 가동 이력에 따른 존 별 실측 안정화 소요 시간을 DB 테이블에 누적저장하고 이를 각 공조기 가동 예측시간 도출을 위해 제공하는 DB; 및 각 존에 배치된 상기 공조 제어기와 연동하여 상기 공조기의 가동여부 모니터링 및 생산라인 가동시의 공조기 가동 시점을 통합 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 관리부는 각 존 별 공조기의 매 초기 가동 시마다 수집된 공조기의 버너 제어모듈, 워셔 제어모듈, 리히터 제어모듈, 스팀 제어모듈 및 급기팬 제어모듈의 각 제어 값과 상기 안정화 소요 시간을 매칭하여 상기 DB에 업데이트할 수 있다.
또한, 상기 데이터 관리부는 각 존 별 공조기 중에서 상기 안정화 소요 시간이 가장 큰 값을 추출하여 별도로 생성된 DB 테이블에 저장할 수 이 있다.
또한, 상기 가동 시간 예측부는 상기 별도로 생성된 DB 테이블을 참조하여 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 하는 스프레이 부스의 안정화 소요 시간을 도출할 수 있다.
또한, 상기 가동 시간 예측부는 각 존 별 공조 제어기로부터 외기의 온도와 습도 값 및 온도와 습도 안정화 조건 설정 값을 읽어 들인 조건으로 DB에 저장된 안정화 소요 시간을 검색하고, 검색된 데이터에서 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 동일하거나 차이가 최소인 복수의 제1 후보 데이터를 검색할 수 있다.
또한, 상기 가동 시간 예측부는 각 존 별 제1 후보 데이터에서 온도와 습도 안정화 조건 설정 값과 동일하거나 차이가 최소인 복수의 제2 후보 데이터를 추출할 수 있다.
또한, 상기 가동 시간 예측부는 각 존 별 제2 후보 데이터의 안정화 소요 시간의 평균값을 산출하고, 각 존 별로 산출된 안정화 소요 시간 중 가장 큰 수를 이용하여 차량의 도착 시점으로부터 역산된 공조기 가동 예측 시간을 계산할 수 있다.
또한, 상기 가동 시간 예측부는 상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내인 조건을 충족할 때까지 상기 공조기 가동 예측 시간을 지속적으로 산출하여 DB에 업데이트할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 생산 관리 시스템(MES)으로부터 공장의 생산라인 가동에 따른 차량 이송 정보를 수신하여 상기 스프레이 부스의 차량 도착 시점을 연산할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 가동 시간 예측부에서 지속적으로 업데이트되는 공조기 가동 예측 시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내이면, 상기 공조기 가동 예측 시간을 공조기 가동 예정시간으로 고정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 현재 시간을 카운트하여 상기 공조기 가동 예정시간에 도달하면 각 존의 공조 제어기에 가동 명령을 인가하여 상기 공조기의 가동을 개시할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 DB에서 상기 공조기 가동 예정시간에 매칭된 공조기 가동 정보의 제어값을 이용하여 각 공조기의 제어모듈 별 초기 가동 조건을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 공조기 제어 시스템의 서버가 도장공정라인의 복수의 존(Zone)에 각각 배치된 공조기의 가동 시점을 제어하는 방법은, a) 각 존 별로 배치된 공조 제어기로부터 외기의 온도와 습도, 내기의 온도와 습도, 스프레이 부스의 온도와 습도 안정화 조건 설정 값, 상기 공조기 작동 상태를 포함하는 공조기 가동 정보를 수집하여 DB에 저장하는 단계; b) 공조기 가동이력에 따른 안정화 소요 시간이 누적된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 검색하는 단계; c) 생산라인의 가동 여부를 체크하여 상기 생산라인의 가동 시 스프레이 부스에 차량 도착 시점을 계산하는 단계; 및 d) 상기 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예측시간에 상기 공조 제어기로 상기 공조기 가동 명령을 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내인 조건을 충족할 때까지 상기 공조기 가동 예측 시간을 지속적으로 산출하여 DB에 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 지속적으로 업데이트되는 상기 공조기 가동 예측 시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내이면, 상기 공조기 가동 예측 시간을 공조기 가동 예정시간으로 고정하는 단계; 및 상기 현재 시간을 카운트하여 상기 공조기 가동 예정시간과 같아지면 각 존의 공조 제어기에 가동 명령을 인가하여 상기 공조기의 가동을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 DB에 공조기의 가동 여부를 확인하는 플래그 값을 "1"로 입력하여 가동상태를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 DB에서 상기 공조기 가동 예측시간에 매칭된 공조기 별 제어값을 추출하여 각 공조기의 제어모듈 별 초기 제어 조건을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도장공정라인의 각 존 별로 설비된 공조기의 초기 기동 이력을 DB에 누적 저장하고 이를 참조하여 동일한 조건의 최적 가동 예정시간에 공조기를 자동 가동함으로써 가동시간 단축에 따른 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, DB에 누적된 데이터의 공조기 가동 이력 정보를 확인하여 실측 승온 시간의 급격한 변화에 따른 설비의 이상여부를 모니터링하고 설비 가동 이력 정보를 활용하여 설비 최적화 설정이 가능한 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 공조기 가동 제어에 따른 에너지 손실 문제를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도장공정라인에 설비된 공조기 제어 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기의 가동 예측 시간 도출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 가동 시 온도와 습도 제어 시간이 줄어든 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 자동 가동 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"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", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도장공정라인에 설비된 공조기 제어 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 도장공장라인은 컨베이어의 길이방향을 따라 복수의 존(Zone)으로 구획된 공조 설비, 스프레이 부스 및 배기 설비를 포함한다.
공조 설비는 각 존(Zone) 별로 설치된 복수의 공조기(13-1, 13-2, …, 13-n)를 포함하며, 각 존 별로 구획된 스프레이 부스의 내부공간으로 가열된 급기를 공급 한다.
스프레이 부스는 페인트 공급 수단이 구비되어 컨베이어를 통해 이송되는 차량(차체)에 페인트를 분사하는 도장 작업을 수행한다.
배기 설비는 덕트와 팬이 구비되어 상기 도장 작업으로 오염된 내부 공기를 외부로 배출한다.
공조기 제어 시스템(10)은 도장공장라인에 구획된 각 존(Zone) 별로 배치되는 외기 측정기(11), 내기 측정기(12), 공조기(13), 공조 제어기(14)와 이들을 토대로 상기 도장공장라인에 설치된 공조기(13)의 가동여부를 중앙에서 제어하는 서버(15)를 포함한다.
이러한 공조기 제어 시스템(10)은 상기 가동시점의 자동 제어를 통해 차량의 도착 전에 스프레이 부스의 내부공간이 도장공정에 필요한 일정한 온도와 습도(이하, 온/습도라 명명함)의 안정화 조건을 유지하도록 하는 특징을 갖는다.
외기 측정기(11)는 공조설비의 외부에 설치되어 공조기(13)의 내부로 유입되는 외기의 온도와 습도를 측정한다.
외기 측정기(11)는 실시간으로 측정된 외기의 온/습도를 통신라인이 연결된 공조 제어기(14)로 전송할 수 있다.
내기 측정기(12)는 스프레이 부스 내부의 온/습도를 실시간으로 측정하고 통신라인이 연결된 공조 제어기(14)로 전송할 수 있다.
이러한 외기 측정기(11)와 내기 측정기(12)는 각각의 온도 센서 및 습도 센서로 구성되거나 통합된 센서로 구성되어 각 존(Zone) 별로 배치될 수 있다.
공조기(13)는 각 존(Zone) 별로 배치되어 스프레이 부스의 도장공정에 필요한 온/습도 조건에 맞추어 가열된 급기를 공급한다.
한편, 도 2에서는 스프레이 부스의 각 존 별로 하나의 공조기(13)를 배치하였으나 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 않으며, 스프레이 부스의 크기 및 용량에 따라 복수의 공조기(13)가 배치될 수 있다. 단, 스프레이 부스의 크기 및 용도에 따라 공조기(13)의 풍속 및 운영조건이 다르게 설정될 수 있다.
공조기(13)는 상기 스프레이 부스 내부로의 가열된 급기를 공급하기 위해 버너, 워셔, 리히터, 스팀기 및 급기팬을 제어하기 위한 각 제어모듈을 포함한다.
즉, 도 3과 같이, 공조기(13)는 버너 제어모듈(131), 워셔 제어모듈(132), 리히터 제어모듈(133), 스팀 제어모듈(134) 및 급기팬 제어모듈(135)을 포함한다. 각 제어모듈(131~135)은 PID 컨트롤러를 사용하여 설정된 값에 맞추어 작동되며, 각각의 가동 정보를 통신라인을 통해 공조 제어기(14)로 전송할 수 있다.
각 제어모듈(131~135)은 계절별 외기의 온/습도 조건 및 온/습도 안정화 조건 설정 값에 따라 하나 이상이 가동되어 각 제어모듈 별 제어 값(Manipulated Variable, MV) 및 워셔 펌프의 개도율 조건 등을 조정한다. 여기서, 종래에는 공조기의 가동 시 여러 제어모듈이 동시에 작동되므로 외기 온도가 낮거나 습도가 높은 가혹한 조건에서는 도 1과 같이 초기 가동 제어 조정 시간이 과다하게 소요되는 문제점이 존재하였다.
공조 제어기(14)는 각 존(Zone) 별로 배치되어 서버(15)와의 연동으로 각각 대응되는 공조기(13)의 가동 상태를 제어한다.
공조 제어기(14)는 외기 측정기(11)에서 측정된 외기의 온도와 습도를 수신하고, 공조기(13)의 초기 가동시점에 측정된 외기의 온도와 습도를 서버(15)로 전송한다.
공조 제어기(14)는 내기 측정기(12)에서 수신된 부스 내부의 온도와 습도가 도장작업을 위한 온/습도 안정화 조건에 도달하였는지 체크한다. 그리고 상기 초기 가동시점으로부터 상기 온/습도 안정화 조건에 도달하는데 소요된 시간을 측정하여 서버(15)로 전송한다.
여기서, 상기 안정화 조건은 설정온도를 기준으로 소정허용온도(± α℃) 및 설정습도를 기준으로 ± 소정허용비율(± β%)의 허용 폭이 각각 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 설정온도는 ± 1℃ 및 상기 설정습도는 ± 1%로 허용 폭이 설정될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며 각각의 허용 폭은 설비의 크기나 용량에 따라 변동될 수 있다.
서버(15)는 도장공정라인의 설비를 운용하는 중앙처리 시스템으로 각 존 별로 배치된 공조 제어기(14)를 통해 공조기(13)의 가동 정보를 수집하여 DB에 누적하고, 이를 참조하여 공조기(13)의 초기 가동 시점을 자동으로 제어한다.
좀더 구체적으로, 서버(15)는 상기 공조기 가동 정보의 조건 별 안정화 소요 시간이 학습된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 추출한다. 그리고, 서버(15)는 생산라인 가동에 따른 차량의 스프레이 부스 도달 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예정시간에 상기 공조기 제어기로 공조기 가동 명령을 인가한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 서버(15)는 통신부(151), 데이터 관리부(152), 가동 시간 예측부(153), 데이터베이스(DB)(154) 및 제어부(155)를 포함한다.
통신부(151)는 외부 기기와 연결을 위한 유/무선 인터페이스를 포함하며, 도장공정라인의 각 존 별 공조 제어기(14)와 연결되어 공조기 가동 정보를 실시간으로 수집한다.
또한, 통신부(151)는 사내 네트워크를 통해 MES와 연결되어 공장의 생산라인 가동에 따른 차량 이송 정보를 수신한다.
데이터 관리부(152)는 각 존 별 공조 제어기(14-1, 14-2, …, 14-n)에서 수집된 공조기 가동 정보를 토대로 실측 온/습도 안정화에 소요된 시간을 존(Zone) 별로 학습하여 DB(154)에 저장한다. 여기서, 상기 공조기 가동 정보는 각 존 별 공조기의 작동 상태(ON/OFF), 초기 가동 시 수집된 외기의 온/습도 값, 온/습도 안정화 조건 설정 값, 공조기의 각 제어모듈 별 제어 값 및 부스 내기의 온/습도 값이 상기 온/습도 안정화 조건 설정 값에 도달하는데 소요된 시간(이하, "안정화 소요 시간"이라 명명함) 등을 포함할 수 있다.
즉, 데이터 관리부(152)는 각 존 별 공조기(13)의 매 초기 가동 시마다 수집된 외기의 온/습도 값을 기반으로 상기 온/습도 안정화 조건 설정 값에 도달할 때까지 공조기(13)의 각 제어모듈(131~135) 별 제어 값과 상기 안정화 소요 시간을 매칭하여 DB(154)에 업데이트 한다.
이때, 데이터 관리부(152)는 각 존 별 공조기(13) 중에서 상기 안정화 소요 시간이 가장 큰 값을 추출하여 별도로 생성된 DB 테이블에 저장할 수 있다.
가동 시간 예측부(153)는 상기 별도로 생성된 DB 테이블을 참조하여 외기의 온/습도 값을 기준으로 하는 스프레이 부스의 안정화 소요 시간을 도출한다.
또한, 가동 시간 예측부(153)는 공장 생산라인의 가동 시 도장공정라인에 차량이 도착하는 시점으로부터 상기 안정화 소요 시간을 역산하여 공조기(13)의 가동예측 시간을 도출할 수 있다.
예컨대, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기의 가동 예측 시간 도출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가동 시간 예측부(153)가 공장의 생산라인 가동 시 스프레이 부스에 급기를 공급하는 공조기(13)의 자동 가동을 위해 온/습도 조건 안정화 소요 시간을 도출하는 과정을 나타낸다.
가동 시간 예측부(153)는 하나의 존에 배치된 공조 제어기(14)로부터 현재 측정된 외기의 온/습도 값 및 온/습도 안정화 조건 설정 값을 읽어(Read) 들인다(S101).
가동 시간 예측부(153)는 상기 읽어 들인 조건을 기준으로 DB(154)에 저장된 안정화 소요 시간을 검색한다(S102).
가동 시간 예측부(153)는 DB(154)에 검색된 데이터에서 외기의 온/습도 값을 기준으로 동일하거나 차이가 최소인 제1 후보 데이터 10개를 검색한다(S103). 여기서, 설명의 편의상 상기 제1 후보 데이터를 10개로 가정하였으나 그 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 변경될 수 있다.
가동 시간 예측부(153)는 스프레이 부스의 각 존 별로 상기 제1 후보 데이터의 검색이 완료되지 않으면(S104; 아니오), 상기 S201 단계로 돌아가 모든 존에 대한 검색이 완료될 때까지 반복한다.
이후, 가동 시간 예측부(153)는 각 존 별로 상기 제1 후보 데이터의 검색이 완료되면(S104; 예), 각 존 별로 제1 후보 데이터에서 상기 온/습도 안정화 조건 설정 값과 동일하거나 차이가 최소인 값 3개를 제2 후보 데이터로 추출한다(S105). 여기서, 설명의 편의상 상기 제2 후보 데이터를 3개로 가정하였으나 그 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 변경될 수 있다.
가동 시간 예측부(153)는 각 존 별로 추출된 3개 안정화 소요 시간의 평균값을 산출한다(S106).
그리고, 가동 시간 예측부(153)는 각 존 별로 산출된 안정화 소요 시간 중 가장 큰 수를 이용하여 차량이 도착하는 시점으로부터 역산된 공조기(13)의 가동 예측 시간을 계산한다(S107).
이후, 가동 시간 예측부(153)는 상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값(RESULT_TIME)이 소정 허용시간(예; 10분) 이내인 조건을 충족할 때까지 지속적으로 산출하여 DB(154)에 업데이트 할 수 있다.
이는 시간이 흘러서 외기의 온/습도 값 조건이 변동되면 그에 따라 계산된 공조기(13)의 가동 예측 시간도 변동되기 때문에 현재 시간에 가까운 외기의 온/습도 값 조건을 가지고 보다 정확한 공조기 가동 예측 시간을 계산하기 위함이다.
DB(154)는 본 발명의 실시 예에 따른 도장공정라인에 설비된 각 공조기(13)의 제어를 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장하고, 공조기(13)의 가동에 따라 생성되는 데이터를 저장한다.
DB(154)는 각 공조기(13)의 가동 이력에 따른 존 별 실측 안정화 소요 시간을 DB 테이블에 누적저장하고 이를 공조기(13)의 자동 가동시점을 도출을 위해 제공한다.
또한, DB(154)는 각 존 별 공조기(13)의 가동 이력, 가동 스케줄, 가동 상태 정보 및 실적 정보 등을 저장할 수 있다.
제어부(155)는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 가동 제어를 위한 상기 각부의 동작을 제어하는 적어도 하나의 프로그램 및 데이터를 저장하고 이를 구동하는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.
제어부(155)는 공장 내 네트워크를 통해 도장공정라인의 각 존에 설비된 공조 제어기(14)와 연동하여 공조기(13)의 가동여부 모니터링 및 생산라인 가동시의 가동 시점을 통합 제어한다.
제어부(155)는 운영자의 개입 없이 24시간 공조기 자동 가동을 제어하기 위하여 공장 내 네트워크를 통해 생산라인의 가동 여부를 체크하고, 상기 생산라인의 가동 시 차량이 스프레이 부스 입구에 도착하는 시점을 계산한다.
제어부(155)는 MES로부터 공장의 생산라인 가동에 따른 차량 이송 정보를 수신하여 컨베이어의 맨 앞에 위치한 차량이 스프레이 부스 입구에 도착하는 시점을 연산할 수 있다. 예컨대, 제어부(155)는 컨베이어 상의 차량 위치로부터 거리, 컨베이어 이동속도 및 선행 공정 별 작업시간 등을 고려하여 상기 차량의 도착 시점을 연산할 수 있다.
제어부(155)는 가동 시간 예측부(153)에서 지속적으로 업데이트되는 공조기 가동 예측 시간과 현재 시간을 비교한 편차값(RESULT_TIME)이 소정 허용시간(예; 10분) 이내인지 판단한다.
제어부(155)는 상기 편차값(RESULT_TIME)이 상기 허용시간 이내에 존재하는 공조기 가동 예측 시간을 공조기 가동 예정시간으로 고정한다. 그리고 현재 시간이 상기 공조기 가동 예정시간에 도달하면 자동으로 각 존의 공조 제어기(14)에 가동 명령을 인가하여 공조기(13)의 가동을 개시한다.
이때, 제어부(155)는 DB(154)에서 상기 공조기 가동 예정시간에 매칭된 공조기 가동정보를 읽어 들여 각 공조기(13)의 초기 가동을 위한 정보로 활용한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 가동 시 온도와 습도 제어 시간이 줄어든 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(155)는 동일한 공조기의 가동 조건으로 학습된 제어 값을 활용하여 공조기의 초기 가동 조건을 자동으로 조절하여 안정화된 온/습도의 조건상태로 도달하기까지의 조정시간을 단축 시킬 수 있는 효과가 있다.
이후, 제어부(155)는 각 존 별 내기 온/습도를 모니터링 하여 온/습도 안정화 조건 설정 값에 도달한 것을 확인한 후 그 결과에 따른 온/습도 안정화 도달 시간 및 안정화 소요 시간을 학습하여 DB(154)에 업데이트 할 수 있다.
이때, 제어부(155)는 상기 학습된 정보와 동일한 정보가 DB(154)에 존재하면 최신 정보로 업데이트하고, 존재하지 않으면 신규 데이터로 추가할 수 있다.
한편, 제어부(155)는 MES로부터 공장의 생산라인 정지에 따른 생산 종료 신호가 수신되면 공조 제어기(14)에 정지 명령을 인가하여 공조기(13)의 동작을 정지시킬 수 있다.
이때, 제어부(155)는 공조 제어기(14)로부터 공조기(13)의 가동 날짜, 요일, 가동 시간 및 처리 실적 등의 정보를 수집하여 DB(154)에 저장한다.
제어부(155)는 DB(154)에 저장된 정보/데이터를 토대로 부스 별 공조기의 자동 가동 설정을 위한 메인 화면, 음성 알람 시스템 설정화면, 환경설정 및 생산계획등록 화면, 공조기 가동 이력조회 화면 등 다양한 정보를 사용자 인터페이스(UI)를 통해 제공할 수 있다.
예컨대, 상기 메인 화면은 DB에 저장된 안정화 소요 시간 관련 데이터와 휴무 전후 공정 운영 조건을 반영하여 사전에 가동 시간을 표시하고, 설비 이상 발생시 메시지 창에 알람 발생 및 자동/수동 가동모드를 쉽게 전환할 수 있는 전환키를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음성 알람 시스템 설정화면은 제어부(155)가 공조기(13)의 작동상태를 모니터링하여 공조기의 가동 신호나 이상 신호의 검출에 따른 멘트를 설정하고 이를 음성으로 전환하여 방송할 수 있도록 한다. 상기 음성 알람 시스템은 설비 가동에 대한 작업자가 인지 가능하도록 하는 풀 프루프(Foolproof) 시스템이 적용될 수 있다.
또한, 환경설정 및 생산계획등록 화면은 미리 등록된 권한 있는 사람만 접근 가능하여 다양한 환경 조건을 반영할 수 있도록 공장 별 특성 입력 및 년간 또는 불규칙적으로 발생되는 파업 및 특근 스케줄 등록 메뉴를 제공한다.
또한, 공조기 가동 이력조회 화면은 존 별 공조기의 가동 이력 조회 기능 및 오븐 제어기의 운영 값 조회 기능을 제공할 수 있다.
한편, 전술한 공조기 제어 시스템(10)의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 자동 가동 제어 방법을 다음의 도 7을 통해 설명한다. 다만, 앞서 설명된 서버(15)의 세부구성요소들은 기능별로 더 세분화 되거나 하나의 시스템으로 통합될 수 있는 바, 이하 도 7을 설명함에 있어서 각 단계의 주체는 해당 구성요소들이 아닌 서버(15)를 주체로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공조기 자동 가동 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 서버(15)는 24시간 공조기(13)의 자동 가동 제어를 위하여 공조 제어기(14)로부터 현재 측정된 외기의 온/습도 측정값 및 내기의 온/습도 측정값을 수집하여 DB(154)에 저장한다(S201).
서버(15)는 공조기(13)의 가동 상태를 확인하여, 공조기(13)가 가동 중이면(S202; 예), 상기 수집된 외기와 내기의 온/습도 측정값들을 지속적으로 DB(154)에 업데이트 한다.
반면, 서버(15)는 공조기(13)가 가동 중이 아니면(S202; 아니오), 수집된 상기 수집된 외기와 내기의 온/습도 측정값들을 임시 저장소에 저장한다(S203).
서버(15)는 DB(154)에서 현재 측정된 외기의 온/습도 값 및 온/습도 안정화 조건 설정 값을 읽어 들여 이를 기준으로 DB(154)에 저장된 데이터에서 안정화 소요 시간을 검색한다(S204). 이때, 서버(15)는 가동 시간 예측부(153)를 통해 도 5의 과정을 거쳐 공조기(13)의 안정화 소요 시간을 도출할 수 있다.
서버(15)는 생산라인의 가동 여부를 체크하여 상기 생산라인의 가동 시 차량이 스프레이 부스 입구에 도착하는 시점을 계산한다(S205).
서버(15)는 상기 차량의 도착 시점으로부터 상기 온/습도 조건 안정화 소요 시간을 역산하여 공조기 가동 예측시간을 산출한다(S206). 이때, 서버(15)는 각 존 별로 산출된 안정화 소요 시간 중 가장 큰 수를 이용하여 차량의 도착 시점으로부터 역산된 공조기 가동 예측시간을 도출할 수 있다.
서버(15)는 상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값(RESULT_TIME)이 소정 허용시간(예; 10분) 이하인지 여부를 판단한다(S207).
이때, 서버(15)는 상기 편차값(RESULT_TIME)이 상기 허용시간을 초과하면(S207; 아니오), 상기 공조기 가동 예측시간을 무시하고 상기 S201 단계로 돌아가 다음에 수집되는 측정값에 기초한 공조기 가동 예측시간의 재계산을 수행한다.
반면, 서버(15)는 상기 편차값(RESULT_TIME)이 상기 허용시간 이내에 존재하면(S207; 예), 상기 공조기 가동 예측시간을 실제 공조기 가동 예정시간으로 고정하고 상기 편차값(RESULT_TIME) 만큼 현재시간을 카운트한다(S208).
서버(15)는 시간이 흘러 상기 공조기 가동 예정시간과 현재 시간이 같아 지면(S209; 예), 공조 제어기(14)에 가동 명령을 인가하여 공조기(13)의 가동을 개시한다(S210).
서버(15)는 공조기의 가동 여부를 확인하는 플래그 값을 "1"로 입력하여 가동상태를 확인할 수 있다(S211).
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도장공정라인의 각 존 별로 설비된 공조기의 초기 가동 이력을 학습하여 DB에 누적 저장하고 이를 참조하여 동일한 조건의 최적 가동 예정시간에 공조기를 자동 가동함으로써 가동시간 단축에 따른 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, DB에 누적된 데이터의 공조기 가동 이력 정보를 확인하여 실측 승온 시간의 급격한 변화에 따른 설비의 이상여부를 모니터링하고 설비 가동 이력 정보를 활용하여 설비 최적화 설정이 가능한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 공조기 제어 시스템
11: 외기 측정기
12: 내기 측정기
13: 공조기
14: 공조 제어기
15: 서버
151: 통신부
152: 데이터 관리부
153: 가동 시간 예측부
154: 데이터베이스(DB)
155: 제어부

Claims (20)

  1. 공조 설비, 스프레이 부스 및 배기 설비가 복수의 존(Zone)으로 구획된 도장공정라인의 공조기 제어 시스템에 있어서,
    외기의 온도와 습도를 측정하는 외기 측정기 및 스프레이 부스의 각 존 별 내부의 온도와 습도를 측정하는 내기 측정기;
    각 존(Zone) 별로 배치되어 상기 스프레이 부스의 도장공정에 필요한 온도 및 습도 조건에 맞추어 가열된 급기를 공급하는 공조기;
    각 측정기에서 측정된 온도와 습도, 상기 스프레이 부스의 온도와 습도 안정화 조건 설정 값, 상기 공조기 작동 상태를 포함하는 공조기 가동 정보를 외부로 전송하고, 공조기 가동 명령이 인가되면 상기 공조기의 가동을 개시하는 공조 제어기; 및
    상기 공조기 가동 정보의 조건 별 안정화 소요 시간이 누적된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 추출하고, 생산라인 가동에 따른 스프레이 부스의 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예정시간에 상기 공조기 가동 명령을 인가하는 서버;를 포함하며,
    상기 서버는, 상기 공조 제어기와 연결되어 상기 공조기 가동 정보를 수집하는 통신부 및 각 존 별 공조 제어기에서 수집된 공조기 가동 정보를 토대로 실측 온도와 습도 안정화 소요 시간을 존 별로 상기 DB에 누적 저장하는 데이터 관리부를 포함하되,
    상기 데이터 관리부는 각 존 별 공조기의 매 초기 가동 시마다 수집된 공조기의 버너 제어모듈, 워셔 제어모듈, 리히터 제어모듈, 스팀 제어모듈 및 급기팬 제어모듈의 각 제어 값과 상기 안정화 소요 시간을 매칭하여 상기 DB에 업데이트하는 공조기 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공조 제어기는
    상기 스프레이 부스의 온도와 습도가 도장작업을 위한 온도와 습도 안정화 조건에 도달하였는지 체크하고, 상기 공조기의 초기 가동시점으로부터 상기 안정화 조건에 도달하는데 소요된 시간을 측정하여 상기 서버로 전송하는 공조기 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서
    상기 안정화 조건은
    설정온도를 기준으로 ± 소정허용온도 및 설정습도를 기준으로 ± 소정허용비율의 허용 폭이 각각 설정되는 공조기 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 있어서,
    상기 서버는
    상기 DB를 참조하여 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 상기 스프레이 부스의 안정화 소요 시간을 도출하고, 상기 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요 시간을 역산하여 공조기 가동 예측시간을 지속적으로 산출하는 가동 시간 예측부;
    각 공조기의 가동 이력에 따른 존 별 실측 안정화 소요 시간을 DB 테이블에 누적저장하고 이를 각 공조기 가동 예측시간 도출을 위해 제공하는 DB; 및
    각 존에 배치된 상기 공조 제어기와 연동하여 상기 공조기의 가동여부 모니터링 및 생산라인 가동시의 공조기 가동 시점을 통합 제어하는 제어부;
    를 포함하는 공조기 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 관리부는
    각 존 별 공조기 중에서 상기 안정화 소요 시간이 가장 큰 값을 추출하여 별도로 생성된 DB 테이블에 저장하는 공조기 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가동 시간 예측부는
    상기 별도로 생성된 DB 테이블을 참조하여 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 하는 스프레이 부스의 안정화 소요 시간을 도출하는 공조기 제어 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 가동 시간 예측부는
    각 존 별 공조 제어기로부터 외기의 온도와 습도 값 및 온도와 습도 안정화 조건 설정 값을 읽어 들인 조건으로 DB에 저장된 안정화 소요 시간을 검색하고, 검색된 데이터에서 상기 외기의 온도와 습도 값을 기준으로 동일하거나 차이가 최소인 복수의 제1 후보 데이터를 검색하는 공조기 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가동 시간 예측부는
    각 존 별 제1 후보 데이터에서 온도와 습도 안정화 조건 설정 값과 동일하거나 차이가 최소인 복수의 제2 후보 데이터를 추출하는 공조기 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가동 시간 예측부는
    각 존 별 제2 후보 데이터의 안정화 소요 시간의 평균값을 산출하고, 각 존 별로 산출된 안정화 소요 시간 중 가장 큰 수를 이용하여 차량의 도착 시점으로부터 역산된 공조기 가동 예측 시간을 계산하는 공조기 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가동 시간 예측부는
    상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내인 조건을 충족할 때까지 상기 공조기 가동 예측 시간을 지속적으로 산출하여 DB에 업데이트하는 공조기 제어 시스템.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    생산 관리 시스템(MES)으로부터 공장의 생산라인 가동에 따른 차량 이송 정보를 수신하여 상기 스프레이 부스의 차량 도착 시점을 연산하는 공조기 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 가동 시간 예측부에서 지속적으로 업데이트되는 공조기 가동 예측 시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내이면, 상기 공조기 가동 예측 시간을 공조기 가동 예정시간으로 고정하는 공조기 제어 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는
    현재 시간을 카운트하여 상기 공조기 가동 예정시간에 도달하면 각 존의 공조 제어기에 가동 명령을 인가하여 상기 공조기의 가동을 개시하는 공조기 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 DB에서 상기 공조기 가동 예정시간에 매칭된 공조기 가동 정보의 제어값을 이용하여 각 공조기의 제어모듈 별 초기 가동 조건을 조절하는 공조기 제어 시스템.
  16. 공조기 제어 시스템의 서버가 도장공정라인의 복수의 존(Zone)에 각각 배치된 공조기의 가동 시점을 제어하는 방법에 있어서,
    a) 각 존 별로 배치된 공조 제어기로부터 외기의 온도와 습도, 내기의 온도와 습도, 스프레이 부스의 온도와 습도 안정화 조건 설정 값, 상기 공조기 작동 상태를 포함하는 공조기 가동 정보를 수집하여 DB에 저장하는 단계;
    b) 공조기 가동이력에 따른 안정화 소요 시간이 누적된 데이터베이스(DB)에서 현재 공조기 가동 정보와 동일한 조건의 안정화 소요시간을 검색하는 단계;
    c) 생산라인의 가동 여부를 체크하여 상기 생산라인의 가동 시 스프레이 부스에 차량 도착 시점을 계산하는 단계; 및
    d) 상기 차량 도착 시점을 기준으로 상기 안정화 소요시간을 역산하여 도출된 공조기 가동 예측시간에 상기 공조 제어기로 상기 공조기 가동 명령을 인가하는 단계;
    를 포함하는 공조기 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 공조기 가동 예측시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내인 조건을 충족할 때까지 상기 공조기 가동 예측 시간을 지속적으로 산출하여 DB에 업데이트하는 단계를 포함하는 공조기 제어 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    지속적으로 업데이트되는 상기 공조기 가동 예측 시간과 현재 시간을 비교한 편차값이 소정 허용시간 이내이면, 상기 공조기 가동 예측 시간을 공조기 가동 예정시간으로 고정하는 단계; 및
    상기 현재 시간을 카운트하여 상기 공조기 가동 예정시간과 같아지면 각 존의 공조 제어기에 가동 명령을 인가하여 상기 공조기의 가동을 개시하는 단계;
    를 포함하는 공조기 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 DB에 공조기의 가동 여부를 확인하는 플래그 값을 "1"로 입력하여 가동상태를 확인하는 단계를 포함하는 공조기 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 DB에서 상기 공조기 가동 예측시간에 매칭된 공조기 별 제어값을 추출하여 각 공조기의 제어모듈 별 초기 제어 조건을 조절하는 단계를 더 포함하는 공조기 제어 방법.
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