KR102648709B1 - 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents
가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102648709B1 KR102648709B1 KR1020210025995A KR20210025995A KR102648709B1 KR 102648709 B1 KR102648709 B1 KR 102648709B1 KR 1020210025995 A KR1020210025995 A KR 1020210025995A KR 20210025995 A KR20210025995 A KR 20210025995A KR 102648709 B1 KR102648709 B1 KR 102648709B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas pipe
- gas
- heater
- information
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 38
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 181
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000002168 optical frequency-domain reflectometry Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
- G01K13/024—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
- G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
- G08B21/14—Toxic gas alarms
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
- G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Economics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Marketing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Abstract
본 발명은, 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신하는 통신 장치; 가스 배관을 포함하는 배관 계통에 관한 그래픽 모델을 이용하여 센싱 정보를 표시하는 HMI(Human-machine Interface) 모듈; 가스 배관을 통해 공급되는 물질에 관한 센싱 정보를 표시하게 HMI 모듈을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는, 그래픽 모델에서 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보를 함께 표시하게 HMI 모듈을 제어하는 가스 배관 모니터링 시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 위치에 따른 온도 정보가 표시되고, 온도 정보에 기반하여 히터 제어를 통한 가스 배관의 온도 제어가 가능하다.
Description
본 발명은 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정에 안정적인 가스 공급을 위한 가스 배관 모니터링 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것이다.
특수가스는 일부 국한된 용도에 사용되는 데 특히 반도체 웨이퍼 제조 공정에는 진행 공정마다 특수가스가 사용되기도 한다.
반도체용 특수가스 종류는 수많은 단계를 거치는 반도체 제조공정만큼이나 다양하다. 예를 들어 에칭용, 증착용, 확산용, 세정용 등으로 용도에 따라 서로 다른 특수가스가 반도체 공정에 사용된다.
특수가스는 넓게 분포되어 있는 반도체 공정 라인에 배관을 통해 공급될 수 있다. 특수가스가 공급되는 가스 배관은 플랜트 내에서 장거리에 걸쳐 설비되는 경우가 있다. 이러한 가스 배관은, 가스가 주입되는 공정
지하에 매설되거나, 옥외에 설치되거나, 지상 옥내에 설치될 수 있다. 가스 배관에는 각종 가스가 흐르게 되는데, 반도체 공정에서는 지속적으로 일정량의 가스가 공급되어야 하는데, 이러한 가스는 가스 배관의 온도에 따른 승화 또는 액화 현상으로 인해 공급이 중단되거나 일정량에 미지지 못하게 공급되어 공정에 피해를 줄 수 있다. 반도체 공정에서 가스의 공급이 원활하지 않은 경우, 막대한 손해가 이어지기 때문에 가스 공급의 안정성은 중요한 주제에 해당한다.
기존의 가스 배관 모니터링 시스템은, 장거리 가스 배관의 특정 위치에 설치된 아날로그 센서, 즉 온도계를 이용하여 가스 관의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 기반하여 가스 배관의 모니터링이 수행되었다. 이러한 과거 모니터링 시스템에 의한 측정에는 측정 지점에 한계가 있었고, 측정 값에 오차가 많았다.
관련 기술로서 등록공보 제10-1988361호의 등록 발명은 가스 공급 시스템에 관한 것으로, 실린더 장치 및 공급용 콘트롤 장치를 포함하는 가스 공급 시스템을 개시하는 데, 디지털 감지 장치로서 고온온도센서를 이용하여 공정 가스의 공급 상태를 모니터링 하는 점에서, 광파이버 센서를 이용하는 본 발명의 구성과 구별된다.
관련 기술로서 공개공보 제10-2019-0135674호의 공개 발명은 OFDR을 이용한 플랜트 배관 온도 모니터링 장치에 관한 것으로, 광원부, 광센서부, OFDR 신호 계측부, 신호처리부 및 제어부를 개시하는 데, OFDR을 이용하는 점에서, 시간 영역에서 산란광을 분석하는 본 발명의 구성과 구별된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 히팅을 위한 라인과 온도 측정을 위한 라인이 서로 분리되어 있던 종래 기술과 비교하여, 히터와 광섬유 센서를 포함하는 단일 케이블의 롱 라인 히트(Long Line Heat)를 이용하여 간편하게 가스 공급 라인을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 가스 배관의 노출 형태에 따라 독립적으로 히터가 구동되는 가스 배관 모니터링 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 물질의 상평형 데이터에 기반하여 물질의 상변화의 위험도를 단계를 나누어 표시하는 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 물질의 압력 변화에 기반하여 히터의 턴오프 동작을 제어하는 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 외부 온도 정보를 모니터링에 이용하고, 이것과 배관 온도와의 차이를 표시하는 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 배관 온도와 외부 온도와의 관계에 대해 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델을 이용하는 가스 배관 모니터링 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 기본의 SCADA에 포함되거나, 이와 연동되고, 물질 상태의 모니터링과 히팅 제어가 모두 가능한 가스 배관 모니터링 시스템을 구축하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 가스 공급 라인이 설치된 장소의 특징과 시간대 별, 계절 별로 기온의 분포에 따라 가스의 액화를 방지하기 위해 가스 공급 라인의 적정 온도를 유지하도록 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템은, 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신하는 통신 장치; 가스 배관을 포함하는 배관 계통에 관한 그래픽 모델을 이용하여 센싱 정보를 표시하는 HMI(Human-machine Interface) 모듈; 가스 배관을 통해 공급되는 물질에 관한 상기 센싱 정보를 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는, 그래픽 모델에서 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보를 함께 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 가스 배관 모니터링 시스템은, 물질에 관한 상평형 데이터를 저장하는 저장 장치를 더 포함하고, 제어부는, 상평형 데이터에 기반하여, 상기 물질의 상태 정보를 이용하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 단계를 나누어 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 가스 배관 모니터링 시스템은, 광파이버를 이용하여 가스 배관의 온도를 계측하는 분포 온도 계측장치(Distributed Temperature Sensor, DTS)를 더 포함하고, 통신 장치는, DTS로부터 가스 배관의 온도 측정 지점에 관한 위치 정보 및 온도 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 통신 장치는, 가스 배관에 설치된 압력 센서로부터 가스 배관 내 물질의 압력 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 가스 배관 모니터링 시스템은, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 상태 유지를 위한 히터를 구동하는 히터 모듈을 더 포함하고, 제어부는, 센싱 정보에 기반하여 상기 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 히터 모듈은, 가스 배관의 노출 형태에 따라 독립적으로 설치된 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 히터 모듈은, 지하에 매설된 배관, 공기에 노출된 배관, 옥내에 설치된 배관, 및 옥외에 설치된 가스 배관을 구별하여 설치된 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부는, 히터 모듈의 히터 턴온(turned on) 동작을 제어하는 경우, 상기 가스 배관의 온도 변화에 기반하되, 상기 가스 배관의 온도 변화보다 먼저 계측되는 상기 가스 배관 내의 물질의 압력 변화를 이용하여 상기 히터 모듈의 히터 턴오프(turned off) 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 통신 장치는, 가스 배관의 노출 형태에 따라 설치된 온도 센서로부터 상기 가스 배관의 외부 온도 정보를 수신하고, 제어부는, 센싱 정보를 이용하여 상기 가스 배관의 온도 정보와 상기 외부 온도 정보와의 차이를 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부는, 과거에 수집된 외부 온도와 가스 배관 온도와의 상관관계에 관한 데이터셋을 이용하는 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델을 이용하여 상기 가스 배관의 외부 온도 정보에 기반하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 미리 예측하도록 구성될 수 있다.
또한, 센서는, 하나의 케이블 내에 광파이버(Optical Fiber) 및 가스 배관의 가열에 사용되는 히팅 케이블(Heating Cable)이 포함된, 광파이버 센서(Optical Fiber Sensor)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, HMI 모듈은, 스카다(SCADA) 시스템에서 사용되는 HMI 모듈을 포함하고, 가스 배관 모니터링 시스템은, 스카다(SCADA) 시스템에 포함되거나, 스카다 시스템과 연동하도록 구성될 수 있다.
또한, 히터 모듈은, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 이용하여 상기 히터를 구동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법은, 제조 공정에 가스를 공급하기 위해 설치된 가스 배관 계통에 관한 가상의 모델을 구성하는 단계; 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신하는 단계; 및 가상의 모델에 관한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 이용하여 상기 센싱 정보를 표시하는 단계를 포함하되, HMI 모듈의 제어를 통해 상기 그래픽 모델에서 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보가 함께 표시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 위치에 따른 온도 정보가 표시되고, 온도 정보에 기반하여 히터 제어를 통한 가스 배관의 온도 제어가 가능하다.
또한, 인공지능 모델을 이용하여 가스 배관의 외부 온도 정보에 기반하여 물질의 상변화의 위험도가 미리 예측될 수 있다.
또한, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 온도 정보에 기반하여 가스 배관의 히팅을 통해 물질의 상변화에 대응할 수 있다.
또한, SCADA 시스템을 이용하거나 이와 연동하여 가스 배관 모니터링이 가능하다.
도 1은 광파이버에 입사된 광의 산란을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 광의 산란의 종류를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 네트워크 관계도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 결선도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 GUI 예시도이다.
도 2는 광의 산란의 종류를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 네트워크 관계도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 결선도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 GUI 예시도이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
광파이버 센서는 광파이버 자체가 센서로 기능하는 것인데, 센서부에 전원이 필요하지 않고, 전자 유도의 영향을 받지 않고 계측이 가능한 것이 장점이다. 광파이버를 센서로서 사용하려는 시도는 1970년대부터 시작되어 현재는 많은 종류의 광파이버 센서가 사용되고 있다.
특히 분포형 온도 계측 장치는 일반적으로 DTS(Distributed Temperature Sensor)라 불리며 1980년대 후반에 실용화, 제품화된 것으로 광파이버 센서 중에서도 역사가 오래되어 많은 산업 분야에서 사용되고 있다.
광파이버에 펄스광을 입사시키면 그 광펄스는 광파이버 안에 전파된다. 이 광펄스는 광파이버 안에 전파되면서 각부에서 극히 소량이긴 하지만 산란하면서 감쇠한다. 이 산란광의 대부분은 레일레이 산란광이라 불리며 광파이버 내의 미소 굴절률의 흔들림에 의해 발생하는 것으로, 그 파장은 입사한 빛과 동일하다.
산란광 안에서는 광파이버의 석영 분자의 격자 진동과 에너지 교환을 하며 그 결과 입사광의 파장이 약간 시프트 되는 경우가 있다. 이것을 라만 산란광이라고 한다.
도 1은 광파이버에 입사된 광의 산란을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 단일 파장(λlaser)의 레이저 광이 분자와 충돌하면, 3가지 종류의 산란이 발생한다. 3가지의 산란은 서로 다른 주파수에서 발생하는데, 입사광과 동일한 파장의 산란에 해당하는 Rayleigh Scattering, 입사광보다 작은 파장의 산란에 해당하는 Anti-Stokes Raman Scattering 그리고 입사광보다 큰 파장의 산란에 해당하는 Stokes Raman Scattering이 묘사되어 있다.
도 2는 광의 산란의 종류를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, Rayleigh 산란, Brillouin Stokes, Brillouin Anti-Stokes, Raman Stokes, 및 Raman Anti-Stokes 산란의 주파수 범위가 묘사되어 있다.
라만 산란광에 는 2가지 성분이 있다. 하나는 격자 진동에 에너지를 부여한 빛이 장파장 측으로 시프트하는 스토크스광이며, 또 하나는 안티 스토크스광이다. 특히 안티 스토크스광의 강도는 산란이 발생한 위치에서 광파이버 온도에 의해 크게 변화한다. 따라서 라만 산란광의 강도를 측정하면 라만 산란광이 발생한 장소의 온도 정보를 알 수 있다.
광파이버 내에서 산란한 빛은 그 대부분이 광파이버 밖으로 방출되지만, 일부는 광파이버 안으로 역진하여 입사단으로 되돌아간다. 펄스광을 입사하고 나서 산란광이 입사단에 되돌아올 때까지의 시간을 계측하면 광파이버 내의 전파 속도는 이미 알고 있기 때문에 그 산란광이 발생한 위치 정보를 알 수 있다. 이 위치 정보와 온도 정보를 조합하여 정리하면 광파이버 전체 길이의 온도 분포를 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템에 의하면, DTS는 1개의 광파이버를 배관을 따라 깔기만 해도 전체 길이의 온도 분포를 파악할 수 있기 때문에 가스 배관의 길이 방향으로 길어지는 설비의 온도 감시에 최대한 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 네트워크 관계도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 모니터링 장치(100)와 다른 구성요소 간의 네트워크 연결 관계가 묘사되어 있다. 도 3과 같이 가스 배관 모니터링 시스템(10)은 단일의 장치 또는 도 3에 포함된 전체 구성요소(200 내지 500) 중에서 일부 또는 전체를 포함하도록 구성될 수 있다. 가스 배관 모니터링 장치(100)는, DTS(200), 히터 제어기(400), 가스 제어기(500) 및 사용자 단말(600)과 네트워크(700)를 통해 통신 가능하도록 서로 연결될 수 있다.
가스 배관 모니터링 장치(100)는, HMI의 모니터링 기능을 제어하고, 히터에 의한 가스 배관의 히팅 기능을 제어하고, 모니터링 중에 알람의 설정, 동작 및 해제 등의 알람 기능을 제어하고, 각종 데이터셋의 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델의 학습, 테스트 및 동작을 제어할 수 있는 컴퓨팅 장치, 즉 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 가스 백관 모니터링 시스템(10)은 단일의 장치로 구성되거나, 상기 열거된 기능을 각각 수행하는 장치들의 집합 형태로 구현될 수 있다.
DTS(200)는, 가스 배관의 온도를 계측하는 분포 온도 계측장치(Distributed Temperature Sensor, DTS)로서 광파이버 센서를 이용하여 가스 배관에 대해 온도를 측정하고, 측정 지점의 위치 정보 및 온도 정보를 출력하는 기능을 한다. DTS(200)는, 광원부, 수신부, 신호처리부, 온도 측정부, 및 위치 측정부를 포함하도록 구성될 수 있다.
광파이버 내에서 빛의 속도를 알고 있으므로 산란광이 되돌아오는 시간을 측정하면 산란광이 발생한 위치가 계산될 수 있다. 산란되어 되돌아온 광신호 중에 온도에 따라 진폭이 달라지는 라만(Raman) 산란광이 있는데, 이 두 파장의 비를 측정하여 광섬유의 절대 온도가 계산될 수 있다. Rayleigh 산란광 = 입력광의 1/1000이고, 스토케, 안티-스토케광 = Rayleigh 산란광의 1/1000이다.
DTS의 경우 응답거리가 1m 이상 있기 때문에 국소적으로 발열 또는 온도 상승하는 부분의 온도 파악에는 적합하지 않은 경우도 있지만, 광파이버를 미리 코일 형태로 묶은 것을 사용하면 응답 거리가 길다는 결점을 보완해 시공될 수 있다.
센서는 서로 다른 기능을 수행하는 하나 이상의 센서들을 포함하도록 구성될 수 있다. 센서에는 광파이버 센서(300), 배관 내의 물질의 압력을 계측하는 압력 센서, 배관 외부의 온도, 예를 들어 배관이 설치된 옥내 및 옥외의 공기 온도, 배관이 매설된 지하의 온도를 측정하는 온도 센서가 포함될 수 있다.
센서는, 하나의 케이블 내에 가스 배관의 가열에 사용되는 히팅 케이블(Heating Cable)과 함께 구비되는 광파이버 센서(Optical Fiber Sensor)(300)를 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 광파이버 센서(300)와 히터, 예를 들어 히팅 케이블을 하나의 공정을 통해 배관에 설비하는 것이 가능하다.
히터 제어기(400)는, 센싱 정보에 기반하여 히터의 턴온(turned on) 동작 및 턴오프(turned off) 동작을 자동으로 제어하는 기능을 한다. 가스 배관 모니터링 장치(100)는 PLC 장치와 같은 장치를 이용하여 히터 제어기(400)를 제어할 수 있다.
가스 제어기(500)는, 가스 배관을 통해 공급되는 가스, 예를 들어 반도체 공정에 사용되는 특수가스의 공급 제어, 예를 들어 에어밸브 및 솔레노이드 밸브 등의 전자장치의 제어를 통해 가스의 공급을 제어하는 기능을 한다. 가스 제어에도 PLC 장치가 이용될 수 있다.
사용자 단말(600)은, 가스 배관 모니터링 장치(100)를 서버로 하는 클라이언트에 해당한다. 사용자 단말(600)은, 클라이언트 PC, 모바일 단말 형태로 구현될 수 있다. 사용자는 클라이언트 PC를 이용하거나, 개인 모발일 단말을 이용하여 웹브라우저를 통해 가스 배관 모니터링 장치(100)에 접속할 수 있다.
네트워크(700)는 유선 및 무선 네트워크, 예를 들어 시리얼 통신, LAN(local area network), WAN(wide area network), 인터넷(internet), 인트라넷(intranet) 및 엑스트라넷(extranet), 그리고 모바일 네트워크, 예를 들어 셀룰러, 3G, LTE, WiFi 네트워크, 애드혹 네트워크 및 이들의 조합을 비롯한 임의의 적절한 통신 네트워크 일 수 있다.
네트워크(700)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치 및 게이트웨이와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(700)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(700)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 장치(100)는, 제어부(110), 입력 장치(120), 출력 장치(130), 저장 장치(140), 통신 장치(150), 및 메모리(160)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 메모리(160)는 HMI 모듈(161), 히터 모듈(162), 알람 모듈(163), 및 인공지능 모델(164)을 저장할 수 있다.
제어부(110)는 프로세서 형태로 구현될 수 있으며, 입력 장치(120), 출력 장치(130), 저장 장치(140), 통신 장치(150), 및 메모리(160)의 기본적인 동작을 제어하는 기능을 한다. 그 밖에 제어부(110)는 가스 배관 모니터링 방법의 실행과 관련하여, 하드웨어 또는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있는 HMI 모듈(161), 히터 모듈(162), 알람 모듈(163), 및 인공지능 모델(164)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어 제어부(110)는, 가스 배관을 통해 공급되는 물질에 관한 센싱 정보를 표시하게 HMI 모듈을 제어할 수 있다. 제어부(110)는, 그래픽 모델에서 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보를 함께 표시하게 HMI 모듈(161)을 제어할 수 있다.
입력 장치(120)는, 사용자 입력 장치(120)에 해당하는 마우스, 키보드 및 터치 스크린 등을 포함할 수 있다. 넓은 범위의 가스 배관 모니터링 시스템(10)은 입력 장치(120)로서 DTS(200)를 포함하도록 구성될 수 있다.
출력 장치(130)는 가스 배관의 상태 모니터링이 가능한 모니터, 배관 내의 물질의 상태 변화의 위험도를 소리로 출력하는 스피커를 포함할 수 있다.
저장 장치(140)는, 각종 정보 및 데이터, 예를 들어 물질에 관한 상평형 데이터를 저장할 수 있다. 이 경우 제어부(110)는, 상평형 데이터에 기반하여, 상기 물질의 상태 정보를 이용하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 단계를 나누어 표시하게 HMI 모듈(161)을 제어할 수 있다.
통신 장치(150)는, 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신할 수 있다. 또한 통신 장치(150)는 DTS로부터 가스 배관의 온도 측정 지점에 관한 위치 정보 및 온도 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 통신 장치(150)는, 가스 배관에 설치된 압력 센서로부터 가스 배관 내 물질의 압력 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 통신 장치(151)는, 가스 배관의 노출 형태에 따라 설치된 온도 센서로부터 상기 가스 배관의 외부 온도 정보를 수신하고, 제어부(110)는, 센싱 정보를 이용하여 가스 배관의 온도 정보와 상기 외부 온도 정보와의 차이를 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
메모리(160)는, 프로그램 형태로 구현된 HMI 모듈(161), 히터 모듈(162), 알람 모듈(163), 및 인공지능 모델(164)을 저장, 즉 로드할 수 있다.
HMI 모듈(161)은 가스 배관을 포함하는 배관 계통에 관한 그래픽 모델을 이용하여 상기 센싱 정보를 표시하는 기능을 한다. HMI 모듈(161)은 에디팅 기능을 통해, 현실의 가스 배관을 표현한 가상의 가스 배관 계통의 그래픽 모델을 CAD를 이용하여 구현할 수 있다.
히터 모듈(162)은 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 상태 유지를 위한 히터를 구동하는 기능을 한다. 히터 모듈(162)은, 가스 배관의 노출 형태에 따라 독립적으로 설치된 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 지하 매설 구간, 지상 옥외 구간 및 지상 옥외 구간으로 배관의 온도 분포가 유사한 구간을 나누어, 해당 구간 별로 설치된 히터를 턴온 및 턴오프한다. 제어부(110)는, 센싱 정보에 기반하여 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
히터 모듈(162)은, 지하에 매설된 배관, 공기에 노출된 배관, 옥내에 설치된 배관, 및 옥외에 설치된 가스 배관을 구별하여 설치된 히터의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 이 경우 제어부(110)는, 히터 모듈의 히터 턴온(turned on) 동작을 제어하는 경우, 가스 배관의 온도 변화에 기반하되, 가스 배관의 온도 변화보다 먼저 계측되는 상기 가스 배관 내의 물질의 압력 변화를 이용하여 상기 히터 모듈의 히터 턴오프(turned off) 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
히터 모듈(162)은, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 이용하여 상기 히터를 구동하도록 구성될 수 있다.
알람 모듈(163)은, 센싱 정보, 예를 들어 물질의 온도 및 압력 정보와 물질의 상평형 데이터에 기반하여, 물질의 상변화의 위험도가 높은 단계에 이르면, 시각 및 청각 중에서 적어도 하나의 방법을 통해 이를 알리는 기능을 한다. 가스 배관 내의 물질, 예를 들어 암모니아나 이산화탄소는 상온에서 기체로 존재하지만, 삼중점의 분포에 따라 특정 압력에서, 기체의 온도가 임계 온도 아래로 떨어지면, 승화 또는 액화를 하게 되고, 가스의 원활한 공급을 위해 이러한 상변화를 미리 방지해야 한다.
인공지능 모델(164)은, 과거에 수집된 빅데이터를 이용하여 외부 온도와 가스 배관 온도와의 관계에 대해 학습을 통해 훈련된 예측 모델에 해당한다. 제어부(110)는, 과거에 수집된 외부 온도와 가스 배관 온도와의 상관관계에 관한 데이터셋을 이용하는 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델을 이용하여 가스 배관의 외부 온도 정보에 기반하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 미리 예측하도록 구성될 수 있다.
스카다(SCADA) 또는 감시 제어 데이터 취득(Supervisiroy Control Aand Data Acquisition)은 원거리에 있는 설비들을 집중 감시하거나 제어하기 위한 시스템이다. 다양하고 복잡한 설비를 간소화, 자동화하고 이들 설비와 계통들을 한곳에서 효과적으로 감시, 제어, 측정하여 분석, 처리함으로써 설비 및 계통의 합리적 운용 및 효율적인 에너지 관리를 가능하게 만드는 시스템이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HMI 모듈(161)은, 스카다(SCADA) 시스템에서 사용되는 HMI 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가스 배관 모니터링 시스템(10)은, 스카다(SCADA) 시스템에 포함되거나, 스카다 시스템과 연동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템은, 스카다 시스템 내에서, 수행되고 이에 기반하여 히터의 제어가 가능하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 결선도이다.
도 5를 참조하면, 가스 배관 모니터링 장치(100)는 서버로서, 사용자 단말(600)이 클라이언트로서 이데넷을 통해 통신 연결될 수 있다. 가스 배관 모니터링 장치(100)는 히터 제어기(400)와도 이데넷을 통해 통신 연결될 수 있다. 사용자는 서버인 가스 배관 모니터링 장치(100)에 연결된 출력 장치(130)인 모니터링 모니터 및 사용자 단말(600)을 이용하여 가스 배관의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한, 사용자는 클라이언트인 사용자 단말(600)을 통해 히터 제어기(400)의 동작을 제어할 수 있다.
히터 제어기(400)는 DTS(200)와 이더넷 Modbus 프로토콜을 이용하여 통신할 수 있다.
히터 제어기(400)는 DTS(200)와 이더넷 모드버스(Ethernet Modbus) 프로토콜을 이용하여 시리얼 통신이 가능하게 연결될 수 있고, 광파이버 센서(300)의 동작에 따른 센싱 정보에 기반하여 히터를 제어하도록 구성될 수 있다. 히터는 광파이버 센서(300)와 동일한 케이블 내에 위치하도록 구성될 수 있다.
DTS(200)는 레이저 광을 송출하고 산란광을 수신한다. 그리고 DTS(200)는 산란광의 특징을 분석함으로써 가스 배관의 온도 정보 및 위치 정보를 출력할 수 있다.
가스 제어기(500)는 히터가 내장된 센서(300)가 측정하는 가스 배관의 각종 전자 밸브를 제어하는 기능을 한다. 가스 제어기(500)도 PLC 등을 매개로 시리얼 또는 이더넷을 통해 가스 배관 모니터링 장치(100)에 통신 연결될 수 있다.
히터 제어기(400), DTS(200) 및 가스 제어기(500)는, 가스의 종류 별로 복수 개로 구성될 수 있다. 도 5를 참조하면 NH3 가스에 대해 Line A 내지 Line C가 구비되고, DTS(210) 및 가스 제어기(510)가 배정되고, 각 Line은 독립 채널을 구성한다. CO2 가스에 대해 Line D 및 Line E가 구비되고, DTS(220) 및 가스 제어기(510)가 배정되고, 마찬가지로 각 Line은 독립 채널을 구성한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 방법(S100)은, 가스 배관에 관한 가상의 모델 구성(S100), 가스 배관에 설치된 센서로부터 센싱 정보 수신(S120), 가상의 모델에 관한 GUI를 이용하여 센싱 정보 표시(S130) 및 가스 배관의 온도를 조절하기 위해 히터 제어(S140)를 포함하도록 구성될 수 있다.
가스 배관 모니터링 시스템(10)은, 제조 공정에 가스를 공급하기 위해 설치된 가스 배관 계통에 관한 가상의 모델을 구성할 수 있다(S110).
가스 배관 모니터링 시스템(10)은, 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신할 수 있다(S120).
가스 배관 모니터링 시스템(10)은, 가상의 모델에 관한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 이용하여 상기 센싱 정보를 표시할 수 있다(S130).
가스 배관 모니터링 시스템(10)은, HMI 모듈의 제어를 통해 상기 그래픽 모델에서 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보를 함께 표시할 수 있다(S140).
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 배관 모니터링 시스템의 GUI 예시도이다.
도 7을 참조하면, 전체 GUI 화면은, 전체 메뉴, 구간 정보 항목, 상세 정보 항목, 연계 시스템 정보 항목, 및 섹션 정보 항목을 포함하도록 구성될 수 있다.
전체 메뉴에는, 홈(Home), 모니터링 정보에 관한 히스토리(History), 요약(Summary) 및 환경 세팅(Settings)의 하부 메뉴가 포함되도록 구성될 수 있다.
구간 정보 항목에서, 가스 배관의 섹션이 선택될 수 있고, 선택된 섹션에 대한 온도 정보 및 위치 정보가 상세정보 항목에 표시될 수 있다.
도 7을 다시 참조하면, 반도체 공정에 가스를 공급하는 가스 배관 계통의 가상 모델이 묘사되어 있다. VDS는 Valve Dispensing System 의 약자로서, 가스를 공급하는 소스에 해당한다. VDS에서 공급된 가스는 배관을 통해, FAB(Fabrication)를 거쳐, GIB(Gas Isolating Box) 또는 GCS(Gas Chemical System)까지 운반된다. 전체 가스 배관은, 공급에서 소비까지, 복수의 채널, 예를 들어 제1 채널 내지 제4 채널, 복수의 섹션, 예를 들어 제1 섹션 내지 제6 섹션으로 구분될 수 있다. 하나의 채널에는 하나의 가스가 흐르고, 동일한 가스가 흐르는 하나의 채널이라도, 해당 채널의 섹션이 위치하는 환경, 예를 들어 지상/지하, 옥내/옥외에 따라 배관의 온도는 다르게 나타날 수 있다.
가스 배관은, 가스가 흐르는 메인 관, 메인 관에 접촉되어 메인 관의 온도를 측정하고, 메인 관을 가열하는 케이블 및 메인 관과 케이블을 감싸는 보온재를 포함하도록 구성될 수 있다. 메인 관에 접촉되는 케이블은, 광파이버 센서와 히터, 예를 들어 히팅 케이블을 포함하도록 구성될 수 있다.
단일의 광파이버 센서는 하나의 배관에 대응되게 설치되고, 하나의 채널을 구성할 수 있다. 하나의 채널은 복수의 섹션을 구성하므로, 각 섹션의 온도는 거리 및 배관의 설치 장소에 따라 다르게 나타날 수 있다.
하나의 채널은, 섹션 별로 복수 개의 독립한 히팅 케이블이 지정될 수 있다. 예를 들어 CO2 가스를 운반하는 제1 채널의 가스 배관에서, 제1 섹션 내지 제6 섹션은 독립적으로 히팅이 이루어지게 히팅 케이블이 설계될 수 있다. 즉 옥외에 설치된 제 4 섹션에 추가 히팅 케이블이 설치될 수 있다. 또는 지하에 설치된 제5 섹션에 대해서는 온도의 변화가 적은 섹션에 해당되어, 다른 섹션과 독립된 히팅 케이블이 사용될 수 있다.
상세 정보 항목에는, 선택된 섹션에 대해 채널 별 온도 정보 및 위치 정보가 표시될 수 있다.
연계 시스템 정보 항목에는, 온도(TEMPERATURE), 시스템(SYSTEM), DTS 및 센서(SENSOR) 항목이 있어서 이에 관한 정보 등이 표시될 수 있다.
섹션 정보 항목에는, 각 섹션에 대해 온도 단계 별로 서로 다른 색을 이용하여 물질의 명칭과 물질이 흐르는 배관의 온도가 표시될 수 있다. 이 경우, 물질의 상변화가 우려되는 섹션에 대해서 위험도가 표시될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 위치에 따른 온도 정보가 표시되고, 온도 정보에 기반하여 히터 제어를 통한 가스 배관의 온도 제어가 가능하다.
또한, 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 온도 정보에 기반하여 가스 배관의 히팅을 통해 물질의 상변화에 대응할 수 있다.
또한, 인공지능 모델을 이용하여 가스 배관의 외부 온도 정보에 기반하여 물질의 상변화의 위험도가 미리 예측될 수 있다.
또한, SCADA 시스템을 이용하거나 이와 연동하여 가스 배관 모니터링이 가능하다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10: 가스 배관 모니터링 시스템(gas pipe monitoring system)
100: 가스 배관 모니터링 장치(gas pipe monitoring device)
110: 제어부(controller)
120: 입력 장치(input interface)
130: 출력 장치(output interface)
140: 저장 장치(storage device)
150: 통신 장치(transducer)
160: 메모리(memory)
161: HMI 모듈(Human-to-Machine Interface)
162: 히터 모듈(heater module)
163: 알람 모듈(alarm module)
164: 인공지능 모델(Artificial Intelligence)
200: DTS(Distributed Temperature Sensor)
300: 광파이버 센서
400: 히터 제어기(heater controller)
500: 가스 제어기(gas controller)
600: 사용자 단말
700: 네트워크
100: 가스 배관 모니터링 장치(gas pipe monitoring device)
110: 제어부(controller)
120: 입력 장치(input interface)
130: 출력 장치(output interface)
140: 저장 장치(storage device)
150: 통신 장치(transducer)
160: 메모리(memory)
161: HMI 모듈(Human-to-Machine Interface)
162: 히터 모듈(heater module)
163: 알람 모듈(alarm module)
164: 인공지능 모델(Artificial Intelligence)
200: DTS(Distributed Temperature Sensor)
300: 광파이버 센서
400: 히터 제어기(heater controller)
500: 가스 제어기(gas controller)
600: 사용자 단말
700: 네트워크
Claims (14)
- 반도체 제조공정에 사용되는 특수가스에 해당하는 물질을 운반하는 가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신하는 통신 장치;
상기 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 상태 유지를 위한 히터를 구동하는 히터 모듈;
상기 가스 배관을 포함하는 배관 계통에 관한 그래픽 모델을 이용하여 상기 센싱 정보를 표시하는 HMI(Human-machine Interface) 모듈; 및
상기 가스 배관을 통해 공급되는 상기 물질에 관한 상기 센싱 정보를 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 통신 장치는,
상기 가스 배관의 노출 형태에 따라 설치된 온도 센서로부터 상기 가스 배관의 외부 온도 정보를 수신하고,
상기 히터 모듈은, 상기 가스 배관의 노출 형태에 따라 지하에 매설된 가스 배관, 공기에 노출된 가스 배관, 옥내에 설치된 가스 배관 및 옥외에 설치된 가스 배관을 구별하여 독립적으로 설치된 상기 히터의 구동을 제어하고,
상기 제어부는,
상기 히터 모듈의 히터 턴온(turned on) 동작을 제어하는 경우, 상기 가스 배관의 온도 변화에 기반하되, 상기 가스 배관의 온도 변화보다 먼저 계측되는 상기 가스 배관 내의 물질의 압력 변화를 이용하여 상기 히터 모듈의 히터 턴오프(turned off) 동작을 제어하고,
상기 그래픽 모델에서 상기 센싱 정보를 이용하여 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보를 함께 표시하되, 상기 가스 배관의 온도 정보와 상기 외부 온도 정보와의 차이를 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 물질에 관한 상평형 데이터를 저장하는 저장 장치를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 상평형 데이터에 기반하여, 상기 물질의 상태 정보를 이용하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 단계를 나누어 표시하게 상기 HMI 모듈을 제어하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
광파이버를 이용하여 가스 배관의 온도를 계측하는 분포 온도 계측장치(Distributed Temperature Sensor, DTS)를 더 포함하고,
상기 통신 장치는,
상기 DTS로부터 가스 배관의 온도 측정 지점에 관한 위치 정보 및 온도 정보를 수신하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 통신 장치는,
상기 가스 배관에 설치된 압력 센서로부터 가스 배관 내 물질의 압력 정보를 수신하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 센싱 정보에 기반하여 상기 히터의 구동을 제어하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
과거에 수집된 외부 온도와 가스 배관 온도와의 상관관계에 관한 데이터셋을 이용하는 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델을 이용하여 상기 가스 배관의 외부 온도 정보에 기반하여 상기 물질의 상변화의 위험도를 미리 예측하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서는,
상기 가스 배관의 가열에 사용되는 히팅 케이블(Heating Cable)과 함께 하나의 케이블 내에 구비되는 광파이버 센서(Optical Fiber Sensor)를 포함하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 HMI 모듈은,
스카다(SCADA) 시스템에서 사용되는 HMI 모듈을 포함하고,
상기 가스 배관 모니터링 시스템은,
상기 스카다(SCADA) 시스템에 포함되거나, 스카다 시스템과 연동하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 히터 모듈은,
프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 이용하여 상기 히터를 구동하도록 구성되는,
가스 배관 모니터링 시스템. - 가스 배관 모니터링 시스템에 의해 수행되는 방법으로서,
HMI(Human-machine Interface) 모듈을 이용하여 반도체 제조공정에 사용되는 특수가스를 공급하기 위해 설치된 가스 배관 계통에 관한 가상의 그래픽 모델을 구성하는 단계;
가스 배관에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 가스 배관에 관한 센싱 정보를 수신하는 단계;
상기 가스 배관의 노출 형태에 따라 설치된 온도 센서로부터 상기 가스 배관의 외부 온도 정보를 수신하는 단계;
상기 가상의 모델에 관한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 이용하여 상기 센싱 정보를 표시하는 단계; 및
상기 가스 배관을 통해 공급되는 물질의 상태 유지를 위한 히터를 히터 모듈을 통해 제어하는 단계를 포함하되,
상기 히터 모듈은, 상기 가스 배관의 노출 형태에 따라 지하에 매설된 가스 배관, 공기에 노출된 가스 배관, 옥내에 설치된 가스 배관 및 옥외에 설치된 가스 배관을 구별하여 독립적으로 설치된 상기 히터의 구동을 제어하고,
상기 히터 모듈의 히터 턴온(turned on) 동작을 제어하는 경우, 상기 가스 배관의 온도 변화에 기반하되, 상기 가스 배관의 온도 변화보다 먼저 계측되는 상기 가스 배관 내의 물질의 압력 변화를 이용하여 상기 히터 모듈의 히터 턴오프(turned off) 동작을 제어하고,
상기 HMI 모듈의 제어를 통해 상기 가상의 그래픽 모델에서 상기 센싱 정보를 이용하여 센싱 지점의 위치 정보와 온도 정보가 함께 표시되되, 상기 가스 배관의 온도 정보와 상기 외부 온도 정보와의 차이가 표시되는 것을 특징으로 하는,
가스 배관 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210025995A KR102648709B1 (ko) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210025995A KR102648709B1 (ko) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220121643A KR20220121643A (ko) | 2022-09-01 |
| KR102648709B1 true KR102648709B1 (ko) | 2024-03-15 |
Family
ID=83281925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210025995A KR102648709B1 (ko) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102648709B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308841A (ja) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Hitachi Ltd | パイプライン管理データ処理装置、パイプライン管理データ処理方法、パイプライン管理データプログラム、及びパイプライン管理データ処理システム |
| JP5223681B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-06-26 | 住友電気工業株式会社 | 流動体の物理量測定方法及び制御方法 |
| JP2014038039A (ja) | 2012-08-17 | 2014-02-27 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法 |
| KR101447925B1 (ko) * | 2013-08-22 | 2014-10-08 | 주식회사 엘지씨엔에스 | 누출 신호 분석 방법 |
| KR102167005B1 (ko) * | 2018-11-08 | 2020-10-16 | 충북대학교 산학협력단 | 다중 kafka를 이용한 실시간 데이터 전송 시스템 및 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5223681B2 (ko) * | 1972-03-21 | 1977-06-25 | ||
| KR101988361B1 (ko) | 2017-06-15 | 2019-06-12 | 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 | 가스 공급 시스템 |
| KR20190135674A (ko) | 2018-05-29 | 2019-12-09 | (주)셀로직 | Ofdr을 이용한 플랜트 배관 온도 모니터링 장치 |
| KR20200103179A (ko) * | 2019-02-13 | 2020-09-02 | 한국가스안전공사 | 배관 정밀안전진단 시스템 |
-
2021
- 2021-02-25 KR KR1020210025995A patent/KR102648709B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308841A (ja) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Hitachi Ltd | パイプライン管理データ処理装置、パイプライン管理データ処理方法、パイプライン管理データプログラム、及びパイプライン管理データ処理システム |
| JP5223681B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-06-26 | 住友電気工業株式会社 | 流動体の物理量測定方法及び制御方法 |
| JP2014038039A (ja) | 2012-08-17 | 2014-02-27 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法 |
| KR101447925B1 (ko) * | 2013-08-22 | 2014-10-08 | 주식회사 엘지씨엔에스 | 누출 신호 분석 방법 |
| KR102167005B1 (ko) * | 2018-11-08 | 2020-10-16 | 충북대학교 산학협력단 | 다중 kafka를 이용한 실시간 데이터 전송 시스템 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220121643A (ko) | 2022-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA3067678C (en) | Method and system for detecting whether an acoustic event has occurred along a fluid conduit | |
| CN206488060U (zh) | 一种地下综合管廊天然气管道泄露在线监测预警装置 | |
| CN102306019A (zh) | 封闭式圆形煤场光纤温度监测方法及光纤监测装置 | |
| KR20140063956A (ko) | 공동주택 발열선 제어시스템 | |
| TW202225941A (zh) | 虛擬檢視設施中之裝置 | |
| KR102648709B1 (ko) | 가스 배관 모니터링 방법 및 시스템 | |
| CN105784287B (zh) | 一种温控电阻、供热管道中膨胀节泄漏检测装置和方法 | |
| CN105157872B (zh) | 一种电缆温度监测方法及其装置 | |
| KR102113951B1 (ko) | IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템 | |
| US11536624B1 (en) | Systems and methods for detecting water leaks | |
| CN203868703U (zh) | 一种基于网格化光纤传感器的管道监测系统 | |
| CN206740176U (zh) | 城市地下综合管廊的多物理量监测系统 | |
| CN115950461B (zh) | 基于光纤传感技术建筑安全监测系统及其监测方法 | |
| KR102550344B1 (ko) | 온도 측정 기능의 히팅 케이블, 이의 제조방법, 캘리브레이션 방법 및 이를 이용하는 가스 배관 모니터링 시스템 | |
| Jones et al. | Condition monitoring system for TransGrid 330 kV power cable | |
| Zhang et al. | The research of distribute temperature monitoring system early warning fire in coal belt conveyor | |
| CN109404734A (zh) | 基于光纤光栅的天然气管道泄露检测系统 | |
| Du et al. | Study on distributed optical fiber heating pipeline network leak detection system | |
| CN107607066A (zh) | 一种地下空间建筑内积水区域的差分检测方法及系统 | |
| Grosswig et al. | Pipeline leakage detection using distributed fibre optical temperature sensing | |
| CN204705606U (zh) | 一种保温层效能实时在线分布式监测系统 | |
| Zhang et al. | Distributed Fiber Optic Raman Thermometer and Applications | |
| KR20150106384A (ko) | 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템 및 그 제어방법 | |
| KR101571233B1 (ko) | 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템 및 그 제어방법 | |
| Zurkanain et al. | Investigation and Implementation of IoT Based Oil & Gas Pipeline Monitoring System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |