KR20000031286A - 두 가닥 통신선에 의한 형광등의 디밍 제어알고리즘 - Google Patents

Abstract

이 발명은 두 가닥 통신선에 의한 형광등의 디밍 제어알고리즘으로서 조명기기의 최적운용을 위하여 조명기기 자체의 효율 향상과 에너지 절약을 위한 운용 시스템의 설계가 필요하게 되었다. 그래서 이 발명에 의해 개개의 형광등을 디밍할 수 있는 시스템과 이를 효율적으로 관리할 수 있는 알고리즘을 실현하기 위해 적합한 하드웨어와 소프트웨어를 설계, 구성하고 이를 사용자 욕구에 맞게 운용할 수 있는 Firmware를 제시한다.

즉 Dimming 제어 시스템은 자동모드와 수동모드가 있으며, 자동/수동 모드는 PC 또는 리모콘에 의해 선택된다. 자동모드에서는 주위의 밝기에 따라 Light Sensor에 의해 입력되는 전압과 밝기 설정 volume을 통해 사용자에 의해 설정된 기준전압과 비교하여 이 두전압의 차가 가장 가깝도록 제어하고, 수동모드에서는 CSMA/CD 프로토콜을 사용하는 두가닥 통신라인으로 연결된 PC에 의해 원격제어가 가능하며, 또한, 리모콘에 의해서도 switch를 이용하여 밝기를 제어할 수 있도록 한 것이다.

Description

두 가닥 통신선에 의한 형광등의 디밍 제어알고리즘

Key Word : 조명제어, 에너지 절약, 설비의 통합관리시스템, 지능형 빌딩, 방전등 제어

발명과 비교되는 종래의 기술

＜본 제안 기술의 차별성＞

1) 선진외국의 제품(예, 필립스)에 본 발명품과 유사한 기능을 가지고 있는 것은 있지만 하드웨어와 소프트웨어를 독자적으로 설계, 제작한 고유의 기술이다.

2) 개개의 조명기기 제어 및 동작상태의 정보를 감시, 관리하는 기능은 국내외에 현존하지 않음.

3) 사용자의 요구에 맞게 소프트웨어를 맞춤형으로 처리할 수 있는 Firmware를 구축함.

4) LCM이 부착된 곳의 모든 조명등을 개개로 파악하고 있기 때문에 기존 시설물에서 개 보수가 쉽고 확장성이 매우 높다.

5) PC와의 연계가 필요치 않는 곳은 LED 표시기를 써서 저렴한 비용으로 기능을 확인 할 수 있다.

6) 본 알고리즘의 적용은 건축물의 보안을 책임자가 조작해야 하는 경우에는 보안을 위해 password를 설정하여 시스템의 보안을 철저히 한다.

종래의 기술이 가지는 문제점 또는 단점

종래의 기술은 두 가닥 전선으로 개개의 조명을 관리, 제어가 안 될 뿐 아니라 워크스테이션이 아닌 PC 수준에서 저렴하게 위에 열거한 기능을 발휘할 수 없다.

5항에서 제시한 성능의 장점이 있는 반면에 현재 가장 성능이 우수하다고 알려져 있는 Philips IFS 계열 제품에 비해 제조 원가가 다소 비싸지는 단점은 있으나 개개 조명을 제어 관리할 수 있으므로 성능에 비하면 직접적인 경제성은 비교가 안될 것으로 생각되며 점점 건축물의 각 시설들이 정보화 되어 가는 추세에 각광을 받을 수 있는 기술이 될 것임.

조명기기의 최적운용을 위하여 조명기기 자체의 효율 향상과 에너지를 절약하는 운용 시스템의 설계가 필요하다. 대부분의 광원으로는 형광등을 비롯한 방전등을 사용하고 있는데 이 방전등의 조도를 조절하는 디밍 안정기의 개발과 이를 효과적으로 관리할 수 있는 시스템의 구현은 조명시설의 효율적인 사용을 위해 긴요하다고 판단된다.

그러므로 개개의 형광등을 디밍할 수 있는 시스템과 이를 효율적으로 관리할 수 있는 알고리즘을 실현하기 위해 적합한 하드웨어와 소프트웨어를 설계, 구성하고 이를 사용자 욕구에 맞게 운용할 수 있는 Firmware를 제시하는데 본 발명의 목적을 둔다.

1) 지정된 최대조도를 위한 최소전력을 사용자의 편의에 따라 on/off 스위칭 제어, 균일한 배광제어 및 사용시각 제어 등의 기능을 지원한다.

2) 정보화 시대를 앞두고 조명 시스템의 전산화와 자동화를 위하여 조명제어기와 기존 PC와의 통신포트가 지원되도록 한다.

3) 조명의 통합관리 제어시스템을 효과적으로 운용하기 위하여 통신 소프트웨어는 ISO의 표준 통신 프로토콜 체계로 설계되어 있어 통합제어 관리의 표준화를 지원한다.

본 시스템에서 구현한 조명제어 알고리즘은 제어 및 관리를 위한 소프트웨어를 장착한 PC와 제어모듈(또는 제어기)들로 구성된다. 제어모듈은 경제성을 고려하여 네트워크와 주변설비 인터페이스를 장착하며, PC를 통하여 전체 지능형 제어시스템을 관리할 수 있는 GUI 소프트웨어를 구현한다. 지능형 제어 시스템은 2개의 망 구조를 가지고 있다. 제어모듈사이에는 꼬인 두 가닥(twisted-pair) 통신선을 전송매체로 하여, 버스/링/스타 등 다양한 방식의 통신 토폴로지를 지원하는 근거리 통신망 구조를 가지고 있으며, 주 조명제어기와 부 조명제어모듈 사이에는 RS-485를 이용한 멀티포인트 방식의 토폴로지를 가진다.

그러므로 각 조명 또는 설비의 정보를 하나하나 체크하며 개개의 필요한 성능을 제어할 수 있는 저가형 조명 및 전기설비를 통합제어, 관리할 수 있는 지능형 시스템을 구현하는 것을 본 발명의 주요 목적으로 한다.

발명의 구조나 방법, 그리고 기술적 특징

1) 종래의 선진외국 제품이 그룹제어와 시간제어를 하는 것에 비해 본 제품은 개개의 조명기기의 제어 및 동작상태의 정보를 감시, 관리한다.

2) 하드웨어와 소프트웨어 설계를 독자적으로 개발했으며 설치장소와 사용자의 요구에 맞게 소프트웨어를 맞춤형으로 처리하는 독창성이 있다.

3) 적용하는데 개 보수가 용이하고 확장성이 매우 크다.

4) PC와의 연계가 필요치 않는 곳은 LED 표시기를 써서 저렴한 비용으로 기능을 확인 할 수 있다.

5) 기타 본 기술에 관련된 주요 요소의 핵심기술은 별도로 특허 출원 중에 있음.

6) 건축물의 보안을 위해 전문 책임자가 조작해야 하는 경우에는 시설물의 보안을 위해 password를 설정하여 시스템의 보안을 철저히 한다.

발명의 작동원리 및 작동방법

두 가닥 통신선에 의한 Dimming 전자식 안정기 조도제어 알고리즘은 자동모드와 수동모드로 원격제어 되도록 한다. 이 시스템의 작동원리와 방법의 한 예를 다음에 설명하고자 한다.

Dimming 제어 시스템(도4)은 자동모드와 수동모드가 있으며, 자동/수동 모드는 PC 또는 리모콘에 의해 선택될 수 있다. 자동모드에서는 주위의 밝기에 따라 Light Sensor에 의해 입력되는 전압과 밝기 설정 volume을 통해 사용자에 의해 설정된 기준전압과 비교하여 이 두전압의 차가 가장 가깝도록 제어된다. 도5는 처리 흐름도를 나타내며 하드웨어적으로 비교기를 이용하여 두 전압의 대소를 검사한다. 수동모드에서는 CSMA/CD 프로토콜을 사용하는 두가닥 통신라인으로 연결된 PC에 의해 원격제어가 가능하며, 또한, 리모콘에 의해서도 switch를 이용하여 밝기를 제어할 수 있다.

디밍 조명제어 알고리즘의 주요 소프트웨어의 기능은 표1과 같다.

상기의 식별자가 없습니다.

도1은 조명등 배치(4x4)의 평면 구조도

도2는 조명제어모듈(LCM)

도3은 조명제어시스템(LCS)

도4는 Dimming 제어 알고리즘

도5는 자동모드 Dimming 제어의 흐름도

표1은 조명제어 소프트웨어 기능

도1의 도면은 형광등 가로, 세로 각각4줄로 이루어진 사례를 평면도로 나타낸 그림으로 각 형광등에는 등의 밝기를 조절할 수 있는 전자식안정기가 있고 전자식안정기의 바이어스 단자는 LCM(Light Control Module, 조명제어모듈)에 연결되어 있으며 각 LCM들은 두 가닥 통신선에 의해 병렬로 LCS(Light Control System)에 연결되어 제어 및 명령을 받도록 되어 있다.

도 2는 조명제어모듈(LCM)의 내부 구조도로서 마이크로프로세서 칩이 내장되어 있고 리모콘에 의한 조작이 가능하도록 조도센서, 적외선(IR) 인터페이스가 있어서 조명의 밝기, 동작상태 및 기타 정보의 파악과 명령을 주고 받을 수 있게 하며 다른 전등과도 서로 연계동작이 되도록 RJ11의 두 가닥 통신선으로 조명제어 시스템(LCS)에 병렬로 연결하여 LCS에 의해 모든 조작명령과 정보자료를 처리하게 한다.

도3은 LCS(조명제어 시스템)의 구조를 나타낸 것으로 여러 개의 LCM을 통제하도록 하여 원하는 밝기의 조명제어를 수행하게 한다. 여기서는 개개의 조명 뿐 아니라 시설된 공간에 적합한 배광특성 곡선을 갖도록 스프트웨어(사용자 목적에 맞도록 설정가능)로 제어하게 한다.

비교적 조명등의 갯수가 많지 않은 경우에는 LCS와 LCM만으로도 충분한 조명의 밝기, 온 오프 등의 제어가 잘 수행된다. 그러나 영업용 건축물의 경우는 제어대상의 규모가 크고 관리해야 할 조건 등이 매우 다양하므로 여러대의 LCS를 한 대의 PC로 묶어 다양한 사용자의 요구조건을 만족시키기 위해 소프트웨어로 쉽게 처리되도록 하드웨어가 설계되어 있다.

도면에 표시된 주요부분의 명칭

1. 도1의 LCM : 디밍 안정기 바이어스 회로에 연결하여 조명등의 조도를 제어

2. 도2의 마이크로프로세서 : 디밍 제어기의 모든 정보처리 및 관리

3. 도2의 광 센서부 : 조명등의 조도를 감지하여 조도를 제어하는데 이용

4. 도2의 IR 센서부 : 리모콘에 의해 조작되도록 적외선 신호를 받음

5. 도2의 RJ11 콘넥터와 통신선 : 두 가닥의 통신선(Twist Pair)을 통해 통신처리

6. 도3의 마이크로 콘트롤러부 : 여러 대의 LCM을 통제하고 제어하는 CPU의 기능수행

7. 도3의 TP(Control Bus) : PC와의 연결로 다양한 소프트웨어 기능처리

8. 도1의 PC(GUI Client) : 사용자 인터페이스는 사용자에게 편리한 GUI(Graphic User Interface) 지원을 원칙으로 하고 있으며, 이를 위하여 VISUAL BASIC4.0언어를 이용하여 클라이언트 프로그램을 개발하였다. DDE서버는 각 조명 제어기의 조명 등과 관련된 인덱스 정보를 저장, 관리하는 데이터베이스를 구축하여 클라이언트의 요구에 대해 해당되는 조명제어시스템과 통신이 이루어지도록 중계역할을 수행한다.

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○에너지 절약효과

절약효과 : 최소 25% 이상

- 디밍제어에 의한 효과 : 약 5%

- 시간제어에 의한 절약 : 약 10%

- 공간제어에 의한 절약 : 약 10%

○인력절감

건축물의 조명 및 기타 각종 설비의 관리를 전산화시키므로 인력의 절감은 물론 비전문가도 쉽게 관리할 수 있다. 종래의 고급의 인텔리전트 빌딩 시스템의 고급 기술자만이 운용할 수 있어 사후관리에 많은 애로가 있는 것에 비해 본 개발제품은 PC의 간단한 조작을 할 수 있는 수준이면 누구나 관리가 가능함.

○파급효과

- 수요량

: 예측하기에는 매우 어려우나 홍보와 에너지 절약 정신의 파급에 따라 사업화가 진행 될 수록 수요의 증가 추세는 급증할 것으로 예상

- 에너지 절약 가능량

: 조명용 전력 중 약 25% 절약 가능

- 부대효과

: 시간 환경 개선

: 조명기기의 수명연장

: 빌딩 에너지 관리기술 축적

Claims (2)

1. 제시한 기술내용을 동작하는 하드웨어와 소프트웨어
2. 1) 본 기술을 관리, 제어하는 알고리즘

   2) 하드웨어와 통신방식

   3) 본 제품에서 타사 제품과 차별시킬 수 있는 주요 핵심요소 기술의 내용은 별도로 특허 출원 중임

   표 1