KR20050005827A - 웹기반 원격무인 중소규모 하폐수처리장 시설감시 제어용수질측정 및 공정최적관리를 위한 의사결정시스템이결합된 일체형 통합시스템 - Google Patents
웹기반 원격무인 중소규모 하폐수처리장 시설감시 제어용수질측정 및 공정최적관리를 위한 의사결정시스템이결합된 일체형 통합시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 인터넷 전용선을 이용한 중소규모 하ㆍ폐수처리장의 수질오염 농도측정뿐만 아니라 하ㆍ폐수처리 공정설비의 원격감시 및 제어기능을 가진 통합형 장치인 바, 기존의 설비는 수질측정 장치와 하ㆍ폐수처리설비 제어장치가 별도의 제품으로 나누어져 있었으나 본 발명의 장치는 수질측정과 측정 농도의 이상발생시 시료의 채취 및 저온보관기능을 가지고 있으며 또한 의사결정시스템을 포함한 하수처리설비 제어장치 그리고 인터넷 전용선을 이용한 원격지에서 하수처리 시설운영 전반에 걸친 감시 및 제어가 가능하도록 구성된 일체형 통합시스템에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 중소규모 하ㆍ폐수처리장 시설감시 제어용 웹기반 원격무인 수질측정 및 공정최적관리를 위한 의사결정시스템의 일체형 통합장치는 수질오염정도를 측정하기 위해 시료를 펌핑하는 시료채취부(1), 펌핑된 시료의 유기물, 수소이온농도, 전기전도도 또는 부유물질의 농도 및 함량을 측정하는 실시간 수질측정부(2), 측정된 수질오염 Data들의 측정신호를 변환할 디지털/아날로그 변환장치(4), 설정된 오염농도 기준치를 초과할 경우 시료가 실시간으로 시료보관함에 자동 채취 및 저장되는 저온시료보관함(3), 하수처리장의 기계설비의 가동상태의 정보를 전송하고 기계설비 운전조건에 따라 시설운전을 제어할 수 있는 피엘씨 장치(6), 수질오염 Data와 공정설비의 Data들을 분석하여 최적의 공정제어를 판단할 수 있는 의사결정 프로그램이 내장된 운전관리용 피씨(5), 처리설비와 수질측정 Data를 디스플레이 할 수 있는 LCD디스플레이 출력장치(8), 하수처리장의 운영현황을 원격지에서 제어할 수 있도록 인터넷전용망을 사용하여 원격관리용 피씨(9)로 전송할 수 있는 신호전송 제어장치(7)로 구성된 일체형 통합시스템을 특징으로 한다.
이러한 통합장치의 발명으로 중소규모 하ㆍ폐수처리장 운영 중에 발생하는 이상상황에 신속하게 대처하여 방류수질 기준치를 넘지 않는 안정적인 처리수를 배출할 수 있게 된다. 또한 본 시스템의 사용으로 하수처리 운영에 경제적인 부담을 줄이며, 과학적이고 체계적인 시스템으로 시설관리 전반에 걸친 효율 향상에 기여 할 수 있다.
Description
본 발명은 하수처리장의 처리공정별 운영현황 및 하수처리 단위설비의 가동상태를 원격에서 감시 및 제어할 수 있도록 통합일체형 장치를 이용하여 실시간의 수질측정 Data와 처리장의 설비 운영 및 작동상태 등의 운전 Data를 전송받은 운전관리용 피씨는 의사결정 프로그램에 내장된 로직에 따라 현재 공정상태의 적정성 유무를 인터넷 전용망을 통하여 원격지의 중앙 조업자에게 실시간으로 전송함으로써 조업자는 현장에 있지 않더라도 처리장의 운영상태를 파악하여 정상적인 운영을 위한 현장 제어 Data를 입력하면 신속하고 정확하게 하수처리장내 단위공정설비를 제어하여 하수처리장을 최적으로 운영할 수 있는 수질감시 일체형 통합시스템에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리장은 고전적인 PID Control방식을 사용하여 제어하는데, 이때 달성 목표 값의 설정은 주변 환경과 수질상태에 따라 작업자가 직접 현장에서 조작하고 관리해야 했다. 그러나 사계절 변화가 뚜렷한 국내에서는 유입수 농도 및 온도 등 계절에 따른 수질변화가 크고 이에 적합한 운영을 위해서 유기물 및 고도처리에 적합한 수처리 설비의 제어인자를 수질상태가 변할 때마다 조업자가 하수처리장에 상주하여 계속 조절해야 하는 작업의 번거로움과 관리 인력의 비용 문제로 처리장 운영이 원활하지 못하게 되는 원인이 되었다.
이들 처리장의 단위공정 설비부분에서는 펌프, 브로워, 교반기 등의 기계설비와 COD, DO, pH, SS 등의 수질측정 센서장치 그리고 기계설비 제어를 위한 피엘씨 및 다중 데이터 처리장치 등이 별개의 제품으로 각각 설치되어 왔다. 이로 인한 소규모 하수처리장 공사에서는 공사비에 대한 상당한 비용을 지출할 뿐 아니라 각각의 설비설치 및 유지보수비용 역시 큰 비중을 차지하여 적절한 운영 및 관리가 되지 않아 운영효율의 저하로 인한 안정적인 방류수질을 확보하지 못한 상태로 하천에 방류하게 되어 하천 수계의 오염을 가중시켜 왔다.
또한 최근 정보화 관련 신기술(IT)이 급속히 기초 환경시설 관리에 접목되면서 시설운전관리의 감시 및 제어를 위한 원격자동화 추세가 급격한 물결을 타고 있다. 중대형 하수종말처리장 또는 마을 단위의 중소규모 하수처리장들마다 운영비용을 절감하고 효율적으로 관리하기 위해 다양한 시스템을 도입하고 관리 인력을 최소화하는 추세이나 분산된 소규모 하수처리장은 규모 및 지리적 특성으로 지속적인 감시 및 유지관리에 어려움이 따르고 있다. 이를 해결하기 위해 국내 정보화기술을 이용하여 공정운전 및 관리 작업을 표준화하는 것이 그 대안으로 제시되고 있으나 현재 국내의 기술은 원격지에서 원격 감시는 가능하나 진단 및 제어가 불가능하여 이상 발생시 적절한 조치를 취하는데 어려움이 있고 이를 해결하기 위해 해외기술을 도입하였으나 우리 환경과 맞지 않아 실패를 겪는 사례가 있었다.
최근 통합관리의 추세에 따라 원격지에서 다중 시설물을 감시하고 관리 할수 있는 많은 통신 기술과 계측기술의 개발이 진전되어 왔다. 그러나 처리장 관리의 핵심인 이상상태를 자가진단하고 정상상태로 복귀하게 할 경우 여전히 현장을 방문하여 관측한 결과를 토대로 정상화해야 하는 기존의 방법과 크게 다르지 않다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 장치는 하수처리설비에 이상 진단 시스템 및 의사결정시스템을 적용하여 수질환경의 변화나 설비고장 혹은 장치이상 등으로 방류수질의 법적규제농도를 초과하는 이상상태 발생 시, 또는 시설물의 정상가동상태에서도 불시에 발생할 수 있는 방류수질 이상상태 발생시, 설비 및 수질 등에 관련된 축적된 Data를 바탕으로 도출된 공정분석 및 제어판단 로직(logic)이 내장된 의사결정프로그램이 자동으로 수질상태를 판단하여 실시간 운영 현황 Data를 인터넷을 통하여 조업자에게 전달 및 경보하며 조업자의 판단에 따라 원격지로부터 전달된 제어명령을 수신함으로써 하수처리 설비를 원격 제어하거나 조업자가 직접 현장을 방문 점검하여 원인조치를 수행하게 함으로써 안정적인 방류수질을 확보하도록 하는 일체형 통합시스템을 개발하는데 주안점을 두었다.
본 발명 장치는 원활한 원격자동 감시ㆍ제어를 위해 관리자가 가정이나 회사 그 외의 공공건물 등에서 항시 접할 수 있는 도구로 언제 어디서나 관리 및 원격제어가 가능하도록 인터넷을 이용한 시스템을 구성하였다. 즉, 하수처리장의 수질 측정 및 설비의 원격관리를 위해 본 개발 장치를 설치함으로써, 현장의 년, 월, 주, 일간 수질 Data를 인터넷을 통하여 웹 문서와 E-mail 형태로 쉽게 받아 볼 수 있으며 의사결정 프로그램에 따른 부하변화의 분석 자료 및 현장의 이상 유무를 즉시 확인할 수 있도록 한다. 또한 전용 웹 브라우저의 사용으로 이상상황에 대해 원격제어를 하여 관리 인력이 직접 현장에 배치되지 않아도 쉽게 방류수질 이상상태 발생시 긴급복구를 통하여 정상화에 필요한 시간을 최소화하고 관리비용을 최소화시키도록 중소규모의 하ㆍ폐수처리설비의 제어성능을 향상시키고 안정적인 수질확보가 가능하도록 하였다.
도 1은 본 고안에 따른 하수처리장 통합감시, 관리 시스템의 개략도
도 2는 본 고안에 따른 운영현황 Data 분석을 위한 의사결정시스템의 흐름도
도 3은 본 고안에 따른 운영현황 Data 분석을 위한 각 항목별 데이터베이스의 구성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 시료채취부 (2) : 실시간 수질측정부
(3) : 디지털/아날로그 변환장치 (4) : 저온시료보관함
(5) : 운전관리용 피씨 (6) : 피엘씨장치
(7) : 신호전송제어장치 (8) : LCD 디스플레이장치
(9) : 원격관리용 피씨
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 장치는 수질측정과 측정 농도의 이상발생시 시료의 채취 및 저온보관기능을 가지고 있으며 또한 의사결정시스템을 포함한 하수처리설비 제어장치 그리고 인터넷 전용선을 이용한 원격지에서 하수처리 전반에 걸친 감시 및 제어가 가능하도록 한 일체형 통합시스템을 제공함에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 통합장치로서, 시료채취부(1), 실시간 수질측정부(2), 저온시료보관함(3), 디지털/아날로그 변환장치(4)와 피엘씨 장치(6) 그리고 의사결정 프로그램이 내장된 운전관리용 피씨(5) 및 LCD 디스플레이장치(8)와 신호전송제어장치(7)로 구성하였다.
본 발명 장치에 가장 먼저 구성된 장치는 시료채취부(1)로 각 처리공정(10)에서 배출되는 시료를 신속하게 펌핑할 수 있도록 하였으며, 실시간 수질측정부(2)에서는 채취된 시료의 유기물, 수소이온농도, 전기전도도 및 부유물질의 농도ㆍ함량 등을 신속하게 측정하며, 측정되어진 4 ∼ 20mA 아날로그식의 수질 Data값은 디지털/아날로그 변환장치(4)를 통하여 운전관리용 피씨(5)로 전송된다. 특히, 운전관리용 피씨(5)에는 의사결정S/W를 설치하였는데, 이 소프트웨어는 처리장에서 측정된 실시간 수질 Data값을 저장하여, 원격 관리자의 필요에 따라 처리장 수질의 특징 및 변화추이를 한눈에 확인할 수 있도록 하였다. 뿐만 아니라, 이들 Data를 토대로 도출된 공정분석 및 판단제어 로직에 따라 공정의 이상 유무를 파악하고 반복적인 사고에 대해 스스로 인식하여 자동으로 직접제어하거나 원격의 관리자에게 위험상태를 알려줌으로써, 쉽고 빠르게 조치를 취할 수 있도록 하였다. 그러므로 기계작동 오류로 발생한 단순한 수질 이상상황 발생 시, 매번 조업자가 현장을 방문하여 직접 제어하지 않아도 되는 편리함을 제공한다. 또한 각 하수처리장 공정설비(11)는 피엘씨 장치(6)를 통하여 그 가동을 확인할 수 있고 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 LCD 디스플레이 출력장치(8)를 설치하여, 현 처리상태와 설비의 가동상태를 즉시 확인할 수 있게 됨으로 고장이나 수질의 이상상황 발생 시, 그 원인을 찾는데 소요되는 시간을 단축할 수 있고 조업자의 운영도 쉬워지게 하였다. 측정된 전기적 신호와 운전관리용 피씨(5)로부터 나온 데이터는 신호전송제어장치(7)를 통하여 안전하고 신속하게 원격관리용 피씨(9)로 전달된다. 또한 운전관리용 피씨(5)는 일정한 농도 및 함량을 초과하는 각 처리장의 수질기준을 설정하여 설정된 기준치를 초과한 오염원을 방류할 때 배출되는 시료를 실시간으로 저온시료보관함(3)에자동채취 및 상온 또는 저온으로 보존되도록 하여 보관된 시료를 실험실 또는 공인기관에서 분석하며 계측기 Data의 정상계측 유무를 공인된 기관에서 확인함으로써 효율적으로 사업시행자와 관리자의 처리장을 정상 운영 유무를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수질감시 및 운전제어 일체형 통합장치이다.
도 2는 처리장의 단위 공정 의사결정 제어 프로그램에 의한 조업현황 도출과정에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 운전관리용 피씨의 내장된 의사결정 S/W는 기계설비의 가동상태의 Data를 피엘씨 장치(6)로부터 전송받아 기계설비 이력 Data Base를 구성하게 되며, 그와 동시에 본 시스템에 디지털/아날로그 변환장치(4)로부터 전송받은 수질측정농도에 대한 수질측정 Data Base를 구성한다. 이 두 Data Base를 Interface 및 취합하여 공정 의사결정 제어 Logic에 따른 각 Data Base간의 실시간 데이터를 비교, 연산, 추론을 하여 현 조업현황에 대한 이상상태와 정상상태를 도출하게 된다. 이때 도출된 조업현황은 본 시스템의 LCD 디스플레이장치(8)로 출력이 되며 그와 동시에 원격지의 조업자에게 조업현황 Data를 전송하며 이상발생시 경보를 발생하게 된다.
원격지의 조업자는 본 시스템 의사결정프로그램의 도출된 조업현황 Data를 분석 및 판단하여 처리장의 이상상태의 원인 규명을 하여 안정적인 운영을 위한 제어명령을 입력하여 원격지의 처리장의 기계 설비를 제어하게 된다. 또한 조업자는 이상상태의 원인이 기계설비와 계측장치 자체에 있다고 판단될 때는 현장을 직접 방문하여 본 시스템의 설비와 기계설비의 점검을 실시하여 안정적인 조업이 가능하도록 한 시스템으로 구성되어 있다.
도 3은 조업지원용 S/W가 하수처리장의 운영현황을 분석하기 위한 처리장내 설치 계측기 및 기계설비에 대한 각 항목별 데이터베이스의 구성도를 나타난 도면이다. 현재 설치 및 운용되고 있는 하ㆍ폐수처리장은 처리규모 및 공법에 따라 설치되는 계측기와 기계설비는 복잡다양하며 종류별로 특색이 있어 조업현황을 분석하는데 어려움이 있었다. 하지만 첨부된 도면 도 3에서 보듯이 본 시스템의 조업지원용 의사결정 S/W는 처리장내 설치된 계측기와 기계설비의 운영 Data를 비슷한 항목들로 묶어서 데이터관리 및 데이터베이스를 구성하여 하위 데이터베이스에서 이상정보의 전송 시 단계적으로 각 항목별 데이터베이스에 상위데이터베이스와 취합 및 비교 상관관계분석 등의 일련의 데이터 연산 작업으로 조업지원용 의사결정 S/W에 내장된 제어로직에 따라서 현 상황에 알맞은 조업상태를 결정하게 된다. 조업지원용 의사결정 S/W의 결정된 조업상태는 첨부된 도면 도 2에 설명한 순서대로 처리장의 예방조치를 수행하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 의사결정시스템 소프트웨어가 내장된 수질감시 및 기계설비 제어를 위한 통합시스템을 이용하여 처리공정이 적절하게 가동되는지를 확인함으로써, Data가 축적되지 않은 이유로 관리 인력의 주관적인 판단에 의해 안정적인 수질을 확보하는데 실패하는 원인을 막을 수 있는 효과가 있다. 또한 단순한 기기고장에 의한 반복적인 사고가 발생할 때, 쉽게 그 원인을 찾아 빠르게 조치를 취하며 인터넷 망을 통해 원격에서 제어할 수 있으므로 시간낭비를 막을 수 있다. 요즈음은 단순 업무를 기피하는 추세로 현장인력을 적절하게 배치하기 어려운 실정이며, 처리장 운영관리비 중 가장 많이 차지하는 인력비를 줄일 수 있어 효율적이고 경제적이면서도 안정적으로 처리장을 운영할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 본 장치는 수질 측정 원격감시 및 기계설비의 제어가 가능한 의사결정시스템을 통합한 것으로 정상 운영되지 못하는 많은 소규모 하수처리장의 운영효율 향상을 도모할 수 있으며 또한 장비자체만으로도 경제적, 효율적 측면에서 도움을 줄 수 있다. 하수처리장의 설치계획이 전국적으로 추진중임을 감안할 때, 그 수요는 크게 늘어날 것으로 기대된다.
Claims (2)
- 수질오염정도를 측정하기 위해 각 처리공정(10)에서 배출되는 시료를 펌핑하는 시료채취부(1);펌핑된 시료의 유기물, 수소이온농도, 전기전도도 또는 부유물질의 농도 및 함량을 측정하는 실시간 수질측정부(2);측정된 수질오염 Data들의 측정신호를 변환할 디지털/아날로그 변환장치(4);설정된 오염농도 기준치를 초과할 경우 시료가 실시간으로 시료보관함에 자동 채취 및 저장되는 저온시료보관함(3);하수처리장 기계설비(11)의 가동상태의 정보를 전송하고 기계설비 운전조건에 따라 시설운전을 제어할 수 있는 피엘씨 장치(6);수질오염 Data와 공정설비의 Data들을 분석하여 최적의 공정제어를 판단할 수 있는 의사결정 프로그램이 내장된 운전관리용 피씨(5);처리설비와 수질측정 Data를 디스플레이 할 수 있는 LCD디스플레이 출력장치(8);하수처리장의 운영현황을 원격지에서 제어할 수 있도록 인터넷전용망을 사용하여 원격관리용 피씨(9)로 전송할 수 있는 신호전송 제어장치(7)로 구성된 것을 특징으로 하는 웹기반 원격무인 중소규모 하폐수처리장 시설감시 제어용 수질측정 및 공정최적관리를 위한 의사결정시스템이 결합된 일체형 통합시스템.
- 제 1 항에 있어서,전체 하수처리장을 감시, 제어하는 운전관리용 피씨(5)는 LCD 디스플레이 출력장치(8) 하단에 위치한 운전관리용 피씨(5)로서 디지털/아날로그 변환장치(4)로부터 입력받은 수질측정 데이터와 피엘씨 장치(6)로부터 입력받은 기계설비의 작동상태 데이터들이 저장된 데이터베이스의 실시간 데이터를 프로그램내의 Data base Interface를 통하여 수집하며 의사결정 프로그램에 내장된 하수처리장 공정 분석 및 제어판단 로직에 따라 정상적인 조업현황 범위 안에서는 전문 관리자의 도움 없이 자동으로 의사결정 프로그램이 직접제어하고, 비정상적인 조업의 결과 시에는 신호전송장치를 통하여 원격지의 조업자에게 처리장의 실시간 수질 데이터 제공 및 이상상황 발생의 경보를 전송하며 조업자는 의사결정프로그램이 제공한 정보를 판단 및 분석하여 조치상황에 따른 제어명령을 보내게 되며, 운전관리용 피씨(5)는 신호전송 제어장치(7)를 통하여 제어명령 Data를 수신함으로써 하수처리 설비의 제어가 이루어지도록 하여 비정상적인 조업에 대처할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 웹기반 원격무인 중소규모 하폐수처리장 시설감시 제어용 수질측정 및 공정최적관리를 위한 의사결정시스템이 결합된 일체형 통합시스템.
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