KR20050060792A - 빌딩 군 원격 관제 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빌딩 군 원격 관제 시스템에 관한 것으로, 각종 설비의 운행 조건별로 최적의 에너지 효율을 내었던 최적의 셋 포인트 데이터가 저장된 데이터베이스와, 센서 인터페이스 장치와 기상 방송 장치, 원적외선 장치 및 출입문 통제 장치 중에서 적어도 어느 하나의 연계 장치로부터 현재의 운행 조건을 수집하는 통신서버와, 최적 셋 포인트 데이터와 수집한 현재의 데이터를 서로 비교 연산하여 플러스(+) 또는 마이너스(-) 가중치의 계산을 통해 최적 제어 경로에 대한 이상적인 값을 생성한 후 통신서버를 통해 다수의 온 사이트 빌딩 자동제어 시스템(BAS) 중에서 해당하는 빌딩의 온 사이트 BAS로 최적 제어 경로를 전송하는 빌딩 진단 클라이언트를 포함하며, 기존 BAS 시스템의 핵심 데이터인 빌딩 설비에서의 빌딩 운행 상태 데이터에다가 본 발명에 따른 빌딩 에너지 사용 과거 이력 데이터 및 최적의 제어 경로 생성에 필요한 각종 데이터를 수집한 후 빌딩 별 최적의 제어 경로를 실시간으로 계산하여 주기적으로 보내주면서 빌딩 내 설비들을 제어함으로써 에너지 절약을 매우 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

빌딩 군 원격 관제 시스템{COMPLEX BUILDING CONTROL SYSTEM}

본 발명은 빌딩 군 원격 관제 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빌딩 운행 상세 분석을 통한 최적의 제어 경로를 실시간으로 생성하여 처리하는 에너지 진단 기능을 갖는 빌딩 군 원격 관제 시스템에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 빌딩 자동제어 시스템(Building Automation System; BAS)은 빌딩마다 각각의 감시실을 구축하여 빌딩내의 고용된 직원들에 의해 계획된 스케줄로 수동적으로 각각의 설비들을 제어 및 감시하거나, 자동적으로 스케줄을 생성시키는 BAS 시스템인 경우는 감시실내에 이러한 스케줄을 생성시키는 하드웨어 및 소프트웨어를 설치하기 위한 큰비용을 투자해야만 한다.

도 1은 빌딩 설비 중에서 운영비의 많은 부분을 차지하는 HVAC(Heating, Ventilating & Air Conditioning) 및 조명 장치 등에 대한 보편적인 빌딩 자동제어 시스템의 구성도이다.

빌딩 내의 HVAC(11)과 센서(12) 및 조명(13) 등과 같은 각종 설비에 데이터 수집 및 제어 장치인 직접 디지털 제어기(Direct Digital Controller; DDC)(21, 22, 23)가 각각 연결되어 데이터를 수집 및 제어하고, 수집된 데이터를 다양한 통신 프로토콜(Protocol)을 제공하는 상위 통합 장치인 스마트 센트럴(Smart Central)(30)로 전송한다. 이렇게 전송된 데이터는 다시 워크스테이션 등으로 구현되는 상위 제어 장치(40)로 보내어 빌딩을 감시 및 제어하는 구조를 갖는다.

이러한 설비들은 온도 및 습도, 빌딩 내에서 활동하고 있는 현재 사람수 등에 따라 여러 가지 전략으로 에너지 절약을 도모하게 되는데, 보통 설비들을 제어하는 방식은 감시실에서 설비의 현재 상태를 모니터링 하면서 감시실 운영자가 직접 각 설비에 연결되어 있는 직접 디지털 제어기(21, 22, 23)에 가동 및 정지 명령 등을 수동으로 내리면서 운영하거나, 각 설비들의 데이터 수집 및 제어를 담당하는 DDC(21, 22, 23)가 센서(12)(온도, 습도 등)의 값 및 이벤트 값에 따라 미리 결정된 오프라인(Off Line) 전략에 의해서 시스템의 가동, 정지 및 강도 등을 결정하며 제어하게 된다.

이와 같은 빌딩 자동제어 시스템에서는 데이터를 수집하는 장치인 DDC(21, 22, 23)에 의해 고장 및 운행 상태를 수집하는 방법에 있어서 설비에서 발생한 데이터는 무조건 필터링 없이 상위 통합 장치(30)로 전송하는 방법을 취하므로 너무 잦은 이벤트가 발생할 수 있다.

에너지 절약 전략을 수립하기 위해서는 DDC(22)에 연결되어 있는 각종 센서들의 값 및 다양한 종류의 이벤트 값에 따라 미리 결정된 오프라인 전략이 세워져 있어야 한다고 위에서 언급한바 있다.

그런데 이와 같은 방식으로 제어를 하기 위해서는 먼저 필요한 제어 변수가 되는 여러 요소에 대한 값을 얻기 위해서 각종 다양한 센서들이 한 제어기에 연결(Interface)되어야 한다.

그러나 하나의 DDC에 모든 센서를 연결하는 것은 불가능함으로 필요한 센서를 가지고 있는 DDC를 찾아내어 해당 DDC로부터 원하는 센서 데이터 값을 DDC간의 내부 통신을 통해 얻어야 한다. 이렇듯 원하는 센서 값을 찾아오는 방법은 복잡하고 여러 번의 통신 절차를 거쳐야 됨으로써 이에 따르는 시간적인 지연(Delay) 역시 매우 크다고 할 수 있다.

아울러 시스템 차원에서도 DDC내에 여러 가지 센서를 연결 가능 하도록 하려면 그에 따르는 ADC(Analog Digital Converter) 회로 설계 및 제작으로부터 하드웨어 비용만 하더라도 상당히 많은 비용이 소요 되여 비용 측면에서도 많은 부담이 될 수 있다.

또한 DDC가 고장 상태를 판단하는 경우 셀 수없이 다양한 운행 상황에 대해 고장 상태를 판단하기 위해서는 부수적인 연산만으로는 정확한 검출이 불가능하다. 따라서 고장 검출 및 운행 상태를 전담하는 감시 단말을 접속 해 보다 심도 있는 검출을 시도하게 되는데, 빌딩 설비 운행 상태의 다양성이라는 특성상 이 방법만으로는 완전히 정확한 고장의 판단을 한다는 것은 사실상 불가능하다. 그러므로 상황에 대한 보다 정확한 분석 및 고장에 대한 검증이 뒤따라야 하고, 발생되는 고장의 양상에 대해서도 보다 세밀한 분류로 나누어 처리해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 빌딩 운행 상세 분석을 통한 최적의 제어 경로를 실시간으로 생성하여 처리하는 에너지 진단 기능을 갖는 빌딩 군 원격 관제 시스템을 제공한다.

본 발명의 목적은 빌딩 군내의 각각의 빌딩 설비를 하나의 인공지능을 갖춘 원격 감시 시스템으로 최적의 제어 경로를 실시간으로 만들어 빌딩 군내의 각각의 빌딩으로 전송하여 자동제어를 통해 빌딩의 에너지 사용을 최적의 상태로 유지하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 운행 상태 데이터를 수집하는데 있어서는 발생된 운행 상태에 대해 전후 발생된 데이터를 세밀히 분석하여 고장상태 및 가동상태 등의 분류 하에 등급에 의한 세밀한 대처방안을 세우고 신뢰성 있는 고장 검출을 구현하여 빌딩 설비 운영상의 각종 세세한 문제점과 함께 긴급 상황 등의 심각한 문제까지도 종합적으로 대처 할 수 있는 고장 감시 체계를 구축하는 데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템은, 각종 설비의 운행 조건별로 최적의 에너지 효율을 내었던 최적의 셋 포인트 데이터가 저장된 데이터베이스와, 센서 인터페이스 장치와 기상 방송 장치, 원적외선 장치 및 출입문 통제 장치 중에서 적어도 어느 하나의 연계 장치로부터 현재의 상기 운행 조건을 수집하는 통신서버와, 상기 최적 셋 포인트 데이터와 상기 수집한 현재의 데이터를 서로 비교 연산하여 플러스(+) 또는 마이너스(-) 가중치의 계산을 통해 최적 제어 경로에 대한 이상적인 값을 생성한 후 상기 통신서버를 통해 다수의 온 사이트 빌딩 자동제어 시스템(BAS) 중에서 해당하는 빌딩의 온 사이트 BAS로 상기 생성된 최적 제어 경로를 전송하는 빌딩 진단 클라이언트를 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

본 발명의 요지는, 인공지능을 갖춘 원격 감시 센터 시스템의 다양한 빌딩 진단 클라이언트를 통하여 현재 빌딩 군의 운행 상황 데이터 및 과거 운행 상황 데이터 이력에 빌딩 진단 연계 장치인 출입문 통제 장치 및 온도, 습도 모니터링 장치 등을 종합하여 최적의 제어 경로(Optimal Control Path)를 실시간(Real Time)으로 만들어서 빌딩 군내의 각각의 빌딩으로 전송하여 자동제어를 통해 빌딩의 에너지 사용을 최적의 상태로 유지하는 것이다.

최적의 제어 경로를 생성하는데 있어 중요한 데이터인 빌딩 군의 운행 상황 데이터를 수집하는데 있어서는 최대한 정확한 수집을 위해 운행 상황 감시 단말 안의 운행 상황 판단 체계 및 원격 감시 센터로부터 생성되어 전송된 최적의 제어 경로에 따라 제어하는 온 사이트 BAS(ON SITE BAS) 구조를 이용한다.

본 발명에서는 빌딩 운행 제어, 빌딩 에너지 사용 이력 및 고장 대응에 필요한 모든 판단 기준을 원격 감시 센터에서 처리함으로써 종래의 BAS 시스템에서 빌딩 운영에 필요한 많은 고가 시스템의 구축 및 관리 요원 고용을 위해 요구되던 모든 비용을 매우 혁신적으로 절감 할 수 있다.

본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템은 도 2의 구성도에 나타낸 바와 같이, 과거 최적의 에너지 효율을 내었던 데이터를 저장하는 데이터베이스(120) 및 현재의 온도와 습도 및 조도 데이터를 수집하기 위한 센서 인터페이스 장치(210), 현재 빌딩 내에 활동하는 사람 수를 파악하기 위한 출입문 통제 장치(240) 및 원적외선 장치(220), 빌딩 외부 날씨를 파악하기 위한 인터넷 기상 방송 장치(230)와 연계하여 최적의 제어 경로 생성하는 빌딩 진단 클라이언트(130) 및 현재 운행되고 있는 설비 데이터를 수집하는 통신서버(110), 모니터링 클라이언트(140), 고장 경보 클라이언트(150)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템에 의한 빌딩 감시 및 제어 과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원격 감시 센터(100)의 데이터베이스(120)에는 빌딩별, 설비별, 날짜별, 시간별, 온도별, 습도별, 조도별, 빌딩 내 활동하고 있는 사람수별로 나뉘어서 최적의 에너지 효율을 내었던 최적의 셋 포인트(Optimal Set Point) 데이터가 저장되며, 원격 감시 센터(100)는 데이터베이스(120)에 저장된 최적의 셋 포인트 데이터를 현재 운행되고 있는 설비를 최적의 에너지 효율로 제어하기 위한 기준 데이터로 삼는다.

이를 위해, 원격 감시 센터(100)의 빌딩 진단 클라이언트(130)는 현재 운행되고 있는 설비별로 데이터베이스(120)에 저장된 상기 기준 데이터를 조회하여 기준 제어 경로를 설정한다(S401∼S402).

그리고, 통신서버(110)를 통해 센서 인터페이스 장치(210) 및 기상 방송 장치(230)로부터 현재 온도와 습도 및 조도 데이터, 오늘의 날씨 정보를 실시간으로 수집하고, 원적외선 장치(220) 및 출입문 통제 장치(240)로부터 현재 빌딩 내 활동하고 있는 사람수와 현재 시간(오전, 오후, 밤, 새벽) 등의 데이터를 실시간으로 수집한다(S403).

다음으로, 빌딩 진단 클라이언트(130)는 데이터베이스(120)에 저장된 기준 데이터들과 통신서버(110)를 통해 수집한 현재의 데이터를 서로 비교 연산함으로써 플러스(+) 또는 마이너스(-) 가중치(Weight)를 계산하여 최적 제어 경로에 대한 이상적인 값을 생성한다(S404∼S406).

이후, 빌딩 진단 클라이언트(130)는 통신서버(110)를 통해 다수의 온 사이트 BAS(310, 320, 330) 중에서 해당하는 빌딩 내의 온 사이트 BAS에 속한 빌딩 통합 제어 장치(311)와 접속한 후에 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 상기 생성된 최적 제어 경로를 전송한다. 이렇게 전송된 최적 제어 경로는 운행상태 데이터 수집 및 제어를 담당하는 데이터 수집 단말기(312, 314)로 전달된다(S407).

데이터 수집 단말기(312, 314)는 제어 명령을 수행함에 있어서 종래 BAS 시스템의 선형 P, PI, PD, PID 제어와 달리 비선형적인 입력 데이터가 많은 빌딩 상황에서 정확하고 안전한 제어를 하기 위해 모의실험(Simulation)을 통한 다중 학습을 하여 비선형적인 입력 값에 해당하는 제어 값을 테이블 형태로 내장하고, 퍼지 PID(Fuzzy PID) 알고리즘의 적용을 통해 퍼지 학습 테이블을 사용하여 비선형적인 데이터의 입력에도 원활히 제어를 할 수 있게 한다. 일예로, 선형 제어 알고리즘인 PID 제어에 상기 퍼지 학습 테이블을 가중치로 하여 PID 제어에 퍼지 학습을 결합한 퍼지 PID 제어 알고리즘을 적용한다.

데이터 수집 단말기(312, 314)는 가동 상태 데이터 및 고장 상태 데이터를 수집하는데 있어서 빌딩 내 HVAC(313)와 조명(315) 등과 같은 각종 설비의 모든 운행 사항들(가동 접점 트리거, 수동 스위치 ON/OFF 조작 회수, 고장 접점 트리거, 아날로그 수치 데이터 등)을 해당 설비로부터 전달받아 내부 메모리(도시 생략됨)에 저장해 두며, 이로서 내부 메모리는 과거로부터 현재까지 모든 최근 운행 상태 데이터들이 저장된다(S501∼S502).

그리고, 데이터 수집 단말기(312, 314)는 설비로부터 전송 받은 운행 상태 데이터를 기반으로 운행 상태 체크 알고리즘을 수행하여 각종 설비의 가동상태에 따른 정확한 동작여부를 판단 한 후 이상이 없을 시 원격 감시 센터(100)의 모니터링 클라이언트(140)에게 운행 상태 데이터를 전송한다(S503∼S505).

만약 이상이 발생한 것으로 판단된 경우에는 해당 데이터를 고장 검출 메모리에 저장하는 데, 이상 발생시점을 기준으로 하여 전후로 약 10개의 데이터(총 21개)를 저장하는 것이 바람직하며, 고장 검출 알고리즘을 수행하여 현재 입력된 데이터가 과거 고장이 발생했을 경우에 발생될 일련의 절차와 같은 지를 판단한다(S506∼S508).

이때, 현재 데이터가 고장 발생 일련의 절차와 같을 시에는 원격 감시 센터(100)로 고장 발생을 알려 고정경보 클라이언트(150)가 애프터서비스 요원 호출 등의 고장 대응 조치를 취할 수 있게 한다(S505).

그러나, 현재 데이터가 일련의 고장 발생 절차와 같지 않을 경우는 현재의 운행 상태 데이터를 이상 여부 확인 메모리에 저장한다. 이로서 원격 감시 센터(100)의 운영자는 모니터링 클라이언트(140)를 이용하여 데이터 수집 단말기(312, 314)의 이상 여부 확인 메모리를 수동으로 점검함으로써 현재의 운행 상태 데이터를 분석해 볼 수 있다(S509).

상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 기존 BAS 시스템의 핵심 데이터인 빌딩 설비에서의 빌딩 운행 상태 데이터에다가 본 발명에 따른 빌딩 에너지 사용 과거 이력 데이터 및 최적의 제어 경로 생성에 필요한 각종 데이터를 수집한 후 빌딩 별 최적의 제어 경로를 실시간으로 계산하여 주기적으로 보내주면서 빌딩 내 설비들을 제어함으로써 에너지 절약을 매우 효율적으로 수행할 수 있다.

아울러, 가동상태에 대한 제어로부터 고장 발생에 대한 대응까지 필요한 모든 판단을 원격 감시 센터에서 처리함으로써 온 사이트 BAS 시스템에는 저가의 시스템이 들어간다 하더라도 기존의 고가의 BAS 시스템이 낼 수 없었던 많은 기능까지 낼 수 있다.

또한, 기존 온 사이트 BAS 시스템에서는 빌딩 운영에 필요한 많은 운영 요원이 필요했으나 본 발명에서는 인공지능을 갖춘 원격 감시 센터를 통해 자동화된 관리를 해줌으로써 이러한 인력고용에 들어가는 비용 역시 매우 혁신적으로 절감 할 수 있다.

더욱이, 온 사이트 BAS 시스템에서의 데이터 수집 단말기는 다단계 운행 상태 분석에 의한 전후 데이터 분석에 의해서 가동상태 및 고장상태 등의 정확한 판단을 내리도록 하여 실제 상황과 일치하는 신뢰성 있는 데이터를 수집하여 고객 및 애프터서비스 요원들의 믿음 아래 감시 시스템의 운영 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 빌딩 자동제어 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템의 동작 흐름도,

도 4는 본 발명에 따른 빌딩 군 원격 관제 시스템에 의한 고장 감시 체계 흐름도.

Claims (9)

1. 각종 설비의 운행 조건별로 최적의 에너지 효율을 내었던 최적의 셋 포인트 데이터가 저장된 데이터베이스와,

   센서 인터페이스 장치와 기상 방송 장치, 원적외선 장치 및 출입문 통제 장치 중에서 적어도 어느 하나의 연계 장치로부터 현재의 상기 운행 조건을 수집하는 통신서버와,

   상기 최적 셋 포인트 데이터와 상기 수집한 현재의 데이터를 서로 비교 연산하여 플러스(+) 또는 마이너스(-) 가중치의 계산을 통해 최적 제어 경로에 대한 이상적인 값을 생성한 후 상기 통신서버를 통해 다수의 온 사이트 빌딩 자동제어 시스템(BAS) 중에서 해당하는 빌딩의 온 사이트 BAS로 상기 생성된 최적 제어 경로를 전송하는 빌딩 진단 클라이언트

   를 포함하는 빌딩 군 원격 관제 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터베이스에는 상기 셋 포인트 데이터가 빌딩별, 설비별, 날짜별, 시간별, 온도별, 습도별, 조도별, 빌딩 내 활동하고 있는 사람수별의 구분들 중에서 적어도 어느 하나의 구분으로 나뉘어 저장된 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 온 사이트 BAS는 각종 설비로부터 운행상태 데이터를 수집함과 아울러 상기 최적 제어 경로에 의거하여 상기 각종 설비를 제어하는 데이터 수집 단말기를 포함하며,

   상기 데이터 수집 단말기는 비선형적인 입력 값에도 안정적인 비선형 제어를 행하는 비선형 제어 알고리즘을 채택한 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 데이터 수집 단말기는 비선형 입력 값에 해당하는 비선형 제어값을 생성하기 위해 모의실험을 통한 다중 학습을 하여 만든 상기 비선형 입력 값에 해당하는 상기 제어 값이 저장된 테이블을 사용하는 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 데이터 수집 단말기는 선형 제어 알고리즘인 PID 제어에 상기 퍼지 학습 테이블을 가중치로 하여 PID 제어에 퍼지 학습을 결합한 퍼지 PID 제어 알고리즘을 적용한 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,

   상기 데이터 수집 단말기는 상기 각종 설비의 과거로부터 현재까지의 운행 상태 데이터들을 내부 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 데이터 수집 단말기는 상기 각종 설비로부터 전송 받은 운행 상태 데이터를 기반으로 운행 상태 체크 알고리즘을 수행하여 각종 설비의 가동상태에 따른 정확한 동작여부를 판단 한 후 이상이 없을 시에 상기 통신서버를 통해 상기 운행 상태 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 이상이 발생한 것으로 판단된 경우에는 고장 검출 알고리즘을 수행하여 현재 입력된 데이터가 과거 고장이 발생했을 경우에 발생될 일련의 절차와 같은 지를 판단하여 상기 현재 데이터가 상기 고장 발생 일련의 절차와 같을 시에는 상기 통신서버를 통해 고장 발생을 알리는 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 현재 데이터가 상기 고장 발생 일련의 절차와 같지 않을 경우는 현재의 운행 상태 데이터를 이상 여부 확인 메모리에 저장하여 이후 상기 운행 상태 데이터를 분석해 볼 수 있도록 한 것을 특징으로 한 빌딩 군 원격 관제 시스템.