KR20120105366A - 조명 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20120105366A
KR20120105366A KR1020120025410A KR20120025410A KR20120105366A KR 20120105366 A KR20120105366 A KR 20120105366A KR 1020120025410 A KR1020120025410 A KR 1020120025410A KR 20120025410 A KR20120025410 A KR 20120025410A KR 20120105366 A KR20120105366 A KR 20120105366A
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Abstract

본 발명은 조명 제어 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 일 영역에 설치된 적어도 하나의 LED조명등을 제어하는 조명 제어 장치에 있어서, 일기 예보 정보를 입력받거나, LED조명등에서 측정된 조도값을 입력받는 상태 정보 수신부, 3일 이전의 조도 설정값을 저장하는 메모리부 및 메모리에 저장된 조도 설정값을 이용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 자동 조도 설정값 계산부를 포함하는 조명 제어 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

조명 제어 시스템 및 방법{LIGHT CONTROL SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 조명 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 LED 조명등은 녹색 산업, 저전력 에너지 사용으로 인하여 수요가 증가하고 있는 추세이다.
LED 조명등은 시설물 등의 내외부에 설치되어 사용자가 스위치를 온/오프 함으로써 제어하는 수동제어 방식을 사용하고 있으며, 최근 들어 실외에 설치된 LED 조명등의 조도를 일출 또는 일몰 시각에 맞춰 온/오프 시키는 제어를 수행하는 추세이다.
또한, 최근 건물 또는 빌딩의 내부에 종래 형광등을 대체하여 LED 조명등이 설치되는 환경이 구현되고 있으나, 이러한 LED 조명등을 효과적으로 제어할 수 있는 제어 시스템의 연구가 활발히 진행되는 추세이다.
한편, 선행문헌인 국내 등록특허공보 10-0927745에는 조명등을 점등시킨 후 일정 시간 동안 조명등의 광량을 감지하여 기준 조도값을 자동으로 설정하고, 기준 조도값을 설정한 이후 입력되는 조도를 평균하여 조명등을 단계별로 제어하는 단계별 조명등 자동 점등장치 및 방법에 관한 기술이 소개되고 있다.
10-0927745
본 발명은 일기 예보 및 외부 환경 조건에 따라 자동으로 LED 조명등의 조도값을 제어할 수 있는 조명 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 조명 대상을 판단하여 불필요한 개소의 조명을 차단하면서도 주변에 적정 조도를 유지할 수 있도록 하는 조명 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면,
제n 영역에 설치된 제n LED 조명등;
상기 제n LED 조명등과 연결되어 상기 제n LED 조명등에 전류를 공급하는 제n 센서 노드;
상기 제n 센서 노드에 인가되는 제어신호를 선택적으로 분배하는 분산 제어 장치;
상기 분산 제어 장치에 상기 제n 센서 노드로 공급될 당일 조도 설정값을 계산하여 공급하는 조명 제어 장치;를 포함하며,
상기 조명 제어 장치는
일기 예보 정보와, 상기 제n LED조명등에서 측정된 조도값을 입력받는 상태 정보 수신부;
3일 이전의 조도 설정값을 저장하는 메모리부; 및
상기 당일 조도 설정값은 상기 메모리에 저장된 이전 3일간의 조도 평균값에 다음 (식1)에 의한 조도 설정값에 따른 차이에 대한 조도 가중치를 적용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 자동 조도 설정값 계산부;를 포함하되,
(식1) L=at2 + bt + c (t1 < t < t2, a > 0), L ≥ K_min (K_min > 0)
(여기서, L은 일출 일몰에 의한 조도 설정값, t는 시간, t1은 0시 t2는 24시, K_min은 최소 조도 설정값, a, b는 일출 일몰시간에 따라 매시간별 정해지는 상수 c는 자연광의 밝기 상태에 따라 정해지는 상수임)
상기 자동 조도 설정값 계산부는 전력 사용량 측정센서로부터 수집된 전력 사용량 정보를 설정된 최대값과 비교하고 상기 비교결과 상기 전력 사용량 정보가 상기 설정된 최대값을 초과할 경우 상기 당일 조도 설정값을 설정된 비율 또는 범위로 낮추는 수단을 더 포함하고,
상기 자동 조도 설정값 계산부는 상기 당일 설정 조도값과 미리 설정된 조도 범위를 비교하여, 상기 당일 설정된 조도값이 상기 미리 설정된 조도 범위 이내일 경우 상기 당일 설정 조도값을 상기 LED 조명등으로부터 측정된 조도값과 대비하여 수동으로 미세 조정할 수 있는 수동 제어 수단;을 더 포함하며,
상기 제n센서 노드 중 일부에는 작업자의 유무를 감지하는 움직임 감지 센서 또는 상기 LED 조명등의 조도를 측정하는 조도 측정 센서가 장착된 것을 특징으로 하는 조명제어시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면,
복수의 영역에 각각 설치된 복수의 LED 조명등을 제어하는 조명 제어 방법에 있어서,
(a) 일기 예보 정보 및 상기 복수의 LED 조명등과 연결된 조도측정센서 및 움직임 감지센서와 전력 사용량 측정센서로부터 상태 정보와 전력사용량 정보를 입력받는 단계;
(b) 적어도 3일 이전의 조도 설정값과, 상기 일기 예보 정보를 이용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 단계; 및
(c) 상기 당일 조도 설정값에 상응하여 상기 복수의 LED 조명등의 조도를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 단계(b)에서,
상기 당일 조도 설정값은 상기 이전의 조도 설정값의 평균값에 다음 (식1)에 따른 차이에 대한 조도 가중치를 적용하여 설정하며,
(식1) L=at2 + bt + c (t1 < t < t2, a > 0), L ≥ K_min (K_min > 0)
(여기서, L은 당일 조도 설정값, t는 시간, t1은 0시 t2는 24시, K_min은 최소 조도 설정값, a, b는 일출 일몰시간에 따라 정해진 상수, c는 환경상태에 따라 정해지는 상수임))
상기 단계 (b)이후에
상기 입력된 전력 사용량 정보를 설정된 최대값과 비교하는 단계; 및
상기 비교결과 상기 전력 사용량 정보가 상기 설정된 최대값을 초과할 경우 상기 당일 조도 설정값을 설정된 비율 또는 범위로 낮추는 단계를 더 포함하며,
상기 단계(c)이전에,
상기 당일 설정 조도값과 미리 설정된 조도 범위를 비교하는 단계;를 더 포함하고, 상기 비교결과, 상기 당일 설정된 조도값이 상기 미리 설정된 조도 범위 이내일 경우 상기 당일 설정 조도값을 상기 LED 조명등으로부터 측정된 조도값과 대비하여 외부에서 미세 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 일기 예보 정보 및 자연광의 상태 정보를 이용하여 LED 조명등의 조도값을 자동으로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 조명이 필요없는 개소를 감지하고 불필요한 개소에 발광량을 줄이면서 주변 조도에 영향을 미치지 않도록 제어함으로써, 소비 전력을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 시스템을 도시한 시스템도.
도 2는 도 1에 도시된 제1 센서 노드의 구성요소를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 시스템을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 시스템에서 당일 조도 설정값을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 6은 작업대에 영향을 주는 조명장치에 대한 조명제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 조명 제어 장치, 조명 제어 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 제1 센서 노드의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 제1 센서 노드(60)와 제2 센서 노드(80)를 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나 조명 제어 시스템은 분산 제어 장치(50)가 복수의 센서 노드와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 이러한 분산 제어 장치(50)는 복수개가 구비될 수 있으며, 조명 제어 장치와 유선 또는 무선 통신으로 연결될 수 있다. 또한, 각 센서 노드는 자신이 분산 제어 장치와 같이 라우팅 기능을 수행할 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명제어 시스템은 조명 제어 장치(100), 분산 제어 장치(50), 제1 센서 노드(60), 제2 센서 노드(80), 제1 LED 조명등(70) 및 제2 LED 조명등(90)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 LED 조명등(70)은 제1 영역에 형성된다. 제1 LED 조명등(70)은 적어도 하나의 LED를 포함하며, 형광등형태로 제조될 수 있다. 제1 LED 조명등(70)은 적어도 하나의 LED 이외에 LED에 공급되는 전류를 인가는 컨버터를 포함할 수 있다.
제2 LED조명등(90)은 제2 영역에 형성된다. 제2 LED 조명등(90)은 제1 LED 조명등(70)과 같이 적어도 하나의 LED를 포함하며, 형광등 형태로 제조될 수 있다.
여기서, 제1 LED 조명등(70)과 제2 LED 조명등(90)은 동일한 형태일 수 있지만, 서로 다른 형태의 조명등일 수 있다. 또한, 제1 LED 조명등(70)과 제2 LED 조명등(90)은 동일한 색상으로 발광할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 서로 다른 색상의 광을 발광할 수 있다.
제1 LED 조명등(70)과 제2 LED 조명등(90)의 설치 위치는 시설물의 동일층의 다른 영역이거나, 서로 다른 층일 수 있다.
제1 센서 노드(60)는 제1 LED 조명등(70)과 연결된다. 제1 센서 노드(60)는 분산 제어 장치(50)와 유선 또는 무선으로 연결된다. 이때, 제1 센서 노드(60)는 분산 제어 장치(50)로부터 당일 조도 설정값을 수신하여 제1 LED 조명등(70)을 조도 설정값에 맞도록 제어한다. 즉, 제1 센서 노드(60)는 조도 설정값에 상응하도록 전류가 제1 LED 조명등(70)에 공급되도록 할 수 있다.
제1 센서 노드(60)는 식별번호가 부여되며, 분산 제어 장치(50)로부터 자신의 식별번호를 포함하는 조도 설정값을 수신한다. 여기서, 식별번호는 예를 들면, IP일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 센서 노드(60)는 지그비 통신으로 분산 제어 장치(50)와 연결된다. 이를 위하여, 제1 센서 노드(60)는 지그비 통신 모듈(64)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 시스템은 제1 센서 노드(60)에 움직임 감지 센서(61), 조도 측정 센서(62), 전력 사용량 측정 센서(63) 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 센서 노드(60)는 제1 LED 조명등(70)에 공급되는 전류를 일정하게 유지시키는 정전류 제어기를 포함할 수 있다.
여기서, 움직임 감지 센서(61)는 제1 센서 노드(60)에 형성되어 제1 LED 조명등이 오프된 상태에서 움직임이 감지되면 작동하여 제1 LED 조명등(70)을 구동하는 신호를 발생시킬 수 있다.
조도 측정 센서(62)는 제1 LED 조명등(70)의 조도를 측정하여, 측정값을 분산 제어 장치(50)를 통해 조명 제어 장치(100)에 제공한다.
전력 사용량 측정 센서(63)는 제1 LED 조명등(70)의 전력 사용량을 측정하여 조명 제어 장치(100)에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 시스템은 제1 LED 조명등(70)에 컨버터를 포함하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 컨버터는 별도로 구비되거나, 제1 센서 노드(60)에 포함될 수 있다.
제2 센서 노드(80)는 제2 LED 조명등(90)과 연결된다. 제2 센서 노드(80)는 분산 제어 장치(50)와 유선 또는 무선으로 연결된다. 이때, 제2 센서 노드(80)는 분산 제어 장치(50)로부터 당일 조도 설정값을 수신하여 제2 LED 조명등(90)을 조도 설정값에 맞도록 제어한다. 즉, 제2 센서 노드(80)는 조도 설정값에 상응하도록 전류가 제2 LED 조명등(90)에 공급되도록 할 수 있다.
제2 센서 노드(80)는 식별번호가 부여되며, 분산 제어 장치(50)로부터 자신의 식별번호를 포함하는 조도 설정값을 수신한다. 여기서, 식별번호는 예를 들면, IP일 수 있다.
제2 센서 노드(80)는 제1 센서 노드(60)에서 설명한 바와 같이, 지그비 통신으로 분산 제어 장치(50)와 연결된다. 이를 위하여, 제2 센서 노드(80)는 지그비 통신 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 제2 센서 노드(80)는 제1 센서 노드(60)에서 설명한 바와 같이, 움직임 감지 센서, 조도 측정 센서, 전력 사용량 측정 센서 등을 포함할 수 있다. 또한, 제2 센서 노드(80)는 제2 LED 조명등(90)에 공급되는 전류를 일정하게 유지시키는 정전류 제어기를 포함할 수 있다.
여기서, 움직임 감지 센서, 조도 측정 센서, 전력 사용량 측정 센서 등은 제1 센서 노드(60)에서 설명한 바와 동일한 센서들로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
분산 제어 장치(50)는 복수의 센서 노드들과 연결되며, 각각의 센서 노드들에 조명 제어 장치(100)에서 인가된 신호를 분배한다. 이때, 분산 제어 장치(50)는 제1 영역에 설치된 제1 센서 노드(60)의 식별번호, 제2 영역에 설치된 제2 센서 노드(80)의 식별번호를 구분하여 조명 제어 장치(100)에서 입력되는 신호를 라우팅 할 수 있다.
분산 제어 장치(50)는 조명 제어 장치(100)와 RS-232통신 방식을 사용하여 신호를 송수신할 수 있다.
조명 제어 장치(100)는 제1 LED 조명등(70) 및 제2 LED 조명등(90)이 구동되도록 제어하는 신호들을 공급한다. 조명 제어 장치(100)는 일기 예보 서버(미도시) 또는 전력 사용량 서버(미도시) 등의 외부 서버들과 연결되어 필요한 정보를 입력받는다.
예를 들면, 조명 제어 장치(100)는 일기 예보 서버로부터 일출, 일몰, 날씨 등의 정보를 수신할 수 있다. 조명 제어 장치(100)는 전력 사용량 서버로부터 시간대별 최대 전력 사용량 정보를 수신할 수 있다.
조명 제어 장치(100)는 자동 모드 또는 수동 모드로 변환이 가능하다.
조명 제어 장치(100)가 자동 모드로 설정될 경우 자동 조도 설정값을 계산하여 해당 센서 노드로 공급할 수 있다. 예를 들면, 조명 제어 장치(100)는 이전에 설정된 조도 설정값의 평균값에 가중치가 적용된 당일 조도 설정값을 각 센서 노드에 전송할 수 있다.
또한, 조명 제어 장치(100)는 자동 모드일 경우 일출시간 또는 일몰시간에 맞춰 조도를 자동으로 조절할 수도 있다.
또한, 조명 제어 장치(100)가 자동 모드로 동작할 경우, 일출 또는 일몰시간 정보를 입력받아 일출시간에서 일몰시간까지 설정된 시간 단위로 조도를 설정할 수 있도록 한다. 예를 들면, 일출시간에서 일몰시간까지 1시간 단위로 조도를 설정할 수 있도록 한다. 또한, 조명 제어 장치(100)는 일몰시간 이후부터 익일 일출시간까지 1시간 단위로 조도를 설정할 수 있도록 한다.
여기서, 조명 제어 장치(100)는 각 LED 조명등들의 조도값을 저장하고, 저장된 값을 필요에 따라 제공할 수 있다.
조명 제어 장치(100)는 전력 사용량 서버로부터 전력 피크 정보를 수신하여 설정된 최대 전력 사용량을 초과할 경우 각 LED 조명등에 전류 공급량을 줄이도록 제어신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 시스템과 연계하여 전력 피크 시간대에 전력 사용량을 줄여 스마트 그리드에 적용할 수 있다. 특히, 대형 빌딩에 설치된 LED 조명등의 경우 그 개수가 많고, 관리자가 각 LED 조명등의 조도를 실시간으로 관리하기 어려운 점을 보완할 수 있다.
조명 제어 장치(100)는 제1 및 제2 LED 조명등(70, 90)으로부터 입력되는 조도값을 이용하여 설정된 조도값과 비교하여 설정된 조도값 이내일 경우에는 설정 조도값을 미세 조정하고, 입력된 조도값이 설정된 조도값 범위를 초과할 경우에는 조도 설정을 다시 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 조명 제어 장치(100)는 상기 자동 모드 이외에 수동 모드로 동작이 가능하다.
수동 모드 시에는 사용자가 설정한 조도값을 시간별로 각각의 센서 노드에 전송할 수 있다. 조명 제어 장치(100)가 수동 모드로 작동할 경우에도 전력 사용량 서버로부터 전력 사용량 정보가 설정된 값을 초과할 경우 LED 조명등에 공급되는 전류량을 낮게 제어할 수 있다.
조명 제어 장치(100)는 조도 설정값을 데이터 신호로 전송한다. 이때, 전송되는 데이터는 조도 설정값 정보 및 센서 노드의 식별번호 정보를 포함할 수 있다. 또한, 전송되는 데이터는 경유하는 분산 제어 장치(50) 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 장치는 스마트폰 등의 휴대용 통신 장치와 무선 통신망을 통해 접속하여 휴대용 통신 기기에서 제어가 가능하며, 조명 제어 결과를 모니터링 할 수 있다. 이는 스마트폰용 애플리케이션을 통해 수행될 수 있다.
이하, 도 3의 설명에서 조명 제어 장치에 대해 더 상세히 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 장치는 입력부(110), 상태 정보 수신부(120), 모드 설정부(130), 자동 조도 설정값 계산부(140), 수동 조도 설정값 계산부(150), 표시부(160) 및 메모리부(170)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상태 정보 수신부(120)는 도 1에 도시된 분산 제어 장치(50), 제1 센서 노드(60) 및 제2 센서 노드(80)의 초기 정보를 수신할 수 있다. 또한, 상태 정보 수신부(120)는 일기 예보 서버로부터 일출, 일몰, 날씨 정보 등을 수신할 수 있다. 그리고 상태 정보 수신부(120)는 전력 사용량 서버로부터 설정된 시간 단위로 최대 전력 사용량 정보를 수신할 수 있다.
상태 정보 수신부(120)는 모드 설정부(130)에서 자동 모드로 변환될 경우 자동 조도 설정값 계산부(140)에 입력된 일출, 일몰, 날씨 정보 등에 제공할 수 있다. 또한, 전력 사용량 서버로부터 설정된 시간 단위로 최대 전력 사용량 정보를 제공할 수 있다.
모드 설정부(130)는 자동 모드 또는 수동 모드를 설정한다.
자동 조도 설정값 계산부(140)는 이전에 설정된 적어도 하나의 조도 설정값을 이용하여 당일 조도 설정값을 계산할 수 있다.
자동 조도 설정값 계산부(140)는 메모리부(170)에 저장된 1일 전 평균 조도 설정값, 2일 전 평균 조도 설정값 및 3일 전 평균 조도 설정값들의 평균값 중 어느 하나를 이용하여 평균 조도 설정값을 계산하여 당일 조도 설정값으로 할 수 있다.
자동 조도 설정값 계산부(140)는 [수학식 1]에 의해 당일 조도 설정값을 자동으로 계산할 수 있다.
[수학식 1]
J4=(J1+J2+J3)/3 * 날씨보정계수
(여기서, J1은 1일 전 평균 조도 설정값, J2는 상기 2일 전 평균 조도 설정값, J3는 3일 전 평균 조도 설정값, J4는 과거 이력에 의한 당일 조도 설정값, 날씨보정계수는 비, 눈, 흐림, 맑음에 따라 3일간의 평균날씨계수에 대한 가중치가 부여된 값임.
수학식 1에서와 같이, 각 센서 노드에 제공되는 당일 조도 설정값은 1, 2, 3일 각 평균 조도값의 평균값에 날씨보정계수를 곱해 계산될 수 있다. 날씨계수는 비, 눈, 흐림, 맑음 등 날씨 정보에 따른 가중치가 부여될 수 있으며, 1을 기준으로 비 또는 눈이 오는 날씨에는 1인 값을 가지고, 흐림은 0.7~0.8, 맑은 날씨에는 0.5 정도일 수 있다.
그리고 날씨보정계수는 위 3일간의 평균날씨계수에 대한 당일 날씨의 비율만큼 가중치가 부여된 것이다.
또한, 자동 조도 설정값 계산부(140)는 일출 시각과 일몰 시각 정보를 이용하여 당일 조도 설정값을 계산할 수 있다. 자동 조도 설정값 계산부(140)는 일기 예보 서버에서 입력되는 각 지역별 일출시간 및 일몰시간 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 일기 예보 서버로부터 1년간 일별 일출시간 및 일몰시간 정보를 수신할 수 있다.
수학식 2는 일출시간과 일몰시간 정보를 이용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 수학식이다.
[수학식 2]
L=at2 + bt + c (t1 < t < t2, a > 0),
L ≥ K_min (K_min > 0)
(여기서, L은 일출 일몰에 의한 당일 조도 설정값, t는 시간, t1은 0시 t2는 24시, K_min은 최소 조도 설정값, a, b는 일출 일몰시간에 따라 매시간별 정해지는 상수, c는 자연광의 밝기 상태에 따라 정해지는 상수임 )
도 4는 수학식 2의 수식을 설명하는 그래프이다. 도 4에서 위로 볼록한 포물선은 자연광의 조도를 나타내는 그래프이고, 아래로 볼록한 포물선은 당일 조도 설정값을 나타낸 그래프이다.
도 4에서 자연광의 조도를 나타내는 그래프와 당일 조도 설정값을 나타내는 그래프들의 교점을 잇는 선분을 중심으로 두 그래프는 대칭이 될 수 있다.
도 4와 수학식 2에 도시된 바와 같이, 당일 조도 설정값(L)은 포물선 그래프를 그린다. 이때, 당일 조도 설정값(L)은 수학식 2의 a가 0보다 작아 아래로 볼록한 2차 함수 형태를 나타낸다.
당일 조도 설정값(L)은 최대값과 최소값 사이에서 LED 조명을 구동하도록 설정된다. 이때, 최대값(L)은 일출이전부터 일출이 되는 시점까지 유지되고, 일몰 이후에 다음 일출까지 유지될 수 있다. 당일 조도 설정값(L)은 일출 이후부터는 점차 감소하여 자연광의 조도가 최대일 때까지 감소한다. 이후에 당일 조도 설정값(L)은 일몰 때까지 점차 증가한다.
도 4에서 당일 조도 설정값(L)은 최소 조도값(K_min) 이상으로 설정되며, 최대값(K_max)은 LED 조명등의 최대 허용 조도값 이하로 설정된다. 최대값(K_max)은 각각의 LED 조명등에 공급될 전류값의 허용 최대값보다 낮은 값으로 설정되어야 에너지 낭비를 줄이고, LED 조명등의 수명을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 수학식 2에서 a의 값은 일출시간과 일몰시간과 관계된다. 예를 들어, 여름철에는 일출시간과 일몰시간 사이가 길어진다. 이에 따라, 당일 조도 설정값(L)은 수학식 2에서 a값이 커져, 도 4의 당일 조도 설정값(L)의 그래프에서 꼭짓점에서의 곡률반경이 커진다. 이와 반대로, 겨울철에는 일출시간과 일몰시간 사이가 짧아진다. 이에 따라, 당일 조도 설정값(L)은 수학식 2에서 a값이 작아지면 꼭짓점에서의 곡률반경이 작아진다.
수학식 2에서, 당일 조도 설정값(L)의 c값은 최소값에 의해 변경될 수 있다. 이때, c값은 눈, 비, 흐림 등의 자연광 조도가 낮을 경우에는 최소값이 맑은 날씨에 비해 더 커질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 [수학식 1]에서 구한 과거 이력에 의한 당일 조도 설정값과 [수학식 2]에서 구한 일출 일몰에 의한 당일 조도 설정값을 대비하여 적정 당일 조도 설정값을 결정할 수 있다.
색상이나 정밀 디자인 작업 등 정밀을 요하는 작업의 경우, 전날과 조도 변화가 10% 이상 발생하게 되면, 품질에 변화가 발생되어 작업에 대한 신뢰성이 저하하게 된다.
본 발명에 일 실시예에서는 전일에 대한 조도 변화를 최소화하기 위하여 [수학식 1]에 의한 과거 이력에 의한 평균 조도 설정값의 10%를 넘지 않은 범위 내에서 [수학식 2]에서 구한 일출 일몰에 의한 당일 조도 설정값과의 차이를 구하여 그 차이를 가감하는 조도 가중치를 매시간별로 적용하여 당일 조도 설정값을 설정할 수 있도록 하였다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자동 모드 시 자동 조도 설정값 계산부(140)는 설정된 당일 조도값이 설정된 조도값 범위와 비교하여 설정된 조도값 범위에 포함되면 조도값을 미세 조정할 수 있다.
메모리부(170)는 일별 조도 설정값을 저장하여 자동 조도 설정값 계산부(140)에 제공할 수 있다.
또한, 메모리부(170)는 일별 조도 설정값에 해당 일의 날씨계수를 매치하여 저장할 수도 있다.
수동 조도 설정값 계산부(150)는 표 1에 도시된 바와 같이, 사용자가 일별 또는 시간별로 설정 조도값 및 조명 상태를 설정할 수 있다.
시간 당일 설정 조도값 LED 조명등 상태
00:00 ~ 00:59 10 Lux ON
01:00 ~ 01:59 0 Lux OFF
02:00 ~ 02:59 0 Lux OFF
…. …. ….
08:00 ~ 08:59 1500 Lux ON
09:00 ~ 09:59 1500 Lux ON
10:00 ~ 10:59 1400 Lux ON
11:00 ~ 11: 59 1300 Lux ON
…. …. ….
22:00 ~ 22:59 200 LUX ON
23:00 ~ 23:59 100 LUX ON
표시부(160)는 상기 수동 조도 설정값 계산부(150)로 입력되는 설정 조도값이 입력되도록 입력창을 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 제어 방법은 조명제어 시스템 초기화 단계(S100), 실시간 상태 정보 수집 단계(S200), 제어 모드 설정 단계(S300), 당일 조도 설정값 계산 단계(S400), 현재 조도와 설정 조도 비교 단계(S500), 조도 미세 조정 단계(S600), 이력 저장 단계(S700), LED 조명등 제어 단계(S800) 및 수동 조도 설정 단계(S900)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 조명 제어 시스템 초기화 단계(S100)는 조명 제어 장치, 분산 제어 장치, 및 각 센서 노드를 초기화하며, 분산 제어 장치 및 각 센서 노드들을 조명 제어 장치에서 인식한다. 여기서, 조명 제어 장치는 각 개별 센서 노드들에 포함된 구동회로의 종류 또는 통신 프로토콜이 다를 경우 이를 인식하여 해당 센서 노드에서 사용할 수 있는 통신 프로토콜을 사용할 수 있도록 초기화한다.
조명 제어 시스템의 초기화 단계(S100)에서는 조명 제어 장치에서 각 센서 노드들의 식별번호 등을 이용하여 해당 분산 제어 장치와 센서 노드들을 인식할 수 있다.
다음으로, 실시간 상태 정보 수집 단계(S200)는 일기 예보 서버, 전력 사용량 서버, 제1 및 제2 센서 노드로부터 상태 정보를 수신하는 단계로서, 일기 예보 서버로부터 날씨 정보를 수신한다. 이때, 일출 및 일몰 정보를 수신할 수 있다. 또한, 전력 사용량 서버로부터 설정된 시간 주기로 전력 사용량 정보를 수신할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 센서 노드에 구비된 동작 감지 센서, 조도 측정 센서 등의 센서들로부터 동작 감지 신호, 현재 조도값 등의 정보를 수신할 수 있다.
이어서, 제어 모드 설정 단계(S300)는 모드 선택부에서 자동 모드 또는 수동 모드가 선택된다.
자동 모드로 선택될 경우 당일 조도 설정값을 계산한다. 당일 조도 설정값 계산 단계(S400)는 실시간 상태 정보 수집 단계(S200)에서 입력된 날씨 정보, 일출 및 일몰 정보 등을 수신하여 당일 조도 설정값을 계산한다.
당일 조도 설정값은 상술한 수학식 1 또는 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
이때, 상태 정보 수집 단계(S200)에서 전력 사용량 서버로부터 전력 사용량 정보가 입력되면, 입력된 전력 사용량 정보가 설정된 최대 전력 사용량 정보를 초과할 경우 조도 설정값을 하향하여 전력 소비량을 자동으로 줄인다.
이어서, 현재 조도와 설정 조도 비교 단계(S500)는 미리 설정된 조도 범위와 계산된 당일 설정 조도값을 비교한다. 미리 설정된 조도 범위는 최대값과 최소값은 시간대별로 달라질 수 있다.
비교 결과, 당일 설정 조도값이 미리 설정된 조도 범위 이내이면, LED 조명등이 설치된 센서 노드의 조도값 측정 센서로부터 수신되는 조도값과 비교하여 미세 조정을 실행할 수 있다.(S600)
이어서, 이력을 메모리부(170)에 저장한다.(S700)
다음으로, 당일 설정 조도값에 상응하도록 센서 노드에서 해당 LED 조명등에 공급되는 전류량을 제어한다.(S800)
한편, 제어모드 설정 단계(S300)에서 수동 모드로 설정될 경우 사용자가 조도를 설정할 수 있도록 입력 페이지 등을 표시부에 표시하고, 입력부를 통해 입력된 값들을 당일 설정 조도값을 설정한다.(S900) 이후, 현재 조도와 설정 조도를 비교하는 단계(S500)를 수행한다. 이후 단계는 상기와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 수동 모드시 전력 사용량 서버로부터 설정된 최대 전력량을 초과하는 정보가 입력될 경우, 사용자가 설정한 당일 설정 조도값을 하향하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 수동 모드시 전력 사용량 서버로부터 설정된 최대 전력량을 초과하는 정보가 입력될 경우, 초과량의 범위에 따라 단계별로 조명값을 줄이는 우선순위의 조명기구를 설정하여 순차적으로 전력량을 최대 전력량 범위 내에서 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 4에서 설명하는 본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 방법은 한 시설물에 설치된 모든 LED 조명등을 각각 개별적으로 제어할 수 있다.
예를 들면 조명 중에 1개소 또는 여러 개의 작업대에서 작업자가 자리를 비울 수가 있는데, 이때에는 불필요한 조명이 작업대를 조명하고 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 조명 시스템에서 이를 작업자의 움직임을 감지하여 작업자가 감지되지 않을 경우에는 주위 작업자의 조명에 영향을 주지 않는 범위 내에서 불필요한 조명을 줄여서 에너지를 절감할 수 있도록 하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 움직임 감지 센서(61)는 움직임 및 적정 거리에 인체의 유무를 감지할 수 있도록 세팅된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 작업대에 영향을 주는 조명장치에 대한 조명제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
L1 ~ Ln 은 LED 조명이며 W1 ~ W9 은 각 작업대를 도시한 것이다.
Ln(Wm) 을 LED 조명 Ln 이 작업대 Wm에 비추는 조도라 하고, Ltotal(Wm) 을 작업대 Wm에 비치는 조명의 전체 조도라 한다.
조명등이 25개라 하고, 각 조명의 합으로 나타내면
Figure pat00001
이며
영향을 미치는 조명의 합으로 나타내면
Figure pat00002
으로 나타낼 수 있다.
작업대 W의 조도는 조명과의 거리와 각도에 따라 각 조명에서 비추어지는 조도들의 합으로 나타낼 수 있다. 이때 일반적으로 근접한 조명들이 작업대 W의 조도에 많은 영향을 주며, 원거리의 조명들은 작업대 W의 조도의 거의 영향을 주지 않는다.
작업대의 작업 목적에 따라 작업대에서 필요로 하는 조도는 항상 다르다. 일반적인 컴퓨터 문서작업시 필요로 하는 조도와 건축 설계 작업이나 캐드 작업 등을 할 때 필요로 하는 조도에는 그 차이가 있다.
작업대 Wm의 조도 Ltotal(Wm)은 작업에 필요로 하는 조도 Ltarget(Wm)보다 항상 커야 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 미사용 작업대로 인한 LED 디밍제어 절전 시에 이를 적용하여 작업자가 작업대에 위치에서 작업을 하지 않고 있음을 도 2의 움직임 센서(61)에서 감지될 경우 상기 미사용 작업대의 인접한 작업대에 최소 조도에 영향을 미치지 않도록 하는 범위 내에서 자동으로 불필요한 조명을 줄여서 제어될 수 있도록 할 수 있다.
이에 대한 기본적인 알고리즘은 다음과 같다.
(L(Wm)i_ dim = 0.0 이면 해당 조명이 꺼짐, L(Wm)i_ dim = 1.0 이면 해당 조명의 디밍이 100%, Wm : 미사용 작업대, L(Wm)i_ dim _ new : 작업대 Wm에 영향을 i 번째로 주는 조명의 새로운 디밍 수치, Deltadim : 디밍 제어의 미세 변화 값)
for( i = 1; i <= 25; i+ +) // 영향을 많이 주는 조명부터 작게 주는 조명으로 조명을 선택한다.
{
　 next = false
　　{
　　　　for( j = 1; j <= 9; j++) // 작업대의
　　　　{
　　　　　　if( Wj == use ) // 작업대 Wj가 사용 중일 때
　　　　　　{
　　　　　　　　if(( Ltotal(Wj) - ( L(Wj)i * L(Wm)i_dim ) < Ltarget(Wj))
　　　　　　　　　　　　　// 줄어든 조명의 조도를 목표조도와 비교
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　　　// 줄어든 조명의 조도가 목표 조도 보다 낮다.
　　　　　　　　　　　　　　L(Wm)i_dim += Deltadim 　 //다시 값을 복귀
　　　　　　　　　　　　　　next = true; //다음 조명의 조도 조절로 진행
　　　　　　　　　　　　　　break;
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　 }
　　　　　　　}
　　　　　　　if( (L(Wm)i_dim == 0.0) or (next == true) ) //다음 조도 조절로 진행
　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　L(Wm)i_dim_new = L(Wm)i_dim //변화된 조도를 신규 디밍값으로 입력
　　　　　　　　　　　break;
　　　　　　　}
　　　　　　　L(Wm)i_dim - = Deltadim // 조도의 일정 값을 줄인다.
　　　}while(true) // 목표조도 보다 낮아질 때까지 조명의 조도를 조절
}
각 조명 L(Wm)i 의 절전을 위한 새로운 디밍제어 수치는 L(Wm)i_ dim _ new 에 나타나게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 프로세서에 의해 제어된다.
먼저, 조명중에 작업자가 작업대를 떠나서 일정시간 작업자가 감지되지 않을 경우 분산제어장치(50)는 상기 작업대에 제일 영향을 주는 우선순위에 따라 순차적으로 인접된 LED조명장치의 조명률을 매 제어 주기당 1% 이내씩 감소하도록 미사용 작업대에 대한 디밍(dimming)제어를 시작한다.
상기 디밍제어를 매 제어 주기당 1%를 초과하게 되면 인접 작업대에서 조명의 저하를 느끼게 되어 작업에 지장을 줄 수 있게 되며, 1% 이내로 하게 되면 자연스럽게 설정 조도 범위 내에서 제어가 이루어질 수 있게 된다.
상기 제어 주기는 분산제어장치의 펄스 폭에 따른 제어 주기로서 통상 1/60 ~ 1 sec 내에서 설정하게 된다.
다음 단계에서는, 위와 같이 작업대와 제일 가까운 조명 장치의 조명을 매 제어 주기당 1%씩 감소하도록 줄여나가다가 인접 작업대에 조도가 설정된 조도보다 떨어지게 되면 그 전단계에서 디밍제어를 중단한다.
그 다음 단계에는 다음 우선순위에 따른 조명장치에 대하여 다시 제어 주기당 1%씩 감소하도록 제어하게 되는 과정을 반복하게 된다.
상기 각 작업대에 영향을 주는 우선순위의 조명 장치는 각 작업대에 대하여 미리 실험치에 의하여 데이터베이스에 저장될 수 있다.
상기 미사용 작업대에 대한 디밍제어는 인접한 작업대의 조도가 앞에서 설명한 당일 조도 설정범위 내에서 제어되도록 한다.
상기 각 작업대에 대한 조도값 검출은 각 작업대에 인접한 조명 장치의 디임값에 따른 조도값을 미리 입력한 것을 데이터베이스화하여 제어에 적용할 수 있으며, 또는 도 2에 도시된 조도 측정장치(62)를 작업대별로 설치하여 제어에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미사용작업대에 의한 디밍 제어에 의하여 조명을 줄이게 되면 미사용 작업대뿐이 아니고 인접한 작업대까지 연향을 미치게 되므로 상기 인접한 작업대의 조명이 최소 조도 또는 앞에서 구한 당일 조도 설정범위 내에 들도록 함으로써, 인접한 작업자들의 작업 조도에는 영향을 미치지 않으면서, 빈 작업대에 의하여 불필요하게 소모되는 에너지를 자동으로 절감할 수 있게 된다.
또한, 미사용 작업대에 작업자가 일정시간 감지되면, 상기 작업대의 미사용으로 인한 디밍제어를 원래의 상태로 복구하도록 제어될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50: 분산 제어 장치
60, 80: 제1, 2 센서 노드
L1 ~ L25 , 70, 90: 조명등
W1 ~ W9 : 작업대
100: 조명 제어 장치

Claims (6)

  1. 제n 영역에 설치된 제n LED 조명등;
    상기 제n LED 조명등과 연결되어 상기 제n LED 조명등에 전류를 공급하는 제n 센서 노드;
    상기 제n 센서 노드에 인가되는 제어신호를 선택적으로 분배하는 분산 제어 장치;
    상기 분산 제어 장치에 상기 제n 센서 노드로 공급될 당일 조도 설정값을 계산하여 공급하는 조명 제어 장치;를 포함하며,
    상기 조명 제어 장치는
    일기 예보 정보와, 상기 제n LED조명등에서 측정된 조도값을 입력받는 상태 정보 수신부;
    3일 이전의 조도 설정값을 저장하는 메모리부; 및
    상기 당일 조도 설정값은 상기 메모리에 저장된 이전 3일간의 조도 평균값에 다음 (식1)에 의한 조도 설정값에 따른 차이에 대한 조도 가중치를 적용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 자동 조도 설정값 계산부;를 포함하되,
    (식1) L=at2 + bt + c (t1 < t < t2, a > 0), L ≥ K_min (K_min > 0)
    (여기서, L은 일출 일몰에 의한 조도 설정값, t는 시간, t1은 0시 t2는 24시, K_min은 최소 조도 설정값, a, b는 일출 일몰시간에 따라 매시간별 정해지는 상수 c는 자연광의 밝기 상태에 따라 정해지는 상수임)
    상기 자동 조도 설정값 계산부는 전력 사용량 측정센서로부터 수집된 전력 사용량 정보를 설정된 최대값과 비교하고 상기 비교결과 상기 전력 사용량 정보가 상기 설정된 최대값을 초과할 경우 상기 당일 조도 설정값을 설정된 비율 또는 범위로 낮추는 수단을 더 포함하고,
    상기 자동 조도 설정값 계산부는 상기 당일 설정 조도값과 미리 설정된 조도 범위를 비교하여, 상기 당일 설정된 조도값이 상기 미리 설정된 조도 범위 이내일 경우 상기 당일 설정 조도값을 상기 LED 조명등으로부터 측정된 조도값과 대비하여 수동으로 미세 조정할 수 있는 수동 제어 수단;을 더 포함하며,
    상기 제n센서 노드 중 일부에는 작업자의 유무를 감지하는 움직임 감지 센서 또는 상기 LED 조명등의 조도를 측정하는 조도 측정 센서가 장착된 것을 특징으로 하는 조명제어시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분산 제어 장치는 상기 움직임 감지센서에 의하여 비사용 작업대가 검출될 경우, 상기 비사용 작업대와 제일 인접한 조명 장치들의 조명을 순차적으로 줄여나가는 디밍제어를 수행하되, 상기 디밍제어는 인접한 작업대들의 조도가 상기 당일 조도 설정값의 범위 내에서 수행되도록 제어를 하는 것을 특징으로 하는 조명제어시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이전 3일간의 조도 평균값은 당일 날씨 상태에 3일간의 평균날씨계수에 대한 가중치가 부여된 날씨가중치가 적용된 값이며, 상기 조도 가중치는 10% 범위 내에서 가감되는 것을 특징으로 하는 조명제어시스템
  4. 복수의 영역에 각각 설치된 복수의 LED 조명등을 제어하는 조명 제어 방법에 있어서,
    (a) 일기 예보 정보 및 상기 복수의 LED 조명등과 연결된 조도측정센서 및 움직임 감지센서와 전력 사용량 측정센서로부터 상태 정보와 전력사용량 정보를 입력받는 단계;
    (b) 적어도 3일 이전의 조도 설정값과, 상기 일기 예보 정보를 이용하여 당일 조도 설정값을 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 당일 조도 설정값에 상응하여 상기 복수의 LED 조명등의 조도를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 단계(b)에서,
    상기 당일 조도 설정값은 상기 이전의 조도 설정값의 평균값에 다음 (식1)에 따른 차이에 대한 조도 가중치를 적용하여 설정하며,
    (식1)L=at2 + bt + c (t1 < t < t2, a > 0), L ≥ K_min (K_min > 0)
    (여기서, L은 당일 조도 설정값, t는 시간, t1은 0시 t2는 24시, K_min은 최소 조도 설정값, a, b는 일출 일몰 시각에 따라 정해진 상수 c는 환경상태에 따라 정해지는 상수임))
    상기 단계 (b)이후에
    상기 입력된 전력 사용량 정보를 설정된 최대값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과 상기 전력 사용량 정보가 상기 설정된 최대값을 초과할 경우 상기 당일 조도 설정값을 설정된 비율 또는 범위로 낮추는 단계를 더 포함하며,
    상기 단계(c)이전에,
    상기 당일 설정 조도값과 미리 설정된 조도 범위를 비교하는 단계;를 더 포함하고, 상기 비교결과, 상기 당일 설정된 조도값이 상기 미리 설정된 조도 범위 이내일 경우 상기 당일 설정 조도값을 상기 LED 조명등으로부터 측정된 조도값과 대비하여 수동모드로 미세 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 (C)이후에, 움직임 감지센서에 의하여 비사용 작업대를 검출하는 단계(D)를 더 포함하며,
    상기 단계(D)에서 상기 비사용 작업대가 검출될 경우, 상기 비사용 작업대와 제일 인접한 조명 장치들의 조명을 순차적으로 줄여나가는 디밍제어를 수행하는 단계를 수행하되, 상기 디밍제어는 인접한 작업대들의 조도가 상기 당일 조도 설정값의 범위 내에서 수행되도록 제어를 하는 조명 제어 방법
  6. 제5항에 있어서,
    상기 디밍제어는 제어 주기별로 1% 범위 내에서 조명률이 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법
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