KR20160004604A - 육상 양식장 자동 산소공급 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 육상양식장 수조에 집수된 물의 용존산소량을 상시로 실시간 체크하여 수조내의 용존산소량이 기준값 이하로 떨어지면 즉시 자동으로 산소발생기를 가동시켜서 정상값을 만들어줌으로써 폐사의 위험을 사전에 막아서 항상 안정적으로 생장관리가 가능하도록 하는 고신뢰성 자동제어기술이 접목된 정밀양식 시스템에 관한 것으로,
어류 생육에 핵심영향요인인 용존산소량과 수온을 종래에는 대부분 종사자가 직접 샘플링 검사를 통하여 경험에 의존한 수동적 유지 관리를 해오던 것을 자동으로 정확한 데이타값으로 관리하도록 하고,
또한 현재 대부분 어가에 구축된 산소발생설비의 24시간 년중무휴 가동 등으로 산소 농도 유지 이상, 토출압력저하, 전원장치 고장과 같은 상황이나 정전으로 인한 산소공급이 불가능해지는 상황에 즉시 자동 대응하여 액화산소와 병용할 수 있도록하여 어류 폐사를 막아주도록 하며,
수조별 DO 유지관리가 가능한 저렴하고 안전하며 전문화된 산소공급시스템 즉, 개별수조의 용존산소를 검출하고 산소발생장치로부터의 산소농도나 유량을 제어할 수 있어야 하며, 산소가 용해된 순환수의 공급이 안정적으로 실행되고, 수조내에 유입되는 순환수를 제어할 수 있어야 하며, 동작에 있어 제반 문제 상황은 즉각적으로 종사자에게 알림이 되고, 관제 제어를 포함하는 정밀양식 시스템의 발명에 관한 것이다.

Description

육상 양식장 자동 산소공급 제어 시스템{Automatic oxygen control system}

본 발명은 수산양식산업에 있어 생산성 향상을 위한 핵심기술로, 실시간으로 산소환경을 인지하고, 수집된 데이터를 효율적으로 분석, 이용하여 최적의 산소 공급망을 유지 관리함으로써 자원 및 에너지 효율 향상과 생장물 피해예방 및 업무 효율화를 통한 경쟁력을 제고하는 기술에 관한 것으로, 양식산업에 있어, 생육환경 제어가 가능한 첨단기술융복합 스마트생장과 산업의 기반이 되는 인프라 구축의 핵심 기술로써 활용되는 것으로,

상기와 같이 현재의 육상수조식양식장 산소공급시스템이 종사자의 사전 행동 유발 요인을 즉시적으로 제공하지 못하며, 시각적 확인에 의하여만 대응하는 사후 대응형으로 보고, IT기반의 산소자동공급 및 실시간 관제시스템 기술 개발을 통하여, 낙후된 관리체계의 선진화와 생산비, 유지관리비 절감을 통해 양식어가의 소득증대와 생장산업기술발전에 기여하고, 국가적인 수산양식산업의 경쟁력을 제고하는 우수한 발명의 기술에 관한 것이다.

본 발명은 어류 생육에 핵심영향요인은 용존산소량, 수온, PH농도를 대부분의 어가에서 종사자가 직접 샘플링 검사를 실시하고 경험에 의존한 수동적 유지 관리를 해오고 있는데, 특히 용존산소를 유지하기 위한 방법으로는 액화산소를 기화하여 공급해오고 있었으나, 최근에는 생산비 절감을 위하여 산업용 산소발생설비를 구축하는 어가가 증가하고 있다.

그러나 어가에 구축된 산소발생설비의 24시간 년중무휴 가동 등으로 산소농도 유지 오류, 토출 압력저하, 전원장치 고장과 같은 상황이나 정전으로 인한 산소공급이 불가능해지는 상황에 대응하여 액화산소와 병용할 수 있는 시스템이 절실히 요구되고 있다.

또한 대부분의 양식어가에서는 용존산소(DO; Dissolved Oxygen)량 검출방법으로, 종사자가 휴대용 기기를 이용하여 정기시간대별로 개별 수조의 DO량을 측정함에 따라 이상 상황에 즉각적인 대처가 미흡하며, DO측정기기가 고가라서 수조별 용존산소 센싱 시스템 구축이 어려운 실정이어서,

수조별 DO 유지관리가 가능한 저렴하고 안전하며 전문화된 산소 공급시스템 즉, 개별수조의 용존산소를 검출하고 산소발생장치로부터의 산소농도나 유량을 제어할 수 있어야 하며, 산소가 용해된 순환수의 공급이 안정적으로 실행되고, 수조내에 유입되는 순환수를 제어할 수 있어야 하며, 동작에 있어 제반 문제 상황은 즉각적으로 종사자에게 알림이 되고, 제어할 수 있는 전반 기술에 관한 것이다.

아울러 모든 실시간 데이터가 데이터베이스화 되어 생장환경이력을 구축해놓음으로써, 생산정보로서 활용할 수 있도록 한다.

상기와 같이 고부가가치 수산물 양식산업에서의 최적화된 산소 공급을 통해 품질 향상, 생산량 증대, 안전성 관리를 지원할 IT기반 산소자동공급제어 및 실시간 관제 시스템은, 산소발생기의 산소농도, 유량, 콤프레샤의 상태 및 전원을 실시간 감시하여 기능을 제어하는 산소발생기 감시제어장치(300)와, 액화산소의 공급 압력과 유량을 실시간 감시하고 기능을 제어할 수 있는 액화산소 자동공급 제어장치(400)와, 산소 용해기의 펌프이상을 감시하고, 산소 또는 순환수의 공급 개폐, 유량 조절, 자동절환 기능을 수행하는 밸브의 기능을 제어하는 밸브제어&용해기펌프 제어장치(500)와, 한 개의 DO센서를 이용하여 다수 개 수조의 DO를 검출하는 순환방식의 용존산소검출장치(100)와, 상기 각 장치부의 데이터를 수신하여 각 장치별 현재값을 실시간으로 표시하고 이상발생시 경광등을 발생하며, 관제 DB로 실시간으로 데이타를 전송하는 통합관제반(200)과, 산소공급상태를 관제실에서 확인하고, 표시 제어 및 누적 관리가 가능하며 생장 품질 예측이 가능하도록 데이터를 DB화하고 생산물 정보 통합 및 서비스 네트워크이 가능하도록 PC기반의 서버장치(800)를 제작하여 수조별로 용존산소량 등을 유기적으로 제어해 고품질의 최적 생장을 지원할 수 있도록 하기위해, 제어기기를 통신네트워크로 연동해 자율적으로 제어함으로써 생장을 위한 최적 환경 조건을 유지할 수 있는 지능형 최적 생장제어 시스템으로서 해결하고자 한다.

상기와 같이 본 발명의 해결 과제에 대한 수단으로,

산소발생기 출력이후에 발생하는 산소공급과 용해기 출력측을 비교감지하기 위한 제어모듈과, 용해기 입력측의 산소와 출력측으로 가는 용존산소의 최적의 농도와 유속을 감시하며, 용해기의 이상시 이상신호에 따라 밸브 개폐를 통하여 보조용해기가 실행되도록 수행하도록 하며, 원격제어 관제제어장치와 프로토콜 연동이 되어, 원격관제가 가능하도록 하는 시스템을 구성하여 해결하고, 기존에 인력이 일일이 시간마다 체크하여 분배량을 결정하던 방식과 운영을 용해기 부분에서만의 개별적인 성능 확보를 위해 용존산소의 농도, 유속, 유량을 철저하게 감시하기 위한 제어모듈로 해결하고, 수조로 가는 용존산소의 최적의 농도를 설정, 제어관리하도록 하며, 용해기 동작펌프의 이상 시 ,이상신호에 따라 밸브 해정이나 폐쇄를 통하여 보조용해기가 실행되도록 수행하도록 하며, 원격제어 관제제어장치와 프로토콜 연동이 되어, 원격관제가 가능하도록 하는 시스템을 구성하여 해결하고, 용존산소가 수조에 최종적으로 가기전에 산소발생기 이상이나 용해기의 이상, 각 개별 배관의 이상으로 여러 수조에 적절하게 분배되는 용존산소가 한 수조에 집중적으로 유입되어 발생하는 기존의 문제를 해결하도록 하는 것으로 분배기측에 제어모듈과 분배 기구툴로 구성하도록 하여 과다 용존산소 공급으로 인한 치명적 폐사의 방지 역할을 하도록 하며,

용존산소가 수조에 최종적으로 가기전에 산소발생기 이상이나 용해기의 이상, 각 개별 배관의 이상으로 여러 수조에 적절하게 분배되는 용존산소가 한 수조에 집중적으로 유입되어 발생하는 기존의 문제를 해결하도록 하는 것으로 분배기측에 제어모듈과 분배 기구툴로 구성하도록 하여 과다 용존산소 공급으로 인한 치명적 폐사의 방지 역할을 하도록 하며, 기존에 개별 수조에 각각 적용되는 고가의 용존산소감시장치의 수를 줄여 하나의 용존산소 감지장치로, 여러 수조의 DO를 관리, 제어하도록 하는 기능을 수행하는 목적으로, 용존산소검출장치와 시리얼로 결합하여, 용존산소검출장치의 데이터를 수집하고, 관제실과 쌍방향 통신으로 통하여 적절성 시물레이션 및 적절한 관리를 유지하도록 하는 모듈로 해결하고, 시큐리티 원격관제를 응용하여 현재의 양식관리에 신규 적용할 목적으로, 독립적인 개별장치와 연동하며, 개별장치를 제어하고자 상호 네트워크와 결합되고, 독자적인 제어, 통신 프로토콜과 펌웨어를 확보하며, 각 장치와의 연결 및 솔루션을 갖는 통합형 제어장치를 개발하여, 평상시 및 비상시 관제실에서 현장상황 확인 및 이상제품 A/S유지에 편리 하도록 하는 기구 및 하드웨어, 소프트웨어로 해결하고, 통합관제 제어반과 연동하여 각 요소별 설치된 개별 제어모듈과 네크워크화하여 로컬내 전체의 장비관제가 가능하도록 통합하는 소프트웨어적인 게이트웨이 기능을 갖고, 하나의 장소에서 통합적으로 양식관제가 이루어지도록 하는 통합시스템 장치로서 해결하고자 한다.

본 발명의 산소발생기 기능감시제어모듈 기술은, 일반생활용품으로 확대 적용되고 있는 산소 응용제품 기술 개발에 활용 및 오염정화, 오폐수 제거 기술에도 활용될 것이며, 산소. 또는 순환수의 공급 개폐, 유량 조절, 자동절환 기능을 수행하는 밸브의 기능을 제어하는 컨트롤 모듈 기술은 자동제어산업 전 분야에 밸브가 사용되고 있다는 점에 전 분야에 거쳐 활용될 것이며, 한개의 DO센서를 이용하여 다수개 수조의 용존산소량(DO)을 검출하는 순환방식의 용존산소검출장치 개발은 용존산소센서시장에서 신제품과 같은 반응이 예상되며, 이는 양식현장만이 아닌 전 연구, 생산 현장에 상용될 것이며, 산소공급상태를 관제실에서 통합적으로 관리,제어가 가능하도록 하여 첨단 융합 IT 서비스 및 기기를 제공하는 서비스 제공자에 의해 생장산업의 기반이 되는 인프라 구축 핵심 기술로써 활용될 것이며, 생장 품질 예측이 가능하도록 데이터를 DB화하고 생산물 정보 통합 및 서비스 네트워크 가능한 서버기술 표준화 개발은 품질 및 생산량 예측, 생장이상 분석 및 방재 기술 등은 품질 관리, 생산량 조절을 통한 생산물 품질경쟁력을 향상시킬 수 있는 핵심 기술로써 농업 수산업 등 특성에 따른 최적화를 통해 추가 검증 및 성능이 향상되어질 것이다.

상기와 같이 본 발명은 각 분야별로 핵심 장치에 내재시키거나, 관제 기술에 활용함으로써 품질 및 생산량 관리 시스템을 더욱 향상시키게 될 것이며, 아울러 경제, 산업적인 측면에서도 효율성 증대와 보급형 생장관리시스템을 확보하는 계기를 만들어 갈 수 있고, 원가상승, 사료비 증대, 관련 원자재 상승, 유가상승으로 인해 경쟁력 약화되고, 중국산 저가공세와 FTA와 같은 현안에서 자유로울 수 없는 양식 산업에 효과적으로 적용됨으로써, 경쟁력을 충분히 가질 수 있으며, 또한 국내시장에 경쟁력을 가짐으로써, 다양한 대외적인 견제에도 견딜 수 있는 내실성을 가지는 기회를 마련하며, 수입 대체 효과를 기대할 수 있을뿐만 아니라 수출성장산업으로 확대 적용이 가능하여 그 파급효과가 매우 큰 발명에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 육상 양식장 자동산소 제어장치 통합 구성도
도 2는 본 발명에서 1개의 DO검출센서로 다수개 수조의 용존산소량을 체크하는 구성도
도 3은 본 발명의 전체 작동 흐름도
도 4는 본 발명의 IT기반 육상양식장 자동산소공급제어 및 실시간 관제시스템 개념도

본 발명의 각 제어장치들은 실시간으로 현재의 상태값을 통합관제반(200)으로 전송하여 식육수조의 산소가 부족하지 않도록 상시 감시 및 자동제어가 가능하도록 하는데, 특히 DO검출장치(100)는 각 식육수조(600)의 산소농도와 물의 온도를 일정시간 간격으로 상시 체크하여 통합관제반(200)으로 전송함으로써 각 수조(600)의 실시간 DO값을 체크할 수 있도록 하는 가장 중요한 역할을 한다.

상기와 같이 각 장치의 작동을 위하여 최초 전체 기기에 전원을 ON하면 통합관제반(200)이 각 장치로 기동신호를 송출하여 각 장치의 자체 이상유무를 체크하게 된다. 이때 장치에 이상이 발생하면 즉시 경고음발생 적색경광등(201)을 작동시켜서 장치의 이상유무를 진단하도록 한다.

각 장치에 이상이 없을 경우에는 먼저 DO농도를 검출하기 위해서 DO검출장치

(100)는 DO검출수 집수를 위해 검출펌프(700)를 기동하여, 검출수 집수통(101)으로 각 수조의 용해수를 집수하고, 용해수가 집수되었는지를 확인하기 위하여 수위레벨센서(103)로 집수상태를 판단하여, 집수가 정상으로 되었으면 DO검출센서(102)로 집수된 물의 DO농도를 검출하여 트랜스미터(104)를 통해, DO검출값을 DO검출장치

(100)로 전송한다.

이렇게 수신받은 DO검출장치(100)는 이 값을 다시 DO농도값으로 환산하여 산출된 DO값을 통합관제반(200)으로 전송한다.

동시에 집수된 검출수의 방출을 위하여 검출수 방출 솔레노이드 밸브(105)를 OPEN하여 사용한 검출수는 방출하고, 새로운 수조의 집수를 대기한다.

상기와 같이 DO검출장치(100)가 검출한 DO값을 수신받은 통합관제반(200)은

DO검출값을 서버장치(800)로 전송하며, 이를 수신받은 서버장치(800)가 DO검출시간 및 검출값을 보관 관리하도록 한다.

또한 통합관제반(200)의 일 측면에 구비된 LED표시부(202)에 검출한 DO값을 표시하여 관리자가 쉽게 수조의 현재 용존산소 상태를 확인하도록 한다.

아울러 통합관제반(200)은 서버장치(800)로 부터 DO기준값을 수신받아서 내부 메모리(EEPROM)에 저장하고 있다가, DO검출장치(100)로부터 검출한 각 수조의 DO값과 서로 비교하여 검출DO값이 저장된 DO기준값보다 낮을 경우에는 산소부족으로 판단하여 전체 장치로 기동신호를 송신하여 즉시 산소를 추가 공급하도록 각 장치들을 기동시키며, 만약에 검출DO값이 저장된 DO기준값보다 높을 경우에는 기동을 중지시켜서 산소공급을 중단시키도록 함으로써 자동으로 수조(600)의 산소농도를 조절하도록 한다.

상기와 같이 산소가 부족하면 통합관제반(200)이 각 장치로 기동신호를 송신하고, 이를 수신받은 각 장치들이 기동을 하여 산소가 유입이되면, 밸브&용해기 펌프제어장치(500)에서 산소개폐용솔레노이드밸브(501)를 OPEN으로 제어하여 용해기(502)로 산소를 주입시키고, 동시에 용해기펌프(503)를 기동시켜서 수조의 물을 끌어들여서 용해기(502)에 산소와 함께 믹싱이 되도록 하고, 이렇게 믹싱해서 용해된 용해수를 다시 수조로 투입시켜서 산소농도를 기준치 상태로 유지가 되도록 제어하는 역할을 한다.

이렇게 물과 산소가 용해된 용해수가 투입된 수조(600)의 물을 상기의 DO검출장치(100)장치가 수시로(일정시간 간격) 검출수집수통(101)으로 집수해서 DO농도를 체크를 반복적으로 순환 검출 및 제어하여 수조내의 용존산소량을 항상 정상으로 유지시켜주는 역할을 한다.

또한 본 발명에서는 산소발생기(301)에 이상이 발생할 경우를 대비해서 예비용 액화산소통(401)을 구비하여, 관제반(200)으로부터 액화산소제어장치(400)가 산소발생기 고장신호를 수신하면 즉시 액화용 솔레노이드밸브(402)를 OPEN하여 액화산소통(401)을 기동하도록 한다.

아울러 정전시를 대비하여 UPS(무정전 전원장치)(900)를 구비하여 정전시에도 산소공급에 문제가 생기지 않도록 완벽하고 가장 안전한 자동 통합관리 시스템인 것이다.

특히 본 발명의 가장 큰 장점인 1개의 DO검출센서(102)만으로 다수개의 수조를 일괄 관리하도록 하는 것으로, 상기와 같이 각 수조의 물을 검출수 집수통(101)으로 차례로 집수해와서, 검출수집수통(101)에 구비된 DO검출센서(102)로 각 수조의 용존산소량을 검출할 수 있으므로, 종래와 같이 각 수조마다 개별로 고가인 DO검출센서(102)를 설치할 필요가 없으므로 비용도 많이 절감되고, 전체 수조의 용존산소량을 관제실에서 실시간으로 확인이 가능하고, 문제발생시 본 발명의 시스템장치가 자동으로 제어를 해서 해주는 고신뢰성 자동제어기술로 구현하는 정밀양식이 가능하도록 하는 우수한 발명에 관한 것이다.

100 - DO(용존산소)검출장치 101 - 검출수 집수통
102 - DO검출센서 103 - 수위레벨센서
104 - 트랜스미터 105 - 검출수 방출용 솔레노이드밸브
200 - 통합관제반 201 - 경고음발생 적색 경고등
202 - LED 표시부 300 - 산소발생기 감시제어장치
301 - 산소발생기 302 - 산소농도 및 산소압력 감지장치
400 - 액화산소감시제어장치 401 - 예비용 액화산소통
402 - 액화용 솔레노이드밸브 500 - 밸브제어&용해기펌프 제어장치
501 - 산소개폐용 솔레노이드밸브 502 - 용해기
503 - 용해기펌프 600 - 수조
700 - 검출펌프 800 - 서버장치
900 - UPS(무정전전원장치)

Claims (3)

1. 육상양식장에 산소를 자동으로 공급하고 제어하며, 실시간으로 양식장 수조를 관제 관리하는 일련의 통합관제반(200)과;
   상기 통합관제반(200)에 각 장치로부터 이상발생신호 수신시 이상발생을 알려주는 역할을 하는 경고음발생 경고등(201)과 DO검출값을 표시하는 LED표시부
   (202)를 구비한 것과,
   상기 통합관제반(200)에 연결되어, 주기적으로 수조의 용존산소량을 검출하고 체크하여 검출데이타를 상기 통합관제반(200)으로 보고하는 역할을 하는 DO검출장치(100)와,
   상기 통합관제반(200)으로부터 기동신호를 수신하여 산소발생기(301)를 작동시키고, 산소발생기로부터 산소가 정상 출력되는지 확인하는 장치인 O2CALL장치(302)를 모니터링하며, 산소출력에 이상 발생시 즉시 이상신호를 통합관제반
   (200)으로 전송하는 역할을 하는 산소발생기 감시제어장치(300)와,
   상기와 같이 산소발생기의 이상발생시 통합관제반(200)으로부터 예비용 액화산소통을 기동하라는 신호를 수신해서 액화용 솔레노이드밸브(402)를 OPEN해서 예비 산소를 공급하는 역할을 하는 액화산소감시제어장치(400)와,
   상기의 산소발생기에서 정상산소가 유입이되도록 산소개폐용 솔레노이드밸브(501)를 OPEN제어해서 용해기로 주입시키고, 동시에 수조로부터 물을 끌어들이기 위해 용해펌프(503)를 작동하여 용해기(502)로 물을 주입시키는 역할을 하는 밸브제어&용해기펌프 제어장치(500)와,
   상기 통합관제반(200)을 통해서 수신받은 각 장치의 전반 데이타를 DB화 누적관리하는 서버장치(800)를 구비하는 지능형 최적 생장제어 정밀양식 시스템.
2. 상기 DO검출장치(100)가 DO를 검출하기 위하여 수조(600)에 검출펌프
   (700)를 연결하여 수조의 물을 검출수집수통(101)으로 끌어오는 것과,
   상기와 같이 끌어온 물을 집수하고, 집수된 물의 용존산소량을 검출하는 DO센서(102) 및 물이 정상으로 집수되었는지 확인하는 수위레벨센서(103)를 구비한
   검출수집수통(101).
3. 여러개의 수조를 1개 DO검출센서(102)로 관리하기 위하여 각 수조로부터 일정시간(약30초) 간격으로 순차적으로 검출수집수통(101)으로 물을 집수해서 DO농도와 물의 온도를 효율적으로 검출하는 순환식 산소농도 검출 방식과,
   상기와 같이 이미 DO농도와 온도가 체크된 집수통(101)의 물을 솔레노이드밸브의 개폐 제어로 배출하는 방식.

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