KR20160072341A - 유체이송 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체이송 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 선박간 또는 선박과 화물터미널 간에 로딩암을 이용하여 유체를 이송하는 유체이송 제어 장치에 있어서, 복수의 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 레이저 측정부; 상기 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 위치 자세 산출부; 및 상기 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 제어부를 포함하는 유체이송 제어 장치를 개시한다.

Description

유체이송 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSFERRING FLUID}
본 발명은 유체이송 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG) 수송선에서 LNG 터미널이나 부유식 액화천연가스 저장 재기화 설비(Floating Storage Regasification Unit, FSRU)로 LNG 화물을 수송하기 위해서 로딩암(loading arm)과 같이 유체를 이송할 수 있는 시스템이 사용되고 있다. 로딩암을 통해 화물을 이송하는 과정에서 선박간 혹은 선박과 터미널 간에는 화물 무게에 따른 높이 차이가 발생하게 되므로, 이러한 높이 차이에 따라 로딩암과 선박 또는 터미널에 가해지는 응력이 가중될 수 있다.
또한, 로딩암을 통한 유체 이송은 선박이 해상에 부유한 상태에서 이루어지므로, 바람, 파도 등 해상의 조건에 따라 선박 또는 화물터미널이 독립적으로 움직이게 된다. 즉, 주변 환경에 따라 선박 간에 또는 선박과 화물터미널 간에 서로 다른 운동 응답을 보이게 되며, 그에 따라 과도한 상하 방향 상대 운동이 발생할 수 있으며, 이는 선박간 혹은 선박과 터미널 간에 화물을 안정적으로 이송하는데 장애요인이 될 수 있다.
최근에는 로딩암의 움직임을 자유롭게 할 수 있도록 로딩암에 카운터 발란스(counter balance)를 부착시켜, 선박간 혹은 선박과 터미널 간의 높이 변화나 움직임에 대응하고 있으나, 로딩암의 이동 범위에 제약이 따르며, 로딩암과 선박 또는 터미널 간의 연결 부위에 큰 인장력이 발생하여 로딩암 또는 선박의 매니폴드와 같은 장비에 무리를 주게 된다.
본 발명은 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 측정하여 로딩암을 통해 유체이송을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 유체이송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 해양 환경 정보, 유체 이송량 정보에 따라 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 예측하여 로딩암을 통한 유체이송을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 유체이송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 유체이송 제어 장치는 선박간 또는 선박과 화물터미널 간에 로딩암을 이용하여 유체를 이송하는 유체이송 제어 장치에 있어서, 복수의 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 레이저 측정부; 상기 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 위치 자세 산출부; 및 상기 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 레이저 측정부는, 상하방향을 갖는 복수의 제1 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 제1 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 제1 레이저레인지파인더; 및 좌우방향을 갖는 제2 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도를 산출하는 제2 레이저레인지파인더를 포함할 수 있다.
상기 위치 자세 산출부는, 상기 조사된 복수의 제1 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도, 상기 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출할 수 있다.
상기 상대적 위치 및 자세는 상기 선박간 또는 상기 선박과 상기 화물터미널 간의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 포함할 수 있다.
상기 유체이송 제어 장치는 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세, 해양 환경 정보 및 상기 로딩암을 통한 유체의 이송량 정보에 기초하여, 일정 시간 후의 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하는 예측부를 더 포함할 수 있다.
상기 유체이송 제어 장치는 파랑의 주기와 파고를 분석하는 환경 분석부를 더 포함하고, 상기 예측부는 분석된 파랑의 주기와 파고에 따라 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하며, 상기 제어부는 예측된 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 구동하는 로딩암 구동부; 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 선박 제어부; 및 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 통해 이송되는 유체의 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 복수의 레이저빔을 선박 또는 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 단계; 상기 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 단계; 및 상기 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 단계를 포함하는 유체이송 제어 방법이 제공된다.
상기 유체이송 제어 방법은 파랑의 주기와 파고, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송량 정보에 따라 일정 시간 후의 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하는 단계를 더 포함하며, 예측된 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 측정하여 로딩암을 통해 유체이송을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 유체이송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 해양 환경 정보, 유체 이송량 정보에 따라 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 예측하여 로딩암을 통한 유체이송을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 유체이송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 선박의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 선박의 초기 위치 및 자세에서 복수의 레이저빔의 길이 및 각도를 나타낸 도면이다.
도 7은 선박에 조사된 좌우방향 레이저빔의 길이 변화로부터 선박의 전후 편차(surge)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 선박에 조사된 레이저빔들의 길이 변화로부터 선박의 좌우 편차(sway)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 9는 선박에 조사된 상하방향 레이저빔들의 높이 변화로부터 선박의 상하 편차(heave)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 10은 선박에 조사된 상하방향 레이저빔들의 길이 변화로부터 선박의 횡회전 편차(roll)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 11은 선박에 조사된 레이저빔들의 각도 변화로부터 선박의 상하회전 편차(pitch)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 12는 선박에 조사된 레이저빔들 각각의 길이 변화 정도로부터 선박의 좌우회전 편차(yaw)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14는 파랑 정보에 따라 예측된 선박의 상대적 위치 및 자세에 따라 선박 간에 유체의 이송을 제어하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 현재 시점의 선박(10,20)간 상대적 위치 및 자세를 보여주는 도면이다.
도 14는 일정 시간 후에 대해 예측된 선박(10,20)간 상대적 위치 및 자세를 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치는 선박 또는 화물터미널에 구비된 레이저 측정부로부터 반대편의 선박 또는 화물터미널에 복수의 레이저빔을 조사하고, 반대편의 선박 또는 화물터미널에 조사된 복수의 레이저빔을 각각의 길이와 각도를 산출하고, 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터 선박간 또는 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 산출하고, 산출된 상대적 위치 및 자세에 따라 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고 선박 또는 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 선박간 혹은 선박과 화물터미널 간의 상대적 위치 및 자세를 측정하여 로딩암을 통해 유체이송을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치(100)의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치(100)를 구성하는 로딩암(30)을 통해 선박(10,20) 간에 유체를 이송하는 것을 보여주는 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치(100)를 구성하는 로딩암(30)을 통해 선박(10,20) 간에 유체를 이송하는 것을 보여주는 평면도이다. 이하에서, 선박(10,20) 간에 로딩암(30)을 통해 유체가 이송되는 실시 예에 대해 설명하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치(100)는 선박과 화물터미널 간에 상대적 위치 및 자세를 제어하고 유체의 이송을 제어하기 위하여 활용될 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치(100)는 로딩암(30), 레이저 측정부(110), 위치 자세 산출부(120), 예측부(130), 환경 분석부(140), 정보 제공부(150), 로딩암 구동부(160), 선박 제어부(170), 유량 제어부(180) 및 경고 발생부(190)를 포함한다.
로딩암(30)은 선박(10,20)간 또는 선박과 화물터미널 간에 유체를 이송한다. 도 2 및 도 3에서, 선박(10,20)은 예를 들어, 액화천연가스 수송선(LNG Carrier), 부유식 액화천연가스 저장 재기화 설비(Floating Storage Regasfication Unit), 부유식 생산 저장 설비(Floating Production Storage and Offloading) 등으로 제공될 수 있으며, 그 밖의 다양한 선박으로 제공될 수도 있다.
로딩암(30)은 다수 개의 암(arm)이 절곡 가능하도록 연결되어 선박(10,20) 간에 연장될 수 있다. 로딩암(30)은 암들 사이에 암들 간의 각도를 조절할 수 있는 수단을 구비할 수 있다. 로딩암(120)의 일단은 제1 선박(10)에 제공된 저장탱크로부터 LNG를 공급받도록 연결되고, 타단은 제2 선박(20)에 구비되어 있는 매니폴드(manifold)에 연결된 플랜지(미도시)에 체결되어, 제1 선박(10)으로부터 제2 선박(20)으로 LNG를 이송할 수 있다.
제1 선박(10)으로부터 제2 선박(20)으로 유체(예를 들어, 액화천연가스)가 이송됨에 따라, 제2 선박(20)은 드래프트(draft)가 증가하고, 제1 선박(10)은 드래프트가 감소한다. 이에 따라, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 높이 차이가 발생하게 되고, 선박 간의 상대적 위치에 변화가 생기게 된다. 또한, 파랑과 같은 해양 환경 조건에 따라 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간의 상대적 위치 및 자세가 변화할 수도 있다.
제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간의 변화하는 상대적 위치 및 자세를 추정하고 예측하기 위해, 제1 선박(10)에 구비된 레이저 측정부(110)는 복수의 레이저빔을 제2 선박(20)에 조사하고, 제2 선박(20)의 선체 측면에 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출한다. 일 실시 예로, 레이저 측정부(110)는 다수의 제1 레이저레인지파인더(laser range finder)(112,114,116)와, 제2 레이저레인지파인더(118)를 포함할 수 있다.
레이저레인지파인더들(112,114,116,118)은 제1 선박(10)의 측면에 전후 방향을 따라 일정 간격으로 구비될 수 있다. 제1 레이저레인지파인더(112,114,116)는 상하방향을 갖는 복수의 제1 레이저빔을 제2 선박(20)에 조사하고, 제2 선박(20)의 선체 측면에 상하방향으로 조사된 복수의 제1 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출한다. 제2 레이저레인지파인더(118)는 좌우방향을 갖는 제2 레이저빔을 제2 선박(20)에 조사하고, 제2 선박(20)의 선체 측면에 좌우방향으로 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도를 산출한다.
위치 자세 산출부(120)는 제2 선박(20)의 선체 측면에 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 제1 선박(10)을 기준으로 한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 산출한다. 일 실시 예로, 위치 자세 산출부(120)는 제1 레이저레인지파인더(112,114,116)에 의해 제2 선박(20)에 조사된 복수의 제1 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도, 제2 레이저레인지파인더(118)에 의해 제2 선박(20)에 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도, 및 제1 레이저빔과 제2 레이저빔 간의 길이의 상관관계로부터, 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 산출할 수 있다. 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 포함하는 상대적 위치 및 자세를 산출할 수 있다.
예측부(130)는 위치 자세 산출부(120)에 의해 산출된 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세, 해양 환경 정보 및 로딩암(30)을 통한 유체의 이송량 정보에 기초하여, 일정 시간 후의 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세를 예측할 수 있다. 예측부(130)는 예를 들어, 칼만필터(Kalman filter)와 같은 확률 알고리즘을 사용하여 예측을 수행할 수 있다.
해양 환경 정보는 환경 분석부(140)로부터 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 환경 분석부(140)는 파랑의 주기와 파고를 분석할 수 있다. 환경 분석부(140)는 GPS(Global Positioning System) 모듈, 자이로 센서(gyro sensor)와 같은 가속도 센서, 지자기 센서 등을 이용하여 선박(10,20)의 움직임을 분석하고, 움직임의 변화 주기나 변동성 등의 정보로부터 파랑의 주기와 파고를 분석할 수 있다.
유체의 이송량 정보는 정보 제공부(150)에 의해 제공될 수 있다. 정보 제공부(150)는 유체의 이송량(유량) 정보뿐만 아니라, 선박(10,20)의 적재용량, 유체 밀도 등의 정보를 예측부(130)로 제공할 수 있다.
예측부(130)는 환경 분석부(140)에 의해 분석된 파랑의 주기와 파고, 유체의 이송량 정보, 선박(10,20)의 적재용량, 유체 밀도 등의 정보 등을 종합적으로 분석하여, 일정 시간 후의 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 예측할 수 있다. 유체의 이송에 따른 선박(10,20) 간의 높이 차와 주변 환경(파랑 등)에 의한 전후좌우 움직임으로 인해, 선박(10,20) 간의 위치 및 자세가 변하게 되는데, 예측부(130)는 이러한 변화를 미리 예측한다.
제어부는 예측된 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세에 따라, 로딩암(30)을 통한 유체의 이송을 제어하고, 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세를 제어한다. 이에 따라, 예측된 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라 효율적으로 로딩암(30)의 움직임을 제어하고, 선박의 위치 및 자세를 적절히 제어할 수 있다.
로딩암(30)을 통한 유체의 이송을 제어하는 것의 예로서, 로딩암(30)을 통한 유체의 이송량을 조절하거나, 모터나 실린더 등의 수단에 의해 로딩암(30)의 위치나 방향을 조절할 수 있다. 제어부는 제2 선박(20)의 위치 및 자세를 직접 제어할 수도 있고, 제1 선박(20)의 위치 및 자세를 제어하여 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 제어할 수도 있다.
일 실시 예로, 제어부는 로딩암 구동부(160), 선박 제어부(170) 및 유량 제어부(180)를 포함할 수 있다. 로딩암 구동부(160)는 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라 로딩암(30)을 구동한다. 예를 들어, 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라 로딩암(30)과 선박(10,20) 간에 과도한 물리력이 작용하는 경우, 로딩암(30)에 의한 유체 이송을 중단하고, 로딩암(30)을 해체할 수 있다.
다른 예로, 로딩암 구동부(160)는 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라, 로딩암(30)을 통한 유체화물의 이송이 안정적으로 이루어질 수 있도록, 로딩암(30)의 자세, 길이, 연결부위의 각도 등을 변화시킬 수 있다. 로딩암 구동부(160)는 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라, 복수의 로딩암(30)을 개별적으로 제어할 수도 있다.
선박 제어부(170)는 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라, 로딩암(30)을 통해 유체가 안정적으로 이송될 수 있도록, 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세를 제어한다. 선박 제어부(170)는 제1 선박(10) 또는 제2 선박(20)에 구비된 추진기(thruster), 밸러스트(ballast), 터그 보트(tug boat) 등의 장치를 이용하여 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 제어할 수 있다.
유량 제어부(180)는 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라 로딩암(30)을 통해 이송되는 유체의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 유체의 이송에 따라 제2 선박(20)의 상대적 높이가 내려갈 경우, 로딩암(30)을 통해 이송되는 유체의 유량을 줄일 수 있다. 파랑의 파고가 심한 경우에는 선박(10,20) 간의 상대적 높이의 변동성이 커지기 때문에, 로딩암(30)과 선박(10,20) 간에 과도한 응력이 작용하지 않도록, 유량 제어부(180)는 로딩암(30)을 통한 유체의 이송량을 줄일 수 있다.
경고 발생부(190)는 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세가 미리 설정된 기준 범위(위험 범위)에 속하는 경우, 경고등, 경고광, LCD(Liquid Crystal Display) 화면 등을 통해 위험 상황을 작업자에게 알릴 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시 예의 경우, 유체를 이송하는 선박(10)에 레이저 측정부(110)가 구비되어 있으나, 레이저 측정부(110)는 유체를 이송받는 선박(20)에 구비될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 유체이송 제어 장치는 유체를 주고받는 두 선박 혹은 선박과 화물터미널의 어느 쪽이라도 설치 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 방법의 흐름도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 측정하기 위해, 레이저 측정부(110)는 제2 선박(20)의 선체 외측면에 복수의 레이저빔을 조사하고, 제2 선박(20)의 선체에 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출한다(S10). 위치 자세 산출부(120)는 제2 선박(20)의 선체 측면에 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 제1 선박(10)을 기준으로 한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 산출한다(S20).
도 5는 선박의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 위치 자세 산출부(120)는 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 포함하는 상대적 위치 및 자세를 산출할 수 있다.
도 6 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체이송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 선박의 초기 위치 및 자세에서 복수의 레이저빔의 길이 및 각도를 나타낸 도면이고, 도 7은 선박에 조사된 좌우방향 레이저빔의 길이 변화로부터 선박의 전후 편차(surge)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 전후 편차(surge)는 선박 간의 앞뒤 간격이 변하는 경우로서, 예를 들어 상하방향 레이저빔의 길이(d3)를 기준으로 좌우방향 레이저빔의 길이 변화(△d4)를 통해 측정될 수 있다.
즉, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 전후 편차(surge) 발생시, 제2 레이저레인지파인더(118)에 의해 수평방향으로 조사된 제2 레이저빔의 길이가 초기값으로부터 변화(△d4)하게 되므로, 이로부터 제2 선박(20)의 전후 편차(surge)를 산출할 수 있다.
도 8은 선박에 조사된 레이저빔들의 길이 변화로부터 선박의 좌우 편차(sway)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 좌우 편차(sway)는 선박간의 간격이 벌어지거나 좁아지는 경우이고, 레이지빔들의 길이가 모두 일정하게 증가하거나 줄어든다. 도 1 내지 도 3, 도 8을 참조하면, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 좌우 편차(sway) 발생시, 레이저빔들의 길이(△d1,△d2,△d3,△d4)가 전체적으로 줄어들게 된다. 이로부터 제2 선박(20)의 좌우 편차(sway)를 산출할 수 있다.
도 9는 선박에 조사된 상하방향 레이저빔들의 높이 변화로부터 선박의 상하 편차(heave)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3, 도 9를 참조하면, 상하 편차(heave)는 유체 이송과 파랑에 의해 생기는 선박간 높이 차로서, 좌우방향 레이저빔의 길이(d4)를 제외한 나머지 상하방향 레이저빔의 길이 변화(△d1,△d2,△d3)로부터 산출될 수 있다.
즉, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 상하 편차(heave) 발생시, 제1 레이저레인지파인더(112,114,116)에 의해 조사된 상하방향 레이저빔들의 길이(△d1,△d2,△d3)가 변화하게 된다. 이로부터 제2 선박(20)의 상하 편차(heave)를 산출할 수 있다.
도 10은 선박에 조사된 상하방향 레이저빔들의 길이 변화로부터 선박의 횡회전 편차(roll)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3, 도 10을 참조하면, 횡회전 편차(roll)는 선박의 좌우 회전량을 표현하며, 좌우방향 레이저빔의길이(d4)를 제외한 나머지 상하방향 레이저빔의 길이 변화(△d1,△d2,△d3)로부터 측정될 수 있다.
즉, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 횡회전 편차(roll) 발생시, 제1 레이저레인지파인더(112,114,116)에 의해 조사된 상하방향 레이저빔들의 길이(△d1,△d2,△d3)가 변화하게 되므로, 이로부터 제2 선박(20)의 횡회전 편차(roll)를 산출할 수 있다. 횡회전 편차(roll)의 경우, 좌우방향 레이저빔이 상하 편차(heave)와는 다른 위치에서 측정되므로, 좌우방향 레이저빔의 측정 위치로부터 횡회전 편차(roll)와, 상하 편차(heave)를 구분할 수 있다.
도 11은 선박에 조사된 레이저빔들의 각도 변화로부터 선박의 상하회전 편차(pitch)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3, 도 11을 참조하면, 상하회전 편차(pitch)는 선박의 앞뒤 회전량을 표현하며, θ 변화를 통해 판단할 수 있다. 즉, 제1 선박(10)과 제2 선박(20) 간에 상하회전 편차(pitch) 발생시, 레이저빔들의 각도(△θ1,△θ2,△θ3)가 변화하게 되므로, 이로부터 제2 선박(20)의 상하회전 편차(pitch)를 산출할 수 있다.
도 12는 선박에 조사된 레이저빔들 각각의 길이 변화 정도로부터 선박의 좌우회전 편차(yaw)를 산출하는 것을 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3, 도 12를 참조하면, 좌우회전 편차(yaw)는 선박의 수평 회전이며, 상하방향 레이저빔의 길이(△d1,△d2,△d3)가 서로 다른 값으로 변하는 것으로부터 판단할 수 있다. 즉, 선박(10,20) 간에 좌우회전 편차(yaw) 발생시, 레이저빔들의 길이(△d1,△d2,△d3)가 서로 다른 값으로 변화하게 되는 것으로부터, 제2 선박(20)의 좌우회전 편차(yaw)를 산출할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세가 산출되면, 예측부(130)는 위치 자세 산출부(120)에 의해 산출된 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세, 해양 환경 정보(예를 들어, 파랑의 주기와 파고) 및 로딩암(30)을 통한 유체의 이송량 정보에 기초하여, 일정 시간 후의 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 예측한다(S30).
제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세가 예측되면, 제어부는 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세에 따라, 로딩암(30)을 구동하고, 로딩암(30)을 통해 이송되는 유체의 유량을 제어하고, 로딩암(30)을 통해 유체가 안정적으로 이송될 수 있도록 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 제어할 수 있다(S40).
도 13 및 도 14는 파랑 정보에 따라 예측된 선박의 상대적 위치 및 자세에 따라 선박 간에 유체의 이송을 제어하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 현재 시점의 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세를 보여주는 도면이고, 도 14는 일정 시간 후에 대해 예측된 선박(10,20) 간의 상대적 위치 및 자세를 보여주는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 현재 시점에서 제1 선박(10)에 대한 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세는 선박(10,20) 간에 유체를 이송하기에 양호한 상태이지만, 도 14에 도시된 바와 같이, 일정 시간 후에 파랑에 의하여 선박(10,20) 간에 상대적 위치(높이) 편차가 과도하게 커지는 것으로 예상되면, 현재 시점에서 제1 선박(10)에서 제2 선박(20)으로 유체의 공급을 중단할 수 있다. 이와 같이, 제2 선박(20)의 상대적 위치 및 자세를 예측하여 유체 이송을 제어함으로써, 로딩암(30)의 손상 및 파괴를 방지할 수 있으며, 선박(10,20) 간에 안정적으로 로딩암(30)을 통해 유체를 이송할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 제1 선박 20: 제2 선박
30: 로딩암 112,114,116,118: 레이저레인지파인더
100: 유체이송 제어 장치 110: 레이저 측정부
120: 위치 자세 산출부 130: 예측부
140: 환경 분석부 150: 정보 제공부
160: 로딩암 구동부 170: 선박 제어부
180: 유량 제어부 190: 경고 발생부

Claims (9)

  1. 선박간 또는 선박과 화물터미널 간에 로딩암을 이용하여 유체를 이송하는 유체이송 제어 장치에 있어서,
    복수의 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 레이저 측정부;
    상기 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 위치 자세 산출부; 및
    상기 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 제어부를 포함하는 유체이송 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 측정부는,
    상하방향을 갖는 복수의 제1 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 제1 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 제1 레이저레인지파인더; 및
    좌우방향을 갖는 제2 레이저빔을 상기 선박 또는 상기 화물터미널에 조사하고, 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도를 산출하는 제2 레이저레인지파인더를 포함하는 유체이송 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 위치 자세 산출부는, 상기 조사된 복수의 제1 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도, 상기 조사된 제2 레이저빔의 길이와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 유체이송 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 상대적 위치 및 자세는 상기 선박간 또는 상기 선박과 상기 화물터미널 간의 전후 편차(surge), 좌우 편차(sway), 상하 편차(heave), 횡회전 편차(roll), 상하회전 편차(pitch) 및 좌우회전 편차(yaw)를 포함하는 유체이송 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세, 해양 환경 정보 및 상기 로딩암을 통한 유체의 이송량 정보에 기초하여, 일정 시간 후의 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하는 예측부를 더 포함하는 유체이송 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    파랑의 주기와 파고를 분석하는 환경 분석부를 더 포함하고,
    상기 예측부는 분석된 파랑의 주기와 파고에 따라 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하며,
    상기 제어부는 예측된 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 유체이송 제어 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 구동하는 로딩암 구동부;
    상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 선박 제어부; 및
    상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라 상기 로딩암을 통해 이송되는 유체의 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함하는 유체이송 제어 장치.
  8. 복수의 레이저빔을 선박 또는 화물터미널에 조사하고, 조사된 복수의 레이저빔 각각의 길이와 각도를 산출하는 단계;
    상기 조사된 복수의 레이저빔 간의 길이의 상관관계와 각도로부터, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 산출하는 단계; 및
    상기 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 단계를 포함하는 유체이송 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    파랑의 주기와 파고, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송량 정보에 따라 일정 시간 후의 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 예측하는 단계를 더 포함하며,
    예측된 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세에 따라, 상기 로딩암을 통한 유체의 이송을 제어하고, 상기 선박 또는 상기 화물터미널의 상대적 위치 및 자세를 제어하는 유체이송 제어 방법.
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