KR20160081674A - 소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 수질 측정 장치 - Google Patents

소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 수질 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 수질 측정 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 지역 환경 특성상 벽오지에 설치되어 있는 소규모 상수시설을 효율적으로 운영 및 관리할 수 있는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템 및 본 시스템에서 사용되는 수질 측정 장치에 관한 것이다.

Description

소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 수질 측정 장치{APPARATUS OF WATER QUALITY OF INTEGRATED MANAGEMENT SYSTEM OF SMALL SCALE WATER SUPPLY FACILITY}
본 발명은 소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 수질 측정 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 지역 환경 특성상 벽오지에 설치되어 있는 소규모 상수시설을 효율적으로 운영 및 관리할 수 있는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템 및 본 시스템에서 사용되는 수질 측정 장치에 관한 것이다.
현재 대부분의 소규모 상수시설이나 마을 상수도는 지하수 및 계곡수를 취수하여 저수조에 저류한 후, 대부분 염소 소독만 이루어진 후 급수하는 공정으로 운영되고 있다.
더군다나 마을 상수도의 43% 정도는 소독시설이 없고, 마을 이장 등의 비전문적 관리 인력이 관리하고 있는 실정이다.
또한 대부분의 마을 상수시설이 20년 이상 노후된 채로 관리가 제대로 이루어지고 있지 않으며, 설치 당시의 기술적인 결함, 시설의 부족과 노화, 수원 주변의 관리 소홀 및 불완전한 정수처리 등으로 인한 급수수질의 악화, 물 사용량 증대에 따른 수량 부족 등의 문제점을 가지고 있다.
따라서 수원지의 관리 및 개선도 중요한 과제이며, 실질적인 마을 상수도 시설의 관리 및 수질관리를 지속적으로 시행하여야 하나, 현재 수질관리는 마을 이장 등의 비전문가 등에 의해 고체 또는 액체 염소를 주기적으로 넣어주는 것 외에 별다른 조치가 없는 실정이다.
현재 선진국 진입의 문턱에서 국민의 보건과 함께 보다 높은 삶의 질을 요구하는 추세에 맞추어 소규모 수도시설의 실질적이고 효율적인 수질관리와 안전성을 보증하기 위해서는 저렴하고 유지관리가 용이한 통합관리 시스템의 도입이 필요하다.
또한 수질 측정 장치의 센서의 오염 및 시간에 따른 교란에 의해, 센서의 세척 및 센서 기준값의 교정이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1046198호(등록일자: 2011년 06월 28일, 명칭: 수처리 원격제어 감시 시스템) 대한민국 등록특허공보 제10-0906654호(등록일자: 2009년 07월 01일, 명칭: 소규모저수지 및 간척담수호 농업용수 원격 수질자동관측시스템 및 탁도관측방법)
본 발명은 센서의 오염 및 교란을 방지하고, 교란에 따른 실제 측정값이 변화를 교정하는 수질 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소규모 상수시설의 수질관리를 효율적으로 수행함으로써 수질의 안전성을 강화하면서도 유지관리 비용을 저감할 수 있는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 질산성질소(NO3) 정보, 전기전도도 정보, 잔류염소 정보, pH 정보, 탁도 정보 및 온도 정보를 포함하는 수질정보와 수위 정보, 수압 정보 및 유량 정보를 포함하는 유지관리정보를 실시간으로 정확하게 수집하고, 수집된 정보에 실시간으로 능동적으로 대처함으로써, 상수원의 수질 안전성을 확보할 수 있게 하는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에 따른 수질 측정 장치는, 수질 측정용 샘플을 임시 저장하는 수질 측정 챔버로서, 상기 샘플이 유입되는 유입관, 상기 유입관의 유류의 흐름을 개폐하는 유입 밸브, 상기 샘플이 일정 부피를 초과하면 외부로 유출되도록 하는 자유 유출관, 하부에 배치되어 강제로 상기 샘플을 배출하는 강제 유출관, 및 상기 강제 유출관의 유류를 개폐하는 유출 밸브를 구비하는 상기 수질 측정 챔버; 증류수 통의 증류수를 흡입하는 제1 흡입관; 고정 시료액 통의 고정 시료액을 흡입하는 제2 흡입관; 상기 제1 및 제2 흡입관을 통해 흡입된 증류수 및 고정 시료액 중 적어도 일부를 상기 수질 측정 챔버 내부로 토출하는 토출관; 상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관이 전환 연결되도록 상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관 사이에 구성된 입출력 전환 밸브; 상기 전환 밸브와 연결된 유류관을 통해 상기 제1 및 제2 흡입관의 흡입량 및 상기 토출관의 토출량을 제어하는 펌프; 및 상기 유입 밸브, 상기 유출 밸브, 상기 전환 밸브, 및 상기 펌프를 제어하여 상기 수질 측정 챔버 내부에 배치된 오염 측정 센서의 프로브를 세척하고 상기 오염 측정 센서의 기준값을 교정하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소규모 상수시설 통합 관리 시스템은 소규모 상수시설의 수질정보와 유지관리정보를 수집하기 위한 복합 센서 모듈과, 상기 복합 센서 모듈로부터 상기 수질정보와 상기 유지관리정보를 실시간으로 전송받아 저장하고, 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보에 대응하여 미리 저장되어 있는 제어 명령을 상기 소규모 상수시설의 수질을 관리하는 수질관리용 주변장치로 전송하고, 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 포함하는 통합 모니터링 정보를 외부로 전송하는 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit) 및 상기 원격 단말 장치로부터 상기 통합 모니터링 정보를 전송받아 저장하고, 상기 통합 모니터링 정보를 미리 설정된 형식으로 가공한 통합 모니터링 서비스 정보를 사용자 단말(60)로 서비스하고, 관리자 단말을 통해 입력되는 관리자 제어명령을 상기 원격 단말 장치로 전송하는 통합 운영 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합 센서 모듈은 상기 수질정보를 수집하기 위한 센서들이 복합적으로 배열되어 구성된 수질 측정용 센서 모듈 및 상기 유지관리정보를 수집하기 위한 센서들로 구성된 유지관리용 센서 모듈을 포함한다.
또한, 상기 수질 정보는 질산성질소 정보, 전기전도도 정보, 잔류염소 정보, pH 정보, 탁도 정보 및 온도 정보를 포함하고, 상기 유지관리정보는 수위 정보, 수압 정보 및 유량 정보를 포함한다.
또한, 상기 수질 측정용 센서 모듈은 수요처로 배수되는 배수라인에 설치되어 있고, 상기 유량 정보와 상기 수압 정보를 수집하기 위한 유지관리용 센서 모듈은 상수원이 저장탱크로 유입되는 경로에 위치한 급수라인에 설치되어 있고, 상기 수위 정보를 수집하기 위한 유지관리용 센서 모듈은 상기 저장탱크에 설치된다.
또한, 상기 원격 단말 장치는 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 통합 모니터링 정보에 따라 미리 설정된 특정 상황이 발생하였는지 여부를 판단하고, 상기 특정 상황이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 특정 상황에 대한 이벤트 정보를 저장한 후 상기 통합 운영 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상기 원격 단말 장치는 태양전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈이 발전한 전력을 저장하는 배터리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원격 단말 장치는 평상시, 전력망을 통해 상시 교류전원을 공급받아 동작되고, 정전 발생시, 상기 배터리부에 저장된 직류전원을 공급받아 동작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원격 단말 장치는 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 통합 모니터링 정보 및 상기 원격 단말 장치의 상태정보를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 운영 장치는 게이트웨이를 통해 상기 원격 단말 장치로부터 상기 통합 모니터링 정보를 전송받아 저장하고, 상기 통합 모니터링 정보를 미리 설정된 형식으로 가공한 통합 모니터링 서비스 정보를 생성하고, 상기 관리자 단말을 통해 입력되는 관리자 제어명령을 상기 원격 단말 장치로 전송하는 통합 관리 서버 및 상기 통합 관리 서버가 생성한 통합 모니터링 서비스 정보를 웹브라우저를 통하여 서비스하는 웹 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 관리 서버는 상기 원격 단말 장치로부터 전송받은 통합 모니터링 정보를 분석하여 미리 설정된 긴급 상황이 발생하였는지 여부를 판단하고, 상기 긴급 상황이 발생한 것으로 판단된 경우 긴급 상황 정보가 상황실에 설치된 긴급 상황 경고부를 통해 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 관리 서버는 상기 긴급 상황 정보가 단문 메시지 서비스(Short Message Service, SMS) 방식으로 미리 설정되어 있는 관계자 단말로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수질 측정용 센서의 오염 및 교란을 챔버와 센서 프로브의 세척으로 제거할 수 있으며, 시간에 따른 센서값의 변동을 교정을 통해 정확한 농도값을 제공할 수 있다.
또한, 소규모 상수시설의 수질관리를 효율적으로 수행함으로써 수질의 안전성을 강화하면서도 유지관리 비용을 저감할 수 있는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템이 제공되는 효과가 있다.
또한, 질산성질소(NO3) 정보, 전기전도도 정보, 잔류염소 정보, pH 정보, 탁도 정보 및 온도 정보를 포함하는 수질정보와 수위 정보, 수압 정보 및 유량 정보를 포함하는 유지관리정보를 실시간으로 정확하게 수집하고, 수집된 정보에 실시간으로 능동적으로 대처함으로써, 상수원의 수질 안전성을 확보할 수 있게 하는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템이 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 상수시설 통합 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 복합 센서 모듈을 구성하는 수질 측정용 센서 모듈과 유지관리용 센서 모듈 중에서, 수질 측정용 센서 모듈의 구체적인 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit, RTU)의 구체적인 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 통합 관리 서버가 제공하는 사용자 인터페이스 화면 구성의 예들을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치를 도시하고, 도 8은 센서 기준값 리셋 방법에 관한 순서도이고, 도 9는 센서 기준값 교정에 관한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 상수시설 통합 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소규모 상수시설 통합 관리 시스템은 복합 센서 모듈(10), 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit, RTU, 20), 무선 통신 모듈(30), 게이트웨이(40) 및 통합 운영 장치(50)를 포함하여 구성된다.
복합 센서 모듈(10)은 소규모 상수시설의 수질정보와 유지관리정보를 수집하기 위한 수단이다. 일반적으로, 소규모 상수시설은 지속적인 유지관리가 어려운 상황에 처해 있으며, 낙뢰, 습기, 고온 또는 극저온 등의 환경에서 약점을 드러내고 있으며, 시설이 설치된 지역의 특성상 통신이 용이하지 못한 곳이 많다. 이러한 소규모 상수시설의 수질관리의 어려움을 해결하기 위하여, 본 실시 예는 소규모 상수시설마다 복합 센서 모듈(10)을 설치하여 여러 수질 평가 항목에 대한 정보 및 시설에 대한 유지관리를 위한 정보들을 수집토록 하고, 이 정보들을 후술하는 원격 단말 장치(20)를 통해 원격지에 위치한 통합 운영 장치(50)로 전송하여, 원격지에서 소규모 상수시설들의 상황을 실시간으로 확인하고, 그 상황에 적절히 대처할 수 있도록 구성된다.
예를 들어, 이러한 복합 센서 모듈(10)은 수질정보를 수집하기 위한 센서들이 복합적으로 배열되어 구성된 수질 측정용 센서 모듈(12) 및 유지관리정보를 수집하기 위한 센서들로 구성된 유지관리용 센서 모듈(14)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 수질정보를 수집하기 위한 센서들은 하나의 통합 형태의 모듈인 수질 측정용 센서 모듈(12)로 복합화함으로써, 센서 유지관리의 효율성을 높일 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 도 2를 추가적으로 참조하면, 수질 측정용 센서 모듈(12)은 질산성질소 정보를 수집하는 질산성질소정보 수집센서(121), 전기전도도 정보를 수집하는 전기전도도정보 수집센서(122), 잔류염소 정보를 수집하는 잔류염소정보 수집센서(123), pH 정보를 수집하는 pH정보 수집센서(124), 탁도 정보를 수집하는 탁도정보 수집센서(125) 및 온도 정보를 수집하는 온도정보 수집센서(126) 및 후술하는 원격 단말 장치(20)와의 통신을 위한 센서측 통신모듈(127)을 포함하여 구성될 수 있다. 센서측 통신모듈(127)은 원격 단말 장치(20)와의 유선 및 무선 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.
유지관리용 센서 모듈(14)은 수위 정보, 수압 정보 및 유량 정보를 수집하는 센서들 및 원격 단말 장치(20)와의 통신을 위한 통신모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 수질 측정용 센서 모듈(12)은 소규모 상수시설로부터 상수를 공급받는 자 즉, 수요처로 배수되는 배수라인에 설치하고, 유량 정보와 수압 정보를 수집하기 위한 유지관리용 센서 모듈(14)은 상수원이 저장탱크로 유입되는 경로에 위치한 급수라인에 설치하고, 수위 정보를 수집하기 위한 유지관리용 센서 모듈(14)은 저장탱크에 설치함으로써, 측정되는 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
원격 단말 장치(20)는 복합 센서 모듈(10)로부터 수질정보와 유지관리정보를 실시간으로 전송받아 저장하고, 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보에 대응하여 미리 저장되어 있는 제어 명령을 소규모 상수시설의 수질을 관리하는 수질관리용 주변장치(16)로 전송하고, 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 포함하는 통합 모니터링 정보를 후술하는 통합 운영 장치(50)로 전송하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 도 3을 추가적으로 참조하면, 이러한 원격 단말 장치(20)는 제1 RTU측 통신모듈(210), 제어부(220), 저장부(230), 디스플레이부(240), 제2 RTU측 통신모듈(250), 상시 전원부(260) 및 비상 전원부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 RTU측 통신모듈(210)은 복합 센서 모듈(10)과의 실시간 통신을 위한 수단이며, 유선 및 무선 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.
제어부(220)는 제1 RTU측 통신모듈(210)을 통해 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보가 저장부(230)에 저장되도록 제어하고, 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 분석하여 이 정보에 대응하여 미리 저장되어 있는 제어 명령이 제1 RTU측 통신모듈(210)을 통해 소규모 상수시설의 수질을 관리하는 수질관리용 주변장치(16)로 전송되도록 제어하고, 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 포함하는 통합 모니터링 정보가 통합 운영 장치(50)로 전송되도록 제어하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 수질관리용 주변장치(16)는 적정량의 염소를 주입하는 염소 주입장치일 수 있다.
예를 들어, 원격 단말 장치(20)를 구성하는 제어부(220)는 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 통합 모니터링 정보를 분석하여, 미리 설정된 특정 상황이 발생하였는지 여부를 판단하고, 특정 상황이 발생한 것으로 판단된 경우, 이 특정 상황에 대한 이벤트 정보가 저장부(230)에 저장한 후, 이 이벤트 정보가 후술하는 제2 RTU측 통신모듈(250)을 통해 통합 운영 장치(50)로 전송되도록 제어할 수 있다.
저장부(230)는 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 포함하는 통합 모니터링 정보, 제어부(220)가 생성한 이벤트 정보를 포함하여 상수시설의 관리와 관련된 제반 정보들이 저장되는 저장소이다.
디스플레이부(240)는 제어부(220)의 제어에 따라 복합 센서 모듈(10)로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보, 제어부(220)가 생성한 이벤트 정보 및 원격 단말 장치(20)의 상태정보를 시각적으로 표시하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 원격 단말 장치(20)의 상태정보는 전원 상태에 대한 정보 및 통신 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제2 RTU측 통신모듈(250)은 원격지에 위치한 통합 운영 장치(50)의 통신을 위한 수단으로서, 원격지 통신을 위한 첫 번째 노드인 무선 통신 모듈(30)과의 통신을 위한 수단이다.
상시 전원부(260)는 전력망을 통해 공급되는 상시 교류전원을 직류로 변환하여, 원격 단말 장치(20)를 구성하는 각각의 구성요소들로 공급한다.
비상 전원부(270)는 정전 발생시의 전원으로서, 태양전지 모듈(272)과 배터리부(274)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 비상 전원부(270)는 정전 발생시, 배터리부(274)에 저장되어 있는 직류전원을 원격 단말 장치(20)를 구성하는 각각의 구성요소들로 공급한다.
무선 통신 모듈(30)은 원격 단말 장치(20)와의 무선 통신을 통해 이 원격 단말 장치(20)를 게이트웨이(40)에 접속시키는 기능을 수행하고, 게이트웨이(40)는 원격 단말 장치(20)를 이더넷을 통해 통합 운영 장치(50)에 접속시키는 기능을 수행한다.
통합 운영 장치(50)는 무선 통신 모듈(30)과 게이트웨이(40)를 통해 원격 단말 장치(20)로부터 통합 모니터링 정보를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 이 통합 모니터링 정보를 미리 설정된 형식으로 가공한 통합 모니터링 서비스 정보를 사용자 단말(60)로 서비스하고, 관리자 단말을 통해 입력되는 관리자 제어명령을 원격 단말 장치(20)로 전송하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 이러한 통합 운영 장치(50)는 통합 관리 서버(52), 웹 서버(54) 및 긴급 상황 경고부(56)를 포함하여 구성될 수 있다.
통합 관리 서버(52)는 게이트웨이(40)를 통해 원격 단말 장치(20)로부터 통합 모니터링 정보를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 통합 모니터링 정보를 미리 설정된 형식으로 가공한 통합 모니터링 서비스 정보를 생성하고, 관리자 단말을 통해 입력되는 관리자 제어명령을 원격 단말 장치(20)로 전송하는 기능을 수행한다.
하나의 예로, 통합 관리 서버(52)는 원격 단말 장치(20)로부터 전송받은 통합 모니터링 정보를 분석하여 미리 설정된 긴급 상황이 발생하였는지 여부를 판단하고, 긴급 상황이 발생한 것으로 판단된 경우, 긴급 상황 정보가 상황실에 설치된 긴급 상황 경고부(56)를 통해 출력되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 통합 관리 서버(52)는 긴급 상황 정보가 단문 메시지 서비스(Short Message Service, SMS) 방식으로 미리 설정되어 있는 관계자 단말(70)로 전송되도록 제어할 수 있다.
웹 서버(54)는 통합 관리 서버(52)가 생성한 통합 모니터링 서비스 정보를 웹브라우저를 통하여 서비스하는 기능을 수행한다. 즉, 원격지에 위치한 사용자는 자신의 사용자 단말(60)을 통해 웹 서버(54)가 제공하는 웹페이지에 접속함으로써, 통합 모니터링 서비스를 제공받을 수 있다.
긴급 상황 경고부(56)는 상황실에 설치된 경광등일 수 있으며, 통합 관리 서버(52)의 제어에 따라 긴급 상황 정보를 출력하는 기능을 수행한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 통합 관리 서버가 제공하는 사용자 인터페이스 화면 구성의 예들을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 통합 관리 서버(52)가 제공하는 사용자 인터페이스 화면은 실제 각각의 소규모 상수시설 지점의 계통도를 사용자가 이해하기 쉽고, 통제가 용이하도록 구성되며, 소규모 상수시설에 설치된 수질 측정용 센서 모듈과 유지관리용 센서 모듈이 실시간으로 수집하여 전송하는 정보들을 열람하고 취득할 수 있도록 구성된다. 이 화면은 HMI 모니터링 시스템과 같은 화면으로 HMI 모니터링 시스템에서 보여지는 모든 화면을 운영체제 및 단말 장치(Device)에 대한 제한없이, 사용자가 웹브라우저를 통하여 스마트폰, 태블릿, 일반 PC 등에서 상황을 모니터링할 수 있기 때문에, 긴급상황 발생시 언제라도 상태를 확인하고 신속한 조치를 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 사용자 인터페이스 화면은 데이터들이 실시간으로 저장되는 데이터베이스와 연계하여 실시간 데이터의 과거 이력을 조회하고, 이를 그래프 형태의 추이로 나타내어 과거 데이터의 흐름을 한 눈에 쉽게 파악하고, 향후의 흐름을 예측 가능하도록 보여주며, 사용자가 직접 그룹화, 트랜드의 색상 및 그래프의 사이즈를 수정하여 볼 수 있도록 구성된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 소규모 상수시설의 수질관리를 효율적으로 수행함으로써 수질의 안전성을 강화하면서도 유지관리 비용을 저감할 수 있는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템이 제공되는 효과가 있다.
또한, 질산성질소(NO3) 정보, 전기전도도 정보, 잔류염소 정보, pH 정보, 탁도 정보 및 온도 정보를 포함하는 수질정보와 수위 정보, 수압 정보 및 유량 정보를 포함하는 유지관리정보를 실시간으로 정확하게 수집하고, 수집된 정보에 실시간으로 능동적으로 대처함으로써, 상수원의 수질 안전성을 확보할 수 있게 하는 소규모 상수시설 통합 관리 시스템이 제공되는 효과가 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치를 도시하고, 도 8은 센서 기준값 리셋 방법에 관한 순서도이고, 도 9는 센서 기준값 교정에 관한 그래프이다.
이다. 본 수질 측정 장치는 도 1에서 언급한 소규모 상수시설 통합 관리 시스템의 일부이거나, 또는 복합 센서 모듈의 일부를 이용할 수 있다.
수질 측정용 센서는 측정하려는 지하수와 같은 샘플에 의해 센서의 감도를 저하시키거나 교란시키는 오염이 발생할 수 있다. 또한 지속적으로 샘플의 특정 오염 물질을 측정하기 위해 센서 프로브가 계속 샘플 속에 있는 경우, 센서에서 측정되는 전압값과 이 전압값을 보정한 측정값 사이에 오차가 발생하여 이를 수정할 필요가 있다.
이에 본 실시예에 따른 수질 측정 장치는, 수질 측정 챔버(350), 챔버(350) 내부에 배치되는 센서 프로브(330)를 구비하는 센서(340), 증류수를 보관하는 증류수 통(320), 고정 시료액을 보관하는 고정 시료액 통(325), 증류수와 고정 시료액을 일정 부피만큼 챔버(350)에 유입시키기 위한 펌프 장치, 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
챔버(350)는 샘플이 유입되는 유입관(360), 유입관(360)의 유류의 흐름을 개폐하는 유입 밸브(365), 샘플이 일정 부피를 초과하면 외부로 유출되도록 하는 자유 유출관(370), 하부에 배치되어 강제로 샘플을 배출하는 강제 유출관(380), 및 강제 유출관(380)의 유류를 개폐하는 유출 밸브(385)를 구비할 수 있다.
지속적인 수질 측정 시, 열려 있는 유입 밸브(365)를 통해 샘플이 챔버(350) 내로 유입되고, 유입된 샘플은 일정 부피를 초과하면 자유 유출관(370)을 통해 외부로 배출된다. 센서(340)의 프로브(330)를 세척하는 경우, 유입 밸브(365)는 닫고 유출 밸브(385)를 일정 시간 주기로 개폐하여 챔버(350) 내부에 증류수가 채워졌다가 비워지는 것을 반복되도록 할 수 있다. 이 경우 증류수에 프로브(330)가 충분히 잠기도록 제어되는 것이 바람직하다. 센서 기준값을 측정하는 경우, 유입 밸브(365) 및 유출 밸브(385)를 닫힘으로 할 수 있다.
펌프 장치는 증류수 통(320)의 증류수를 흡입하는 제1 흡입관(316), 고정 시료액 통(325)의 고정 시료액을 흡입하는 제2 흡입관(314), 제1 및 제2 흡입관(316, 314)을 통해 흡입된 증류수 및 고정 시료액 중 적어도 일부를 챔버(350) 내부로 토출하는 토출관(318), 제1 및 제2 흡입관(316, 314), 및 토출관(318)이 전환 연결되도록 제1 및 제2 흡입관(316, 314) 및 토출관(318) 사이에 구성된 입출력 전환 밸브(310), 전환 밸브(310)와 연결된 유류관(312)을 통해 제1 및 제2 흡입관(316, 314)의 흡입량 및 토출관(318)의 토출량을 제어하는 펌프(300)를 구비할 수 있다.
펌프(300)는 실린지 및 플란져 등으로 구성된 실린지 펌프인 것이 바람직하다. 정확한 양을 제어할 수 있기 때문이다.
전환 밸브(310)는 제어 신호에 따라 전환 밸브(310)에 연결된 네 개의 관 중 특정 두 개의 관을 서로 연결 시킬 수 있다. 펌프(300) 및 전환 밸브(310)의 작동은 다음과 같다. 펌프(300) 내부로 유체를 이동 시킬 때, 펌프(300)는 흡입 공정을 하고 전환 밸브(310)는 유류관(312)을 제1 및 제2 흡입관(316, 314) 중 어느 하나를 연결시킨다. 펌프(300) 내부의 유체를 챔버(350)로 토출하는 경우, 펌프(300)는 배출 공정을 하고 전환 밸브(310)은 유류관(312)과 토출관(318)을 연결시킨다.
센서(340)는 질산성질소(NO3) 정보, 전기전도도 정보, 잔류염소 정보, 및 pH 정보 중 어느 하나를 측정할 수 있다. 본 실시예에서 센서(340)는 질산성질소 농도를 측정하는 것으로 가정한다. 센서(340)는 프로브(330)에서 측정된 전압값에 일정 상수를 곱하여 질산성질소의 농도값을 출력할 수 있다. 이러한 측정은 제어부(400)에서 행해질 수도 있다. 센서(340)는 농도를 알고 있는 적어도 두 개의 기준 농도값, 예를 들어, 도 9(a)의 농도 d1 및 d2에 따른 측정된 전압값 v1 및 v2에 기준 농도값이 되도록 하는 기준값을 정할 수 있다.
증류수 통(320)의 증류수는 챔버(340) 내부 및 센서 프로브(330)를 세척하거나 기준 시료액을 생성하는 데 이용될 수있다. 고정 시료액 통(325)으 고정 시료액은 특정 농도의 질산성질소 수용액이다. 기준 측정은 적어도 2 회를 해야 하며, 매외 기준 측정시 사용되는 기준 농도가 동일하지 않다. 따라서 다양한 농도의 시료액을 준비하는 것 보다는, 고농도의 고정 시료액에 증류수를 혼합하여 다양한 농도의 기준 시료액을 생성하는 것이 저렴하고 장치를 간소화할 수 있다.
제어부(400)는 통상적으로 유입 밸브(365), 유출 밸브(385), 전환 밸브(310), 및 펌프(300)의 동작을 제어하여 수질 측정 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 상기 각 부의 제어를 통해 챔버(350) 내부에 배치된 오염 측정 센서(340)의 프로브(330)를 세척하고 오염 측정 센서(340)의 측정값을 교정할 수 있다. 제어부(400)는 다른 장치의 프로세서 등을 이용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(400)는 기설정된 주기 마다 프로브 세척 및 센서 기준값 교정을 할 수 있다(S410). 앞서 설명한 바와 같이, 프로브(330)가 장시간 샘플 속에 있으면 오염되며 교란되기 때문이다. 이에 프로브(330)를 세척하고 센서(340)의 기준값을 교정해야 한다.
도 9(a) 및 도 9(b)를 참조하면, 오염 및 교란에 따른 센서값의 변동은 다음과 같다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 질산성질소의 농도를 알고 있는 두 가지의 수용액을 시간 차를 두고 센서(340)에서 측정된 값을 도시한다. 즉 질산성질소의 농도가 d1인 제1 시료액 및 d2인 제2 시료액의 측정된 전압값이 도 9(a)는 v1 및 v2로 측정되었고, 도 9(b)는 v1' 및 v2'으로 측정되었다. 전압값 v1과 v1' 및 v2와 v2'은 그 크기나 대소가 케이스에 따라 상이할 수 있음은 당연하다. 고정 농도의 수용액의 측정 전압값이 오명이나 교란 등에 의해 달라지면 정확한 질산성질소의 농도를 제시할 수 없다. 이에 매 주기마다 적어도 두 개의 알고 있는 농도의 기준 시료액의 기준 측정값을 기준으로 실제 샘플의 질산성질소의 농도를 교정할 수 있다. 본 실시예에서 측정범위의 센서에서의 측정값은 최대한 리니어하도록 설정되어 있음을 전제조건으로 함은 당연하다.
제어부(400)는 기준 측정 전에 챔버(350) 내부 및 프로브를 세척하는 것이 바람직하다. 이에 제어부(400)는 유입 밸브(365)를 닫고 유출 밸브(385)를 열어 챔버(350)에 임시 저장되어 있는 샘플을 제거하고, 유출 밸브(385), 전환 밸브(310) 및 펌프(300)를 제어하여 프로브가 증류수에 잠기게 할 수 있다. 이러한 세척 과정은 수회 반복하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 일반적으로 d1 농도의 제1 기준 시료액 및 d2 농도의 제2 기준 시료액으로 기준 측정값을 측정하는 것으로 한다. 제1 시료액의 기준값을 측정하기 위해, 제어부(400)는 챔버에 d1 농도가 되도록 전환 밸브(310) 및 펌프(300)를 제어하여 일정 부피의 증류수 및 고정 시료액이 챔버(350)로 유입되도록 할 수 있다. 증류수 및 고정 시료액이 챔버(350)로 유입되는 순서는, 설정된 증류수 부피 중 제1 부피의 증류수가 챔버(350)로 유입되고, 설정된 고정 시료액 부피의 고정 시료액이 챔버(350)로 유입되고, 설정된 증류수 부피 중 제1 부피를 제외한 제2 부피의 증류수가 챔버(350)로 유입되도록 하는 것이 바람직하다. 설정된 증류수 부피 및 설정된 고정 시료액의 부피를 합한 수용액의 질산성질소의 농도는 d1이 되도록 한다. 설정된 증류수의 제2 부피는 설정된 고정 시료액 부피의 고정 시료액이 토출관(318)에 잔류되지 않도록 토출관(318)의 부피 보다 크도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 토출관(318)의 부피는 토출관(318) 내부 잔류액이 남아 있을 수 있는 부피를 의미한다. 즉 잔류액이 남아 있는 부피의 최대 부피는 토출관(318) 내부의 실제 부피이다. 제1 기준 시료액의 측정이 종료되면, 제어부(400)는 다시 세척작업을 한 후, 제2 기준액을 챔버(350)에 투입하여 센서값을 측정한다. 과정은 제1 기준액의 측정과 동일할 수 있다. 제2 기준액의 측정이 종료되면, 다시 세척 작업을 하고 샘플이 챔버(350)에 유입되도록 한다.
본 실시예에서 주기적으로 측정하는 데 사용되는 기준 농도는 일반적인 샘플(지하수)에서 측정되는 범위의 최대값을 농도 d1으로, 절대 음용해서는 안되는 위험치 농도의 최소값을 농도 d2로 하는 것이 바람직하다. 센서에서 측정되는 전압값이 최대한 리니어하도록 센서를 제작하고 설정하여도 비선형성이나 오차가 발생한다. 이러한 비선형성 및 오차는 정밀한 농도 측정을 어렵게 한다. 그러나 일반적으로 측정되는 범위의 최대값을 제1 기준 농도로 하고, 최소 위험치를 제2 기준 농도로 하는 경우, 센서의 측정값은 제1 및 제2 기준 농도에서 정밀해 질 수 있다.
제어부(400)는 실시간으로 측정된 샘플의 질산성질소의 농도값(Vs)이 최소 위험치(Vmin)를 초과하는지 판단할 수 있다(S420). 또한 이전 타임 윈도우에서 측정한 농도값(Vs-1)이 특정 범위를 초과하는지 판단할 수 있다(S430, S440). 실시간 농도값(Vs)이 최소 위험치(Vmin) 또는 이전 값에 비교하여 특정 범위를 벗어나는 경우, 샘플의 실제 질산성질소의 농도 변화 보다는 센서의 오류일 가능성이 크기 때문이다. 이러한 경우, 제어부(400)는 챔버(350) 및 프로브(330) 세척과 센서 기준값을 교정하는 레셋 작업을 할 수 있다(S425, S435, S450). 각 리셋 작업시 센서 기준값을 교정하기 위한 제1 및 제2 기준 시료액의 농도를 달리할 수 있다. 예를 들어, 도 9(c)와 같이, 제1 기준 시료액의 농도는 0으로 수정하고, 제2 기준 시료액의 농도는 최소 위험치 농도인 d2로 유지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 샘플의 실제 농도가 최소 위첨치를 초과하는지가 민감하게 반응할 수 있기 때문이다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부된 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 복합 센서 모듈 12: 수질 측정용 센서 모듈
14: 유지관리용 센서 모듈 16: 수질관리용 주변장치
20: 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit, RTU)
30: 무선 통신 모듈 40: 게이트웨이
52: 통합 관리 서버 54: 웹 서버
56: 긴급 상황 경고부 60: 사용자 단말
70: 관계자 단말 300: 펌프
310: 전환 밸브 330: 프로브
400: 제어부

Claims (7)

  1. 수질 측정용 샘플을 임시 저장하는 수질 측정 챔버로서, 상기 샘플이 유입되는 유입관, 상기 유입관의 유류의 흐름을 개폐하는 유입 밸브, 상기 샘플이 일정 부피를 초과하면 외부로 유출되도록 하는 자유 유출관, 하부에 배치되어 강제로 상기 샘플을 배출하는 강제 유출관, 및 상기 강제 유출관의 유류를 개폐하는 유출 밸브를 구비하는 상기 수질 측정 챔버;
    증류수 통의 증류수를 흡입하는 제1 흡입관;
    고정 시료액 통의 고정 시료액을 흡입하는 제2 흡입관;
    상기 제1 및 제2 흡입관을 통해 흡입된 증류수 및 고정 시료액 중 적어도 일부를 상기 수질 측정 챔버 내부로 토출하는 토출관;
    상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관이 전환 연결되도록 상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관 사이에 구성된 입출력 전환 밸브;
    상기 전환 밸브와 연결된 유류관을 통해 상기 제1 및 제2 흡입관의 흡입량 및 상기 토출관의 토출량을 제어하는 펌프; 및
    상기 유입 밸브, 상기 유출 밸브, 상기 전환 밸브, 및 상기 펌프를 제어하여 상기 수질 측정 챔버 내부에 배치된 오염 측정 센서의 프로브를 세척하고 상기 오염 측정 센서의 기준값을 교정하는 제어부를 포함하는, 수질 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기준값을 교정하기 위해 적어도 두 개의 기준 시료액을 기준 측정하고, 상기 기준 측정된 기준 측정값을 기준으로 상기 센서의 최종 출력값인 농도값을 교정하는, 수질 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기준 측정 전에 상기 오염 측정 센서의 프로브를 세척하기 위해,
    상기 유입 밸브를 닫고 상기 유출 밸브를 열어 상기 챔버에 임시 저장되어 있는 샘플을 제거하고,
    상기 유출 밸브, 상기 전환 밸브 및 상기 펌프를 제어하여 상기 프로브가 증류수에 잠기게 하고, 상기 프로브의 상기 증류수에의 잠김은 기설정된 회수로 반복되도록 하는, 수질 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 두개의 기준 시료액 중 제1 시료액의 기준값을 측정하기 위해, 상기 챔버에 기설정된 제1 시료액의 농도가 되도록 상기 전환 밸브 및 상기 펌프를 제어하여 일정 부피의 증류수 및 고정 시료액이 상기 챔버로 유입되도록 하고,
    상기 증류수 및 고정 시료액이 상기 챔버로 유입되는 순서는, 설정된 증류수 부피 중 제1 부피의 증류수가 상기 챔버로 유입되고, 설정된 고정 시료액 부피의 고정 시료액이 상기 챔버로 유입되고, 상기 설정된 증류수 부피 중 상기 제1 부피를 제외한 제2 부피의 증류수가 상기 챔버로 유입되는 순선인 것인, 수질 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 설정된 증류수의 제2 부피는 상기 설정된 고정 시료액 부피의 고정 시료액이 상기 토출관에 잔류되지 않도록 상기 토출관의 부피 보다 큰 것인, 수질 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 기설정된 주기로 상기 프로브 세척 및 센서 기준값 교정을 하고,
    상기 제어부는, 실시간으로 측정되는 농도값이 상기 오염 측정 센서가 측정하는 물질의 최소 임계치 보다 높은 값인 경우 및 이전 타임 윈도우에서 측정한 농도값의 기설정된 범위값을 벗어나는 경우, 상기 프로브 세척 및 농도값 교정을 하는, 수질 측정 장치.
  7. 소규모 상수시설 통합 관리 시스템에 있어서,
    소규모 상수시설의 수질정보와 유지관리정보를 수집하는 복합 센서 모듈;
    상기 복합 센서 모듈로부터 상기 수질정보와 상기 유지관리정보를 실시간으로 전송받아 저장하고, 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보에 대응하여 미리 저장되어 있는 제어 명령을 상기 소규모 상수시설의 수질을 관리하는 수질관리용 주변장치로 전송하고, 상기 복합 센서 모듈로부터 전송받은 수질정보와 유지관리정보를 포함하는 통합 모니터링 정보를 외부로 전송하는 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit); 및
    상기 원격 단말 장치로부터 상기 통합 모니터링 정보를 전송받아 저장하고, 상기 통합 모니터링 정보를 미리 설정된 형식으로 가공한 통합 모니터링 서비스 정보를 사용자 단말로 서비스하고, 관리자 단말을 통해 입력되는 관리자 제어명령을 상기 원격 단말 장치로 전송하는 통합 운영 장치를 포함하고,
    상기 복합 센서 모듈은,
    수질 측정용 샘플을 임시 저장하는 수질 측정 챔버로서, 상기 샘플이 유입되는 유입관, 상기 유입관의 유류의 흐름을 개폐하는 유입 밸브, 상기 샘플이 일정 부피를 초과하면 외부로 유출되도록 하는 자유 유출관, 하부에 배치되어 강제로 상기 샘플을 배출하는 강제 유출관, 및 상기 강제 유출관의 유류를 개폐하는 유출 밸브를 구비하는 상기 수질 측정 챔버;
    증류수 통의 증류수를 흡입하는 제1 흡입관;
    고정 시료액 통의 고정 시료액을 흡입하는 제2 흡입관;
    상기 제1 및 제2 흡입관을 통해 흡입된 증류수 및 고정 시료액 중 적어도 일부를 상기 수질 측정 챔버 내부로 토출하는 토출관;
    상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관이 전환 연결되도록 상기 제1 및 제2 흡입관, 및 상기 토출관 사이에 구성된 입출력 전환 밸브;
    상기 전환 밸브와 연결된 유류관을 통해 상기 제1 및 제2 흡입관의 흡입량 및 상기 토출관의 토출량을 제어하는 펌프; 및
    상기 유입 밸브, 상기 유출 밸브, 상기 전환 밸브, 및 상기 펌프를 제어하여 상기 수질 측정 챔버 내부에 배치된 오염 측정 센서의 프로브를 세척하고 상기 오염 측정 센서의 기준값을 교정하는 제어부를 포함하는, 소규모 상수시설 통합 관리 시스템.
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