KR20170018367A - 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 - Google Patents

전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 Download PDF

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KR20170018367A
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Abstract

본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 및 그 방법은, 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치를 원격에서 관리하고 제어하는 서버(100); 분배전반(200) 내에 설치되어 RS485통신을 통하여 차단기(600)와 연결된 부하의 전력사용량을 계측하고, 온도제어모듈(300)을 통한 배관온도상태를 감시하는 모니터링부(210); 차단기 단자에 설치되어 RS485통신을 통하여 부하의 전력상태를 계측하여 모니터링부(210)에 전달하거나, 온도제어모듈(300)과 전력선통신방식을 이용하여 온도상태를 수신하거나 온도제어명령을 전달하는 전력계측모듈(220); 온도센서(500)에 의해 감지된 센서 정보를 전력선 통신을 이용하여 상기 서버(100)에 전달하거나, 소정의 제어 신호를 전력선 통신을 이용하여 수신하는 전력제어부(340)와 배관에 설치된 상기 온도센서(500)로부터 온도상태를 측정하는 온도측정부(350)를 포함하는 온도제어모듈(300); 상기 전력제어부(340)로부터 온도제어를 위한 공급전력으로 배관의 온도를 조절하기 위한 히팅코일(400); 배관, 탱크 및 펌프에 설치되어 배관 등의 온도상태를 파악하는 온도센서(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 전력선통신방식으로 전원을 공급하고, 일반 분배전반 내 모니터링부를 통해 전력감시 및 제어를 하므로 별도의 유/무선 통신라인 및 제어반 등의 시설 구축이 필요하지 않아 비용 부담이 줄여주는 효과가 있다.

Description

전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치{Monitoring and control device of the heat trace system using power line communication}
본 발명은 배관, 탱크 및 펌프 등의 설비에 설치된 온도 센서에 의해 감지된 센서 정보를 전력선 통신을 이용하여 서버에 전달하거나 소정의 제어신호를 전력선 통신을 이용하여 전력제어 모듈에 전달하는 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 히트트레이싱 시스템의 감시 제어 장치는 배관, 탱크 및 펌프 등에 설치된 히팅 코일을 작동시키기 위하여 설치된 온도제어모듈을 제어하기 위하여 유선 또는 무선통신방식을 적용하였으며, 이를 위하여 별도의 유무선 통신 채널이 필요한 구조적 단점을 가지고 있다. 또한 배관의 온도를 조절하는 데 있어서 온도 조절을 위한 전원 공급 및 차단 기능만 포함되어 설정온도이상이 되면 전원을 차단하는 순간 노이즈가 발생하여 디지털 통신에 영향을 제공하는 단점이 있다.
KR 10-2005-0000241 KR 10-2008-0112690
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 필요성이 제기되는 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명의 목적은 온도제어모듈의 전원을 공급하는데 이용되는 일반 전원 케이블을 이용한 전력선 통신 방식을 적용하여 서버와 온도제어모듈과의 통신을 위한 별도의 통신 채널이 필요없는 구조로 설계하고, 온도제어를 위한 전력공급 및 차단 시 발생하는 노이즈를 저감할 수 있는 제어기술을 적용한 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 및 그 방법에 따르면, 히트 트레이싱이 필요한 각 위치에 센서를 부착하고 센서 정보를 전력선통신으로 수신하고 제어하도록 함으로써, 실시간으로 동작 상태를 감시하고 제어할 수 있는 효과가 있다. 이것은 기존의 전원공급선외에 별도의 센서 정보 전달에 필요한 유무선 라인을 설치하는 어려움을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 간편하게 설치할 수 있어 비용절감의 효과가 있다.
또한 배관의 온도를 조절하는 데 있어서 노이즈가 발생하지 않도록 하는 싸이클 제어 방식을 적용하여 온도 제어 시 노이즈가 발생하는 않는 장점이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 전력선통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치 및 그 방법은, 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치를 원격에서 관리하고 제어하는 서버(100); 분배전반(200) 내에 설치되어 RS485통신을 통하여 차단기(600)와 연결된 부하의 전력사용량을 계측하고, 온도제어모듈(300)을 통한 배관온도상태를 감시하는 모니터링부(210); 차단기 단자에 설치되어 RS485통신을 통하여 부하의 전력상태를 계측하여 모니터링부(210)에 전달하거나, 온도제어모듈(300)과 전력선통신방식을 이용하여 온도상태를 수신하거나 온도제어명령을 전달하는 전력계측모듈(220); 온도센서(500)에 의해 감지된 센서 정보를 전력선 통신을 이용하여 상기 서버(100)에 전달하거나, 소정의 제어 신호를 전력선 통신을 이용하여 수신하는 전력제어부(340)와 배관에 설치된 상기 온도센서(500)로부터 온도상태를 측정하는 온도측정부(350)를 포함하는 온도제어모듈(300); 상기 전력제어부(340)로부터 온도제어를 위한 공급전력으로 배관의 온도를 조절하기 위한 히팅코일(400); 배관, 탱크 및 펌프에 설치되어 배관 등의 온도상태를 파악하는 온도센서(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치는 전력선통신방식으로 전원공급하고, 일반 분배전반 내 모니터링부를 통해 전력감시 및 제어를 하므로 별도의 유/무선 통신라인 및 제어반 등의 시설 구축이 필요하지 않아 비용 부담이 줄여주는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 온도제어모듈에 장애가 발생한 경우 강제로 히팅코일을 가열하도록 하여 지속적으로 전력을 공급하여 적정 온도를 유지하도록 하며, 온도 제어 시 노이즈가 발생하지 않도록 회로가 구성되어 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 히트 트레이싱 시스템의 감시제어를 위해 전력 계측 모듈을 이용하여 전력사용량을 이용한 정상동작 여부를 파악할 수 있어 안정적인 감시제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계측모듈의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어모듈의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 온도제어모듈이 있을 경우 구성되는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력계측모듈과 차단기의 연결과정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시제어장치 및 그 방법의 흐름도이다.
상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치의 블록 구성도로서, 본 발명에 따른 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치는 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치를 원격에서 관리하고 제어하는 서버(100), 분배전반(200) 내에 설치되어 차단기(600)와 연결된 부하의 전력사용량 계측데이터 및 온도제어모듈(300)을 통한 배관온도상태데이터를 RS485 통신을 이용하여 전달받아 감시하고 제어하는 모니터링부(210), 차단기 단자에 설치되어 RS485 통신을 통하여 부하의 전력상태를 계측하여 모니터링부(210)에 전달하거나, 온도제어모듈(300)과 전력선통신방식을 이용하여 온도상태를 수신하거나 온도제어명령을 전달하는 전력계측모듈(220), 온도센서(500)에 의해 감지된 센서 정보를 전력선 통신을 이용하여 상기 전력계측모듈(220)에 전달하고, 전력계측모듈(220)은 RS485 통신을 통하여 상기 모니터링부(210)에 전달하며, 모니터링부(210)는 이더넷 또는 wifi를 통하여 상기 서버(100)에 전달하거나, 소정의 제어 신호를 전력선 통신을 이용하여 수신하는 전력제어부(340)와 배관에 설치된 상기 온도센서(500)로부터 온도상태를 측정하는 온도측정부(350)를 포함하는 온도제어모듈(300), 상기 전력제어부(340)로부터 온도제어를 위한 공급전력으로 배관의 온도를 조절하기 위한 히팅코일(400), 배관, 탱크 및 펌프에 설치되어 배관 등의 온도상태를 파악하는 온도센서(500);로 구성된다. 상기 전력계측모듈(220)과 온도제어모듈(300) 간 통신방식은 전력선을 이용한다.
상기 서버(100)는 본 발명에 따른 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치를 원격에서 관리하고 제어하는 역할을 수행하며, 상기 모니터링부(210)는 분배전반(200) 내에 설치되어, 차단기 단자에 설치된 전력계측모듈(220)과 RS485통신을 이용하여 차단기와 연결된 부하의 전력사용량을 계측하고, 온도제어모듈(300)을 통한 배관 온도상태를 감시하고 제어하는 역할을 수행한다.
상기 전력계측모듈은(220)은 상기 서버(100)에 의해 원격으로 감시 및 제어되므로, 전력계측모듈(220), 온도제어모듈(300), 히팅코일(400),온도센서(500)의 동작 상태를 원격으로 감시 제어가 가능하다. 또한, 전력계측모듈(220)은 모니터링부(210)와 RS485통신을 이용하여 통신하며, 전력계측모듈(220)과 연결된 부하의 전력상태를 계측하여 모니터링부(210)에 전달하거나 온도제어모듈(300)과 전력선 통신을 이용하여 온도 상태를 수신하거나 온도제어 명령을 전달하는 기능을 담당한다.
상기 온도제어모듈(300)은 배관에 설치된 온도센서(500)로부터의 온도 상태를 온도측정부(350)를 통해 파악하고, 모니터링부(210)로부터의 온도 제어 명령을 전력계측모듈(220)을 거쳐 전력선통신으로 수신한 전력제어부(340)가 온도 조절을 위한 전력제어를 실시하는 역할을 수행한다.
상기 히팅코일(400)은 전력제어부(340)로부터의 온도 제어를 위한 공급 전력으로 배관의 온도를 조절하기 위한 코일이며, 배관에 설치된 온도센서(500)는 배관의 온도상태를 파악하는 센서이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치는 원격으로 떨어져 있는 서버(100)에서 모니터링부(210)와의 이더넷/와이파이 통신으로 배관에 설치된 온도센서(500)를 통해 파악된 배관의 온도 정보를 수신한 후, 배관의 온도 조절이 필요하다고 판단되면 모니터링부(210)를 통해 온도 제어 명령을 송신한다. 모니터링부(210)는 서버(100)에서 수신한 온도제어 명령을 처리하거나 자체적으로 온도제어명령을 생성하여 전력계측모듈(220)로 전달하면, 전력계측모듈(220)에서는 전력선 통신방식을 이용하여 온도조절이 필요한 배관에 설치된 온도제어모듈(300)에 전달한다. 온도제어모듈(300)에서는 수신된 온도제어명령에 따라 전력제어부(340)에 전달하고 전력제어부(340)에서는 온도제어명령 값만큼 배관의 온도를 조절한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계측모듈의 블록도를 나타낸다. 전력계측 모듈(220)은 차단기에 설치되어 해당 차단기에 연결된 부하의 전력량을 파악하여 RS485통신을 통해 모니터링부(210)로 전달하거나, 온도제어모듈(300)과 전력선통신을 이용하여 온도제어명령을 전달하거나 센서 정보를 수신하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 전력계측모듈(220)에는 전력계측, 통신 및 제어를 담당하는 제1제어부(221), 모든 전력계측모듈(220)과 RS485통신을 수행하고 모니터링부(210)와 상호통신하기 위한 시리얼통신부(223), 온도제어모듈(300)과 전력선통신 기능을 수행하기 위한 제1전력선통신부(222) 및 전류, 전압, 주파수 및 온도 등의 측정을 담당하는 측정부(224)를 포함하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어모듈의 블록 구성도를 나타낸다. 온도제어모듈(300)은 전력계측모듈(220)과 전력선통신으로 온도제어명령을 수신하여 처리하거나 온도센서(500)로부터의 센서 정보를 전력계측모듈(220)로 전달하는 역할을 수행하며, 상세하게는 전력선 통신을 위한 제2전력선통신부(310)와 온도제어에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부(330), 온도제어명령을 처리하거나 센서정보를 전달하는 기능을 위한 제2제어부(320), 온도조절을 위한 전력을 제어하는 역할을 담당하는 전력제어부(340) 및 온도센서(500)로부터의 온도 상태를 측정하는 온도측정부(350)로 구분된다.
상기 온도제어모듈(300) 내 전력제어부(340) 또는 온도측정부(350)에서 장애가 발생한 경우, 강제로 히팅코일(400)을 미리 설정한 온도만큼 가열하도록 하는 특징이 있다. 또한, 온도제어모듈(300)에서 배관의 온도 조절을 위한 전력공급은 전력 공급을 위한 주기를 온도 변화폭에 맞도록 N등분하여, 온도 편차에 따라 주기 내 적정시간동안 전력을 공급하거나 차단한다. 또한, 전원의 주파수가 영(zero)점에 도달하였을 때 온도제어모듈(300)은 온도 조절을 위한 전력을 공급 또는 차단하도록 한다. 또한, 설정온도가 클 경우 부하를 보호하기 위해 온도제어모듈에 소프트스타트기능을 적용하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 온도제어모듈이 있을 경우 구성되는 블록도를 나타낸다. 다수의 분배전반(200)과 다수의 온도제어모듈(300)이 존재하는 시설에서 온도제어모듈(300)이 설치된 특정 배관의 온도를 제어해야 할 경우, 각 온도제어모듈(300)별 센서 정보를 파악하고 있는 서버(100)에서 온도제어모듈(300)의 ID가 포함된 분배전반(200)의 모니터링부(210)에 온도제어명령을 전달하고, 모니터링부(210)에서는 제어 대상 온도제어모듈(300)의 ID를 관리하는 전력계측모듈(220)을 통해 전력선 통신을 이용하여 온도를 제어한다.
도 4와 같이 다수의 온도제어모듈이 있을 때, 온도제어모듈(300) 구분은, 각 온도제어모듈(300) 내 전력제어부(340)에서 ID를 부여하고 서버(100) 또는 모니터링부(210)에서는 설정된 ID와 통신을 요청하는 ID와의 비교를 통해 제어신호를 전달하고, 센서 정보를 제공받아 구분한다.
또한, 도 2과 같이 다수의 전력계측모듈이 있을 경우, 다수의 전력계측모듈(220)의 구분은, 전력계측모듈(220) 내 제1제어부(221)에 설정된 ID로 구분하고, 온도제어모듈(300)과의 통신을 위해 전력계측모듈(220)내의 제1전력선통신부(222)를 통해 통신을 수행하여 구분한다.
전력선통신을 이용한 히트트레이싱 시스템의 감시제어 방법은, 배관, 탱크 및 펌프에 설치된 온도센서(500)로 측정한 온도센서정보를 온도제어모듈(300)에서 전력선 통신 방식으로 전력계측모듈(220)로 전달하는 센서정보전달단계, 상기 센서정보전달단계의 온도센서정보를 모니터링부(210)에 RS485통신방식으로 전달하는 모니터링부전달단계, 상기 모니터링부(210)와 서버(100)간 이더넷/와이파이 통신을 수행하거나 역 과정을 거쳐 온도를 검침하는 온도검침단계;를 포함하는 것으로 구성된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력계측모듈과 차단기의 연결과정을 나타낸 예시도이다. 일반 상용품인 차단기(600)구조에 맞게 제작된 전력계측모듈(220)을 차단기(600) 단자에 설치하여 외부의 충격이나 진동에도 분리되거나 파손되지 않도록 한다. 이를 위하여 전력계측모듈(220)은 차단기(600)의 각 출력단자에 측정부(224)기능이 포함된 하부면을 세우고 상부면에 제1제어부(221), 시리얼통신부(223), 제1전력선통신부(222)기능을 담당하는 모듈이 설치되는 구조를 가지고 있다. 기존의 부스바에 설치됨으로서 설치비용과 설치시간 및 설치 후 유지보수 등 운용에 어려움이 있는 전력계측모듈(220)의 부스바 설치방법과 달리 차단기(600)에 바로 연결하여 설치 및 유지보수 비용을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시제어 절차에 대한 흐름도이다. 서버(100)에서 특정 분배전반(200) 내 모니터링부(210)에 배관 온도상태를 파악하도록 명령하면, 모니터링부(210)에서는 온도제어모듈(300)별 온도센서정보를 요청하고, 온도제어모듈(300)에서는 배관센서로부터의 센서정보를 측정한다. 전체 배관 온도 센서 정보를 파악한 서버(100) 또는 모니터링부(210)에서 특정 온도제어모듈(300)과 연결된 배관의 온도 조절이 필요하다고 판단되는 경우, 서버(100) 또는 모니터링부(210)에서는 온도제어모듈(300)의 ID를 통해 온도 제어 명령을 전달하고 온도제어모듈(300)은 온도제어명령에 따라 온도를 제어한다. 제어된 배관 온도 상태를 배관 센서를 통해 수신한 서버(100) 또는 모니터링부(210)에서 희망온도와 비교 후 일치하면 현재 온도를 유지하도록 제어한다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 서버
200 분배전반
210 모니터링부
220 전력계측모듈
221 제1제어부
222 제1전력선통신부
223 시리얼통신부
224 측정부
300 온도제어모듈
310 제2전력선통신
320 제2제어부
330 전원부
340 전력제어부
350 온도측정부
400 히팅코일
500 온도센서
600 차단기

Claims (1)

  1. 히트트레이싱 시스템의 감시제어장치를 원격에서 관리하고 제어하는 서버(100);
    분배전반(200)은 모니터링부(210)와 전력계측모듈(220)로 구성되며,
    모니터링부(210)와 전력계측모듈(220)은 RS485통신방식을 이용하여 통신하며, 상기 전력계측모듈(220)은 차단기(600)와 연결된 부하의 전력사용량을 계측하고, 온도제어모듈(300)을 통한 배관온도상태를 감시하는 모니터링부(210);
    차단기 단자에 설치되어 RS485통신을 통하여 부하의 전력상태를 계측하여 모니터링부(210)에 전달하거나, 온도제어모듈(300)과 전력선통신방식을 이용하여 온도상태를 수신하거나 온도제어명령을 전달하는 전력계측모듈(220);
    온도센서(500)에 의해 감지된 센서 정보를 전력선 통신을 이용하여 상기 서버(100)에 전달하거나, 소정의 제어 신호를 전력선 통신을 이용하여 수신하는 전력제어부(340)와 배관에 설치된 상기 온도센서(500)로부터 온도상태를 측정하는 온도측정부(350)를 포함하는 온도제어모듈(300);
    상기 전력제어부(340)로부터 온도제어를 위한 공급전력으로 배관의 온도를 조절하기 위한 히팅코일(400);
    배관, 탱크 및 펌프에 설치되어 배관 등의 온도상태를 파악하는 온도센서(500);를 포함하고,
    상기 전력계측모듈은(220), 상기 서버(100)에 의해 모니터링부(210)를 통해 원격으로 감시 및 제어되므로, 전력계측모듈(220), 온도제어모듈(300), 히팅코일(400),온도센서(500)의 동작 상태를 원격으로 감시 제어가 가능하며,
    상기 온도제어모듈(300)은, 상기 온도제어모듈(300) 내 전력제어부(340) 또는 온도측정부(350)에서 장애가 발생한 경우, 히팅코일(400)을 강제로 미리 설정한 온도만큼 가열하도록 하고, 상기 온도제어모듈(300)에서 배관의 온도 조절을 위한 전력을 공급하는 데 있어서, 전력 공급을 위한 주기를 온도 변화폭에 맞도록 N등분하여, 온도 편차에 따라 주기 내 적정시간동안 전력을 공급하거나 차단하며, 전원의 주파수가 영(zero)점에 도달하였을 때 온도 조절을 위한 전력을 공급 또는 차단하고, 설정온도가 클 경우 부하를 보호하기 위한 소프트스타트기능을 적용하며,
    온도제어모듈(300)은 다수개 설치되며, 상기 온도제어모듈(300)이 어느 부분인지 구분하는 것은 상기 온도제어모듈(300)내 전력제어부(340)에 ID를 부여하고 상기 온도제어모듈(300)내에 전력제어부(340)마다 각 개별 ID 주소(address)를 부여하는 방식으로서,상기 ID주소에 의하여 모니터링부(210) 또는 서버(100)와 통신시 상기 ID주소를 호출하는 방식으로 통신이 이루어지며, 상기 서버(100) 또는 상기 모니터링부(210)에서는 미리 설정된 ID와 통신을 요청하여 온도센서 및 계측신호를 제어하고, 어느 전력계측모듈(220)인지 여부의 구분은, 상기 전력계측모듈(220)내 상기 제1제어부(221)에 설정된 ID로 구분하고, 온도제어모듈(300)과의 통신을 위해 상기 전력계측모듈(220)내의 상기 제1전력선통신부(222)를 통해 통신을 수행하며,
    상기 전력계측모듈(220)이 부스바에 설치되지 않고 차단기(600)에 바로 체결되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 히트 트레이싱 시스템의 감시 제어장치.
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