KR20170065268A - 선박 통합 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

선박 통합 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

선박의 통합 시뮬레이션 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 시스템은 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)을 포함하는 선박의 각종 장치와 데이터를 송수신하고, 위성으로부터 기상 정보를 수신하는 통신부와 기상 정보 및 선박의 각종 장치로부터 수신한 데이터를 기초로 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하고, 예측된 항해 정보를 기초로 엔진 프로파일(profile)을 설정하고, 설정된 엔진 프로파일을 기초로 배터리를 충전하도록 제어하는 메인 프로세서를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.

Description

선박 통합 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법 {INTEGRATED SIMULATION SYSTEM IN SHIPS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 선박 통합 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 전기 에너지 예측을 통한 전기 발전을 효율적으로 처리하고 관리할 수 있는 선박 통합 시뮬레이션 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박 내부에는 각종 시설들이 설비되어 있다. 예를 들어, 스테이션을 유지하거나 통상적인 운송을 안내하는 오토파일럿(autopilot)을 포함한 다른 애플리케이션(application)을 위한 DP(Dynamic Positioning)이나, 선박의 추진 제어에서 전기 에너지를 이용한 추진기를 사용한다. 이 때 사용되는 전기 에너지는 발전 엔진에 의하여 생성되며, 생성된 전기 에너지는 배터리에 저장되어 사용할 수 있도록 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)에 의하여 관리된다.
이러한 배터리 관리 시스템(BMS)는 배터리에 축적된 전기 에너지 양을 일정하게 유지하고, 에너지가 필요한 경우에 발전기를 통해 전기 에너지를 충전하는 방식이나, 급박한 대기 환경으로 인하여 기후가 변화되는 경우, 또는 배의 추진력을 높여야 하는 경우와 같이 평소에 비하여 많은 양의 전기 에너지가 필요한 경우가 발생될 수 있어 효율적인 에너지 관리를 할 필요성이 증대되고 있다.
또한, 환경 보호를 위하여 국제해사기구(International Maritime Organization: IMO)의 규제가 강화됨에 따라 선박의 선박에너지 효율 관리계획서(Ship Energy Efficiency Management Plan: SEEMP) 작성이 의무화 되어, SEEMP 작성과 선박 에너지 효율 관리 계획을 위한 선박 에너지 효율 관리 시스템 탑재가 의무화 되었다.
다만, 선박 에너지 효율 관리 시스템의 시뮬레이션은 최적 항로 및 운항 최적화를 위하여 사용될 뿐이고, 배터리에 추가적인 전력이 필요할 경우에 발전기를 통하여 전력을 생산하나, 전력을 생산하는 엔진을 단시간만 사용하거나, 엔진의 최대 효율 프로파일에 따른 전력 생산이 이뤄지지 않아, 선박 에너지가 효율적으로 관리되지 못하는 문제점이 발생하고 있다.
본 발명의 실시 예는 기상 데이터 예측에 따른 운항 프로파일을 예측 및 결정하고, 필요한 전기 에너지를 예측하여 효율적인 엔진 프로파일을 이용할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 다양한 상태의 선박의 외부 상태와 운항 정보를 단계별로 시뮬레이션 하여, 배터리 관리 장치(BMS)와 배터리의 잔량을 시뮬레이션 할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템에 의하여 선박에 포함된 장치의 동작 결과가 시뮬레이션 결과와의 오차를 줄이고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)을 포함하는 선박의 각종 장치와 데이터를 송수신하고, 위성으로부터 기상 정보를 수신하는 통신부;와 상기 기상 정보 및 선박의 각종 장치로부터 수신한 데이터를 기초로 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하고, 예측된 항해 정보를 기초로 엔진 프로파일(profile)을 설정하고, 설정된 엔진 프로파일을 기초로 배터리를 충전하도록 제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인 프로세서는 HiLs(Hardware-in-the-loop simulation)를 더 포함하고, 상기 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션 수행 시, HiLs를 통한 배터리 테스트를 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 선박의 각종 장치는 선박 엔진(Engine), HVAC(Heating, Ventilating, Air conditioning system), 추진기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)을 포함하는 선박의 각종 장치와 데이터를 송수신하는 단계;와 위성으로부터 기상 정보를 수신하는 단계; 와 상기 기상 정보 및 선박의 각종 장치로부터 수신한 데이터를 기초로 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하는 단계;와 상기 예측된 항해 정보를 기초로 엔진 프로파일(profile)을 설정하는 단계; 및 설정된 엔진 프로파일을 기초로 배터리를 충전하도록 제어하는 단계;를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션은 HiLs(Hardware-in-the-loop simulation)을 수행하는 단계;를 더 포함하고, 상기 시뮬레이션 수행하는 단계는 상기 HiLs를 통한 배터리 테스트를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박의 각종 장치는 선박 엔진(Engine), HVAC(Heating, Ventilating, Air conditioning system), 추진기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 기상 데이터 예측에 따른 운항 프로파일을 예측 및 결정하고, 필요한 전기 에너지를 예측하여 효율적인 엔진 프로파일을 이용할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시 예는 다양한 상태의 선박의 외부 상태와 운항 정보를 단계별로 시뮬레이션 하여, 배터리 관리 장치(BMS)와 배터리의 잔량을 시뮬레이션 할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시 예는 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템에 의하여 선박에 포함된 장치의 동작 결과가 시뮬레이션 결과와의 오차를 줄이는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템의 구성 및 복수의 장치를 나타낸 개략도 이다.
도 2는 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템의 구성을 나타낸 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템과 위성의 통신을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템의 구성 및 복수의 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템의 통신 방법을 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 의한 선박의 통합 시뮬레이션 시스템(100)과 복수의 장치 사이의 통신에 따른 통합 시뮬레이션 시스템(100)이 작동되는 것으로, 통합 시뮬레이션 시스템(100)을 구성하는 각종 데이터를 나타낸 블록도이다.
먼저, 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 항해 프로파일(100), 기상 데이터(120) 및 엔진 프로파일(130)을 이용한 시뮬레이션을 제공할 수 있다.
구체적으로, 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 선박(1)의 선박에너지 효율 관리계획(SEEMP)에 따른 항해 프로파일(100)과 위성으로부터 수신한 기상 데이터(120) 및 각종 항해 프로파일100)과 기상 데이터(120)를 기초로 엔진 프로파일(130)을 설정할 수 있다.
이 때, 기상 데이터(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 선박(1)의 위성(2)과의 통신을 통하여 대기, 온도, 바람, 풍량, 파고 기타 정보를 수신할 수 있다.
또한, 선박(1)은 위성(2)을 통하여 육상 데이터 베이스(3)로부터 선박의 항해에 필요한 각종 정보를 수신할 수도 있다.
이러한, 항해 프로파일(110)과 기상 데이터(120)를 기초로 변화하는 기상 정보 및 운항 프로파일을 예측 및 결정하여 운항에 필요한 전기 에너지 및 전력량을 추정하여 효율성 있는 엔진 프로파일(130)을 설정할 수 있다.
즉, 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 내부에서 HILS(Hardware-in-the-loop simulation)(미도시)를 포함한다.
HILS 이란, 복잡한 실시간 시스템의 개발 및 시험에 사용되는 시뮬레이션 시스템으로, 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템(100)에서는 복수의 장치(200) 내 포함된 BMS 시스템(210)의 제어 상태를 효과적으로 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
따라서, 통합 시뮬레이션 시스템(100) 내 HILS는 예측된 기상 정보 및 운항 프로파일에 따른 단계적 시뮬레이션을 수행한다.
즉, 예측된 기상 정보 및 운항 프로파일에 따른 단계적 시뮬레이션에 따라 복수의 장치(200)에 포함된 배터리 관리 장치(Battery Management systme)(210)과 추진 제어 시스템(220)의 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 각각의 선박 장치에서 따로 모델링 되고 시뮬레이션 되던 한계를 벗어나, 선박 장치(300)에 포함된 각종 데이터를 하나로 묶어 시뮬레이션이 가능하도록 제어할 수 있다.
특히, 사용되는 데이터는 시뮬레이션 데이터 뿐만 아니라, 선박(1)의 각종 장치(300)에서 실시간으로 수신한 정보 및 위성(2)을 통하여 수신한 육상의 데이터 베이스(3)를 포함할 수 있다.
다음으로, 복수의 장치(200)에 포함된 BMS 시스템(210)은 배터리에 축적된 전기 에너지 양을 일정하게 유지하고, 에너지가 필요한 경우에 발전기를 통해 전기 에너지를 충전하도록 제어하는 시스템이다. 급박한 대기 환경으로 인하여 기후가 변화되는 경우, 또는 배의 추진력을 높여야 하는 경우와 같이 평소에 비하여 많은 양의 전기 에너지가 필요한 경우가 발생될 수 있어 효율적인 에너지 관리를 할 정보를 기초로 전기 에너지의 효율적인 관리를 수행할 수 있다.
또한, 추진 제어 시스템(220)은 엔진 프로파일(130)에 설정된 제어에 따라 선박(1)의 추진 제어를 수행한다.
다만, 선박(1)은 도 1에 도시된 복수의 장치(200)에 포함된 BMS 시스템(210) 및 추진 제어 시스템(220)이외에 선박(1)의 다양한 장치를 포함하여 통합 시뮬레이션 시스템(100)으로부터 시뮬레이션이 수행될 수도 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 선박(1)의 통합 시뮬레이션 시스템(100)을 포함하는 각종 데이터 및 시뮬레이션에 대하여 설명하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 선박(1)의 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 구성을 나타낸 블록도에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박(1)의 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 통신부(101), 메인 프로세서(102), 저장부(103) 및 표시부(104)를 포함한다.
통신부(101)는 선박(1) 내 포함된 각종 선박 장치(300)와 통신하여 각종 선박 장치로부터 데이터를 수신하고, 통합 시뮬레이션 시스템(100)에서 처리된 시뮬레이션 정보를 선박 장치(300)로 송신할 수 있다. 이 때, 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 통신부(101)를 통하여 정보를 송수신하는 선박 장치(300)로는 선박 엔진(310), HVAC(Heating, Ventilating, Air conditioning system)(320)과, 기타 선박(1) 내에서 각각 시뮬레이션 되던 다양한 종류의 컨트롤러(330)를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(102)는 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템(100)을 총괄적으로 제어한다. 구체적으로, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 항해 및 기상 정보를 예측한다(S100). 구체적으로, 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 항해 및 기상 정보를 예측하기 위하여 각종 선박 장치(300)로부터 각종 장치의 데이터를 수신하고, 위성(2)으로부터 기상 정보를 수신한다. 따라서, 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 수신한 각종 정보를 기초로, 항해 및 기상 정보 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
이후, 항해 및 기상 정보를 예측하기 위한 시뮬레이션에 기초하여 운항에 필요한 전기 에너지 양 및 전력량을 예측하여 효율성 있는 엔진 프로파일(130)을 설정할 수 있다(S200). 특히, 본 발명에 따른 선박의 통합 시뮬레이션 시스템(100)은 HILS를 포함하여 실제 BMS 시스템(210)에서의 배터리 용량 검증 및 추진 제어 시스템(220)의 제어기 검증 테스트를 수행할 수도 있다.
다음으로, BMS 시스템(210)은 통합 시뮬레이션 시스템(100)에서의 시뮬레이션에 기초하여 설정된 엔진 프로파일(130)에 따라, 배터리를 충전하고(S400), 통합 시뮬레이션 시스템(100)에 충전된 배터리 정보를 다시 송신한다(S500).
따라서, 통신 시뮬레이션 시스템(100)은 충전된 배터리 정보를 기초로 추진 제어 시스템(220)을 가동 시킬 수 있다(S600).
다음으로, 도 2에 도시된 통합 시뮬레이션 시스템(100)에 포함된 저장부(103)에 대하여 설명한다.
저장부(103)는 메모리(미도시)를 포함하는 것으로, 메모리(미도시)는 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 프로그램 및 데이터를 기억한다.
구체적으로, 메모리(미도시)는 S램(S-RAM), D랩(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
비휘발성 메모리는 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 반 영구적으로 저장할 수 있으며, 휘발성 메모리는 비휘발성 메모리로부터 제어 프로그램 및 제어 데이터를 불러와 임시로 기억하고, 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 통신부(101)에서 획득한 신호 및 통신부(101)로부터 획득한 각종 선박 장치(300) 및 메인 프로세서에서 출력하는 각종 제어 신호를 임시로 저장할 수 있다.
일 예로, 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템(100) 내 저장부(103)는 시뮬레이션을 수행하기 위한 프로그램을 저장하고, 각종 장치에 대한 시뮬레이션 결과를 임시로 저장할 수 있다.
또한, 표시부(104)는 본 발명에 따른 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 결과를 사용자가 확인할 수 있도록 표시한다.
일 예로, 사용자가 통합 시뮬레이션 시스템(100)의 시뮬레이션 케이스에 따라 모니터링 할 수 있는 값 또는 3차원 영상을 통하여 시뮬레이션 상태를 확인할 수 있도록 표시하거나, 레포팅(Reporting) 기능을 이용하여 문서로 출력 가능하도록 제어할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1 : 선박 2: 인공 위성
3 : 육상 데이터베이스 100: 선박 통합 시뮬레이션 시스템

Claims (5)

  1. 배터리 관리 시스템(Battery Management Systme: BMS)를 포함하는 선박의 각종 장치와 데이터를 송수신하고, 위성으로부터 기상 정보를 수신하는 통신부;
    상기 선박의 각종 장치로부터 수신한 데이터 및 상기 기상 정보를 기초로 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하고, 상기 예측된 항해 정보를 기초로 엔진 프로파일(profile)을 설정하고, 상기 설정된 엔진 프로파일을 기초로 배터리를 충전하도록 제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프로세서는 HiLs(Hardware-in-the-loop simulation)를 더 포함하고,
    상기 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션 수행 시, HiLs를 통한 배터리 테스트를 더 수행하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 선박의 각종 장치는 선박 엔진(Engine), HVAC(Heating, Ventilating, Air conditioning system), 추진기를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템.
  4. 배터리 관리 시스템(Battery Management Systme: BMS)을 포함하는 선박의 각종 장치와 데이터를 송수신하는 단계;
    위성으로부터 기상 정보를 수신하는 단계;
    상기 기상 정보 및 선박의 각종 장치로부터 수신한 데이터를 기초로 항해 정보 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하는 단계;
    상기 예측된 항해 정보를 기초로 엔진 프로파일(profile)을 설정하는 단계;및
    상기 설정된 엔진 프로파일을 기초로 배터리를 충전하도록 제어하는 단계;를 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 수행하는 단계는HiLs(Hardware-in-the-loop simulation)를 통한 배터리 테스트를 수행하는 단계;를 더 포함하는 선박 통합 시뮬레이션 시스템의 제어 방법.
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