KR20170121536A - 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템 - Google Patents

사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템 Download PDF

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KR20170121536A
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Abstract

본 발명은 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 사물인터넷 기반으로 기계실에 설치된 각 기기에서 측정된 센싱 데이터와, 각 기기별 정보가 포함된 정보 데이터 및 각 세대별로 세대 정보 데이터를 기계실 서버에서 수집하여 이를 통합 관리 서버로 전송하여 통합 관리 서버에서 수집하고, 통합 관리 서버에서 수집된 데이터를 바탕으로 사용자 시설의 고장상태 진단·분석·예측을 수행하고, 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하며, 사용자 시설의 예상 잔여 수명, 예상 점검 시기, 예상 교체 시기 등을 기계실 서버와 관리자의 모바일 어플리케이션으로 제공하며, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용량을 모바일 어플리케이션을 제공하도록 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템에 관한 것이다.

Description

사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템{SYSTEM FOR MONITORING DISTRICT HEATING CUSTOMER FACILITY BASED ON INTERNET OF THINGS AND IMPROVING EFFICIENCY}
본 발명은 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 사물인터넷 기반으로 기계실에 설치된 각 기기에서 측정된 센싱 데이터, 각 기기별 정보가 포함된 정보 데이터 및 각 세대별로 세대 정보 데이터를 기계실 서버에서 수집하여 이를 통합 관리 서버로 전송하여 통합 관리 서버에서 수집하고, 통합 관리 서버에서 수집된 데이터를 바탕으로 사용자 시설의 고장상태 진단·분석·예측을 수행하고, 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하며, 사용자 시설의 예상 잔여 수명, 예상 점검 시기, 예상 교체 시기 등을 기계실 서버와 관리자의 모바일 어플리케이션으로 제공하며, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 모바일 어플리케이션으로 제공하도록 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지역난방은 아파트, 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종건물이 개별난방 시설을 갖추는 대신 집중된 대규모 열원시설(열병합발전소, 열전용 보일러, 쓰레기 소각로 등)에서 경제적으로 생산된 열을 이용하여 지역전체에 난방 및 급탕을 공급하며, 쾌적한 도시환경을 창조하고 에너지 절약과 환경공해 개선에 기여하는 효율적인 난방방식으로 개별적으로 사용자가 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.
즉, 지역난방은 한 개의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 고온수(110℃ 이상)를 생산하여 고압(16bar)의 압력으로 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
현재 기술 발달로 지역난방을 모니터링할 수 있는 기술이 개발되었고, 본 출원인에 의해 국내 등록특허공보 10-1425598호(스마트폰을 이용한 주요 설비 모니터링 시스템)로 출원되어 등록되었다.
상기 스마트폰을 이용한 주요 설비 모니터링 시스템은 영상을 촬영하는 전후방 카메라, 진동을 감지하는 가속도 센서, 경고음을 송출하는 스피커, 소음을 측정하는 마이크, 충전이 가능하고 데이터의 송수신이 가능한 데이터 통신 단자, 외부 입출력 단자, 보안을 위한 유심카드(USIM) 및 근거리 통신 모듈을 구비하고, 모니터링 어플리케이션이 설치되어 주요 설비를 모니터링하며, 위험이 감지되면 이를 외부로 전송하는 스마트폰과; 상기 스마트폰이 주요 설비를 모니터링할 수 있도록 주요 설비의 소정 위치에 고정되어 상기 스마트폰이 거치되고, 각도 조절 모터가 구비되어 상기 스마트폰의 외부 입출력 단자로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 각도 조절 모터가 구동되어 상기 스마트폰의 위치를 조정하는 거치대와; 상기 스마트폰의 유심카드와 상호 인증된 유심카드가 구비되고, 상기 스마트폰과 근거리 무선 통신을 통해 위험을 감지하고, 상기 스마트폰으로 제어 신호를 출력하여 주요 설비를 제어하는 근거리 근무자용 단말기; 및 상기 스마트폰과 데이터 통신을 통해 위험을 감지하고, 상기 스마트폰으로 제어 신호를 출력하여 주요 설비를 제어하는 제어실 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 이러한 종래의 스마트폰을 이용한 주요 설비 모니터링 시스템은 단순히 기계실의 주요 설비만을 모니터링하여 이상 여부만을 측정할 수 있기 때문에 각 기기의 고장상태 진단·분석·예측과 기기 점검 필요성 및 교체 시점, 운전조건과 운전상태에 대한 실시간 분석·감시로 구간별 또는 전체시스템의 열역학적 효율 및 열손실이 일어나는 부분의 확인이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 지역난방 세대 사용자가 해당 세대의 정보를 직접 확인이 불가능한 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 10-1425598호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사물인터넷 기반으로 기계실에 설치된 각 기기에서 측정된 센싱 데이터와, 각 기기별 정보가 포함된 정보 데이터 및 각 세대별로 세대 정보 데이터를 기계실 서버에서 수집하여 이를 통합 관리 서버로 전송하여 통합 관리 서버에서 수집하고, 통합 관리 서버에서 수집된 데이터를 바탕으로 사용자 시설의 고장상태 진단·분석·예측을 수행하고, 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하며, 사용자 시설의 예상 잔여 수명, 예상 점검 시기, 예상 교체 시기 등을 기계실 서버와 관리자의 관리자용 모바일 어플리케이션으로 제공하며, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 제공하도록 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
기계실의 각 기기에 설치되어 각 기기의 기계실 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송하는 기계실 센서부와; 각 세대내의 기기 및 실내에 설치되어 각 기기의 세대 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송하는 세대 센서부와; 상기 기계실 센서부와 세대 센서부와 유무선 양방향 통신을 수행하는 게이트웨이와; 모니터링 및 실내 온도 제어 및 세대고장·수리요청을 수행할 수 있는 관리자용 모바일 어플리케이션이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능한 관리자 단말기와; 모니터링 및 제어를 수행할 수 있는 세대 사용자용 모바일 어플리케이션이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능하며, 각 세대 정보를 입력하여 세대 정보 데이터를 전송하는 사용자 단말기와; 상기 게이트웨이와 유무선 통신을 수행하여 상기 기계실 센서부로부터 전송되는 상기 기계실 센싱 데이터와, 상기 세대 센서부로부터 전송되는 상기 세대 센싱 데이터 및 관리 프로그램을 통해 입력되는 기계실의 각 기기의 정보가 포함된 기계실 정보 데이터를 유무선 인터넷망을 통해 전송하는 기계실 서버; 및 상기 기계실 서버와 유무선 인터넷망을 통해 연결되어 상기 기계실 서버로부터 전송되는 상기 기계실 센싱 데이터, 세대 센싱 데이터, 기계실 정보 데이터 및 상기 사용자 단말기로부터 전송되는 상기 세대 정보 데이터를 전송받아 DB에 저장하고, 이를 바탕으로 고장 상태 원격진단 알고리즘을 통해 사용자 시설의 고장상태 진단, 분석, 예측을 수행하고, 효율 개선 알고리즘을 통해 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하여 해당 정보를 상기 기계실 서버 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션로 전송하고, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 상기 사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 제공하는 통합 관리 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 기계실 센서 데이터는 유량값, 온도값, 압력값, 펌프 작동 상태값이 포함된다.
여기에서 또한, 상기 세대 센서 데이터는 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도가 포함된다.
여기에서 또, 상기 세대 정보 데이터는 세대별 난방·급수 설정온도, 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 가족원수, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 따른 일조량 데이터 정보가 포함된다.
여기에서 또, 상기 세대 정보 데이터중 난방·급수 설정온도, 가족원수에 대한 세대 정보는 상기 사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션을 통해 제공받고, 상기 세대 정보 데이터중 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 대한 정보는 상기 기계실 서버의 관리 프로그램 또는 상기 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션을 통해 제공받는다.
여기에서 또, 상기 기계실 정보 데이터는 기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 점검일자 및 교체일자가 포함된다.
여기에서 또, 상기 정보 데이터중 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량은 상기 통합 관리 서버의 DB로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 기계실 서버의 관리 프로그램 또는 관리자용 모바일 어플리케이션 상에서 설정한다.
여기에서 또, 상기 통합 관리 서버는 오픈소스 빅데이터 플랫폼인 맵리듀스 병렬처리 시스템이 적용된다.
여기에서 또, 상기 통합 관리 서버의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재해서 상기 기계실 센서 데이터를 이용하여 기기별 정상적인 운전상태에서의 지도학습을 수행하여 패턴을 분석하고, 상기 DB에 기저장된 기기별 고장 패턴과 비교하여 고장으로 판단되면 상기 DB에 고장 패턴을 업데이트한 후 고장을 상기 기계실 서버 및 관리자 단말기의 모바일 어플리케이션로 전송하고, 기존과 다르게 발생되는 고장 패턴이나 관리자가 미처 인지하지 못하는 고장 상태에 대해서는 비지도학습을 하여 고장 상태를 진단한다.
여기에서 또, 상기 통합 관리 서버의 효율 개선 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재하여 상기 기계실 센서 데이터, 기계실 정보 데이터를 통해 누적된 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 상기 DB에 저장하고, 이벤트(기계실의 운전조건변경, 고장, 점검, 교체) 발생후에 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 이벤트 발생 전·후 엑서지 효율이 최대로 유지되면 최적의 운전 조건으로 판단하여 상기 DB에 효율을 업데이트하며, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점을 초과하면 상기 기계실 서버와 연결되어 각 기기를 제어하는 기기 제어 장치를 제어하여 각기기를 자동 제어하여 한계점 미만으로 낮추고, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점 미만이면 비지도학습 범주로 처리한다.
여기에서 또, 상기 통합 관리 서버는 상기 기계실 서버의 관리프로그램 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션으로 기계실 전체 운전상태(온도, 압력, 유량, 공급·회수 열량, 열사용량) 및 효율정보, 각 기기별 정보(모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 기준효율, 운전효율, 지난고장내역, 지난점검내역, 예상 잔여수명, 예상 점검일), 각 세대 정보(세대 공급·회수 열량, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물재질 및 구조, 주택 향, 일조량)를 제공한다.
여기에서 또, 상기 통합 관리 서버는 사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 각 세대정보(각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 세대별 재실여부, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물로 인한 열손실, 주택 향에 따른 일조량, 실시간 급탕·난방 열사용량, 지난 급탕·난방 열사용량 및 금액, 주사용시간, 생활패턴, 각 단지별 평균열사용량), 열공급이 되는 열원정보(한국지역난방공사 지사, 주요시설, 열공급량, 공급기계실수·세대수, 열지도), 세대운전정보(최적 온도설정, 원격온도설정, 알림기능-고장, 비효율성, 실시간 열사용량 감시, 실시간 급수사용량 감시), 세대고장·수리요청 알림, 세대 난방/급탕 사용량, 예상 열요금, 전년/당해년 비교, 온수 및 급탕 공급온도, 실내 설정온도 및 현재 온도가 제공된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템에 따르면, 사물인터넷 기반으로 기계실에 설치된 각 기기에서 측정된 센싱 데이터와, 각 기기별 정보가 포함된 정보 데이터 및 각 세대별로 세대 정보 데이터를 기계실 서버에서 수집하여 이를 통합 관리 서버로 전송하여 통합 관리 서버에서 수집하고, 통합 관리 서버에서 수집된 데이터를 바탕으로 사용자 시설의 고장상태 진단·분석·예측을 수행하고, 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하며, 사용자 시설의 예상 잔여 수명, 예상 점검 시기, 예상 교체 시기 등을 기계실 서버와 관리자의 관리자용 모바일 어플리케이션으로 제공하며, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지역난방 세대 사용자가 세대 사용자용 모바일 어플리케이션을 통해 위치에 상관없이 해당 세대의 열사용량을 포함한 정보를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 이를 통해 제어할 수 있으며, 세대 내 기기의 고장이 발생하면 지역난방 세대 사용자가 세대 사용자용 모바일 어플리케이션을 통해 수리 요청을 하면 기계실 서버로 전송되어 관리자가 이를 확인하여 즉각적인 조치를 취하여 사용자에게 편의를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템의 구성을 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템중 통합 관리 서버의 고장 상태 원격진단 알고리즘을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템중 통합 관리 서버의 효율 개선 알고리즘을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템의 구성을 나타낸 개요도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템(1)은 기계실 센서부(10), 세대 센서부(20), 게이트웨이(30), 관리자 단말기(40), 사용자 단말기(50), 기계실 서버(60) 및 통합 관리 서버(70)로 이루어진다.
본 발명을 설명하기 앞서 사물인터넷(Internet of Things)의 개념을 설명하면 생활 속 사물들을 유무선 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 시스템을 말하며, 인간과 사물 및 서비스의 세가지 분산된 환경 요소에 대해 인간의 명시적 개입없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보 처리 등 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망이다. 사물인터넷의 주요 구성요소인 사물은 유무선 네트워크에서의 가전기기 뿐 만 아니라, 인간, 차량, 교량, 각종 전자장비, 문화재, 자연환경을 구성하는 물리적 사물 등이 포함되며, 사물은 물론, 현실과 가상세계의 모든 정보와 상호작용하는 개념으로 진화하고 있다.
먼저, 기계실 센서부(10)는 기계실의 각 기기(PDCV, TCV, DPV, 밸브, 열교환기, 유량계, 난방/급탕 순환펌프)에 설치되어 각 기기의 기계실 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송한다. 여기에서, 기계실 센서 데이터는 유량값, 온도값, 압력값, 펌프 작동 상태값이 포함된다.
그리고, 세대 센서부(20)는 각 세대내의 기기 및 실내에 설치되어 각 기기(밸브, 온도계, 유량계)의 세대 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송한다. 여기에서, 세대 센서 데이터는 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도가 포함된다.
또한, 게이트웨이(30)는 기계실 센서부(10)와 세대 센서부(20)와 유무선 양방향 통신을 수행한다.
또, 관리자 단말기(40)는 스마트폰으로서 모니터링 및 실내 온도 제어 및 세대고장·수리요청을 수행할 수 있는 관리자용 모바일 어플리케이션(41)이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능하다.
계속해서, 사용자 단말기(50)는 스마트폰으로서 모니터링 및 제어를 수행할 수 있는 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능하며, 각 세대 정보를 입력하여 세대 정보 데이터를 전송한다. 여기에서, 세대 정보 데이터는 세대별 난방·급수 설정온도, 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 가족원수, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 따른 일조량 데이터 정보가 포함되는 데, 이중 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도는 세대 센서부(20)에서 자동으로 제공되고, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 대한 정보는 관리자가 제공한다.
그리고, 기계실 서버(60)는 사용자측 시설에 설치되어 게이트웨이(30)와 유무선 통신을 수행하여 기계실 센서부(10)로부터 전송되는 기계실 센싱 데이터와, 세대 센서부(20)로부터 전송되는 세대 센싱 데이터 및 관리 프로그램을 통해 입력되는 기계실의 각 기기의 정보가 포함된 기계실 정보 데이터를 유무선 인터넷망을 통해 전송한다. 여기에서, 기계실 정보 데이터는 기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 점검일자 및 교체일자가 포함되는 데, 기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량은 하기에서 설명할 통합 관리 서버(70)의 DB(71)로부터 전송된 정보를 이용하여 기계실 서버(60)의 관리 프로그램 또는 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41) 상에서 관리자가 설정한다.
한편, 통합 관리 서버(70)는 지사나 본사의 중앙관제센터에 설치되고, 기계실 서버(60)와 유무선 인터넷망을 통해 연결되어 기계실 서버(60)로부터 전송되는 기계실 센싱 데이터, 세대 센싱 데이터, 기계실 정보 데이터(관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)에서도 제공 가능) 및 사용자 단말기(50)로부터 전송되는 세대 정보 데이터를 전송받아 DB(71)에 저장하고, 이를 바탕으로 고장 상태 원격진단 알고리즘을 통해 사용자 시설의 고장상태 진단, 분석, 예측을 수행하고, 효율 개선 알고리즘을 통해 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하여 해당 정보를 기계실 서버(60) 및 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)로 전송하고, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 상기 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)으로 제공한다. 이때, 통합 관리 서버(70)는 세대 정보 데이터중 난방·급수 설정온도, 가족원수에 대한 세대 정보는 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)을 통해 제공받고, 세대 정보 데이터중 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 대한 정보는 기계실 서버(60)의 관리 프로그램 또는 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)을 통해 제공받는다.
또한, 통합 관리 서버(70)는 오픈소스 빅데이터 플랫폼인 맵리듀스(MapReduce) 병렬처리 시스템이 적용된다.
여기에서, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재해서 기계실 센서 데이터를 이용하여 기기별 정상적인 운전상태에서의 지도학습을 수행하여 패턴을 분석하고, DB(71)에 기저장된 기기별 고장 패턴과 비교하여 고장으로 판단되면 DB(71)에 고장 패턴을 업데이트한 후 고장을 기계실 서버(60) 및 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)으로 전송하고, 기존과 다르게 발생되는 고장 패턴이나 관리자가 미처 인지하지 못하는 고장 상태에 대해서는 비지도학습 범주로 처리한다.
여기에서 또, 통합 관리 서버(70)의 효율 개선 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재하여 기계실 센서 데이터, 기계실 정보 데이터를 통해 누적된 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 DB(71)에 저장하고, 이벤트(기계실의 운전조건변경, 고장, 점검, 교체) 발생후에 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 이벤트 발생 전·후 엑서지 효율이 최대(각 기계실 기기별 최대 성능 온도, 압력, 유량 한계점 이내)로 유지되면 최적의 운전 조건으로 판단하여 DB(71)에 효율을 업데이트하며, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점(각 기계실 기기별 최대 성능 온도, 압력, 유량 한계점)을 초과하면 기계실 서버(60)와 연결되어 각 기기를 제어하는 기기 제어 장치(61)를 제어하여 각 기기를 자동 제어하여 한계점 미만으로 낮추고, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점 미만이면 비지도학습 범주로 처리한다.
계속해서, 통합 관리 서버(70)는 기계실 서버(60)의 관리프로그램 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)으로 기계실 전체 운전상태(온도, 압력, 유량, 공급·회수 열량, 열사용량) 및 효율정보, 각 기기별 정보(모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 기준효율, 운전효율, 지난고장내역, 지난점검내역, 예상 잔여수명, 예상 점검일), 각 세대 정보(세대 공급·회수 열량, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물재질 및 구조, 주택 향, 일조량)를 제공한다.
한편, 통합 관리 서버(70)는 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)으로 각 세대정보(각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 세대별 재실여부, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물로 인한 열손실, 주택 향에 따른 일조량, 실시간 급탕·난방 열사용량, 지난 급탕·난방 열사용량 및 금액, 주사용시간, 생활패턴, 각 단지별 평균열사용량), 열공급이 되는 열원정보(한국지역난방공사 지사, 주요시설, 열공급량, 공급기계실수·세대수, 열지도), 세대운전정보(최적 온도설정, 원격온도설정, 알림기능-고장, 비효율성, 실시간 열사용량 감시, 실시간 급수사용량 감시), 세대고장·수리요청 알림, 세대 난방/급탕 사용량, 예상 열요금, 전년/당해년 비교, 온수 및 급탕 공급온도, 실내 설정온도 및 현재 온도가 제공된다.
이하, 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템중 통합 관리 서버의 고장 상태 원격진단 알고리즘을 설명하기 위한 동작 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템중 통합 관리 서버의 효율 개선 알고리즘을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 관리자는 관리자 단말기(40)에 관리자용 모바일 어플리케이션(41)을 설치하고, 사용자는 사용자 단말기(50)에 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)을 설치한다.
그리고, 사용자는 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)을 통해 세대별 난방·급수 설정온도와 가족원수를 입력하여 기계실 서버(60)로 제공한다.
또한, 관리자는 기계실 서버(60)에 설치된 관리 프로그램 또는 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)을 통해 기계실 정보 데이터를 입력한다. 이때, 기계실 정보 데이터는 기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 점검일자 및 교체일자가 포함되는 데, 기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량은 통합 관리 서버(70)의 DB(71)로부터 전송된 정보를 이용하여 관리자가 설정한다.
또, 관리자는 기계실 서버(60)에 설치된 관리 프로그램 또는 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)을 통해 세대 정보 데이터중 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 대한 정보를 입력한다.
이러한 상태에서, 기계실 서버(60)는 사용자측 시설에 설치되어 게이트웨이(30)와 유무선 통신을 수행하여 기계실 센서부(10)로부터 전송되는 기계실 센싱 데이터와, 세대 센서부(20)로부터 전송되는 세대 센싱 데이터 및 관리 프로그램을 통해 입력되는 기계실의 각 기기의 정보가 포함된 기계실 정보 데이터를 유무선 인터넷망을 통해 통합 관리 서버(70)로 전송한다.
또한, 통합 관리 서버(70)는 해당 정보를 DB(71)에 저장하고, 아울러 사용자 단말기(50)로부터 전송되는 세대 정보 데이터를 전송받아 DB(71)에 저장한다.
이러한 상태에서, 통합 관리 서버(70)는 DB(71)에 저장된 정보를 바탕으로 고장 상태 원격진단 알고리즘을 통해 사용자 시설의 고장상태 진단, 분석, 예측을 수행하고, 효율 개선 알고리즘을 통해 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하여 해당 정보를 기계실 서버(60) 및 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)로 전송하며, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 상기 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)으로 제공한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재해서 기계실 센서 데이터를 이용하여 기기별 정상적인 운전상태에서의 지도학습을 수행하여 패턴을 분석하는 데, 각 기계실별 기계실 센서 데이터를 수집하고(S10), 운전 데이터의 패턴을 분석한다(S11).
그런 다음, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 분석된 패턴과 DB(71)에 기저장된 기기별 고장 패턴과 비교하여 고장여부를 판단하여 고장으로 판단되면(S12), DB(71)에 고장 패턴을 업데이트한 후(S13), 고장을 기계실 서버(60) 및 관리자 단말기(40)의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)으로 전송한다(S14).
한편, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 단계12(S12)에서 고장으로 미판단되면, 각 기계실별 기계실 센서 데이터를 통해 실제 고장 여부를 확인하여 실제 고장이면(S15), DB(71)에 고장 패턴을 업데이트한 다음(S13), 이후 과정을 수행한다.
반대로, 단계15(S15)에서 실제 고장으로 판단되지 않으면, 다시한번 정상 패턴인지를 분석하여(S16), 정상패턴이면 DB(71)에 고장 패턴을 업데이트하고(S17), 정상패턴이 아니면 비지도학습 범주로 처리한다(S18). 이때, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 비지도학습을 통해 DB(71)에 저장된 고장진단 패턴에 들어가지는 않으나 정상상태일때와 다른 특이한 상태일 때 데이터를 분석하여 고장상태 여부를 진단한다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 딥러닝의 개념을 탑재하여 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하는 데, 각 기계실별 기계실 센서 데이터, 기계실 정보 데이터를 수집하여 운전 정보 데이터를 누적하고(S20), 누적된 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 DB(71)에 저장한다(S21).
또한, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 기계실의 운전조건변경, 고장, 점검, 교체와 같은 이벤트가 발생하면(S22), 각 기계실별 기계실 센서 데이터, 기계실 정보 데이터를 수집하여 운전 정보 데이터를 누적하고(S23), 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 DB(71)에 저장한다(S24).
그런 다음, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 이벤트 발생 전·후 엑서지 효율이 최대(각 기계실 기기별 최대 성능 온도, 압력, 유량 한계점 이내)로 유지되면(S25), 최적의 운전 조건으로 판단하여 DB(71)에 효율을 업데이트한다(S26).
반대로, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 엑서지 효율이 최대로 미유지되면 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점(각 기계실 기기별 최대 성능 온도, 압력, 유량 한계점) 이하인지를 판단하여(S27), 초과를 하면 기계실 서버(60)와 연결되어 각 기기를 제어하는 기기 제어 장치(61)를 제어하여 각 기기를 자동 제어하여 한계점 미만으로 낮추고(S28), 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점 미만이면 비지도학습 범주로 처리한다(S29). 이때, 통합 관리 서버(70)의 고장 상태 원격진단 알고리즘은 누적된 데이터를 토대로 비지도학습을 통해 인식되지 않으면서 엑서지 효율이 떨어지는 부분을 찾아내서 기기 제어 장치(61)를 제어하여 개선함으로써 최적의 운전조건을 찾아내고, 효율정보 및 비효율 상태를 관리자에게 정보를 제공한다.
한편, 통합 관리 서버(70)는 DB(71)에 저장된 데이터를 추출하여 기계실 서버(60)의 관리프로그램 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션(41)으로 기계실 전체 운전상태(온도, 압력, 유량, 공급·회수 열량, 열사용량) 및 효율정보, 각 기기별 정보(모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 기준효율, 운전효율, 지난고장내역, 지난점검내역, 예상 잔여수명, 예상 점검일), 각 세대 정보(세대 공급·회수 열량, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물재질 및 구조, 주택 향, 일조량)를 제공하고, 사용자 단말기(50)의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션(51)으로 각 세대정보(각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 세대별 재실여부, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물로 인한 열손실, 주택 향에 따른 일조량, 실시간 급탕·난방 열사용량, 지난 급탕·난방 열사용량 및 금액, 주사용시간, 생활패턴, 각 단지별 평균열사용량), 열공급이 되는 열원정보(한국지역난방공사 지사, 주요시설, 열공급량, 공급기계실수·세대수, 열지도), 세대운전정보(최적 온도설정, 원격온도설정, 알림기능-고장, 비효율성, 실시간 열사용량 감시, 실시간 급수사용량 감시), 세대고장·수리요청 알림, 세대 난방/급탕 사용량, 예상 열요금, 전년/당해년 비교, 온수 및 급탕 공급온도, 실내 설정온도 및 현재 온도를 제공한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 기계실 센서부 20 : 세대 센서부
30 : 게이트웨이 40 : 관리자 단말기
50 : 사용자 단말기 60 : 기계실 서버
70 : 통합 관리 서버

Claims (12)

  1. 기계실의 각 기기에 설치되어 각 기기의 기계실 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송하는 기계실 센서부와;
    각 세대내의 기기 및 실내에 설치되어 각 기기의 세대 센싱 데이터를 실시간으로 유무선 통신을 통해 전송하는 세대 센서부와;
    상기 기계실 센서부와 세대 센서부와 유무선 양방향 통신을 수행하는 게이트웨이와;
    모니터링 및 실내 온도 제어 및 세대고장·수리요청을 수행할 수 있는 관리자용 모바일 어플리케이션이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능한 관리자 단말기와;
    모니터링 및 제어를 수행할 수 있는 세대 사용자용 모바일 어플리케이션이 설치되고, 무선 인터넷망에 접속이 가능하며, 각 세대 정보를 입력하여 세대 정보 데이터를 전송하는 사용자 단말기와;
    상기 게이트웨이와 유무선 통신을 수행하여 상기 기계실 센서부로부터 전송되는 상기 기계실 센싱 데이터와, 상기 세대 센서부로부터 전송되는 상기 세대 센싱 데이터 및 관리 프로그램을 통해 입력되는 기계실의 각 기기의 정보가 포함된 기계실 정보 데이터를 유무선 인터넷망을 통해 전송하는 기계실 서버; 및
    상기 기계실 서버와 유무선 인터넷망을 통해 연결되어 상기 기계실 서버로부터 전송되는 상기 기계실 센싱 데이터, 세대 센싱 데이터, 기계실 정보 데이터 및 상기 사용자 단말기로부터 전송되는 상기 세대 정보 데이터를 전송받아 DB에 저장하고, 이를 바탕으로 고장 상태 원격진단 알고리즘을 통해 사용자 시설의 고장상태 진단, 분석, 예측을 수행하고, 효율 개선 알고리즘을 통해 사용자 시설과 각 세대의 열에너지 효율을 분석 및 개선하여 해당 정보를 상기 기계실 서버 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션로 전송하고, 지역난방 세대 사용자에게 세대 열사용 정보를 상기 사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 제공하는 통합 관리 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계실 센서 데이터는,
    유량값, 온도값, 압력값, 펌프 작동 상태값이 포함되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세대 센서 데이터는,
    각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도가 포함되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세대 정보 데이터는,
    세대별 난방·급수 설정온도, 각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 가족원수, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 따른 일조량 데이터 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세대 정보 데이터중 난방·급수 설정온도, 가족원수에 대한 세대 정보는,
    상기 사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션을 통해 제공받고,
    상기 세대 정보 데이터중 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물 재질 및 구조, 주택 향에 대한 정보는,
    상기 기계실 서버의 관리 프로그램 또는 상기 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션을 통해 제공받는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계실 정보 데이터는,
    기기별 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 점검일자 및 교체일자가 포함되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정보 데이터중 장비성능, 모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량은,
    상기 통합 관리 서버의 DB로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 기계실 서버의 관리 프로그램 또는 관리자용 모바일 어플리케이션 상에서 설정하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 관리 서버는,
    오픈소스 빅데이터 플랫폼인 맵리듀스 병렬처리 시스템이 적용되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 관리 서버의 고장 상태 원격진단 알고리즘은,
    딥러닝의 개념을 탑재해서 상기 기계실 센서 데이터를 이용하여 기기별 정상적인 운전상태에서의 지도학습을 수행하여 패턴을 분석하고, 상기 DB에 기저장된 기기별 고장 패턴과 비교하여 고장으로 판단되면 상기 DB에 고장 패턴을 업데이트한 후 고장을 상기 기계실 서버 및 관리자 단말기의 모바일 어플리케이션로 전송하고, 기존과 다르게 발생되는 고장 패턴이나 관리자가 미처 인지하지 못하는 고장 상태에 대해서는 비지도학습 범주로 처리하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 관리 서버의 효율 개선 알고리즘은,
    딥러닝의 개념을 탑재하여 상기 기계실 센서 데이터, 기계실 정보 데이터를 통해 누적된 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 상기 DB에 저장하고, 이벤트(기계실의 운전조건변경, 고장, 점검, 교체) 발생후에 운전 정보 데이터를 바탕으로 정상적인 운전 상태에서의 지도학습을 수행하여 정상적인 운전 상태에서 각 기기별 엑서지(Exergy) 효율을 분석하여 이벤트 발생 전·후 엑서지 효율이 최대로 유지되면 최적의 운전 조건으로 판단하여 상기 DB에 효율을 업데이트하며, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점을 초과하면 상기 기계실 서버와 연결되어 각 기기를 제어하는 기기 제어 장치를 제어하여 각기기를 자동 제어하여 한계점 미만으로 낮추고, 최적의 운전 조건이 운전상 설정 한계점 미만이면 비지도학습 범주로 처리하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 관리 서버는,
    상기 기계실 서버의 관리프로그램 및 관리자 단말기의 관리자용 모바일 어플리케이션으로 기계실 전체 운전상태(온도, 압력, 유량, 공급·회수 열량, 열사용량) 및 효율정보, 각 기기별 정보(모델명, 타입, 설치년도, 회사정보, 기준용량, 기준효율, 운전효율, 지난고장내역, 지난점검내역, 예상 잔여수명, 예상 점검일), 각 세대 정보(세대 공급·회수 열량, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물재질 및 구조, 주택 향, 일조량)를 제공하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 관리 서버는,
    사용자 단말기의 세대 사용자용 모바일 어플리케이션으로 각 세대정보(각 방별 재실여부, 각 방별 실내온도, 세대별 재실여부, 급수사용량, 난방사용량, 전기사용량, 전용면적, 건축물로 인한 열손실, 주택 향에 따른 일조량, 실시간 급탕·난방 열사용량, 지난 급탕·난방 열사용량 및 금액, 주사용시간, 생활패턴, 각 단지별 평균열사용량), 열공급이 되는 열원정보(한국지역난방공사 지사, 주요시설, 열공급량, 공급기계실수·세대수, 열지도), 세대운전정보(최적 온도설정, 원격온도설정, 알림기능-고장, 비효율성, 실시간 열사용량 감시, 실시간 급수사용량 감시), 세대고장·수리요청 알림, 세대 난방/급탕 사용량, 예상 열요금, 전년/당해년 비교, 온수 및 급탕 공급온도, 실내 설정온도 및 현재 온도가 제공되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 지역난방 사용자 시설 모니터링 및 효율 개선 시스템.
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