KR20180010025A - 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 용접기용 전력선 기반 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템은, 전원공급을 제어하는 전원제어부; 상기 전원제어부로부터 제1전력선을 통해 전원을 공급받는 용접장치; 상기 용접장치로부터 제2전력선을 통해 전원을 공급받고 용접용 와이어를 일정속도로 공급하기 위한 휴대형 용접용 피더(feeder); 작업위치정보를 입력받고 대피안내정보를 수신하는 웨어러블통신부; 상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 주변의 비상상황을 감지하는 센서부; 상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 상기 웨어러블통신부로부터 작업위치정보 및 상기 센서부로부터 비상상황정보를 수신하여 전달하고 수신된 대피안내정보를 상기 웨어러블통신부로 전달하는 제1통신부; 상기 제1통신부로부터 출력된 정보를 상기 제2전력선에 전달하고 상기 제2전력선을 통해 전달된 정보를 수집하여 상기 제1통신부로 전달하는 제1신호결합부; 상기 용접장치를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 제2전력선 간에 정보를 전달하도록 하는 제1바이패스부; 상기 전원제어부를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 외부 간에 정보를 전달하도록 하는 제2바이패스부; 및 상기 제2바이패스부로부터 수신된 정보를 기초로 작업위치별 비상상황발생 여부를 판단하여 상기 제2바이패스부로 대피안내정보를 전송하는 관리서버를 포함한다.
Description
본 발명은 용접사고 방지시스템에 관한 것으로서, 특히 용접기에 연결된 전력선을 기반으로 무배선통신(legacy-line communication: LLC)을 통해 작업공간에서 발생하는 용접사고를 사전에 방지할 수 있도록 하는 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템에 관한 것이다.
선박 내에 다양한 유무선 통신시스템의 통합 통신네트워크 구축은 디지털 선박(digital ship)을 위한 핵심기술 중 하나이다. 이러한 선박 통합네트워크는 기간통신망(backbone networks)과 각종 장치 간의 유무선 통신뿐만 아니라 초고속 및 고신뢰성의 광통신까지 지원할 수 있도록 발전되고 있는 추세이다.
선박 내에 통합 통신네트워크를 적용하기 위해 이미 설치된 통신선로나 전력선을 이용하는 방법이 적절한 대안이 될 수 있다. 특히 대형선박은 수십 ㎞에 이르는 전력선이 선박 내의 모든 구역에 전력공급을 위하여 치밀하게 매설되어 있다. 따라서 이러한 자원을 충분히 활용하는 것은 이미 선박에 데이터통신 네트워크를 구축하는 유용한 방안 가운데 하나이다.
실제로 선박 내에 기설치된 전력선을 기반으로 하는 무배선통신(legacy-line communication: LLC) 시스템 구축이 시도되고 있으며, 무배선통신 시스템을 이용한 데이터 전송실험이 진행되고 있다. 이때, 이러한 무배선통신은 데이터 전송을 위한 선로가 전혀 없는 것이 아니라, 기존에 기설치된 전력선을 기반으로 하므로 추가적인 선로의 설치가 요구되지 않는 것을 의미한다.
한편, 선박이나 철도, 건물 등에서 많이 사용되는 용접기술은 금속과 비금속으로 제조된 소재·부품을 열 또는 압력을 이용하여 결합시키는 기술로서 적용되는 기술분야에 따라서는 제품의 품질경쟁력에 있어 필수적인 요소이다. 특히, 조선업은 원재료가 철재이므로 선박의 건조과정에서 용접작업이 대부분의 공정에서 필수적으로 행해지고 있으며, 용접이 부실한 부분이 있으면 그곳부터 물이 새어 들어오기 때문에 조선업의 경쟁력은 용접 경쟁력에 좌우될 정도로 용접작업은 조선업에서 핵심기술이다.
이러한 용접작업의 중요성에도 불구하고 조선소 현장에서는 용접작업시 크고 작은 안전사고가 발생하고 있다. 예컨대, 밀폐된 공간에서의 용접시 화재폭발과 산소 결핍에 의한 재해가 발생할 가능성이 매우 높다.
이를 예방하기 위해 종래에는 선박 내 통합 통신네트워크를 구축하여 산소센서, 가스센서 등 각종 센서를 통해 사고발생을 감지하도록 하고 있다. 하지만, 상술한 바와 같이 선박의 건조를 막 시작한 상태에서는 통신네트워크 구축이 이루어지지 않기 때문에 센서를 이용한 사고발생 감지가 불가능하고 사고발생시에 작업자 스스로 진압하거나 대피하는 데에 한계가 있다. 더구나 용접이 이루어진 상태에서 선박 내 통신네트워크를 구축해야 하고 이를 위한 비용이 발생하므로 선박의 건조과정에서는 부적합하다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박, 철도, 건물 등 시설물에 전력선이 구축되어 있지 않은 상태에서 용접기용 전력선을 기반으로 무배선통신(LLC)을 통해 시설물의 밀폐공간에서 발생할 수 있는 용접사고를 사전에 방지할 수 있는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작업자의 웨어러블기기와 휴대용 용접용 와이어피더(wire feeder)에 부착된 통합모뎀 간의 통신을 통해 작업자의 현재위치를 파악하고 이를 외부의 서버로 무배선통신을 통해 파악하도록 하고 작업자의 웨어러블기기를 통해 신속하게 대피하도록 안내하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템은, 전원공급을 제어하는 전원제어부; 상기 전원제어부로부터 제1전력선을 통해 전원을 공급받는 용접장치; 상기 용접장치로부터 제2전력선을 통해 전원을 공급받고 용접용 와이어를 일정속도로 공급하기 위한 휴대형 용접용 피더(feeder); 작업위치정보를 입력받고 대피안내정보를 수신하는 웨어러블통신부; 상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 주변의 비상상황을 감지하는 센서부; 상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 상기 웨어러블통신부로부터 작업위치정보 및 상기 센서부로부터 비상상황정보를 수신하여 전달하고 수신된 대피안내정보를 상기 웨어러블통신부로 전달하는 제1통신부; 상기 제1통신부로부터 출력된 정보를 상기 제2전력선에 전달하고 상기 제2전력선을 통해 전달된 정보를 수집하여 상기 제1통신부로 전달하는 제1신호결합부; 상기 용접장치를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 제2전력선 간에 정보를 전달하도록 하는 제1바이패스부; 상기 전원제어부를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 외부 간에 정보를 전달하도록 하는 제2바이패스부; 및 상기 제2바이패스부로부터 수신된 정보를 기초로 작업위치별 비상상황발생 여부를 판단하여 상기 제2바이패스부로 대피안내정보를 전송하는 관리서버를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제1바이패스부는, 상기 제2전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제1신호결합부로부터 상기 제2전력선을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 후술하는 제3신호결합부로 전송하고 상기 제3신호결합부로부터 수신된 신호를 상기 제2전력선으로 비접촉식으로 전달하는 제2신호결합부; 및 상기 제1전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제2신호결합부로부터 수신된 신호를 상기 제1전력선에 비접촉식으로 전달하고 상기 제1전력선을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 상기 제2신호결합부로 전달하는 제3신호결합부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제2바이스패부는, 상기 제1전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제3신호결합부로부터 상기 제1전력선을 통해 전달되는 신호를 수신하여 후술하는 제2통신부로 전송하고 상기 제2통신부로부터 수신된 신호를 상기 제1전력선으로 전달하는 제4신호결합부; 및 상기 제4신호결합부로부터 수신된 정보를 상기 관리서버로 전달하고 상기 관리서버로부터 수신된 정보를 상기 제4신호결합부로 전달하는 제2통신부를 포함한다.
여기서, 상기 제2통신부는, 상기 전원제어부에 연결된 제3전력선을 통해 연결되며 상기 관리서버와 통신선로를 통해 상기 정보를 송수신한다.
본 발명에서, 상기 전원제어부는 상기 전원제어부는 상기 제1전력선으로 통해 상기 용접장치로의 전원 공급 및 차단을 제어하는 회로개폐부를 포함하고, 상기 관리서버로부터 대피안내정보가 수신되면 상기 회로개폐부를 제어하여 상기 용접장치로 전원공급을 차단한다.
본 발명에서, 상기 웨어러블통신부는, 작업자로부터 작업위치정보를 입력받기 위한 입력부; 상기 입력된 작업위치정보를 상기 제1통신부로 무선통신을 통해 전송하고 상기 제1통신부로부터 무선통신을 통해 대피안내정보를 수신하기 위한 무선통신부; 상기 수신된 대피안내정보를 출력하는 출력부; 및 상기 작업자의 신체에 탈부착 가능하도록 구성되는 탈부착부를 포함한다.
본 발명에 따르면 선박, 빌딩, 철도 등 시설물에 전력선이 구축되지 않은 상태에서도 용접기의 전력선을 이용하여 무배선통신을 통해 용접사고를 감지하고 작업자에게 비상대비 안내를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 용접기용 와이어피더에 연결된 전력선을 이용하여 용접사고 방지가 가능하므로 시설물에 네트워크 구축 비용과 전력선의 추가설치 비용이 절약될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블통신부의 구성블럭도이다.
도 3은 도 2의 웨어러블통신부에 대한 제품의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 신호결합부의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블통신부의 구성블럭도이다.
도 3은 도 2의 웨어러블통신부에 대한 제품의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 신호결합부의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템(이하, 용접사고방지시스템이라 함)(100)은 전원제어부(101), 용접장치(102), 용접용 피더(feeder)(103), 웨어러블(wearable)통신부(104), 센서부(105), 제1통신부(106), 제1신호결합부(107), 제1바이패스부(108), 제2바이패스부(109) 및 관리서버(110)를 포함하여 구성된다.
전원제어부(101)는 외부로부터 상용전원을 공급받아 용접장치(102)를 비롯한 각종 장비로 전원을 공급함은 물론 전원의 공급을 제어한다. 이러한 전원공급의 제어는 경우에 따라 전원을 공급하거나 차단하는 것을 의미한다. 이를 위하여 전원제어부(101)는 회로차단부(circuit breaker)(111)를 포함한다. 회로차단부(111)는 전원제어부(101)의 제어신호에 따라 상용전원을 용접장치(102)로 공급하거나 용접장치(102)로의 전원공급을 차단하도록 한다.
용접장치(102)는 금속재료를 용접하기 위한 장비로서 전원제어부(101)로부터 제1전원선(11)을 통해 전원을 공급받아 동작하게 된다. 이러한 용접장치(102)로는 예컨대 아크용접기, 저항용접기 등을 포함할 수 있다.
용접용 피더(103)는 용접장치(102)로부터 제2전력선(12)을 통해 전원을 공급받고 용접용 와이어(wire)를 일정속도로 공급하도록 한다. 본 실시 예에서 이러한 용접용 피더(103)는 휴대형(portable)으로 구현됨이 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명에 따른 용접사고방지시스템(100)은 제조 중인 선박이나 철도, 건설중인 건물 등의 밀폐된 작업공간(20)에서 작업자(용접공)(10)가 작업하는 도중에 용접사고를 방지하기 위한 것으로서 전력선이 아직 구축되어 있지 않은 상태에서 용접을 실시하므로 용접을 위해서는 용접용 피더(103)는 이동가능하도록 구현된 휴대형임이 바람직하다. 이러한 휴대형 용접용 피더(103)에 용접용 토치를 연결하거나 이미 연결된 토치를 이용하여 용접을 수행하도록 한다.
웨어러블통신부(104)는 작업자(10)의 신체에 탈부착 가능하도록 구현되며 후술하는 제1통신부(106)와 무선통신을 통해 각종 정보를 송수신하도록 한다. 특히, 웨어러블통신부(104)는 작업자(10)로부터 용접작업 중이 작업공간(20)에 대한 위치정보를 입력받아 제1통신부(106)로 무선통신을 통해 전달하고 제1통신부(106)로부터 무선통신을 통해 대피안내정보를 수신하여 이를 시각적 또는 청각적으로 외부로 출력하도록 한다. 이로써, 웨어러블통신부(104)를 착용한 작업자(10)가 웨어러블통신부(104)에서 출력되는 대피안내정보에 따라 비상상황임을 인지하여 대피할 수 있도록 한다.
센서부(105)는 휴대형 용접용 피더(103)에 적어도 하나 이상 부착되며 작업자(10)가 용접작업하는 작업공간(20)에서의 비상상황 발생 여부를 감지한다. 이를 위해 센서부(105)는 용접으로 인한 폭발이나 화재 등과 같은 용접사고뿐만 아니라 작업공간(20) 내의 산소부족, 유해가스발생, 침수, 정전, 연기 등과 같은 각종 상황을 감지가능한 센서로 구현될 수 있다. 이러한 센서부(105)는 작업공간(20) 내에서 주변의 비상상황을 감지하면 비상상황 감지신호를 발생하여 제1통신부(106)로 무선통신을 통해 전송한다. 이때, 다양한 상황을 한번에 감지할 수 있도록 하기 위해 여러 센서를 하나의 모듈로 구현할 수도 있고, 작업공간(20) 내부를 여러 개의 영역으로 설정하여 각각의 영역별로 센서부(105)를 설치하여 해당 영역별로 독립적으로 감지하도록 설정할 수도 있다.
제1통신부(106)는 휴대형 용접용 피더(103)에 부착되며 웨어러블통신부(104)와 센서부(105)와 무선통신을 통해 각종 정보를 송수신한다. 특히, 본 발명에서 제1통신부(106)는 웨어러블통신부(104)로부터 작업위치정보 및 센서부(105)로부터 비상상황정보를 수신하여 제1신호결합부(107)로 전달하고 제1신호결합부(107)로부터 수신된 대피안내정보를 웨어러블통신부(104)로 전달한다. 이는 작업자(10)가 현재 용접작업을 하고 있는 작업공간(20)의 현재위치와 그 작업공간(20)에서 발생한 비상상황을 최종적으로 관리서버(110)로 전송하는 것이고, 반대로 관리서버(110)로부터의 대피안내를 비롯한 각종 정보를 웨어러블통신부(104)로 전달하도록 하여 작업자(10)가 이를 확인할 수 있도록 하는 것이다.
제1신호결합부(107)는 용접장치(102)와 휴대형 용접용 피더(103) 간에 전원공급을 위해 연결된 제2전력선(12)에 비접촉식으로 결합되며 제1통신부(106)로부터 전송되는 신호를 수신하여 제2전력선(12)로 비접촉식으로 전달하고 제2전력선(12)을 통해 전달되는 정보를 비접촉식으로 수집하여 제1통신부(106)로 전달한다. 이러한 제1신호결합부(107)는 제2전력선(12)을 이용하여 통신을 수행하기 위해 설치되는 구성으로서 제2전력선(12)에 비접촉으로 결합되어 제2전력선(12)을 통해 전달되는 신호를 수집하고 반대로 제2전력선(12)으로 신호를 전달하도록 한다. 이러한 신호는 제2전력선(12)을 통해 제1바이패스부(108)로 전달되어 제1바이패스부(108)에 의해 수집된다.
제1바이패스부(108)는 용접장치(102)를 바이패스(bypass)하여 제1전력선(11)과 제2전력선(12) 간에 통신선로를 형성하여 제1전력선(11) 및 제2전력선(12) 간에 정보를 전달하도록 한다. 이는 용접장치(102)에서는 정보를 송수신할 수 없으므로 정보전송을 위한 통신선로가 용접장치(102)를 우회하도록 제1바이패스부(108)를 형성함으로써 용접장치(102)와 연결된 제1전력선(11)과 제2전력선(12) 간에 정보전송이 가능하도록 하는 것이다. 구체적으로 이러한 제1바이패스부(108)는 제2신호결합부(121) 및 제3신호결합부(122)를 포함하고, 이들 제2신호결합부(121)와 제3신호결합부(122)는 소정의 통신선로(123)를 통해 연결된다. 제2신호결합부(121)는 제2전력선(12)에 비접촉식으로 연결되어 제1신호결합부(107)로부터 제2전력선(12)을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집한 후에 통신선로(123)를 통해 제3신호결합부(122)로 전송하고, 반대로 제3신호결합(122)로부터 수신된 신호를 비접촉식으로 제2전력선(12)으로 전달하도록 한다. 또한, 제3신호결합부(122)는 제1전력선(11)에 비접촉식으로 연결되어 제2신호결합부(121)로부터 수신되는 신호를 제1전력선(11)에 비접촉식으로 전달하고, 반대로 제1전력선(11)을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 통신선로(123)를 통해 제2신호결합부(121)로 전달하도록 한다.
제2바이패스부(109)는 제1바이패스부(108)와 유하하게 전원제어부(101)를 바이패스하기 위한 것으로서 통신선로가 정보 송수신이 불가능한 전원제어부(101)를 우회하도록 하는 것이다. 구체적으로 제2바이패스부(109)는 제4신호결합부(124) 및 제2통신부(125)를 포함하고 이들 제4신호결합부(124)와 제2통신부(125)는 소정의 통신선로(126)를 통해 연결된다. 제4신호결합부(124)는 제1전력선(11)에 비접촉식으로 연결되어 제3신호결합부(122)로부터 제1전력선(11)을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 통신선로(126)를 통해 제2통신부(125)로 전송하고, 반대로 제2통신부(125)로부터 수신된 신호를 비접촉식으로 제1전력선(11)으로 전달하도록 한다. 또한, 제2통신부(125)는 전원제어부(101)와 제3전력선(13)을 통해 연결되어 제3전력선(13)을 통해 공급되는 전원을 이용하여 동작하며 제4신호결합부(124)로부터 수신된 정보를 관리서버(110)로 전달하고, 반대로 관리서버(110)로부터 전달된 정보를 제4신호결합부(124)로 전달하도록 한다. 이러한 제2바이패스부(109)를 통해 작업공간(20)의 위치정보와 비상상황 발생 여부를 관리서버(110)로 전달하고, 반대로 관리서버(110)에서 비상상황 발생에 따른 대피안내정보가 작업자(10)까지 전달되도록 한다.
관리서버(110)는 제2바이패스부(109)로부터 전달되는 정보를 수신하여 작업위치별 비상상황발생 여부를 판단하고 비상상황이 발생한 것으로 판단되면 제2바이패스부(109)로 대피안내정보를 전송하도록 한다. 구체적으로, 관리서버(110)는 제2바이패스부(109)의 제2통신부(125)로부터 전달되는 작업위치정보 및 비상상황정보를 수신하여 특정 작업공간(20)에서 비상상황이 발생하였는지를 판단하도록 한다. 이는 작업자(10)에 의해 웨어러블통신부(104)에 입력된 작업위치와 센서부(105)에서 감지된 비상상황정보를 기초로 작업위치별로 비상상황 발생여부를 판단하는 것이다. 또한, 관리서버(110)는 비상상황이 발생한 작업위치에 대하여 대피안내정보를 제2통신부(125)로 전송함으로써 최종적으로 작업자(10)가 부착한 웨어러블통신부(104)로 대피안내정보가 전달되어 작업자(10)가 이를 확인하고 대피하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블통신부의 구성블럭도이고, 도 3은 도 2의 웨어러블통신부에 대한 제품의 예시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블통신부(104)는 예컨대 건조 중인 선박이나 철도 등의 밀폐된 작업공간(20)에서 용접작업하는 작업자(10)의 신체에 탈부착 가능하도록 형성된다. 구체적으로, 웨어러블통신부(104)는 크게 본체부(1041)와 탈부착부(1042)로 구성된다. 본체부(1041)는 작업자(10)로부터 작업공간(20)의 작업위치정보를 입력받기 위한 입력부(1043)와, 입력부(1043)를 통해 입력된 작업위치정보를 기설정된 무선통신을 통해 제1통신부(106)로 전송하고 반대로 제1통신부(106)로부터 기설정된 무선통신을 통해 대피안내정보를 수신하기 위한 무선통신부(1044)와, 무선통신부(1044)에서 수신된 대피안내정보를 시각적 또는 청각적으로 출력하는 출력부(1045)와, 본체부(1041)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(1046)를 포함한다. 여기서, 입력부(1043)와 출력부(1045)는 일체형으로 구현될 수도 있다. 예컨대 터치스크린 또는 터치패드 등을 구현되어 입력과 출력을 모두 가능하도록 할 수도 있다. 탈부착부(1042)는 본체부(1041)와 물리적으로 결합되고 작업자(10)의 신체에 탈부착 가능하도록 구성된다. 이러한 탈부착부(1044)는 예컨대 작업자(10)의 신체에 탈부착 가능하도록 하기 위해 착탈식 밴드로 구현될 수 있으나, 이는 본 발명의 일례이며 작업자(10)의 신체에 탈부착이 가능한 다른 다양한 형태로 변형이 가능할 것이다. 이러한 구성을 통해 본 발명에서는 작업자(10)가 자신이 작업중인 작업공간(20)에 대한 위치정보를 웨어러블통신부(104)를 통해 관리서버(110)로 전송하도록 하고, 비상상황 발생시 관리서버(110)로부터 대피안내정보를 웨어러블통신부(104)를 통해 확인함으로써 용접에 의한 안전사고를 방지할 수 있게 된다. 도 4는 본 발명의 일례를 도시한 것으로서 다른 형태로 다양하게 구현될 수 있음은 당연할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 신호결합부의 구성도이다. 본 발명에서 제1 내지 제4 신호결합부(107,121,122,124)는 구성이 동일하므로 도 4에서는 일례로 제1신호결합부(107)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1신호결합부(107)는 중앙에 중공부(1071)가 형성된 원통형상의 금속코어(1072)를 포함하고 금속코어(1072)에는 코일(미도시)이 적어도 1회 이상 권선된 형태를 갖는다. 이러한 코일을 통해 신호가 수신된다. 또한, 금속코어(1072)는 투자율과 자속밀도가 높은 금속재질로 구현되며 중앙의 중공부(1071) 내에 각각 대응되는 전력선(11 또는 12)이 비접촉식으로 삽입된다. 금속코어(1072)는 원통형상의 하우징(미도시)의 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 금속코어(1072)는 다수개로 나누어져 하우징의 내부에 적층되어 구현될 수도 있다.
한편, 용접장치(102)와 휴대형 용접용 피더(103)는 용접을 위한 전원이 공급되므로 제1전력선(11) 및 제2전력선(12)로는 고전류가 흐르게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 각 신호결합부(107,121,122,124)는 고전류에도 통신특성이 잘 유지되어야 한다. 이와 같이 고전류에 의한 전기특성 및 통신특성을 잘 유지하기 위하여 본 발명에 따른 금속코어(1072)는 그 길이방향으로 에어갭(air gap)(1073)이 형성된다. 이러한 에어갭(1072)은 그 간격이 클수록 대전류에 견딜 수 있는 전류특성이 증가하지만, 반대로 각종 신호의 전송속도와 같은 통신특성은 감소하기 때문에 사용하는데 제약이 따른다. 따라서, 본 발명에서는 에어갭(1073)에 경자성의 자심재료(1074)를 삽입하는 것이 바람직하며 이러한 자심재료(1074)로는 예컨대 바륨 페라이트(barium ferrite)를 포함한다. 바륨 페라이트는 자석밀도와 비저항 특성이 높아 우수한 자기적 특성을 갖는다.
이러한 에어갭(1073) 사이에 경자성의 자심재료(1074)를 삽입하는 구성을 통해 자성체에서 발생하는 자장이 자심재료(1074)의 바이어스에 의한 역자장과 서로 상쇄되어 포화전류를 증가시킬 수 있다. 제1신호결합부(107)는 전자기 유도원리를 이용하여 전력선(12)에 신호를 전달 및 수집하기 때문에 그 전기적 특성에 따라 신호전달 특성이 달라진다. 이에 전류특성과 통신특성을 향상시키기 위해 전기저항 및 자속밀도가 높은 자심재료를 사용함이 바람직하다.
이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템에서 동작과정을 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명의 용접사고방지시스템(100)에서 작업위치정보를 관리서버(110)로 전송하는 과정을 설명한다.
작업자(10)는 용접장치(102)와 휴대형 용접용 피더(103)를 이용하여 작업공간(20) 내에서 용접작업을 하게 된다. 이때, 작업자(10)는 자신의 신체에 부착되어 있는 웨어러블통신부(104)에 용접작업을 수행중인 작업공간(20)에 대한 작업위치정보를 입력한다. 웨어러블통신부(104)는 이와 같이 작업위치정보가 입력되면 기설정된 무선통신을 통해 제1통신부(106)로 전송한다. 제1통신부(106)는 작업위치정보를 다시 제1신호결합부(107)로 전송하며 제1신호결합부(107)는 이러한 작업위치정보가 포함된 신호를 제2전력선(12)으로 전달하게 되고 제1바이패스부(108)의 제2신호결합부(121)에서 제2전력선(12)을 통해 전달되는 신호를 수신하여 작업위치정보를 제3신호결합부(122)로 전송한다. 또한, 제3신호결합부(122)는 작업위치정보를 포함한 신호를 제1전력선(11)으로 전달하고 제2바이패스부(109)의 제4신호결합부(124)에서 제1전력선(11)을 통해 전달되는 신호를 수신하여 작업위치정보를 제2통신부(125)로 전송한다. 이후에 제2통신부(125)는 작업위치정보를 관리서버(110)로 전송하게 된다. 그러면 관리서버(110)는 작업자(10)별로 작업위치정보를 구분하여 저장하도록 함으로써, 현재 어떤 작업자(10)가 어떤 작업공간(20)에서 용접작업을 하고 있는지를 확인할 수 있도록 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 용접사고방지시스템(100)에서 용접사고 방지과정을 구체적으로 설명한다. 본 발명에서 센서부(105)는 작업공간(20) 내에 비상상황 발생을 감지한다. 예컨대, 센서부(105)는 용접중 가스폭발, 화재 등의 사고뿐만 아니라 작업공간(20) 내에 산소량, 유해가스량 등을 감지하도록 구성될 수 있다. 이는 작업자(10)가 눈으로 감지할 수 있는 사고뿐만 아니라 눈으로 직접 감지하지 못하는 사고도 감지하도록 하기 위한 것이다. 이와 같이 센서부(105)에서 비상상황이 감지되면 비상상황정보를 제1통신부(106)로 전송하고 제1통신부(106)는 비상상황정보를 제1신호결합부(107)로 전송한다. 이후 제1신호결합부(107)부터 관리서버(110)로의 비상상황정보의 전송과정은 상기 작업위치정보의 전송과 동일하다. 이로써, 관리서버(110)는 상기와 같이 작업자(10)별 작업위치정보와 작업공간(20)에서의 비상상황정보를 함께 파악할 수 있게 된다.
이후에, 특정 작업공간(20)에 비상상황이 발생한 것으로 판단되면 대피안내정보를 제2통신부(125)로 전송한다. 제2통신부(125)에서 제1통신부(106)까지의 대피안내정보의 전송과정은 작업위치정보 및 비상상황정보의 전송과는 반대의 경로로 진행된다. 즉, 제2통신부(125), 제4신호결합부(124), 제3신호결합부(122), 제2신호결합부(121)를 거쳐 제1통신부(106)로 전송되는 것이다. 제1통신부(106)는 이와 같이 대피안내정보가 수신되면 기설정된 무선통신을 통해 작업자(10)의 신체에 부착되어 있는 웨어러블통신부(104)로 전송한다. 이에 웨어러블통신부(104)는 대피안내정보가 수신되면 이를 시각적 또는 청각적으로 출력하도록 함으로써 작업자(10)가 이를 인지하여 대피하도록 한다. 예컨대, 건조중인 선박 내의 밀폐된 작업공간(20)에서 용접작업을 수행하는 도중에 작업공간(20) 내 산소량을 센서부(105)에서 감지하여 관리서버(110)로 전송하고 관리서버(110)는 이러한 산소량이 기준치 이하로 떨어지는 것으로 판단하면 대피안내정보를 웨어러블통신부(104)로 전송하여 작업자(10)로 하여금 대피할 수 있도록 하는 것이다. 이는 용접작업 중에 작업자(10)가 산소량을 감지하지 못하므로 대피안내를 즉시 보낼 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 일례는 본 발명의 용접사고발생시스템의 동작을 설명하기 위한 예시이며 다른 다양한 용접사고에도 적용이 가능하다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 작업자 11 : 제1전력선
12 : 제2전력선 13 : 제3전력선
20 : 작업공간 101 : 전원제어부
102 : 용접장치 103 : 용접용 피더(feeder)
104 : 웨어러블통신부 105 : 센서부
106 : 제1통신부 107 : 제1신호결합부
108 : 제1바이패스부 109 : 제2바이패스부
110 : 관리서버 121 : 제2신호결합부
122 : 제3신호결합부 123,126 : 통신선로
124 : 제4신호결합부 125 : 제2통신부
1041 : 본체부 1042 : 탈부착부
1043 : 입력부 1044 : 무선통신부
1045 : 출력부 1046 : 제어부
1071 : 중공부 1072 : 금속코어
1073 : 에어갭 1074 : 자심재료
12 : 제2전력선 13 : 제3전력선
20 : 작업공간 101 : 전원제어부
102 : 용접장치 103 : 용접용 피더(feeder)
104 : 웨어러블통신부 105 : 센서부
106 : 제1통신부 107 : 제1신호결합부
108 : 제1바이패스부 109 : 제2바이패스부
110 : 관리서버 121 : 제2신호결합부
122 : 제3신호결합부 123,126 : 통신선로
124 : 제4신호결합부 125 : 제2통신부
1041 : 본체부 1042 : 탈부착부
1043 : 입력부 1044 : 무선통신부
1045 : 출력부 1046 : 제어부
1071 : 중공부 1072 : 금속코어
1073 : 에어갭 1074 : 자심재료
Claims (6)
- 전원공급을 제어하는 전원제어부;
상기 전원제어부로부터 제1전력선을 통해 전원을 공급받는 용접장치;
상기 용접장치로부터 제2전력선을 통해 전원을 공급받고 용접용 와이어를 일정속도로 공급하기 위한 휴대형 용접용 피더(feeder);
작업위치정보를 입력받고 대피안내정보를 수신하는 웨어러블통신부;
상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 주변의 비상상황을 감지하는 센서부;
상기 휴대형 용접용 피더에 부착되며 상기 웨어러블통신부로부터 작업위치정보 및 상기 센서부로부터 비상상황정보를 수신하여 전달하고 수신된 대피안내정보를 상기 웨어러블통신부로 전달하는 제1통신부;
상기 제1통신부로부터 출력된 정보를 상기 제2전력선에 전달하고 상기 제2전력선을 통해 전달된 정보를 수집하여 상기 제1통신부로 전달하는 제1신호결합부;
상기 용접장치를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 제2전력선 간에 정보를 전달하도록 하는 제1바이패스부;
상기 전원제어부를 바이패스하여 상기 제1전력선 및 외부 간에 정보를 전달하도록 하는 제2바이패스부; 및
상기 제2바이패스부로부터 수신된 정보를 기초로 작업위치별 비상상황발생 여부를 판단하여 상기 제2바이패스부로 대피안내정보를 전송하는 관리서버를 포함하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1바이패스부는,
상기 제2전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제1신호결합부로부터 상기 제2전력선을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 후술하는 제3신호결합부로 전송하고 상기 제3신호결합부로부터 수신된 신호를 상기 제2전력선으로 비접촉식으로 전달하는 제2신호결합부; 및
상기 제1전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제2신호결합부로부터 수신된 신호를 상기 제1전력선에 비접촉식으로 전달하고 상기 제1전력선을 통해 전달되는 신호를 비접촉식으로 수집하여 상기 제2신호결합부로 전달하는 제3신호결합부를 포함하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2바이스패부는,
상기 제1전력선에 비접촉식으로 연결되며 상기 제3신호결합부로부터 상기 제1전력선을 통해 전달되는 신호를 수신하여 후술하는 제2통신부로 전송하고 상기 제2통신부로부터 수신된 신호를 상기 제1전력선으로 전달하는 제4신호결합부; 및
상기 제4신호결합부로부터 수신된 정보를 상기 관리서버로 전달하고 상기 관리서버로부터 수신된 정보를 상기 제4신호결합부로 전달하는 제2통신부를 포함하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템. - 제3항에 있어서, 상기 제2통신부는,
상기 전원제어부에 연결된 제3전력선을 통해 연결되며 상기 관리서버와 통신선로를 통해 상기 정보를 송수신하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템. - 제3항에 있어서,
상기 전원제어부는 상기 제1전력선으로 통해 상기 용접장치로의 전원 공급 및 차단을 제어하는 회로개폐부를 포함하고, 상기 관리서버로부터 대피안내정보가 수신되면 상기 회로개폐부를 제어하여 상기 용접장치로 전원공급을 차단하도록 하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템. - 제3항에 있어서, 상기 웨어러블통신부는,
작업자로부터 작업위치정보를 입력받기 위한 입력부와, 상기 입력된 작업위치정보를 상기 제1통신부로 무선통신을 통해 전송하고 상기 제1통신부로부터 무선통신을 통해 대피안내정보를 수신하기 위한 무선통신부와, 상기 수신된 대피안내정보를 출력하는 출력부를 포함하는 본체부; 및
상기 본체부와 결합되고 상기 작업자의 신체에 탈부착 가능하도록 구성되는 탈부착부를 포함하는 용접기용 전력선 기반의 무배선통신을 이용한 용접사고 방지시스템.
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