KR20200069487A - 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이 - Google Patents

산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이 Download PDF

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Abstract

사물인터넷 게이트웨이(Gateway)에 가스 감지 센서를 내장시켜 일체형으로 구현함으로써, 가스 감지 결과를 별도의 추가장치 없이 직접 관제 서버에 전송할 수 있도록 한 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이에 관한 것으로서, 특정 영역의 누출 가스를 감지하는 가스 감지 센서, 가스 감지 센서의 가스 감지 신호를 후단으로 인터페이스하는 신호 인터페이스 모듈, 신호 인터페이스 모듈을 통해 전달되는 가스 감지 신호를 통신을 통해 원격의 관제 서버로 전송토록 제어하는 중앙처리장치 및 중앙처리장치의 제어에 따라 가스 감지 신호를 설정된 통신 방식으로 변환하여 원격의 관제 서버에 전송하는 통신부를 포함하여, 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 구현한다.

Description

산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이{Gas sensor for industrial disaster prevention Built-in Internet of things gateway}
본 발명은 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이에 관한 것으로, 특히 사물인터넷 게이트웨이(Gateway)에 가스 감지 센서를 내장시켜 일체형으로 구현함으로써, 가스 감지 결과를 별도의 추가장치 없이 직접 관제 서버에 전송할 수 있도록 한 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이에 관한 것이다.
산업 활동이 활발해 지면서 다양한 종류와 많은 물질이 사용되고 산업에 대한 의존도가 증가함에 따라 생산 공정 내 유독가스 사용의 빈도 수가 높아지고 있어 작업자들이 쉽게 유독가스에 노출될 수 있는 상황이 자주 발생하고 있으며, 화재의 우려도 커지고 있으며, 이와 관련한 환경 산업이 급속도로 성장하고 있는 추세다.
여기서, 각종 공정 내에서 발생하는 유독가스를 검출하기 위해 가스 감지 센서를 이용한다, 가스 감지 센서는 가스를 검출하는 역할만 하고, 이를 유선으로 연결된 제어장치로 전달한다. 제어장치는 가스 감지 센서로부터 전달받은 감지 데이터를 별도의 통신 장치(예를 들어, 게이트웨이)를 이용하여 원거리 관제 서버로 전송한다.
사물(가스 감지 센서)과 IoT 게이트웨이 간의 페어링(pairing)은 사물 디바이스에 통신 설정 애플리케이션(Application)이 존재하여 직접 게이트웨이에 접속하거나 또는 특정 포트를 통해 유선으로 게이트웨이에 연결된 컴퓨터를 이용하여 접속시키는 방법이 있다.
이러한 방법 역시 사물에서 직접적으로 관제 센터에 감지 데이터를 전송하는 것은 불가능하고, 중계기(게이트웨이) 등을 이용하여 원격의 관제 서버에 감지 데이터를 전송한다.
게이트웨이와 같은 중계장치를 이용하여 가스 등의 감지 데이터를 원격에 전송하는 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 다수의 센서가 하나의 모듈로 이루어지고 사물에 부착되어 외부 환경 정보를 감지하는 복합센서, 복합센서와 센서 전용 버스로 연결되고 시맨틱 및 온톨로지를 위한 데이터가 정형화되어 있어 시맨틱 및 온톨로지 기반으로 외부 환경 정보를 분석하여 그 분석 결과를 외부 장치에 통보하는 감지 및 분석부 및 분석부로부터 유무선 통신수단을 통해 분석 결과를 통보받는 유관기관이나 관계자의 단말을 구비하는 외부장치를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 통해, 다수의 센서로 이루어진 복합센서에서 인식한 주변정보를 센서 전용버스를 통해 수집하여 시맨틱 및 온톨로지 기반으로 분석해서 사용자에게 신속하고 편리하게 제공한다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 설정 모듈이 제1 무선 네트워크 기반의 사물인터넷 게이트웨이에 제2 무선 네트워크를 통해 접속을 시도하는 단계, 사물인터넷 게이트웨이가 인증을 요구하는 단계, 인증 요구에 응답하여 설정 모듈이 제품 식별 정보를 사물인터넷 게이트웨이로 전송하는 단계 및 사물인터넷 게이트웨이가 제품 식별 정보 확인 후, 결과 값을 반환하여 제2 네트워크 접속 연결을 완료하는 단계를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 사물인터넷 게이트웨이(IGoT: Internet Gateway of Things) 시스템에서의 네트워크 페어링 방법을 제공한다.
또한, <특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 작업자가 휴대하며, 작업자 주변의 작업환경 정보를 수집하도록 변경 가능한 교체형으로써 가스감지, 온/습도 감지, 산소포화도 감지, 분진 감지와 같은 환경감지를 작업 환경에 따라 선택하는 센서를 장착하고, 센서로부터 수집되는 데이터를 실시간으로 외부로 송출하는 무선통신 모듈을 포함하는 작업자 단말기, 데이터 수신과 데이터 송출을 수행하는 무선통신모듈, 자체적으로 전력을 공급하는 배터리, 부착 마운트를 구비하여 다수가 작업장 경로마다 장착되고, 작업자 단말기에서 송출되는 데이터를 수신하여 각 경로에 위치한 다음 무선통신모듈로 데이터를 송출하는 탈착형 게이트웨이, 탈착형 게이트웨이에서 송출되는 데이터를 수신하고, 작업자의 현재 상황을 모니터링하는 관리자 단말기를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 작업장 경로 구간마다 탈착 가능한 게이트웨이를 설치하여 릴레이 호핑 방식으로 작업자와 외부의 원거리 통신을 구현한다.
대한민국 공개특허 10-2015-0113243(2015.10.08. 공개)(주변환경 연계형 복합센서 사물인터넷시스템) 대한민국 등록특허 10-1716855(2017.03.09. 등록)(사물인터넷 게이트웨이 시스템에서의 네트워크 페어링 방법) 대한민국 등록특허 10-1787258(2017.10.11. 등록)(탈부착형 게이트웨이 시스템)
그러나 상기와 같은 종래기술은 가스를 검출하는 가스 감지 센서와 원격의 관제 서버 간에 직접 통신을 하는 것이 아니고, 게이트웨이와 같은 중계기를 이용하는 방식이므로 실시간성이 떨어지고, 별도의 중계기를 설치해야 하는 복잡함과 비용이 소요되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 사물인터넷 게이트웨이(Gateway)에 가스 감지 센서를 내장시켜 일체형으로 구현함으로써, 가스 감지 결과를 별도의 추가장치 없이 직접 관제 서버에 전송할 수 있도록 한 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 가스 감지 센서를 내장시킨 사물인터넷 게이트웨이의 적용으로, 가스 감지 센서의 활용성을 높이고, 별도의 중계장치 사용으로 인한 추가 설치 비용을 절감할 수 있도록 한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이는, 특정 영역의 누출 가스를 감지하는 가스 감지 센서; 상기 가스 감지 센서의 가스 감지 신호를 후단으로 인터페이스하는 신호 인터페이스 모듈; 상기 신호 인터페이스 모듈을 통해 전달되는 가스 감지 신호를 통신을 통해 원격의 관제 서버로 전송토록 제어하는 중앙처리장치; 상기 중앙처리장치의 제어에 따라 가스 감지 신호를 설정된 통신 방식으로 변환하여 원격의 관제 서버에 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스 감지 센서와 상기 신호 인터페이스 모듈 간에는 아날로그-디지털 변환(ADC) 방식, 4 - 20mA 전류 루프 방식, RS-485를 포함하는 아날로그 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 신호를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 통신부는 상기 가스 감지 신호를 저전력 광대역 원거리 무선 통신으로 전송하는 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈, 상기 가스 감지 신호를 근거리 무선 통신으로 전송하는 근거리 무선 네트워크 모듈, 상기 가스 감지 신호를 유선 통신으로 전송하는 유선 네트워크 모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈은 LoRa, Sigfox, LTE Cat.M1, NB-IoT 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 유선 네트워크 모듈은 인터넷, 이더넷 중 어느 하나의 통신 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 사물인터넷 게이트웨이(Gateway)에 가스 감지 센서를 내장시켜 일체형으로 구현함으로써, 가스 감지 결과를 별도의 추가장치 없이 직접 관제 서버에 전송할 수 있어, 별도의 중계기 설치에 따른 추가 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 가스 감지 센서를 내장시켜 사물인터넷 게이트웨이를 구현함으로써, 가스 감지 센서의 장착 활용성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이의 실시 예 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 적용한 서비스 구현 예시 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이(100)의 실시 예를 보인 블록 구성도로서, 특정 영역의 누출 가스를 감지하는 가스 감지 센서(110), 상기 가스 감지 센서(110)의 가스 감지 신호를 후단으로 인터페이스하는 신호 인터페이스 모듈(120), 상기 신호 인터페이스 모듈(120)을 통해 전달되는 가스 감지 신호를 통신을 통해 원격의 관제 서버로 전송토록 제어하는 중앙처리장치(130), 상기 중앙처리장치(130)의 제어에 따라 가스 감지 신호를 설정된 통신 방식으로 변환하여 원격의 관제 서버에 전송하는 통신부(140)를 포함한다.
상기 가스 감지 센서(110)와 상기 신호 인터페이스 모듈(120) 간에는 아날로그-디지털 변환(ADC) 방식, 4 - 20mA 전류 루프 방식, RS-485를 포함하는 아날로그 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 신호를 송수신하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 통신부(140)는 상기 가스 감지 신호를 저전력 광대역 원거리 무선 통신으로 전송하는 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈(141), 상기 가스 감지 신호를 근거리 무선 통신으로 전송하는 근거리 무선 네트워크 모듈(142), 상기 가스 감지 신호를 유선 통신으로 전송하는 유선 네트워크 모듈(143) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이(100)의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가스 감지 센서(110)를 내장시켜 일체형으로 구현한 사물인터넷 게이트웨이(100)를 가스 검출을 하고자 하는 위치에 설치한다. 예컨대, 가스 보관대(1)와 같은 장소에 사물인터넷 게이트웨이(100)를 장착한다. 여기서 사물인터넷 게이트웨이(100)는 탈부착이 용이하도록 하여, 설치와 제거에 편의성을 도모하도록 한다. 특히, 가스 감지 센서를 내장하여 사물인터넷 게이트웨이와 가스 감지 센서를 일체형으로 구현함으로써, 사물인터넷 게이트웨이를 가스 검출 장소에 단순 설치하는 것만으로 별도의 배선 없이 편리하게 가스 검출과 검출된 가스 데이터를 원격의 관제 서버에 직접적으로 전송할 수 있게 된다.
사물인터넷 게이트웨이(100)를 특정 영역에 설치한 상태에서, 가스 감지 센서(100)는 특정 영역의 누출 가스를 감지한다. 여기서 누출 가스는 다양할 수 있으며, 가스 감지 센서(100)는 해당 가스를 검출하는 가스 센서로 구현한다.
상기 가스 감지 센서(110)에서 가스를 검출하면, 가스 감지 신호는 신호 인터페이스 모듈(120)을 통해 중앙처리장치(130)로 전달된다.
여기서, 가스 감지 센서(110)에서 발생한 가스 감지 신호는 아날로그-디지털 변환(ADC) 방식, 4 - 20mA 전류 루프 방식, RS-485를 포함하는 다양한 아날로그 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 신호 인터페이스 모듈(120)에 전달된다.
신호 인터페이스 모듈(120)은 전달되는 가스 감지 신호를 중앙처리장치(130)에 전달한다.
중앙처리장치(130)는 상기 신호 인터페이스 모듈(120)을 통해 전달되는 가스 감지 신호를 통신부(140)를 통해 원격의 관제 서버로 전송토록 제어한다. 이러한 제어에 대응하여 통신부(140)는 가스 감지 신호를 설정된 통신 방식으로 변환하여 원격의 관제 서버에 전송한다.
여기서, 통신부(140)는 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈(141)을 이용하여 상기 가스 감지 신호를 저전력 광대역 원거리 무선 통신으로 관제 서버에 전송할 수 있다. 저전력 광대역 원거리(LPWA; Low-Power Wide-Area)는 LoRa, Sigfox, LTE Cat.M1, NB-IoT 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. LPWA 모듈을 이용할 경우, LPWA 무선 네트워크를 통해 직접 관제 서버로 가스 감지 데이터를 전송할 수 있는 장점이 있다. 특히 별도의 전원선 없이 배터리로만 동작하므로, 설치에 편의성이 있으며, 인터넷 연결과 전원 공급을 위한 별도의 배선을 할 필요가 없어, 설치에 매우 편리함이 있다.
아울러 근거리 무선 네트워크 모듈(142)을 이용하여 상기 가스 감지 신호를 전송하는 것도 가능하다. 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈(141)을 이용할 수 없는 환경에서는 와이-파이(Wi-Fi)와 같은 근거리 무선 통신모듈을 이용하여 가스 감지 데이터를 효율적으로 전송할 수 있다.
또한, 유선 네트워크 모듈(143)을 이용할 경우, 상기 가스 감지 신호를 인터넷이나 이더넷(Ethernet)과 같은 유선 통신 방식으로 전송한다.
도 2는 상기와 같은 산업재해 예방을 위한 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이를 적용하여 서비스를 구현한 예시이다.
가스 감지 센서를 내장한 사물인터넷 게이트웨이(100)를 가스통이 놓이는 가스 보관대에 설치하고, 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈(141)을 이용할 경우, 무선 전송 및 배터리를 사용하므로 인터넷 연결과 전원 공급을 위한 배선이 필요 없이, 바로 사물인터넷 게이트웨이(100)만 특정 위치에 설치하는 것으로서, 가스 감지와 가스 감지 데이터를 원거리 무선 네트워크(210)를 통해 원격 관제 서버에 별도의 중계장치 없이 바로 전송할 수 있게 된다.
아울러 근거리 무선 네트워크를 이용할 경우, 무선 전송 및 배터리를 사용하므로 인터넷 연결과 전원 공급을 위한 배선이 필요 없이, 바로 사물인터넷 게이트웨이(100)만 특정 위치에 설치하는 것으로서, 가스 감지와 가스 감지 데이터를 근거리 무선 네트워크(220)를 통해 원격 관제 서버에 별도의 중계장치 없이 바로 전송할 수 있게 된다.
필요에 따라 유선 네트워크(230)를 이용할 경우, 사물인터넷 게이트웨이(100)를 유선 네트워크(230)와 직접적으로 연결하거나, 상기 원거리 무선 네트워크(210) 또는 근거리 무선 네트워크(220)와 유선 네트워크(230)를 연결하여, 관제 서버(300)에 가스 감지 데이터를 전송한다.
관제 서버(300)로 전송된 가스 감지 데이터는 관제 센터(400)로 전송되고, 관제 센터 관리자는 가스 누출 차단을 위한 후속 조치를 신속하게 진행함으로써, 가스 누출로 인한 대형 사고나 2차 사고를 방지하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명은 가스 감지 센서를 내장한 사물인터넷 게이트웨이를 단순히 누출 가스를 검출하고자 하는 위치에 단순하게 설치하는 것만으로, 별도의 배선 없이 검출한 가스 감지 데이터를 원격의 관제 서버에 실시간으로 편리하게 전송할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명은 가스 감지 데이터를 원격의 관제 서버에 실시간으로 전송하는 기술에 적용된다.
100: 사물인터넷 게이트웨이
110: 가스 감지 센서
120: 신호 인터페이스 모듈
130: 중앙처리장치
140: 통신부
141: 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈
142: 근거리 무선 네트워크 모듈
143: 유선 네트워크 모듈

Claims (5)

  1. 가스감지센서를 내장하고 가스 감지 데이터를 직접적으로 전송하는 사물인터넷 게이트웨이로서,
    특정 영역의 누출 가스를 감지하는 가스 감지 센서;
    상기 가스 감지 센서의 가스 감지 신호를 후단으로 인터페이스하는 신호 인터페이스 모듈;
    상기 신호 인터페이스 모듈을 통해 전달되는 가스 감지 신호를 통신을 통해 원격의 관제 서버로 전송토록 제어하는 중앙처리장치; 및
    상기 중앙처리장치의 제어에 따라 가스 감지 신호를 설정된 통신 방식으로 변환하여 원격의 관제 서버에 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이.
  2. 청구항 1에서, 상기 가스 감지 센서와 상기 신호 인터페이스 모듈 간에는 아날로그-디지털 변환(ADC) 방식, 4 - 20mA 전류 루프 방식, RS-485를 포함하는 아날로그 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이.
  3. 청구항 1에서, 상기 통신부는 상기 가스 감지 신호를 저전력 광대역 원거리 무선 통신으로 전송하는 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈, 상기 가스 감지 신호를 근거리 무선 통신으로 전송하는 근거리 무선 네트워크 모듈, 상기 가스 감지 신호를 유선 통신으로 전송하는 유선 네트워크 모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이.
  4. 청구항 3에서, 상기 저전력 원거리 무선 네트워크 모듈은 LoRa, Sigfox, LTE Cat.M1, NB-IoT 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이.
  5. 청구항 3에서, 상기 유선 네트워크 모듈은 인터넷, 이더넷 중 어느 하나의 통신 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서 내장형 사물인터넷 게이트웨이.




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