KR20200071988A - 공정감시시스템 - Google Patents

Abstract

유닉스 운영체제 기반의 컴퓨터에 의해서 제어되는 공정제어시스템의 이상유무를 실시간으로 감시할 수 있도록 각 제어공정으로부터 제어결과 또는 측정된 데이터 정보들을 수치 나열방식으로 보여주는 복수개의 디스플레이장치를 구비한 공정감시시스템에 있어서, 상기 제어공정들로부터 상기 제어결과 또는 산출된 데이터 정보를 획득하여 저장하는 DB서버; 상기 DB서버와 연결된 통신포트를 통하여 상기 제어결과 또는 산출된 데이터 정보를 분석하는 별도의 분석서버; 상기 분석서버에 의해서 분석된 제어결과 또는 측정된 데이터 정보는 시간축에 대하여 실시간으로 그래프로 표시하는 별도의 디스플레이;를 포함하되, 상기 별도의 디스플레이에는 각종 데이터정보들이 멀티프레임에 의해서 각각의 그래프로 표시되는 것을 특징으로 하는 공정감시시스템이다.

Description

공정감시시스템{THE PROCESS MONITORING SYSTEM}

본 발명은 정수처리 및 급배수 설비, 하수폐수처리시설, 빌딩설비, 공장설비, 공업플랜트 등의 운전공정과 같은 공정을 감시하는 기 설치된 시스템에 있어서 공정상황을 용이하게 감시하고 분석할 수 있는 디스플레이 표시방법을 개선한 것이다.

구체적으로 단순 수치나열방식으로 제공되는 각종 데이터들을 디스플레이에 보여주는 기존 유닉스(UNIX) 기반의 공정제어시스템에 있어서, 감독자가 전체시스템을 용이하게 관리하고 제어할 수 있도록 수치나열방식의 데이터들을 용이하게 파악할 수 있도록 복수개의 감시항목들을 동시에 그래프화하도록 하는 그래프 기반의 시스템을 부가한 것이다. 더 나아가 개별감시항목 데이터에 있어서 현재의 데이터값을 과거의 정상적인 데이터값을 선행하여 그래프 상에 제공하여 줌으로써 시스템 감시자가 용이하게 시스템의 이상 유무를 파악할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 급수, 정수처리 및 배수설비, 빌딩설비, 공장설비, 공업플랜트 등의 운전공정과 같은 공정을 감시하는 시스템에 있어서 디스플레이 표시방법에 관한 것이다.

현재적으로 정수처리 및 급배수 설비, 하수폐수처리시설, 빌딩설비, 공장설비, 공업플랜트 등은 기 설치된 제어공정시스템에 의해서 제어되고, 이를 감시하는 공정감시시스템에 의해서 감시되는 것이다.

기존 유닉스(UNIX) 기반의 공정제어시스템들은 도 1에서 보는 바와 같이, 시스템의 운영상황을 그래픽 기반으로 표현하고 있으나, 이는 주로 시스템운영자의 시각에서 볼 수 있는 제어시스템이다.

이를 위해서 각 현장에는 개별 감시카메라에 촬영되는 영상이 실시간으로 한 제어실에 보내져서 한 장소에서 각 현장의 상황을 감시할 수 있는 영상감시부가 구비되고, 각종 펌프, 전동기나 밸브 등의 기기요소들을 제어할 수 있는 원격제어부, 상기 원격제어부의 제어신호에 따라서 처리된 처리대상의 현재 상태를 측정하고 이를 원격으로 감시할 수 있는 원격감시부, 상기 원격감시부는 트랜드를 파악할 수 있도록 트랜드 제어되는 수처리상태를 용이하게 측정할 수 있는 트랜드분석부를 포함하고 있다.

원격감시의 중요성이 높아지고 있고 감시할 공정에 포함되어 있는 펌프, 전동기, 밸브 등의 각종 기기의 운전상태, 즉 유량, 압력, 온도, 오염도, 산성 등에 대한 데이터의 변화를 지속적으로 측정하고 또한 이를 중앙감시실내에 위치한 디스플레이장치에 표시함으로써 감시하고 있었다.

그러나 상기 원격제어부와 원격감시부에서는 전체 시스템의 작동 개념도가 나타나 있고, 각종 실시간 데이터들을 단순 수치나열방식으로 보여줄 뿐이며, 필요시 감시자가 특정항목의 트랜드 분석을 선택하게 되면 트랜드분석부는 선택항목에 대한 그래프를 보여준다.

이와 같이, 유닉스 운영체제 기반의 서버를 이용한 공정제어 또는 공정감시 시스템은 각 시스템 요소들의 운전에 대한 제어 및 감시와 관련하여 이들은 모두 시스템 설계자 입장에서 설계된 것으로서 시스템을 감시하는 감시자, 또는 감독자의 입장에서 설계된 것이므로 감시업무를 수행하는 감시자의 입장에서는 매우 불편하다고 할 수 있다.

즉, 기존의 공정제어 및 감시시스템은 각 감시항목들, 예를 들어 약품투입량, 수위, 압력, 유량, 온도, 오염도, 산성, 오염도 등에 대한 데이터를 실시간으로 측정하고 이들로부터 도출되는 각종 데이터들을 산출하여 서버에 저장하고 디스플레이에 수치나열 방식으로 표시해줄 뿐이며, 좀 더 개선된 시스템이더라도 수치나열된 데이터 정보들을 하나의 항목을 중심으로 하여 개별적으로 그래프 화하여 표시하여 주는 기능이 있을 뿐이다.

그렇기 때문에, 감시자는 여러 데이터 항목에 대한 트랜드분석을 보고 싶으면 하나씩 트랜드분석을 해야 하는 번거로움이 있다.

아래 특허문헌 1에서 보는 바와 같이, 종래기술의 공정감시시스템은 여러 공정을 현장의 여건에 맞게 그룹화하여 한 화면에서 감시 제어할 수 있도록 한 감시 제어 시스템의 운영 방법을 제공하고 있다. 종래기술의 공정감시시스템은 한 화면에서 8개의 감시포인트를 감시할 수 있도록 한 것이며, 알람이 발생하면 이미지 외곽선 색상이 빨간색으로 표시되도록 한 것이다.

위 감시제어 시스템의 운영 방법에 따르면, 각 페이지에 해당하는 이미지를 할당받아 한 화면에서 이를 감시하고 제어함으로써 전체의 공정을 한 눈에 감시할 수 있도록 애니메이션 속성을 갖는 그래픽으로 공정시스템을 보여주고, 알람이력과 실시간 데이터 상황 등을 볼 수 있으나, 이들은 각각의 기능버튼부를 구비하여 이를 통해서 더 상세하게 감시할 수 있을 뿐이다.

이와 같은 공정감시시스템은 구축할 당시에는 공정제어와 공정감시를 위주로 시스템을 구축하게 되는데, 실제적으로는 감시자가 용이하게 시스템요소들을 감시할 수 없다. 즉, 오랜 경험을 가지고 시스템을 운영하거나 감시한 숙련자들은 시스템에서 생산되는 각종 데이터들을 보고도 이상 유무를 쉽게 판단할 수 있으나, 새로운 신입 감시자는 이와 같은 숙련도를 가지기 위해서 오랜 시간과 시행착오를 필요로 하였다. 이러한 시행착오는 큰 시스템을 운영하고 감시하는 감시자의 입장에서는 매우 큰 리스크를 가지게 되고 이에 대한 큰 부담을 가지면서 시스템에 대한 운영 및 감시를 수행하게 된다.

특히 현재의 공정감시시스템들은 이상 현상을 감지하는 센서들에 의해서 감지된 값들이 한계값을 초과하는 경우에 경보를 울려주도록 되어 있어, 이미 경보가 발하고 난 이후에는 시스템을 잘 아는 숙련된 감시자가 아니라면 당황하게 되고 오히려 미숙한 대응으로 사고를 키울 수 있다. 따라서 감시자가 시스템의 이상유무를 좀 더 직관적으로 조기에 판단할 수 있게 감시시스템을 설계할 필요가 있다.

이에 본 발명의 발명자는 공정감시시스템에 있어서 이상 유무를 좀 더 효과적으로 확인하고 대체할 수 있도록 하기 위해, 감시자가 공정감시시스템의 감시환경을 좀 더 직관적으로 인식할 수 있도록 도와주는 공정감시시스템에 대해서 착안하게 되었다.

0001 특허문헌 1. 대한민국 등록번호 10-0261067(2000. 7. 1. 공고)

상기와 같은 문제점에 대해서 본원 발명은 감시자가 공정제어시스템의 감시환경을 좀 더 직관적으로 인식할 수 있도록 하는 멀티프레임을 통해서 복수개의 실시간 트랜드분석을 보여주는 그래프 환경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 공정감시시스템에 있어서 감시 초보자라도 공정시스템의 운영이 실시간 데이터를 기반으로 정상적인지 여부에 대한 판단을 용이하게 하여 시스템 전체의 감시에 대한 부담감을 줄여 줄 수 있는 감시방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본원 발명은

유닉스 운영체제 기반의 컴퓨터에 의해서 제어되는 공정제어시스템의 이상유무를 실시간으로 감시할 수 있도록 각 제어공정으로부터 제어결과 또는 측정된 데이터 정보들을 수치 나열방식으로 보여주는 디스플레이장치를 구비한 공정감시시스템에 있어서,

상기 제어공정들로부터 상기 제어결과 또는 데이터 정보를 획득하여 저장하는 DB서버;

상기 DB서버와 연결된 통신포트를 통하여 상기 제어결과 또는 데이터 정보를 분석하는 별도의 분석서버;

상기 분석서버에 의해서 분석된 제어결과 또는 데이터 정보는 시간축에 대하여 실시간으로 그래프로 표시하는 별도의 디스플레이장치;를 포함하되,

상기 별도의 디스플레이는 복수개의 그래프들을 동시에 보여주는 멀티프레임 구조로 표시되는 것으로, 각 프레임에는 각 항목들에 대한 데이터정보들이 그래프로 표시되는 것을 특징으로 하는 공정감시시스템을 특징으로 한다.

바람직하게, 본원 발명은

상기 별도의 디스플레이에 표시되는 실시간 제어결과 또는 산출된 정보를 보여주는 그래프에는 과거의 정상적인 제어결과 또는 측정된 데이터 정보를 선행하여 보여주고, 이와 중첩이 되도록 실시간 제어결과 또는 데이터정보가 표시되는 것을 특징으로 한다. 과거의 정상적인 제어결과 또는 측정데이터정보는 전일(前日)의 것이어도 좋다.

본 발명에 의하면 공정수행을 위한 시스템 관리 효율성을 극대화할 수 있으며, 멀티프레임을 가지는 디스플레이를 통해서 공정수행시 발생되는 복수항목의 데이터들에 대한 개별 그래프를 동시에 보여주거나, 또는 하나의 항목 데이터에 대하여 주단위 트랜드분석 그래프, 일단위 트랜드분석 그래프, 시간 단위 트랜드분석 그래프를 동시에 보여주는 것이 가능하여, 시스템의 이상여부에 대한 직관적인 확인이 가능하게 되므로 감시의 효율성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본원 발명으로 작업자는 각종 센서들에 의해서 획득된 수치데이터들에 의한 그래프를 단순히 보여주는 것이 아니라, 과거의 정상적인 데이터 값의 그래프를 선행하여 보여주고, 실시간 데이터 값들을 중첩 비교하여 줌으로써 시스템의 이상 유무를 직관적으로 비교하여 파악하는 것이 가능하여 초보 감시자라고 하더라도 시스템의 감시를 안정감있게 수행할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 여러항목에 대해서도 동시에 추적하는 감시기능과 함께 두 개 변수 이상의 상호결합 및 비교분석 기능을 통해 새로운 사실(인과관계)의 정보가치를 발견하도록 하고, 나아가 통찰력과 감시/분석/진단능력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 기 설치된 공정제어시스템의 개념도
도 2는 기 설치된 공정제어시스템(A)에 부가된 본원 발명의 공정 감시시스템(B)의 기본 개념도
도 3은 본원 발명에 따른 공정감시스템에서의 멀티프레임 그래프를 보여주는 도면
도 4는 본원 발명에 따른 공정감시시스템에서 감시 항목 실시간 데이터를 단독으로 보여주는 그래프 화면(a)과 전일(前日)의 데이터를 선행적으로 보여주고 실시간 데이터를 중첩 비교하여 보여주는 그래프 화면(b)

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 제어하고 감시하고자 하는 산업공정에 있어서, 그 모든 상황을 제어하고 그 제어되는 공정의 전 과정을 그래픽화면을 통하여 감시하기 위한 자동화시스템으로 어떤 공정에서든지 적용될 수 있는 것이다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 자동화 시스템을 구축하기 위해서는 모터, 펌프 등의 액추에이터와, 오염도, 산성, 온도 등을 감지하는 각종 센서 등의 디바이스(11)를 시스템에 접속시킬 수 있어야 한다.

상기 디바이스들은 시스템의 드라이버를 통해서 제어되며, 또한 통신 프로토콜에 의해서 디바이스 및 센서에 의해서 도출되는 각종 실시간 데이터가 서버로 들어오게 된다. 따라서 상기 디바이스 드라이버(12)에 의해서 시스템 운용자는 실내에서 디바이스의 제어뿐만 아니라, 감시를 수행할 수 있는 것이다.

상기 디바이스는 드라이버를 통해서 제어정보가 전달되어 디바이스를 운용자의 계획에 따라 제어되고, 각종 디바이스들의 움직임과 측정치들이 획득된 측정결과데이터들은 서버(13)로 전송되고 데이터베이스(14)에 저장되게 된다. 또한 상기 측정결과 데이터들은 수치나열방식으로 표시장치(15)를 통해서 운용자 또는 감시자에게 보여주게 된다.

본원 발명에서는 이러한 기존의 시스템에 부가될 수 있는 것으로서, 상기 데이터베이스(14)의 측정결과데이터들을 별도의 데이터분석서버(21)로 전송하고 상기 데이터분석서버를 통해서 원하는 형태로 측정결과 데이터들을 분석한 후에 그래픽 프로세서(22)를 거쳐 실시간 다중 그래프 표시장치(23)를 통해서 운용자 또는 감시자에게 보여주게 된다.

도 3은 본원 발명의 공정감시시스템에 따른 멀티 프레임 감시화면을 보여준다. 즉, 한 개의 모니터 표시장치에 멀티화면으로 여러 감시항목을 시각적으로 표현하는 것이 가능하게 되고, 항목간 연계성을 강화하여 비교분석이 가능하게 된다.

도 1의 원격감시부의 트랜드분석 그래프는 기존 시스템에서 실시간 한 개의 유량변화만을 보여주는 것인 반면, 본원발명은 도 3의 멀티 프레임 감시화면에서처럼 다수의 측정항목들에 대한 실시간 데이터결과들의 변화를 보여줄 뿐만 아니라, 각 데이터 항목간의 상관관계를 분석하여 보여줄 수도 있다.

예를 들어, 도 3의 상단 중앙부의 그래프를 통해서 관로 상의 흐름이 정상적인 여부에 대한 판단정보를 직관적으로 제공하고 있다. 즉, 일반적으로 동일 관로 상에서 정상적인 흐름을 가정하면 유량이 증가하는 경우 압력도 비례하여 증가하는 것이 정상이다. 그러나 만약 유량이 증가함에도 불구하고 관로상에서 압력이 감소하는 현상이 포착되는 경우, 비정상적인 흐름으로서 관로 사고가 있는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 감시 분석기법으로 심지어 100km 이상의 관로에서 실시간 사고감시효과를 가지는 것으로 나타났다. 이와 같이 유량-압력을 서로 결합하여 분석하는 기능을 부가하는 것이 가능하다.

도 3의 좌측 하단에 보여주는 그래프는, 또 다른 사례로서 2개의 시설을 동시에 비교하는 것도 가능한데, 유입부인 착수정과 유출부인 정수지의 수위를 비교하는 분석방법이 있을 수 있다. 즉, 2개 시설에 있어서 물의 흐름이 유사한 패턴을 형성하는 경우, 정수장이 정상적으로 운영되는 것이라고 판단할 수 있다.

본 발명의 감시시스템은 일반적으로 급수사용량(유량)이 아침 6~9시 사이에 급증하는 현상을 감지하게 되고 이는 출근준비 및 설거지 등으로 물 사용이 집중되기 때문인 것으로 판단 분석하게 된다. 더 나아가 본원 발명은 이러한 현상의 추이가 얼마나 지속되는지에 대해서 예측하여 특정 지역에서 시설보수공사가 필요한 경우 이 시간대를 피하여 작업계획을 수립하는 것이 가능하게 되어 사전에 민원 발생을 예방할 수 있게 된다. 또한 도 2의 우측하단은 특정 구간에 대한 상세분석을 나타내는 확대된 그래프를 통해서 정밀한 감시가 가능하도록 하였다. 이처럼 감시자가 상세분석을 용이하게 할 수 있도록 각 그래프들은 각각의 항목들에 대한 시간별 변화추이를 보여주도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 어느 하나의 그래프는 1주일 동안의 변화를 보여주는 그래프이고, 다른 하나의 그래프는 하루동안의 변화를 보여주는 그래프이고, 또 다른 하나의 그래프는 시간 단위 다른 하나는 분단위로 정밀하게 감시항목을 자세하게 보여주도록 하는 것이다.

동일한 디스플레이에서 각 위치마다 동시에 그래프를 보여주는 것도 바람직하다. 즉, 복수개의 그래프를 보여주는 디스플레이에는 각각 다른 위치에서의 항목값을 보여주는 것이다. 예를 들어서 시간에 따른 수질의 오염도 또는 탁도를 보여주는 데이터 값을 보여주되, 서로 다른 위치의 항목값을 보여주는 것이다. 하수처리장의 경우에는 각 위치별 센서가 부착되어서 각 위치별로 오염도의 변화추이를 보여준다면 감시자는 용이하게 전체 시스템에서 각 위치별 오염도의 변화를 감시할 수 있는 것이다.

도 4는 본원 발명에 따른 공정감시시스템에서 감시항목별 실시간 데이터를 전일(前日)의 데이터를 선행하여 보여주고 실시간 데이터를 결합 비교하여 보여주는 그래프 도면으로서, 시계열 트랜드에 전일 데이터를 추적 표현함으로써 예측성과 운영의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 전일(前日)의 데이터와 그에 대한 운영 패턴을 보여주는 그래프가 정상적이었다는 판단이 가능하다면, 현재 실시간 데이터 그래프 패턴이 그와 유사한 패턴으로 유지된다면 오늘도 정상적인 운영이라는 판단하는 것이 가능할 것이고 전일(前日)과 상이한 패턴으로 실시간 데이터 값이 나타난다면 비정상적인 운영이라는 결론에 이를 수 있다. 이러한 신뢰성과 사전예측성이 강화된 각 공정별 운영가이드 정보제공기능을 통해서 시스템 감시자는 시스템의 운영에 대한 불안감을 떨치고 심리적 안정감을 가지고 감시 업무를 수행할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 기존의 공정제어시스템
11 : 디바이스
　　　　12 ： 드라이버
　　　　13 ： 공정제어서버
　　　　14 : 데이터베이스
15 : 데이터수치나열 표시장치
20 : 본원발명의 공정감시시스템
21 : 데이터 분석서버
22 : 그래픽 프로세서
23 : 실시간 다중 그래프 표시장치

Claims (4)

1. 유닉스 운영체제 기반의 컴퓨터에 의해서 제어되는 공정제어시스템의 이상유무를 실시간으로 감시할 수 있도록 각 제어공정으로부터 제어결과 또는 측정된 데이터 정보들을 수치 나열방식으로 보여주는 디스플레이장치를 구비한 공정감시시스템에 있어서,
   상기 제어공정들로부터 상기 제어결과 또는 데이터 정보를 획득하여 저장하는 DB서버;
   상기 DB서버와 연결된 통신포트를 통하여 상기 제어결과 또는 데이터 정보를 분석하는 별도의 분석서버;
   상기 분석서버에 의해서 분석된 제어결과 또는 데이터 정보는 시간축에 대하여 실시간으로 그래프로 표시하는 별도의 디스플레이장치;를 포함하되,
   상기 별도의 디스플레이는 복수개의 그래프들을 동시에 보여주는 멀티프레임 구조로 표시되는 것으로, 각 프레임에는 각 항목들에 대한 데이터정보들이 그래프로 표시되는 것을 특징으로 하는 공정감시시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 별도의 디스플레이에 표시되는 멀티프레임에 있어서 적어도 하나의 프레임에서 보여주는 그래프는 실시간 제어결과 또는 데이터 정보를 보여주는 그래프와 과거의 정상적인 제어결과 또는 데이터 정보를 보여주는 선행 그래프를 함께 보여주는 것을 특징으로 하는 공정감시시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 과거의 정상적인 제어결과 또는 데이터 정보는 전일(前日)의 것인 것을 특징으로 하는 공정감시시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어결과 또는 산출된 데이터 정보는 압력, 온도, 탁도, 약품투입량, pH, 수질, 유량, 전류, 전압 중 적어도 둘 이상인 것을 특징으로 하는 공정감시시스템.
   

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