KR20210045665A - 전력선 통신 및 IoT를 이용한 화재 감지 시스템 및 화재 감지 방법 - Google Patents

전력선 통신 및 IoT를 이용한 화재 감지 시스템 및 화재 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템은, 적어도 하나의 벽 포트 또는 상기 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 및 상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반을 포함한다.

Description

전력선 통신 및 IoT를 이용한 화재 감지 시스템 및 화재 감지 방법{SYSTEM AND METHOD FOR FIRE DETECTION USING POWER LINE COMMUNICATION AND IoT}
본 발명은 전력선 통신 및 IoT를 이용한 화재 감지 시스템 및 화재 감지 방법에 관한 것이다.
발전소에서 생성된 전력은 전송 손실을 감소시키기 위해 변전소에서 승압되어 전송된 후, 도시, 마을, 공장 등 전력이 사용될 장소의 부근에서 예를 들어 220V의 저압으로 강압되어 공급된다. 공급된 전력은 건물의 분전반을 거쳐 각 방의 벽 포트(콘센트)로 공급되며, 이에 따라 사용자는 전기 기기의 전원선을 벽 포트에 직접 연결하거나, 멀티탭을 통해 벽 포트에 연결함으로써 전력을 사용할 수 있게 된다.
이러한 전력의 사용 과정에서 전력선, 전원선, 분전반 등 전력 공급 부품이 불량이거나 노후되어 절연이 되지 않거나, 사용자가 정격 전력 이상의 전력을 사용하는 등의 이유로 화재가 발생하고 있다. 이러한 화재로 인한 인명 피해와 재산 피해가 심각하여 화재에 대한 우려가 날로 커지고 있는 실정이다.
이와 같은 화재를 감지하기 위해 기존의 통신 네트워크를 이용한 다양한 장치가 개발되고 있다. 그러나, 화재가 발생하게 되어 통신 네트워크가 동작하지 않으면, 화재를 감지하기 위한 장치 또한 동작할 수 없게 된다.
이와 관련하여, 한국등록특허 제 10-1984291호는, 건물 내부의 천정에 설치되는 하우징(80)과; 상기 하우징에 설치되며 상기 건물 내부의 화재를 감지하는 화재 센서(10)와; 상기 하우징에 설치되며 상기 화재 센서에 의한 화재 감지 시 화재 발생 지역을 촬영하는 카메라(30)와; 상기 하우징에 설치되며 상기 화재 센서 주변의 열을 감지하는 온도 센서(20)와; 상기 카메라를 승강시키는 승강부(70)와; 상기 화재 센서에 의한 화재 감지 신호와 온도 센서에 의해 감지되는 온도 값과 상기 카메라에 의해 촬영되는 영상 신호를 원거리의 소방 관제 센터와 지정된 거주자의 단말기에 화재 상황의 모니터링 정보로 제공하는 통신부(40)와; 상기 화재 센서에 의한 화재 발생 신호를 통해 화재를 판단한 상태에서 상기 온도 센서에 의해 감지되는 온도 값을 근거로 하여 상기 승강부를 제어함으로써 상기 카메라를 상기 하우징의 외부에서 내부로 이동시켜 화재로부터 보호하여 촬영이 가능하도록 하는 컨트롤러(50)를 포함하는 실시간 화재 감지 및 모니터링 시스템을 개시한다.
그러나, 상기 특허는 화재 감지 신호와 온도 값과 영상 신호를 원거리의 소방 관제 센터와 지정된 거주자의 단말기에 화재 상황의 모니터링 정보로 제공하기 위해 기존의 통신 네트워크를 이용하며, 이러한 일반적인 통신 네트워크는 화재 발생시 작동하지 않을 가능성이 높아, 전체 시스템 또한 동작하지 않을 수 있다.
한국등록특허 제10-1984291호(등록일: 2018.12.17.)
전원선을 사용하는 전력선 통신은 별도의 통신망 없이 쌍방향 통신네트워크를 구축할 수 있는 기술이다. 그러나 잡음, 왜곡, 감쇄 등 기술적 문제가 해결되지 않아 통신망으로는 제한적으로만 사용되어졌다. 즉, 다른 통신네트워크는 통신장비의 전원이 공급되는 상황에서만 동작하며 화재 등에 의해서 전원이 턴오프 되면 동작하지 않는다. 그러나 전력선 통신은 상시 연결되어 있는 전원선으로 동작하므로 화재시 다른 통신네트워크에 비하여 적은 영향을 받는다. 또한 다른 통신네트워크는 통신선에 연결되지 않은 전자기기는 감지가 되지 않으나 전력선 통신은 전원선만 연결되어 있으면 감지가 가능하다.
본 발명의 실시예는, 전력선 통신과 IoT를 이용하여, 화재 발생시에도 동작 가능한 화재 감지 시스템 및 화재 감지 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템은, 적어도 하나의 벽 포트 또는 상기 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 및 상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반을 포함한다.
상기 IoT 노드 데이터는, 상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드의 위치 및 연결 상태를 나타내는 노드레벨 필드와, 상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 동작 상태를 나타내는 필드와, 상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 및 온도를 나타내는 필드를 포함할 수 있다.
상기 노드레벨 필드는, 룸 레벨, 벽포트 레벨, 하나 이상의 장치 레벨을 포함할 수 있다.
상기 IoT 통신부는, 상기 IoT 노드가 설치된 위치에 따라 상기 룸 레벨 및 상기 벽포트 레벨의 값과, 상기 하나 이상의 장치 레벨의 값을 선택적으로 설정하고, 상기 IoT 노드가 설치된 위치에 다른 장치가 연결되었는지에 따라, 상기 설정된 최종 레벨의 하위 레벨의 값을 설정할 수 있다.
상기 동작 상태를 나타내는 필드는, 상기 대응하는 벽포트, 멀티탭 포트 또는 전기 기기가 턴온 상태인지 아니면 턴오프 상태인지를 나타내는 제1 하부 필드와, 상기 제1 하부 필드가 턴온 상태인 경우, 대기 상태, 정상 상태, 정격과다 상태 또는 과열 상태 중 어느 하나를 나타내는 제2 하부 필드를 포함할 수 있다.
상기 지능형 분전반은, 상기 IoT 노드 데이터를 수집하여 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성하고, 현재 수신된 IoT 노드 데이터와 상기 생성된 통계를 비교한 결과에 기초하여 누전 여부를 판단하는 분전반 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템은, 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭 포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 상기 벽 포트에 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 게이트웨이 센서와, 상기 IoT 노드로부터 전송된 IoT 노드 데이터를 수집 및 분석하는 게이트웨이 제어부와, 상기 게이트웨이 센서에 의해 측정된 값 및 상기 수집 및 분석된 결과에 기초하여 게이트웨이 데이터를 생성하고, 생성된 게이트웨이 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 게이트웨이 통신부를 포함하는 게이트웨이; 및 상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터 및 상기 게이트웨이 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반을 포함한다.
상기 게이트웨이 데이터 및 상기 IoT 노드 데이터는, 상기 게이트웨이 데이터 또는 상기 IoT 노드 데이터가 생성된 위치를 나타내는 필드와, 대응하는 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 동작 상태를 나타내는 필드와, 상기 대응하는 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 및 온도를 나타내는 필드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 노드는, IoT 노드벽 포트 또는 상기 벽 포트에 연결되는 멀티탭 포트에 각각 설치되는 IoT 노드로서, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 감지용 지능형 분전반은, 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식으로 수신하는 분전반 통신부; 및 상기 IoT 노드 데이터를 수집하여 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성하고, 현재 수신된 IoT 노드 데이터와 상기 생성된 통계를 비교한 결과에 기초하여 누전 여부를 판단하는 분전반 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력선 통신 방식을 이용하여 화재를 감지하기 때문에, 화재의 위험이 있는 경우에도 비교적 안정적으로 기기의 상태를 감시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, IoT 노드부터 지능형 분전반까지 별도의 통신 없이 상시 전원이 연결된 전력선을 통해 데이터의 자동 공유 및 인식이 가능하며, IoT 노드에 장치의 연결 여부에 무관하게 데이터가 자동 생성되어 모니터링이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반과 IoT 노드간의 전력선 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 노드를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반의 분전반 제어부의 누전 감지 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 노드 데이터의 포맷을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 통신부의 IoT 노드 데이터 생성 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템을 적용한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 감지 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 감지 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 출원에 설명된 임의의 실시예의 방법 또는 구성이 본 출원에 설명된 임의의 다른 방법 또는 구성에 대하여 구현될 수 있다는 것이 고려된다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용될 때 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.
명세서 및 청구범위에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
청구항들에서의 용어 "또는"의 사용은 본 개시 내용이 단지 선택가능한 것들 및 "및/또는"을 나타내는 정의를 지지하더라도, 선택가능한 것은 상호 배타적이거나 단지 선택가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.
본 발명의 다른 객체들, 특징들 및 이점들은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경들 및 변형들이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시되는, 첨부 도면들에 대하여 아래에서 상세하게 논의된다. 구체적인 구현예들이 논의되지만, 이는 단지 예시 목적들을 위해 행해진다. 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템은 적어도 하나의 벽 포트, 상기 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭 또는, 상기 벽 포트 또는 상기 멀티탭에 연결되는 적어도 하나의 전기 기기에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 및 상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 외부로부터 건물에 공급된 전력은 건물 내의 지능형 분전반(10)을 거쳐 각 방의 벽 포트(210, 220; 콘센트)로 공급되며, 이에 따라 사용자는 멀티탭 포트(311~314, 321~324)를 통해 벽 포트(210, 220)에 연결하거나, 도 1에 도시되지는 않았지만 전기 기기(410~450)의 전원선을 벽 포트(210, 220)에 직접 연결함으로써 전력을 사용할 수 있게 된다.
IoT 노드(21, 22, 31_1, 31_3, 31_4, 32_1, 32_3)는 벽 포트(210, 220) 또는 멀티탭 포트(311, 313, 314, 321, 323)에 설치된다. 도 1에서, IoT 노드(21, 22)는 벽 포트(210, 220)에 각각 설치되고, IoT 노드(31_1, 31_3, 31_4, 32_1, 32_3)는 멀티탭 포트(311, 313, 314, 321, 323)에 각각 설치되며, IoT 노드(31_1, 31_3, 31_4, 32_1, 32_3)에는 전기 기기(410~450)가 각각 연결된다.
지능형 분전반(10)은 벽포트(210, 220)와 전력선을 통해 연결되며, IoT 노드(21, 22, 31_1, 31_3, 31_4, 32_1, 32_3)로부터 전송된 IoT 노드 데이터에 기초하여 화재를 감지한다. IoT 노드 데이터에 대해서는 후술한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반과 IoT 노드간의 전력선 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전송하고자 하는 데이터(IoT 노드 데이터)가 "10011010"일 때 이를 FSK에 의해 고주파 신호로 변조하면 도 2의 좌측 하단과 같은 파형이 된다. 이를, 예를 들어 60Hz의 교류 전원의 파형을 캐리어로 하면, 도 2의 우측과 같은 신호가 전송된다.
이러한 전력선 통신의 방식은 임피던스 부정합으로 인해 높은 부하 간섭이 발생하고, 전원 신호와 데이터 신호가 분리되어 있지 않아 잡음이 많이 발생하는 등의 단점이 있다. 그러나, 전력선 통신 방식은 추가적인 통신 설비 없이 이미 설치되어 있는 전력선을 이용하기 때문에, 화재 발생시에도 다른 통신 방식에 의해 작동 가능성이 높다.
본 실시예에서는 IoT 노드가 전력선 통신 방식에 의해 IoT 노드 데이터를 지능형 분전반에 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 노드(20)를 나타내는 도면으로, 도 3의 (a)는 사시도를 나타내고, 도 3의 (b)는 상측에서 보았을 때 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 3의 IoT 노드(20)는 도 1의 IoT 노드(21, 22, 31_1, 31_3, 31_4, 32_1, 32_3)를 대표하여 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, IoT 노드(20)는 IoT 센서(2011, 2012)와 IoT 통신부(2020)를 포함할 수 있다.
IoT 센서(2011, 2012)는 IoT 노드(20)가 설치되어 있는 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정한다. 도 3은 IoT 센서가 소모전류를 측정하기 위한 전류센서(2011)와, 온도를 측정하기 위한 온도센서(2012)를 모두 포함하는 것으로 도시하였다.
IoT 통신부(2020)는 IoT 센서(2011, 2012)에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전술한 전력선 통신 방식에 의해 전송한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
지능형 분전반(10)은 배선용 차단기(MCCB; 11), 누전 차단기(ELB, 12), 분전반 센서(13), 분전반 통신부(14) 및 분전반 제어부(15)를 포함할 수 있다.
배선용 차단기(11)는 과부하를 차단하고, 부하전류를 개폐하는 전원스위치 기능을 수행한다.
누전 차단기(12)는 누전을 차단하여, 감전사고나 누전에 의한 화재를 차단한다.
분전반 센서(13)는 지능형 분전반(10)의 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정한다.
분전반 통신부(14)는 IoT 노드(20)의 IoT 통신부(2020)로부터 IoT 노드 데이터를 수신하고, 이로부터 IoT 노드 데이터를 전송한 IoT 노드(20)의 소모전류 및 온도를 추출한다. 분전반 통신부(14)는 도 2에서 수행된 과정을 반대로 수행함으로써 IoT 노드(20)로부터 전송된 전력 신호로부터 IoT 노드 데이터를 추출할 수 있다. 즉, IoT 노드(20)로부터 전송된 전력 신호로부터 고주파 성분을 추출하고, 이를 복조함으로써 IoT 노드 데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 추출된 IoT 노드 데이터로부터 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 알 수 있다.
분전반 제어부(15)는 하나 이상의 IoT 노드 데이터로부터 획득된 소모전류의 값에 기초하여 누전 여부를 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반의 분전반 제어부의 누전 감지 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 분전반 제어부는 IoT 노드 데이터를 수집하는 단계(S100), 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성하는 단계(S200), 조건의 충족 여부를 판단하는 단계(S300), 경고를 발신하거나 데이터를 공유하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 분전반 제어부는 IoT 노드 데이터를 수집한다(S100). 전술한 바와 같이, 분전반 제어부는 분전반 통신부를 통해 IoT 노드 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로, 분전반 제어부는 수집된 IoT 노드 데이터로부터 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성한다(S200). 후술하는 바와 같이, IoT 노드 데이터는 소모전류 또는 온도뿐만 아니라, 당해 IoT 노드 데이터가 생성된 위치 정보도 포함한다. 따라서, 제어부는 IoT 노드 데이터를 생성한 IoT 노드가 연결된 벽포트를 알 수 있으며, 이에 따라, 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성할 수 있다. 소모전류 또는 온도의 통계는 시간대별로 생성될 수 있다.
다음으로, 제어부는 수신된 IoT 노드 데이터와 통계를 비교한 결과에 기초하여 정상 상태인지를 판단한다(S300). 예를 들어, 제어부는 수신된 IoT 노드 데이터로부터 벽포트별 소모전류의 합을 구하고, 해당 벽포트의 평균 소모전류에서 소정 부분 떨어진 경우, 예를 들어 상위 5%에 해당하거는 경우, 비정상으로 판단할 수 있다.
비정상으로 판단되면, 제어부는 경고를 발신하거나, 외부 장치에 비정상 상태가 발생하였음을 공유할 수 있다(S400). 외부 장치는 모바일 장치와 같은 사용자 기기이거나 지능형 분전반과 IoT 노드를 관장하는 IoT 관제 플랫폼일 수 있다. 또한, 제어부는 비정상상태가 발생한 벽포트에 대해 전류 공급을 차단할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 노드 데이터의 포맷을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, IoT 노드 데이터는 아이디, 노드레벨 필드(F1), 동작 상태 필드(F2), 측정값 필드(F3)를 포함한다.
아이디는 IoT 노드 데이터를 구별하기 위해 부여되는 값으로, 예를 들어 가정용 전력인지 상업용 전력인지 구분하는 값이 부여될 수 있다.
노드레벨 필드(F1)는 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드의 위치 및 연결 상태를 나타낸다. 노드레벨 필드(F1)는 복수의 노드레벨(N0~N3), 예를 들어 룸 레벨(N0), 벽포트 레벨(N1), 하나 이상의 장치 레벨(N2, N3, N4)을 계층적으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1로 돌아가서, 지능형 분전반(10)을 제외한 모든 구성요소가 위치하는 방이 있을 수 있으며, 방은 룸 레벨을 갖는다. 벽포트(210, 220)는 벽포트 레벨을 가지며, 벽포트(210, 220)에 직접 연결된 멀티탭 포트(311~314)는 멀티탭 포트 레벨을 갖는다.
도 1의 방의 룸 레벨(N0)값이 1, 벽포트(210, 220)의 벽포트 레벨(N1)값이 각각 1, 2라고 가정한다. 이 경우, 벽포트(210)에 설치된 IoT 노드(21)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드레벨{N0, N1}의 초기값은 {1, 1}일 수 있다. 이후, 벽포트(210)에 멀티탭이 연결되면, IoT 노드(21)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드 레벨{N0, N1, N2} 값은 {1, 1, 1}이 된다. 즉, IoT 노드(21)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드레벨{N0, N1}은 IoT 노드(21)가 설치된 위치, 즉 벽포트(210)를 나타내고, 노드레벨{N2}는 IoT 노드(21)의 연결 상태, 즉 멀티탭이 연결되어 있음을 나타낸다.
또한, 멀티탭 포트(311, 312, 313, 314)의 장치 레벨(N2)값이 각각 1, 2, 3, 4라고 하면, 멀티탭 포트(311)에 설치된 IoT 노드(31_1)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드레벨{N0, N1, N2}의 초기값은 {1, 1, 1}일 수 있다. 이후, 멀티탭 포트(311)에 전기 기기(410)가 연결되면, IoT 노드(31_1)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드레벨{N0, N1, N2, N3} 값은 {1, 1, 1, 1}이 된다. 즉, IoT 노드(31_1)에서 생성된 IoT 노드 데이터의 노드레벨{N0, N1, N2}은 IoT 노드(31_1)가 설치된 위치, 즉 멀티탭 포트(311)를 나타내고, 노드레벨{N3}은 IoT 노드(31_1)의 연결 상태, 즉 전기 기기가 연결되어 있음을 나타낸다.
동작 상태 필드(F2)는 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 동작 상태를 나타낸다. 동작 상태 필드(F2)는 벽 포트 또는 멀티탭 포트가 턴온 상태인지 아니면 턴오프 상태인지를 나타내는 제1 하부 필드와, 제1 하부 필드가 턴온 상태인 경우, 대기 상태, 정상 상태, 정격과다 상태 또는 과열 상태 중 어느 하나를 나타내는 제2 하부 필드를 포함할 수 있다.
측정값 필드(F3)는 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 또는 온도를 나타낸다. 도 6에서 측정값 필드(F3)는 소모전류 및 온도를 모두 포함하지만, 둘 중에 하나만을 포함할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 통신부의 IoT 노드 데이터 생성 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, IoT 통신부는 다른 IoT 노드 데이터를 수집한 결과에 기초하여 자신의 IoT 노드 데이터의 노드레벨 값을 생성하게 된다.
전제 조건으로서, i) 모든 IoT 노드(IoT 통신부)는 전원에 연결되는 순간 분전반과 시각 동기를 수행하고, ii) 모든 IoT 노드는 포트(벽포트 또는 멀티탭 포트)에 연결되기 전에 대기상태에 있고 연결된 IoT 노드들의 노드레벨 값을 감지하며, iii) 모든 IoT 노드는 포트에 연결된 직후, 전류량과 온도 변화를 감지하여 대기상태에서 활성상태로 전환하고, 산출한 자신의 노드레벨 값을 이용하여 IoT 노드 데이터의 노드레벨 필드를 생성한다. IoT 통신부는 다음의 규칙에 따라 노드레벨값을 생성할 수 있다.
규칙 1: 모든 IoT 노드 데이터는 1분(60초) 주기로 생성된다.
규칙 2: 노드레벨 N1의 값 1은 0초에 1이 생성되고, 노드레벨 N1의 값 2는 10초에 생성되고, 노드레벨 N1의 값 3은 20초에 생성되는 식으로, 노드레벨 N1의 노드레벨 값은 10초 간격으로 생성된다.
규칙 3: 노드레벨 N2의 값 1은 41초에 생성되고, 노드레벨 N2의 값 2는 42초에 생성되고, 노드레벨 N2의 값 3은 43에 생성되는 식으로 하여, 노드레벨 N2의 노드레벨 값은 1초 간격으로 생성된다.
규칙 4: 노드레벨 N3의 값 1은 44.1초에 생성되고, 노드레벨 N3의 값 2는 44.2초에 생성되고, 노드레벨 N3의 값 3은 44.3에 생성되는 식으로 하여, 노드레벨 N3의 노드레벨 값은 0.1초 간격으로 생성된다.
규칙 5: 노드레벨 N4의 값 1은 44.41초에 생성되고, 노드레벨 N4의 값 2는 44.42초에 생성되고, 노드레벨 N4의 값 3은 44.43에 생성되는 식으로 하여, 노드레벨 N4의 노드레벨 값은 0.01초 간격으로 생성된다.
규칙 6: 벽포트에 대해서는 노드레벨 N1의 값이 자동으로 지정되며, 멀티탭 포트에 대해서는 노드레벨 N2~N4의 값이 생성될 수 있다.
규칙 7: 멀티탭을 전원(벽 포트)에 연결시 자동으로 다음 노드레벨이 생성된다.
규칙 8: 벽포트나 멀티탭 포트에 다른 장치(전기 기기나 멀티탭)를 연결시, 다른 장치가 연결된 벽포트나 멀티탭 포트의 IoT 노드는 측정된 전류량과 온도 변화를 감지하여 자동으로 노드레벨에 따른 노드레벨 값을 생성한다.
도 7의 노드레벨 값은 예시이며, 모든 노드레벨의 IoT 노드 데이터의 생성 타이밍이 겹치지 않는 범위에서, N1의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격은 N2의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격보다 크고, N2의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격은 N3의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격보다 큰 방식으로, 상위 노드레벨의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격은 하위 노드레벨의 각 노드레벨 값에 해당하는 IoT 노드 데이터의 생성 간격보다 크면 족하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 시스템을 적용한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 지능형 분전반, 벽포트, 멀티탭 포트 및 전기 기기의 최종적인 연결 상태를 나타내며, 도 8의 (b)는 도 8의 각 상태에서 발생하는 IoT 노드 데이터를 나타낸다.
도 8의 (a) 및 (b)를 참조하여 지능형 분전반, 벽포트, 멀티탭 포트 및 전기 기기의 순차적인 연결 상태 및 그에 따라 생성된 IoT 노드 데이터에 대해 설명한다.
1. 벽포트(210)에 멀티탭이 연결된다.
벽포트(210)에 설치된 IoT 노드(21)에서 1번 IoT 노드 데이터를 생성한다. 이때, 도 8(a)의 지능형 분전반을 제외한 장치들의 룸 레벨 N0의 값은 1로 설정되고 IoT 노드(21)의 벽포트 레벨 N1의 값은 1로 설정되어 있다. IoT 노드(21)는 멀티탭의 연결을 감지하여 장치 레벨 N2의 값을 1로 설정한다. 이에 따라, IoT 노드(21)의 IoT 노드 데이터의 노드레벨 {N0, N1, N2}의 값은 {1, 1, 1}이 된다. IoT 노드(21)는 생성된 노드레벨 값과 측정된 전류 및 온도 값을 이용하여 도 8(b)의 1번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
2. 멀티탭 포트(311)에 설치된 IoT 노드(31_1)에서 도 8(b)의 2번 IoT 노드 데이터를 생성한다.
이때, 2번 IoT 노드 데이터의 노드레벨 {N0, N1, N2}의 값은 {1, 1, 1}이 된다. IoT 노드(31_1)에는 다른 장치(멀티탭 또는 전기 기기)가 연결되지 않아 전류는 0으로 측정되었다.
3. 벽포트(210)에 설치된 IoT 노드(21)에서 도 8(b)의 3번 IoT 노드 데이터를 생성한다.
4. 멀티탭 포트(311)에 전기 기기(410)가 연결된다. 이에 따라, 멀티탭 포트(311)에 설치된 IoT 노드(31_1)는 장치의 연결을 감지하여 장치 레벨 N3의 값을 1로 설정한다. 이에 따라, IoT 노드(31_1)에서 생성되는 IoT 노드 데이터의 노드레벨 {N0, N1, N2, N3}의 값은 {1, 1, 1, 1}이 된다. IoT 노드(31_1)는 생성된 노드레벨 값 {1, 1, 1, 1}과 측정된 전류 및 온도 값을 이용하여 도 8(b)의 4번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
5. 멀티탭 포트(313)에 전기 기기(430)가 연결된다. 이에 따라, 멀티탭 포트(313)에 설치된 IoT 노드(31_3)는 장치의 연결을 감지하여 장치 레벨 N3의 값을 2로 설정한다. 이에 따라, IoT 노드(31_3)에서 생성되는 IoT 노드 데이터의 노드레벨 {N0, N1, N2, N3}의 값은 {1, 1, 1, 2}이 된다. IoT 노드(31_3)는 생성된 노드레벨 값 {1, 1, 1, 2}과 측정된 전류 및 온도 값을 이용하여 도 8(b)의 5번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
6. 멀티탭 포트(314)에 전기 기기(420)가 연결된다. 이에 따라, 멀티탭 포트(314)에 설치된 IoT 노드(31_4)는 장치의 연결을 감지하여 장치 레벨 N3의 값을 3로 설정한다. 이에 따라, IoT 노드(31_4)에서 생성되는 IoT 노드 데이터의 노드레벨 {N0, N1, N2, N3}의 값은 {1, 1, 1, 3}이 된다. IoT 노드(31_4)는 생성된 노드레벨 값 {1, 1, 1, 3}과 측정된 전류 및 온도 값을 이용하여 도 8(b)의 6번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
7. 멀티탭 포트(311)에 설치된 IoT 노드(31_1)에서 과전류가 감지된다. 이에 따라, IoT 노드(31_1)는 동작 상태 필드의 값을 정격과다로 하여 도 8(b)의 7번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
8. 멀티탭 포트(311)에 연결된 IoT 노드(21)에서도 과전류가 감지된다. 이에 따라, IoT 노드(21)는 동작 상태 필드의 값을 정격과다로 하여 도 8(b)의 8번 IoT 노드 데이터를 생성하여 전송한다.
9. 지능형 분전반(10)은 생성되는 모든 IoT 노드 데이터를 수신하여 감시한다. 7번 IoT 노드 데이터와 8번 IoT 노드 데이터에서 정격 과다가 수신되었기 때문에, 벽포트(210)에 경고를 발생시킨다. 그리고, 지능형 분전반(10)은 벽포트(210)의 전원 공급을 차단하거나 외부 장치에 알릴 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 감지 시스템은, 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭 포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 상기 벽 포트에 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 게이트웨이 센서와, 상기 IoT 노드로부터 전송된 IoT 노드 데이터를 수집 및 분석하는 게이트웨이 제어부와, 상기 게이트웨이 센서에 의해 측정된 값 및 상기 수집 및 분석된 결과에 기초하여 게이트웨이 데이터를 생성하고, 생성된 게이트웨이 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 게이트웨이 통신부를 포함하는 게이트웨이; 및 상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터 및 상기 게이트웨이 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반을 포함한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 감지 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에서 벽포트(210, 220)에 IoT 노드(21, 22)가 설치되었던 것과는 달리, 도 9에서는 벽포트(210, 220)에 게이트웨이(51, 52)가 설치된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로 벽포트에 게이트웨이가 설치된 상태를 정면에서 본 도면이다. 도 10의 게이트웨이(50)는 도 9의 게이트웨이(51, 52)를 대표하여 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 게이트웨이(50)는 게이트웨이 센서(5011, 5012), 게이트웨이 제어부(5030) 및 게이트웨이 통신부(5020)를 포함한다.
게이트웨이 센서(5011, 5012)는 게이트웨이(50)가 설치되어 있는 벽 포트의 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정한다. 도 10은 게이트웨이 센서가 소모전류를 측정하기 위한 전류센서(5011)와, 온도를 측정하기 위한 온도센서(5012)를 모두 포함하는 것으로 도시하였지만, 둘 중에 하나만 구비할 수도 있다.
게이트웨이 제어부(5030)는 게이트웨이 통신부(5020)를 통해 수신된 IoT 노드 데이터를 수집, 분석한다.
게이트웨이 통신부(5020)는 게이트웨이 센서(5011, 5012)에 의해 측정된 값 및 수집, 분석된 IoT 노드 데이터에 기초하여 게이트웨이 데이터를 생성하고, 생성된 게이트웨이 데이터를 전술한 전력선 통신 방식에 의해 전송한다.
이 경우, 지능형 분전반의 제어부는 IoT 노드 데이터뿐만 아니라 게이트웨이 데이터를 이용하여 화재를 감지할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 중간에 IoT 노드 데이터가 유실된 경우에도 게이트웨이 데이터를 이용할 수 있으며, 게이트웨이에서 IoT 노드 데이터가 이미 수집, 분석되었기 때문에 지능형 분전반의 제어부의 부담을 경감할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재 감지 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 지능형 분전반(10_1, 10_2)은 클라우스 서비스 플랫폼(1000) 및 모바일 장치(1100)에 연결된다. 클라우드 서비스 플랫폼(1000)은 IoT 관제 시스템으로서 MS Azure와 같은 상용 플랫폼이 이용될 수 있다. 모바일 장치(l100)는 휴대폰, 스마트와치, 패드, 글라스와 같은 휴대용 통신 장치이며, 지능형 분전반(10_1, 10_2)과 통신 가능하다. 지능형 분전반(10_1)에 연결된 벽포트(210, 220) 등의 화재 감지 시스템은 도 9와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도 5와 관련하여 설명한 바와 같이, 지능형 분전반(10_1, 10_2)은 비정상 상태가 발생한 경우, 클라우드 서비스 플랫폼(1000) 또는 모바일 장치(1100)에 이를 알릴 수 있으며, 이를 통해 긴급출동 서비스까지도 호출할 수 있다.
예를 들어, 비정상 상태가 발생한 경우 지능형 분전반(10_1, 10_2)은 1차적으로 모바일 장치(1100)에 이를 알린다. 그럼에도 불구하고, 필요한 조치가 취재지지 아니하여, 한전과 같은 전력기관이나 관리업체가 클라우드 서비스 플랫폼(1000)의 클라우드 공유를 통해 비정상 상태가 일정시간 이상 계속해서 비정상 상태가 유지되는 것을 감지하는 경우, 2차적으로 긴급출동 서비스를 호출할 수도 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.
아울러 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 벽 포트 또는 상기 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드; 및
    상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반;
    을 포함하는 화재 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 IoT 노드 데이터는,
    상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드의 위치 및 연결 상태를 나타내는 노드레벨 필드와,
    상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 동작 상태를 나타내는 필드와,
    상기 IoT 노드 데이터를 생성하는 IoT 노드가 설치된 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 및 온도를 나타내는 필드
    를 포함하는 포맷을 갖는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노드레벨 필드는, 룸 레벨, 벽포트 레벨, 하나 이상의 장치 레벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 IoT 통신부는,
    상기 IoT 노드가 설치된 위치에 따라 상기 룸 레벨 및 상기 벽포트 레벨의 값과, 상기 하나 이상의 장치 레벨의 값을 선택적으로 설정하고,
    상기 IoT 노드가 설치된 위치에 다른 장치가 연결되었는지에 따라, 상기 설정된 최종 레벨의 하위 레벨의 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 동작 상태를 나타내는 필드는,
    상기 대응하는 벽포트, 멀티탭 포트 또는 전기 기기가 턴온 상태인지 아니면 턴오프 상태인지를 나타내는 제1 하부 필드와,
    상기 제1 하부 필드가 턴온 상태인 경우, 대기 상태, 정상 상태, 정격과다 상태 또는 과열 상태 중 어느 하나를 나타내는 제2 하부 필드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지능형 분전반은,
    상기 IoT 노드 데이터를 수집하여 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성하고, 현재 수신된 IoT 노드 데이터와 상기 생성된 통계를 비교한 결과에 기초하여 누전 여부를 판단하는 분전반 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  7. 벽 포트에 연결되는 적어도 하나의 멀티탭 포트에 각각 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와, 상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부를 포함하는, 적어도 하나의 IoT 노드;
    상기 벽 포트에 설치되며, 소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 게이트웨이 센서와, 상기 IoT 노드로부터 전송된 IoT 노드 데이터를 수집 및 분석하는 게이트웨이 제어부와, 상기 게이트웨이 센서에 의해 측정된 값 및 상기 수집 및 분석된 결과에 기초하여 게이트웨이 데이터를 생성하고, 생성된 게이트웨이 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 게이트웨이 통신부를 포함하는 게이트웨이; 및
    상기 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, 상기 IoT 노드 데이터 및 상기 게이트웨이 데이터에 기초하여 화재를 감지하는 지능형 분전반;
    을 포함하는 화재 감지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 게이트웨이 데이터 및 상기 IoT 노드 데이터는,
    상기 게이트웨이 데이터 또는 상기 IoT 노드 데이터가 생성된 위치를 나타내는 필드와,
    대응하는 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 동작 상태를 나타내는 필드와,
    상기 대응하는 벽 포트 또는 멀티탭 포트의 소모전류 및 온도를 나타내는 필드
    를 포함하는 포맷을 갖는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
  9. 벽 포트 또는 상기 벽 포트에 연결되는 멀티탭 포트에 각각 설치되는 IoT 노드로서,
    소모전류 및 온도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 IoT 센서와,
    상기 IoT 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 IoT 노드 데이터를 생성하고, 생성된 IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식에 의해 전송하는 IoT 통신부
    를 포함하는 IoT 노드.
  10. 벽포트와 전력선을 통해 연결되며, IoT 노드 데이터를 전력선 통신 방식으로 수신하는 분전반 통신부; 및
    상기 IoT 노드 데이터를 수집하여 벽포트별 소모전류 또는 온도의 통계를 생성하고, 현재 수신된 IoT 노드 데이터와 상기 생성된 통계를 비교한 결과에 기초하여 화재를 감지하는 분전반 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 지능형 분전반.
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