KR20210155212A

KR20210155212A - 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법

Info

Publication number: KR20210155212A
Application number: KR1020200072443A
Authority: KR
Inventors: 전세정
Original assignee: (주)한국워터테크놀로지
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-12-22
Also published as: KR102414400B1

Abstract

본 발명에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량, 투입 함수율, 전기탈수 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량, 배출 함수율, DC 전류, DC 전압, 전기탈수 시간 또는 드럼의 회전속도를 파라미터로 설정하고 머신 러닝을 수행하여, 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어를 위한 제어 변수를 도출하는 머신 러닝 모델을 생성할 수 있다. 또한, 머신 러닝을 이용하여, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 작동을 제어함으로써, 슬러지 조건이나 작동 상태에 따른 보다 신속하고 효과적인 제어가 가능한 이점이 있다.

Description

머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법{Control method of electric osmosis sludge dewatering device using machine learning}

본 발명은 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 시간 간격으로 수집된 데이터를 머신 러닝을 이용하여 학습하여 제어를 위한 머신러닝모델을 생성하고, 생성된 모델을 이용하여 전기탈수 유닛을 제어하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 하수처리 과정에서 발생된 하수 슬러지는 질소, 인, 유기물 등과 같은 비료성분을 풍부하게 함유하고 있어 식물 생장에 유용한 원소를 제공할 수 있기에 매우 유용한 자원이 될 수 있으며, 퇴비화된 하수슬러지는 작물에 영양물질을 공급하고, 토양의 비옥도를 증진시키며 물리화학적 성질을 개선할 수 있다.

따라서, 최근에는 하수 슬러지의 재활용에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 또한, 전기식 탈수기를 이용한 하수 슬러지 처리 설비가 개발되고 있다.

그러나, 하수 슬러지 처리장의 특성상 작업 환경이 매우 열악하기 때문에, 현장에서 하수 슬러지 처리 설비를 작업자가 수동으로 조작하는 데 어려움이 있다.

대한민국등록특허 제10-0997077호

본 발명의 목적은, 머신 러닝을 이용하여 전기 삼투식 슬러지 탈수장치를 제어하여, 작업성 및 처리 효율을 향상시킬 수 있는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량과 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량을 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전압, 상기 드럼 유닛을 회전시키는 드럼 회전속도를 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와; 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와; 상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와; 상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 슬러지의 투입량, 상기 드럼 전압 및 상기 드럼 회전속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함한다.

상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 슬러지의 배출량과, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압과 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 슬러지의 투입량을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제1머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압을 입력 변수로 하고, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 회전속도를 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제2머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제3머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입 함수율과, 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출 함수율을 더 포함한다.

상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입온도, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함한다.

상기 제어 데이터는, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전류와 드럼 전력 중 적어도 하나를 더 포함한다.

상기 제어변수 도출단계에서 상기 머신 러닝 모델에 입력되는 입력 변수는, 실시간으로 측정된 측정값 또는 관리자가 설정한 설정값을 사용한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량, 투입 함수율, 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량, 배출 함수율을 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전압, 드럼 전류와 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 유닛을 회전시키는 드럼 회전속도를 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와; 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와; 상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와; 상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 슬러지의 투입량, 상기 드럼 전압 및 상기 드럼 회전속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함하고, 상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 투입 함수율, 상기 슬러지의 배출량, 상기 배출 함수율과, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압, 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 슬러지의 투입량을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제1머신 러닝 모델과, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압, 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나를 입력 변수로 하고, 상기 드럼 회전속도를 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제2머신 러닝 모델과, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 드럼 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제3머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 제어변수 도출단계에서 상기 2,3머신 러닝 모델에 입력되는 상기 슬러지의 투입량은, 실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제1머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용한다.

상기 제어변수 도출단계에서 상기 1,3머신 러닝 모델에 입력되는 상기 드럼 회전속도는, 실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제2머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용한다.

상기 제어변수 도출단계에서 상기 1,2머신 러닝 모델에 입력되는 상기 드럼 전압은, 실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제3머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량과 투입 함수율 중 적어도 하나와 상기 전기탈수 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량과 배출 함수율 중 적어도 하나를 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 전기탈수 DC 전압, 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 DC 전류 또는 DC 전력 및 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간을 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와; 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터를 입력 변수로 하고, 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와; 상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와; 상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 전기탈수 DC 전압과 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함한다.

상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 전기탈수 DC 전압을 입력 변수로 하고, 상기 전기탈수 유닛의 전기탈수 시간을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제4머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 머신 러닝 모델은, 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 전기탈수 유닛의 전기탈수 시간을 입력 변수로 하고, 상기 전기탈수 DC 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제5머신 러닝 모델을 포함한다.

상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입온도, 상기 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함한다.

본 발명에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량, 투입 함수율, 전기탈수 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량, 배출 함수율, DC 전류, DC 전압, 전기탈수 시간 또는 드럼의 회전속도를 파라미터로 설정하고 머신 러닝을 수행하여, 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어를 위한 제어 변수를 도출하는 머신 러닝 모델을 생성할 수 있다.

또한, 머신 러닝을 이용하여, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 작동을 제어함으로써, 슬러지 조건이나 작동 상태에 따른 보다 신속하고 효과적인 제어가 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1머신 러닝 모델로부터 슬러지 투입량을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2머신 러닝 모델로부터 드럼 회전속도를 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3머신 러닝 모델로부터 드럼 전압을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제4머신 러닝 모델로부터 전기탈수 유닛의 탈수시간을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제5머신 러닝 모델로부터 전기탈수 유닛의 DC 전압을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 삼투식 슬러지 탈수장치(100)는, 1차 탈수기(110), 컨베이어 벨트(130), 2차 탈수기(150), 분쇄 수단(170)및 제어부(미도시)를 포함한다.

상기 1차 탈수기(110)는 전처리 공정에서 발생된 하수 슬러지를 공급받아 상기 하수 슬러지에 포함된 수분의 비율(이하, 함수율)이 제1 설정 함수율이 되도록 상기 하수 슬러지를 탈수시킨다. 본 실시예에서 상기 제1 설정 함수율은 75 내지 85wt%로 설정된다.

상기 1차 탈수기(110)에 의해 1차 탈수된 상기 하수 슬러지는 상기 컨베이어 벨트(130)로 낙하한다. 상기 컨베이어 벨트(130)는 상기 1차 탈수기(110)와 상기 2차 탈수기(150)를 연결하도록 설치된다. 상기 컨베이어 벨트(130)는 상기 1차 탈수기(110)에서 탈수되어 낙하된 상기 하수 슬러지를 상기 2차 탈수기(150)로 이동시킨다.

상기 2차 탈수기(150)는 상기 1차 탈수기에서 1차 탈수된 후, 상기 컨베이어 벨트(130)를 통해 이송되어 유입된 상기 하수 슬러지를 탈수시킨다. 이때, 상기 2차 탈수기(150)에는 제2 설정 함수율이 설정되어 있어, 상기 2차탈수기(150)를 통해 탈수된 상기 하수 슬러지의 함수율이 상기 제2 설정함수율까지 저하된다. 상기 제2 설정함수율은 예시적으로 50 내지 60 wt%로 설정되며, 상기 2차 탈수기(150)를 통해 2차 탈수된 상기 하수 슬러지의 함수율을 약 55 wt%가 된다.

상기 2차 탈수기(150)는, 인가되는 전압에 의해 발생되는 전기삼투 및 전기영동 현상을 이용하여 상기 하수 슬러지 내 수분을 제거하는 전기식 탈수기이다. 이하, 본 실시예에서는 상기 2차 탈수기(150)는, 드럼 유닛(미도시)인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 드럼 유닛에 인가되는 전류 또는 전력, 상기 드럼 유닛에 인가되는 전압, 상기 드럼 유닛의 회전 속도를 제어한다. 상기 드럼 유닛에 인가되는 전류, 상기 드럼 유닛에 인가되는 전압, 상기 드럼 유닛의 회전 속도는 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어 변수에 해당하며, 상기 제어 변수는 후술하는 머신 러닝 기법을 통해 도출된다. 상기 전압은 DC 전압이고, 상기 전류는 DC 전류이고, 상기 전력은 DC 전력이다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치에 구비된 것도 가능하고, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치와 유,무선으로 통신하는 중앙 서버에 구비된 것도 가능하다.

상기 분쇄수단(170)은, 상기 2차 탈수기(150)와 연결되어 있으며, 상기 2차 탈수기(150)에서 토출된 시트 형태의 상기 하수 슬러지가 유입되면, 상기 하수 슬러지를 분쇄하면서 이송시켜 건조용 포대(180)로 배출한다.

또한, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치(100)에는 복수의 센서부들(미도시)이 구비된다.

상기 센서부들(미도시)은, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량과 투입 함수율, 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량과 배출 함수율을 각각 측정하여, 상기 제어부(미도시)로 전송한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상시 센서부들(미도시)은, 상기 슬러지의 투입온도, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 실시예에서 머신 러닝을 수행하고, 머신 러닝 모델로부터 제어변수를 도출하는 주체는 상기 제어부(미도시)인 것으로 예를 들어 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법은, 데이터 수집단계(S1), 모델 생성단계(S2), 제어변수 도출단계(S3) 및 제어단계(S4)를 포함한다.

상기 데이터 수집단계(S1)에서는, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치가 작동하는 동안, 슬러지의 상태를 나타내는 슬러지 조건 데이터와, 상기 드럼 유닛의 작동을 나타내는 제어 데이터를 수집한다.

상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량(P1), 투입 함수율(P2), 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량(P3), 배출 함수율(P4)을 포함하는 파라미터들이다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 슬러지의 투입온도, 상기 슬러지의 전기전도도를 더 포함할 수 있다.

상기 제어 데이터는, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전류(P5) 또는 드럼 전력, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전압(P6), 상기 드럼 유닛을 회전시키는 드럼 회전속도(P7)를 포함하는 파라미터들이다. 이하, 본 실시예에서는 드럼 전류(P5)와 드럼 전력 중 드럼 전류(P5)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

여기서, 상기 드럼 회전속도(P7)는 전기탈수 시간과 관련된 파라미터이므로, 상기 드럼 회전속도(P7)는 상기 슬러지가 상기 드럼 유닛으로 들어와서 나갈때까지의 전기탈수 시간으로 대체할 수 있다.

상기 데이터 수집단계(S1)에서는 실시간 또는 일정 시간 간격으로 데이터들을 수집한다.

상기 모델 생성단계(S2)에서는, 상기 데이터 수집단계(S1)에서 수집된 데이터들을 머신 러닝하여 머신 러닝 모델을 생성한다.

이 때, 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 상기 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 상기 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성한다.

상기 머신 러닝 모델은 총 3개의 제1,2,3머신 러닝 모델(M1,M2,M3)을 포함한다.

상기 제1머신 러닝 모델(M1)는 입력 변수는 상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6) 및 상기 드럼 회전속도(P7)이고, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)의 출력 변수는 상기 슬러지 투입량(P1)로 하여, 머신 러닝을 수행한 모델이다.

즉, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)을 학습시키기 위한 학습용 입력 변수는, 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6) 및 상기 드럼 회전속도(P7)이다.

상기 제1머신 러닝 모델(M1)을 학습시키기 위한 학습용 출력 변수는, 상기 슬러지 투입량(P1)이다.

따라서, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)은 상기 슬러지 투입량(P1)를 제어변수로 도출하기 위해 학습된 모델이다.

상기 제2머신 러닝 모델(M2)은, 입력 변수는 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6)을 포함하고, 출력 변수는 상기 드럼 회전속도(P7)로 하여, 머신 러닝을 수행한 모델이다.

즉, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)을 학습시키기 위한 학습용 입력 변수는, 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5) 및 상기 드럼 전압(P6)이다.

상기 제2머신 러닝 모델(M2)을 학습시키기 위한 학습용 출력 변수는, 상기 드럼 회전속도(P7)이다.

따라서, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)은 상기 드럼 회전속도(P7)를 제어변수로 도출하기 위해 학습된 모델이다.

상기 제3머신 러닝 모델(M3)은, 입력 변수는 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 회전속도(P7)를 포함하고, 출력 변수는 상기 드럼 전압(P6)으로 하여, 머신 러닝을 수행한 모델이다.

즉, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)을 학습시키기 위한 학습용 입력 변수는, 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 회전속도(P7)이다.

상기 제3머신 러닝 모델(M3)을 학습시키기 위한 학습용 출력 변수는, 상기 드럼 전압(P6)이다.

따라서, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)은 상기 드럼 전압(P6)을 제어변수로 도출하기 위해 학습된 모델이다.

상기와 같이, 상기 모델 생성단계(S2)에서는, 상기 슬러지 투입량(P1), 상기 드럼 회전속도(P7), 상기 드럼 전압(P6)을 각각 도출할 수 있는 3개의 제1,2,3머신 러닝 모델(M1,M2,M3)을 생성할 수 있다.

상기 제1,2,3머신 러닝 모델(M1,M2,M3)은, 상기 데이터 수집단계(S1)에서 수집된 데이터들의 변화에 따라 머신 러닝을 반복적으로 수행하여, 갱신될 수 있다.

상기 제어변수 도출단계(S3)에서는, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 작동시, 상기 모델 생성단계(S2)에서 생성된 상기 머신 러닝 모델들을 이용하여, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 작동을 제어하기 위한 제어 변수를 도출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1머신 러닝 모델로부터 슬러지 투입량(P1)을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)에 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6) 및 상기 드럼 회전속도(P7)를 입력하면, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)로부터 상기 슬러지 투입량(P1)이 출력된다.

여기서, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)에 입력되는 실전용 입력 변수들은, 상기 데이터 수집단계(S1)에서 실시간 또는 일정 시간 간격으로 측정된 측정값 중에서 가장 최근 값을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제어부(미도시)는 상기 센서부(미도시)로부터 상기 측정값들을 전송받을 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중 적어도 일부는 관리자가 설정한 설정값을 사용하는 것도 가능하다. 상기 설정값은, 관리자가 요구하는 값으로서, 관리자가 별도의 입력부를 통해 입력한 값이다. 예를 들어, 관리자는 목표로 하는 상기 배출 함수율(P4)을 설정하여 입력하면, 상기 배출 함수율(P4)에 도달할 수 있는 상기 슬러지 투입량(P1)를 도출할 수도 있다.

또한, 상기 제1머신 러닝 모델(M1)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중에서 상기 드럼 전압(P6)과 상기 드럼 회전속도(P7)는 상기 제2,3머신 러닝 모델(M2)(M3)에서 각각 최근에 도출된 값을 사용하는 것도 가능하다.

상기 제1머신 러닝 모델(M1)로부터 출력된 상기 슬러지 투입량(P1)는, 상기 슬러지 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 슬러지 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6) 및 상기 드럼 회전속도(P7)에 대응하는 최적의 값이다.

또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2머신 러닝 모델로부터 드럼 회전속도를 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)에 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6)를 입력하면, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)로부터 상기 드럼 회전속도(P7)가 출력된다.

여기서, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)에 입력되는 실전용 입력 변수들은, 상기 데이터 수집단계(S1)에서 실시간 또는 일정 시간 간격으로 측정된 측정값 중에서 가장 최근 값을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제어부(미도시)는 상기 센서부(미도시)로부터 상기 측정값들을 전송받을 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중 적어도 일부는 관리자가 설정한 설정값을 사용하는 것도 가능하다. 상기 설정값은, 관리자가 요구하는 값으로서, 관리자가 별도의 입력부를 통해 입력한 값이다. 예를 들어, 관리자는 목표로 하는 상기배출 함수율(P4)을 설정하여 입력하면, 상기 배출 함수율(P4)에 도달할 수 있는 상기 드럼 회전속도(P7)를 도출할 수도 있다.

또한, 상기 제2머신 러닝 모델(M2)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중에서 상기 슬러지 투입량(P1)과 상기 드럼 전압(P6)은 상기 제1,3머신 러닝 모델(M1)(M3)에서 각각 최근에 도출된 값을 사용하는 것도 가능하다.

상기 제2머신 러닝 모델(M2)로부터 출력된 상기 드럼 회전속도(P7)는, 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 전압(P6)에 대응하는 최적의 값이다.

또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제3머신 러닝 모델로부터 드럼 전압을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 제1머신 러닝 모델(M3)에 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 회전속도(P7)를 입력하면, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)로부터 상기 드럼 전압(P6)이 출력된다.

여기서, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)에 입력되는 실전용 입력 변수들은, 상기 데이터 수집단계(S1)에서 실시간 또는 일정 시간 간격으로 측정된 측정값 중에서 가장 최근 값을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제어부(미도시)는 상기 센서부(미도시)로부터 상기 측정값들을 전송받을 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중 적어도 일부는 관리자가 설정한 설정값을 사용하는 것도 가능하다. 상기 설정값은, 관리자가 요구하는 값으로서, 관리자가 별도의 입력부를 통해 입력한 값이다. 예를 들어, 관리자는 목표로 하는 상기 배출 함수율(P4)을 설정하여 입력하면, 상기 배출 함수율(P4)에 도달할 수 있는 상기 드럼 전압(P6)을 도출할 수도 있다.

또한, 상기 제3머신 러닝 모델(M3)에 입력되는 실전용 입력 변수들 중에서 상기 슬러지 투입량(P1)과 상기 드럼 회전속도(P7)는 상기 제1,2머신 러닝 모델(M1)(M2)에서 각각 최근에 도출된 값을 사용하는 것도 가능하다.

상기 제3머신 러닝 모델(M3)로부터 출력된 상기 드럼 전압(P6)은, 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 슬러지 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 슬러지 배출 함수율(P4), 상기 드럼 전류(P5), 상기 드럼 회전속도(P7)에 대응하는 최적의 값이다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 슬러지의 투입온도, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1,2,3머신 러닝 모델(M1)(M2)(M3)의 학습시 입력 변수로 상기 슬러지의 투입온도와 상기 슬러지의 전기전도도 중 적어도 하나를 포함시키는 것도 가능하다.

상기 제어단계(S4)에서는, 상기 제어변수 도출단계(S3)에서 도출된 제어변수에 따라 상기 슬러지 투입량(P1), 상기 드럼 전압(P6), 상기 드럼 회전속도(P7)를 각각 제어할 수 있다.

상기와 같이, 머신 러닝을 이용하여, 상기 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 작동을 제어함으로써, 작동 상태에 따른 보다 신속하고 효과적인 제어가 가능한 이점이 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제4머신 러닝 모델로부터 전기탈수 유닛의 탈수시간을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제5머신 러닝 모델로부터 전기탈수 유닛의 DC 전압을 도출하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 삼투식 슬러지 탈수장치는, 2차 탈수기가 드럼식이 아닌 전기탈수 유닛인 것이 상기 일 실시예와 상이하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법에서는, 데이터 수집단계, 모델 생성단계, 제어변수 도출단계 및 제어단계를 포함하되, 상기 데이터 수집단계에서 수집되는 슬러지 조건 데이터는, 슬러지의 투입량(P1)과 슬러지의 배출량(P3) 또는 슬러지의 투입 함수율(P2)과 슬러지의 배출 함수율(P4) 중 적어도 하나이고, 제어 데이터는 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 DC 전류(P5) 또는 DC 전력, 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 전기탈수 DC 전압(P6), 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간(P7)을 포함하는 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로 상이한 구성을 중심으로 상세히 설명한다.

상기 전기탈수 유닛의 탈수시간(P7)은, 상기 전기탈수 유닛의 탈수속도에 관련된 파라미터이며, 상기 전기탈수 유닛의 탈수속도로 대체 가능하다.

상기 모델 생성단계에서는, 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터, 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 상기 제어 데이터 중 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성한다.

본 실시예에서는, 상기 머신 러닝 모델은, 2개의 제4머신 러닝 모델(M4)과 제5머신 러닝 모델(M5)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 제4머신 러닝 모델(M4)는 입력 변수를 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 전기탈수 DC 전류(P5), 상기 전기탈수 DC 전압(P6)으로 하고, 출력 변수는 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간(P7)으로 하여, 학습된 모델이다.

상기 제5머신 러닝 모델(M5)는 입력 변수를 상기 슬러지의 투입량(P1), 상기 투입 함수율(P2), 상기 슬러지의 배출량(P3), 상기 배출 함수율(P4), 상기 전기탈수 DC 전류(P5), 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간(P7)으로 하고, 출력 변수는 상기 전기탈수 DC 전압(P6)으로 하여 학습된 모델이다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 슬러지 조건 데이터는, 상기 슬러지의 투입온도, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함할 수 있으며, 상기 제4,5머신 러닝 모델(M4)(M5)의 학습시 입력 변수로 상기 슬러지의 투입온도와 상기 슬러지의 전기전도도 중 적어도 하나를 포함시키는 것도 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110: 1차 탈수기 130: 컨베이어 벨트
150: 2차 탈수기 170: 분쇄 수단

Claims

전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량과 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량을 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전압, 상기 드럼 유닛을 회전시키는 드럼 회전속도를 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와;
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와;
상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와;
상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 슬러지의 투입량, 상기 드럼 전압 및 상기 드럼 회전속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 슬러지의 배출량과, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압과 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고,
상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 슬러지의 투입량을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제1머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압을 입력 변수로 하고,
상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 회전속도를 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제2머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고,
상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제3머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬러지 조건 데이터는,
상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입 함수율과, 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출 함수율을 더 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 5에 있어서,
상기 슬러지 조건 데이터는,
상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입온도, 상기 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 데이터는,
상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전류와 드럼 전력 중 적어도 하나를 더 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제어변수 도출단계에서 상기 머신 러닝 모델에 입력되는 입력 변수는, 실시간으로 측정된 측정값 또는 관리자가 설정한 설정값을 사용하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 드럼 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량, 투입 함수율, 상기 드럼 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량, 배출 함수율을 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 드럼 유닛에 인가되는 드럼 전압, 드럼 전류와 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 유닛을 회전시키는 드럼 회전속도를 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와;
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와;
상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와;
상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 슬러지의 투입량, 상기 드럼 전압 및 상기 드럼 회전속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함하고,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터 중에서 상기 투입 함수율, 상기 슬러지의 배출량, 상기 배출 함수율과, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압, 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 슬러지의 투입량을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제1머신 러닝 모델과,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전압, 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나를 입력 변수로 하고, 상기 드럼 회전속도를 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제2머신 러닝 모델과,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 드럼 전류와 상기 드럼 전력 중 하나, 상기 드럼 회전속도를 입력 변수로 하고, 상기 드럼 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제3머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제어변수 도출단계에서 상기 2,3머신 러닝 모델에 입력되는 상기 슬러지의 투입량은,
실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제1머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제어변수 도출단계에서 상기 1,3머신 러닝 모델에 입력되는 상기 드럼 회전속도는,
실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제2머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제어변수 도출단계에서 상기 1,2머신 러닝 모델에 입력되는 상기 드럼 전압은,
실시간으로 측정된 측정값, 관리자가 설정한 설정값 및 상기 제3머신 러닝 모델에서 도출된 값 중 하나을 사용하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입량과 투입 함수율 중 적어도 하나와 상기 전기탈수 유닛으로부터 배출되는 슬러지의 배출량과 배출 함수율 중 적어도 하나를 포함하는 슬러지 조건 데이터와, 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 전기탈수 DC 전압, 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 DC 전류 또는 DC 전력 및 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간을 포함하는 제어 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와;
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 슬러지 조건 데이터를 입력 변수로 하고, 상기 제어 데이터 중 일부 항목은 입력 변수로 하고, 나머지 항목은 출력 변수로 하여 머신 러닝을 수행하여 머신 러닝 모델을 생성하는 모델 생성단계와;
상기 모델 생성단계에서 생성된 상기 머신 러닝 모델에 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목을 입력하여, 상기 머신 러닝 모델로부터 상기 슬러지 조건 데이터와 상기 제어 데이터 중 일부 항목에 대응하는 상기 제어 데이터 중 나머지 항목을 제어 변수로 도출하는 제어변수 도출단계와;
상기 제어변수 도출단계에서 도출된 제어 변수에 따라 상기 전기탈수 유닛에 인가되는 전기탈수 DC 전압과 상기 전기탈수 유닛의 탈수시간 중 적어도 하나를 제어하는 제어단계를 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 13에 있어서,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 전기탈수 DC 전압을 입력 변수로 하고,
상기 전기탈수 유닛의 전기탈수 시간을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제4머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 13에 있어서,
상기 머신 러닝 모델은,
상기 슬러지 조건 데이터와, 상기 제어 데이터 중에서 상기 전기탈수 유닛의 전기탈수 시간을 입력 변수로 하고,
상기 전기탈수 DC 전압을 출력 변수로 하여 머신러닝을 수행한 제5머신 러닝 모델을 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.
청구항 13에 있어서,
상기 슬러지 조건 데이터는,
상기 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 투입온도, 상기 전기탈수 유닛으로 투입되는 슬러지의 전기전도도를 더 포함하는 머신 러닝을 이용한 전기 삼투식 슬러지 탈수장치의 제어방법.