KR20220074123A

KR20220074123A - 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템

Info

Publication number: KR20220074123A
Application number: KR1020200162266A
Authority: KR
Inventors: 강경욱; 이민희; 이창우
Original assignee: 주식회사 유니온
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-03
Also published as: KR102468690B1

Abstract

본 발명은 선박용 배기가스 세정기의 입출력에 대응하도록 PLC에 세정기 공정 및 이와 연결된 선박의 관련 장비에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템에 관한 것으로서, 제어단말기와 연결되고 아날로그 모의신호와 디지털 모의신호를 저장하고 모의신호와 관련된 모든 기능을 수행하는 제어부; 모의시험 대상에 대한 모의신호를 입력하는 입력부; 상기 입력부에 입력된 모의신호를 입력받아 시뮬레이션을 발생시키는 시뮬레이터; 및 상기 모의신호에 따른 출력값을 통신하는 통신부;를 포함하며, 상기 시뮬레이터는 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 제어 프로그램의 설계치에 기초하여 정확한 제어 여부를 확인하고, 변화하는 각 공정의 온도, 유량, 압력, 등의 변화값을 전기적인 신호로 되돌려주어 이를 바탕으로 감시 및 경보의 셧다운 기능이 정상적으로 작동하는지 판별하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템{Ship exhaust gas scrubber simulation test system}

본 발명은 선박용 배기가스 세정기와 이와 연관된 공정을 포함한 시뮬레이션 모델링 프로그램의 전기적 신호를 전달하기 위한 입출력 장치를 포함하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에 탑재되어 있는 장비와 연동하는 장비를 개발할 때 실제 선박에 사용하는 장비들과 연결하여 개발하여야 하는 경우가 많아서 시간적 경제적으로 어려움이 발생한다.

선박에 사용되는 고가 장비들은 장비의 특성상 실제 출력되는 데이터들을 이용하여 각종 장비들의 개발이 이루어져야 하기 때문에 선박 대여 및 운항 그리고 각종 개발에 따른 비용 및 시간이 아주 많이 소요되는 것이다.

한편, 2020년부터 IMO의 규제에 따라 전세계 모든 선박의 배기가스를 통해 배출 되는 SOx의 양이 0.5%이하로 제한이 되고, 일부 연안에서는 그 양이 0.1% 이하로 제한이 된다. 따라서 항해 중 저유황유를 사용하거나, 배기가스 세정기를 설치하거나 또는 액화 천연가스를 연료로 사용하여야 한다.

새로이 건조 되는 선박은 이 규제에 따라 다양한 Option으로 추진 및 연료 계통을 적용하여 이 규제를 만족 시킬 수 있으나 기존에 건조된 선박은 저유황유를 사용하거나 고유황유를 사용하고 배기가스 세정기를 설치하여 그 규제를 만족 시킬 수 있다. 이에 따라 어떠한 형태로든 이 규정을 만족시켜야 하는 대상 현존선이 6만 여척에 이르는 것으로 알려져 있다.

세정기의 설치 감리 및 시운전을 수행하면서 품질 불량이 발생할 경우 선박의 인도가 지연되고 인도 후에도 성능 확인을 위해 시운전을 다시 실시하며 막대한 비용을 지불함으로 막대한 시간적, 경제적 손실을 발생할 수 있다.

따라서 세정기 및 이와 관련된 장비의 신호와 동일한 신호를 출력할 수 있는 모의시험 시스템이 있다면 상기의 문제인 시간적, 경제적 손실 부분을 상당 부분 해소할 수 있게 된다.

그러나, 기존의 모의시험 시스템은 시뮬레이션하는 장비의 정상적인 신호만을 출력하는 소프트웨어 및 하드웨어는 있지만, 이상(오류)신호에 대한 신호를 출력할 수 없어, 이에 대한 처리 방법이 없었다.

특히, 현재의 모의시험 시스템의 문제점은 아래와 같다.

첫째, 디지털 입/출력 장치에는 스위치와 램프를 연결하여 검사원이 램프의 점멸 여부를 보고 검사원이 연관되는 스위치를 조작하여 피드백을 주고 의도하는 기능이 나오는지 단동검사를 실시하여야만 한다.

둘째, 아날로그 입/출력 장치에는 4-20mA 신호 제네레이터와 아날로그 인디케이터를 연결하여 암력/온도/레벨 등에 대해서 신호 제네레이터를 이용하여 측정범위의 값을 시험하고 경보 값에 대한 시험을 실시하고, 아날로그 출력은 인디케이터에 출력되는 값이 정상적인 값이 나오는지 확인하는 작업으로 시험을 대신하여야만 한다.

셋째, 감시하는 부분에 있어서의 안전도 등은 검사가 가능하고, 메뉴얼로 단동 제어 시험은 가능하나, 선박용 세정기의 완전 자동 제어부분은 스위치, 램프, 신호 제네레이터 및 인디케이터 등을 이용하여 수작업으로 조작하는 방법으로는 사전 검사가 불가능하다.

넷째, 결국 현재의 모의시험 시스템의 프로그램은 공장에서 신뢰성 검사를 정확히 하지 못하고 출하되고 있는 상황이고, 설치 현장에서 시운전 중에 실시함에 따라 예상치 못했던 간섭이나 프로그램의 오류 등이 발견되면 수정작업을 거쳐 오류를 수정하고 있다. 따라서 이러한 수정 작업후 시험을 반복하는 과정을 반복함에 따라 시운전 기간이 예상했던 기간보다 길어지고, 고객의 불신을 초래하고 있는 상황이다.

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 단동 검사뿐만 아니라 통합 자동 제어 프로그램을 완벽한 수준으로 검사할 수 있도록 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템을 제공하는 것이다.

구체적으로 본 발명의 목적은, 신호출력 모의시험 시스템은 출력되는 신호를 선박에서와 동일한 신호형태 및 신호사양으로 얻을 수 있도록 하여 실제 선박에서와 동일한 환경을 구축함으로써 시뮬레이션되는 장비와 연동하는 장비 간의 신호를 예측하고, 신호에 대한 처리를 구현할 수 있도록 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 선박용 배기가스 세정기의 입출력에 대응하도록 PLC에 세정기 공정 및 이와 연결된 선박의 관련 장비에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템에 있어서, 제어단말기와 연결되고 아날로그 모의신호와 디지털 모의신호를 저장하고 모의신호와 관련된 모든 기능을 수행하는 제어부; 모의시험 대상에 대한 모의신호를 입력하는 입력부; 상기 입력부에 입력된 모의신호를 입력받아 시뮬레이션을 발생시키는 시뮬레이터; 및 상기 모의신호에 따른 출력값을 통신하는 통신부;를 포함하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템에 의해 달성될 수 있다.

특히, 상기 시뮬레이터는, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 제어 프로그램의 설계치에 기초하여 정확한 제어 여부를 확인하고, 변화하는 각 공정의 온도, 유량, 압력, 등의 변화값을 전기적인 신호로 되돌려주어 이를 바탕으로 감시 및 경보의 셧다운 기능이 정상적으로 작동하는지 판별하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 시뮬레이터는, 상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성을 모사하여 실제 구성과 동일하게 동적인 동작에 필요한 피드백을 생성하는 피드백 생성모듈과, 상기 각 구성의 운전에 따라 배기가스 세정기 공정에서의 세정수의 압력, 온도, 탁도 및 산도에 대한 변화량을 생성하는 물리변화량 측정모듈과, 각 구성의 안전 기능을 점검하기 위한 비정상 상황 시나리오에 따른 알림신호를 발생시키는 알림신호 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

덧붙여, 상기 시뮬레이터는, 상기 배기가스 세정기의 공정에서 주어지는 지령에 따라 수동 운전 또는 자동 운전되는 상황을 모사하고, 일정 상황에 따라 변화하는 변수를 계산하며, 상기 배기가스 세정기와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 변화하는 해수 밸브의 괘도 변화에 따른 압력, 온도 및 액위의 변화 그리고 이에 따른 배출수와 공급수의 산도 및 탁도 변화를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시뮬레이터는, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 표시하는 표시모듈과, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 조절하는 것이 가능한 조작모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 시뮬레이터는, 상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성의 경보 계통 및 안전 계통을 비정상 상황에 따라 순차적인 시험이 가능하도록 시나리오를 생성하며, 상기 시나리오에 따른 비정상 상황을 모사하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 선박용 배기가스 세정기와 이와 관련된 장비에서 출력되는 정산신호 및 이상신호를 출력하는 시뮬레이션을 통하여 장비 개발시 개발되는 장비와 연동되는 장비를 구입하지 않고도 개발되는 장비를 시뮬레이션하는 것이 가능하므로 개발기간 단축 및 비용의 절감으로 보다 효과적인 장비개발이 가능한 효과가 있다.

둘째, 선박용 배기가스 세정기의 공정 및 관련 선박 기기의 프로세스를 소프트웨어적으로 구성하고 이것과 연결된 입출력 장치를 구성함으로써 검사 신뢰성을 향상시키고 현장에서 설치 후 시운전 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 선박용 배기가스 세정기의 입출력에 대응하도록 PLC에 세정기 공정 및 이와 연관된 산박의 관련 장비에 대한 시뮬레이션 모델을 구축함으로써 각 장비의 프로그램 기능상의 오류 및 시스템상의 파라미터 설정의 오류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 다이어그램이고,
도2 내지 도16은 본 발명의 시뮬레이터의 작동 원리를 각 실시예에 따라 나타낸 플로우챠트이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 다이어그램이다.

본 발명의 실시예에 따른 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템은, 선박용 배기가스 세정기의 입출력에 대응하도록 PLC에 세정기 공정 및 이와 연결된 선박의 관련 장비에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하는 것으로, 크게 제어부와 입력부 및 시뮬레이터 그리고 통신부를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 제어부는 제어단말기와 연결되고 아날로그 모의신호와 디지털 모의신호를 데이터베이스에 저장하고 모의신호와 관련된 모든 기능을 수행한다.

상기 제어부의 데이터베이스에 저장되어 있는 모의신호는 각각의 해당 장비에서 출력된 신호를 가공하여 정상신호와 이상신호 및 경고신호 형식으로 저장되며, 상기 제어단말기는 CPU보드와 연결하여 본 발명의 시뮬레이터와 외부데이터를 연결하여 제공할 수 있다.

상기 입력부는 모의시험 대상에 대한 모의신호를 입력하는 것으로, 각종 신호와 상태 도달 등의 디지털적인 항목은 버튼으로 조작될 수 있으며, 온도나 압력처럼 아날로그적 항목은 조그다이얼 타입으로 조작될 수 있다.

상기 통신부는 모의신호에 따른 출력값을 통신하고, 그 외에 시스템 내에 전기적으로 연결된 모든 구성과 통신 가능할 수 있다.

다음으로, 상기 시뮬레이터는 상기 입력부에 입력된 모의신호를 입력받아 시뮬레이션을 발생시키는 것으로, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비(선박 주 엔진, 발전기 엔진, 보일러 등)의 부하 변동에 따라 제어 프로그램의 설계치에 기초하여 정확한 제어 여부를 확인하고, 변화하는 각 공정의 온도, 유량, 압력, 등의 변화값을 전기적인 신호로 되돌려주어 이를 바탕으로 감시 및 경보의 셧다운 기능이 정상적으로 작동하는지 판별할 수 있다.

그리고, 상기 시뮬레이터는, 상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성을 모사하여 실제 구성과 동일하게 동적인 동작에 필요한 피드백을 생성하는 피드백 생성모듈과, 상기 각 구성의 운전에 따라 배기가스 세정기 공정에서의 세정수의 압력, 온도, 탁도 및 산도에 대한 변화량을 생성하는 물리변화량 측정모듈과, 각 구성의 안전 기능을 점검하기 위한 비정상 상황 시나리오에 따른 알림신호를 발생시키는 알림신호 발생모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 피드백 생성모듈에서 피드백은 밸브 디시크 또는 댐퍼의 열림각, 펌프의 운전 여부, 토출 압력 등이 될 수 있다.

덧붙여, 상기 시뮬레이터는, 상기 배기가스 세정기의 공정에서 주어지는 지령에 따라 수동 운전 또는 자동 운전되는 상황을 모사하고, 일정 상황에 따라 변화하는 변수를 계산하며, 상기 배기가스 세정기와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 변화하는 해수 밸브의 괘도 변화에 따른 압력, 온도 및 액위의 변화 그리고 이에 따른 배출수와 공급수의 산도 및 탁도 변화를 계산할 수 있다.

또한, 상기 시뮬레이터는, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 표시하는 표시모듈과, 상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 조절하는 것이 가능한 조작모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 표시모듈의 표시상태는 색상으로 표시되고 경고상태는 적색, 이상상태는 황색, 정상상태는 녹색으로 표시될 수 있으며, 이외 필요한 것은 디지털 수치로 표시될 수 있다.

나아가, 상기 시뮬레이터는, 상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성의 경보 계통 및 안전 계통을 비정상 상황에 따라 순차적인 시험이 가능하도록 시나리오를 생성하며, 상기 시나리오에 따른 비정상 상황을 모사하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 세정수 배출 밸브의 비정상 작동, 세정수 비정상 공급 중단, 세정수 공급 펌프의 비정상 중단, 배기가스 바이패스 댐퍼 및 차폐공기 팬 비정상 상황 발생 등의 비정상 상황을 모사할 수 있다.

아울러, 상기 시뮬레이터는 자동 제어 프로그램의 시퀀스에 따른 공정에서 각 장비의 정상적인 피드백 신호 생성, 시퀀스에 따라 각 시퀀스별로 비정상적인 피드백 신호를 생성하여 의도했던 자동제어 기능 및 안정장치 동작을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명은 CPU와 입출력 장치를 포함한 PLC 모듈로 하드웨어의 설계 및 제적이 가능하며, 약 300여 포인트의 디지털/아날로그 입출력 장치와 이를 구동하기 위한 PLC 전원공급장치, 그리고 검사원과의 HMI를 위한 디스플레이장치로 구성할 수 있다. 또한, 통신으로 연결되는 부속 장비(가스 분석기, 세정수 분석기, CPS 등)의 기능을 모사하는 모듈을 컴퓨터에 구현할 수 있다.

도2 내지 도16은 본 발명의 시뮬레이터의 작동 원리를 각 실시예에 따라 나타낸 플로우챠트로서, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하는데에 참조할 수 있다.

여기서, 도2는 OPEN MODE START 플로우챠트이고, 도3은 CLOSE MODE START 플로우챠트이고, 도4는 OPEN TO COLSE MODE CHANGE 플로우챠트이고, 도5는 CLOSE TO OPEN MODE CHANGE 플로우챠트이고, 도6은 SCRUBBER SYSTEM RUN 플로우챠트이고, 도7은 OPEN MODE STOP 플로우챠트이고, 도8은 CLOSE MODE ZERO DISCHARGE MODE STOP 플로우챠트이고, 도9는 CLOSE MODE STOP 플로우챠트이고, 도10은 EMERGENCY SHUT DOWN 플로우챠트이고, 도11은 ALKALI SUPPLY SYSTEM 플로우챠트이고, 도12 내지 도15는 WATER TREATMENT UNIT OPERATION 플로우챠트이고, 도16은 PROCESS TANK LEVEL CONTROL 플로우챠트이다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

선박용 배기가스 세정기의 입출력에 대응하도록 PLC에 세정기 공정 및 이와 연결된 선박의 관련 장비에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템에 있어서,
제어단말기와 연결되고 아날로그 모의신호와 디지털 모의신호를 저장하고 모의신호와 관련된 모든 기능을 수행하는 제어부;
모의시험 대상에 대한 모의신호를 입력하는 입력부;
상기 입력부에 입력된 모의신호를 입력받아 시뮬레이션을 발생시키는 시뮬레이터; 및
상기 모의신호에 따른 출력값을 통신하는 통신부;를 포함하며,
상기 시뮬레이터는,
상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 제어 프로그램의 설계치에 기초하여 정확한 제어 여부를 확인하고, 변화하는 각 공정의 온도, 유량, 압력, 등의 변화값을 전기적인 신호로 되돌려주어 이를 바탕으로 감시 및 경보의 셧다운 기능이 정상적으로 작동하는지 판별하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시뮬레이터는,
상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성을 모사하여 실제 구성과 동일하게 동적인 동작에 필요한 피드백을 생성하는 피드백 생성모듈과,
상기 각 구성의 운전에 따라 배기가스 세정기 공정에서의 세정수의 압력, 온도, 탁도 및 산도에 대한 변화량을 생성하는 물리변화량 측정모듈과,
각 구성의 안전 기능을 점검하기 위한 비정상 상황 시나리오에 따른 알림신호를 발생시키는 알림신호 발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템.
제2항에 있어서,
상기 시뮬레이터는,
상기 배기가스 세정기의 공정에서 주어지는 지령에 따라 수동 운전 또는 자동 운전되는 상황을 모사하고, 일정 상황에 따라 변화하는 변수를 계산하며,
상기 배기가스 세정기와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 부하 변동에 따라 변화하는 해수 밸브의 괘도 변화에 따른 압력, 온도 및 액위의 변화 그리고 이에 따른 배출수와 공급수의 산도 및 탁도 변화를 계산하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템.
제2항에 있어서,
상기 시뮬레이터는,
상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 표시하는 표시모듈과,
상기 배기가스 세정기 및 이와 물리적으로 연결되는 관련 장비의 정상상태, 이상상태 및 경고상태를 조절하는 것이 가능한 조작모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템.
제4항에 있어서,
상기 시뮬레이터는,
상기 제어부의 모의신호에 따라 동작하는 각 구성의 경보 계통 및 안전 계통을 비정상 상황에 따라 순차적인 시험이 가능하도록 시나리오를 생성하며, 상기 시나리오에 따른 비정상 상황을 모사하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 세정기의 모의시험 시스템.