KR20230072683A - 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
산업용 스마트 센서장치는 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서와, 제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 상기 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정하는 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 산업용 센서장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템에 관한 것이다.
제품의 생산성과 품질을 높이기 위해서는 제품의 생산 및 제작시에 발생하는 불필요한 낭비요소, 예를 들면, 생산품목의 다변화로 인한 낭비요소, 작업자 개인별 능력 차이로 인한 낭비요소, 기계설비별 성능 차이로 인한 낭비요소, 작업방법 차이로 인한 낭비요소, 원자재/부자재의 공급 차질로 인한 낭비요소 등을 찾아서 이를 제거하고, 이를 바탕으로 작업공정을 개선시키는 것이 매우 중요하다.
그러나 종래의 기술은, 기업 내의 각종 프로세스들을 전산화하고 제품의 생산을 자동화할 뿐, 제품의 생산 및 제작시에 발생하는 각종 낭비요소를 찾을 수도 없고, 이를 제거할 수도 없다는 문제점이 있다.
결국, 각종 낭비 요소를 제거할 수 없으므로, 제품의 생산성과 품질을 향상시키기에 한계가 있다는 문제점이 있다.
상기의 한계점은, 생산환경 변화, 즉, 설비능력, 작업자능력 등을 지속적으로 관리할 때 생산성이 향상되는 것을 알 수 있다.
스마트 팩토리란, 제품 생산의 전 과정이 무선 통신으로 연결되어 자동으로 이루어지는 공장을 의미할 수 있다.
안전, 설계, 개발, 제조 및 유통, 물류 등 생산공정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시킨다.
또한, 공장 내에 설비와 기계에 사물인터넷(IoT)이 설치되어 공정 데이터가 실시간으로 수집되고 데이터에 기반한 의사결정이 이루어짐으로써 생산성을 극대화할 수 있다.
스마트 팩토리는 4차 산업혁명 제조업 핵심 기술로 꼽힌다. 이전의 제조업은 PLC를 이용한 자동화 생산이 핵심이라면, 스마트 팩토리는 기존의 생산 기술에 ICT기술을 융합한 인공 지능화된 공정이 핵심이다.
최근 들어, 스마트 팩토리에 대해서 관심이 집중되면서 전세계 연구기관, 기업에서는 스마트 팩토리에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
특히, 4G/5G+WAN to Wi-Fi(802.11AX) CPE 기반 스마트공장 시스템을 구축하기 위해서는, 공장 내의 환경을 감지하기 위한 다양한 센서들이 배치되어야 하며, 효율적으로 관리되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 센서의 수명을 판단하여 관리효율을 향상시킬 수 있는 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서와, 제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 상기 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정하는 보정부를 포함하는 산업용 스마트 센서장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 보정부에서 출력되는 최종 감지전압값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 수명을 판단하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서와, 복수의 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 최소값들의 차이값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정하는 보정부와, 상기 보정부에서 출력되는 최종 감지전압값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 수명을 판단하는 판단부를 포함하는 산업용 스마트 센서장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 보정부는, 제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 상기 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 보정값으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 산업용 스마트 센서장치와, 산업용 스마트 센서장치의 감지값을 수신하여 관리하는 모니터링부를 포함하는 모니터링 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템은, ICT 미적용의 공장을 설비데이터 자동집계, 공장 운영의 실시간 의사결정 등의 수준으로 구축할 수 있으며, 무선 센서 장치의 단일 제품군을 확대 검토하여 스마트공장 이외의 다른 산업 영역인 가정용, 휴대용 등으로 변경 적용할 수 있다.
또한, 중소제조공장에서 작업자의 작업환경과 제조설비의 유지보수 관리를 위해 산업용 스마트 센서장치가 배치되는데, 제안된 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템은 이러한 센서장치의 수명을 파악할 수 있어 관리 편의성 및 효율성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템(1)의 구성도
도 2는 도 1의 모니터링 시스템(2)의 산업용 스마트 센서장치(100)의 예시도
도 3은 도 2의 산업용 스마트 센서장치(100)에서 감지 데이터가 처리되는 예시도
도 4는 접촉연소식 가스센서의 동작방식을 나타낸 도면
도 5는 산업용 스마트 센서장치(100)의 보정값을 산출하는 과정을 나타낸 도면
도 6은 산업용 스마트 센서장치(100)의 수명을 판단하는 과정을 나타낸 도면
도 2는 도 1의 모니터링 시스템(2)의 산업용 스마트 센서장치(100)의 예시도
도 3은 도 2의 산업용 스마트 센서장치(100)에서 감지 데이터가 처리되는 예시도
도 4는 접촉연소식 가스센서의 동작방식을 나타낸 도면
도 5는 산업용 스마트 센서장치(100)의 보정값을 산출하는 과정을 나타낸 도면
도 6은 산업용 스마트 센서장치(100)의 수명을 판단하는 과정을 나타낸 도면
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템(1)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 모니터링 시스템(1)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 모니터링 시스템(1)은 복수 개의 산업용 스마트 센서장치(100) 및 모니터링부(200)를 구비한다.
산업용 스마트 센서장치(100)는 산업현장에 설치되어 산업현장의 환경을 감지하는 센서를 포함한다.
즉, 산업용 스마트 센서장치(100)의 센서부는, 일산화탄소 감지, 휘발성 유기화합물(VOC)감지, 발화성 가스감지, 광전식 화재감지, 온/습도 측정, 자이로센서 기반 지진 감지를 할 수 있는 적어도 하나의 센서를 구비한다.
모니터링부(200)는 복수의 산업용 스마트 센서장치(100)의 센싱 데이터를 무선으로 수신한 후, 관리자에게 알려주거나 데이터베이스화하여 관리하는 역할을 수행한다.
도 2는 도 1의 모니터링 시스템(2)의 산업용 스마트 센서장치(100)의 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산업용 스마트 센서장치(100)는, 전원 노이즈 처리부, AC/DC 컨버터, 제어부, 실시간 운영체제, 센서부, 스피커, 제어버튼, 메모리 및 무선통신부를 포함하여 구성된다.
전원 노이즈 처리부는 AC(교류) 전원에서 발생되는 노이즈를 1차적으로 개선하는 회로를 포함한다. 또한, AC/DC 컨버터는 전원 노이즈 처리부에서 출력되는 교류전압을 직류전압(DC)으로 변환하는 회로를 구비한다.
제어부는 마이크로 컨트롤러를 구비하여 각 구성의 동작을 제어한다.
센서부는 일산화탄소 감지, 휘발성 유기화합물(VOC)감지, 발화성 가스감지, 광전식 화재감지, 온/습도 측정, 자이로센서 기반 지진 감지를 할 수 있는 적어도 하나 이상의 센서를 구비한다.
스피커는 센서부에서 감지된 정보를 알려주는 역할을 진행하고, 제어버튼은 와이파이연결, 정기점검, 화재경보 정지 기능 등을 수행한다.
메모리는 측정된 센서부의 데이터를 일정시간 저장하고, 스피커로 출력되는 경보음을 저장한다.
무선통신부는 802.11b,g,n 규격의 Wi-Fi PHY 구동부를 포함한다.
실시간 운영체제는 센서부, 스피커, 제어버튼, 메모리, 무선통신부의 동작을 제어하여 각 기능에 대한 실시간 처리를 지원한다.
도 3은 도 2의 산업용 스마트 센서장치(100)에서 감지 데이터가 운영체제를 통해 처리되는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 수집된 데이터는 모니터링 웹 애플리케이션과 연동하여 센서 데이터를 웹으로 표현한다.
센서 데이터는 디바이스 id, 센서, 센서값, 측정시간 등을 XML 또는 JSON 형태로 데이터를 변환하여 NOSQL기반 Database에 수집된다. 센서 디바이스에서 수신받은 데이터는 센서 RAW 데이터를 TCP 소켓 통신 또는 REST API를 적용한 HTTP 방식으로 수신 받는다.
도 4는 접촉연소식 가스센서의 동작방식을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 산업용 스마트 센서장치(100)에 접촉연소식 가스센서가 구비될 경우, 접촉연소식 가스센서의 동작방식 특성상, 열화로 인한 수명의 한계가 존재한다.
즉, 접촉연소식 가스센서는 백금코일에 촉매가 코팅되어 있는 형태로서 촉매로는 백금, 팔라듐 또는 혼합물을 사용하며, 센서표면은 대상가스의 흡착효율을 증가하기 위해 표면적을 최대한 크게하여 기공이 많은 가공질의 형상을 가진다. 센서에 정격전압이 인가되면 표면이 온도는 섭씨 200 ~ 400도를 유지하게 되어 일정저항을 유지하고, 표면에 흡착된 가스가 연소할 때 연소열에 의해 저항이 증가하여 저항의 증가에 따른 출력전압이 변환한다.
출력전압은 직선구간과 포화구간이 존재하며, 영점은 센서별로 다를 수 있다. 이러한 접촉연소식 가스센서는 유해가스를 함유하고 있는 산업현장으로부터 일반 가정집에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있으며, 유독가스 및 가연성 가스를 사전에 탐지하여 경보를 발생함으로써 사용자의 생명과 재산을 보호하는데 있어 없어서는 안 될 중요한 안전장치이다.
도 5는 산업용 스마트 센서장치(100)의 보정값을 산출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서가 구비되는 산업용 스마트 센서장치(100)에서 보정부가 보정값을 산출하는 과정이 도시되어 있다.
즉, 보정부는 제1 구간동안(P1)의 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값(MIN1)과, 제1 구간(P1) 이후의 제2 구간(P2)동안의 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값(MIN2)의 차이값(△V)을 보정값으로 사용한다.
이때, 제1 구간동안(P1)의 최소값(MIN1)에 비해 제2 구간동안(P2)의 최소값(MIN2)이 증가했을 경우에만, 최소값의 차이(MIN2-MIN1 = △V)를 보정값으로 사용한다.
즉, 제3 구간동안(P3)의 최소값(MIN3)은 제2 구간동안(P2)의 최소값(MIN2)보다 감소했으므로 이와 같은 경우는 보정값으로 사용하지 않는다.
또한, 보정값이 산출된 이후에는 보정값(△V)은 시간에 따라 증가하며 감소하지 않는다. 즉, 센서의 열화에 의해 가스가 감지되지 않은 상태에서도 센서에서 출력되는 출력전압이 열화상태에 비례하여 증가한다. 따라서 산출된 보정값을 임계값(경보값)에 반영하여 임계값도 상승시킴으로써, 열화로 인한 오동작을 방지할 수 있다. 즉 보정값을 반영하지 않을 경우 센서에서 출력되는 출력전압이 열화에 의해 지속적으로 상승하여 임계값에 도달할 경우, 가스가 없는 상태에서도 경보가 출력되는 오류가 발생한다.
이와 같이, 보정부는 제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 토대로 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정할 수 있다.
즉, 보정부는 복수의 구간동안의 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 최소값들의 차이값을 토대로 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정함으로써 오동작을 방지할 수 있다.
도 6은 산업용 스마트 센서장치(100)의 수명을 판단하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 산업용 스마트 센서장치(100)의 판단부는 보정부에서 출력되는 최종 감지전압값을 토대로 접촉연소식 가스센서의 수명을 판단할 수 있다.
경보여부를 판단하는 임계값(경보값)이 보정값에 의해 지속적으로 상승하더라도 공급되는 전원전압(VDD)을 초과할 수는 없으므로, 판단부는 임계값(경보값)이 전원전압(VDD)에 도달할 경우, 센서의 수명이 종료되었다고 판단한다.
한편, 산업용 스마트 센서장치(100)가 평면도상 사각형 형태의 작업장에 대각선 방향으로 복수 개 설치되어 있고, 산업용 스마트 센서장치(100)에는 일산화탄소 센서와 인체감지센서가 각각 구비되어 있다고 가정한다.
이와 같이, 제1 산업용 스마트 센서장치와 제2 산업용 스마트 센서장치는 서로 마주보고 미리 설정된 영역을 중복해서 감지하는 동작을 진행하며,
제1 산업용 스마트 센서장치의 감지 데이터는 제2 산업용 스마트 센서장치를 제어하는 데이터 처리부에 자동으로 전달되고, 제2 산업용 스마트 센서장치의 감지 데이터는 제1 산업용 스마트 센서장치를 제어하는 데이터 처리부에 자동으로 전달된다.
따라서 어느 하나의 인체감지센서에서 인체를 감지할 경우, 다른 인체감지센서에서 자동으로 해당 인체를 다시 감지하는 동작이 진행된다.
특히, 제1 산업용 스마트 센서장치의 인체 감지센서와 제2 산업용 스마트 센서장치의 인체 감지센서는 도플러 효과를 이용하여 내부 움직임을 감지하도록 구성될 수 있다.
즉, 제안된 시스템의 모니터링부는 제1 산업용 스마트 센서장치의 인체감지센서와 제2 산업용 스마트 센서장치의 인체감지센서의 두 개의 센서의 정보를 모두 취합하여 동시에 움직임이 감지되었을 경우에만 내부에 사람이 위치하고 있다고 판별한다.
즉, 움직임 감지센서는 도플러 효과를 이용하여 움직임을 감지하도록 구성된다. 10.525GHz의 초고주파 신호를 이용하여 온도, 습도, 먼지 등 외부 환경에 상관없이 목표물의 미세한 움직임을 정확하고 신뢰성 있게 감지한다. 또한, 움직임 감지센서는 주파수 또는 출력전원을 조절하여 감지거리를 조절할 수 있도록 구성된다. 제1 산업용 스마트 센서장치의 인체감지센서와 제2 산업용 스마트 센서장치의 인체감지센서는 서로 다른 주파수를 사용하도록 설정되는 것이 바람직하다.
본원발명의 인체감지센서는 도플러 효과를 이용하여 움직임을 감지하도록 구성될 수 있는데, 10.525GHz의 초고주파 신호를 이용하여 온도, 습도, 먼지 등 외부 환경에 상관없이 목표물의 미세한 움직임을 정확하고 신뢰성 있게 감지한다. 또한, 인체 감지센서는 주파수 또는 출력전원을 조절하여 감지거리를 조절할 수 있도록 구성된다.
참고적으로 산업용 스마트 센서장치의 일산화탄소 센서가 작업장에 설치될 경우,
산업용 스마트 센서장치에는 지향성 마이크가 더 구비되고, 작업장의 장치(일산화탄소 유발장치)가 가동되는 소음이 감지될 때만 소정의 시간동안만 산업용 스마트 센서장치가 동작하도록 제어될 수 있다.
또한, 제1 경보 기준값 및 제2 경보 기준값은 모니터링부로부터 제공된 기상정보 중 기압정보를 바탕으로 자동조절될 수 있다. 즉, 주변환경이 저기압인 상태에서는 일산화탄소에 대한 제1 경보 기준값 및 제2 경보 기준값(제1 경보 기준값보다 큰값임)은 자동 상향될 수 있을 것이다. 즉, 저기압 수치에 비례하여 제1 경보 기준값 및 제2 경보 기준값은 자동 상향될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템은, ICT 미적용의 공장을 설비데이터 자동집계, 공장 운영의 실시간 의사결정 등의 수준으로 구축할 수 있으며, 무선 센서 장치의 단일 제품군을 확대 검토하여 스마트공장 이외의 다른 산업 영역인 가정용, 휴대용 등으로 변경 적용할 수 있다.
중소제조공장에서 작업자의 작업환경과 제조설비의 유지보수 관리를 위해 산업용 스마트 센서장치가 배치되는데, 제안된 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템은 이러한 센서장치의 수명을 파악할 수 있어 관리 편의성 및 효율성이 향상된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 산업용 스마트 센서장치
200 : 모니터링부
200 : 모니터링부
Claims (5)
- 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서; 및
제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 상기 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정하는 보정부;
를 포함하는 산업용 스마트 센서장치.
- 제1항에 있어서,
상기 보정부에서 출력되는 최종 감지전압값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 수명을 판단하는 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 스마트 센서장치.
- 가연성 가스를 감지하는 접촉연소식 가스센서;
복수의 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 최소값들의 차이값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값을 보정하는 보정부; 및
상기 보정부에서 출력되는 최종 감지전압값을 토대로 상기 접촉연소식 가스센서의 수명을 판단하는 판단부;
를 포함하는 산업용 스마트 센서장치
- 제3항에 있어서,
상기 보정부는,
제1 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제1 최소값과, 상기 제1 구간 이후의 제2 구간동안의 상기 접촉연소식 가스센서의 감지전압값의 제2 최소값의 차이값을 보정값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 산업용 스마트 센서장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 산업용 스마트 센서장치; 및
상기 산업용 스마트 센서장치의 감지값을 수신하여 관리하는 모니터링부;
를 포함하는 모니터링 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210159179A KR102656893B1 (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210159179A KR102656893B1 (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 산업용 스마트 센서장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2018091662A (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-14 | トヨタ自動車株式会社 | ガス検出装置 |
| KR102016894B1 (ko) * | 2019-07-28 | 2019-09-02 | 정정근 | 센서 검교정 시스템 |
| KR102199321B1 (ko) | 2018-10-19 | 2021-01-07 | 삼육대학교산학협력단 | 중소기업의 스마트 팩토리 전환을 위한 위험 감지용 스마트 센싱 및 모니터링 시스템, 그리고 그 방법 |
| KR20210080141A (ko) * | 2019-12-19 | 2021-06-30 | (주)센코 | 스마트 센서 및 이를 포함하는 가스 감지기 |
| KR20210129906A (ko) * | 2020-04-21 | 2021-10-29 | 주식회사 원익피앤이 | 가스 감지기 및 가스 감지기 교정 방법 |
-
2021
- 2021-11-18 KR KR1020210159179A patent/KR102656893B1/ko active IP Right Grant
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