KR20230096531A - IoT센서를 적용한 펌프 모니터링 및 자동제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 실시간으로 펌프의 센서데이터를 수집하여 모니터링하는 펌프 모니터링 시스템에 있어서, 복수의 IoT 센서가 측정한 센서데이터를 수집하여 저장하는 센서정보저장회로; 상기 복수의 IoT 센서의 위치데이터를 저장하는 위치정보저장회로; 상기 펌프의 3D모델링데이터를 저장하는 3D모델링정보저장회로; 상기 3D모델링데이터, 상기 위치데이터 및 상기 센서데이터를 결합하여 데이터맵을 생성하는 데이터맵생성회로; 및 상기 데이터맵에 기초하여 상기 펌프의 동작을 제어하는 자동제어회로를 포함하는, 펌프 모니터링 시스템에 관한 것이다.
Description
본 실시예는 펌프의 실시간 동작을 원격으로 모니터링하는 자동제어 시스템에 관한 것으로서, 펌프에 배치된 사물인터넷 센서를 통해 실시간으로 장비의 데이터를 획득하여 자동으로 제어할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
종래에 산업용 장비-예를 들어, 펌프, 모터 등-의 고장이 발생하는 경우, 전문가가 현장에 방문하여 고장 원인을 진단하게 되므로 산업용 장비의 고장 원인을 실시간으로 관리할 수 없고, 즉각적인 대응이 불가능하게 되므로 장비의 노후화를 촉진시키고 하자보수를 적절한 시간에 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.
산업용 장비에 사용되는 사물인터넷 센서는 KR 10-2020-0069487 A와 같이 산업 공정에서 필요한 데이터가 한정적이므로 사용되는 센서도 그 공정의 특성에 따라 제한되게 된다. 특히, KR 10-2020-0069487 A에서는 가스감지센서를 사용하였지만, 다른 종류의 센서를 변경하는 것이 불가능하다.
또한, 산업용 장비에 부착되는 센서의 크기는 소형화되어 산업용 장비의 동작에 최소한으로 영향을 미칠 필요가 있다. 예를 들어, 센서의 크기에 따라 산업용 장비의 질량중심이 변경되거나 공진주파수가 변경되어 산업용 장비의 수명 및 측정데이터의 신뢰도에 영향을 미칠 수 있어 주의가 필요하다.
또한, 산업용 장비에 사용되는 사물인터넷 센서는 산업용 장비의 표면에 부착되는 것이 일반적이므로 외부환경의 특성에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 온도나 습도가 높은 환경 또는 우천과 같은 대기환경의 영향에 따라 센서 내부로 수분이 유입될 수 있고, 그 결과 센서의 내구성이 감소하거나 측정되는 데이터의 정확도가 감소할 수 있다.
또한, 사물인터넷 센서는 다양한 종류의 전자부품이 포함되므로 주기적인 점검 및 부품 교체가 예정되어 있다. 이러한 관점에서 사물인터넷 센서는 유지보수에 용이한 구조를 가질 필요가 있다.
또한, 사물인터넷 센서를 펌프, 모터 등에 부착한 경우에는 산업용 장비의 동작 특성을 반영하여 자동으로 동작을 제어할 필요성이 있다. 산업용 장비의 표면에 부착되는 사물인터넷 센서의 특성상 부착위치를 정확하게 파악하여, 각 위치별 데이터를 정교하게 획득할 필요가 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 산업용 장비에 설치된 무선센서에 의해 사물인터넷(IOT: Internet of Things)을 구현하고, 센싱데이터를 실시간으로 관리하는 모니터링 시스템을 통해 산업용 장비의 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 스마트폰의 화면에서 증강현실(AR: Augmented Reality) 또는 혼합현실(MR: Mixed Reality)을 구현하여 보다 신속하게 산업용 장비의 고장 문제를 해결하고, 산업용 장비에 관한 정보를 3차원 모델링을 통해 사용자에게 표시할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 산업 공정의 종류 및 산업 공정에 필요한 장비의 종류에 맞추어 다양한 종류의 센서를 선택적으로 탈부착할 수 있는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 산업용 장비에 미치는 내부 및 외부의 영향을 최소화하고, 센서의 크기를 최소화할 수 있는 구조체 및 이를 포함하는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 산업용 장비의 부품교체 또는 수리 과정에서 센서의 오작동을 방지하고, 센서의 내구성을 향상시킬 수 있는 센서의 구조체 및 이를 포함하는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 펌프 등과 같이 특수한 유형의 산업용 장비에 특화되어 보다 정확한 데이터 획득 및 송수신이 가능한 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 펌프 등 산업용 장비의 형상에 관한 3D 모델링 데이터를 활용하여 사물인터넷 센서의 위치정보를 반영하여 데이터맵을 생성하고, 산업용 장비를 자동제어할 수 있는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 실시간으로 펌프의 센서데이터를 수집하여 모니터링하는 펌프 모니터링 시스템에 있어서, 복수의 IoT 센서가 측정한 센서데이터를 수집하여 저장하는 센서정보저장회로; 상기 복수의 IoT 센서의 위치데이터를 저장하는 위치정보저장회로; 상기 펌프의 3D모델링데이터를 저장하는 3D모델링정보저장회로; 상기 3D모델링데이터, 상기 위치데이터 및 상기 센서데이터를 결합하여 데이터맵을 생성하는 데이터맵생성회로; 및 상기 데이터맵에 기초하여 상기 펌프의 동작을 제어하는 자동제어회로를 포함하는, 펌프 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 온도정보저장회로는 상기 센서데이터를 WiFi 무선통신 또는 블루투스 무선통신 방법으로 수신할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 온도정보저장회로는 탈착 가능한 케이블과 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 센서데이터를 유선통신 방법으로 수신할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 온도정보저장회로, 상기 위치정보저장회로, 상기 3D모델링정보저장회로, 상기 데이터맵생성회로, 및 상기 자동제어회로 중 하나 이상의 동작을 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 위치데이터는 상기 IoT 센서의 3차원 공간상 좌표정보를 포함할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 3D모델링데이터는 상기 펌프의 각 구성요소의 3차원 모델링데이터를 결합하여 생성될 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 데이터맵은 상기 펌프에 부착된 상기 IoT 센서의 위치데이터와 상기 3D모델링데이터를 매칭하고, 상기 IoT 센서의 위치별로 상기 센서데이터를 개별적으로 표시할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 자동제어회로는 기 설정된 시간이 경과한 경우 상기 펌프의 전원을 오프(OFF) 상태로 변경할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 자동제어회로는 상기 센서데이터가 기 설정된 동작조건에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 동작조건을 만족하지 않는 경우에는 상기 펌프의 출력을 감소시킬 수 있다.
펌프 모니터링 시스템에서 상기 자동제어회로는 상기 데이터맵상에서 기준점으로부터의 거리를 기준으로 상기 IoT 센서의 상기 센서데이터를 정렬하고, 기 설정된 우선순위에 따라 상기 펌프의 동작을 제어할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제2 실시예는, 산업용 장비의 표면에 부착되어 데이터를 획득하는 사물인터넷 센서에 있어서, 제1 기판; 상기 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터; 상기 제1 커넥터와 일 단부가 연결되고, 플렉서블한 도선으로 형성된 케이블; 상기 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터; 및 상기 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈을 포함하는, 사물인터넷 센서를 제공할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 기판 및 상기 제1 커넥터를 보호하는 측정부 케이스를 더 포함하고, 상기 측정부 케이스는 상기 제1 기판을 지지하는 수직구조체를 포함하는 본체부; 및 상기 본체부와 분리가능 하도록 결합된 커버를 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 본체부에 형성된 홈 및 상기 커버에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응되고, 상기 본체부 및 상기 커버 사이에는 실리콘 타입의 패킹 고무가 삽입되어 밀폐될 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 기판에 배치되어 진동데이터를 획득하는 진동센서를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 커넥터가 배치되지 않은 상기 제1 기판의 다른 표면에 부착되어 있는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 솔더링 방식으로 부착된 금속라인과 연결되어 있을 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 탈착 가능한 형태로 결합된 금속라인과 연결되어 있을 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 본체부는 자성을 가지는 마그네틱 구조체를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 케이블은 탈착 가능한 복수의 서브케이블을 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제2 기판 및 상기 제2 커넥터를 보호하는 통신부 케이스를 더 포함하고, 상기 통신부 케이스는 상기 제2 기판과 다른 평면상에 위치하는 제3 기판; 및 상기 제3 기판과 분리가능 하도록 결합된 커버를 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제3 기판의 일 표면에 배치되고, 상기 제2 기판상에 배치된 상기 통신모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및 상기 제3 기판의 다른 표면에 부착된 마그네틱 구조체를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 복수의 케이블 및 탈착 가능한 케이블을 포함하여 산업용 장비의 종류 및 측정하는 데이터의 종류에 따라 최적화된 사물인터넷 센서 및 이를 포함하는 데이터 측정 시스템을 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서 측정부의 밀폐력을 향상시킬 수 있는 패킹 고무를 포함하여 측정부의 방수 기능 및 방진 기능을 향상시킬 수 있고, 외부 환경의 영향-예를 들어, 수분 유입 또는 분진 유입 등-을 최소화할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서 내부의 구조를 적절하게 배치하여 각 구성의 전기적 간섭을 최소화함과 동시에 센서의 크기를 소형화할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서의 점검 및 부품 교체를 반복적으로 수행하더라도 내구성이 감소되지 않고, 재결합이 용이한 센서를 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서의 마그네틱 구조체의 위치를 외부에서 내부로 변경하고, 다른 부품들과의 결합관계를 최적 설계하여, 외부의 충격 및 파손에 견딜 수 있는 센서를 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 실제 장비에 대응하는 가상의 3차원 디자인 및 세부 구성요소의 정보를 모바일 디바이스에 표시할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제품에 부착된 무선센서로부터 실시간으로 데이터를 송수신할 수 있고, 장비의 이상 유무를 판단하여 사용자에게 알람을 전송할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 펌프의 3차원 시뮬레이션 데이터에 IoT 센서의 위치정보를 반영하여 위치별 온도변화를 데이터맵의 형태로 구현할 수 있어, 보다 직관적이고 정확한 펌프 모니터링 시스템을 구현할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 펌프의 온도변화, 모터의 진동 변화 등을 실시간으로 모니터링하고, 기 설정된 알고리즘에 따라 펌프 또는 모터의 동작을 자동으로 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 산업용 장비, 모바일 디바이스, 서버 사이의 데이터 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업용 장비, 모바일 디바이스, 서버의 구성요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 서버의 관리자가 관리하는 데이터의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제1 예시 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제2 예시 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제3 예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제4 예시 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 증강현실 구현 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제5 예시 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제6 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 서버의 데이터 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13는 일 실시예에 따른 서버의 알람신호 전달 방법을 설명하는 순서도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제7 예시 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제8 예시 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제9 예시 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제10 예시 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제11 예시 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제12 예시 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제13 예시 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제14 예시 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 사물인터넷 무선센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 27은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 일 실시예에 따른 펌프의 온도/진동 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 일 실시예에 따른 펌프의 모터 회전속도 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 일 실시예에 따른 온도/진동 데이터 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 31은 일 실시예에 따른 펌프 자동제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 32는 일 실시예에 따른 3차원 데이터맵 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 33은 일 실시예에 따른 펌프 모니터링 시스템의 동작모드를 예시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업용 장비, 모바일 디바이스, 서버의 구성요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 서버의 관리자가 관리하는 데이터의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제1 예시 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제2 예시 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제3 예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제4 예시 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 증강현실 구현 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제5 예시 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제6 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 서버의 데이터 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13는 일 실시예에 따른 서버의 알람신호 전달 방법을 설명하는 순서도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제7 예시 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제8 예시 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제9 예시 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제10 예시 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제11 예시 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제12 예시 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제13 예시 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제14 예시 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 사물인터넷 무선센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 27은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 일 실시예에 따른 펌프의 온도/진동 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 일 실시예에 따른 펌프의 모터 회전속도 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 일 실시예에 따른 온도/진동 데이터 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 31은 일 실시예에 따른 펌프 자동제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 32는 일 실시예에 따른 3차원 데이터맵 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 33은 일 실시예에 따른 펌프 모니터링 시스템의 동작모드를 예시하는 도면이다.
도 1은 일 실시예에 따른 산업용 장비, 모바일 디바이스, 서버 사이의 데이터 흐름을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 증강현실 기반 플랫폼은 산업용 장비(10), 모바일 디바이스(20), 서버(30) 등을 포함할 수 있다.
산업용 장비(10)는 펌프, 모터 등을 포함할 수 있지만, 산업용 플랜트에 포함되는 기계식 설비이면 그 종류는 제한되지 않는다.
산업용 장비(10)는 온도센서, 진동센서, 유량센서, 전력센서 등 산업용 장비의 상태를 측정할 수 있는 센서를 포함할 수 있고, 무선센서를 통해 LoRa(Long Range) 무선통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신 등을 통해 모바일 디바이스(20) 또는 서버(30)과 데이터를 송수신할 수 있다. 각 센서들은 사물인터넷 센서로 정의될 수 있다.
모바일 디바이스(20)은 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 노트북, 웨어러블 장치, 디지털 카메라 등을 포함할 수 있지만, 필요에 따라 컴퓨터 기반의 웹을 포함하는 것일 수 있고, 그 종류는 제한되지 않는다.
모바일 디바이스(20)는 디스플레이, 카메라 등을 포함하여 산업용 장비의 외관 또는 형상에 관한 이미지데이터 또는 거리데이터를 측정할 수 있고, 이를 서버(30)으로 전달하여 증강현실(AR) 구현을 위한 데이터를 송수신할 수 있다.
증강현실(AR: Augmented Reality)은 모바일 디바이스의 화면에서 현실의 이미지나 배경에 가상의 정보 객체를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 기술을 의미할 수 있고, 모바일 디바이스(20) 또는 서버(30)은 필요에 따라 현실의 이미지나 배경의 데이터와 가상의 정보 객체에 관한 데이터를 독립적으로 또는 통합적으로 처리하여 모바일 디바이스(20)에 나타낼 수 있다.
서버(30)는 물리적인 컴퓨팅 서버, 웹 서버, 데이터베이스 서버 등을 포함할 수 있고, 가상의 네트환경을 구현하는 클라우드 서버 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
서버(30)는 3차원 모델링을 위한 서버(미도시), 증강현실 구현을 위한 서버(미도시), 사물인터넷 모니터링을 위한 서버(미도시), 원격제어를 위한 서버(미도시) 등으로 역할 또는 동작에 따라 구분될 수 있다.
서버(30)는 통신 인터페이스(미도시), 프로세서(미도시), 메모리(미도시) 등을 포함하는 것일 수 있고, 다른 구성요소들을 추가적으로 구비할 수 있다.
필요에 따라 서버(30)는 모바일 디바이스(20)에 내장되어 구현될 수 있고, 모바일 디바이스(20)에 내장된 저장장치 또는 프로세서를 통해 전술한 기능들이 구현될 수 있다.
서버(30)가 모바일 디바이스(20) 외부에 구현되어 있는 경우에는 모바일 디바이스(20) 내부의 정보처리장치와 구별될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업용 장비, 모바일 디바이스, 서버의 구성요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 증강현실 기반 플랫폼은 산업용 장비(10), 모바일 디바이스(20), 서버(30) 등을 포함할 수 있고, 각 구성은 하위 개념의 구성요소들을 더 포함할 수 있다.
산업용 장비(10)는 큐알코드(11), IOT 무선센서(12), 온도센서(13), 진동센서(14), 유량센서(15), 전력센서(16) 등을 포함할 수 있다.
산업용 장비(10)는 큐알코드(Quick Response Code) 또는 바코드(Bar Code) 등의 다양한 종류의 식별자를 포함하여 산업용 장비의 스펙, 종류 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 식별자는 산업용 장비(10)의 정보를 포함할 수 있는 것이면, 큐알코드와 바코드에 한정되지 않는다.
큐알코드(11)는 직사각형 형태의 영역에 일정한 흑백의 패턴을 만들어 형성한 것일 수 있고, 모바일 디바이스(20)의 카메라는 큐알코드(11)을 인식할 수 있다. 모바일 디바이스(20)가 획득한 큐알코드(11)에 관한 정보를 포함하는 데이터는 서버(30)으로 전송될 수 있고, 서버(30)에 저장된 산업용 장비들의 정보와 비교하여 산업용 장비(10)의 종류를 특정할 수 있다.
큐알코드(11)의 숫자는 한자리 숫자 또는 두자리 숫자로 정의되는 값일 수 있고, 큐알코드 정보는 서버에서 산업용 장비들의 정보를 조회하기 위하여 사용될 수 있다. 큐알코드(11)를 통해 서버에서 조회한 산업용 장비들의 정보가 모바일 디바이스(20)의 화면에 표시될 수 있다.
IOT 무선센서(12)는 사물인터넷(IOT: Internet Of Things)를 구현하기 위한 무선센서를 지칭하는 것일 수 있고, 모바일 디바이스(20) 또는 서버(30)와 무선통신을 할 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 예를 들어, IOT 무선센서(12)는 LoRa(Long Range) 무선통신이 가능한 센서, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신이 가능한 센서일 수 있다. 다른 예시적으로, 무선통신은 LTE(Long Term Evolution), CDMA(Code Division Multiple Access), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), WiBro(Wireless Broadband) 등의 셀룰러 통신일 수 있고, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), 라이오 프리퀀시(Radio Frequency) 등의 무선통신일 수 있다.
IOT 무선센서(12)는 모터 또는 펌프의 회전체, 진동체, 압축기, 베어링, 팬(FAN) 등 다양한 구성요소 또는 위치에 설치될 수 있고, 네트워크 서버와 무선통신을 수행할 수 있다.
IOT 무선센서(12)는 서버 소켓과 클라이언트 소켓을 포함하는 TCP/IP 소켓 통신방법을 채택하여 산업용 장비들의 정보를 서버로 전송할 수 있다.
IOT 무선센서(12)는 측정부(미도시), 신호전달라인(미도시), 프로세서(미도시) 및 통신부(미도시)를 포함할 수 있고, 다양한 센서의 기능이 통합되어 구현될 수 있다. 측정부(미도시)는 자석을 포함하여 산업용 장비의 임의의 부분에 부착되어 실시간으로 산업용 장비의 물리적 특성을 측정할 수 있다. 측정부(미도시)에서 측정한 신호는 신호전달라인(미도시)을 통해 내부 프로세서(미도시) 및 통신부(미도시)로 전달될 수 있다. 통신부(미도시)는 전술한 무선통신 방법으로 서버 또는 모바일 기기와 통신할 수 있다.
IOT 센서는 무선통신 방법을 채택하여 온도데이터 또는 진동데이터를 송수신할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 케이블을 활용한 유선통신 방법 또는 이들의 혼합된 방식이 채택되어 각 데이터를 송수신할 수 있다.
온도센서(13)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 내부 온도 또는 외부 온도를 측정하기 위한 센서일 수 있고, IOT 무선센서(12)는 실시간 모니터링을 위해 장비의 온도데이터를 서버(30)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 온도센서(13)은 장비 표면의 온도를 측정할 수 있다.
온도센서(14)가 산업용 장비의 표면에 부착되어 있는 경우, 각 위치정보를 포함하여 장비의 위치별 온도데이터를 측정할 수 있고, 3차원 시뮬레이션데이터와 결합하여 장비의 위치별로 데이터를 수집하고 모니터링할 수 있게 된다.
진동센서(14)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 내부 진동 또는 외부 진동를 측정하기 위한 센서일 수 있고, IOT 무선센서(12)는 실시간 모니터링을 위해 장비의 진동데이터를 서버(30)로 전송할 수 있다. 예시적으로, 진동센서(14)는 x축, y축, z축으로 정의된 방향에 따른 가속도(m/s2)를 측정할 수 있고, 진동의 표현 방식은 0.5G, 1G, 2G 등으로 다양하게 정의될 수 있다. 다른 예시적으로, 진동센서(14)가 측정하는 가속도의 범위는 2.5m/s2 내지 156m/s2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
유량센서(15)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 일 단부 또는 내부에 흐르는 유량을 측정하기 위한 센서일 수 있고, IOT 무선센서(12)는 실시간 모니터링을 위해 장비의 유량데이터를 서버(30)로 전송할 수 있다.
전력센서(16)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-가 소비하는 전력을 측정하기 위한 센서일 수 있고, IOT 무선센서(12)는 실시간 모니터링을 위해 장비의 전력데이터를 서버(30)로 전송할 수 있다.
전술한 센서는 산업용 장비의 표면에 설치될 수 있으나, 산업용 장비의 내부 구성요소의 전부 또는 일부에 설치되어 내부의 물리적 특성의 변화를 측정하고 저장할 수 있으며, 서버 또는 모바일 디바이스(20) 또는 서버(30)로 전송할 수 있다.
모바일 디바이스(20)은 카메라(21), 증강현실 입체영상 표시부(22), IOT 데이터 표시부(23), 영상통화 송수신부(24), 알람 표시부(25) 등을 포함할 수 있다.
모바일 디바이스(20)은 디스플레이 패널(미도시)를 통해 텍스트데이터 또는 영상데이터를 변환하여 화면에 표시할 수 있고, 터치 패널(미도시)를 통해 사용자의 터치 입력을 수신하고 서버(30)으로 터치 데이터를 송수신할 수 있다.
카메라(21)는 피사체를 측정하여 피사체의 2차원 영상데이터, 거리데이터, 또는 이를 결합한 3차원 데이터를 획득하고 처리할 수 있다. 카메라(21)는 광 송신을 위한 광 출력부와 반사광을 측정하기 위한 이미지센서 등을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 카메라(21)에 의해 측정된 장비의 영상 또는 이미지를 실측영상 또는 실측이미지로 정의할 수 있다.
카메라(21)는 산업용 장비의 실제 이미지와 3차원 모델링을 통해 구현된 가상의 이미지와 각 위치가 대응되도록 촬영 각도, 사이즈, 영역 등일 조절될 수 있다. 카메라(21)의 촬영 각도, 사이즈, 영역은 사용자가 모바일 디바이스를 움직이거나, 모바일 디바이스 내부의 별도의 기능을 통해 구현하는 것일 수 있다.
증강현실 입체영상 표시부(22)는 카메라가 측정하는 피사체의 실제 영상을 표시하는 화면 이외에, 별도로 구분된 영역일 수 있다. 다른 예시적으로, 증강현실 입체영상 표시부(22)는 피사체의 실제 영상을 표시하는 화면에 중복되어 표시되는 가상의 화면 또는 물체의 영상을 의미하는 것일 수 있다. 증강현실 입체영상 표시부(22)에 표시되는 입체영상은 실제 이미지와 분리되는 별개의 클러스터(Cluster)를 형성하는 가상의 이미지 그룹의 지칭하거나, 실제 이미지와 가상의 이미지 그룹의 전부 또는 일부를 지칭하는 것일 수 있다.
증강현실 입체영상 표시부(22)는 후술하는 도면의 형태와 같이 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
사물인터넷 데이터 표시부(23)는 서버에서 관리하는 산업용 장비의 측정데이터를 표시하기 위한 영역일 수 있고, 산업용 장비의 센서로부터 직접적으로 수신한 측정데이터를 표시하는 영역일 수 있다.
사물인터넷 데이터 표시부(23)는 후술하는 도면의 형태와 같이 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
영상통화 송수신부(24)는 사용자와 관리자 사이에서 수행되는 음성통화 또는 영상통화 과정을 나타내는 영역일 수 있다. 서버(30)은 사용자의 참가를 확인하고, 1:1 대화가 가능한 경우에만 사용자와 관리자 사이의 통화를 진행하도록 리모트 연결 시스템을 구현할 수 있다. 서버(30)은 2명 이상의 참가자가 존재하는 경우에는 일부 참가자를 대기상태로 유지하도록 연결 여부에 관한 데이터를 처리할 수 있고, 기술적인 영상통화 송수신부(24)는 사용자와 기술자 사이의 통화가 진행되는 경우에만 리모트 연결을 수행하여 음성통화 또는 영상통화 과정을 표시할 수 있다.
영상통화 송수신부(24)는 비대면 원격 기술지원 서비스를 제공하기 위해 사용자가 사용자의 모바일 디바이스(20)으로 측정한 산업용 장비(10)의 사진 또는 영상을 공유할 수 있고, 이상이 있는 장비의 위치에 화면 터치로 그림을 그리는 드로잉(Drawing) 기능을 제공할 수 있다.
알람 표시부(25)는 산업용 장비(10)의 온도, 진동, 유량, 전력 상태를 측정한 측정데이터가 기준치를 넘는 경우에 알람 기능을 제공하는 영역일 수 있다.
서버(30)는 기준치(Threshold)를 설정할 수 있고, 매 시간 측정되는 측정데이터가 기준치를 초과하는 경우에 알람데이터를 생성하여 모바일 디바이스(20)로 전달할 수 있다.
알람 표시부(25)의 알람 영역은 개별 알람이 분리된 표시영역을 가지고, 위아래 또는 좌우 방향으로 순차적으로 제공되는 표시영역을 가지도록 형성될 수 있다.
서버(30)는 3차원 모델링 서버(31), 증강현실 구현 서버(32), 사물인터넷 모니터링 서버(33), 원격제어 서버(34), 메모리(35), 프로세서(36) 등을 포함할 수 있다.
3차원 모델링 서버(31)는 시뮬레이션을 통해 산업용 장비의 규격을 확인하고, 3차원 시뮬레이션을 통해 산업용 장비의 형상을 가상으로 구현할 수 있다. 이 경우 산업 현장의 조건에 맞는 최적의 레이아웃을 제공할 수 있다. 필요에 따라 3차원 모델링 서버(31)는 메모리(35)에 저장된 장비의 모델별 3차원 시뮬레이션 데이터를 사용할 수 있다.
증강현실 구현 서버(32)는 모바일 디바이스(20)가 측정한 산업용 장비(10)의 형상, 크기, 이미지 등에 관한 실측데이터와 3차원 모델링 데이터를 결합하여 증강현실을 구현할 수 있다. 증강현실 구현 서버(32)는 실측데이터와 3차원 모델링 데이터를 별도로 관리/처리할 수 있고, 장비의 특정 위치에 대응되는 매칭 데이터를 별도로 생성하여 증강현실을 구현할 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)는 산업용 장비(10)의 상태에 관한 데이터를 수신하여 이를 서버에 저장하거나 연산을 수행할 수 있다. 사물인터넷 모니터링 서버(33)는 필요에 따라 기준값(Threshold)를 설정하여 알람을 발생시키거나, 일정한 기준 영역 또는 기준 범위에 포함되는 경우에 알람을 발생시킬 수 있다. 기준값, 기준 영역, 기준 범위는 산업용 장비(10), 모바일 디바이스(20), 서버(30)의 종류 및 상태에 따라 다르게 정의될 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)가 모바일 디바이스(20)으로 전달한 알람데이터를 통해 사용자는 예방 정비 시점을 조절할 수 있다. 또한, 실시간 모니터링을 통해 설비 전체의 최적의 상태를 유지할 수 있다. 또한, 실시간 모니터링을 통해 여러 인자들을 감시 하여 품질 저하를 방지할 수 있고, 생산 효율을 증대시킬 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)는 서버 소켓과 클라이언트 소켓을 포함하는 TCP/IP 소켓 통신방법을 채택하여 산업용 장비들의 정보를 서버로 전송할 수 있다. 서버 소켓은 클라이언트 소켓으로부터 연결 요청이 오기를 대기하고, 연결 요청이 오면 클라이언트와 연결하여 다른 소켓을 만들 수 있다. 클라이언트 소켓은 서버 프로그램으로 연결요청을 하거나 데이터전송을 할 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)는 게이트웨이 서버를 포함할 수 있고, 주기적으로 IOT 무선센서(12)와 통신하여 전술한 센서들(13, 14, 15, 16)의 측정 데이터를 수신하여 내부에 저장할 수 있다. 이 경우 사물인터넷 모니터링 서버(33)는 TCP 소켓 방식으로 취합된 데이터를 가져오고, 이를 데이터베이스에 축적할 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)는 설정된 주기-예를 들어, 1분에 1회-마다 IOT 무선센서(12)에서 전달할 데이터가 있는지를 http 통신을 통해 확인할 수 있다. http 통신을 통해 IOT 무선센서(12)와 통신하는 과정에서 IOT 무선센서(12)의 응답을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 모니터링 서버(33)는 데이터 관리의 편의를 위해 모니터링 서버와 사물인터넷 서버로 분리된 형태로 설계될 수 있다. 모니터링 서버는 알람 발생을 위한 기준값을 미리 설정하고, http 방식으로 사물인터넷 서버에 데이터를 요청하고 수신하여 알람 발생 여부를 판단할 수 있다. 모니터링 서버는 사물인터넷 서버를 통해 수신한 센서들의 측정값들이 기준값을 초과하는 경우에 알람을 발생시킬 수 있고, 기준값 이하의 정상데이터를 수신하는 경우에는 알람을 해제시킬 수 있다.
메모리(35)는 휘발성 메모리(Volatile Memory) 및/또는 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory) 등을 포함할 수 있고, 필요에 따라 소프트웨어, 컴퓨터 프로그램, 산업용 장비의 스펙 또는 측정 데이터 등을 저장할 수 있다.
메모리(35)는 전술한 서버(31, 32, 33, 34)에 포함된 것일 수 있으나, 별개로 형성된 데이터베이스를 의미할 수 있다.
메모리(35)는 각 센서(13, 14, 15, 16)이 측정한 데이터를 IOT 무선센서(12)를 통해 수신하고 센서데이터를 저장할 수 있으며, 산업용 장비의 종류와 매칭하여 함께 데이터를 정렬하여 저장하여 내부 데이터베이스를 구축할 수 있다.
프로세서(36)는 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP) 등을 포함할 수 있고, 산업용 장비(10) 또는 모바일 디바이스(20)를 제어하거나 데이터 연산/처리를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 사물인터넷은 무선인터넷, 중앙수신기, 서버, 모바일 디바이스의 연결구조를 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 일 실시예에 따른 서버의 관리자가 관리하는 데이터의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 서버의 관리자가 관리하는 데이터는 제품관리 데이터(41), 모니터링 데이터(42), 알람 데이터(43), 통계 데이터(44), 작업관리 데이터(45), 시스템 설정 데이터(46) 등을 포함할 수 있다.
제품관리 데이터(41)는 제품의 스펙(Spec), 제품의 타입, 제품의 시리얼 번호, 제품의 관리번호 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프의 유량, 펌프의 부품별 사이즈, 펌프의 출력전압, 구동전류 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.
모니터링 데이터(42)는 장비의 센서들이 측정한 데이터들을 포함할 수 있고, 사용자별로 정렬되거나 구분된 데이터를 포함할 수 있다. 필요에 따라, 서버는 전체 사용자의 데이터 현황을 확인할 수 있도록 데이터를 관리할 수 있다.
알람 데이터(43)는 모니터링 데이터(42)가 기준값을 초과하거나 또는 기준범위를 벗어난 경우에 사용자 단말로 전달하기 위해 생성하는 데이터일 수 있다. 알람 데이터(43)는 각 알람의 이력을 관리하기 위하여 기준값을 초과하거나 또는 기준범위를 벗어난 데이터의 종류 또는 시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.
통계 데이터(44)는 제품의 하자 또는 알람이 발생한 이력, 증강현실 시스템에 접속한 사용자의 접속횟수, 납품실적을 통계로 나타낸 정보를 포함할 수 있다.
작업관리 데이터(45)는 사용자와 관리자 사이의 통화 또는 대화 내역에 관한 정보, 증강현실 매뉴얼의 접속 이력에 관한 정보, 작업일지에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
시스템 설정 데이터(46)는 사용자의 접근권한과, 개별 기능을 구분한 카테고리의 관리내용, 어플리케이션의 설정내용 등의 사용자가 플랫폼을 관리하기 위한 정보를 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제1 예시 도면이다.
도 4를 참조하면, 모바일 디바이스의 화면(100)은 제1 영역(110), 제2 영역(120), 제3 영역(130), 제4 영역(140) 등을 포함할 수 있다.
제1 영역(110)은 증강현실을 구현하기 위한 메뉴일 수 있고, 사용자가 모바일 디바이스의 제1 영역(110)을 터치하는 경우, 증강현실을 구현하기 위한 알고리즘이 실행될 수 있다.
제2 영역(120)은 사용자와 관리자가 영상통화 또는 음성통화하기 위한 메뉴일 수 있고, 사용자가 모바일 디바이스의 제2 영역(120)을 터치하는 경우, 영상통화 또는 음성통화하기 위한 알고리즘이 실행될 수 있다.
제3 영역(130)은 사물인터넷 모니터링을 위한 메뉴일 수 있고, 사용자가 모바일 디바이스의 제3 영역(130)을 터치하는 경우, 장비의 상태를 모니터링하기 위한 알고리즘이 실행될 수 있다.
제4 영역(140)은 장비의 상태를 모니터링 하는 과정에서 발생한 알람을 표시하기 위한 메뉴일 수 있고, 사용자가 모바일 디바이스의 제4 영역(140)을 터치하는 경우, 알람을 표시하기 위한 알고리즘이 실행될 수 있다.
제1 영역 내지 제4 영역(110, 120, 130, 140)은 중첩되지 않는 사각형의 영역으로 정의될 수 있으나, 사용자의 터치입력을 구분하여 수신할 수 있는 형태이면 이에 제한되지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제2 예시 도면이다.
도 5를 참조하면, 모바일 디바이스의 화면(200-1)은 장비상태표시영역(201), 메뉴영역(202), 구성요소영역(203), 구성요소상세설명영역(204) 등을 포함할 수 있다.
장비상태표시영역(201)은 산업용 장비의 측정데이터-예를 들어, 온도데이터, 진동데이터, 유량데이터-를 표시하는 영역일 수 있다.
메뉴영역(202)은 구성요소표시메뉴, 3차원실측메뉴, 애니메이션실행메뉴, 동영상실행메뉴 등을 포함할 수 있고, 디스플레이 화면의 우측면에 배치될 수 있다.
구성요소영역(203)은 산업용 장비의 각 영역을 구분하여 표시하는 영역으로, 실측 화면에 각 구성요소를 표시하거나 가상의 시뮬레이션 화면에 각 구성요소를 표시하는 것이 수 있다. 메뉴영역(202)에서 구성요소표시메뉴를 터치하는 경우에는 자동으로 각 구성요소를 별도의 식별표시(A, B, C, D, E, F)로 특정하여 나타낼 수 있다. 구성요소영역(203)에 표시되는 구성요소의 정보는 서버(미도시)로부터 수신되는 것일 수 있고, 모바일 디바이스(미도시)에 저장된 정보일 수 있다.
구성요소상세설명영역(204)은 구성요소영역(203)의 일부 영역을 포인트로 표시하는 경우, 이를 클릭하는 경우에만 출력되는 영역일 수 있다. 구성요소상세설명영역(204)은 구성요소의 상세 스펙 또는 기능을 설명하는 텍스트 정보를 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제3 예시 도면이다.
모바일 디바이스의 화면(200-2)은 3차원실측영역(205), 드래그앤드롭영역(206) 등을 포함할 수 있다.
메뉴영역(미도시)에서 3차원실측메뉴를 선택하는 경우에 모바일 디바이스의 화면(200-2)이 나타날 수 있다.
3차원실측영역(205)는 모바일 디바이스의 카메라를 통해 인식하는 산업용 장비의 실제 제품의 수치를 측정하여 나타내거나, 증강현실을 통해 구현된 가상의 시뮬레이션 모델을 통해 제품의 수치를 나타내는 것일 수 있다.
드래그앤드롭영역(206)은 가상의 시뮬레이션을 통해 구현된 제품을 드래그앤 드롭(Drag and Drop)을 통해 화면상의 위치를 옮길 수 있도록 구현된 영역일 수 있다. 다른 예시적으로, 각 화면의 영역별로 제품의 구성요소가 분리되는 경우 드래그앤 드롭(Drag and Drop)을 통해 개별 구성요소의 화면상의 위치를 옮길 수 있다.
드래그앤드롭영역(206)은 3차원 모델링을 위한 3차원 공간상의 x, y, z 좌표를 정의하여 사용할 수 있고, 모바일 디바이스 영역의 2차원 터치 영역상의 x, y 좌표(3차원 모델링을 위한 3차원 공간 좌표와 별도로 정의됨)를 정의하여 사용할 수 있다. 사용자의 화면 터치를 통해 입력받는 2차원 터치 영역상의 x, y 좌표는 매 프레임마다 갱신될 수 있으며, 정의된 프레임의 시구간에 따라 갱신된 x, y 좌표를 획득할 수 있다.
드래그앤드롭영역(206)에서 모바일 디바이스에서 획득된 터치 좌표(x, y 좌표)의 변경값을 서버(미도시)에서 연산하고, 이를 3D 모델링으로 구현된 산업용 장비의 3차원 공간상의 x, y, z 좌표와 매칭하여 가상의 입체 형상을 움직일 수 있다. 이 경우 변경된 터치 좌표(x, y)는 3D 모델링으로 구현된 입체 형상의 x, y, z, 좌표 중 2가지 좌표를 매칭시켜 입체 형상의 x, y, z 좌표를 변경할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제4 예시 도면이다.
모바일 디바이스의 화면(200-3)은 구성요소버튼영역(207), 애니메이션영역(208) 등을 포함할 수 있다.
구성요소버튼영역(207)은 제품의 각 구성요소의 위치에 대응하여 애니메이션이 실행 가능한 구성의 정보를 표시하는 영역일 수 있다.
애니메이션영역(208)은 제품의 점검 과정에서 필요한 설명을 포함하고, 구성요소의 작동 과정을 나타내는 영역일 수 있다. 사용자가 구성요소버튼영역(207)을 터치하는 경우에만 모바일 디바이스의 일부 영역에서 애니메이션이 구동될 수 있다. 사용자는 애니메이션의 구동과정을 통해 보다 쉽게 제품의 하자보수 과정을 학습하여 진행할 수 있게 되므로, 제품의 관리 편의성이 증대하게 된다.
도 8은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법을 설명하는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 모바일 디바이스의 동작방법(300)은 QR코드를 인식 단계(S310), 장비의 종류를 판단하는 단계(S320), 3차원 모델링을 구현하는 단계(S330), 장비의 정보를 표시하는 단계(S340) 등을 포함할 수 있다.
QR코드를 인식 단계(S310)는 서버 또는 모바일 디바이스를 통해 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-에 부착된 QR코드를 인식하는 단계일 수 있다.
QR코드를 인식 단계(S310)에서 사용자의 단말기에 포함된 카메라는 장비에 부착된 식별자-예를 들어, QR코드 또는 바코드-를 센싱하고, 서버 또는 모바일 디바이스는 QR코드에 관한 데이터를 수신하여 처리할 수 있다.
장비의 종류를 판단하는 단계(S320)는 서버 또는 모바일 디바이스를 통해 식별자에 관한 데이터와 메모리(미도시)에 저장된 복수의 장비의 종류에 관한 리스트를 비교하여 산업용 장비의 종류를 판단하는 단계일 수 있다.
3차원 모델링을 구현하는 단계(S330)는 서버 또는 모바일 디바이스를 통해 장비의 종류에 대응되는 3차원 영상데이터를 생성하는 단계일 수 있다.
장비의 정보를 표시하는 단계(S340)는 서버에 저장된 3차원 영상데이터를 상기 사용자의 단말기로 전달하여 표시하는 단계이거나, 모바일 디바이스에서 처리된 3차원 영상데이터를 사용자의 단말기에 표시하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법(300)은 3차원 영상데이터가 장비의 특정 구성요소 또는 특정 위치에 대응되도록 3차원 영상데이터를 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 3차원 영상데이터를 가공하기 위하여 모바일 디바이스가 측정한 이미지 영역을 2가지 파라미터(x, y)로 정의하여 실제 촬영한 영상의 좌표를 획득할 수 있고, 서버에 저장된 가상의 3차원 영상데이터를 3가지 파라미터(x, y, z)로 정의하여 모바일 디바이스 상의 가상의 영상데이터의 좌표를 획득할 수 있다. 카메라가 실제 측정한 이미지 데이터와 서버에 저장된 3차원 모델링 입체 데이터가 매칭되는 과정은 전술한 드래그앤드롭 원리의 일부를 서버에서 자동적으로 구현한 것일 수 있다. 이 경우 실체 측정한 이미지 데이터 및 3차원 모델링 데이터의 경계값을 추출할 수 있고, 경계값을 기준으로 각 데이터를 매칭한 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법(300)은 사용자의 입력에 따라 상기 장비의 규격 또는 기능에 관한 정보를 포함하는 데이터를 사용자 단말기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법(300)은 사용자의 단말기의 카메라를 통하여 촬영된 상기 장비의 이미지데이터를 분석하는 단계를 더 포함하거나, 서버 또는 모바일 디바이스를 통해 분석된 이미지데이터와 상기 3차원 영상데이터를 결합하여 생성된 상기 장비의 증강현실 데이터를 상기 사용자 단말기에 전송하거나 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작방법(300)은 사용자 단말기로부터 사용자의 터치위치에 관한 정보를 포함하는 터치입력데이터를 수신하고, 터치위치데이터가 애니메이션작동 메뉴를 나타내는 영역에 포함되는 경우에는 서버 또는 모바일 디바이스에 저장된 애니메이션 데이터를 상기 사용자 단말기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 증강현실 구현 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 모바일 디바이스의 동작방법(400)은 QR코드를 인식 단계(S410), 증강현실을 표시하는 단계(S420), 증강현실 모드를 선택하는 단계(S430), 장비의 정보를 표시하는 단계(S440), 장비 사이즈를 표시하는 단계(S450), 애니메이션 동작을 표시하는 단계(S460) 등을 포함할 수 있다.
QR코드를 인식 단계(S410)는 전술한 도 8에서 QR코드를 인식하는 단계와 동일할 수 있다.
증강현실을 표시하는 단계(S420)는 전술한 도 1 내지 도 7에서 장비의 시뮬레이션 데이터를 모바일 화면에 표시하는 단계와 동일할 수 있다.
증강현실 모드를 선택하는 단계(S430)는 전술한 도 5에서 메뉴 영역을 터치하는 단계를 포함할 수 있고, 각 터치영역은 장비의 정보를 표시하는 단계(S440)를 수행하는 영역, 장비 사이즈를 표시하는 단계(S450)를 수행하는 영역, 애니메이션 동작을 표시하는 단계(S460)를 수행하는 영역으로 구분되어 정의될 수 있다.
장비의 정보를 표시하는 단계(S440)는 전술한 도 5에서 장비의 개별 구성요소를 표시하는 방법을 포함할 수 있다. 장비의 개별 구성요소는 각 제품마다 텍스트 오브젝트를 생성하여 장비의 개별 구성요소의 종류 및 정보를 서버에 미리 입력해둔 것일 수 있다. 사용자의 조작에 따라 장비의 정보를 표시하는 단계는 온오프로 제어될 수 있다.
장비 사이즈를 표시하는 단계(S450)는 전술한 도 6에서 장비의 사이즈를 표시하는 방법을 포함할 수 있다.
애니메이션 동작을 표시하는 단계(S460)는 전술한 도 7에서 장비의 개별 구성요소의 애니메이션 동작을 표시하는 방법을 포함할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제5 예시 도면이다.
도 10을 참조하면, 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(500-1)은 산업용 장비의 개수를 나타내는 영역, 센서의 개수를 나타내는 영역, 센서의 측정 데이터들을 나타내는 영역으로 구분될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제6 예시 도면이다.
도 11을 참조하면, 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(500-2)은 산업용 장비의 정보와 스펙을 나타내는 영역, 센서를 통해 모니터링한 데이터를 텍스트 또는 그래프로 나타낸 영역으로 구분될 수 있다.
산업용 장비에 설치되는 무선센서(미도시)에 의해 실시간으로 전달받은 측정데이터는 실시간으로 데이터 서버 또는 모바일 디바이스에 저장될 수 있고, 사용자 또는 관리자는 실시간으로 측정데이터를 열람할 수 있다. 예시적으로, 측정데이터는 그래프 형태로 가공되어 사용자 또는 관리자의 데이터 분석 기능을 제공할 수 있다.
사물인터넷(IOT)의 실시간 온도, 진동 모니터링을 수행할 수 있고, 알람 발생을 위한 기준이 되는 기준값(Threshold)을 설정하여 모바일 디바이스로 알람을 전달하여 표시할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 서버의 데이터 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 서버의 데이터 모니터링 방법(600)은 사물인터넷 데이터를 수집하는 단계(S610), 데이터를 모니터링하는 단계(S620), 측정데이터와 기준값을 비교하는 단계(S630), 알람을 발생시키는 단계(S640) 등을 포함할 수 있다.
사물인터넷 데이터를 수집하는 단계(S610)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-에 부착된 하나 이상의 센서를 통해 실시간으로 데이터를 수집하는 단계일 수 있다.
데이터를 모니터링하는 단계(S620)는 산업용 장비의 상태를 나타내는 측정데이터를 서버에서 모니터링하는 단계일 수 있다. 서버는 일정한 기간동안 측정데이터를 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.
측정데이터와 기준값을 비교하는 단계(S630)는 설정된 기준값(Threshold)를 측정데이터와 비교하는 단계일 수 있다. 기준값과 비교되는 측정데이터는 단일 시점에 측정된 데이터일 수 있으나, 일정한 시구간동안 측정데이터를 평균하여 생성한 데이터일 수 있다.
알람을 발생시키는 단계(S640)는 기준값을 초과하는 측정데이터가 발생하는 경우 알람을 발생시키는 단계일 수 있다. 예시적으로, 측정데이터가 기준값을 초과하는 횟수가 일정한 횟수-예를 들어, 기준 횟수-인 경우에 알람을 발생시킬 수 있다. 다른 예시적으로, 측정데이터가 기준값을 초과하는 시간이 일정한 시간-예를 들어, 기준 시간-인 경우에 알람을 발생시킬 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 서버의 알람신호 전달 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13을 참조하면, 서버의 알람신호 전달 방법(700)은 실시간으로 데이터를 수집하는 단계(S710), 측정데이터와 기준값을 비교하는 단계(S720), 알람신호를 모바일 디바이스로 전달하는 단계(S730) 등을 포함할 수 있다.
실시간으로 데이터를 수집하는 단계(S710)는 전술한 도 12의 사물인터넷 데이터를 수집하는 단계(S610) 및/또는 데이터를 모니터링하는 단계(S620)를 포함할 수 있다.
측정데이터와 기준값을 비교하는 단계(S720)는 장비의 센서를 통해 측정한 측정데이터가 기준값(Threshold)를 초과하는 경우에만 알람신호를 모바일 디바이스로 전달할 수 있고, 기준값을 초과하지 않는 경우에는 실시간 모니터링을 지속적으로 수행할 수 있다.
알람신호를 모바일 디바이스로 전달하는 단계(S730)는 측정데이터가 기준값을 초과하는 경우-예를 들어, 온도데이터가 기준온도를 초과하는 경우-에만 모바일 디바이스로 알람신호를 전달하는 단계일 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제7 예시 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제8 예시 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제9 예시 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제10 예시 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제11 예시 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제12 예시 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제13 예시 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면을 예시하는 제14 예시 도면이다.
도 14 내지 도 21을 참조하면, 모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면 구성(800-1, 800-2, 800-3, 800-4, 800-5, 800-6, 800-7, 800-8)은 사용자의 화면조작에 따라 다르게 정의될 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-1)은 장비의 정보를 표시하기 위한 화면일 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-2)은 장비의 구성요소의 세부 정보를 표시하기 위한 화면일 수 있다. 이 경우 각 장비의 구성요소는 별도의 라벨링을 통해 사용자에게 직관성을 제공할 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-3)은 장비의 측정데이터가 기준치를 초과하는 경우에 알람 정보를 표시하기 위한 화면일 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-4)은 장비의 일부 구성요소를 가상의 시뮬레이션 화면을 통해 설명하기 위한 화면일 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-5)은 장비의 실측 영상과 시뮬레이션 영상을 비교하여 나타내기 위한 화면일 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-6)은 시뮬레이션 영상의 일부 단면을 상세하게 나타내기 위한 화면일 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-4. 800-5, 800-6)에서 가상의 시뮬레이션 화면을 실제 화면에 중첩하거나, 매칭하여 제공함으로써 사용자에게 직관성과 편리성을 제공할 수 있다.
시뮬레이션 영상의 일부 단면의 구성요소를 보여주는 경우에는, 사용자가 장비의 실제 구성을 보다 간편하고 직관적으로 파악할 수 있고, 장비의 상태-예를 들어, 장비의 이상과 고장이 발생한 경우-를 판단하고, 장비의 구성을 정확하게 조작할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 산업용 장비 내부의 구성요소의 구성을 파악하고, 해당 구성의 센싱값-예를 들어, 구성의 온도 또는 진동을 판단하는 센싱 데이터-를 확인하고 고장 유무를 판단할 수 있게 된다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-7)은 시뮬레이션 영상의 일부 구성요소들을 이격하여 상세하게 나타내기 위한 화면일 수 있다. 필요에 따라 각 구성요소의 위치를 설명하는 화면은 동영상으로 구현될 수 있다.
모바일 디바이스의 어플리케이션 구동 화면(800-8)은 장비의 고장요소별 해결방법을 설명하는 텍스트를 나타내기 위한 화면일 수 있다.
도 22는 일 실시예에 따른 사물인터넷 무선센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
도 22를 참조하면, 사물인터넷 무선센서가 부착된 산업용 장비(900)은 산업용장비(901) 및 IoT 무선센서(902) 등을 포함할 수 있다.
산업용 장비(901)는 펌프, 모터, 압축기, 터빈 등을 포함할 수 있지만, 산업용 플랜트에 포함되는 기계식 설비이면 그 종류는 제한되지 않는다.
IoT 무선센서(902)는 온도센서, 진동센서, 유량센서, 전력센서 등 산업용 장비의 상태를 측정할 수 있는 센서로서, 산업용 장비(901)의 외부 또는 내부 표면에 부착될 수 있다.
IoT 무선센서(902)는 LoRa(Long Range) 무선통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신, 블루투스(Bluetooth) 무선통신 등을 통해 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시)와 측정데이터 등의 다양한 종류의 데이터를 실시간으로 송수신할 수 있다.
IoT 무선센서(902)는 산업용 장비(901)의 데이터를 정확하게 측정하기 위하여 진동 또는 온도변화량이 큰 위치에 설치될 수 있고, 복수의 위치에 복수의 IoT 무선센서(902)가 배치되어 여러 위치의 측정 데이터를 획득할 수 있다. 필요에 따라 IoT 무선센서(902)는 하나의 통신부(미도시)를 가지고, 복수 개의 신호전달라인(미도시) 및 복수 개의 센싱부(미도시)를 가지는 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 23은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 및 도 24을 참조하면, 사물인터넷 센서(1000)는 측정부(1200), 케이블(1201), 통신부(1300) 등을 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)는 산업용 장비의 표면 또는 내부에 배치되어 다양한 종류의 데이터를 획득하는 센서일 수 있고, 각 구성은 물리적 또는 개념적으로 구분되어 사물인터넷 센서는 측정부(1200)와 통신부(1300)로 구분될 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)의 측정부(1200)는 제1 기판(미도시), 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터(미도시)를 포함할 수 있다.
측정부(1200)는 산업용 장비의 특정 부위의 데이터를 획득하기 위한 장치일 수 있고, 온도센서, 진동센서, 유량센서, 전력센서 등 산업용 장비의 상태를 측정할 수 있는 센서일 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)의 통신부(1300)는 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터(미도시), 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈(미도시)를 포함할 수 있다.
통신부(1300)는 유선 또는 무선 통신의 방식으로 측정부(1200)에서 획득한 데이터를 서버(미도시) 또는 내부 저장장치(미도시)로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(1300)는 LoRa(Long Range) 무선통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신 등을 통해 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시)와 측정된 데이터를 송수신할 수 있다.
모바일 디바이스(미도시)는 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 노트북, 웨어러블 장치, 디지털 카메라 등을 포함할 수 있지만, 필요에 따라 컴퓨터 기반의 웹을 포함하는 것일 수 있고, 그 종류는 제한되지 않는다.
서버(미도시)는 물리적인 컴퓨팅 서버, 웹 서버, 데이터베이스 서버 등을 포함할 수 있고, 가상의 네트환경을 구현하는 클라우드 서버 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
사물인터넷 센서(1000)의 통신부(1300)와 측정부(1200)는 케이블(1201) 등을 통해 연결될 수 있다.
케이블(1201)은 하나 이상의 도선을 포함할 수 있고, 측정부(1200)의 센서의 개수에 대응하여 복수의 도선을 포함할 수 있다.
케이블(1201)은 측정부(1200)의 위치에 대응하도록 길이가 조절될 수 있다. 산업용 장비의 종류, 크기에 대응하여 측정부(1200)의 위치를 적절히 조절할 수 있어야 하므로, 케이블(1201)은 플렉서블한 도선이 사용될 수 있다. 또한, 케이블(1201)는 기 정의된 위치에 배치되거나, 기 정의될 길이를 가질 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)의 측정부(1200)와 통신부(1300)는 분리된 형태로 제작되어 결합될 수 있다.
측정부(1200)와 통신부(1300)는 케이블(1201)과 탈착 가능한 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 통신부(1300)는 측정부(1200) 및 측정부(1200)에서 연결된 케이블(1201)과 결합될 수 있다.
케이블(1201)은 커넥터 등의 전기적 연결을 위한 구조체에 의해 측정부(1200) 및 통신부(1300)을 연결할 수 있다.
케이블(1201)의 결합력을 유지하기 위하여 물리적인 고정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 장치(미도시)는 케이블(1201)의 표면과 연결된 볼트 또는 너트 구조체일 수 있다.
케이블(1201)이 복수 개의 영역으로 분리되어 다양한 종류의 센서와 선택적으로 연결될 수 있으므로, 고정 장치(미도시)는 통신부(1300)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 고정 장치(미도시)의 교체 없이 측정부(1200)만을 신속하고 간편하게 교체할 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)는 사물인터넷(IOT: Internet Of Things)를 구현하기 위한 유선 또는 무선센서를 지칭하는 것일 수 있고, 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시) 등과 유선 또는 무선통신을 할 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다.
사물인터넷 센서(1000)는 모터 또는 펌프의 회전체, 진동체, 압축기, 베어링, 팬(FAN) 등 다양한 구성요소 또는 위치에 설치될 수 있고, 네트워크 서버와 무선통신을 수행할 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)는 서버 소켓과 클라이언트 소켓을 포함하는 TCP/IP 소켓 통신방법을 채택하여 산업용 장비들의 정보를 서버로 전송할 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)는 측정부(1200), 케이블(1201), 프로세서(미도시) 및 통신부(1300) 등을 포함할 수 있고, 다양한 센서의 기능이 통합되어 구현될 수 있다. 측정부(1200)는 자석을 포함하여 산업용 장비의 임의의 부분에 부착되어 실시간으로 산업용 장비의 물리적 특성을 측정할 수 있다. 측정부(1200)에서 측정한 신호는 케이블(1201)을 통해 내부 프로세서(미도시) 및 통신부(1300)로 전달될 수 있다. 통신부(1300)는 전술한 유선 또는 무선통신 방법으로 서버 또는 모바일 기기 등과 통신할 수 있다.
사물인터넷 센서(1000)는 유선 또는 무선통신 방법을 채택하여 온도데이터 또는 진동데이터를 송수신할 수 있으나, 유선통신 또는 무선통신의 혼합된 방식이 채택되어 각 데이터를 송수신할 수 있다.
산업용 장비는 펌프, 모터 등을 포함할 수 있지만, 산업용 플랜트에 포함되는 기계식 설비이면 그 종류는 제한되지 않는다.
도 25는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 사물인터넷 센서의 측정부(1200)는 본체부(1210), 커버(1220), 제1 기판(1230), 제1 커넥터(1240), 온도센서(1250) 등을 포함할 수 있다.
본체부(1210)는 측정부(1200)의 외관을 형성하는 것으로, 센서의 부품을 외부의 환경과 분리하는 물리적 구조체일 수 있다. 본체부(1210)는 원통형 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본체부(1210)의 바닥면의 일부 영역은 플랫한 형태를 가질 수 있으나, 다른 일부 영역은 볼트(1262)에 의해 돌출된 형태를 가질 수 있다. 볼트(1262)가 삽입되는 길이가 증가하는 경우 자석(1260)의 결합력을 강화할 수 있으나, 커넥터(1240)의 위치 및 내부 공간의 집적도를 고려하여 조절될 수 있다.
본체부(1210)는 제1 기판(1230)과 연결되어 지지하는 수직 구조체(1212)를 더 포함할 수 있다. 수직 구조체(1212)는 본체부(1210)의 바닥면과 제1 기판(1230)을 일정한 거리로 이격시킬 수 있고, 제1 기판(1230)의 양쪽 면을 모두 활용할 수 있도록 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 수직 구조체(1212)는 볼트 등의 결합부재(미도시)와 결합되어 제1 기판(1230)의 지지력을 증가시킬 수 있고, 제품의 정비 또는 수리를 위해 결합부재(미도시)를 선택적으로 결합하거나 탈착할 수 있다.
커버(1220)는 본체부(1210)와 결합되어 밀폐된 내부 공간을 형성할 수 있다. 커버(1220)는 본체부(1210)와 분리가능 하도록 결합될 수 있고, 나선형 홈을 형성하여 탈착 가능할 수 있다.
본체부(1210)에 형성된 홈 및 커버(1220)에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응될 수 있다. 본체부(1210)와 커버(1220)가 밀착되어 결합되더라도, 그 사이에 공간상 틈이 형성되거나 결합되는 부위의 길이 차이에 의해 수직 길이의 틈이 발생할 수 있다.
또한, 본체부(1210)와 커버(1220) 사이의 틈 또는 본체부(1210)와 커버(1220)이 결합된 상태에서 발생하는 틈에 실리콘 타입의 패킹 고무(1215)가 삽입되어 측정부(1200)의 밀폐력을 향상시킬 수 있다. 패킹 고무가 결합됨으로써 센서의 측정부로 유입되는 유체, 먼지 등을 차단할 수 있고, 적절한 기준 이상의 방수 등급을 획득할 수 있다. 패킹 고무(1215)는 실리콘 소재의 링 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
패킹 고무(1215)는 도 26와 같이 본체부(1210)와 커버(1220)의 전부 또는 일부 표면을 둘러쌈으로써 차폐 효과를 증대시킬 수 있다. 패킹 고무(1215)는 커버(1220)의 직경보다 더 크게 형성될 수 있고, 이때 커버(1220)의 일부 외곽 영역까지 이중으로 차폐하여 방수 또는 방진 효율을 개선할 수 있다.
패킹 고무(1215)는 본체부(1210)와 커버(1220)의 결합 후의 틈의 길이보다 긴 수직길이를 가지고, 압착되어 밀폐력을 더욱 개선할 수 있다.
본체부(1210), 커버(1220)는 측정부(1200)의 케이스로 정의될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 기판(1230)은 전기 부품을 접촉시키거나, 전기적 배선을 통해 각 부품에 신호를 송수신하는 구성일 수 있다.
제1 기판(1230)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 기판(1230)의 상면 또는 하면에는 다양한 소자 또는 부품이 결합될 수 있다.
제1 기판(1230)의 상면보다 하면에 커넥터(1240)이 연결될 수 있고, 측정부(1200)의 부피를 감소시킬 수 있다. 종래의 방법에 의하면 센서라인(1241)을 기판에 직접 솔더링(Soldering)하여 고정되어 수리 및 하자보수가 불가능하였고, 센서의 분리 과정에서 센서라인(1241)의 절단 또는 파손이 발생하게 되었다. 커넥터(1240)를 제1 기판(1230)에 연결하여 사용하는 경우에는 제품의 하자, 보수에 편의성을 제공함과 동시에 제품의 내구성이 향상될 수 있다.
제1 기판(1230)의 상면에는 온도센서라인(1251)이 연결될 수 있다. 온도센서라인(1251)은 솔더링(Soldering) 방법으로 제1 기판(1230)에 부착될 수 있고, 탈착 가능한 방법으로 제1 기판(1230)에 부착될 수 있다.
이 경우 온도센서라인(1251)과 연결된 결합부재(1231)는 납 조성물일 수 있고, 또는 커넥터일 수 있다.
제1 기판(1230)에는 진동센서, 또는 온도센서 등의 다양한 유형의 센서가 결합될 수 있다. 온도센서(1250)는 주변 환경의 온도 영향을 최소화하기 위하여 온도센서라인(1251)과 연결되어 제1 기판(1230)과 별도의 공간-예를 들어, 본체부(1210)의 바닥면-에 배치될 수 있다.
제1 커넥터(1240)는 제1 기판(1230)과 전기적으로 연결되고, 제1 기판(1230)의 표면에 부착되어 센서(미도시)의 측정신호를 전달할 수 있다. 여기서 센서(미도시)는 진동센서, 온도센서 등의 전술한 임의의 센서일 수 있다.
온도센서(1250)는 본체부(1210)의 바닥면의 일부 영역에 형성된 홀(미도시)에 결합된 상태로 유지될 수 있고, 고정 링 등에 의해 끼워맞춤 형태로 고정된 상태로 유지될 수 있다. 이 경우 온도센서(1250)는 제1 기판(1230)의 탈착 여부와 무관하게 동일한 위치에 유지될 수 있고, 온도센서라인(1251)의 일 단부만이 탈착될 수 있으므로, 제품의 유지 보수 과정에서 온도센서(1250)를 탈착하지 않으므로 내구성 및 경제성을 향상시킬 수 있다. 온도센서라인(1251)는 온도데이터 전송을 위한 금속라인일 수 있다. 필요에 따라, 온도센서(1250)는 진동센서의 기능을 함께 포함할 수 있다.
자석(1260)은 자성을 가지는 마그네틱 구조체일 수 있고 본체부(1210)의 외부 표면에 부착될 수 있다. 측정부(1200)의 내구성을 향상하기 위하여 볼트(1262)에 의해 고정된 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 자석(1260)은 네오디움 자석 등이 채택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
자석(1260)의 반경은 본체부(1210)의 직경보다 작게 형성될 수 있고, 오목하게 형성된 본체부(1210)의 외부 표면에 대응되도록 부착되어 결합력이 강화될 수 있다.
또한, 자석(1260)과 본체부(1210)가 볼트(1262) 등에 의해 결합되는 경우, 그 사이에 접착력을 가지는 물질을 충진하여 자석(1260)의 고정력을 향상시킬 수 있다. 측정부(1200)에 자석(1260)이 포함되어 산업용 장비의 임의의 위치에 부착 및 탈착이 가능할 수 있고, 탈부착 횟수의 증가에 따라 자석(1260)의 내구성이 필연적으로 요구된다.
제1 커넥터(1240)과 연결된 센서라인(1241)은 표면에 방수처리를 수행할 수 있고, 케이블(1201)의 결합 이후에 연결되거나 결합 이전에 연결될 수 있다.
케이블(1201)은 사물인터넷 센서의 측정부(1200)과 통신부(미도시)를 전기적으로 연결하고, 센서에서 측정한 데이터를 주고받기 위한 도선일 수 있다.
케이블(1201)은 본체부(1210)에서 하나의 구조로 개념적으로 구분된 형태일 수 있으나, 물리적으로 구분된 별개의 구성일 수 있다.
케이블(1201)이 본체부(1210)와 물리적으로 구분된 별개의 구성인 경우에는, 케이블(1201)과 본체부(1210) 사이에 틈이 발생할 수 있다. 이 경우 이 틈을 차단하기 위하여 패킹 고무(1215)를 접촉시킬 수 있다. 패킹 고무(1215)는 커버(1220)와 본체부(1210) 사이의 유체의 경로를 차단함과 동시에 케이블(1201)과 본체부(1210) 사이의 유체의 경로를 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
케이블(1201)은 전체 길이 중 임의의 길이를 내분하여, 측정부 케이블 또는 통신부 케이블로 구분될 수 있다. 측정부 케이블 및 통신부 케이블은 탈부착되는 형태로 구성될 수 있다. 탈부착되는 케이블 각각을 서브케이블로 정의할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 방법으로 하나의 통신부를 반복적으로 사용하면서, 센싱부의 종류를 변경할 수 있으므로 경제성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 케이블(1201)은 복수 개의 케이블일 수 있고, 케이블의 개수는 센서의 종류 및 개수에 따라 다르게 정의될 수 있다.
도 27은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 27을 참조하면, 사물인터넷 센서의 통신부(1300)는 제2 기판(1310), 제3 기판(1320), 자석(1330) 등을 포함할 수 있다.
제2 기판(1310)에는 제2 커넥터(1312), 통신모듈(1314), 안테나(1316) 등이 배치될 수 있다.
제2 커텍터(1312)는 제2 기판(1310)과 연결되고, 사물인터넷 센서의 측정부로부터 센싱 신호를 케이블(미도시)로부터 수신하기 위한 구성일 수 있다.
제2 커넥터(1312)에서 수신한 신도는 제2 기판(1310)을 통해 통신모듈(1314)로 전달될 수 있다.
통신모듈(1314)는 다양한 무선통신 방법에 의해 서버(미도시) 등과 무선으로 통신하고, 데이터를 송수신하기 위한 구성일 수 있으며, 전술한 통신 방법 중 하나 이상이 채택되어 활용될 수 있다.
안테나(1316)는 통신모듈(1314)과 연계 동작하여 무선 신호를 생성하여 송신하거나 수신하는 구성일 수 있다.
제3 기판(1320)은 제2 기판(1310)과 다른 평선상에 배치된 기판일 수 있고, 배터리(1322)가 제3 기판(1320)에 배치될 수 있다.
종래의 기술에 따르면 하나의 기판에서 통신모듈(1314) 및 배터리(1322) 등이 배치되어, 배선이 복잡하여 전기적 신호의 노이즈가 발생하고, 기판의 공간 부족 문제가 발생하였다. 예를 들어, 커버(미도시)의 결합 과정에서 전기 배선의 압착 및 단선이 발생하게 되므로, 복수의 기판으로 분리하여 전기적 배선을 재배치하여 위 문제점을 개선할 수 있다.
예를 들어, 제2 기판(1310) 및 제3 기판(1320)은 서로 다른 평면에 배치되어 복수의 층을 형성할 수 있고, 도 27과 같이 각 영역의 크기를 서로 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(1310)의 크기를 제3 기판(1320)의 크기보다 작게 변경하여 배터리(1322)를 결합하기 위한 공간을 형성할 수 있다.
이 경우 제2 기판(1310)과 제3 기판(1320) 사이에는 스페이서(1311)가 더 포함될 수 있다. 스페이서(1311)는 제2 기판(1310)과 제3 기판(1320) 사이에 공간을 형성함과 동시에, 결합력을 제공할 수 있다. 스페이서(1311)는 볼트 등에 의해 결합 제2 기판(1310) 및 제3 기판(1320)과 결합될 수 있다.
제2 기판(1310)과 제3 기판(1320) 사이에 형성된 공간에 전기적 배선을 배치하거나, 별도의 전자부품을 실장하여 공간의 활용도를 극대화할 수 있다.
제3 기판(1320)의 표면 중 배터리(1322)가 배치되지 않은 표면에는 자석(1330)이 더 배치될 수 있다.
사물인터넷 센서의 통신부(1300)는 통신부 케이스(미도시)에 의해 전술한 각 구성이 외부 환경과 차단되어 보호될 수 있다.
전술한 사물인터넷 센서-예를 들어, 진동센서, 온도센서 등을 감시하여 산업용 장비의 파손 또는 노화로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어, 사물인터넷 센서를 통해 산업용 장비의 구성 중 축의 부러짐, 부하측의 탄화, 베어링 파손, 모터 소손, 슬리브 손상, 그리스 변색, 회전차 손상, 이물질 유입 등에 따른 산업용 장비의 파손 또는 노화를 진동 데이터 및 온도 데이터를 감시하여 사전에 방지할 수 있다.
전술한 사물인터넷 센서를 사용함으로써 산업용 장비의 자동제어 시스템을 구축할 수 있고, 초기 운영에 의한 장비의 고장 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 우발적이거나, 정비 및 관리 과정에서 발생하는 장비의 고장 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 빅데이터를 활용하여 산업용 장비의 상태를 실시간으로 모니터링함으로써 산업용 장비의 수명을 증대시킴과 동시에 적절한 교체 가능범위를 실시간으로 확인하여 관리할 수 있다.
도 28은 일 실시예에 따른 펌프의 온도/진동 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 28을 참조하면, IoT 센서가 측정한 온도/진동데이터를 모니터링하는 방법(2000)을 예시할 수 있다.
펌프 모니터링 시스템은 IoT 센서가 측정한 펌프의 온도/진동데이터를 실시간으로 수집하여 모니터링하고, 기 설정된 알고리즘 또는 기준에 따라 펌프를 자동적으로 제어할 수 있다.제1 시구간(t1)에서 IoT 센서가 측정한 온도데이터는 제1 기준온도(T_ref1) 이하로 유지될 수 있다. 이는 정상범위(normal)로 정의될 수 있다.
제2 시구간(t2)에서는 펌프의 동작이 과부화되거나 펌프의 동작시간이 증가함에 따라 펌프의 온도가 점차 증가하면서 IoT 센서가 측정한 온도데이터가 제1 기준온도(T_ref1)를 초과할 수 있다. 제2 시구간(t2)에서 온도데이터가 제1 기준온도(T_ref1)를 초과하는 경우 모니터링 시스템은 알람을 발생시켜 사용자에게 전달하거나, 펌프의 동작을 제어하는 신호를 발생시킬 수 있다. 필요에 따라, 제1 기준온도(T_ref1)는 제2 기준온도(T_ref2) 보다 낮게 설정되어, 제2 기준온도(T_ref2)의 근접 여부를 사전에 결정하는 기준온도일 수 있다.
제2 시구간(t2)에서 온도데이터가 제2 기준온도(T_ref2)를 초과하는 경우 모니터링 시스템은 알람을 발생시켜 사용자에게 전달하거나, 펌프의 동작을 제어하는 신호를 발생시킬 수 있다. 필요에 따라, 제1 기준온도(T_ref1)와 제2 기준온도(T_ref2) 사이의 온도는 버퍼 존(buffer zone)으로 정의될 수 있다.
모니터링 시스템은 제2 기준온도(T_ref2)를 초과하는 온도데이터를 확인하는 경우에 모터의 동작은 오프(OFF) 시키거나, 모터의 회전속도를 감소시키는 제어신호를 생성할 수 있다. IoT 센서가 측정한 온도데이터가 최대 측정온도(T_max)와 인접한 제2 기준온도(T_ref2)를 초과하는 것으로 판단되는 경우에, 모터의 전원을 오프(OFF) 시킴으로써 비상 상황에 발생하는 화재 위험을 예방할 수 있다.
제3 시구간(t3)에서는 제2 기준온도(T_ref2) 이하의 온도로 온도데이터를 유지시키는 구간일 수 있다. 즉각적인 온도 강하에 의한 펌프의 내구성 저하를 방지하기 위하여, 쿨링(cooling)을 수행하는 구간일 수 있다.
제4 시구간(t4)에서는 제1 기준온도(T_ref1) 이하의 온도로 온도데이터를 유지시키는 구간일 수 있다. 쿨링(cooling)을 수행하고, 단계적으로 펌프의 온도데이터를 정상범위(normal)로 유지하는 구간일 수 있다.
모니터링 시스템은 모터의 과부화 상황, 펌프의 수명, 생산수율 등을 고려하여 기준점을 제1 기준온도(T_ref1) 또는 제2 기준온도(T_ref2) 등으로 다양하게 설정할 수 있다.
필요에 따라, 제1 기준온도(T_ref1)와 제2 기준온도(T_ref2) 사이의 온도 범위를 제1 스테이지(stage 1)로 정의하고, 제2 기준온도(T_ref2)와 최대 측정온도(T_max) 사이의 범위를 제2 스테이지(stage 2)로 정의하여 펌프의 온도 기준점을 조절할 수 있다.
펌프가 작동을 시작하고 일정한 시간이 경과하는 경우 내부 온도가 지속적으로 증가할 수 있고, 이 경우 펌프 내부의 전자회로 또는 구성요소가 타버리는 버닝 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 관리자가 온도데이터 변화를 모니터링하여 즉각적인 동작 제어를 수행하거나, 기 설정된 알고리즘에 의해 자동적으로 동작 제어를 수행할 필요가 있다.
위와 같은 방법으로 1 기준온도(T_ref1) 및 제2 기준온도(T_ref2)를 설정하여 모니터링을 순차적으로 수행하는 경우, 펌프의 동작을 체계적이고 안전성 높게 제어할 수 있다.
도 28에서는 예시적으로 온도데이터의 모니터링을 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않고 진동데이터의 모니터링도 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
도 28과 같이 센서데이터의 시계열적인 데이터를 획득하여 그래프 또는 표로 나타낸 것을 데이터맵으로 정의할 수 있다.
도 29는 일 실시예에 따른 펌프의 모터 회전속도 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29를 참조하면, IoT 센서가 측정한 모터 회전속도 데이터를 모니터링하는 방법(2100)을 예시할 수 있다.
펌프에 포함된 모터의 회전속도 데이터는 인코더(미도시) 등의 센서에 의해 측정되거나, 접촉식 또는 비접촉식 등의 RPM 측정기에 의해 측정될 수 있다.
펌프의 화재 위험은 펌프의 온도센서에 의해 모니터링될 수 있지만, 모터의 RPM 측정기에 의해 모니터링될 수도 있다.
예를 들어, 모터의 회전속도는 제1 회전속도(RPM1)으로 유지되다가 일정한 시점 이후에 회전속도가 증가할 수 있다. 기준 회전속도(RPM_REF)를 초과하는 제1 시점(t_a)에 모터의 출력을 감소시키는 동작 제어를 수행할 수 있다. 제1 시점(t_a)에 회전데이터를 획득하고, 기준 회전속도(RPM_REF)을 초과하는지 여부를 판단하는 경우 제2 시점(t_b)까지 시간의 지연이 발생할 수 있다. 이러한 동작지연을 예방하기 위하여 복수의 기준 회전속도를 두고 버퍼 존(buffer zone)을 형성할 수 있다.
제1 시점(t_a) 내지 제3 시점(t_c)은 변화(transition) 구간으로서 제2 회전속도(RPM2)을 목표로 회전속도를 감소시킬 수 있다.
제3 시점(t_c) 내지 제4 시점(t_d)는 쿨링(cooling) 구간으로서, 평균적인 회전속도보다 낮은 회전속도를 가지는 제2 회전속도(RPM2)를 유지하여 모터 또는 펌프의 온도를 감소시키는 구간일 수 있다.
제4 시점(t_d) 이후에는 모터의 동작을 정상(Normal)적으로 회복하여 제1 회전속도(RPM1)을 유지할 수 있으나, 모터의 회전속도는 제1 회전속도 이외에 다양하게 설정될 수 있다.
도 29의 모터 회전속도 그래프는 정상동작과 기준 회전속도를 초과한 비정상동작의 구간의 모터 제어방법을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
도 30은 일 실시예에 따른 온도/진동 데이터 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 30을 참조하면, 일 실시예에 따른 온도/진동 데이터 모니터링 방법(2200)은 온도/진동 데이터 수집 단계(S2210), 온도데이터의 이상을 감지하는 단계(S2220), 진동데이터의 이상을 감지하는 단계(S2230), 펌프의 동작을 제어하는 단계(S2240) 등을 포함할 수 있다.
온도/진동 데이터 수집 단계(S2210)는 IoT 센서를 통하여 온도데이터 또는 진동데이터를 유선 또는 무선 통신 방법으로 수집하는 단계일 수 있다.
서버 또는 프로세서는 온도데이터 또는 진동데이터를 수집하여 모니터링할 수 있다.
온도데이터의 이상을 감지하는 단계(S2220)는 서버 또는 프로세서가 획득한 온도데이터를 모니터링하고, 기준치 초과 또는 기준범위를 이탈하는 데이터 변화를 감지하는 단계일 수 있다. 만약, 온도데이터가 기준치를 초과하거나, 기준범위를 벗어나는 경우에는 펌프의 동작을 제어하는 단계(S2240)을 수행할 수 있다.
진동데이터의 이상을 감지하는 단계(S2230)는 서버 또는 프로세서가 획득한 진동데이터를 모니터링하고, 기준치 초과 또는 기준범위를 이탈하는 데이터 변화를 감지하는 단계일 수 있다. 만약, 진동데이터가 기준치를 초과하거나, 기준범위를 벗어나는 경우에는 펌프의 동작을 제어하는 단계(S2240)을 수행할 수 있다.
펌프의 동작을 제어하는 단계(S2240)는 IoT 센서를 통하여 측정된 온도데이터 또는 진동데이터를 모니터링하여 이상 신호를 감지한 경우에 펌프의 동작을 제어하는 단계일 수 있다.
펌프의 임의의 일 위치의 온도데이터가 기준온도를 초과하는 경우에 펌프의 출력을 제한하거나 전원을 오프(OFF)할 수 있고, 펌프의 모터의 진동이 기준범위를 벗어나는 경우에는 기준범위 이내로 펌프의 회전속도 등을 조절하는 동작제어를 수행할 수 있다.
도 31은 일 실시예에 따른 펌프 자동제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 31을 참조하면, 펌프 제동제어를 위한 펌프 모니터링 시스템(2300)은 제1 내지 제3 온도센서(2310, 2320, 2330), 센서정보저장회로(2340), 위치정보저장회로(2350), 3D모델링정보저장회로(2360), 데이터맵생성회로(2370), 자동제어회로(2380) 등을 포함할 수 있다.제1 내지 제3 온도센서(2310, 2320, 2330)는 전술한 IoT 센서의 일 종류로써, 펌프의 내부 또는 외부에 부착되어 펌프의 온도데이터를 측정하여 유무선 통신의 방법으로 온도데이터를 송수신할 수 있다. 필요에 따라, 진동데이터를 함께 측정할 수 있다.
제1 내지 제3 온도센서(2310, 2320, 2330)는 제1 내지 제3 온도데이터(Data_temp1, Data_temp2, Data_temp3)을 생성할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 IoT 센서의 개수 및 종류는 이에 제한되지 않는다.
센서정보저장회로(2340)는 복수의 IoT 센서가 측정한 센서데이터-예를 들어, 온도데이터, 진동데이터 등-를 유무선 통신 방법으로 수집하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 센서정보저장회로는 온도데이터를 WiFi 무선통신 또는 RoRa 무선통신 방법으로 수신하거나, 탈착 가능한 케이블과 연결되고 케이블을 통해 온도데이터를 유선통신 방법으로 수신할 수 있다.
위치정보저장회로(2350)는 IoT 센서의 3차원 공간상 좌표정보에 관한 위치데이터를 수집하여 저장할 수 있다. IoT 센서의 3차원 공간상 좌표정보는 펌프의 표면에 부착된 위치정보센서에 의해 수집될 수 있고, 또는 사용자가 입력한 좌표정보일 수 있다.
3D모델링정보저장회로(2360)는 펌프의 각 구성요소의 3차원 모델링데이터를 결합하여 생성된 3D모델링데이터를 수집하여 저장할 수 있다. 3D모델링데이터는 시뮬레이션을 통해 펌프의 규격을 확인하고, 3차원 시뮬레이션을 통해 산업용 장비의 형상을 가상으로 구현한 모델링데이터일 수 있으며, 전술한 증강현실(VR)의 구현 과정에서 사용되는 데이터일 수 있다. 이 경우 증간현실(VR) 구현 과정에서 활용한 3D모델링데이터를 IoT 센서를 통한 펌프 모니터링에 활용할 수 있으므로, 데이터 활용도가 증가하게 된다.
데이터맵생성회로(2370)는 3D모델링데이터, 위치데이터 및 센서데이터를 결합하여 데이터맵을 생성할 수 있다.
데이터맵생성회로(2370)은 펌프에 부착된 IoT 센서의 위치데이터와 3D모델링데이터를 매칭하고, IoT 센서의 위치별로 센서데이터를 개별적으로 표시하는 데이터맵을 생성하는 회로일 수 있다.
데이터맵에 의해 펌프의 위치별 온도/진동 변화를 연동하여 관리할 수 있고, 관리자가 온도/진동 모니터링을 보다 직관적으로 수행할 수 있도록 한다. 데이터맵에 따라 임의의 일 기준점-예를 들어, 모터의 중심 좌표-의 좌표정보와 IoT 센서의 좌표정보를 통해 각 센서의 거리를 계산하여 관리할 수 있다.
자동제어회로(2380)는 데이터맵에 기초하여 펌프의 동작을 제어할 수 있다. 데이터맵의 IoT 센서의 위치별 온도/진동데이터를 모니터링하여, 모니터링 대상이 되는 IoT 센서의 온도/진동데이터가 기준치를 초과한 경우에 펌프의 동작 제어를 수행할 수 있다.
자동제어회로(2380)는 기 설정된 시간이 경과한 경우 펌프의 전원을 오프(OFF) 상태로 변경할 수 있고, 펌프의 동작을 제어하기 위하여 펌프의 전원을 온(ON), 오프(OFF)로 제어하거나, 펌프의 모터의 회전속도(RPM)를 변경할 수 있다. 필요에 따라, 펌프의 전원 온/오프 과정에서 스위치(미도시)를 활용할 수 있다.
자동제어회로(2380)는 IoT 센서의 온도/진동데이터가 기 설정된 동작조건에 해당하는지 여부를 판단하고, 기 설정된 동작조건을 만족하지 않는 경우에는 펌프의 출력을 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 펌프의 출력이 감소되거나 증가되는 경우 모터의 회전속도가 감소되거나 증가될 수 있다.
자동제어회로(2380)는 데이터맵상에서 기준점으로부터의 거리를 기준으로 IoT 센서의 온도/진동데이터를 정렬하고, 기 설정된 우선순위에 따라 상기 펌프의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 우선순위는 기준점-예를 들어, 모터의 중심부-으로부터 가까운 거리에 있는 IoT 센서를 높은 우선순위로 설정할 수 있다.
이 경우 복수의 IoT 센서를 모니터링하기 위한 프로세서(2390)의 연산량을 감소시킬 수 있고, 기 획득한 좌표정보를 기준으로 우선순위를 정렬하므로 온도/진동데이터 변화를 정확하게 모니터링할 수 있다.
프로세서(2390)는 데이터 수집, 저장, 연산을 위한 전자회로로서, 센서정보저장회로(2340), 위치정보저장회로(2350), 3D모델링정보저장회로(2360), 데이터맵생성회로(2370), 및 자동제어회로(2380) 중 하나 이상의 동작을 제어할 수 있다.
도 31에서는 예시적으로 온도센서가 측정한 온도데이터 모니터링을 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않고 진동센서가 측정한 진동데이터의 모니터링도 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
도 31에서 온도센서 또는 IoT 센서는 전술한 사물인터넷 센서가 채택될 수 있고, 온도센서는 온도 및 진동을 측정할 수 있다.
도 32는 일 실시예에 따른 3차원 데이터맵 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 32를 참조하면, 3차원 데이터맵 생성 방법(2400)은 IoT 센서의 온도/진동데이터 획득 단계(S2410), 3D모델링데이터 획득 단계(S2420), IoT 센서의 위치데이터 획득 단계(S2430), 3차원 데이터맵 생성 단계(S2440) 등을 포함할 수 있다.
IoT 센서의 온도/진동데이터 획득 단계(S2410)는 IoT 센서가 측정한 온도데이터 또는 진동데이터를 유선 또는 무선 통신의 방법으로 획득하는 단계일 수 있다. IoT 센서가 무선통신을 수행하는 경우에 펌프의 위치에 따른 설치 제약조건을 극복할 수 있게 된다.
3D모델링데이터 획득 단계(S2420)는 펌프의 3차원 시뮬레이션 모델링 데이터를 획득하는 단계일 수 있다. 이 경우 전술한 증강현실(VR) 구현을 위한 3차원 시뮬레이션 모델링 데이터가 다시 사용될 수 있다. 3D모델링데이터를 이중으로 활용함으로써 VR 구현과 IoT 모니터링을 동시에 가능하게 한다.
IoT 센서의 위치데이터 획득 단계(S2430)는 IoT 센서가 펌프에 부착된 위치를 좌표정보로 획득하는 단계일 수 있다.
3차원 데이터맵 생성 단계(S2440)는 3D모델링데이터의 공간상 좌표와 IoT 센서의 펌프 부착 위치좌표를 결합하고, 해당 위치에 대응되는 온도/진동데이터를 이미지화하여 데이터맵을 생성하는 단계일 수 있다. 필요에 따라 데이터맵은 온도/진동데이터를 이미지화하지 않고 데이터를 테이블 형식으로 저장할 수 있다. 이 경우 3D모델링데이터, 위치데이터, 온도/진동데이터를 태깅하여 통합하여 데이터를 저장하고 모니터링할 수 있다.
특히, 펌프의 모터에서 발열되는 발열량을 펌프의 내부에서 최대이고, 펌프의 외곽은 최소일 수 있으므로 펌프의 위치별로 IoT 센서의 온도데이터 수집이 필요하게 된다. 예를 들어, 펌프에 사용되는 전자장치 중 발열이나 진동에 민감한 전자장치의 위치를 기준점으로 설정하거나, 펌프의 중심부를 기준점으로 설정하는 등 펌프 모니터링의 목적에 따라 다양한 기준점이 설정되어 데이터맵을 생성할 수 있다.
도 33은 일 실시예에 따른 펌프 모니터링 시스템의 동작모드를 예시하는 도면이다.
도 33을 참조하면, 펌프 모니터링 시스템의 동작모드(2500)는 전원 자동제어모드(2510), 모터 회전속도 제어모드(2520), 3차원 데이터맵 모니터링 모드(2530), 센서 위치별 알람발생 모드(2540) 등을 포함할 수 있다.
전원 자동제어모드(2510)는 펌프의 동작을 IoT 센서를 통해 모니터링 하고, 펌프가 과열된 경우 전원을 오프(OFF)하거나 펌프가 냉각된 경우 전원을 온(ON)하는 동작제어모드일 수 있다. 펌프가 동작을 시작하고 5분 내지 10분이 경과한 경우 발열량이 급증하고, 내부 회로구성에 열에너지가 전달되어 비정상적인 동작 또는 구성의 파괴가 발생할 수 있다. 이 경우 기 설정된 기준온도를 초과하는 온도데이터가 측정된 경우에는 펌프의 전원을 오프(OFF)하여 회로구성이 타버리는 현상을 방지할 수 있다.
모터 진동 제어모드(2520)는 모터의 진동을 모니터링하고, 기준 진동량을 초과하는 경우에 모터의 전원을 오프(OFF)하거나 출력을 감소시켜 이상동작을 사전에 방지하는 제어를 수행하는 동작제어모드일 수 있다.
3차원 데이터맵 모니터링 모드(2530)는 IoT 센서의 위치데이터, 온도/진동데이터 및 3D모델링데이터를 결합하여 획득한 데이터맵을 통해 펌프의 모니터링을 수행하는 동작모드일 수 있다. 표시장치(미도시)를 통해 사용자에게 3차원 데이터맵을 시각적으로 제공할 수 있으나, 내부 데이터베이스로 온도/진동 변화를 수집 관리할 수 있다.
센서 위치별 알람발생 모드(2540)는 정상동작 범위를 초과한 IoT 센서의 측정데이터를 기초로 알람을 발생시켜, 기 설정된 복구 알고리즘을 수행하거나 사용자에게 알람을 전달하는 동작모드일 수 있다. 사용자는 표시장치(미도시)를 통해 온도/진동 그래프를 관찰하고, 알람이 발생하는 경우 복구 프로세스를 수행할 수 있다.
Claims (20)
- 실시간으로 펌프의 센서데이터를 수집하여 모니터링하는 펌프 모니터링 시스템에 있어서,
복수의 IoT 센서가 측정한 센서데이터를 수집하여 저장하는 센서정보저장회로;
상기 센서데이터를 이용하여 데이터맵을 생성하는 데이터맵생성회로; 및
상기 데이터맵에 기초하여 상기 펌프의 동작을 제어하는 자동제어회로를 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 센서데이터는 온도데이터 또는 진동데이터를 포함하고,
상기 펌프 모니터링 시스템은,
상기 복수의 IoT 센서의 위치데이터를 저장하는 위치정보저장회로; 및
상기 펌프의 3D모델링데이터를 저장하는 3D모델링정보저장회로를 더 포함하고,
상기 데이터맵생성회로는 상기 3D모델링데이터, 상기 위치데이터 및 상기 센서데이터를 이용하여 상기 데이터맵을 생성하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,상기 센서정보저장회로는 상기 센서데이터를 WiFi 무선통신 또는 RoRa 무선통신 방법으로 수신하는, 펌프 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센서데이터는 온도데이터 또는 진동데이터를 포함하고,
상기 센서정보저장회로는 탈착 가능한 케이블과 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 센서데이터를 유선통신 방법으로 수신하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 센서정보저장회로, 상기 위치정보저장회로, 상기 3D모델링정보저장회로, 상기 데이터맵생성회로, 및 상기 자동제어회로 중 하나 이상의 동작을 제어하는 프로세서를 더 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 위치데이터는 상기 IoT 센서의 3차원 공간상 좌표정보를 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 3D모델링데이터는 상기 펌프의 각 구성요소의 3차원 모델링데이터를 결합하여 생성된, 펌프 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 데이터맵은 상기 펌프에 부착된 상기 IoT 센서의 위치데이터와 상기 3D모델링데이터를 매칭하고, 상기 IoT 센서의 위치별로 상기 센서데이터를 개별적으로 표시하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 자동제어회로는 기 설정된 시간이 경과한 경우 상기 펌프의 전원을 오프(OFF) 상태로 변경하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 자동제어회로는 상기 센서데이터가 기 설정된 동작조건에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 동작조건을 만족하지 않는 경우에는 상기 펌프의 출력을 감소시키는, 펌프 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 자동제어회로는 상기 데이터맵상에서 기준점으로부터의 거리를 기준으로 상기 IoT 센서의 상기 센서데이터를 정렬하고, 기 설정된 우선순위에 따라 상기 펌프의 동작을 제어하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 IoT 센서는,
제1 기판;
상기 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터;
상기 제1 커넥터와 일 단부가 연결되고, 플렉서블한 도선으로 형성된 케이블;
상기 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터; 및
상기 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈을 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 IoT 센서는,
상기 제1 기판 및 상기 제1 커넥터를 보호하는 측정부 케이스를 더 포함하고,
상기 측정부 케이스는,
상기 제1 기판을 지지하는 수직구조체를 포함하는 본체부; 및
상기 본체부와 분리가능 하도록 결합된 커버를 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 IoT 센서는,
상기 본체부에 형성된 홈 및 상기 커버에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응되고,
상기 본체부 및 상기 커버 사이에는 실리콘 타입의 패킹 고무가 삽입되어 밀폐되는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 IoT 센서는,
상기 제1 커넥터가 배치되지 않은 상기 제1 기판의 다른 표면에 부착되어 있는 온도센서를 더 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 솔더링 방식으로 부착된 금속라인과 연결되어 있는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 탈착 가능한 형태로 결합된 금속라인과 연결되어 있는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 본체부는 자성을 가지는 마그네틱 구조체를 더 포함하는, 펌프 모니터링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 케이블은 탈착 가능한 복수의 서브케이블을 포함하는, 사물인터넷 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 IoT 센서는,
상기 제3 기판의 일 표면에 배치되고, 상기 제2 기판상에 배치된 상기 통신모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및
상기 제3 기판의 다른 표면에 부착된 마그네틱 구조체를 더 포함하는, 펌프 모니터링 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210186106A KR102662331B1 (ko) | 2021-12-23 | IoT센서를 적용한 펌프 모니터링 및 자동제어 시스템 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117041303A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 睿兴科技(天津)有限公司 | 一种用于水泵智能诊断的数据传输方法及系统 |
| CN117201207A (zh) * | 2023-11-08 | 2023-12-08 | 深圳市顺源科技有限公司 | 一种基于高隔离模网数据转换的工业物联网系统 |
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| CN117201207B (zh) * | 2023-11-08 | 2024-02-27 | 深圳市顺源科技有限公司 | 一种基于高隔离模网数据转换的工业物联网系统 |
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