KR20240065461A - Power saving device for industrial production equipment - Google Patents

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KR20240065461A KR1020220141638A KR20220141638A KR20240065461A KR 20240065461 A KR20240065461 A KR 20240065461A KR 1020220141638 A KR1020220141638 A KR 1020220141638A KR 20220141638 A KR20220141638 A KR 20220141638A KR 20240065461 A KR20240065461 A KR 20240065461A
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Abstract

산업용 생산 장비의 전력 절감 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시례에 따른 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치는 산업용 생산 장비의 유효전력, 무효전력, 상전압, 선간전압, 역률 및 위상 중 적어도 하나를 수집하는 다수의 에너지 미터링 디바이스, 상기 에너지 미터링 디바이스로부터 수집된 데이터를 취합하여 서버로 전송하는 통합 센싱 모듈, 상기 통합 센싱 모듈로부터 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 부하전력 정보 및 사용패턴을 저장하는 서버, 상기 통합 센싱 모듈로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 과부하 여부를 모니터링하는 센서 모니터링부, 상기 통합 센싱 모듈에서 측정된 데이터를 통해 각 부하별 전력사용량을 적산 처리하고 필요한 데이터를 상기 서버의 디스플레이창을 통해 출력하고, 상기 산업용 생산 장비를 제어하는 중앙처리제어부, 통합 센싱 모듈로부터 수집된 각각의 산업용 생산 장비의 소비전력 및 사용 또는 가동상황에 관한 데이터를 서버로부터 입력 받아 상기 산업용 생산 장비 전체의 소비전력에 관한 예상수요를 산출하는 전력수요예측부, 상기 전력수요예측부에 의해 산출된 예상수요를 기초로 상기 산업용 생산 장비의 목표 소비전력 및 부하관리시간을 포함하는 관리목표량을 설정하는 부하관리부;및 복수의 용량성 리액턴스가 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되고, 상기 각 용량성 리액턴스와 직렬로 연결된 스위칭 소자들을 구비하여 전압을 조절하는 전압조절부; 를 포함한다.A power saving device for industrial production equipment is disclosed. A power saving device for industrial production equipment according to an embodiment of the present invention includes a plurality of energy metering devices that collect at least one of active power, reactive power, phase-to-phase voltage, line-to-line voltage, power factor, and phase of industrial production equipment, the energy metering device An integrated sensing module that collects data collected from devices and transmits it to a server, a server that receives data from the integrated sensing module and stores load power information and usage patterns of the industrial production equipment, and receives sensing data from the integrated sensing module A sensor monitoring unit that monitors whether the industrial production equipment is overloaded, calculates and processes the power usage for each load through the data measured by the integrated sensing module, outputs the necessary data through the display window of the server, and outputs the necessary data through the display window of the server. Data on the power consumption and use or operation status of each industrial production equipment collected from the central processing control unit that controls the equipment and the integrated sensing module is input from the server, and the expected demand for the power consumption of the entire industrial production equipment is calculated. A power demand prediction unit, a load management unit that sets a management target amount including target power consumption and load management time of the industrial production equipment based on the expected demand calculated by the power demand prediction unit; and a plurality of capacitive reactances in series or a voltage regulator that is connected in parallel or series-parallel and includes switching elements connected in series with each of the capacitive reactances to regulate the voltage; Includes.

Description

산업용 생산 장비의 전력 절감 장치{Power saving device for industrial production equipment}Power saving device for industrial production equipment}

본 발명은 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 각 장비로부터 수집된 부하정보를 하나의 통합센싱모듈을 이용하여 부하전력을 모니터링하고, 특히 전압조정에 필요한 전력소모 없이 지능적으로 부하상태에 적합하게 전압이 조정되거나 사용자가 선택적으로 전압을 조정하여 부하에 전력을 공급함으로써 에너지 절감효과를 극대화한 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치에 관한 것이다The present invention relates to a power saving device for industrial production equipment. More specifically, the present invention relates to a power saving device for industrial production equipment. More specifically, the load information collected from each equipment is monitored using an integrated sensing module, and in particular, the load power is monitored without power consumption required for voltage adjustment. This relates to a power saving device for industrial production equipment that maximizes energy savings by adjusting the voltage to suit the load condition or supplying power to the load by selectively adjusting the voltage by the user.

일반적으로, 각종 산업용 생산 장비의 운전에 소모되는 부하 전력 소모량은 제품의 생산량, 작업자의 작업 생산성, 장비의 부하, 고장 예측 등을 분석하고 판단할 수 있는 가장 중요한 데이터이다. In general, load power consumption consumed in the operation of various industrial production equipment is the most important data that can be used to analyze and determine product production, worker productivity, equipment load, and failure prediction.

이에 획득한 전력 데이터를 키오스크(Kiosk) 타입의 디스플레이 또는 모바일 기기에서 실시간 모니터링하고 이를 분석하여 사용자에게 생산량, 작업 생산성 등을 제공하는 기술의 필요성이 증가하고 있다.Accordingly, the need for technology that monitors and analyzes acquired power data in real time on a kiosk-type display or mobile device to provide users with production volume and work productivity is increasing.

그러나, 기존 산업용 생산 장비의 단일 파트 부하 전력 측정 기술의 경우, 산업용 생산 장비가 다수의 파트로 구성되어 있어 한 대의 장비를 구성하는 여러 파트의 부하 전력을 동시에 측정할 필요가 있으나 기존의 전력 디바이스는 단일 파트에 대해서만 부하 전력을 측정할 수가 있는 문제점이 있었다.However, in the case of single-part load power measurement technology for existing industrial production equipment, it is necessary to simultaneously measure the load power of several parts that make up one equipment because the industrial production equipment is composed of multiple parts. However, existing power devices There was a problem in that load power could only be measured for a single part.

이러한 한계로 인해, 여러 파트별 부하 전력을 동시에 측정하고자 할 경우에는 많은 전력 디바이스를 설치해야 하고 이로 인한 경제적 부담이 가중되었고, 이는 기존의 전력 디바이스가 전력을 측정하는 기능 모듈과 측정 전력 데이터를 서버로 전송하는 통신 모듈이 일체화 되어 있기 때문이었다.Due to these limitations, when trying to measure the load power of several parts simultaneously, many power devices must be installed, which increases the economic burden. This is because the existing power device has a function module that measures power and transmits the measured power data to the server. This was because the communication module transmitting to was integrated.

따라서, 하나의 통합 센싱 모듈을 이용하여 부하정보 수집과 분석을 수행하고, 이를 통해 산업용 생산 장비의 전력을 절감하는 장치에 대한 연구가 요구된다.Therefore, research is required on a device that collects and analyzes load information using a single integrated sensing module and thereby reduces the power of industrial production equipment.

한국공개특허 제10-2014-0132523호Korean Patent Publication No. 10-2014-0132523

본 발명의 목적은, 산업용 생산 장비의 소비전력과 사용 또는 가동 상황을 파악하여 부하를 조절함으로써, 낭비되는 전력에너지를 절감할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a power saving device that can reduce wasted power energy by controlling the load by identifying the power consumption and usage or operation status of industrial production equipment.

또한, 본 발명은, 각각의 전력기기에 직렬로 접속된 용량성 리액턴스와 부하의 임피던스 상태에 의해 전압을 분압하여 접속된 부하의 소요출력에 대응하는 최적의 공급전압이 공급되게 함으로써 전력을 절감할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는 것이다.In addition, the present invention can save power by dividing the voltage by the capacitive reactance connected in series to each power device and the impedance state of the load to supply the optimal supply voltage corresponding to the required output of the connected load. The goal is to provide a power saving device that can

본 발명의 일 실시례에 따른 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치는 산업용 생산 장비의 유효전력, 무효전력, 상전압, 선간전압, 역률 및 위상 중 적어도 하나를 수집하는 다수의 에너지 미터링 디바이스, 상기 에너지 미터링 디바이스로부터 수집된 데이터를 취합하여 서버로 전송하는 통합 센싱 모듈, 상기 통합 센싱 모듈로부터 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 부하전력 정보 및 사용패턴을 저장하는 서버, 상기 통합 센싱 모듈로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 과부하 여부를 모니터링하는 센서 모니터링부, 상기 통합 센싱 모듈에서 측정된 데이터를 통해 각 부하별 전력사용량을 적산 처리하고 필요한 데이터를 상기 서버의 디스플레이창을 통해 출력하고, 상기 산업용 생산 장비를 제어하는 중앙처리제어부, 통합 센싱 모듈로부터 수집된 각각의 산업용 생산 장비의 소비전력 및 사용 또는 가동상황에 관한 데이터를 서버로부터 입력 받아 상기 산업용 생산 장비 전체의 소비전력에 관한 예상수요를 산출하는 전력수요예측부, 상기 전력수요예측부에 의해 산출된 예상수요를 기초로 상기 산업용 생산 장비의 목표 소비전력 및 부하관리시간을 포함하는 관리목표량을 설정하는 부하관리부;및 복수의 용량성 리액턴스가 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되고, 상기 각 용량성 리액턴스와 직렬로 연결된 스위칭 소자들을 구비하여 전압을 조절하는 전압조절부; 를 포함한다.A power saving device for industrial production equipment according to an embodiment of the present invention includes a plurality of energy metering devices that collect at least one of active power, reactive power, phase-to-phase voltage, line-to-line voltage, power factor, and phase of industrial production equipment, the energy metering device An integrated sensing module that collects data collected from devices and transmits it to a server, a server that receives data from the integrated sensing module and stores load power information and usage patterns of the industrial production equipment, and receives sensing data from the integrated sensing module A sensor monitoring unit that monitors whether the industrial production equipment is overloaded, calculates and processes the power usage for each load through the data measured by the integrated sensing module, outputs the necessary data through the display window of the server, and outputs the necessary data through the display window of the server. Data on the power consumption and use or operation status of each industrial production equipment collected from the central processing control unit that controls the equipment and the integrated sensing module is input from the server, and the expected demand for the power consumption of all industrial production equipment is calculated. A power demand prediction unit, a load management unit that sets a management target amount including target power consumption and load management time of the industrial production equipment based on the expected demand calculated by the power demand prediction unit; and a plurality of capacitive reactances in series or a voltage regulator that is connected in parallel or series-parallel and includes switching elements connected in series with each of the capacitive reactances to regulate the voltage; Includes.

또한, 본 발명의 일 실시례에 따르면 상기 부하관리부는,In addition, according to one embodiment of the present invention, the load management unit,

상기 산업용 생산 장비 중에서 사용시간대의 이동이나 차단이 가능한 부하들에 대해 우선순위를 설정하고, 상기 우선순위에 따라 순차적으로 기설정된 관리목표전력량을 사용하도록 관리할 수 있다.Among the industrial production equipment, priorities can be set for loads that can be moved or blocked during use times, and managed to use a preset management target power amount sequentially according to the priority.

또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 상기 전압조절부는,In addition, the voltage regulator according to an embodiment of the present invention,

상기 산업용 생산 장비의 부하상태에 따라 전압이 조정되거나, 사용자가 선택적으로 전압을 조정하여 상기 산업용 생산 장비의 소요출력에 대응하는 전압을 공급하여 전력을 절감할 수 있다.The voltage can be adjusted according to the load status of the industrial production equipment, or the user can selectively adjust the voltage to supply a voltage corresponding to the required output of the industrial production equipment to save power.

또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 상기 센서 모니터링부는,In addition, the sensor monitoring unit according to an embodiment of the present invention,

상기 통합 센싱 모듈의 일지점에 마련되어 온도를 센싱하는 온도센서 및 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 온도센서의 평균오차(Aerr)가 기설정된 한계오차(Serr)보다 큰 경우, 상기 온도센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.When the average error (Aerr) of the temperature sensor provided at one point of the integrated sensing module to sense the temperature and the average error (Aerr) of the temperature sensor calculated by the following [Equation 1] is greater than the preset limit error (Serr), the temperature sensor It can be determined that is broken.

또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 상기 서버는, 상기 통합 센싱 모듈로부터 수신한 데이터로부터 상기 산업용 생산 장비의 실시간 오류발생 유무를 판단하는 실시간 오류판단부; 및 빅데이터 및 머신러닝에 기반하여 상기 산업용 생산 장비의 고장을 예측하는 고장예측부;를 포함하고, 상기 산업용 생산 장비의 고장이 예측되는 경우, 고장 대응 매뉴얼을 생성하여 관리자에게 전송하는 매뉴얼 제공부;를 더 포함하고, 상기 중앙처리제어부는, 상기 산업용 생산 장비의 특정 부하의 전력사용량 초과나 전체 부하의 전력사용량을 초과하는 경우, 전원의 공급을 제어할 수 있다.In addition, the server according to an embodiment of the present invention includes a real-time error determination unit that determines whether a real-time error has occurred in the industrial production equipment from data received from the integrated sensing module; And a failure prediction unit that predicts a failure of the industrial production equipment based on big data and machine learning; and, when a failure of the industrial production equipment is predicted, a manual provision unit that generates a failure response manual and transmits it to the manager. ;, wherein the central processing control unit may control the supply of power when the power usage of a specific load of the industrial production equipment exceeds or the power usage of the entire load exceeds.

본 발명은 다수의 에너지 미터링 디바이스로부터 수집된 부하정보 데이터를 하나의 통합 센싱 모듈을 이용하여 취합하고 처리할 수 있도록 에너지 수집과 취합 및 전송 장치를 이원화함으로써, 제품 가격을 합리화하고 장비 설치 간편화를 도모할 수 있는 전력 분석 장치를 제공할 수 있다.The present invention rationalizes product prices and simplifies equipment installation by dualizing energy collection and aggregation and transmission devices so that load information data collected from multiple energy metering devices can be collected and processed using one integrated sensing module. It is possible to provide a power analysis device that can

또한, 본 발명은, 산업용 생산 장비의 부하정보 데이터를 이용하여 기계학습 기반의 고장 예측 정보를 제공함으로써, 고장 발생을 사전에 방지할 수 있는 전력 분석 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a power analysis device that can prevent failures in advance by providing machine learning-based failure prediction information using load information data of industrial production equipment.

또한, 본 발명은, 산업용 생산 장비의 부하정보 데이터를 이용하여 과부하 상태의 산업용 생산 장비를 신속하게 파악하고 전원을 차단할 수 있는 전력 분석 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a power analysis device that can quickly identify industrial production equipment in an overloaded state and turn off the power using load information data of industrial production equipment.

또한, 본 발명은, 산업용 생산 장비의 소비전력과 사용 또는 가동 상황을 파악하여 부하를 조절함으로써, 낭비되는 전력에너지를 절감할 수 있다.In addition, the present invention can reduce wasted power energy by controlling the load by identifying the power consumption and usage or operation status of industrial production equipment.

또한, 본 발명은, 각각의 전력기기에 직렬로 접속된 용량성 리액턴스와 부하의 임피던스 상태에 의해 전압을 분압하여 접속된 부하의 소요출력에 대응하는 최적의 공급전압이 공급되게 함으로써 전력을 절감할 수 있다.In addition, the present invention can save power by dividing the voltage by the capacitive reactance connected in series to each power device and the impedance state of the load to supply the optimal supply voltage corresponding to the required output of the connected load. You can.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치의 세부구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 통합 센싱 모듈을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 에너지 미터링 디바이스(110)를 도시한 도면이다.
도 5는 상전압과 상간전압의 개념을 도시한 도면이다.
도 6은 델타결선 방식을 예시한 도면이다.
도 7은 Y결선 방식을 예시한 도면이다.
도 8은 Y결선에서의 220V 만들기를 예시한 도면이다.
도 9는 3상3선식 변압기 구조 및 델타결선에서의 220V 만들기를 예시한 도면이다.
도 10은 3상4선식 Y결선의 결선도를 예시한 도면이다.
도 11은 전력측정 IC의 Y결선 회로도를 예시한 도면이다.
도 12는 3상3선식 결선의 결선도를 예시한 도면이다.
도 13은 전력측정 IC의 결선 회로도를 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시례에 따른 통합 센싱 모듈과 에너지 미터링 디바이스(110)의 전력 측정 부분 구성도를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시례에 따른 Y결선 선택 시의 구성도를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시례에 따른 결선 선택 시의 구성도를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시례에 따른 통신 프로토콜 구성도를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시례에 따른 데이터 요청패킷 및 응답패킷을 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시례에 따른 데이터의 종류 및 레지스터를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시례에 따른 Calibration Program의 제1 예시를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시례에 따른 Calibration Program의 제2 예시를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시례에 따른 Calibration Program의 제3 예시를 도시한 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시례에 따른 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시례에 따른 RS485 통신 구성도를 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시례에 따른 WIFI/LTE/Ethernet 통신 구성도를 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시례에 따른 RF 통신 구성도를 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시례에 따른 데이터 요청 방식 및 데이터 응답 방식을 도시한 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시례에 따른 통신모드를 도시한 도면이다.
Figure 1 is a block diagram showing a power saving device for industrial production equipment in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the detailed configuration of a power saving device for industrial production equipment according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating an integrated sensing module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an energy metering device 110 according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating the concept of phase voltage and phase-to-phase voltage.
Figure 6 is a diagram illustrating the delta connection method.
Figure 7 is a diagram illustrating the Y connection method.
Figure 8 is a diagram illustrating making 220V in Y connection.
Figure 9 is a diagram illustrating the three-phase three-wire transformer structure and making 220V in delta connection.
Figure 10 is a diagram illustrating a wiring diagram of a three-phase, four-wire Y connection.
Figure 11 is a diagram illustrating a Y wiring circuit diagram of a power measurement IC.
Figure 12 is a diagram illustrating a wiring diagram of a three-phase, three-wire connection.
Figure 13 is a diagram illustrating a wiring circuit diagram of a power measurement IC.
Figure 14 is a diagram showing the configuration of the power measurement portion of the integrated sensing module and energy metering device 110 according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram showing the configuration when selecting a Y connection according to an embodiment of the present invention.
Figure 16 is a diagram showing the configuration when selecting a connection according to an embodiment of the present invention.
Figure 17 is a diagram showing the configuration of a communication protocol according to an embodiment of the present invention.
Figure 18 is a diagram illustrating a data request packet and response packet according to an embodiment of the present invention.
Figure 19 is a diagram illustrating types of data and registers according to an embodiment of the present invention.
Figure 20 is a diagram showing a first example of a Calibration Program according to an embodiment of the present invention.
Figure 21 is a diagram showing a second example of a Calibration Program according to an embodiment of the present invention.
Figure 22 is a diagram showing a third example of a Calibration Program according to an embodiment of the present invention.
Figure 23 is a diagram showing the configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
Figure 24 is a diagram showing an RS485 communication configuration according to an embodiment of the present invention.
Figure 25 is a diagram showing a WIFI/LTE/Ethernet communication configuration according to an embodiment of the present invention.
Figure 26 is a diagram showing an RF communication configuration according to an embodiment of the present invention.
Figure 27 is a diagram illustrating a data request method and a data response method according to an embodiment of the present invention.
Figure 28 is a diagram illustrating a communication mode according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시례를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시례에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시례를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, or delete other components within the scope of the same spirit, or create other degenerative inventions or this invention. Other embodiments that are included within the scope of the invention can be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the invention of the present application.

이하, 본 발명인 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치는 첨부된 도 1 내지 도 28을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the power saving device for industrial production equipment of the present invention will be described in detail with reference to the attached FIGS. 1 to 28.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치를 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing a power saving device for industrial production equipment according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치는 다수의 에너지 미터링 디바이스(110), 통합 센싱 모듈(120) 및 서버(130), 센서 모니터링부(140), 알림부(150), 측정주기설정부(160), 중앙처리제어부(170), 전력수요예측부(210), 부하관리부(220), 전압조절부(230)를 포함한다.Referring to Figure 1, the power saving device of industrial production equipment includes a plurality of energy metering devices 110, an integrated sensing module 120 and a server 130, a sensor monitoring unit 140, a notification unit 150, and a measurement cycle system. It includes a government unit 160, a central processing control unit 170, a power demand prediction unit 210, a load management unit 220, and a voltage regulator 230.

상기 에너지 미터링 디바이스(110)는 다수개 구비되어, 산업용 생산 장비의 부하전력정보를 각각 수집할 수 있다.The energy metering device 110 is provided in plural numbers and can each collect load power information of industrial production equipment.

상기 에너지 미터링 디바이스(110)는, 상기 산업용 생산 장비의 유효전력, 무효전력, 상전압, 선간전압, 역률 및 위상 중 적어도 하나를 수집할 수 있다.The energy metering device 110 may collect at least one of active power, reactive power, phase-to-phase voltage, line-to-line voltage, power factor, and phase of the industrial production equipment.

통합 센싱 모듈(120)는 상기 에너지 미터링 디바이스(110)로부터 수집된 데이터를 취합하여 서버(130)로 전송할 수 있다.The integrated sensing module 120 may collect data collected from the energy metering device 110 and transmit it to the server 130.

상기 통합 센싱 모듈(120)은 각 부하별 소모 전류 및 전압을 센싱하는 전류센서, 전압센서, 과열여부를 감지하는 온도센서, 습도센서, 진동센서 등으로 다양하게 구성될 수 있다.The integrated sensing module 120 can be configured in various ways, such as a current sensor that senses the current and voltage consumed by each load, a voltage sensor, a temperature sensor that detects overheating, a humidity sensor, a vibration sensor, etc.

상기 통합 센싱 모듈(120)은 고정밀 전류센서를 구비하여, 다중 부하환경에서 상기 산업용 생산 장비의 소모전류진폭 및 위상데이터를 추출하고 패턴 분석을 통해 상기 산업용 생산 장비의 이상유무를 분석할 수 있다. The integrated sensing module 120 is equipped with a high-precision current sensor, and can extract current consumption amplitude and phase data of the industrial production equipment in a multi-load environment and analyze abnormalities in the industrial production equipment through pattern analysis.

상기 고정밀 전류센서는 소형사이즈로 다양한 전력설비에 사용될 수 있으며, 전류 모니터링 및 보호용도에 적합하고, 미세전류에서도 고감도 기능으로 정밀하게 전류를 감지할 수 있다.The high-precision current sensor is small in size and can be used in various power facilities. It is suitable for current monitoring and protection purposes, and can precisely detect current even in minute currents with a high sensitivity function.

높은 대역폭, 빠른 반응 시간, 온도 변화에도 매우 정확하게 전류를 측정할 수 있다.High bandwidth, fast response time, and ability to measure current very accurately even with temperature changes.

상기 에너지 미터링 디바이스(110)에서 다중 부하에 대한 각각의 전압과 전류를 검출하고, 이 검출된 전압과 전류의 곱으로 유효전력과 무효전력을 측정하고, 다수의 부하에 대한 각각의 전력량을 저장, 표시, 광통신 출력할 수 있도록 구성될 수 있다. The energy metering device 110 detects each voltage and current for multiple loads, measures active power and reactive power as the product of the detected voltage and current, and stores the amount of power for each load. It can be configured to display and output optical communication.

상기 통합 센싱 모듈(120)로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 과부하 여부를 모니터링하는 센서 모니터링부(140)를 포함할 수 있다.It may include a sensor monitoring unit 140 that receives sensing data from the integrated sensing module 120 and monitors whether the industrial production equipment is overloaded.

상기 센서 모니터링부(140)는 상기 통합 센싱 모듈의 일지점에 마련되어 온도를 센싱하는 온도센서의 고장여부를 판단할 수 있다.The sensor monitoring unit 140 is provided at one point of the integrated sensing module and can determine whether a temperature sensor that senses temperature is broken.

상기 센서 모니터링부(140)는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 온도센서의 평균오차(Aerr)가 기설정된 한계오차(Serr)보다 큰 경우, 상기 온도센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.The sensor monitoring unit 140 may determine that the temperature sensor is broken when the average error (Aerr) of the temperature sensor calculated by the following [Equation 1] is greater than the preset limit error (Serr).

[수학식 1][Equation 1]

여기서, Aerr은 평균오차, Taver는 상기 온도센서 센서값의 전체평균, Paver는 상기 온도센서 센서값 n개에 대한 일부평균, Tσ는 상기 온도센서 센서값의 전체표준편차를 의미한다.Here, Aerr is the average error, Taver is the overall average of the temperature sensor sensor values, Paver is the partial average for n temperature sensor values, and Tσ is the overall standard deviation of the temperature sensor sensor values.

보다 상세하게는, Taver는 상기 온도센서 센서값의 전체평균이며, 온도센서가 정상 동작하는 기설정된 기간동안(ex. 한 달) 다수의 데이터를 수집하여 센싱되는 온도값들의 전체 평균을 산출한 값을 의미하고, Tσ는 상기 기설정된 기간동안(ex. 한 달) 다수의 데이터를 수집하여 센싱되는 온도값들의 전체표준편차를 산출한 값을 의미한다.More specifically, Taver is the overall average of the temperature sensor sensor values, and is a value calculated by collecting a large number of data during a preset period (ex. one month) during which the temperature sensor operates normally and calculating the overall average of the temperature values sensed. Means, Tσ means the value obtained by calculating the overall standard deviation of the temperature values sensed by collecting a large number of data during the preset period (ex. one month).

또한, Paver는 상기 온도센서 센서값 n개에 대한 일부평균이며, 온도센서가 현장 설치되어 사용되는 과정에서 기설정된 수(n개)의 온도값을 실시간으로 입력받고 상기 기설정된 수(n개)의 온도값에 대한 평균을 산출한 것으로서, 일부 온도값의 평균에 해당하므로 일부평균이라 지칭할 수 있다.In addition, Paver is a partial average of the n temperature sensor values, and in the process of installing and using the temperature sensor in the field, a preset number (n) of temperature values are input in real time and the preset number (n) is received. The average of the temperature values is calculated, and since it corresponds to the average of some temperature values, it can be referred to as a partial average.

이 때, 일부평균을 이용하여 95%의 신뢰도로 추정평균값을 산출하면, 추정평균값(μ)은 범위를 갖게 된다.At this time, if the estimated average value is calculated with 95% confidence using partial averages, the estimated average value (μ) is It has a range.

따라서, 추정평균값(μ)의 상한 또는 하한과 전체평균(Taver)과의 차이값인 평균오차(Aerr)는, 상기 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.Therefore, the average error (Aerr), which is the difference between the upper or lower limit of the estimated average value (μ) and the overall average (Taver), can be calculated as in [Equation 1] above.

그러므로, 상기 [수학식 1]에 의해 산출되는 평균오차(Aerr)가 기설정된 한계오차(Serr)보다 크다는 것은 실시간으로 입력받은 기설정된 수(n개)의 온도값이 온도센서의 고장으로 잘 못 입력되고 있을 가능성이 매우 높음을 의미하므로, 센서 모니터링부(140)는 상기 조건이 만족되면 온도센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.Therefore, if the average error (Aerr) calculated by the above [Equation 1] is greater than the preset limit error (Serr), it means that the preset number (n) of temperature values input in real time are incorrect due to a failure of the temperature sensor. Since it means that there is a very high possibility that the temperature sensor is being input, the sensor monitoring unit 140 can determine that the temperature sensor is broken when the above conditions are satisfied.

이러한 경우, 상기 온도센서 주변장치의 오류 등을 예측하고, 주변장치에 대한 점검 알람 등을 발송할 수 있는 알림부(150)를 포함할 수 있다.In this case, the temperature sensor may include a notification unit 150 that can predict errors in peripheral devices and send inspection alarms to peripheral devices.

상기 알림부(150)는 상기 산업용 생산 장비의 이상유무나 과부하시 경고메시지를 사용자에게 문자메시지, 알람 등 다양한 형태로 전달할 수 있다.The notification unit 150 can deliver a warning message to the user in various forms such as a text message or alarm when there is a problem or overload of the industrial production equipment.

상기 산업용 생산 장비에서 발생하는 부하전력의 측정주기를 설정하는 측정주기설정부(160)를 포함할 수 있다.It may include a measurement cycle setting unit 160 that sets the measurement cycle of the load power generated from the industrial production equipment.

상기 측정주기설정부(160)는 산업용 생산 장비의 특정 시점 부하량을 분석할 수 있도록 시간, 일자, 월별, 년별 어느 중 하나로 측정 주기를 선택적으로 설정할 수 있으며, 정밀한 분석을 위하여 상기 산업용 생산 장비가 가장 많이 사용되는 시간을 선택하여 기설정된 데이터와 비교하여 과부하 여부를 분석할 수 있다.The measurement cycle setting unit 160 can selectively set the measurement cycle to one of time, date, month, or year so as to analyze the load at a specific point in time of the industrial production equipment. For precise analysis, the industrial production equipment is the most used. You can select the time used and compare it with preset data to analyze whether it is overloaded.

상기 통합 센싱 모듈(120)에서 측정된 데이터를 통해 각 부하별 전력사용량을 적산 처리하고 필요한 데이터를 상기 서버(130)의 디스플레이창을 통해 출력하고, 상기 산업용 생산 장비를 제어하는 중앙처리제어부(170)를 포함할 수 있다.A central processing control unit 170 that integrates and processes the power usage for each load through the data measured by the integrated sensing module 120, outputs the necessary data through the display window of the server 130, and controls the industrial production equipment. ) may include.

상기 중앙처리제어부(170)는, 상기 산업용 생산 장비의 특정 부하의 전력사용량 초과나 전체 부하의 전력사용량을 초과하는 경우, 전원의 공급을 제어할 수 있다.The central processing control unit 170 can control the supply of power when the power usage of a specific load of the industrial production equipment exceeds or the power usage of the entire load exceeds.

보다 상세하게는, 외부에서 상기 산업용 생산 장비로 전원이 공급되는 주전원선에는 외부전원의 공급을 제어할 수 있는 주개폐기를 설치하고, 상기 주전원선에서 분기되어 각 부하별로 전원을 공급하는 각각의 개별공급선에는 개별적으로 공급되는 전원의 공급을 제어할 수 있는 보조개폐기를 각각 설치하여 상기 중앙처리제어부(170)에 의해 상기 주개폐기와 상기 보조개폐기의 작동을 제어함으로써, 상기 특정 부하의 전력사용량 초과나 전체 부하의 전력사용량 초과하는 경우, 상기 산업용 생산 장비를 차단할 수 있다.More specifically, a main switch that can control the supply of external power is installed on the main power line that supplies power to the industrial production equipment from the outside, and each individual branch that branches off from the main power line and supplies power to each load. Auxiliary switches capable of controlling the supply of individually supplied power are installed in each supply line, and the operation of the main switch and the auxiliary switch is controlled by the central processing control unit 170, so that the power usage of the specific load is exceeded or If the power consumption of the entire load exceeds, the industrial production equipment can be shut off.

서버(130)는 상기 통합 센싱 모듈(120)로부터 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 부하전력 정보 및 사용패턴을 저장할 수 있다.The server 130 may receive data from the integrated sensing module 120 and store load power information and usage patterns of the industrial production equipment.

네트워크를 기반으로 상기 산업용 생산 장비의 전력품질에 따른 장비의 고장 및 오동작 유무, 수명의 연관 데이터의 수집, 저장, 분석을 할 수 있다.Based on the network, it is possible to collect, store, and analyze data related to the equipment's failure, malfunction, and lifespan according to the power quality of the industrial production equipment.

이때, 상기 서버(130)는 상기 통합 센싱 모듈(120)로부터 수신한 데이터로부터 상기 산업용 생산 장비의 실시간 오류발생 유무를 판단하는 실시간 오류판단부 및 빅데이터/머신러닝에 기반하여 상기 산업용 생산 장비의 고장을 예측하는 고장예측부를 포함할 수 있다.At this time, the server 130 determines whether a real-time error has occurred in the industrial production equipment from the data received from the integrated sensing module 120 and a real-time error judgment unit that determines whether an error has occurred in the industrial production equipment based on big data/machine learning. It may include a failure prediction unit that predicts failure.

또한, 상기 서버(130)는, 상기 산업용 생산 장비의 고장이 예측되는 경우, 고장 대응 매뉴얼을 생성하여 관리자에게 전송하는 매뉴얼 제공부를 더 포함할 수 있다.In addition, the server 130 may further include a manual providing unit that generates a failure response manual and transmits it to the manager when a failure of the industrial production equipment is predicted.

이때, 상기 매뉴얼 제공부는, 상기 고장 대응을 위한 조작 방법을 VR 콘텐츠의 형태로 제공할 수 있다.At this time, the manual providing unit may provide an operation method for responding to the failure in the form of VR content.

상기와 같이, 본 발명은 다수의 에너지 미터링 디바이스(110)로부터 수집된 부하정보 데이터를 하나의 통합 센싱 모듈(120)을 이용하여 취합하고 처리할 수 있도록 에너지 수집과 취합 및 전송 장치를 이원화함으로써, 제품 가격을 합리화하고 장비 설치 간편화를 도모할 수 있는 전력 분석 장치를 제공할 수 있다.As described above, the present invention dualizes the energy collection and collection and transmission devices so that load information data collected from a plurality of energy metering devices 110 can be collected and processed using one integrated sensing module 120, We can provide power analysis devices that can rationalize product prices and simplify equipment installation.

또한, 본 발명은, 산업용 생산 장비의 부하정보 데이터를 이용하여 기계학습 기반의 고장 예측 정보를 제공함으로써, 고장 발생을 사전에 방지할 수 있는 전력 분석 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a power analysis device that can prevent failures in advance by providing machine learning-based failure prediction information using load information data of industrial production equipment.

이하에서는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치의 세부구성과 실시례를 도 2내지 도 28을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration and examples of the power saving device for industrial production equipment will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 28.

<MCT(머시닝센터) 데이터 획득 부분><MCT (Machining Center) data acquisition section>

EMD(에너지 미터링 디바이스(110))를 통하여 MCT의 각 축의 전력 데이터 획득할 수 있다. Power data for each axis of the MCT can be obtained through EMD (energy metering device 110).

EMD는 전력과 통신만 가능한 특정목적의 저가형 디바이스를 사용할 수 있다. EMD can use low-cost, special-purpose devices that only provide power and communication.

ISM(통합 센싱 모듈)을 통하여 MCT의 각종 정보 획득할 수 있다.Various information about MCT can be obtained through ISM (Integrated Sensing Module).

ISM이 획득 할 수 있는 데이터는 MCT 전체(또는 각 축)의 전력, 온습도, 진동, 또는 각종 상태 정보이며, EMD와는 Wifi/Ethernet/RF/RS485 등의 유무선 통신으로 연결될 수 있다.The data that ISM can acquire is the power, temperature and humidity, vibration, or various status information of the entire MCT (or each axis), and can be connected to EMD through wired or wireless communication such as Wifi/Ethernet/RF/RS485.

ISM은 Wifi/Ethernet/RF/RS485/LTE 등의 유무선 통신을 통하여 데이터 플랫폼과 연결되며, 데이터의 안정적인 전송을 위하여 다수개의 통신을 통하여 데이터 전송할 수 있다. ISM is connected to the data platform through wired and wireless communications such as Wifi/Ethernet/RF/RS485/LTE, and can transmit data through multiple communications for stable data transmission.

<전체시스템><Full system>

도 2를 참고하면 전체 시스템의 일실시례는 아래와 같다.Referring to Figure 2, an example of the entire system is as follows.

1. 데이터 플랫폼1. Data platform

인트라넷 또는 클라우드 서버로 구성될 수 있다.It can be configured as an intranet or cloud server.

게이트웨이 또는 게이트웨이/신호변환기를 통하여 ISM과 연결될 수 있다.It can be connected to ISM through a gateway or gateway/signal converter.

RF 또는 RS485로 연결될 경우 신호변환기에서 RF 또는 RS485 데이터를 게이트웨이와 인터페이스 가능한 데이터로 변환할 수 있다. When connected via RF or RS485, the signal converter can convert RF or RS485 data into data that can be interfaced with the gateway.

작업자가 수리내역을 입력함으로써 MCT의 부하분석 및 고장예측, 예지 등의 서비스를 개발하는데 활용할 수 있다.By allowing workers to enter repair details, they can be used to develop services such as MCT load analysis, failure prediction, and prognosis.

2. 서비스 플랫폼 및 사용자 서비스2. Service platform and user services

수집된 각종 데이터를 이용하여 모니터링, 분석, 고장이력 확인 등을 하는 역할을 담당하며, 웹 서버 구축 등을 통하여 사용자 서비스를 제공할 수 있다.It is responsible for monitoring, analyzing, and checking failure history using various collected data, and can provide user services by building a web server, etc.

<ISM(통합 센싱 모듈)의 구성><Configuration of ISM (Integrated Sensing Module)>

ISM은 Y결선/결선 전력시스템의 각 상 전압/전류/역률과 총 유효전력/무효전력/피상전력/주파수와 온도를 측정 가능하며, 측정한 데이터를 LCD에 표시하고, RS485/WIFI/Ethernet/RF/LTE를 통한 통신으로 데이터를 전송할 수 있다. ISM can measure the voltage/current/power factor and total active power/reactive power/apparent power/frequency and temperature of each phase of the Y-connected/connected power system, and displays the measured data on the LCD, and displays the measured data on the LCD and RS485/WIFI/Ethernet/ Data can be transmitted through communication via RF/LTE.

또한 I2C통신을 이용하여 신호를 받을 수 있는 아날로그-디지털 변환 입력 4채널, RELAY 2채널, Digital Input 2채널을 추가로 가지고 있다. It also has 4 analog-to-digital conversion input channels, 2 RELAY channels, and 2 Digital Input channels that can receive signals using I2C communication.

<ISM의 구성><Composition of ISM>

EMD(에너지 미터링 디바이스(110))의 구성Configuration of EMD (Energy Metering Device 110)

EMD는 Y결선/결선 전력시스템의 각 상 전압/전류/역률과 총 유효전력/무효전력/피상전력/주파수와 온도를 측정 가능하며, 측정한 데이터를 LCD에 표시하고, RS485/WIFI/Ethernet/RF/LTE를 통한 통신으로 데이터를 전송할 수 있다. EMD can measure the voltage/current/power factor and total active power/reactive power/apparent power/frequency and temperature of each phase of the Y-connected/connected power system, and displays the measured data on the LCD and displays the measured data through RS485/WIFI/Ethernet/ Data can be transmitted through communication via RF/LTE.

EMD는 전력 데이터 측정과 ISM 또는 서버와의 통신 기능만 가지고 있는 ISM의 저가형 버전을 사용할 수 있다. EMD can use a low-cost version of ISM that only has the ability to measure power data and communicate with the ISM or server.

1채널의 전력만을 측정할 경우에 EMD는 단독으로 사용할 수 있으며, 머시닝 센터처럼 여러 채널의 전력을 측정해야 할 경우에는 여러 대의 EMD 또는 EMD와 ISM의 조합으로 사용할 수 있다. When measuring the power of only one channel, EMD can be used alone. When measuring the power of multiple channels, such as in a machining center, it can be used with multiple EMDs or a combination of EMD and ISM.

<EMD의 구성도><EMD configuration diagram>

3상 선로에서 Va, Vb, Vc를 상전압(Phase Voltage), Vab와 같이 선로 사이의 전압을 선간전압(Line-to-line Voltage)라고 한다. In a three-phase line, Va, Vb, and Vc are called phase voltages, and the voltage between lines, such as Vab, is called line-to-line voltage.

산업용 전기는 일반적으로 3상 4선식, 또는 3상 3선식으로 설치되어 있다. Industrial electricity is generally installed in a 3-phase 4-wire system or a 3-phase 3-wire system.

3상 4선식은 와이결선이며, 3상 3선식은 델타결선이다. The three-phase, four-wire system is a wye connection, and the three-phase, three-wire system is a delta connection.

델타결선은 상전압 Va, Vb, Vc와 선간전압 Vab, Vbc, Vca가 동일하므로, 상전압과 선간전압은 동일하다. In delta connection, the phase-to-phase voltages Va, Vb, and Vc and the line-to-line voltages Vab, Vbc, and Vca are the same, so the line-to-line voltages are the same.

이때, 델타결선은 3상3선식이다.At this time, the delta connection is a 3-phase 3-wire system.

Y결선은 상전압 Va, Vb, Vc와 선전압 Vab, Vbc, Vca가 동일하지 않으며, 상전압 = *선간전압의 관계가 있다. In the Y connection, the phase-to-phase voltages Va, Vb, and Vc and the line voltages Vab, Vbc, and Vca are not the same, and phase-to-phase voltage = *There is a relationship between line voltages.

이때, Y결선은 3상4선식이다.At this time, the Y connection is a 3-phase 4-wire type.

3상4선식 380V에서 220V 만들기 Making 220V from 380V 3-phase 4-wire system

3상4선식 380V에서 선간전압 Vab, Vbc, Vca는 모두 380V이며, 상전압 Va, Vb, Vc는 모두 220V이다.In a three-phase, four-wire system of 380V, the line-to-line voltages Vab, Vbc, and Vca are all 380V, and the phase-to-phase voltages Va, Vb, and Vc are all 220V.

상전압 Va, Vb, Vc는 N(Neutral)상과 a, b, c상 사이의 전압이다.Phase voltages Va, Vb, and Vc are the voltages between the N (Neutral) phase and the a, b, and c phases.

3상4선식 380V에서는 N상을 이용하여 쉽게 삼상 220V를 만들 수 있다.In a three-phase, four-wire 380V system, you can easily create three-phase 220V using the N phase.

삼상 220V 중 한 상만 이용하면 단상 220V가 될 수 있다.If only one phase of three-phase 220V is used, it can become single-phase 220V.

3상3선식 380V에서 단상 220V 만들기 Making single-phase 220V from 3-phase 3-wire 380V

3상3선식 380V에서는 N상이 없기 때문에 Y결선처럼 220V를 만들기 위해서는 반드시 변압기가 필요하다Since there is no N phase in 3-phase 3-wire 380V, a transformer is required to make 220V like a Y connection.

변압기를 이용하여 3상3선식 380V에서 삼상 220V를 만들 수 있다. 삼상 220V 중 한 상만 이용하면 단상 220V가 된다.Using a transformer, you can make three-phase 220V from three-phase three-wire 380V. If only one phase of three-phase 220V is used, it becomes single-phase 220V.

Y결선, 결선에 공용으로 사용할 수 있는 디바이스를 마련하며 구체적 내용은 아래와 같다. A device that can be commonly used for Y wiring and wiring is provided, and the details are as follows.

ISM과 EMD의 전력 측정 부분 구성도Diagram of the power measurement part of ISM and EMD

2x1 아날로그 멀티플렉서(MUX, Multiplexer)를 이용하여 S상과 IB+, IB-를 선택적으로 활용할 수 있다. S-phase, IB+, and IB- can be selectively used using a 2x1 analog multiplexer (MUX, multiplexer).

사용자가 앱 또는 웹을 이용하여 Y결선, 델타결선 선택하며, 단상도 선택할 수 있다.Users can select Y connection, delta connection, and single phase using the app or web.

한 개의 디바이스로 단상, 3상 Y결선, 3상 델타결선 디바이스로 활용 가능하다.One device can be used as a single-phase, three-phase Y connection, or three-phase delta connection device.

MCU의 CTRL-S 신호로 S상을, CTRL-IB 신호로 IB+, IB-를 선택하고, - R, S, T, N은 3상 전압과 N상 전압을 나타내며, IA+/IA-, IB+/IB-, IC+/IC-는 R, S, T상에 각각 흐르는 전류를 나타낸다.Select S phase as the MCU's CTRL-S signal and IB+ and IB- as the CTRL-IB signal. - R, S, T, N represent the three-phase voltage and N-phase voltage, IA+/IA-, IB+/ IB- and IC+/IC- represent the current flowing in the R, S, and T phases, respectively.

앱 또는 웹에서 Y결선을 선택하면, MCU에서 CTRL-S 신호와 CTRL-IB 신호를 high로 출력할 수 있다.If you select Y connection in the app or web, the MCU can output the CTRL-S signal and CTRL-IB signal high.

2x1 MUX에서 S상과 POWER IC의 VB를 연결시키고, 2x1 MUX에서 IB+, IB-와 POWER IC의 IB를 연결시킬 수 있다.You can connect the S phase and VB of the POWER IC in the 2x1 MUX, and connect IB+, IB- and the IB of the POWER IC in the 2x1 MUX.

앱 또는 웹에서 결선을 선택하면, MCU에서 CTRL-S 신호와 CTRL-IB 신호를 low로 출력할 수 있다.If you select a connection in the app or web, the MCU can output the CTRL-S signal and CTRL-IB signal low.

2x1 MUX에서 S상과 POWER IC의 VB를 연결을 차단시키고, 2x1 MUX에서 IB+, IB-와 POWER IC의 IB를 연결을 차단시킬 수 있다.In the 2x1 MUX, the S phase and VB of the POWER IC can be disconnected, and in the 2x1 MUX, IB+, IB- and the IB of the POWER IC can be disconnected.

ISM 또는 EMD에서 측정한 전력 및 상태데이터의 서버 전송 방법(통신 프로토콜) How to transmit power and status data measured by ISM or EMD to the server (communication protocol)

ISM 또는 EMD로 측정한 데이터를 RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE를 통해 서버에서 수신할 수 있다. Data measured by ISM or EMD can be received from the server via RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE.

전압, 주파수는 전송하고자 하는 값에 100을 곱하여 정수 값으로 변경하여 전송할 수 있다.(ex. 0.01을 전송할 경우, 0x0001를 전송)Voltage and frequency can be converted to integer values by multiplying the value to be transmitted by 100 and transmitted. (ex. When transmitting 0.01, transmit 0x0001)

전류, 전력은 전송하고자 하는 값에 1000을 곱하여 정수 값으로 변경하여 전송할 수 있다.(ex. 0.001을 전송할 경우, 0x0001를 전송)Current and power can be transmitted by multiplying the value to be transmitted by 1000 and changing it to an integer value. (ex. When transmitting 0.001, transmit 0x0001)

역률은 전송하고자 하는 값에 1000을 곱하여 정수 값으로 변경하여 전송할수 있다. 또한 부호 있는 값이므로 부호 있는 데이터 값을 전송(음수 값은 2의 보수로 표현된 값)(ex. 0.001을 전송할 경우, 0xFFFF를 전송)The power factor can be converted to an integer value by multiplying the value to be transmitted by 1000 and transmitted. Also, since it is a signed value, a signed data value is transmitted (negative values are expressed as 2's complement) (ex. When transmitting 0.001, 0xFFFF is transmitted)

ISM 또는 EMD의 전력 데이터 보정 프로그램Power data correction program from ISM or EMD

ISM 또는 EMD를 통해 전력시스템의 각 상 전압/전류 측정 시, 측정된 전압/전류값이 실제 전압/전류값과 차이가 나타날시 Calibration Program을 이용하여 측정된 전압/전류값을 실제 전압/전류값과 같아지도록 보정한다.When measuring the voltage/current of each phase of the power system through ISM or EMD, if the measured voltage/current value differs from the actual voltage/current value, use the Calibration Program to change the measured voltage/current value to the actual voltage/current value. Correct it to be equal to .

<Calibration Program 예제1><Calibration Program Example 1>

a. 전력데이터 보정을 위하여 Calibration Program과 GLPIOT를 RS485 통신으로 연결할 수 있다.a. For power data correction, Calibration Program and GLPIOT can be connected through RS485 communication.

COM Port와 Baud Rate를 입력하고, Connect Start를 눌러 연결을 시도한다.Enter COM Port and Baud Rate and press Connect Start to attempt connection.

연결이 성공하면 예제와 같이 CONNECTED:COM5:9600과 같은 문구가 나타난다.If the connection is successful, a message such as CONNECTED:COM5:9600 appears as shown in the example.

<Calibration Program 예제2><Calibration Program Example 2>

b. 연결 성공 후 Get Data를 눌러 GLPIOT로부터 측정 전압/전류를 가져온다.b. After successful connection, click Get Data to retrieve the measured voltage/current from GLPIOT.

측정 전압/전류의 보정을 위해 기준 전압/전류을 입력하고 Calibration Start를 눌러 보정을 시작한다.To correct the measured voltage/current, enter the reference voltage/current and press Calibration Start to start correction.

<Calibration Program 예제3><Calibration Program Example 3>

c. 아래의 전압/전류 Gain 계산식을 통해 전압/전류 Gain을 자동으로 계산 후, Gain 레지스터에 계산한 전압/전류 Gain을 기록하여 보정을 완료한다.c. After automatically calculating the voltage/current gain using the voltage/current gain calculation formula below, complete correction by recording the calculated voltage/current gain in the gain register.

보정 완료 후 Get Data를 눌러 측정 전압/전류의 보정이 정상적으로 완료됐는지 확인한다.After completing the calibration, click Get Data to check whether the calibration of the measured voltage/current has been completed properly.

통신 안정성 확보 방법How to ensure communication stability

각각의 특징을 갖는 RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE 등 유무선 통신을 모두 이용하여 ISM/EMD에서 측정한 전력 데이터를 안정적으로 SERVER로 읽어올 수 있으며, 또한 SERVER에서 ISM의 릴레이 제어, 결선 설정이 가능하다.By using both wired and wireless communications such as RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE, which have their own characteristics, the power data measured by ISM/EMD can be stably read to the SERVER. In addition, relay control and wiring settings of ISM can be performed on the SERVER. possible.

산업현장의 통신환경에 따라 데이터 전송속도가 느려져서 설정된 정확한 시간에 데이터 전송을 못하는 경우가 발생할 수 있다.Depending on the communication environment in the industrial field, the data transmission speed may become slow, making it impossible to transmit data at the exact set time.

데이터를 분석하는 서버 입장에서 데이터 손실이 발생하면 정확한 분석을 할 수 없을 수도 있다.If data loss occurs on the server that analyzes data, accurate analysis may not be possible.

기존 제품들은 한 가지의 무선통신으로 데이터를 전송하므로 데이터 손실이 종종 발생한다. Existing products transmit data through a single wireless communication, so data loss often occurs.

유선 통신으로 데이터를 전송 시에는 데이터 손실이 발생할 확률은 낮으나, 통신 라인 구축을 위하여 케이블 포설이 필요하다.When transmitting data through wired communication, the probability of data loss is low, but cable installation is necessary to establish a communication line.

본 발명에서는 여러 가지의 유무선 통신방식을 포함하고 있으므로 산업현장의 통신환경에 따라 여러 가지 통신 조합으로 통신환경을 구축할 수 있다.Since the present invention includes various wired and wireless communication methods, a communication environment can be established with various communication combinations depending on the communication environment of the industrial site.

전송된 데이터 선별방법How to select transmitted data

RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE 5가지 통신을 이용하여 동시에 데이터를 요청 시(같은 Index값을 데이터에 포함하여 전송) 가장 먼저 들어온 정상적인 데이터 요청을 ISM/EMD에서 받고나면 다음으로 들어온 데이터 요청은 모두 무시한다.When requesting data simultaneously using five types of communication (RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE) (transmitting the same index value included in the data), once the first normal data request is received from ISM/EMD, the next data request is Ignore everyone.

데이터를 응답할 때도 요청 때와 같이 가장 먼저 들어온 정상적인 데이터 응답을 SERVER에서 받고나면 다음으로 들어온 데이터 응답은 모두 무시한다.When responding with data, as in the case of a request, once the first normal data response is received from the SERVER, all subsequent data responses are ignored.

데이터 통신모드Data communication mode

기본적으로 RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE 5가지 통신을 모두 사용하나, ISM/EMD에서는 5가지 통신 모드를 지원하여 사용하고자 하는 통신을 선택하여 사용 가능하다.Basically, all five types of communication are used: RS485 / WIFI / Ethernet / RF / LTE, but ISM/EMD supports five communication modes, so you can select the communication you want to use.

통신모드는 모두 11개로 구성되어 있으며, 통신모드는 앱 또는 웹으로 선택 가능하다. There are 11 communication modes in total, and the communication mode can be selected through app or web.

전력 절감 장치는(200), 전력수요예측부(210), 부하관리부(220), 전압조절부(230)를 포함할 수 있다. The power saving device 200 may include a power demand prediction unit 210, a load management unit 220, and a voltage regulator 230.

전력수요예측부(210)는 통합 센싱 모듈(120)로부터 수집된 각각의 산업용 생산 장비의 소비전력 및 사용 또는 가동상황에 관한 데이터를 서버(130)로부터 입력 받아 상기 산업용 생산 장비 전체의 소비전력에 관한 예상수요를 산출할 수 있다.The power demand prediction unit 210 receives data on the power consumption and use or operation status of each industrial production equipment collected from the integrated sensing module 120 from the server 130 and calculates the data to the power consumption of all industrial production equipment. The expected demand can be calculated.

상기 전력수요예측부(210)는 상기 산업용 생산 장비들의 사용양태를 관찰하고 통계를 수집하여 예상사용 시간과 부하의 수요를 예측할 수 있다.The power demand prediction unit 210 can observe the usage patterns of the industrial production equipment and collect statistics to predict expected usage time and load demand.

부하관리부(220)는 상기 전력수요예측부(210)에 의해 산출된 예상수요를 기초로 상기 산업용 생산 장비의 목표 소비전력 및 부하관리시간을 포함하는 관리목표량을 설정할 수 있다.The load management unit 220 may set a management target amount including target power consumption and load management time of the industrial production equipment based on the expected demand calculated by the power demand prediction unit 210.

기설정된 관리목표량에 따라 상기 산업용 생산 장비의 전력수요량을 실시간으로 모니터링하면서 각각의 상기 산업용 생산 장비들을 취합하여 부하가능 규모를 산정하고 이를 바탕으로 효과적으로 부하관리를 수행할 수 있다.It is possible to monitor the power demand of the industrial production equipment in real time according to the preset management target, calculate the possible load scale by collecting each of the industrial production equipment, and effectively perform load management based on this.

상기 부하관리부(220)는 상기 산업용 생산 장비 중에서 사용시간대의 이동이나 차단이 가능한 부하들에 대해 우선순위를 설정하고, 상기 우선순위에 따라 순차적으로 기설정된 관리목표전력량을 사용하도록 관리할 수 있다.The load management unit 220 can set priorities for loads that can be moved or blocked during usage times among the industrial production equipment, and manage them to sequentially use a preset management target power amount according to the priorities.

전압조절부(230)는 복수개의 용량성 리액턴스와 이에 대응하여 복수개의 스위칭 소자로 구성되는데, 상기 용량성 리액턴스는 직렬ㆍ병렬 또는 직병렬로 연결되며, 각 용량성 리액턴스에는 이와 대응되어 각각의 스위칭 소자가 직렬로 연결된다.The voltage regulator 230 is composed of a plurality of capacitive reactances and a plurality of switching elements corresponding thereto. The capacitive reactances are connected in series, parallel, or series-parallel, and each capacitive reactance has a corresponding switching element. The elements are connected in series.

따라서, 스위칭 소자의 스위칭 상태에 따라 전원을 통해 입력되는 전압이 분압되어 상기 산업용 생산 장비의 소요출력에 대응하여 최적의 전압이 공급되도록 할 수 있다.Therefore, the voltage input through the power supply is divided according to the switching state of the switching element, so that the optimal voltage is supplied in response to the required output of the industrial production equipment.

즉, 용량성 리액턴스의 분기된 직렬 임피던스값에 의한 직렬분압된 전압을 상기 산업용 생산 장비에 공급하여 부하 출력을 손실없이 조정하며 운전을 제어할 수 있다.That is, by supplying the series-divided voltage by the series impedance value of the branched capacitive reactance to the industrial production equipment, the load output can be adjusted without loss and the operation can be controlled.

상기 스위칭 소자는 유선 또는 무선 통신망을 통해 원격지로부터 인가되는 제어신호에 의해 제어되거나, 별도의 입력값(통합 센싱 모듈로부터 입력받은 정보에 기초한 입력값)에 의해 제어할 수 있다.The switching element may be controlled by a control signal applied from a remote location through a wired or wireless communication network, or may be controlled by a separate input value (an input value based on information received from an integrated sensing module).

따라서, 상기 산업용 생산 장비의 부하상태에 따라 전압이 조정되거나, 사용자가 선택적으로 전압을 조정하여 상기 산업용 생산 장비의 소요출력에 대응하는 전압을 공급하여 전력을 절감할 수 있다.Accordingly, the voltage can be adjusted according to the load status of the industrial production equipment, or the user can selectively adjust the voltage to supply a voltage corresponding to the required output of the industrial production equipment to save power.

이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although one embodiment of the present invention has been described with limited examples and drawings, one embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, which is based on common knowledge in the field to which the present invention pertains. Anyone who has the knowledge can make various modifications and variations from this description. Accordingly, one embodiment of the present invention should be understood only by the scope of the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof shall fall within the scope of the spirit of the present invention.

111, 112, 113 : 에너지 미터링 디바이스(110)
120: 통합 센싱 모듈
130: 서버
200: 전력 절감 장치
210: 전력수요예측부
220: 부하관리부
230: 전압조절부
111, 112, 113: Energy metering device (110)
120: Integrated sensing module
130: server
200: Power saving device
210: Electricity demand forecasting department
220: Load management department
230: Voltage regulator

Claims (5)

산업용 생산 장비의 유효전력, 무효전력, 상전압, 선간전압, 역률 및 위상 중 적어도 하나를 수집하는 다수의 에너지 미터링 디바이스;
상기 에너지 미터링 디바이스로부터 수집된 데이터를 취합하여 서버로 전송하는 통합 센싱 모듈;
상기 통합 센싱 모듈로부터 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 부하전력 정보 및 사용패턴을 저장하는 서버;
상기 통합 센싱 모듈로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 산업용 생산 장비의 과부하 여부를 모니터링하는 센서 모니터링부;
상기 통합 센싱 모듈에서 측정된 데이터를 통해 각 부하별 전력사용량을 적산 처리하고 필요한 데이터를 상기 서버의 디스플레이창을 통해 출력하고, 상기 산업용 생산 장비를 제어하는 중앙처리제어부;
통합 센싱 모듈로부터 수집된 각각의 산업용 생산 장비의 소비전력 및 사용 또는 가동상황에 관한 데이터를 서버로부터 입력 받아 상기 산업용 생산 장비 전체의 소비전력에 관한 예상수요를 산출하는 전력수요예측부;
상기 전력수요예측부에 의해 산출된 예상수요를 기초로 상기 산업용 생산 장비의 목표 소비전력 및 부하관리시간을 포함하는 관리목표량을 설정하는 부하관리부; 및
복수의 용량성 리액턴스가 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되고, 상기 각 용량성 리액턴스와 직렬로 연결된 스위칭 소자들을 구비하여 전압을 조절하는 전압조절부;를 포함하는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치.
A plurality of energy metering devices that collect at least one of active power, reactive power, phase-to-phase voltage, line-to-line voltage, power factor, and phase of industrial production equipment;
An integrated sensing module that collects data collected from the energy metering device and transmits it to a server;
a server that receives data from the integrated sensing module and stores load power information and usage patterns of the industrial production equipment;
a sensor monitoring unit that receives sensing data from the integrated sensing module and monitors whether the industrial production equipment is overloaded;
A central processing control unit that integrates and processes power usage for each load through data measured by the integrated sensing module, outputs necessary data through a display window of the server, and controls the industrial production equipment;
A power demand forecasting unit that receives data on power consumption and use or operation status of each industrial production equipment collected from the integrated sensing module from the server and calculates expected demand for power consumption of all industrial production equipment;
a load management unit that sets a management target amount including target power consumption and load management time of the industrial production equipment based on the expected demand calculated by the power demand forecasting unit; and
A power saving device for industrial production equipment comprising a voltage control unit in which a plurality of capacitive reactances are connected in series, parallel, or series-parallel, and has switching elements connected in series with each of the capacitive reactances to adjust the voltage.
제1항에 있어서,
상기 부하관리부는,
상기 산업용 생산 장비 중에서 사용시간대의 이동이나 차단이 가능한 부하들에 대해 우선순위를 설정하고, 상기 우선순위에 따라 순차적으로 기설정된 관리목표전력량을 사용하도록 관리하는 것을 특징으로 하는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치.
According to paragraph 1,
The load management department,
Among the industrial production equipment, priorities are set for loads that can be moved or blocked during use times, and management is performed to use a preset management target power amount sequentially according to the priority. Device.
제2항에 있어서,
상기 전압조절부는,
상기 산업용 생산 장비의 부하상태에 따라 전압이 조정되거나, 사용자가 선택적으로 전압을 조정하여 상기 산업용 생산 장비의 소요출력에 대응하는 전압을 공급하여 전력을 절감하는 것을 특징으로 하는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치.
According to paragraph 2,
The voltage regulator,
Power saving of industrial production equipment, characterized in that the voltage is adjusted according to the load status of the industrial production equipment, or the user selectively adjusts the voltage and supplies a voltage corresponding to the required output of the industrial production equipment to save power. Device.
제3항에 있어서,
상기 센서 모니터링부는,
상기 통합 센싱 모듈의 일지점에 마련되어 온도를 센싱하는 온도센서 및 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 온도센서의 평균오차(Aerr)가 기설정된 한계오차(Serr)보다 큰 경우, 상기 온도센서가 고장난 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치.
[수학식 1]

(여기서, Aerr은 평균오차, Taver는 상기 온도센서 센서값의 전체평균, Paver는 상기 온도센서 센서값 n개에 대한 일부평균, Tσ는 상기 온도센서 센서값의 전체표준편차를 의미함)
According to paragraph 3,
The sensor monitoring unit,
When the average error (Aerr) of the temperature sensor provided at one point of the integrated sensing module to sense the temperature and the average error (Aerr) of the temperature sensor calculated by the following [Equation 1] is greater than the preset limit error (Serr), the temperature sensor A power saving device for industrial production equipment, characterized in that it is determined to be broken.
[Equation 1]

(Here, Aerr is the average error, Taver is the overall average of the temperature sensor sensor values, Paver is the partial average for the n temperature sensor sensor values, and Tσ is the overall standard deviation of the temperature sensor sensor values.)
제4항에 있어서,
상기 서버는,
상기 통합 센싱 모듈로부터 수신한 데이터로부터 상기 산업용 생산 장비의 실시간 오류발생 유무를 판단하는 실시간 오류판단부; 및
빅데이터 및 머신러닝에 기반하여 상기 산업용 생산 장비의 고장을 예측하는 고장예측부;를 포함하고,
상기 산업용 생산 장비의 고장이 예측되는 경우, 고장 대응 매뉴얼을 생성하여 관리자에게 전송하는 매뉴얼 제공부;를 더 포함하고,
상기 중앙처리제어부는,
상기 산업용 생산 장비의 특정 부하의 전력사용량 초과나 전체 부하의 전력사용량을 초과하는 경우, 전원의 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 산업용 생산 장비의 전력 절감 장치.
According to clause 4,
The server is,
a real-time error determination unit that determines whether a real-time error has occurred in the industrial production equipment based on data received from the integrated sensing module; and
It includes a failure prediction unit that predicts failure of the industrial production equipment based on big data and machine learning,
When a failure of the industrial production equipment is predicted, it further includes a manual providing unit that generates a failure response manual and transmits it to the manager,
The central processing control unit,
A power saving device for industrial production equipment, characterized in that controlling the supply of power when the power consumption of a specific load of the industrial production equipment or the power consumption of the entire load exceeds the power consumption.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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