KR101630395B1

KR101630395B1 - 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템

Info

Publication number: KR101630395B1
Application number: KR1020150087749A
Authority: KR
Inventors: 양철수
Original assignee: (주)에스엠테크
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-06-14
Also published as: US10648605B2; WO2016204362A1; WO2016204536A1; US20180135790A1

Abstract

본 발명은 수충격 방지시스템에 관한 것으로, 특히 수충격설비의 운전장치에서 실시간으로 측정되는 데이터를 저장하고, 상기 저장된 데이터를 데이터베이스로 구축하여 수충격 알고리즘에 따라 연산하고, 수충격설비의 동작여부 및 정상여부를 판단하여 수충격을 방지할 수 있는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템에 관한 것이다.
종래의 각종 관수로 시설들에 정확한 설계인자를 적용하지 못한 채 수격설비가 설치된 경우가 많아 과대설비로 인한 예산낭비가 초래되거나 수격방지 시설의 과부족으로 수격 완화설비의 기능이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있는 바, 이를 해소하기 위한 본 발명은 압력센서와 수위센서에서 실시간으로 측정된 데이터가 제어부에 전달되고, 상기 제어부에서는 공기압축기 및 공기배출기의 동작을 제어하여 수충격을 방지하는 에어챔버를 포함하되, 상기 압력센서와 수위센서에서 실시간으로 전달되는 데이터는 운전자료부를 통해 데이터베이스(DB)에 저장 또는 송신부(TX)를 통해 외부서버로 전송되고, 제어부에서는 검출회로부에서 전달된 공기압축기 및 공기배출기의 운전상태에 대한 데이터와, 압력센서에서 전달된 실시간 압력값과 수위센서에서 전달된 실시간 수위값을 운전상태 분석알고리즘에 의해 연산하고, 그 연산결과에 의해 수충격설비의 정상동작여부를 판단하여 수충격을 방지할 수 있는 조치를 진행하도록 구성되는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템을 제안한다.
따라서, 본 발명에 의한 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템은 데이터 분석기법을 적용하여 수충격설비의 운영에 대해 능동적인 제어를 할 수 있고 고장이나 운전의 오류까지도 확인하여 이에 대한 정확한 운영방법을 제시할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의한 분석알고리즘은 수충격설비의 고장이나 오동작에 대한 진단이 가능하므로 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용이 가능하여 불필요한 시설교체를 위한 비용을 줄일 수 있다. 또한, 변수의 값이 일정주기를 가지며 반복하는 경우 공기가 누설되어 보수를 하였음에도 주기적인 변화가 있으므로 보수한 곳 이외에 다른 곳에서도 누설이 있음을 알 수 있어 유지보수의 효율성을 높일 수 있다.

Description

운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템{Protection system against water hammer using for Operationg status analysys algorithm}

본 발명은 수충격 방지시스템에 관한 것으로, 특히 수충격설비의 운전장치에서 실시간으로 측정되는 데이터를 저장하고, 상기 저장된 데이터를 데이터베이스로 구축하여 수충격 알고리즘에 따라 연산하고, 수충격설비의 동작여부 및 정상여부를 판단하여 수충격을 방지할 수 있는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템에 관한 것이다.

관로에서 급격한 유속변화로 인하여 관내의 압력이 급상승하거나 급강하하는 현상을 수충격현상(또는 수격현상)이라 한다.

정지하고 있는 펌프를 밸브의 적절한 조작없이 급히 가동시키거나 정상 운전 중 갑자기 동력을 잃게 될 때 또는 관로 말단부에서 차단밸브에 의해 순간적으로 차단했을 때 관로 내의 유속이 급격히 변화하면서 관내 압력이 크게 상승하거나 강하하게 되어 심한 충격을 일으키게 되므로 수격압이 발생한다. 일상생활에서 세면기의 수돗물을 사용하던 중에 한개 레버로 갑자기 물을 잠그면 노출된 급수배관이 진동과 함께 소리가 발생하는 것도 수격현상에 의한 것이다. 이러한 수격현상은 일반 가정이 아닌, 대용량의 용수를 공급하는 대규모의 도로·송수관로에서는 큰 사고를 유발할 가능성이 있으며 사고에 따른 피해영향(용수공급 중단, 도로·주거지 침수 등)도 지대하다.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 압력/수위의 변화를 시간에 따라 변동되는 그래프를 보면, 관로에서 발생하는 압력과 수위의 변화에 따라 정상/안전/수격 상태를 쉽게 인지할 수 있다.

급격한 압력변동은 관내 유속의 변화에 큰 영향을 받으며, 이에 단면적의 크기에 따라 작용하는 힘이 계산될 수 있는데 가정용으로 사용하는 관로보다 일반적인 대규모 송수라인에는 그 관이 크고 장치가 복잡하므로 그 영향을 반영하여 안전하게 운용될 수 있도록 하여야 한다.

급격한 속도변화에 따라 생기는 압력변동은 한 장소에만 작용하는 것이 아니라 관을 따라 전파, 반사 등의 방법으로 전달되고 영향을 미치게 된다. 이는 대기 중의 메아리 소리의 전달 현상으로 쉽게 이해할 수 있다. 공기는 쉽게 확산될 수 있으나 배관 내부에서는 다른 매질의 영향을 적게 받으며 일정한 크기의 강성을 가지고 있는 파이프를 통하고 비압축성 유체인 물의 특성으로 인해 오랫동안 배관에 영향을 크게 미칠 수 있게 된다.

일반적으로, 펌프의 정상운전 중에는 도 2에 나타난 것과 같이 동수구배선(Hydraulic grade line)처럼 압력이 유지되다가 정전이나 고장에 의한 관로에서의 압력 분포는 일부 구간에서 하강압이 정수두보다 더 낮게 압력이 낮아지고, 일정시간 이후 압력파가 반사되어 나타나는 상승압은 심한 경우 관이나 기기가 견딜 수 있는 허용압력을 초과하는 정도까지 상승할 수 있다. 관에서의 압력이 환경부에서 제정한 시설기준에 의한 압력인 -5 ∼ -7 mAq보다 낮아지게 되면 수주분리가 발생할 수 있으므로 수충격 방지설비를 설치하는 것을 검토하여야 한다.

이와 같이, 관내에 흐르던 유체의 급격한 속도변화. 압력변화에 의해 발생한 압력파가 관로를 따라 전파되는 현상을 수격작용이라고 한다.

상기 수격작용은 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터어빈 등 관과 연결된 각종 시설물을 파손하여 많은 비용과 시간의 소요를 가져오며, 진동, 소음을 야기하는 등 큰 피해를 주므로 관로 설계시에 이에 대한 철저한 대비가 요구된다. 그러나 최근 기술진단이나 현장조사를 통해 조사된 바에 의하면 국내의 많은 시설(수력발전소의 도수관, 대용량의 광역상수도 시설을 비롯한 각종 상수도시설, 그리고 각종 관수로시설 등)들에 아직도 정확한 설계인자를 적용하지 못한 채 수격설비가 설치된 경우가 많아 과대설비로 예산의 낭비가 초래되거나 시설 용량의 과부족으로 수격 완화설비의 기능이 제대로 작동하지 못하고 있다.

따라서 이에 대한 적절한 대책의 수립을 위해 설계 초기부터 수격 해석의 중요 설계인자들을 신중하게 도출하여 수격작용을 완화시키고, 조절할 수 있는 각종 수충격설비(플라이휠 설치, 조압수조 설치, 스탠드파이프 설치, 에어챔버 설치, 공기밸브 설치, 안전밸브 설치, 관로형상 변경 등)(이하, '장치'라는 표현을 혼용하여 사용한다)를 설치함으로써 안전한 운영이 되도록 하여야 한다.

최근엔 시설이나 수충격설비의 설계시 정확한 설계인자를 컴퓨터 전산해석에 반영하여 위험 가능요소를 미리 예측함으로써 안정성을 확보하는 기술이 요구되고 있다. 수격의 피해를 줄이는 방법에 대해서는 전산해석을 통해 보다 정확한 분석이 가능해 지고 있으나 그 수충격설비에 대한 평가결과는 수격 전산해석에서 방지장치에 어떠한 변수를 적용하는지와 특성을 반영하는 지에 따라 많은 차이를 보이고 있다.

일반적인 수충격설비는 운전정보를 저장하기 어려울 뿐만 아니라 이를 분석하기 위해서는 고가의 추가 설비를 이용하여 많은 시간을 투입하여야 한다. 또한 이를 설치하기 위해서는 기존 시설물이나 장치에 별도의 가공을 하거나 설치를 위해 시설물에 많은 설비를 부착하여야 한다. 수충격설비의 운전을 멈추고 실험장치를 설치하여야 하므로 특정한 시기에만 자료의 획득이 가능할 뿐만 아니라 자료의 분석이 끝나면 자료 획득장치를 제거해야 하므로 별도의 일정을 정하여 작업해야 한다.

수격의 피해를 줄이기 위해서는 수격 방지장치를 현장에 설치하고 운전자료를 획득한 뒤 반드시 그 결과를 이용하여 수격 방지장치를 개발하거나 운영에 반영하여야 하는데 일부 현장에서 취득한 한정된 정보를 전체시스템에 적용하다 보니 안전을 보장하는 성능을 확보하기 어려울 뿐만 아니라 상황이 다른 경우에도 이전의 자료로 운전하여 결국 사고로 이어지는 위험이 종종 초래되고 있다.

현재의 수격 방지장치 업체에서는 많은 현장에 대해 이전에 실험했던 자료 중 제일 성능이 우수하다고 판단되는 것만을 취해, 그 부분만 크게 홍보하고 전체에 이를 반영하여 같은 성능으로 모든 시설을 보호할 수 있다고 함으로써 오히려 사고를 유발하고 있을 뿐만 아니라 수격 방지장치가 반드시 필요한 설비임에도 결국 사용자로부터 성능에 대해 만족할 만한 결과를 얻지 못해 안전장치로서의 설비들이 산업 전반 및 산업체로부터 외면을 받게 만들었고 이에 따라 사고의 위험성이 날로 커지고 있는 실정이다.

또한, 수격작용은 해석에 있어 여러 가지 어려움이 따르므로 합리적인 해석을 하여야 하며, 이를 근거로 수격 방지장치를 설치하였다 하더라도 체계적인 관리가 없으면 목적한 효과를 거두기 어렵다. 수격작용은 기존의 환경부 제정 상하수도 시설기준에 의한 일반적인 수계산 방법에 의한 단순 계산으로는 해석하기가 상당히 어렵다. 그러므로 실제로는 그 복잡성과 해석되는 수식의 난이도로 인하여 컴퓨터를 이용한 전산해석 프로그램에 의한 방법이 주가 되고 있다. 현재 실무 설계자들은 거의 대부분 이러한 전산해석에 의하여 모든 사항을 계산하게 되지만 정확한 해를 얻는 데는 아직도 어려움이 남아있다.

관로에서의 수격작용은, 펌프의 고장이나 정전에 의한 급작스런 정지, 밸브의 갑작스런 개·폐 등에 의하여 관내에 흐르던 유체가 급작스런 속도변화를 일으키고 이에 의하여 관내 압력에 큰 변화가 발생되는데 이 때 발생한 압력파가 전파되는 현상으로 관로 및 장치에 영향을 미치게 된다.

수격작용은 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터어빈 등 관과 연결된 각종 시설물을 파손시켜 많은 비용과 시간이 소요되기도 하고, 진동, 소음 등을 야기하는 등 큰 피해를 주므로 관로 설계시에 이에 대한 철저한 준비가 요구된다.

그러나 최근 기술진단이나 현장조사를 통해 조사된 바에 의하면 국내의 많은 시설(수력발전소의 도수관, 대용량의 광역상수도 시설을 비롯한 각종 상수도시설, 그리고 각종 관수로시설)들에 아직도 정확한 설계인자를 적용하지 못한 채 수격설비가 설치된 경우가 많아 과대설비로 인한 예산낭비가 초래되거나 수격방지 시설의 과부족으로 수격 완화설비의 기능이 제대로 이루어지지 못하고 있다.

따라서 이에 대한 적절한 대책의 수립을 위해 설계 초기부터 수격해석의 중요 설계인자들을 신중하게 도출하여 수격작용을 완화 및 조절할 수 있는 각종 장치(플라이휠 설치, 조압수조 설치, 스탠드파이프 설치, 에어챔버 설치, 공기밸브 설치, 안전밸브 설치, 관로형상 변경 등)를 설치함으로써 안전한 운영이 되도록 하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수격설비에서 실시간으로 측정된 데이터를 데이터베이스(DB)에 저장하고, 상기 저장된 데이터를 분석알고리즘에 의해 수치해석하고, 수충격설비의 동작여부 및 정상여부를 판단하여 수충격을 방지할 수 있는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 분석알고리즘의 해석자료와 현장시험을 통해 설계인자의 정확도를 비교하여 문제점을 도출해 내고 또한 가능한 해결점을 찾아 실무에서 실제로 활용이 되도록 함에 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템은 압력센서와 수위센서에서 실시간으로 측정된 데이터가 제어부에 전달되고, 상기 제어부에서는 공기압축기 및 공기배출기의 동작을 제어하여 수충격을 방지하는 에어챔버를 포함하되, 상기 압력센서와 수위센서에서 실시간으로 전달되는 데이터는 운전자료부를 통해 데이터베이스(DB)에 저장 또는 송신부(TX)를 통해 외부서버로 전송되고, 제어부에서는 검출회로부에서 전달된 공기압축기 및 공기배출기의 운전상태에 대한 데이터와, 압력센서에서 전달된 실시간 압력값과 수위센서에서 전달된 실시간 수위값을 운전상태 분석알고리즘에 의해 연산하고, 그 연산결과에 의해 수충격설비의 정상동작여부를 판단하여 수충격을 방지할 수 있는 조치를 진행하도록 구성됨에 그 기술적 특징이 있다.

본 발명에 의한 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템은 데이터 분석기법을 적용하여 수충격설비의 운영에 대해 능동적인 제어를 할 수 있고 고장이나 운전의 오류까지도 확인하여 이에 대한 정확한 운영방법을 제시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 분석알고리즘은 수충격설비의 고장이나 오동작에 대한 진단이 가능하므로 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용이 가능하여 불필요한 시설교체를 위한 비용을 줄일 수 있다.

또한, 변수의 값이 일정주기를 가지며 반복하는 경우 공기가 누설되어 보수를 하였음에도 주기적인 변화가 있으므로 보수한 곳 이외에 다른 곳에서도 누설이 있음을 알 수 있어 유지보수의 효율성을 높일 수 있다.

또한, 오랜 시간의 경과에 따른 파이프의 송수능력까지도 알고리즘의 변수값 변화를 이용하여 자동으로 운전에 따른 설정값을 조정하거나 판단할 수 있다.

도 1은 일반적인 관로에서 발생하는 수충격의 구성도,
도 2는 압력과 수위의 시간별 변화를 나타낸 도표,
도 3은 본 발명에 의한 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 데이터베이스에 저장되는 타임테이블의 개략 구성도.
도 5 내지 13은 본 발명의 실시예로 각 현장에서 기간별로 구분되는 에어챔버의 동작상태에 대한 데이터 도표.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템은 컴퓨터 전산해석 결과를 근거로 안정성 확보를 위한 장치의 운영을 현장이나 운영조건의 변화를 감안하여 각각에 맞는 방법을 도출하고 이상이 있는 부분을 미리 예측하여 안전을 보장할 수 있는 인자를 찾아 활용할 수 있게 제공한다.

비압축성 유체를 이송하는 현장에 수격의 피해로부터 시설물의 파손 사고를 방지할 수 있는 안전장치가 설치되었음에도 수격에 의한 사고가 발생하는 것은 장치의 선정에 문제가 있기 보다는 시간의 흐름에 따른 관로의 조도 변화나 펌프의 노화 등 시설의 운영조건이 변화하는데 기인한다고 하겠다.

이러한 변화를 수격 방지장치의 운영에 반영하지 못해 수격 사고가 빈번히 발생하는 것이므로, 장치의 고장이나 오동작뿐만 아니라 시간의 흐름에 따른 변화에 대응할 수 있도록 수격 방지장치의 운전방법을 변경하거나 수리 등의 조치를 취해야 한다.

본 발명은 일실시 예로, 컴퓨터를 이용한 전산해석 결과를 반영하여 에어챔버 내부에 적정한 용량의 공기와 물을 가지고 상승압과 하강압의 발생을 억제함과 동시에 흡수할 수 있는 설비인 에어챔버(Airchamber)형의 수격 방지장치의 운전변수에 대해 적용된다.

즉, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 압력센서(PT)(10)와 수위센서(LT)(20)에서 실시간으로 측정된 데이터가 제어부(100)에 전달되고, 상기 제어부(100)에서는 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)의 동작을 제어하여 수충격을 방지하는 에어챔버를 포함하되, 상기 압력센서(10)와 수위센서(20)에서 실시간으로 전달되는 데이터는 운전자료부(200)를 통해 데이터베이스(DB)(300)에 저장 또는 송신부(TX)(400)를 통해 외부서버(500)로 전송되고, 제어부(100)에서는 검출회로부(50)에서 전달된 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)의 운전상태에 대한 데이터와 압력센서(10)에서 전달된 실시간 압력값 및 수위센서(20)에서 전달된 실시간 수위값을 운전상태 분석알고리즘에 의해 연산하고, 그 연산결과에 의해 수충격설비를 통해 수충격을 방지할 수 있는 조치를 취할 수 있도록 구성되어 있다.

이때, 상기 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)에는 검출회로부(50)가 전기적으로 연결되고, 상기 검출회로부(50)는 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)에서 과전류 또는 과전압이 검출되는 경우, 별도의 제어신호를 발생하여 해당 장치의 이상여부를 제어부(100)에 전달하게 된다.

압력용기 내부의 공기가 부족하면 급격한 압력변동에 대응하기 어렵고 결과적으로 필요한 용량보다 작은 용량의 장치가 설치된 것과 같으므로 사고로 연결될 수 있으니 주의하여 운전할 필요가 있다.

또한, 과다한 공기를 보유하고 있는 경우 압력이 낮아질 때 너무 많이 팽창하여 내부의 공기가 유실될 수 있는데 이는 충분한 압력 하강을 억제하기 어려울 뿐만 아니라 유출된 공기가 공기밸브를 통해 빠져 나가면서 슬램서지(Slam surge)라는 현상을 유발하여 사고가 생기기도 한다.

관로로 유출된 공기는 관로를 안정적이지 못한 상태로 만들어 제어가 어렵게 되거나 관로의 정점부에 체류하여 유체의 흐름을 방해하기도 한다.

펌프 시스템의 압력은 항상 일정하게 운전되는 것이 아니라 펌프의 가동이나 운전 중인 펌프의 변경, 밸브의 조작, 펌프의 정지 및 관로 시스템의 운전변화 등 다양한 조건에 의해 그 압력은 항상 변화하게 된다. 항상 안전을 보장할 수 있는 장치인 에어챔버이지만 공기의 양을 단순히 수위에 의해 제어하는 기존의 제어방식으로는 압력변동에 따라 압력용기 내부의 공기 부피가 변하게 되는 것은 대응하지 못하므로 적절한 공기량을 유지하지 못해 안전을 보장할 수 없게 된다.

압력의 변화를 따르지 않는 주기적인 변화 중 수위 상승은 압축공기의 누설이 되는 것이므로 공기층(또는 공기보급 라인)의 부위에 파손이 있는 것이므로, 관리자는 제어부(100)에 의해 모니터(110)로 표시되는 운전상태 분석알고리즘의 연산결과(데이터 또는 그래프)에 의해 각 장치(공기압축기, 공기배출기 등)의 운전상태와 수충격 여부를 인지할 수 있다.

또한 정상적인 압력범위에서 수위의 상승에도 장치가 동작하지 않는 경우 장치의 고장이므로 제어부(100)에서는 경보장치(120)를 통해 비상경보를 발생하게 된다. 물론, 제어부에서는 압력과 수위의 변화에 의해 수충격이 발생한 경우에도 상기 경보장치(120)를 통해 비상경보를 발생하게 된다.

압력의 변동까지 대응하여 항상 안전을 확보하기 위해서는 단순한 수위변화가 아닌 압력의 변동을 연계한 장치의 운전방법이 필요하다. 그러므로 압력의 변화와 수위의 변화를 능동적으로 분석하여 제어가 된다면 적정 용량의 설비로 안전을 확보할 수 있을 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예로, 데이터베이스(300)에 도 4와 같은 타임테이블(Time Table) 구조로 저장하게 된다.

상기 타임테이블은 현장명, 시간, 수위, 압력, 상태, 이상, 운전의 7개 항목으로 구분되며, 초(second) 단위로 데이터를 저장하게 되므로, 1초마다 형성되는 각 라인마다 분석결과가 즉시 표시된다.

예를 들어, 특정 현장에 대해 초단위로 수위 및 압력이 저장되며, 동일 라인에 분석알고리즘에 의해 판단된 정상,안전,수충격의 분석결과가 '상태'항목에 2자리 이진수로 표시되고, 동일 라인에 각 장치의 운전여부가 '운전' 항목에 4자리 이진수로 표시되며, 각 장치의 이상여부가 '이상' 항목에 4자리 이진수로 표시된다.

이때, 각 항목의 2자리 이진수는 장치의 현재 상태를 표시하시도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명을 얻은 운전변수를 현장에 설치된 수격 방지설비에 적용한다면 자동제어에 능동적이고 안정적인 제어가 가능하게 될 것이다. 장치에 대해 정확한 운전이 될 수 있고 고장이나 오동작에 대한 진단이 가능하므로 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 오랜 사용이 가능하여 불필요한 시설교체의 비용을 줄일 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 구현되는 운전상태 분석알고리즘에 대해 상세하게 설명한다.

배관이나 장치 등 시설물이 수격으로부터 안전하도록 하기 위해 설치한 에어챔버는 내부에 적정한 양의 공기가 유지되어야 한다. 그러나 배관에서의 압력이 펌프의 운전상태나 밸브의 조작에 의해 변동됨에 따라 내부 공기의 부피가 변하게 된다. 이에 따라 수위 또한 변화하게 되어 결국 수위에 따라 압축기와 배기밸브를 제어하는데 정확한 공기를 맞추기 어렵게 된다.

공기는 압축성유체이므로 보일의 법칙에 의해

P ×V =C (일정) 식 (1-1)

가 된다.

에어챔버 내부의 공기 체적은 전산해석을 통해 정확한 용량으로 선정이 되어야 하며, 운전 중 불필요하게 배출되거나 추가 공급되면 안전을 보장할 수 없기에 내부 공기량에 대한 정확한 제어를 필요로 한다.

본 발명에서는 각각의 상태에서 필요한 공기가 설계시 계산된 공기량과 비교하여 적정한 공기량이 되도록 공기압축기나 공기 배출밸브의 동작을 결정할 수 있게 한다. 공기압축기 및 공기 배출밸브의 동작여부를 결정하는 방법은 전산해석과 더블어 일정기간의 자료를 축적하여 그 자료를 평균값과 순시값으로 이용함으로써 현재의 운영상태를 검증할 수 있는 변수를 찾을 수 있도록 하는 것이다. 압력에 따라 부피가 변하므로 이에 대한 인자를 식 (1-1)에서 찾았으며, 압력에 대한 체적의 변화는 온도가 일정할 경우 서로 반비례함을 알 수 있다. 배관에서의 압력이 높아지면 에어챔버 내부로 물이 들어오게 되는데 에어챔버 내 공기가 있던 공간에 물이 유입되어 공기체적이 줄어들고 압력이 상승하게 된다. 이 압력은 배관에서의 압력과 같게 되도록 공기를 압축한다.

압력이나 공기체적 등 변수는 각 현장마다 다를 수 있으므로 이를 일반화하기 위해 Δpv(%)를 도입하였다. 이는 압력과 체적을 곱한 값의 변화를 변수로 활용하여 검증하였다.

Δpv(%)= {Δ(p_i ·v_i)/(p_m ·v_m } * 100 식 (1-2)

설계시와 현장 운영에 대해 식 (1-2)을 적용하였는데, (p_i ·v_i)는 순간순간 변하는 값으로 운전에 대한 조건을 설정하기 위한 것이며, (p_m ·v_m)는 정기적인 값의 평균이 적절함을 파악하여 적용하였다. (p_m ·v_m)의 값을 설계시의 조건으로 적용하지 않은 이유는 관로의 조건이 10년, 20년이 지남에 따라 달라지며, 펌프의 운전조건이 항상 설계조건대로 운전하는 것이 아니기에 설계조건을 반영하기에는 무리가 있을 수 있기 때문이다.

따라서, 상기 Δpv가 설정값 이내인 경우 제어부(100)에서는 해당 수충격설비가 정상 또는 동작중인 것으로 판단할 수 있게 된다. 상기 설정값은 장치에 따라 변동이 있으나, 본 발명의 일 실시예로 ±10 이내의 범위를 유지하면 된다.

수격 방지장치는 최악의 상황에서도 시설을 보호할 수 있어야 하는데 모든 상황이 같지 않으므로 준비해야 하는 운전조건이 다를 수 있는 것이다. 즉, 언제 일어날지 모르는 사고가 발생 수 있는 상황에 대비하고 있다가 사고가 발생하는 상황이 되면 관로 및 장치를 보호하는 것이므로 평상시의 다양한 조건에 적절한 준비가 되어야 한다. 관로의 조건은 시간이 지남에 따라 달라지며 수 년에서 십여 년의 오랜 시간이 지난 후 최악의 상황이 될 수 있으므로 시간의 흐름에 대한 변화도 감안하여 수격에 필요한 장치가 동작할 수 있도록 하여야 한다.

현장의 관로가 매설된 지 오래된 경우 그 깊이나 관로의 위치를 정확하게 파악하기 어려워 분석알고리즘을 적용할 수 없으므로, 대표적으로 5개 현장에 대한 연구결과를 살펴보기로 한다.

실험을 위한 수격 방지장치는 내부에 적정한 양의 공기를 보유하고 있어야 한다. 공기량이 적정한지 감지하는 부분이 수위센서(LT)(20)이며, 공기량이 부족한 경우 공기압축기(30)를 가동하고 이와 연결된 전자밸브를 열어 공기를 보충하게 된다. 만약 공기가 과대하게 있는 경우 공기배출기(40)의 전자밸브를 열어 공기량을 줄여 수위가 상승하도록 한다. 이러한 장치의 운전자료를 운전자료부(200)에 저장하게 된다..

정상운전시 에어챔버(60)내 압축공기는 현장조작반 자동 제어회로에 의해 설계값이 정확히 유지될 수 있어야 한다. 에어챔버(60)의 정상적인 작동시 초기 공기체적은 설계조건의 용량을 유지시키도록 하고 운영중 제어수위(HHH, HH, H, L ,LL, LLL)들의 결정은 수격현상 해석결과에 따라 설계시 제시되며 운영에 주요한 사항이다.

또한, 에어챔버(60) 내의 제어수위 설정은 수격 해석결과 및 에어챔버(60)를 설치하여 시험운전을 한 후 그 결과에 따라 결정하여야 한다. 주요 계측장비와 그 부속장치들은 각각의 요구조건에 따라 조작수위의 0∼100% 사이에서 조절 가능하여야 한다.

예를 들어,

1) level 1 (LLL) : 최저수위 경고

에어챔버는 level 1 이하에서 운영되지 않도록 수위를 설정하여 운영하여야 한다. 만약 level 1 이하로 에어챔버 내의 수위가 내려가면 공기가 배관으로 유입될 수 있으므로 level 1에 도달하면 경고표시가 작동되도록 한다.

2) level 2 (LL) : 배기밸브 열림 수위

3) level 3 (L ): 압축기 정지수위

정상운전상태 수위의 하한선을 나타내며 수위가 level 3에 도달하면 주-보조 압축기 모두의 작동이 정지되도록 한다.

4) level 4 (H) : 압축기 구동수위

정상운전상태 수위의 상한선을 나타내며 수위가 level 4에 도달하게 되면 주 압축기가 작동한다.

5) level 5 (HH) : 보조압축기 구동수위

정상운전상태에서 수위가 level 5에 도달하게 되면 보조압축기를 작동하게 되고 이상상태임을 나타내는 경보가 표시되도록 한다.

6) level 6 (HHH): 최고수위 경고

정상운전상태에서 이 수위에 도달하게 되면 에어챔버는 더 이상 효과적인 수격완화 장치가 될 수 없으므로 경보음이 울리도록 한다.

한편, 상기 제어수위 level에 도달하게 되는 운전조건들은 아래와 같다.

1) 모든 펌프가 운전되고 있는 경우의 정상운전상태

펌프의 정상운전 상태에서 에어챔버의 수위는 level 3과 level 4 사이에서 운전되어야 한다. 그러나 운전중 에어챔버 내의 공기가 물에 용해되어 압축공기의 압력이 저하되고 수위가 상승하여 level 4에 도달하면 공기압축기가 작동되어 에어챔버 내의 수위를 level 3까지 낮추고 공기압축기는 정지되어야 한다. 만약 제어장치 등의 고장으로 압축기가 정지되지 않아 level 2에 도달하면 경고신호가 발신된다.

2) 펌프기동시

펌프가 기동될 때 펌프 토출압력의 상승에 따라 에어챔버 내의 수위도 상승한다. 이때 압축기의 제어(기동)신호는 펌프의 기동시 수위의 요동에 의해 압축기가 짧은 시간동안 On/Off 과정이 반복되는 것을 피하기 위해 일정한 시간동안 간격을 주기 위한 타임 릴레이를 제어반에 설치하기도 한다. 이때 필요한 최초의 시간 간격은 모의 해석결과를 바탕으로 설정하고 현장 시험후에 최종 시간 간격을 설정하도록 한다. 에어챔버 내의 수위변화가 안정된 후의 공기압축기 운전은 정상상태가 된다.

3) 펌프의 정지시

정상상태에서 펌프가 정지할 때는 펌프는 단계적으로 한 대씩 정지하며 에어챔버 내의 수위는 주 송수관로의 관압에 비례하여 하강한다. 공기압축기가 동작하지 않은 상태에서 에어챔버 내의 수위가 level 2에 도달하면 에어챔버 상부에 설치된 배기밸브가 열려 압축공기는 에어챔버 내의 수위가 level 3에 도달할 때까지 방출되어야 한다.

4) 펌프의 비상정지시

펌프장 수배전반 사고 또는 정전 등에 의해 동력이 차단되었을 때 펌프장의 모든 펌프가 동시에 정지하게 된다. 이 경우 에어챔버에 가장 큰 부하가 걸리게 되는데, 관로내의 압력은 급격히 떨어지고 이때 에어챔버 내부의 압축공기는 에어챔버 내의 물을 관로로 방출하고 이후 관로의 압력변화에 따라 에어챔버의 수위는 상승 및 하강을 반복하면서 점차 안정화된다. 따라서 압력계기 및 수위계기는 정전시에도 안정적인 운영 데이터를 확보할 수 있도록 무정전 전원장치에 연결하여야 한다.

한편, 본 발명은 에어챔버(60)에 장착한 센서(10)(20)를 통하여 압력 및 수위값을 저장하도록 하였다. 주배관과 파이프로 연결되어 배관의 압력이 직접 에어챔버(60)로 전달된다. 배관의 압력은 주배관과 에어챔버(60)의 높이차이 만큼 오차가 발생하지만 압력계의 수치로 오차를 보정하여 에어챔버(60)의 압력 수치를 배관에서의 압력으로 나타낼 수 있다. 배관의 압력은 에어챔버(60)에서 측정한 압력에 보정치를 가산하면 정확한 값으로 사용할 수 있다. 그리고 에어챔버(60)의 수위를 전송하며, 챔버(60)내의 수위는 보유하고 있는 물의 양과 같으므로 배관으로의 공급수량을 알 수 있다.

사용되는 측정기기는 전체 시스템에 대하여, 성능예측한 계산 결과에 따라 그 범위가 정해지고 시간에 따라 반응속도가 빠른 기기들로 선정되었다. 실험장치는 16bit의 분해능을 가지고 있는 NI USB-6251 모델을 사용하여 Data logging 장치를 구성하고, 압력은 최대 0.129%의 오차를 가질 수 있는 압력센서를 이용하여 전체 시스템을 제어하고 그 값이 출력되도록 하였다. 현장에 적용된 압력센서는 0.06%의 정도를 가진다.

실험을 위해 정상적으로 펌프가 작동되고 있는 상태에서 측정되는 전류(전압)를 기록하고 제어반에 표시되는 압력, 수위를 기록하고, 눈으로 판독할 수 있는 기기인 압력계와 수위계를 판독하여 제어패널(또는 제어반)에 구비되어 있는 LCD창에 표시되는 값과 이상유무를 확인하여 각각 기계의 밸브 상태, 연결상태의 이상유무를 확인하며, 전류값으로 출력되는 자료는 정밀저항(250Ω, 0.1%)을 이용하여 전압값으로 표시될 수 있도록 장치를 구성하였다.

장치에서 자료를 얻을 수 있는 수는 8개(압력, 수위 등 운전자료)이며, 현재 장치에 연결한 신호는 에어챔버의 압력과 각 에어챔버의 수위 등의 신호를 저장할 수 있도록 설치하였다.

[ 제1실시예] A 현장 운전자료 - 안정상태

도 5에 나타난 바와 같이, 2014년 7월 18일부터 4일 동안 운전자료를 보면 압력이 서서히 하강함을 볼 수 있고 이에 따라 내부 공기가 팽창하여 수위 또한 서서히 낮아짐을 볼 수 있다. 이 상황은 본 발명의 변수를 적용하면 변수 값에 변화가 없어 안정적인 운전이 되고 있음을 의미한다. 즉, 공기의 양은 적정한 것이다.

또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 2014년 7월 19일 운전자료를 보면 압력변동에 따라 내부 공기체적이 변화하고 있으나 다른 기기의 동작을 필요로 하는 상태가 아니므로 수위의 변동에도 별도의 동작이 필요없는 상태이다. 23시 30분 경 공기 압축기가 동작을 하였으나 오랫동안 동작하지 않으면 수명이 짧아지고 고착 등 고장이 나는 것을 방지하기 위해 약 3초 동안 동작한 것이다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 2014년 7월 20일 운전자료를 보면 압력변동에 따라 내부 공기체적이 변화하고 있으나 다른 기기의 동작을 필요로 하는 상태가 아니므로 수위의 변동에도 별도의 동작이 필요없는 상태이다. 공기의 압력과 체적의 변화를 매개변수로 제어를 하는 것은 큰 효과가 있음을 확인할 수 있다.

[제2실시예] B 현장 운전자료 - 불안정상태 (상부공기누설)

도 8에 도시된 바와 같이, 2013년 9월 1일부터 30일 동안 운전자료를 보면 운전 중 압력이 변하고 있으며 이에 따라 수위 또한 변하고 있음을 알 수 있다. 압력의 변화 외 잦은 압축기의 운전이 되고 있으며, 본 발명의 변수를 반영하면 변수에 주기적인 변화가 있고 공기압축기가 동작되고 있음을 알 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 2013년 9월 2일 운전 자료를 보면 압력이 변하고 있으며 이에 따라 수위 또한 변하고 있으나 그보다는 다른 경향의 수위변동이 있다. 압력의 변화 외 잦은 압축기의 운전이 되고 있으며, 이 상황은 본 발명의 변수를 반영하면 주기적인 변화가 있으므로 압력의 변화와 관계없이 공기의 유출입이 있는 것을 의미한다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 2013년 9월 2일 0시부터 6시까지의 운전 자료를 보면 압력이 변하지 않음에도 수위상승이 있고 그 영향은 압력변동보다도 크게 작용하고 있음을 볼 수 있다. 이에 본 발명의 변수를 반영하면 압력의 변화와 관계없이 공기의 유출입이 있고 이는 장치의 일부의 파손이나 오동작에 의해 공기가 유출되고 있는 것을 의미한다.

[제3 실시예] C 현장 운전자료 - 정상운전 (공기압축기 작동)

도 11에 도시된 바와 같이, 2014년 4월 1일부터 9일 동안 운전자료를 보면 압력의 변화에 따라 수위가 변하고 있음을 볼 수 있는데 3일에 압축기가 동작하여 정상수위를 맞추고 있다. 이 상황에 본 발명의 변수를 반영하면 거의 변화없이 안정적인 운전이 되고 있다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 2014년 4월 2일 운전자료를 보면 압력의 변동이 없고 그에 따라 내부 공기체적이 거의 변하지 않고 있으나 23시 이후 압력의 변동이 있고 수위의 변동이 있어 잠시 동안의 공기압축기의 동작으로 수위를 낮추고 안정적인 운전이 되고 있다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 2014년 4월 6일 운전자료를 보면 압력변동에 따라 내부 공기체적이 변화하고 있으나 다른 기기의 동작을 필요로 하는 상태가 아니므로 수위의 변동에도 별도의 동작이 필요없는 상태이다. 공기의 압력과 체적의 변화를 매개변수로 제어를 하는 것이 큰 효과가 있음을 확인할 수 있다.

일반적인 수격 방지장치는 운전정보를 저장하기 어렵고 이를 분석하기 위해서 고가의 실험장치를 이용하여야 할 뿐만 아니라 많은 시간도 투입하여야 하며, 이를 설치하기 위해서 기존 시설이나 장치에 별도의 가공을 하거나 시설물에 많은 설비를 부착하여야 한다.

또한, 운전자료를 획득하기 위한 자료 획득장치를 설치하기 위해서는 수격 방지장치의 운전을 멈추고 설치하여야 하므로 특정한 시기에만 자료의 획득이 가능할 뿐만 아니라 자료의 분석이 끝나면 자료 획득장치를 제거하기 위해 별도의 일정을 정하여 진행해야 한다. 즉, 자료 획득장치의 설치, 운전자료의 저장 및 자료 획득장치의 제거작업을 위해 장치의 운전을 중지해야 하는 것이다.

이처럼 수격 방지장치를 현장에 설치하고 자료를 획득하여 그 결과를 바탕으로 장치를 개발하거나 운영에 반영하여야 하는데 실제로는 이러한 자료를 확보하지 못한 채 특정현장에서 취득한 정보를 전체시스템에 적용하는 경우가 있다 보니 현장의 안전을 확보하기도 어렵고 만일 상황이 다른 경우 이전의 자료로 운전한다면 큰 사고로 이어질 수도 있다.

수격 방지장치는 최악의 상황에서도 시설을 보호할 수 있어야 하는데 모든 상황이 같지 않으므로 준비해야 하는 운전조건이 다를 수 있는 것이다. 즉, 언제 발생할지 모르는 사고의 상황에 대비하고 있다가 사고가 발생하는 상황이 되면 관로 및 장치를 보호해야 하므로 평상시의 다양한 조건에 적절한 준비가 되어야 한다. 수 년에서 십여 년의 오랜 시간이 지난 후 최악의 상황이 될 수 있으므로 시간의 흐름에 대한 변화도 감안하여 수격에 필요한 장치가 동작할 수 있도록 하여야 한다.

압축성 유체인 공기를 사용하는 수격 방지설비 내부 공기의 압력과 체적의 변화는 일정한 경향을 나타나는데 이를 이용하면 운전방법의 오류뿐만 아니라 장치의 고장, 파손된 부위도 검출이 가능함을 현장 실험을 통해 확인하였다.

정상적인 운전에서는 압력의 변화가 공기체적의 변화로 나타나며, 이를 이용한다면 안전성의 확보뿐만 아니라 에너지의 절감을 이룰 수 있다. 압력의 변화를 따르지 않는 경우 체적의 변화는 센서나 밸브 등이 고장이거나 공기압축기 등 기기의 오동작일 수 있다. 다른 영향으로 압력의 변화를 크게 벗어나는 경우는 기기의 파손이나 오동작을 확인할 수 있다. 기기의 파손인 경우 공기의 누설 등을 미리 파악할 수 있으므로 사고를 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

압력의 변화를 따르지 않는 주기적인 변화 중 수위 상승은 압축공기가 누설되는 것이므로 공기층(또는 공기보급 라인)의 부위에 파손이 있음을 확인할 수 있다. 또한 정상적인 압력범위에서 수위의 상승에도 장치가 동작하지 않는 경우 장치의 고장이므로 경보를 발생시켜야 할 것이다.

본 발명에 의한 운전변수인 식 (1-2)를 현장에 설치된 수격 방지설비에 적용한다면 자동제어에 능동적이고 안정적인 제어가 가능하게 될 것이다. 장치에 대해 정확한 운전이 될 수 있고 고장이나 오동작에 대한 진단이 가능하므로 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용이 가능하여 불필요한 시설교체를 위한 비용을 줄일 수 있다.

결론적으로 본 발명을 정리하면 다음과 같다.

1) 정상적인 운전상태에서 예측할 수 없는 사고를 방지하기 위한 에어챔버는 지금까지는 일반적으로 모터 등의 과전류나 수위에 이상이 있는 자료만 저장을 하였다. 그러나 정확한 운전이 되기 위해서는 운전상태를 검증할 수 있는 압력과 수위를 포함한 운전자료의 저장이 필요하며, 저장된 자료를 분석할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 저장되는 자료는 몇 분간만으로는 정확한 분석이 어려우므로 초단위로 일주일 이상의 자료의 저장이 필요하다.

2) 에어챔버의 공기량을 조절하기 위한 운전은 장치의 일부인 공기압축기 및 공기밸브에 의해 이루어지는데 내부의 센서에 의해 수위를 파악하여 공기압축기와 공기밸브를 동작함으로써 공기량을 조절한다. 단순히 순간의 수위값에 대응하는 운전방법으로는 시간의 흐름이나 고장에 대해 인지할 수 없을 뿐만 아니라 비상운전에 대해 제대로 대응할 수 없어 큰 사고를 유발할 수 있다. 따라서 압력에 따라 수위가 달라지므로 수위를 다르게 설정할 수 있도록 하여 수위제어가 압력과 연동할 수 있어야 한다.

3) 에어챔버의 운전은 정상운전에서 설정된 양의 공기를 보유하고 있어야 한다. 항상 적정량의 공기를 보유하고 있어야 하므로 에어챔버 내부의 압력과 수위를 저장하여 운전 중 정상 범위를 벗어난 운전이 있는 경우 경보를 발생함으로써 관리자가 점검할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

4) 제어부에서 센서 등 입력에 대한 장치의 고장뿐만 아니라 출력에 대해 정상적인 운전이 되는 것을 확인할 수 있어야 하며, 제어부의 출력이 장치의 운전과 비교하여 이상이 없음을 확인할 필요가 있다. 검증하는 방법으로 제어부의 출력신호가 장치에 전달되어 정확하게 동작하는지 확인하여야 하며, 제어부의 출력신호가 없는데도 장치가 동작하는지 검출하여 비교하는 방법이 타당하다.

5) 본 발명에 의한 분석알고리즘에서는 장치의 건전성을 확인하는 압력이나 공기체적 등 변수는 각 현장마다 다를 수 있으므로 이를 일반화하기 위해 Δpv(%)를 만들었다. 이는 압력과 체적을 곱한 값의 변화를 변수로 활용하여 검증한 것이다. 수격방지시스템 건전성 확인식을 'Δpv(%)= {Δ(p_i ·v_i)/(p_m ·v_m } * 100 '로 하였는데 (p_i ·v_i)는 순간순간 변하는 값으로 운전에 대한 조건을 설정하기 위한 것이며, (p_m ·v_m)는 정기적인 값의 평균이 적절함을 파악하여 적용하였다.

6) 운전자료를 분석하는 방법은 저장된 압력값과 수위값을 주간 또는 월간으로 평균처리하여 그 값과 비교함으로써 현재의 상태가 어느 정도에 있는지를 파악해 일정 범위내에 있다면 적절한 운전상태임을 확인할 수 있도록 하였다. 이러한 경향을 자체적으로 저장하고 통보하면 무인화가 가능한 안전장치가 될 수 있다.

7) 변수의 값이 커지며 일정범위를 벗어나는 경우(예들들어, ±5 이상 변동시)는 압력이 상승하여 에어챔버 내부의 공기가 압축되고 수위가 상승하여 나타나는 것이다. 그러나 잠시 후 압력이 안정되고 정상압력이 되면 정상수위로 될 것이므로 별도의 장치가 동작할 필요가 없으나 공기압축기를 동작하여 공기를 공급한 경우이므로 별도의 압축기 동작 설정값을 설정할 필요가 있다.

8) 변수의 값이 작아지며 일정범위를 벗어나는 경우는 적정 공기량보다 적은 상태가 된 것으로 공기의 누설이나 장치의 고장으로 공기가 공급되지 않는 것을 알 수 있으므로 장치의 수리가 필요한 상황임을 알 수 있다.

9) 변수의 값이 일정주기를 가지며 반복하는 경우 공기가 누설되는 것과 공기가 공급되는 것이 반복되는 것을 알 수 있으므로 이러한 현상이 생기는 경우 장치와 연결된 특정부분에서 누설이 있으며, 부족해진 공기를 보충하기 위해 공기압축기가 동작하는 것을 볼 수 있다. 공기압축기와 공기밸브 등 장치의 고장뿐만 아니라 관로에서 누설되는 것까지 확인할 수 있으므로 변수의 변화값을 이용하여 고장이나 파손된 부분을 보수하게 된다면 시설물의 안전을 보장할 수 있게 된다.

10) 변수의 값이 일정주기를 가지며 반복하는 경우 공기가 누설되어 보수를 하였음에도 주기적인 변화가 있으므로 보수한 곳 이외에 다른 곳에서도 누설이 있음을 알 수 있어 보완하는 보수가 이루어지도록 하였다. 이처럼 변수를 이용한다면 고장부위에 대해 보수가 정상적으로 이루어졌는지도 확인이 가능하다.

11) 장치의 운영뿐만 아니라 고장위치를 확인할 수 있어 설정값의 조정과 적절한 보수작업이 될 수 있으므로 에어챔버가 설치된 현장에 본 발명의 분석알고리즘이 적용된다면 필요한 보수를 할 수 있을 뿐만 아니라 안전도 확보할 수 있고 불필요한 설비의 교체나 교환으로 인한 비용 낭비 또한 줄일 수 있다.

10 : 압력센서(PT) 20 : 수위센서(LT)
30 : 공기압축기 40 : 공기배출기
50 : 검출회로부 60 : 에어챔버
100 : 제어부 110 : 모니터
120 : 경보장치
200 : 운전자료부 300 : 데이터베이스(DB)
400 : 송신부(TX) 500 : 외부서버

Claims

압력센서(PT)와 수위센서(LT)에서 실시간으로 측정된 데이터가 제어부에 전달되고, 상기 제어부에서는 공기압축기 및 공기배출기의 동작을 제어하여 수충격을 방지하는 에어챔버를 포함하는 수충격 방지시스템에 있어서,
상기 압력센서(10)와 수위센서(20)에서 실시간으로 전달되는 데이터는 운전자료부(200)를 통해 데이터베이스(DB)(300)에 저장 또는 송신부(TX)(400)를 통해 외부서버(500)로 전송되고, 상기 제어부(100)에서는 검출회로부(50)에서 전달된 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)의 운전상태에 대한 데이터와 압력센서(10)에서 전달된 실시간 압력값 및 수위센서(20)에서 전달된 실시간 수위값을 운전상태 분석알고리즘에 의해 연산하여 그 연산결과에 의해 수충격설비의 정상동작여부를 판단하여 수충격을 방지하되,
상기 제어부(100)에서는 분석알고리즘을 적용하여 압력의 변화를 따르지 않는 주기적인 변화중 수위 상승이 발생하는 경우, 공기보급 라인 부위의 파손으로 압축공기가 누설되는 것으로 모니터(110)에 비상상황을 표시하는 것을 특징으로 하는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제어부(100)에서는 분석알고리즘을 적용하여 정상적인 압력범위에서 수위의 상승에도 장치가 동작하지 않는 경우 장치의 고장이라고 판단하여 경보장치(120)를 통해 비상경보를 발생하고,
압력과 수위의 급격한 변화에 의해 수충격이 발생한 것으로 판단한 경우에도 상기 경보장치(120)를 통해 비상경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템.
제 1항에 있어서,
상기 운전상태 분석알고리즘은 에어챔버의 내부에 적정한 양의 공기가 유지되어야 하고, 압축성유체인 공기인 경우 압력과 부피의 반비례에 관한 보일의 법칙에 따라 P ×V =C (일정)가 적용되며,
순간순간 변하는 값을 (p_i ·v_i)와, 정기적인 값의 평균값인 (p_m ·v_m)는 정기적인 값의 평균이라 정의할 때,
압력과 체적을 곱한 값의 변화를 변수인 Δpv(%)= {Δ(p_i ·v_i)/(p_m ·v_m} * 100 값을 연산하고, 상기 Δpv가 설정값 이내인 경우 제어부(100)에서는 해당 수충격설비가 정상 또는 동작중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템.
제 1항에 있어서,
상기 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)에는 검출회로부(50)가 전기적으로 연결되고, 상기 검출회로부(50)는 상기 공기압축기(30) 및 공기배출기(40)에 과전류 또는 과전압이 검출되는 경우, 별도의 제어신호를 발생하여 해당 장치의 이상여부를 제어부(100)에 전달하는 것을 특징으로 하는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템.
제 1항에 있어서,
상기 데이터베이스(300)에는 타임테이블(Time Table) 구조로 저장되되,
상기 타임테이블은 현장명, 시간, 수위, 압력, 상태, 이상, 운전의 7개 항목으로 구분되며, 초(second) 단위로 데이터를 저장하고, 1초마다 형성되는 각 라인마다 분석결과가 즉시 표시되는 것을 특징으로 하는 운전상태 분석알고리즘에 의한 수충격 방지시스템.
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