KR101648012B1 - 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 iot장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 기존의 빌딩 에너지 관제 장치가 중앙집중방식으로 이루어져 있어, 빌딩내 부하기기의 에너지 계측모듈 고장시, 특정 부하기기의 고장파악이 어렵고, 빌딩 에너지 관제 장치로 전달되는 계측데이터가 불명확하여, 정확한 부하기기의 운전효율계측이 어려운 문제점과, 현장에서 바로 최적의 운전상태를 유지시켜주는 구성이 없어, 현장의 부하기기쪽으로 직접 찾아 가서 최적의 운전상태를 셋팅하고 조절해야 하므로, 작업시간이 오래 걸리는 문제점과, 현장에 설치되는 부하기기가 변경되는 경우에, 에너지 계측모듈도 교체되어야 함에 따라 설비 비용이 많이 소요된다는 문제점을 개선하고자, 본체(10), 연결컨넥터부(20), 배터리부(30), 스마트 센싱모듈(40), 근거리통신모듈(50), 디스플레이모듈(60), 유무선통신모듈(70), 임베디드모듈(80), 액츄에이션모듈(90)이 구성됨으로서, 연결컨넥터부를 통해 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1로 손쉽게 설치할 수 있어, 설치성과 호환성이 우수하고, 임베디드모듈을 통해 빌딩 내 부하기기의 센싱데이터를 현장에서 수집하여 자체적으로 운전효율과 고장진단여부를 연산시키고, 연산한 운전효율을 WiFi통신망을 통해 원격지의 중앙관리서버로 표출시킬 수 있어, 기존보다 빌딩 에너지 측정과 연산속도를 80% 향상시킬 수 있으며, 부하기기의 이상 경보가 발생하였을 경우, 알람 경보 내용을 관리자의 스마트 디바이스쪽으로 정보를 제공할 수 있고, 현장에서 바로 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단데이터를 원격지의 중앙관리서버로 전송시킬 수 있어, 80%의 에너지 절감효과뿐 아니라 부하기기의 수명연장 및 유지보수비용을 추가 절감시킬 수 있는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치{THE APPARATUS OF SMART INTERNET OF THINGS WITH EMBEDED MODULE}

본 발명에서는 임베디드모듈을 통해 빌딩 내 부하기기(보일러, 냉동기, 급배기팬, 펌프, 열교환기, 공기조화기, 모터, 전동기 등)의 센싱데이터를 현장에서 수집하여 자체적으로 운전효율과 고장진단여부를 연산시키고, 센싱데이터와 고장진단데이터를 WiFi통신망을 통해 원격지의 중앙관리서버로 전송시킨 후, 이에 따른 응답신호로서 중앙관리서버로부터 수신받은 제어명령에 따라 현장에 있는 부하기기를 제어할 수 있는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치에 관한 것이다.

빌딩의 에너지 효율을 개선하기 위해 정부의 가이드라인에 따라 일정주기(5년)마다 냉방,난방, 공조 등 빌딩 기계설비에 대한 진단을 수행하고 있다.

예컨대, 규정된 점검표를 기반으로 빌딩 현장에서 직접 다양한 계측기를 사용하여 에너지 사용량을 측정하고, 에너지 진단 전문가가 이들 정보를 기반으로 간헐적으로 에너지 효율을 진단하는 오프라인 에너지 진단 기법이 적용되고 있다.

이러한 방식은 소수의 전문가에 의해 에너지 절약 방안을 도출하는 고비용의 일회성 진단 기술이며, 오랜 기간 동안 기계설비가 문제를 가지거나 에너지 효율이 저하된 상태로 운영될 수 있으므로 빌딩의 에너지 낭비를 초래하는 문제점과, 직접 빌딩 단위로 현장에서 전문가에 의한 수동 진단이 이루어지므로 높은 진단비용이 소요될 뿐만 아니라 관리상의 어려움이 뒤따르는 문제점을 가지고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기존의 빌딩 에너지 관리 장치(BEMS)가 제시된 바 있으나,

이는 빌딩 에너지 소비정보 분석이 주로 원격지의 빌딩 에너지 관제 장치 중심으로 이루어지는 중앙집중방식으로 이루어져 있어, 빌딩내 부하기기의 에너지 계측모듈 고장시, 특정 부하기기의 고장파악이 어렵고, 빌딩 에너지 관제 장치로 전달되는 계측데이터가 불명확하여, 정확한 부하기기의 운전효율계측이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 기존의 빌딩 에너지 관제 장치가 주로, 빌딩내 부하기기의 에너지 계측만 할 뿐, 현장에서 바로 최적의 운전상태를 유지시켜주는 구성이 없어, 현장의 부하기기쪽으로 직접 찾아 가서 최적의 운전상태를 셋팅하고 조절해야 하므로, 작업시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

그리고, 빌딩내에 다양하게 설치된 부하기기(보일러, 냉동기, 급배기팬, 펌프, 열교환기, 공기조화기, 모터, 전동기 등)에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시키는 구성이 없어, 현장에 설치되는 부하기기가 변경되는 경우에, 에너지 계측모듈도 교체되어야 함에 따라 설비 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.

1. 국내등록특허공보 제10-1170743호 2. 국내등록특허공보 제10-1275808호

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 연결컨넥터부를 통해 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1로 손쉽게 설치할 수 있고, 임베디드모듈을 통해 빌딩 내 부하기기의 센싱데이터를 현장에서 수집하여 자체적으로 운전효율과 고장진단여부를 연산시킬 수 있으며, 부하기기의 이상 경보가 발생하였을 경우, 알람 경보 내용을 관리자의 스마트 디바이스쪽으로 정보를 제공할 수 있고, 현장에서 바로 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단데이터를 원격지의 중앙관리서버로 전송시킬 수 있는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치는

빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1 연결되어, 부하기기의 온도, 가속도, 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 현장에서 자체 고장진단 분석시켜 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 센싱데이터와 고장진단데이터를 실시간 전송시키도록 구성됨으로서 달성된다.

상기 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치는 보다 구체적으로는

사각박스형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 본체(10)와,

본체의 외부 일측면에 위치되어, 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 연결시키는 연결컨넥터부(20)와,

본체의 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 배터리부(30)와,

본체의 외부면 타측에 위치되어, 연결컨넥터부에 연결된 부하기기의 온도, 가속도, 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 임베디드모듈로 전달시키는 스마트 센싱모듈(40)과,

스마트 센싱모듈 일측에 위치되어, 본체 주위의 근거리에 위치한 스마트 디바이스쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단결과데이터를 송신시키는 근거리통신모듈(50)과,

본체의 평면상에 위치되어, 임베디드 제어모듈로부터 제어신호를 인가받아, 화면상에 기기의 현재 구동상태, 배터리상태, 센싱데이터를 표출시키는 디스플레이모듈(60)과,

근거리통신모듈 일측에 위치되어, 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 임베디드모듈로 전달시키는 유무선통신모듈(70)과,

배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 구동을 제어시키면서, 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시키고, 스마트 센서모듈에서 센싱된 값을 판단하여 기존의 미리 설정된 기준센싱값과 비교하여, 부하기기의 고장진단을 분석한 후, 고장진단데이터와 센싱데이터를 유무선통신모듈을 통해 원격지의 중앙관리서버로 전송시키도록 제어시키는 임베디드모듈(80)과,

임베디드모듈의 제어신호에 따라, 고장진단신호 입력시, 부하기기의 구동모듈의 구동을 자동으로 오프(Off)시키는 액츄에이션모듈(90)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는

첫째, 본 발명에서는 연결컨넥터부를 통해 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1로 손쉽게 설치할 수 있어, 설치성과 호환성이 우수하다.

둘째, 본 발명에서는 임베디드모듈을 통해 빌딩 내 부하기기의 센싱데이터를 현장에서 수집하여 자체적으로 운전효율과 고장진단여부를 연산시키고, 연산한 운전효율을 WiFi통신망을 통해 원격지의 중앙관리서버로 표출시킬 수 있어, 기존보다 빌딩 에너지 측정과 연산속도를 80% 향상시킬 수 있다.

셋째, 본 발명에서는 부하기기의 이상 경보가 발생하였을 경우, 알람 경보 내용을 관리자의 스마트 디바이스쪽으로 정보를 제공할 수 있어, 재난사고를 미리 방지하고, 응급보수와 AS를 신속히 처리할 수가 있다.

넷째, 본 발명에서는 현장에서 바로 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단데이터를 원격지의 중앙관리서버로 전송시킬 수 있어, 80%의 에너지 절감효과뿐 아니라 부하기기의 수명연장 및 유지보수비용을 추가 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치(1)의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 연결컨넥터부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 스마트 센싱모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 근거리통신모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 임베디드모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 임베디드모듈(80)에 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시킨 후, 디스플레이모듈상에 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 고장진단분석알고리즘엔진부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 17은 본 발명에 따른 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈의 구성요소를 도시한 구성도,
도 18은 본 발명에 따른 임베디드모듈의 제어하에 유무선통신모듈이 구동되어, 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받는것을 도시한 일실시예도.

먼저, 본 발명에서 설명되는 임베디드형 스마트 IOT장치는 기존의 IOT장치에 비해,

첫째, 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1 연결되어, 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시키고,

둘째, 센싱한 데이터를 현장에서 자체 고장진단 분석시키며,

셋째, 중계노드 및 근거리의 스마트 디바이스를 통하지 않고, 유무선통신모듈을 통해 원샷 다이렉트로 원격지의 중앙관리서버쪽으로 센싱데이터와 고장진단데이터를 실시간 전송시키는 것을 주요 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 설명되는 부하기기는 빌딩내에 설치된 보일러, 냉동기, 급배기팬, 펌프, 열교환기, 공기조화기, 모터, 전동기를 말한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1 연결되어, 부하기기의 온도, 가속도, 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 현장에서 자체 고장진단 분석시켜 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 센싱데이터와 고장진단데이터를 실시간 전송시키도록 구성된다.

상기 임베디드형 스마트 IOT장치(1)는 보다 구체적으로, 본체(10), 연결컨넥터부(20), 배터리부(30), 스마트 센싱모듈(40), 근거리통신모듈(50), 디스플레이모듈(60), 유무선통신모듈(70), 임베디드모듈(80), 액츄에이션모듈(90)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 본체(10)에 관해 설명한다.

상기 본체(10)는 사각박스형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.

이는 도 3에 도시한 바와 같이, 외부 일측면에 연결컨넥터부가 형성되고, 내부공간 일측에 배터리부가 형성되며, 연결컨넥터부의 내부방향 일측에 스마트 센싱모듈이 형성되고, 스마트 센싱모듈 일측에 근거리통신모듈이 형성되며, 근거리통신모듈 일측에 디스플레이모듈이 형성되고, 디스플레이모듈 일측에 유무선통신모듈이 형성되며, 유무선통신모듈 일측에 임베디드모듈이 형성되고, 연결컨넥터부의 내부방향 일측에 액츄에이션모듈이 형성되어 구성된다.

본 발명에 따른 본체는 부하기기의 진동 및 외압으로부터 충돌시 내부 메모리부를 보호할 수 있고, 방열효과가 높으며, 가볍고, 내구성과 강도가 우수한 재질로 이루어진다.

더욱 상세히는 상기 본체는 ABS, PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), PBT(Polybytylene Terephthalate), PA(Polyamide), PSU(Polysulfone), PPA(Polyphthalamide)중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지 60~80wt%와,

알루미늄(Alumium), 흑연(Graphite), 은(Silver), 구리(Copper) 중 선택되는 어느 1종 이상의 첨가제 10~30wt%와,

직경(Diameter, ㎛) 16, 밀도(Density, g/㎤) 2.58, 인장강도(Tensile strength(Gpa)) 1.65, 인장탄성율(Tensile modulus(Gpa)) 77인 유리섬유 10~20wt%를 믹서에 투입하여 230~270℃에서 5~10rpm으로 블렌딩(blending)하여 압출기를 이용하여 압출 후 상온에서 냉각하여 4~6mm 크기의 펠렛을 제작하고,

상기 펠렛을 사출기에 주입하여 가공온도 200~250℃, 가공압력 1,200~1,600psi에서 사출성형하여 형성된다.

보다 구체적으로 살펴보면,

수지를 선택함에 있어, PBT(Polybytylene Terephthalate)를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 PBT 성형품들은 강성이 뛰어나면서 마모가 적다. 이와 같은 이유로 고온에서 사용할 수 있으며 유리섬유와 복합효과가 뛰어나 강성을 향상시키기가 용이하다.

또한 전기적 특성도 우수하고 온도변화나 습도변화에도 영향을 덜 받는다. 일반적으로 플라스틱이 절연체로 인식되는 이유는 고분자의 분자구조가 긴 사슬이 엉켜있는 모양을 하고 있고, 열전달 과정에서 에너지가 전달되는 진동양자에 의해서 분산돼 0.17~0.2 W/mK로 열전도도가 아주 낮은 특성이 있기 때문이다.

상기 수지의 사용량이 60wt% 미만인 경우에는 성형성이 떨어지고, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 열전도성이 떨어져 발열특성이 저하되는 문제가 있으므로, 상기 수지의 사용량은 60~80wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 첨가제를 선택함에 있어 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 흑연이 다른 첨가제보다 높은 열전도도를 보이게 되며, 이는 흑연의 분자 크기가 다른 분자에 비해 상대적으로 작아 배합시에 고른 분포를 보이게 되기 때문이다.

상기 첨가제의 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 방열특성이 저조하게 되고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 방열특성이 강화되기는 하나 인장강도의 약화 등의 내구성의 문제와, 성형성이 떨어지게 되는 문제가 발생하게 되므로, 상기 첨가제의 사용량은 10~30wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 유리섬유의 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 강도 향상이 미미하고, 20wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 유리섬유의 사용량은 10~20wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 본체의 구체적인 형성예를 살펴보면 다음과 같다.

PBT(Polybytylene Terephthalate) 70wt%와,

흑연(Graphite) 20wt%와,

직경(Diameter, ㎛) 16, 밀도(Density, g/㎤) 2.58, 인장강도(Tensile strength(Gpa)) 1.65, 인장탄성율(Tensile modulus(Gpa)) 77인 유리섬유 10wt%를 믹서에 투입하여 250℃에서 7rpm으로 블렌딩(blending)하여 압출기를 이용하여 압출 후 상온에서 냉각하여 5mm 크기의 펠렛을 제작하고,

상기 펠렛을 사출기에 주입하여 가공온도 230℃, 가공압력 1,500psi에서 사출성형하여 본체를 형성한다.

또한, 본 발명에 따른 본체(10)는 빌딩내 부하기기와 접촉되는 바닥면 일측에 원형 마그네틱부가 형성되어, 설치장소가 협소한 빌딩내 부하기기쪽에 자석의 힘으로 고정부착시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 연결컨넥터부(20)에 관해 설명한다.

상기 연결컨넥터부(20)는 본체의 외부 일측면에 위치되어, 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 연결시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, RS 485 컨넥터부(21), RS 232 컨넥터부(22), USB 컨넥터부(23), 커넥터 하우징부(24) 중 어느 하나 이상이 선택되어 구성된다.

상기 RS 485 컨넥터부(21)는 빌딩내 부하기기 일측과 RS 485 통신인터페이스로 연결시키는 역할을 한다.

상기 RS 232 컨넥터부(22)는 빌딩내 부하기기 타측과 RS 232 통신인터페이스로 연결시키는 역할을 한다.

상기 USB 컨넥터부(23)는 빌딩내 부하기기 일측의 외부 USB와 연결시키는 역할을 한다.

상기 커넥터 하우징부(24)는 빌딩내 부하기기 일측의 전선과 본체 사이를 연결시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 배터리부(30)에 관해 설명한다.

상기 배터리부(30)는 본체의 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.

이는 리튬 폴리머 배터리 팩(31)으로 구성된다.

상기 리튬 폴리머 배터리 팩(31)은 셀단위의 리튬 폴리머 배터리가 복수개로 연결되어, 외부전원을 이용해 충전해서 반영구적으로 사용하는 전지로서, 이는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지 대신 고체성분인 폴리머 전해질을 사용하여 구성된다.

이는 전해질이 고체 또는 젤 형태이기 때문에 불의의 사고로 전지가 파손되어도 전해질이 밖으로 새어 나가지 않아 발화하거나 폭발할 우려가 거의 없어 안정성이 확보되고, 에너지 효율도 리튬이온전지보다 높은 특성을 가진다.

또한 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 형성할 수 있으며 3mm이하 두께로 제작이 가능하고, 무게도 30%이상 줄일 수 있으며, 형성공정이 리튬이온전지에 비하여 비교적 쉬워, 대량생산 및 대형전지 형성이 가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 스마트 센싱모듈(40)에 관해 설명한다.

상기 스마트 센싱모듈(40)은 본체의 외부면 타측에 위치되어, 연결컨넥터부에 연결된 부하기기의 온도, 가속도, 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 임베디드모듈로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 5에 도시한 바와 같이, 온도센서부(41), 자이로가속도센서부(42), 부하전류센서부(43)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 온도센서(41)에 관해 설명한다.

상기 온도센서(41)는 본체의 외부면 타측에 위치되어, 빌딩내 부하기기의 온도를 측정하는 역할을 한다.

이는 열전쌍온도계, 온도측정 저항체 온도계, 서미스터(NTC)온도계, 금속식 온도계 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

본 발명에 따른 온도센서는 출력단자 일측에 4와이어 RTC회로부가 연결되어, 선로상에 발생되는 저항의 오차를 줄여서 정밀도를 향상시켜 임베디드모듈에 전달시킨다.

상기 4와이어 RTC회로부는 12V 레퍼런스 IC, 앰프(AMP03)소자, 온도센서 접속용 헤더컨넥터, 비교기 U8, 증폭기U9로 구성된다.

즉, 온도센서에 측정된 센싱값을 비교기 U8의 (+)단자에 입력되고, 선로상에 발생되는 저항의 오차를 12V 레퍼런스 전압에 맞게 보정한 값을 (-)단자에 입력시켜, 비교한 후 출력시키고, 출력된 값을 증폭기 U9로 증폭시켜 임베디드모듈의 PC0입력단자에 전달시킨다.

둘째, 본 발명에 따른 자이로가속도센서부(42)에 관해 설명한다.

상기 자이로가속도센서부(42)는 온도센서 일측에 사각블럭형상으로 형성되어, 3축 지자기센서와 X,Y,Z 벡터값을 이용한 모션 센싱이 가능한 3축 가속도센서가 결합하여 3축방향으로 동작되는 부하기기 몸체의 모션을 추적한 후, 외부컨트롤보드와 연결되어, 임베디드모듈로부터 모션명령을 수행시키는 역할을 한다.

이는 3 x 3 x 0.9mm의 작은 사이즈 QFN 패키지로 이루어지고, 1.8V에서 동작하며 전체 동작 모드에서 전력 소모가 단지 6.1mW인 특성을 가지고, ±5dps의 제로율에 가까운 출력 값을 지닌 자이로스코프의 성능을 0.01dps/√Hz의 노이즈로 구현하며 250μg/√Hz의 전형적인 노이즈로 향상된 가속도계를 단지 18A의 저전류 모드에서 제공하는 특성을 가진다.

상기 자이로가속도센서부(42)는 제1 전류루프 리시버와 제2 전류루프리시버를 통해 X,Y,Z 벡터값을 이용한 모션 센싱값을 0~20mA로 읽어들여 0~5V로 출력시킨다.

이때, 출력단자 일측에 24비트 고분해능 ADC IC가 연결되어 3축 자이로 센서에 센싱된 값을 24비트 고분해능을 통해 정밀도를 향상시켜 스마트센서마이컴부 입력단자 PA4,PA5,PA6,PA7에 전달시킨다.

여기서, 상기 제1 전류루프 리시버는 3축 자이로 센서의 X,Y,Z 벡터값을 이용한 모션 센싱값 중 일예로, X벡터값을 1채널 모션 센싱값으로 0~20mA로 읽어들여 24비트 고분해능 ADC IC의 입력단자 AIN2+로 전달시키는 역할을 한다.

상기 제2 전류루프리시버는 3축 자이로 센서의 X,Y,Z 벡터값을 이용한 모션 센싱값 중 일예로, Y,Z 벡터값을 2채널 모션 센싱값으로 0~20mA로 읽어들여 24비트 고분해능 ADC IC의 입력단자 AIN1+에 전달시키는 역할을 한다.

이때, 24비트 고분해능 ADC IC는 제1 전류루프 리시버에 센싱된 X 벡터값의 1채널 모션 센싱값과, 제2 전류루프리시버에 센싱된 Y,Z 벡터값의 2채널 모션 센싱값을 24비트 고분해능을 통해 정밀도를 향상시켜 스마트센서마이컴부 입력단자 PA4,PA5,PA6,PA7에 전달시킨다.

셋째, 본 발명에 따른 부하전류센서(43)에 관해 설명한다.

상기 부하전류센서(43)는 빌딩내 부하기기에 부하를 걸었을 때 흐르는 전류를 센싱하는 역할을 한다.

이는 변류기(變流器)형 전류센서, 홀 소자형 전류센서 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

상기 변류기(變流器)형 전류센서는 도너츠 모양의 자심을 사용하여 1차 및 2차 코일을 자심에 감아 2차 전류를 측정함으로써 1차 전류를 검지하는 역할을 한다.

상기 홀 소자형 전류센서는 전류에 의하여 생기는 자계 속에 홀 소자를 설치하여 홀 전압을 측정함으로써 자계의 강도, 즉 전류의 강약을 검지하는 역할을 한다.

상기 빌딩내 부하기기에 부하를 걸게 되면, 부하가 커지게 되고, 이때 전류도 커지게 된다.

여기서, 부하를 건다는 것은 일예로, 변압기라면, 그 2차 측에 전등을 부착해 점등하거나, 용접기를 접속시켜 아크를 발생시키거나, 전동기를 접속시켜 회전시키는 것을 말하고, 또 전동기라면 단순히 공(空)회전시키는 것이 아니고, 선반이나 크레인을 작동시키는 것을 말한다.

다음으로, 본 발명에 따른 근거리통신모듈(50)에 관해 설명한다.

상기 근거리통신모듈(50)은 스마트 센싱모듈 일측에 위치되어, 본체 주위의 근거리에 위치한 스마트 디바이스쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단결과데이터를 송신시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 블루투스 통신부(51)와 지그비통신부(52) 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

상기 블루투스 통신부(51)는 10미터 이내의 초단거리에서 저전력무선연결하여, 정보를 교환시키는 역할을 한다.

이는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2400~2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz, 2483.5MHz 이전 3.5MHz까지의 범위를 제외한 2402~2480MHz, 총 79개 채널을 쓴다.

그리고, 시스템간 전파 간섭을 해소하기 위해, 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식으로 구성된다.

주파수 호핑은 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 패킷(데이터)을 조금씩 전송하는 기법으로, 본 발명에 서는 79개 채널을 1초당 1600번 호핑하도록 구성된다.

상기 지그비통신부(52)는 2.4GHz의 주파수 대역을 이용하여 근거리(10m~75m)에 위치한 스마트 디바이스쪽으로 250kbps의 데이터 전송률을 제공하는 역할을 한다.

이처럼, 블루투스 통신부(51)와 지그비통신부(52) 중 어느 하나가 선택되어 이루어진 근거리통신모듈(50)이 구성됨으로서, 부하기기의 이상 경보가 발생하였을 경우, 알람 경보 내용을 관리자의 스마트 디바이스쪽으로 정보를 제공할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 디스플레이모듈(60)에 관해 설명한다.

상기 디스플레이모듈(60)은 본체의 평면상에 위치되어, 임베디드 제어모듈로부터 제어신호를 인가받아, 화면상에 기기의 현재 구동상태, 배터리상태, 센싱데이터를 표출시키는 역할을 한다.

이는 LCD 모니터창 또는 LED 모니터창으로 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 유무선통신모듈(70)에 관해 설명한다.

상기 유무선통신모듈(70)은 근거리통신모듈 일측에 위치되어, 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 임베디드모듈로 전달시키는 역할을 한다.

이는 무선통신모듈로서 WiFi통신모듈이 구성되고, 유선통신모듈로서 BACNET TCP/IP, BACNET MS/TP, Modbus RTU 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

상기 WiFi통신모듈은 무선기술을 접목한 것으로, 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선랜 기술로 구성된다.

상기 무선랜은 네트워크 구축시 유선을 사용하지 않고 전파나 빛등을 이용하여 네트워크를 구축하는 방식으로서, 2.4GHz의 주파수 대역을 사용한다.

다음으로, 본 발명에 따른 임베디드모듈(80)에 관해 설명한다.

상기 임베디드모듈(80)은 배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 구동을 제어시키면서, 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시키고, 스마트 센서모듈에서 센싱된 값을 판단하여 기존의 미리 설정된 기준센싱값과 비교하여, 부하기기의 고장진단을 분석한 후, 고장진단데이터와 센싱데이터를 유무선통신모듈을 통해 원격지의 중앙관리서버로 전송시키도록 제어시키는 역할을 한다.

이는 각 부하기기에 1:1로 탈부착구조로 설치되어, 다양한 통신프로토콜을 제공하고, BACnet TCP/IP, MS/TP, Modbus RTU, GIGA 이더넷 중 어느 하나가 선택되어 사용하도록 구성된다.

그리고, 원격지의 중앙관리서버와의 통신 프로토콜은 전송속도, 데이터 정확성 및 시스템 확장성을 확보하기 위하여 주요통신 프로토콜로 BACnet TCP/IP를 채택하도록 구성되고, 부하기기에 따라 1:1 맞춤형 통신프로콜(Protocol)이 대응가능하도록 구성된다.

본 발명에 따른 임베디드모듈(80)은 보다 구체적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 마이크로프로세서부(81), 메모리부(82), 입력부(83), 출력부(84)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 마이크로프로세서부(81)에 관해 설명한다.

상기 마이크로프로세서부(81)는 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시킨 후, 메모리부에 저장된 운용프로그램을 불러와, 운용프로그램에 따라 연산시켜 출력부쪽으로 출력신호를 출력시키는 역할을 한다.

이는 1GHz TI SitaraAM3358 Cortex-A8 프로세서로 구성된다.

보다 구체적으로는 512Mbytes DDR3 SDRAM이 탑재되며, 기가(Giga) 이더넷 모듈이 형성되고, Wince, Linux, Android OS가 형성되며, 6채널의 UART를 통해 커널 메시지 확인이나 터미널 기능으로 사용하도록 형성되고, 확장 커넥터를 이용하여 추가 서브보드 형태로 범용 I/O 포트를 통해 디버깅을 할 수 있는 LED와 스위치가 형성되며, 디스플레이모듈의 LCD 모니터창을 구동시키는 60Pin LCD Connector가 형성되고, 음악, 영상 등 모든 형태의 파일을 저장시킬 수 있는 Micro SD Card Slot 1Port가 형성되며, RTC (Real Time Clock) IC가 탑재되고, Input 전압이 DC 5V / 2A로 설정되며, 키버튼(Key Button)이 형성되고, 와이파이 모듈 인터페이스, 블루투스 모듈 인터페이스, 비동기식 RS2332 포트, 동기식 RS232포트가 포함되어 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로프로세서부(81)는 도 8에 도시한 바와 같이, 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부(81a), 고장진단분석알고리즘엔진부(81b)로 구성된다.

상기 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부(81a)는 입력된 센싱데이터를 기준으로, 빌딩내 부하기기의 운전효율을 연산시키고, 현재 부하기기의 운전효율데이터를 저장시키는 역할을 한다.

이때 연산된 현재 부하기기의 운전효율데이터를 기반으로 빌딩내 부하기기의 최적화 운전정보를 자동적으로 판단하여 장비의 최적 운전을 수행시키도록 구성된다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 보일러 운전효율]

먼저, 마이크로프로세서를 통해 빌딩내 부하기기 중 보일러의 경우에 스케줄에 의한 시스템 운전상태, 외기 보상에 의한 운전상태를 체크하고, 보일러 장비의 운전시간은 적산하여 운전시간과 가스 사용량 및 공급측이 유량계를 통한 열량을 계산하여 열량을 적산하고, 적산된 데이터를 년,월,일 단위로 데이터를 저장한다.

그리고, 보일러공급 가스 유량, 온수 공급 및 환수 온도차를 이용하여 에너지 효율을 계산하고 초기 설치시 효율과 실시간 운전 효율을 계산하여 도식화한다.

이때, 실시간 운전효율이 일정비율 이하일 경우, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 보일러에 적용시킨 보일러 운전효율은 다음의 수학식 1과 같다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 냉동기 운전효율]

먼저, 마이크로프로세서를 통해 빌딩내 부하기기 중 냉동기의 경우에 스케줄에 의한 운전상태를 체크하고, 부하에 따른 최적 기동/정지제어하며, 외기 보상에 따른 냉/온수를 설정하고, 가열원 소비량 대비 냉동기 능력을 연산하여 도식화하며, 정격 및 실시간 효율을 비교하여 현재 상태 경보데이터를 생성시키고, 실시간 운전효율이 일정비율 이하일 경우에, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 냉동기에 적용시킨 냉동기 운전효율은 다음의 수학식 2와 같다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 급/배기 팬 운전효율]

먼저, 마이크로프로세서를 통해 빌딩내 부하기기 중 급/배기 팬의 경우에, 스케줄 혹은 시스템 프로그램에 의해 운전상태를 체크하고, 장비의 운전시간은 적산하여 운전시간, 전력량을 적산하고, 적산된 데이터를 년,월,일 단위로 데이터를 저장하며, 암페어 미터를 입력받아 전력을 연산시키고, 토출풍량을 이용하여 팬효율을 연산시키며 초기설치시 효율과 함께 도식화시키도록 구성된다.

그리고, 실시간 운전효율이 일정비율 이하일 경우에, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 급/배기 팬에 적용시킨 급/배기 팬 운전효율은 다음의 수학식 3와 같다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 펌프 운전효율]

먼저, 마이크로프로세서를 통해 빌딩내 부하기기 중 펌프의 경우에, 스케줄 혹은 시스템 프로그램에 의하여 운전상태를 체크하고, 장비의 운전시간은 적산하여 운전시간, 전력량을 적산하고 적산된 데이터를 년,월,일 단위로 데이터를 저장하고, 암페어 미터를 입력받아 전력을 연산시키며, 토출풍량을 이용하여 팬 효율을 연산시키고, 초기설치시 효율과 함께 도식화되도록 구성된다.

그리고, 실시간 운전효율이 일정비율 이하(85%)로 떨어질 경우에, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 펌프에 적용시킨 펌프 운전효율은 다음의 수학식 4와 같다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 열교환기 운전효율]

먼저, 빌딩내 부하기기 중 열교환기의 경우에, 연결컨넥터를 열교환기 1차측 유량출력단자, 급수출력단자, 환수온도출력단자 일측에 연결시키고, 열교환기 2차측 유량출력단자, 급수출력단자, 환수온도출력단자 일측에 연결시킨 상태에서, 마이크로프로세서를 통해 흡수 및 방출열량을 연산시키도록 구성된다.

그리고, 실시간 운전효율이 일정비율 이하일 경우에, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 열교환기에 적용시킨 열교환기 운전효율은 다음의 수학식 5와 같다.

[ 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 적용된 공기조화기 운전효율]

먼저, 마이크로프로세서를 통해 빌딩내 부하기기 중 공기조화기의 경우에, 스케줄에 의한 운전상태, 최적기동/정지운전상태, 간헐운전상태, 온도보상운전상태를 체크하고, 이산화탄소에 의한 최소개도를 제어하며, 외기 엔탈피를 제어하고, 냉/온수 열 교환기 효율을 연산시키도록 구성된다.

그리고, 실시간 운전프로그램 상태 표시 및 실시간 운전효율이 일정비율 이하일 경우에, 근거리무선통신모듈을 통해 근거리에 위한 운전자의 스마트 디바이스쪽으로 경보를 발생하여 운전자로 하여금 점검 및 관리할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부를 통해 공기조화기에 적용시킨 공기조화기 운전효율은 수학식 3의 급/배기 팬 운전효율과 수학식 5의 열교환기 운전효율을 기반으로, 기준설정치에 해당되는 비율에 따라 설정되도록 구성된다.

상기 고장진단분석알고리즘엔진부(81b)는 입력된 센싱데이터를 기준으로, 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단여부를 분석시키고, 고장진단데이터를 외부로 전송시키는 역할을 한다.

이는 도 16에 도시한 바와 같이, 기준데이터생성부(81b-1), 고장진단분석제어부(81b-2), 고장진단데이터전송부(81b-3)로 구성된다.

상기 기준데이터생성부(81b-1)는 1차적으로 본체가 설치된 장소 및 부하기기로부터 정상상태의 센싱데이터를 주기적으로 수집한 후 기준 데이터를 생성시키는 역할을 한다.

상기 고장진단분석제어부(81b-2)는 기준데이터생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 시스템 고장 진단용 뉴럴 네트워크(Neural Network)와 퍼지 알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단여부를 분석시키는 역할을 한다.

이는 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈로 구성된다.

상기 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈은 현재 입력된 센싱데이터가 정상 동작시와는 다른 양상을 나타낼 경우에, 다변수 데이터 분석을 통해 현재 부하기기의 고장진단여부를 분석시키는 역할을 한다.

즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 기준데이터생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습된 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈은 입력 데이터의 차수 보다 적은 뉴런으로 구성되는 바틀넥 레이어(bottleneck layer)의 도입으로 인해 다음과 같은 특성을 갖게 된다.

m-차원의 입력 데이터들간에 존재하는 상관관계는 j-차원의 데이터로 축약되고, 이 과정에서 입력 데이터들간의 상관관계와 관련된 정보들이 입력 레이어(input layer)와 맵핑 레이어(mapping layer) 간, 및 맵핑 레이어(mapping layer)와 바틀넥 레이어(bottleneck layer)간의 신경망 결합강도에 분산저장되게 된다.

이로 인해 학습시 사용된 기준데이터와 다른 입력(현재 입력된 부하기기의 센싱데이터)이 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈에 입력된다 할지라도, AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈은 고장이 없을 경우의 센서값을 출력하게 된다.

따라서, 도 17에 도시한 바와 같이, AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈의 출력과 센서입력에 대한 잔차는 0이 아닌 값을 갖고, 이 잔차의 검사를 통해 현재 입력된 부하기기의 고장진단검출을 효율적으로 수행될 수 있게 된다.

그러나, AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈이 상기의 특성을 갖기 위해서는 반드시 입력 데이터들간에 강한 상관관계(strong correlation)가 있어야 하며, 이를 위해서는 물리적인 다중센서 중첩도(physically redundant sensors) 또는 측정 변수들간의 선형, 비선형 상관관계에 의해 생성되는 추가적인 변수의 사용이 요구된다.

그리고, 도 17에 도시된, S1, S2, S3 ,S4는 현재 입력된 부하기기의 센싱데이터를 의미하며 는 입력 계측데이터에 대한 AANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈의 출력을 의미한다. 또한 r1, r2, r3, r4는 현재 입력된 부하기기의 센싱데이터와 ANN(Autoassociative Neural Network) 기반 고장진단분석모듈 출력간의 잔차를 의미한다.

상기 고장진단데이터전송부(81b-3)는 고장진단분석제어부에서 분석된 현재 부하기기의 고장진단여부에 따라 IOT 네트워크를 통하여 중앙관리서버쪽으로 고장진단데이터를 전송시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로프로세서부(81)는 유부트(U-Boot) 모듈(81c)이 포함되어 구성된다.

상기 유부트(U-Boot) 모듈(81c)은 유무선통신모듈을 통해 원격지의 중앙관리서버로부터 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부와 고장진단분석알고리즘엔진부의 업데이트프로그램을 전송받아 메모리부를 실시간 업데이트시키는 역할을 한다.

이는 도 8에 도시한 바와 같이, 유부트(U-Boot)빌드부(81c-1), 유부트(U-Boot)탑재부(81c-2)로 구성된다.

여기서, 유부트(U-Boot)는 원격으로 소프트웨어 및 기타 정보등을 업그레이드시키는 것을 말한다.

상기 유부트(U-Boot)빌드부(81c-1)는 메모리부에 맞는 환경을 설정하고, 의존성을 검사한 다음 소스를 컴파일하여 링크하여 새로운 유부트(U-Boot)이미지를 메모리부에 생성시키는 역할을 한다.

상기 유부트(U-Boot)탑재부(81c-2)는 JTAGProbe를 통해 유부트(U-Boot)빌드부를 메모리부에 로딩시키는 역할을 한다.

즉, 메모리부 부트영역에 유부트(U-Boot)빌드부의 플래시 업데이트 프로그램을 빌드하여 새로운 update.bin 파일을 생성시키고, 플래시 폴더의 2410update.sh를 실행하여 플래시 메모리를 업데이트시킨다.

이때, 업데이트 프로그램이 종료되면 NAND 플래시의 부트 영역에는 새로운 유부트(U-Boot)이미지가 탑재되고, 새 이미지를 이용하여 자동으로 시스템을 다시 시작하도록 구성된다.

둘째, 본 발명에 따른 메모리부(82)에 관해 설명한다.

상기 메모리부(82)는 임베디드형 스마트 IOT장치의 전체적인 구동에 관한 운용프로그램 및 데이터를 저장시키는 역할을 한다.

이는 DDR SDRAM과 NAND 플래시로 구성된다.

여기서, DDR SDRAM은 실제 응용프로그램이나 커널이 복사되어 구성되고, NAND플래시는 부트로더 및 커널이미지, 응용프로그램을 저장시키도록 구성된다.

셋째, 본 발명에 따른 입력부(83)에 관해 설명한다.

상기 입력부(83)는 센싱모듈에서 센싱된 센싱데이터를 마이크로프로세서부로 전달시키는 역할을 한다.

이는 USB Host 2.0 x 2 Port가 형성되고, USB 2.0 device 1 Port가 형성된다.

넷째, 본 발명에 따른 출력부(84)에 관해 설명한다.

상기 출력부(84)는 배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈과 연결되어, 마이크로프로세서부의 제어하에 배터리부, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈쪽으로 출력신호를 출력시키는 역할을 한다.

이는 UART 실렉션 점퍼(UART SELECTION JUMPERS)와, 시리얼 컨넥터(Serial Connecter)로 구성된다.

상기 UART 실렉션 점퍼(UART SELECTION JUMPERS)와, 시리얼 컨넥터(Serial Connecter)에 배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈이 연결되어 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 액츄에이션모듈(90)에 관해 설명한다.

상기 액츄에이션모듈(90)은 임베디드모듈의 제어신호에 따라, 고장진단신호 입력시, 부하기기의 구동모듈의 구동을 자동으로 오프(Off)시키는 역할을 한다.

이는 부하기기의 전원부에 강제스위치를 구성하여, 고장진단신호 입력시, 액츄에이션 신호를 보내어, 강제스위치를 푸쉬 구동시키도록 구성된다.

이때, 강제스위치가 푸쉬되면, 부하기기의 구동모듈의 구동이 자동으로 오프(Off)된다.

이하, 본 발명에 따른 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.

먼저, 연결컨넥터부(20)를 탈부착식으로 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 1:1로 연결시킨다.

다음으로, 배터리부(30)에서 각 기기에 전원을 공급시킨다.

다음으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 임베디드모듈(80)에서 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시킨 후, 디스플레이모듈상에 표출시킨다.

다음으로, 스마트 센싱모듈(40)에서 연결컨넥터부에 연결된 부하기기의 온도, 가속도, 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 임베디드모듈로 전달시킨다.

다음으로, 임베디드모듈(80)에서 스마트 센서모듈로부터 전달된 센싱데이터를 입력받아, 기존의 미리 설정된 기준센싱값과 비교하고, 고장진단알고리즘엔진부를 통해 부하기기의 고장진단을 분석한 후, 고장진단데이터와 센싱데이터를 근거리통신모듈 또는 유무선통신모듈로 전달시킨다.

여기서, 고장진단알고리즘엔진부는 다음과 같은 과정을 거친다.

즉, 기준데이터생성부(81b-1)를 통해 1차적으로 본체가 설치된 장소 및 부하기기로부터 정상상태의 센싱데이터를 주기적으로 수집한 후 기준 데이터를 생성시킨다.

이어서, 고장진단분석제어부(81b-2)를 통해 기준데이터생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 시스템 고장 진단용 뉴럴 네트워크(Neural Network)와 퍼지 알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단여부를 분석시킨다.

이어서, 고장진단데이터전송부(81b-3)를 통해 고장진단분석제어부에서 분석된 현재 부하기기의 고장진단여부에 따라 IOT 네트워크를 통하여 중앙관리서버쪽으로 고장진단데이터를 전송시킨다.

다음으로, 임베디드모듈의 제어하에 근거리통신모듈이 구동되어, 본체 주위의 근거리에 위치한 스마트 디바이스쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단결과데이터를 송신시킨다.

다음으로, 임베디드모듈의 제어하에 디스플레이모듈이 구동되어, 화면상에 기기의 현재 구동상태, 배터리상태, 센싱데이터를 표출시킨다.

다음으로, 임베디드모듈의 제어하에 유무선통신모듈이 구동되어, 도 18에 도시한 바와 같이, 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받는다.

다음으로, 임베디드모듈에서 원격지의 중앙관리서버로부터 고장진단데이터에 관한 응답신호로서, 구동오프신호를 수신받아 액츄에이션모듈로 전달시킨다.

끝으로, 액츄에이션모듈에서 임베디드모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 부하기기의 구동모듈의 구동을 자동으로 오프(Off)시킨다.

1 : 임베디드형 스마트 IOT장치 10 : 본체
20 : 연결컨넥터부 30 : 배터리부
40 : 스마트 센싱모듈 50 : 근거리통신모듈
60 : 디스플레이모듈 70 : 유무선통신모듈
80 : 임베디드모듈 90 : 액츄에이션모듈

Claims (8)

1. 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 탈부착식으로 1:1 연결되어, 부하기기의 온도, 가속도 또는 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 현장에서 자체 고장진단 분석시켜 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 센싱데이터와 고장진단데이터를 실시간 전송시키는 임베디드형 스마트 IOT장치로 이루어지고,
   상기 임베디드형 스마트 IOT장치는
   사각박스형상으로 이루어져, 배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈 또는 액츄에이션모듈을 외압으로부터 보호하고 지지하는 본체(10)와,
   본체의 외부 일측면에 위치되어, 빌딩내 부하기기의 입출력단자 일측과 연결시키는 연결컨넥터부(20)와,
   본체의 내부공간 일측에 위치되어, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈 또는 액츄에이션모듈에 전원을 공급시키는 배터리부(30)와,
   본체의 외부면 타측에 위치되어, 연결컨넥터부에 연결된 부하기기의 온도, 가속도 또는 부하전류를 센싱한 후, 센싱한 데이터를 임베디드모듈로 전달시키는 스마트 센싱모듈(40)과,
   스마트 센싱모듈 일측에 위치되어, 본체 주위의 근거리에 위치한 스마트 디바이스쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단결과데이터를 송신시키는 근거리통신모듈(50)과,
   본체의 평면상에 위치되어, 임베디드 제어모듈로부터 제어신호를 인가받아, 화면상에 기기의 현재 구동상태, 배터리상태, 센싱데이터를 표출시키는 디스플레이모듈(60)과,
   근거리통신모듈 일측에 위치되어, 원격지에 위치한 중앙관리서버쪽으로 스마트 센싱모듈에서 센싱한 센싱데이터 및 고장진단데이터를 송신시키고, 이에 따른 응답신호로서 제어명령신호를 수신받아 임베디드모듈로 전달시키는 유무선통신모듈(70)과,
   배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈 또는 액츄에이션모듈과 연결되어, 배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈 또는 액츄에이션모듈의 전반적인 구동을 제어시키면서, 접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시키고, 스마트 센서모듈에서 센싱된 값을 판단하여 기존의 미리 설정된 기준센싱값과 비교하여, 부하기기의 고장진단을 분석한 후, 고장진단데이터와 센싱데이터를 유무선통신모듈을 통해 원격지의 중앙관리서버로 전송시키도록 제어시키는 임베디드모듈(80)과,
   임베디드모듈의 제어신호에 따라, 고장진단신호 입력시, 부하기기의 구동모듈의 구동을 자동으로 오프(Off)시키는 액츄에이션모듈(90)로 구성되되,
   상기 임베디드모듈(80)은
   접속된 빌딩내 부하기기에 맞게 1:1 맞춤형 통신프로토콜을 형성시킨 후, 메모리부에 저장된 운용프로그램을 불러와, 운용프로그램에 따라 연산시켜 출력부쪽으로 출력신호를 출력시키는 마이크로프로세서부(81)와,
   임베디드형 스마트 IOT장치의 전체적인 구동에 관한 운용프로그램 및 데이터를 저장시키는 메모리부(82)와,
   센싱모듈에서 센싱된 센싱데이터를 마이크로프로세서부로 전달시키는 입력부(83)와,
   배터리부, 스마트센싱모듈, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈 또는 액츄에이션모듈과 연결되어, 마이크로프로세서부의 제어하에 배터리부, 근거리통신모듈, 디스플레이모듈, 유무선통신모듈, 액츄에이션모듈쪽으로 출력신호를 출력시키는 출력부(84)가 포함되어 구성되는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치에 있어서,
   상기 마이크로프로세서부(81)는
   1차적으로 본체가 설치된 장소 및 부하기기로부터 정상상태의 센싱데이터를 주기적으로 수집한 후 기준 데이터를 생성시키는 기준데이터생성부(81b-1)와,
   기준데이터생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 시스템 고장 진단용 뉴럴 네트워크(Neural Network)와 퍼지 알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 빌딩내 부하기기의 고장진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석한 후, 현재 부하기기의 고장진단여부를 분석시키는 고장진단분석제어부(81b-2)와,
   고장진단분석제어부에서 분석된 현재 부하기기의 고장진단여부에 따라 IOT 네트워크를 통하여 중앙관리서버쪽으로 고장진단데이터를 전송시키는 고장진단데이터전송부(81b-3)로 이루어진 고장진단분석알고리즘엔진부(81b)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서부(81)는
   메모리부에 맞는 환경을 설정하고, 의존성을 검사한 다음 소스를 컴파일하여 링크하여 새로운 유부트(U-Boot)이미지를 메모리부에 생성시키는 유부트(U-Boot)빌드부(81c-1)와,
   JTAGProbe를 통해 유부트(U-Boot)빌드부를 메모리부에 로딩시키는 유부트(U-Boot)탑재부(81c-2)로 이루어져, 유무선통신모듈을 통해 원격지의 중앙관리서버로부터 부하기기운전효율연산 알고리즘엔진부와 고장진단분석알고리즘엔진부의 업데이트프로그램을 전송받아 메모리부를 실시간 업데이트시키는 유부트(U-Boot) 모듈(81c)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 본체(10)는
   PBT(Polybytylene Terephthalate)의 수지 60~80wt%와,
   흑연(Graphite)의 첨가제 10~30wt%와,
   직경(Diameter, ㎛) 16, 밀도(Density, g/㎤) 2.58, 인장강도(Tensile strength(Gpa)) 1.65, 인장탄성율(Tensile modulus(Gpa)) 77인 유리섬유 10~20wt%를 믹서에 투입하여 230~270℃에서 5~10rpm으로 블렌딩(blending)하여 압출기를 이용하여 압출 후 상온에서 냉각하여 4~6mm 크기의 펠렛을 제작하고,
   상기 펠렛을 사출기에 주입하여 가공온도 200~250℃, 가공압력 1,200~1,600psi에서 사출성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 빌딩내 부하기기 센싱용 임베디드형 스마트 IOT장치.
   

Images