KR101809205B1 - 공장 에너지 관리 시스템 - Google Patents

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KR101809205B1
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김상하
차석근
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(주)에이시에스
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Abstract

본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 공장에 설치되는 적어도 하나의 설비, 설비의 상태 데이터를 수집하는 적어도 하나의 감지 장치, 상태 데이터를 수신하여, 공장에서 소비되는 에너지를 분석하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 공장 에너지 관리 장치, 공장 에너지 관리 장치에서 처리하는 상태 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.

Description

공장 에너지 관리 시스템 {Factory Energy Management System}
본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 공장에 설치되는 적어도 하나의 설비, 설비의 상태 데이터를 수집하는 적어도 하나의 감지 장치, 상태 데이터를 수신하여, 공장에서 소비되는 에너지를 분석하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 공장 에너지 관리 장치, 공장 에너지 관리 장치에서 처리하는 상태 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.
에너지는 현대 사회를 지속하기 위한 필수불가결한 존재로 부상하고 있으며, 전세계 어떤 나라에서도 에너지의 사용 없이 생활을 지속할 수 없을 정도로 에너지의 중요성이 기하급수적으로 증가하고 있다. 따라서, 에너지의 효율적인 사용 및 소비의 절감으로 그 양을 줄일 수 있는 에너지 절약에 관련된 기술이 중요하게 된다.
에너지의 절약은 재정적인 자본, 환경 가치, 인류 편의의 향상을 도모할 수 있으며, 에너지의 직접적인 소비자는 에너지 비용의 절감을 위하여 에너지를 절약하려는 노력을 진행하고 있다. 특히, 에너지 절약은 기후 변화의 폭을 줄이는 데 큰 도움이 될 수 있으며, 에너지 부족의 가장 경제적인 해결책이 될 수 있다.
한편, 국가 에너지 중 산업용 에너지 소비가 약 60%를 초과하고 있으며, 공장 등의 산업용 에너지를 절약하는 것이 국가 전체적인 에너지 절약을 수행하는 것에 가장 큰 영향을 미칠 수 있게 된다. 따라서, 공장 에너지의 효율을 관리하여야 하는 필요성 및 관심도가 증가하고 있다.
이를 위하여 공장 에너지 관리 시스템(FEMS; Factory Energy Management System)을 구축하고 효율적으로 운용하도록 하는 기술이 사용되고 있다. 이러한 공장 에너지 관리 시스템은 전력설비에 대한 전력사용량의 효율적 관리와, 작업 대기 시간 최소화 및 공정의 최적 제어와, 전기에너지를 효율적으로 운용하기 위하여 반드시 필요하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 공장에서 소요되는 에너지의 효율을 극대화시키기 위하여, 공장 설비의 상태 데이터를 실시간으로 수집하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 공장 에너지 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 공장에 설치되는 적어도 하나의 설비, 상기 설비의 상태 데이터를 수집하는 적어도 하나의 감지 장치, 상기 상태 데이터를 수신하여, 상기 공장에서 소비되는 에너지를 분석하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 공장 에너지 관리 장치, 상기 공장 에너지 관리 장치에서 처리하는 상태 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 상태 데이터가 상기 설비의 실시간 소비 전력, 전압, 전류, 유량, 압력량, 상기 설비의 전력 소비 패턴, 상기 설비의 운전 상태, 상기 설비의 운전 정도, 상기 설비의 동작 횟수, 상기 설비의 가동 시간, 상기 설비의 고장 원인, 상기 설비의 위치 데이터, 상기 설비의 제품명 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 감지 장치가 자동 수집 방식, 반자동 수집 방식, 수동 수집 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 상기 상태 데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 상태 데이터 중 유효한 정보인지 여부를 확인하고, 불필요한 데이터를 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 설비의 상태 데이터를 수신하여 현재 에너지 소비 현황을 파악하고, 기 설정된 에너지 소비 효율보다 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비를 추출하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 설비에 공급되는 동력원의 유입량(utility)을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 설비의 동작 공정(Process)을 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 현재 에너지 소비 현황에 따라서, 상기 설비의 생산 스케줄링을 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 설비의 에너지 소비 시간에 따른 피크 구간 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 설비의 우선 순위를 지정하고, 상기 설비의 동작 시간이 상기 피크 구간 중에 있는 것을 판단하면, 상기 우선 순위에 따라 설비 각각에의 에너지 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 계통(grid) 주파수를 실시간으로 감지하고, 계통의 전원 공급에 이상이 발생한다고 판단하는 경우, 상기 설비에의 에너지 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 설비에 신재생에너지를 공급하는 신재생에너지원을 더 포함하고, 상기 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비의 전력 소모가 최대인 기간을 추출하여, 상기 신재생에너지의 공급을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 공장의 전체 설비에 대한 에너지계통도를 작성하고, 전체 설비 중 주요 설비에 대한 상태 데이터를 상기 에너지계통도에 실시간으로 반영하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 KPI 지표를 이용하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 공장에 설치되는 설비의 에너지 사용량 중 상관관계가 가장 큰 KPI 지표를 이용하여 에너지 관리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 설비를 계층적으로 구분하여, 설비의 계층에 따라 가중치를 적용하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 에너지 최적화 작업을 위한 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 장치를 더 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 시뮬레이션 장치가 상기 상태 데이터와 동일한 모사 상태 데이터를 생성하여 상기 공장 에너지 관리 장치에 입력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 감지 장치가 상기 설비의 작동을 감지하고, 작동이 시작한 경우에만 상기 상태 데이터를 수집하여 자체적으로 저전력을 소모하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 공장 관리를 위한 제조실행시스템(MES)과 정보 연계하여, 상기 공장의 생산량 및 생산 효율 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 공장 에너지 관리 장치가 상기 제조실행 시스템으로부터 수신한 공장의 생산량과, 상기 감지 장치로부터 수신한 에너지 사용량을 모두 고려하여, 공장 에너지 사용의 최적 지점을 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공장 에너지 관리 시스템은, 상기 설비의 동작을 제어 가능한 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 공장 에너지 사용의 최적 지점 추출에 따라서 상기 공장에 설치되는 설비의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공장 에너지 관리 시스템(FEMS; Factory Energy Management System)은 IT 기술을 이용하여 공장 내 에너지 소비를 통합 관리하여 최적의 에너지 사용 환경을 구축하는 에너지 관리 시스템으로, 전기/수도/가스 등 공장 내 에너지 사용 효율을 극대화하고 비용 절감이 가능하다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 에너지 사용에 대한 베이스라인을 구축하여 에너지사용과 비용을 효과적으로 관리할 수 있도록 지원할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 에너지관리 단위 세분화 및 전력의 피크 사용 구간의 사전 대응으로 에너지 관리비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 전력사용량의 통계적 관리로 효율적인 설비관리 체계를 구축할 수 있으며, 기업의 온실가스 배출 감소 및 관리체계를 구축할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 공장 에너지 관리 시스템(FEMS)과 제조 실행 시스템(MES)의 정보를 상호 연계하여, 공장의 생산량 및 생산 주기를 에너지 사용량에 접목시켜 최적의 에너지 사용량 지점을 추출하고, 해당 지점에서 효율적으로 공장 에너지를 관리할 수 있도록 제어하여, 제품 생산 주기 및 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 공장 에너지 관리 장치의 감지 장치가 설비로부터 감지하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 공장 에너지 관리 장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템이 에너지 사용량의 최적 지점을 확인하기 위하여 그래프를 이용하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 관리에 따라서 제품 생산 주기를 크게 감소시키는 효과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 관리에 따라서 전력 소모를 크게 감소시키는 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '공장 에너지 관리 시스템'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 설비, 감지 장치, 공장 에너지 관리 장치, 데이터베이스를 포함할 수 있다.
설비는 공장에 설치되며, 설비에는 공장에 일반적으로 설치될 수 있는 모든 장비가 포함될 수 있다. 예를 들어, 공장의 공정 중 사출, 프레스, 주조, 도장, 조립, 용해에 필요한 장비가 사용될 수 있다. 또한, 발전기, 공작기계, 금형기계, 롯트, 부품생산품 등 일반적으로 사용될 수 있는 설비에 모두 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템이 적용될 수 있다.
감지 장치는 설비의 상태 데이터를 수집할 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치의 감지 장치가 설비로부터 감지하는 실시예를 확인할 수 있다. 이 때, 감지 장치는 도 2와 같이 설비에 직접 부착되어 설치될 수도 있으며, 감지 장치가 설비와 격지에 설치되어 설비로부터 상태 데이터를 수신하여 수집할 수도 있다.
감지 장치가 수집하는 상태 데이터로, 상기 설비의 실시간 소비 전력, 전압, 전류, 유량, 압력량, 상기 설비의 전력 소비 패턴, 상기 설비의 운전 상태, 상기 설비의 운전 정도, 상기 설비의 동작 횟수, 상기 설비의 가동 시간, 상기 설비의 고장 원인, 상기 설비의 위치 데이터, 상기 설비의 제품명 등 다양한 상태 데이터를 수집할 수 있다. 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 이러한 상태 데이터를 원시 데이터(raw data)로 하여 비교 분석하도록 한다.
이 때, 감지 장치는 자동 수집 방식, 반자동 수집 방식, 수동 수집 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 상기 상태 데이터를 수집할 수 있다. 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템이 관리하는 공장의 경우, 실시간으로 기 설정된 방식에 따라서 자동으로 수집하도록 하는 감지 장치를 이용할 수도 있고, 사용자가 감지 장치를 조작하여 직접 입력 후 에너지 관리 장치로 전송할 수도 있다. 또한, 일부는 자동으로 수집하고 일부는 수동으로 수집하는 등 반자동 방식으로 상태 데이터를 수집할 수도 있다.
공장 에너지 관리 장치는 상태 데이터를 수신하여, 상기 공장에서 소비되는 에너지를 분석하여 에너지 최적화 작업을 진행할 수 있다. 상술한 바와 같이, 공장에서 소비되는 전체 에너지의 효율을 최적화하여 에너지 절약을 진행하게 되면, 국가 전체적으로 소요되는 에너지를 절약할 수 있기 때문에, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 전체 상태 데이터를 수신 후 분석하도록 한다.
이 때, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상태 데이터 중 유효한 정보인지 여부를 확인하고, 불필요한 데이터를 제거할 수 있다. 본 발명의 공장 에너지 관리 장치로 수신되는 상태 데이터는 원시 데이터(raw data)에 해당하므로, 원시 데이터 중에서도 필요한 데이터만을 분별하여 효과적으로 분류하여야 한다. 따라서, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 기 설정된 기준에 따라서 유효 여부를 판단 후 불필요한 데이터를 제거하도록 한다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비의 상태 데이터를 수신하여 현재 에너지 소비 현황을 파악하고, 기 설정된 에너지 소비 효율보다 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비를 추출할 수 있다. 에너지 절약을 실행하기 위하여는 현재 설비가 소모하고 있는 에너지가 얼마나 되는지 여부를 확인하여야 하기 때문에, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 에너지 소비 효율이 낮은 설비만을 추출하도록 한다.
이 때, 에너지 소비 효율은 설비에 입력되는 전력량 대비 설비의 생산량을 대비하여 추출할 수도 있으며, 해당 설비의 표준 에너지 소비 효율을 고려하여 공장에 현재 설치된 설비의 에너지 소비 효율을 추출할 수도 있다. 예를 들어, 기 설정된 에너지 소비 효율이 30%이고, 발전기의 에너지 소비 효율이 40%, 공작기계의 에너지 소비 효율이 50%, 금형기계의 에너지 소비 효율이 25%인 경우, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 <금형기계>를 추출하도록 한다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 설비에 공급되는 동력원의 유입량(utility)을 조절할 수 있다. 유입량(utility)은 원료의 가공이나 제조를 하는 경우에 필요한 가열원, 냉각원, 동력원 등을 말하는 것이며, 해당 유틸리티는 설비의 고장이나 운전정지를 방지하기 위하여 시스템에서 전체적인 관리를 수행하여야 한다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 설비의 동작 공정(Process)을 제어할 수 있다. 일반적으로 사용될 수 있는 공장의 동작 공정(Process)의 경우, 공통, 사출, 프레스, 주조, 도장, 조립, 용해 중 적어도 하나를 포함하는 공정을 설정할 수 있다. 각각의 공정은 공통(DEF; Default), 사출(INJ; Injection), 프레스(PRS; Press), 주조/가공(DSP; Diecasting Process), 도장(PNT; Paint), 조립(ASY; Assembly)으로 표현될 수도 있다.
이 때, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 에너지 효율의 제어를 위하여 해당 공정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 설비가 <사출> 공정에 해당할 때 에너지 효율이 최저로 판단되는 경우, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 <프레스> 공정을 먼저 진행하도록 하거나, <사출> 공정을 최소한으로 진행함으로써 에너지 효율을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 현재 에너지 소비 현황에 따라서, 상기 설비의 생산 스케줄링을 진행할 수 있다. 생산 스케줄링은 처리하여야 하는 일의 순서를 정하는 일로, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 생산 스케줄링을 지정하여 에너지 소비를 최적화할 수 있다. 또한, 공장 설비의 생산 스케줄링을 통하여 최단시간에 공장의 공정을 진행할 수 있도록 제어할 수 있으므로, 공장 에너지 관리 장치로부터 수신한 스케줄링을 통하여 공장 관리자가 설비를 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비의 에너지 소비 시간에 따른 피크 구간 정보를 추출할 수 있다. 전력 수요는 여름일수록, 낮일수록 전력 수요가 더 크게 된다. 전력을 생산하는 시스템의 경우, 전력의 수요에 따라서 구간마다 가격을 다르게 책정할 수도 있기 때문에, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 전력 생산 시스템에 접속하여 피크 구간 정보를 추출하여, 에너지 절약을 진행하도록 한다.
이 때, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비의 우선 순위를 지정하고, 상기 설비의 동작 시간이 상기 피크 구간 중에 있는 것을 판단하면, 상기 우선 순위에 따라 설비 각각에의 에너지 공급량을 조절할 수 있다. 공장에 설치되는 설비들도 중요도에 따라 우선 순위를 지정할 수 있기 때문에, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 우선 순위를 지정하여 에너지 공급을 제어할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 발전기를 1순위, 금형 기계를 2순위, 롯트 기계를 3순위로 설정할 수 있다. 이어, 설비의 동작 시간이 전력 생산 시스템으로부터 수신한 피크 구간에 위치하는 것을 확인한 후, 우선 순위에 따라 후순위에 위치하는 설비에 공급하는 전력부터 절감시킬 수 있다. 예를 들어, 롯트 기계의 공급 전력을 70%로 절감하고, 금형 기계의 공급 전력을 80%로 절감하여, 전체적인 공장 에너지 소모를 효율적으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 계통(grid) 주파수를 실시간으로 감지하고, 계통의 전원 공급에 이상이 발생한다고 판단하는 경우, 상기 설비에의 에너지 공급량을 조절할 수 있다. 계통(grid)은 발전소와 그에 집중한 부하 및 그를 연결한 송전선로로 이어질 수 있으며, 전체적인 전력의 생산 및 소비 상태를 확인할 수 있게 된다. 이 때, 계통은 전압값이나 주파수를 일정하게 유지하고, 정전이 없도록 유지하여야 한다. 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는 계통에 접속하여 계통 주파수를 실시간으로 감지하고, 계통 주파수의 상태를 확인함으로써 이상이 발생하는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 설비에 신재생에너지를 공급하는 신재생에너지원을 더 포함할 수 있다. 신재생에너지는 자연 상태에서 만들어진 에너지를 일컫는 말로, 태양 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지, 바이오매스 에너지, 지열 에너지, 조력 에너지, 파도 에너지 등 다양한 에너지를 포함할 수 있다. 공장에서는 신재생에너지원을 이용하여 발전기 또는 전력계통으로부터의 공급을 보조할 수 있으며, 신재생에너지원을 통하여 자체적으로 에너지를 공급할 수 있게 된다.
이 때, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비의 전력 소모가 최대인 기간을 추출하여, 상기 신재생에너지의 공급을 조절할 수 있다. 예를 들어, 공장에 설치되는 태양열 에너지의 경우, 태양열 에너지가 생산한 에너지원을 설비에 공급할 수 있다. 전력 소모가 최대인 낮(약 14시~16시)의 경우, 태양열 에너지원으로부터 발생하는 전력을 최대화하여 설비에 공급할 수 있고, 밤의 경우 태양열 에너지원으로부터 발생하는 전력을 차단하여 에너지원의 구동 전력을 절감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 공장의 전체 설비에 대한 에너지계통도를 작성하고, 전체 설비 중 주요 설비에 대한 상태 데이터를 에너지계통도에 실시간으로 반영할 수 있다. 공장의 설비는 유기적으로 연계되어 있기 때문에, 에너지의 흐름을 확인하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 설비의 에너지와 에너지 사이의 흐름에 해당하는 에너지계통도를 작성하여 실시간 반영하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, KPI 지표를 이용하여 에너지 최적화 작업을 진행할 수 있다. KPI 지표는 핵심성과지표를 의미하며, 목표 달성의 정도를 계량하는 지표에 해당한다. 특히, 정량적 계측이 어려운 것을 정량화할 때 사용될 수 있으며, 관리 중요성/통제가능성/측정가능성을 고려하여 KPI 지표를 도출할 수 있다.
이 때, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 공장에 설치되는 설비의 에너지 사용량 중 상관관계가 가장 큰 KPI 지표를 이용하여 에너지 관리를 수행할 수 있다. KPI 지표의 경우 설비와 관련된 다양한 KPI 지표를 생성할 수 있는데, 그 중에서도 가장 상관관계가 큰 KPI지표를 이용하여 에너지 관리를 수행할 수 있다. 상관관계의 정도는 기 설정된 항목으로 지정할 수도 있으며, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치가 상관관계를 자동 설정하여 KPI 지표를 추출할 수도 있다.
또한, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 설비를 계층적으로 구분하여, 설비의 계층에 따라 가중치를 적용하여 에너지 최적화 작업을 진행할 수 있다. 이 때, 설비는 물론 제조공정을 복수의 레벨 모듈로 분류할 수 있으며, 제조공정을 복수의 레벨 모듈로 분류하는 경우, 제1 레벨 모듈, 제2 레벨 모듈, 제3 레벨 모듈, 제4 레벨 모듈로 분류할 수 있다. 예를 들어, 제1 레벨 모듈은 데이터 수집 및 가공(A; Acquisition), 제2 레벨 모듈은 현장실행모듈(P; POP), 제3 레벨 모듈은 관리모듈(M; MES), 제4 레벨 모듈은 ERP 영역(IERP; Interface, EXTN; extend)의 기능을 기준으로 하여 복수의 레벨 모듈로 분류할 수 있다.
한편, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 시뮬레이션 장치를 더 포함할 수 있다. 시뮬레이션 장치는 상기 에너지 최적화 작업을 위한 시뮬레이션을 수행할 수 있으며, 상기 시뮬레이션 장치는 상기 상태 데이터와 동일한 모사 상태 데이터를 생성하여 상기 공장 에너지 관리 장치에 입력할 수 있다. 공장의 구동 시간을 줄이게 되는 경우 치명적인 경제적 손실이 올 수 있기 때문에, 시뮬레이션 장치를 이용하여 공장 에너지 관리 시스템이 정상적으로 동작하는지 여부를 판단하여야 한다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는, 설비로부터 발생하는 상태 데이터와 동일한 신호를 모사하여 모사 상태 데이터를 생성할 수 있으며, 해당 모사 상태 데이터를 공장 에너지 관리 장치에 입력하여 공장 에너지 관리 장치가 제대로 동작하는지 여부를 판단할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 감지 장치가 설비의 작동을 감지하고, 작동이 시작한 경우에만 상기 상태 데이터를 수집하여 자체적으로 저전력을 소모하는 것을 특징으로 한다.
종래의 현장 설비중심의 데이터 수집을 진행하는 경우, 현장설비별로 정보수집기가 적어도 수십대 이상이 각각 연결되어 있으며, 현장 서버 1대에 모두 거미줄 방식으로 연결되어 있다. 이는, 모든 설비에 정보수집기가 사용되는 것을 의미하므로, 공장 설비의 가동에 따라서 소모되는 총 전력도 기하급수적으로 증가하게 된다. 예를 들어, 1대의 현장 서버, 30대의 정보수집기를 가동시켜 데이터를 수집하는 경우, 약 650Wh의 전력이 소모되었다.
본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 저전력을 구현하기 위하여 장비의 데이터 송수신이 필요할 때마다 온/오프하여 상태 데이터를 수집하게 되므로, 에너지 절약(energy saving)이 효과적으로 될 수 있다. 예를 들어, 설비 에너지 사용량, 냉난방기 사용량, 내부 환경 정보, 기본 4M 정보 등 다양한 데이터를 송수신하는 경우, 각각의 장비가 작동을 시작하는 경우에 필요에 따라서 상태 데이터를 수집하도록 할 수 있다. 더 구체적으로, M2M 장비 1대, IoT 장비 30대를 사용하는 경우, 무선센서기반 소형저전력 시스템의 구현으로 인하여 약 90Wh의 전력만으로 공장 에너지 관리를 진행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템이 에너지 사용량의 최적 지점을 확인하기 위하여 그래프를 이용하는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 공장 에너지 관리 장치는, 상기 공장 관리를 위한 제조실행시스템(MES)과 정보 연계하여, 상기 공장의 생산량 및 생산 효율 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
제조 실행 시스템(MES)은 제조업체의 공장 관리를 위한 구현 도구이며, 제품의 주문 단계에서 완성 단계에 이르기까지 생산과 관련된 모든 정보를 제공하여 활용하도록 한다. 이 때, 제조 실행 시스템이 수집하고 분석하는 데이터에는 생산량, 생산 효율 정도, 1제품당 생산 주기, 생산 KPI 지표, 생산 최적화 정보 등 다양한 데이터를 수집하고 분석할 수 있다.
본 발명의 공장 에너지 관리 시스템(FEMS)은, 이러한 제조 실행 시스템(MES)과 유기적으로 연계하도록 한다. 제조 실행 시스템은 공장이 가동되는 도중의 생산에 대한 정보를 폭넓게 보유하고 있게 되므로, 공장 에너지 관리 시스템은 해당 정보를 이용하여 에너지 절약에 사용할 수 있게 된다.
더 구체적으로, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 공장 에너지 관리 장치가 상기 제조실행 시스템으로부터 수신한 공장의 생산량과, 상기 감지 장치로부터 수신한 에너지 사용량을 모두 고려하여, 공장 에너지 사용의 최적 지점을 추출하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 각각의 작업 공정에 따른 작업 시간과 그에 따른 소모량의 그래프를 확인할 수 있다. 제조 실행 시스템은 이러한 정보를 모두 수집 및 분석하여 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템과 송수신한다. 따라서, 공장 에너지 관리 장치는 생산량, 에너지 사용량을 모두 조합하여, 공장 에너지 사용의 최적화된 지점을 추출하도록 한다.
아울러, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은, 공장에 설치되는 설비의 동작을 제어 가능한 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 이러한 컨트롤러는 공장 에너지 사용의 최적 지점 추출에 따라서 상기 공장에 설치되는 설비의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다. 컨트롤러를 이용함으로써, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은 생산과 관련된 효율성을 극대화시킴과 동시에 에너지 절약을 모두 확보할 수 있는 이중의 효과를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 관리에 따라서 제품 생산 주기를 크게 감소시키는 효과를 나타내는 그래프이며, 도 6은 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템의 관리에 따라서 전력 소모를 크게 감소시키는 효과를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 종래의 1제품 생산 주기가 약 89sec에 소요되었으나, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템을 적용함으로써 28sec의 1제품 생산 주기까지 확보할 수 있으므로, 최종적으로 68% 가량의 1제품 생산 주기를 줄일 수 있게 된다. 따라서, 동종제품을 제조하는 경우, 일정한 생산량을 빠르게 제조할 수 있으므로 최종 에너지 사용량을 절감할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 종래의 전력 소모는 약 23.8Wh가 소요되었으나, 본 발명의 공장 에너지 관리 시스템은 약 10.7Wh가 소요됨으로써, 최종적으로 55% 가량의 전력 소모를 절감시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 공장 에너지 관리 시스템
110 : 공장
120, 121, 122, 123, 124 : 설비
130, 131, 132, 133, 134 : 감지 장치
140 : 공장 에너지 관리 장치
141 : 통신부
142 : 에너지 현황 파악부
143 : 에너지 최적화 작업부
144 : 공정 제어부
145 : 에너지 공급량 조절부
150 ; 데이터베이스
160 : 계통(grid)

Claims (22)

  1. 공장에 설치되는 적어도 하나의 설비;
    상기 설비의 상태 데이터를 수집하는 적어도 하나의 감지 장치;
    상기 상태 데이터를 수신하여, 상기 공장에서 소비되는 에너지를 분석하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 공장 에너지 관리 장치; 및
    상기 공장 에너지 관리 장치에서 처리하는 상태 데이터를 저장하는 데이터베이스;를 포함하고,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 설비의 상태 데이터를 수신하여 현재 에너지 소비 현황을 파악하고, 기 설정된 에너지 소비 효율보다 낮은 에너지 소비 효율-상기 낮은 에너지 소비 효율은 상기 설비에 입력되는 전력량 대비 상기 설비의 생산량을 대비한 결과임-을 가지는 설비를 추출하며, 상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 파악된 설비의 부하 증감에 따라 상기 설비의 동작 공정(Process)-상기 동작 공정은 공통(Default), 사출(Injection), 프레스(Press), 주조 가공(Diecasting Process), 도장(Paint) 및 조립(Assembly)을 포함함-을 제어하고,
    상기 설비의 전력 에너지 소비 시간에 따른 피크 구간 정보를 추출하며, 상기 설비의 중요도를 나타내는 우선 순위를 지정하고, 상기 설비의 동작 시간이 상기 피크 구간 정보 중에 있는 것으로 판단되면, 상기 우선 순위에 따라 상기 설비 중 후순위에 위치하는 설비부터 전력 공급량을 낮추는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상태 데이터는,
    상기 설비의 실시간 소비 전력, 전압, 전류, 유량, 압력량, 상기 설비의 전력 소비 패턴, 상기 설비의 운전 상태, 상기 설비의 운전 정도, 상기 설비의 동작 횟수, 상기 설비의 가동 시간, 상기 설비의 고장 원인, 상기 설비의 위치 데이터, 상기 설비의 제품명 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    자동 수집 방식, 반자동 수집 방식, 수동 수집 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 상기 상태 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 상태 데이터 중 유효한 정보인지 여부를 확인하고, 불필요한 데이터를 제거하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 낮은 에너지 소비 효율을 가지는 설비의 부하 증감을 파악하고, 상기 설비에 공급되는 동력원의 유입량(utility)을 조절하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 현재 에너지 소비 현황에 따라서, 상기 설비의 생산 스케줄링을 진행하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    계통(grid) 주파수를 실시간으로 감지하고, 계통의 전원 공급에 이상이 발생한다고 판단하는 경우, 상기 설비에의 에너지 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 설비에 신재생에너지를 공급하는 신재생에너지원;
    을 더 포함하고,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 설비의 전력 소모가 최대인 기간을 추출하여, 상기 신재생에너지의 공급을 조절하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 공장의 전체 설비에 대한 에너지계통도를 작성하고, 전체 설비 중 주요 설비에 대한 상태 데이터를 상기 에너지계통도에 실시간으로 반영하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    KPI 지표를 이용하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 공장에 설치되는 설비의 에너지 사용량 중 상관관계가 가장 큰 KPI 지표를 이용하여 에너지 관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 설비를 계층적으로 구분하여, 설비의 계층에 따라 가중치를 적용하여 에너지 최적화 작업을 진행하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지 최적화 작업을 위한 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 장치;
    를 더 포함하는 공장 에너지 관리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 장치는,
    상기 상태 데이터와 동일한 모사 상태 데이터를 생성하여 상기 공장 에너지 관리 장치에 입력하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    상기 설비의 작동을 감지하고, 작동이 시작한 경우에만 상기 상태 데이터를 수집하여 자체적으로 저전력을 소모하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 공장을 관리하기 위한 제조실행시스템(MES)과 정보 연계하여, 상기 공장의 생산량 및 생산 효율 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 공장 에너지 관리 장치는,
    상기 제조실행 시스템으로부터 수신한 공장의 생산량과, 상기 감지 장치로부터 수신한 에너지 사용량을 모두 고려하여, 공장 에너지 사용의 최적 지점을 추출하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 설비의 동작을 제어 가능한 컨트롤러;
    를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 공장 에너지 사용의 최적 지점 추출에 따라서 상기 공장에 설치되는 설비의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 공장 에너지 관리 시스템.
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