KR102261052B1 - Mesurement and control system for remote control and management of water treatment facilities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to an instrumentation control system for remote control management of a water treatment facility.
일반적으로 수위를 측정하는 계측제어시스템은 오수처리장, 배수지 등의 수처리가 필요한 곳(이하 수처리 시설물이라고 함)이나 기타 액체의 관리가 필요한 산업현장에서 수위를 측정하기 위해 기본적으로 필요한 장치이다. 이러한 계측제어시스템은 수위센서를 설치하고 이 센서 값을 제어하여 수위를 지속적, 연속적으로 모니터링 하여 수위를 조절한다.In general, the measurement and control system that measures the water level is a device that is basically necessary to measure the water level in places requiring water treatment such as sewage treatment plants and drainage basins (hereinafter referred to as water treatment facilities) or in industrial sites that require management of other liquids. Such a measurement and control system controls the water level by installing a water level sensor and controlling the sensor value to continuously and continuously monitor the water level to adjust the water level.
예를 들면, 수처리 공정에 있어서 일정량 이상의 물이 되어야만 공정이 진행되도록 하거나 일정량 이하의 수위에서는 공정을 중단하여 불필요한 작업 및 오작동이 일어나지 않도록 하기 위해서도 수위관리는 비용절감, 공정의 효율성을 제고하기 위해서도 필요한 것이다.For example, in the water treatment process, water level management is necessary to reduce costs and improve process efficiency, in order to prevent unnecessary work and malfunctions by stopping the process at a water level below a certain amount or for the process to proceed only when there is a certain amount of water or more. will be.
또한, 수위센서는 단순히 수위를 측정하기 위한 목적으로 구성할 수도 있지만, 한정된 저장소 내에 일정량 이상의 액체가 유입되면 액체를 유출시키고 일정량 이하가 되면 액체를 유입시켜 수위를 일정하게 관리하기 위해 펌프 등 다양한 제어기와 연결함으로써 복합적인 수위감지시스템을 구성할 수 있다.In addition, the water level sensor may be configured for the purpose of simply measuring the water level, but when more than a certain amount of liquid is introduced into the limited storage, the liquid flows out and when the amount is less than a certain amount, the liquid flows in to constantly manage the water level. By connecting with , a complex water level detection system can be constructed.
수위감지센서의 종류로는 크게 접촉식과 비접촉식으로 나누어지는데 접촉식은 전극센서에 전류를 흘려 보내고 액체와 닿아 통전되는 경우 신호처리를 제어하여 수위를 감지하는 센서이며, 플로트식, 접점식, 기어식 등이 있다.The type of water level sensor is largely divided into contact type and non-contact type. The contact type is a sensor that sends a current to the electrode sensor and detects the water level by controlling signal processing when it comes into contact with a liquid and is energized. Float type, contact type, gear type, etc. There is this.
접촉식 센서는 정밀도가 떨어지며 센서의 설치 및 고장 시 정비의 문제점이 있어 그 사용이 줄어들고 있는 실정이다.The contact-type sensor has poor precision and has problems in installation and maintenance of the sensor in case of failure, so its use is decreasing.
이를 개선하기 위해 최근에는 초음파 방식의 비접촉식 센서가 제안되어 있다. 초음파 방식의 비접촉식 센서는 액체와 직접 닿지 않고 측정할 수 있는 것으로, 초음파가 공기 중을 통과하여 측정하고자 하는 물체의 표면을 맞고 되돌아오는 시간과 속도를 계산하는 원리를 이용하여 센서에서부터 저장소 바닥 면까지의 거리와 센서에서부터 물체표면까지의 거리의 차이를 계산함으로써 최종적으로 수위 값을 알려주게 되며, 그 측정거리는 주파수 대역에 따라 가깝게는 30cm부터 멀게는 60m까지 측정할 수 있어 그 종류가 다양하다.In order to improve this, recently, an ultrasonic non-contact sensor has been proposed. Ultrasonic non-contact sensor can measure without direct contact with liquid. From the sensor to the bottom of the reservoir, the ultrasonic wave passes through the air, hits the surface of the object to be measured, and calculates the time and speed to return. By calculating the difference between the distance and the distance from the sensor to the surface of the object, the water level value is finally informed, and the measurement distance can be measured from as close as 30cm to as far as 60m depending on the frequency band, so there are various types.
이러한 종래의 수위계측제어시스템은 도서벽지에 설치되거나 도심의 하수구와 같이 설치장소가 다양함에 따라 기기의 고장 시 즉각적인 수리가 불가능하고, 더욱이 유지보수에 많은 인력과 비용이 필요하여 유지보수비용이 증가하는 등의 문제가 있으며, 오수펌프장이나 배수지에 설치된 구조물에 초음파가 반사되어 수위측정값의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.Since the conventional water level measurement and control system is installed on a remote island or has various installation places, such as sewers in the city, it is impossible to immediately repair the equipment in case of failure, and moreover, maintenance costs increase due to the need for a lot of manpower and money for maintenance. and the like, and the ultrasonic wave is reflected by the structure installed in the sewage pumping station or the drainage basin, and there is a problem in that the accuracy of the water level measurement value is deteriorated.
본 발명의 실시예는, 오수처리장이나 배수지 등 수처리 시설물에 설치된 전자식 센서를 이용하여 원격지에서 통합 제어 및 관리가 가능한 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An embodiment of the present invention has an object to provide a measurement and control system for remote control management of a water treatment facility capable of integrated control and management in a remote location using an electronic sensor installed in a water treatment facility such as a sewage treatment plant or a drainage basin.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템은, 수처리 시설물의 수위와 유량정보를 각각 관리하는 수처리 제어부; 수처리 시설물의 유체 수면을 기준으로 상부와 하부에서 거리를 각각 측정하고, 측정된 거리에 기초하여 수위를 측정하고, 측정된 수위정보를 상기 수처리 제어부로 전송하는 수위 측정부; 수처리 시설물로 공급되는 유체에 도전성 물질을 방출 및 회수하고, 도전성 물질을 포함한 유체의 흐름에 따라 발생되는 전압의 변화를 계측하여 유량을 측정하고, 측정된 유량정보를 상기 수처리 제어부로 전송하는 유량 측정부; 상기 수처리 제어부를 통해 관리되는 수위정보와 유량정보를 외부로 송출하는 통신부; 및 상기 통신부를 통해 수처리 제어부로부터 수위정보와 유량정보를 수신하고, 다수의 상기 수처리 제어부의 원격 제어를 통해 수처리 시설물의 수위와 유량상태를 통합 관리하는 통합 원격 제어 관리부를 포함하고, 상기 수위 측정부는, 수면의 상부에 설치되어 수면을 대상으로 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 감지부; 수처리 시설물의 저면에 와이어로 연결되어 부유 부재에 의해 수면 상에 부유하고, 수처리 시설물의 저면을 대상으로 초음파 신호를 송수신하는 제2 초음파 감지부; 수처리 시설물의 저면에 설치된 초음파 반사체; 상기 제1 초음파 감지부와 상기 제2 초음파 감지부가 미리 설정된 시간 간격 단위로 동시에 작동되도록 제어하는 초음파 감지 제어부; 및 상기 제1 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제1 거리 값, 상기 제2 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제2 거리 값과, 미리 계산된 상기 제1 초음파 감지부 및 상기 초음파 반사체 간의 거리 값에 기초하여 최적의 제2 거리 값을 수위로 계산하는 수위 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A measurement and control system for remote control management of a water treatment facility according to the present invention for achieving the above object includes: a water treatment control unit for managing water level and flow rate information of the water treatment facility, respectively; a water level measurement unit for measuring the distance from the upper and lower portions based on the fluid level of the water treatment facility, measuring the water level based on the measured distance, and transmitting the measured water level information to the water treatment control unit; Discharge and recovery of a conductive material to the fluid supplied to the water treatment facility, measure the flow rate by measuring the change in voltage generated according to the flow of the fluid containing the conductive material, and measure the flow rate to transmit the measured flow rate information to the water treatment control unit part; a communication unit for transmitting water level information and flow rate information managed through the water treatment control unit to the outside; and an integrated remote control management unit that receives water level information and flow rate information from the water treatment control unit through the communication unit, and manages the water level and flow rate state of water treatment facilities through remote control of a plurality of water treatment control units, wherein the water level measurement unit , a first ultrasonic sensing unit installed on the surface of the water surface to transmit and receive ultrasonic signals to and from the water surface; a second ultrasonic sensing unit connected to the bottom of the water treatment facility with a wire, floating on the water surface by the floating member, and transmitting and receiving ultrasonic signals to and from the bottom of the water treatment facility; Ultrasonic reflector installed on the bottom of the water treatment facility; an ultrasonic sensing control unit for controlling the first ultrasonic sensing unit and the second ultrasonic sensing unit to be simultaneously operated at preset time intervals; and a first distance value using an ultrasonic signal detected by the first ultrasonic detector, a second distance value using an ultrasonic signal detected by the second ultrasonic detector, and the pre-calculated first ultrasonic detector and the ultrasonic wave and a water level calculator for calculating an optimal second distance value as a water level based on the distance value between the reflectors.
여기에서, 상기 수처리 제어부는, 상기 수위 측정부를 통해 수신된 초음파에서 매질에 반사되어 오는 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 수처리 시설물 내의 구조물에 반사된 초음파를 필터링하여 제거하는 수위 측정 필터부; 상기 유량 측정부를 통해 측정된 전압 검출신호에 포함된 노이즈를 필터링하여 제거하는 유량 측정 필터부; 상기 수위 측정 필터부를 통해 제공되는 수위정보와 상기 유량 측정 필터부를 통해 제공되는 유량정보에 기초하여 수처리 시설물의 수위를 제어하는 수위 제어부; 상기 수위 제어부에 의해 제어되고, 수처리 시설물의 수위 조절 시 수처리 시설물의 후단에 위치하는 관로에 설치되어 유체의 배수가 필요한 경우 유체가 관로를 통해 배출되도록 배출밸브를 제어하며, 수처리 시설물의 수위가 미리 설정된 높이 이상이면 유체가 배출되지 않도록 상기 배출밸브를 제어하는 배출밸브 제어부; 상기 수위 제어부를 통해 제어되고 상기 배출밸브가 오픈된 상태에서 수처리 시설물의 유체를 배출하도록 펌프를 제어하는 펌프 제어부; 관로를 통해 배출되는 유체의 압력을 감지하여 유체의 배출을 확인하고, 유체 배출이 차단된 상태에서 유체의 배출을 확인하기 위한 유체 배출 확인부; 상기 수위 제어부로 입력된 수위정보와 유량정보, 및 상기 수위 제어부를 통해 제어되는 수처리 시설물의 수위정보를 상기 통합 원격 제어 관리부로 전송하는 수처리 정보 제공부; 및 상기 수처리 제어부의 오작동을 확인하여 통합 원격 제어 관리부에 오작동신호를 송신하고 오작동 해결하기 위한 제어신호를 통합 원격 제어 관리부로부터 수신하여 자가 작동이 가능하도록 하는 자가진단 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the water treatment control unit may include: a water level measuring filter unit for filtering and removing the ultrasonic waves reflected from the structures in the water treatment facility to measure the water level using the ultrasonic waves reflected from the medium from the ultrasonic waves received through the water level measuring unit; a flow rate measuring filter unit for filtering and removing noise included in the voltage detection signal measured through the flow rate measuring unit; a water level control unit for controlling the water level of the water treatment facility based on the water level information provided through the water level measuring filter unit and the flow rate information provided through the flow rate measuring filter unit; It is controlled by the water level control unit, and is installed in a pipe located at the rear end of the water treatment facility when the water level of the water treatment facility is adjusted, and controls the discharge valve so that the fluid is discharged through the pipe when the fluid needs to be drained, and the water level of the water treatment facility is set in advance. a discharge valve control unit for controlling the discharge valve so that the fluid is not discharged when the height is higher than a set height; a pump control unit controlled through the water level control unit and controlling the pump to discharge the fluid of the water treatment facility in an open state of the discharge valve; A fluid discharge check unit for detecting the pressure of the fluid discharged through the conduit to check the discharge of the fluid, and to confirm the discharge of the fluid in a state where the discharge of the fluid is blocked; a water treatment information providing unit for transmitting water level information and flow rate information input to the water level control unit, and water level information of a water treatment facility controlled through the water level control unit, to the integrated remote control management unit; and a self-diagnosis processing unit configured to check the malfunction of the water treatment control unit, transmit a malfunction signal to the integrated remote control management unit, and receive a control signal for solving the malfunction from the integrated remote control management unit to enable self-operation.
여기에서, 상기 수위 제어부는, 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터 및 수위 제어부의 오작동진단을 분석하여 원격지에 위치한 통합 원격 제어 관리부쪽으로 센싱 데이터와, 수위 제어부의 오작동진단을 실시간으로 전송시키는 임베디드형 제어장치로 구성되고, 상기 임베디드형 제어장치는 수위 측정부와 유랑 측정부에서 정상상태의 센싱 데이터를 주기적으로 수집한후, 기준 데이터를 생성시키는 기준데이터 생성부와, 상기 기준 데이터 생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 수위 제어부의 오작동진단용 Support vector machines(SVM)를 학습한 후, 상기 학습된 SVM을 통해 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터의 정상 범위와 오차 범위를 정하고, 상기 학습된 SVM에 상기 수위 측정부와 유랑 측정부로부터 수신되는 센싱데이터를 입력하여, 상기 정상 범위와 오차 범위 중 상기 센싱데이터가 속하는 범위로부터 상기 수위 제어부의 오류 발생 여부를 판별하는 오류발생여부 판별부와, 퍼지알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 수위 제어부의 오작동진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석 후, 현재 수위 제어부를 오작동여부를 분석시키는 오작동진단 분석제어부와, 상기 오작동진단 분석제어부에서 분석된 현재 수위 제어부의 오작동진단여부에 따라 통합 원격 제어 관리부쪽으로 오작동신호를 전송시키는 오작동신호전송부로 이루어진 것을 특징으로 한다.Here, the water level control unit analyzes the data sensed by the water level measurement unit and the drift measurement unit and the malfunction diagnosis of the water level control unit, and transmits the sensed data and the malfunction diagnosis of the water level control unit to the integrated remote control management unit located in a remote place in real time. It is composed of an embedded control device, wherein the embedded control device periodically collects the sensing data in a steady state from the water level measurement unit and the drift measurement unit, and then a reference data generation unit for generating reference data, and the reference data generation unit After learning support vector machines (SVM) for diagnosing malfunctions of the water level control unit that have been trained and designed in advance based on the reference data generated in , the normal range and error of the data sensed by the water level measurement unit and the drift measurement unit through the learned SVM Determining a range, inputting the sensing data received from the water level measurement unit and the drift measurement unit to the learned SVM, and determining whether an error occurs in the water level control unit from the range to which the sensing data belongs among the normal range and the error range The malfunction diagnosis of the water level control unit is calculated based on the currently input sensing data through the error determination unit and the fuzzy algorithm, and after comparative analysis with the normal operation data, the current water level control unit is analyzed for malfunction. It is characterized in that it consists of a malfunction diagnosis analysis control unit, and a malfunction signal transmission unit that transmits a malfunction signal to the integrated remote control management unit according to whether the malfunction diagnosis of the current water level control unit analyzed by the malfunction diagnosis analysis control unit is performed.
여기에서, 상기 수위 계산부는, 상기 제1 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제1 거리 값을 산출하고, 상기 제2 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제2 거리 값을 산출하는 거리 변환부; 상기 초음파 감지 제어부를 통해 동일 시간대에 감지된 제1 거리 값과 제2 거리 값을 하나의 세트 거리 값으로 획득하는 세트 거리 획득부; 및 다수의 세트 거리 값 중 각 세트 거리 값을 구성하는 제1 거리 값 및 제2 거리 값의 합과, 미리 계산된 상기 제1 초음파 감지부 및 상기 초음파 반사체 간의 거리 값 간의 오차가 가장 적은 세트 거리 값에 구성된 제2 거리 값을 수위로 선정하는 수위 선정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the water level calculator calculates a first distance value using the ultrasonic signal sensed by the first ultrasonic sensor, and calculates a second distance value by using the ultrasonic signal sensed by the second ultrasonic detector distance conversion unit; a set distance acquisition unit configured to acquire a first distance value and a second distance value sensed in the same time period by the ultrasonic sensing control unit as one set distance value; and a set distance having the smallest error between the sum of the first and second distance values constituting each set distance value among the plurality of set distance values and the previously calculated distance value between the first ultrasonic sensor and the ultrasonic reflector. and a water level selector configured to select a second distance value configured in the value as the water level.
여기에서, 상기 유량 측정부는, 관로의 일단에 설치되고, 관로의 양단에 설치된 제1 전자석에 의해 자기장을 형성하여 관로를 통과하는 유체에 의해 발생하는 기전력을 측정하는 기전력 검출부; 관로의 내부에 설치되고, 제2 전자석을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수하는 제1 미세금속입자 방출 회수부; 관로의 내부에 설치되고, 제3 전자석을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수하는 제2 미세금속입자 방출 회수부; 상기 기전력 검출부를 통해 측정된 기전력 수치를 유량으로 변환하여 계산하는 유량 계산부; 및 상기 제1 전자석, 상기 제2 전자석 및 상기 제3 전자석에 공급되는 전류를 제어하되, 상기 제2 전자석 및 상기 제3 전자석 간은 서로 다른 타이밍에 전류가 공급되도록 제어하는 전자석 작동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the flow rate measuring unit is installed at one end of the conduit, the electromotive force detection unit for measuring the electromotive force generated by the fluid passing through the conduit by forming a magnetic field by the first electromagnet installed at both ends of the conduit; a first fine metal particle emission and recovery unit installed in the pipe, for discharging and recovering fine metal particles using a second electromagnet; a second fine metal particle emission and recovery unit installed in the pipe line and emitting and recovering fine metal particles using a third electromagnet; a flow rate calculation unit for converting the electromotive force value measured through the electromotive force detection unit into a flow rate; and an electromagnet operation control unit for controlling the current supplied to the first electromagnet, the second electromagnet, and the third electromagnet, and controlling the current to be supplied at different timings between the second electromagnet and the third electromagnet characterized in that
여기에서, 상기 유량 측정부는, 관로 내부에 설치되어 상기 제1 미세금속입자 방출 회수부와 상기 제2 미세금속입자 방출 회수부를 관로의 상류 단과 하류 단 중 서로 다른 지점 상에 위치시키되, 전동 레일을 이용하여 상기 제1 미세금속입자 방출 회수부와 상기 제2 미세금속입자 방출 회수부 간의 상호 위치 교환이 이루어지도록 하는 위치 교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the flow rate measurement unit is installed inside the pipeline to position the first fine metal particle emission and recovery unit and the second fine metal particle emission recovery unit on different points among the upstream end and the downstream end of the pipeline, and the electric rail It characterized in that it further comprises a position exchange unit for mutual position exchange between the first fine metal particle emission and recovery unit and the second fine metal particle emission recovery unit by using.
여기에서, 상기 전동 레일은, 상기 제2 전자석과 상기 제3 전자석을 각각 이동시키도록 설치되고, 상기 제2 전자석과 상기 제3 전자석은, 관로 내부를 따라 상호 위치 교환 시 상호 중첩되지 않은 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.Here, the electric rail is installed to move the second electromagnet and the third electromagnet, respectively, and the second electromagnet and the third electromagnet are in a form that does not overlap each other when exchanging positions along the inside of the conduit. characterized by being made.
여기에서, 상기 전자석 작동 제어부는, 상기 제2 전자석 및 상기 제3 전자석 중 관로 하류 단에 위치한 전자석에 부착된 미세금속입자가 방출되도록 제어하면서 관로 상류 단에 위치한 전자석으로 미세금속입자가 회수되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the electromagnet operation control unit controls so that the fine metal particles attached to the electromagnet located at the downstream end of the conduit among the second electromagnet and the third electromagnet are emitted, while the fine metal particles are recovered to the electromagnet located at the upstream end of the conduit. characterized in that
본 발명에 따르면, 오수처리장이나 배수지 등 수처리 시설물에 설치된 전자식 센서를 이용하여 원격지에서 통합 제어 및 관리가 가능한 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a measurement and control system for remote control management of a water treatment facility capable of integrated control and management at a remote location using an electronic sensor installed in a water treatment facility such as a sewage treatment plant or a water reservoir.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계측제어시스템의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계측제어시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수처리 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수위 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수위 측정부의 수위 측정 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수위 계산부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유량 측정부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유량 측정부에 포함된 각 구성의 설치 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유량 측정부의 유량 측정 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a measurement and control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a measurement and control system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of a water treatment control unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of a water level control unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a water level measurement method of a water level measurement unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating the configuration of a water level calculator according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating the configuration of a flow rate measurement unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a view exemplarily showing an installation form of each component included in the flow rate measurement unit according to an embodiment of the present invention.
9 to 11 are diagrams illustrating a flow rate measurement method of a flow rate measurement unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the purpose and configuration of the present invention and its features will be better understood through such detailed description.
본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설물의 원격제어진단을 위한 계측제어시스템(1000)은 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 수처리 제어부(100), 수위 측정부(200), 유량 측정부(300), 통신부(400) 및 통합 원격 제어 관리부(500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 2 , the measurement and
상기 수처리 제어부(100)는, 수처리 시설물의 수위와 유량정보를 각각 관리할 수 있다. 이를 위해 수처리 제어부(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이 수위 측정 필터부(110), 유량 측정 필터부(120), 수위 제어부(130), 배출밸브 제어부(140), 펌프 제어부(150), 유체 배출 확인부(160), 수처리 정보 제공부(170) 및 자가진단 관리부(180) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The water
상기 수위 측정 필터부(110)는, 수위 측정부(200)를 통해 수신된 초음파에서 매질에 반사되어 오는 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 수처리 시설물 내의 구조물에 반사된 초음파를 필터링하여 제거할 수 있다. 좀 더 구체적으로 수위 측정 필터부(110)는, 수위 측정부(200)가 설치된 곳의 수위 측정 시 미리 수위 측정범위를 설정하기 위해 매질에 반사되어 수위 측정부(200)로 수신되는 주파수 중에서 실제 매질에 부딪혀 반사되는 주파수 신호의 범위를 측정하여 초기값으로 설정하는 초기 설정부, 수위 측정부(200)를 통해 수신된 주파수 측정값을 초기 주파수 신호 값과 비교 가능하도록 수위 측정부(200)를 통해 송신된 후 반사되어 온 수신 주파수를 실시간으로 읽어 들여 주파수 측정 값으로 입력하는 수위 스캔부, 초기 설정부에 의해 설정된 주파수 신호 값과 수위 스캔부를 통해 입력 받은 수신 주파수 측정값을 비교하여 초기 설정부에 의해 설정된 주파수 신호 값을 벗어나는 주파수인 구조물에 반사되어오는 수신 주파수를 구별하는 매칭부, 매칭부를 통해 초기 설정된 주파수 신호 값을 벗어나는 수신 주파수 측정값을 수신 주파수에서 제외하는 마스킹부를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 수위 측정 필터부(110)의 구성을 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 및 추가 가능하다. 이러한 수위 측정 필터부(110)는, 수위를 측정함에 있어 간섭의 요인이 되는 설치된 구조물에 반사되어오는 수신 주파수는 무시하고, 실제 매질에 반사되어온 주파수 측정값만을 수위 측정시에 사용함으로써 수위측정의 정확도를 높일 수 있다.The water level
상기 유량 측정 필터부(120)는, 유량 측정부(300)를 통해 측정된 전압 검출신호에 포함된 노이즈를 필터링하여 제거할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 유량 측정 필터부(120)는, 관로(10) 내에 다수 설치된 제1 전자석(311)에 의해 형성되는 자기장을 통해 측정되는 전압 검출신호를 하나의 검출신호로 보상함으로써 관로 내의 유량을 측정하여 정확성을 높이게 된다. 이를 위해 유량 측정 필터부(120)는, 각각의 전자석(58)에 의해 구분되어 형성된 자기장을 통합하여 관로(10) 내에서 흐르는 유체 흐름의 평균 값인 균등자계 검출신호를 디지털 필터 방식(가산기, 승산기, 시프트 레지스터)으로 추출하여 생성하게 되는 것이다.The flow rate
이를 위해 유량 측정 필터부(120)는, 유량 측정부(300)의 기전력 검출부(310)를 통해 측정된 전압검출신호에 포함된 노이즈를 하드웨어 필터를 이용하여 1차로 제거하는 검출신호 필터부, 노이즈가 1차 제거된 전압검출신호를 제1 전자석(311)이 설치된 형태에 따라 발생한 자기장 별로 분류하는 검출신호 분석부, 검출신호 분석부를 통해 자기장 별로 전압검출신호를 분류한 후, 각각의 검출신호 중에서 전압의 변화 없이 신호 값이 일정하게 유지되는 구간을 필터링하는 검출신호 추출부, 검출신호 추출부를 통해 필터링된 검출신호에 포함되어 있는 노이즈를 소프트웨어 필터를 이용하여 2차로 제거하는 다중 샘플링부, 노이즈가 2차 제거된 각 구간별 검출신호를 이용하여 자기장을 통합한 전체 검출신호를 생성하여 유체가 흐르는 관로 내측의 전체에 자기장이 고르게 분포된 것과 같은 균등자계 검출신호를 생성하는 균등자계신호 생성부를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 유량 측정 필터부(120)의 구성을 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 및 추가 가능하다. 이러한 유량 측정 필터부(120)는 각각의 구획으로 나누어져 형성된 자기장을 통합하여 균등자계 검출신호를 생성함에 따라 유체가 흐르는 관로(10) 전체에 자기장이 고르게 분포된 것과 같은 보정 값을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.To this end, the flow rate
상기 수위 제어부(130)는, 수위 측정 필터부(110)를 통해 제공되는 수위정보와 유량 측정 필터부(20)를 통해 제공되는 유량정보에 기초하여 수처리 시설물의 수위를 제어할 수 있다.The water
상기 배출밸브 제어부(140)는, 수위 제어부(130)에 의해 제어되고, 수처리 시설물의 수위 조절 시 수처리 시설물의 후단에 위치하는 관로(10)에 설치되어 유체의 배수가 필요한 경우 유체가 관로(10)를 통해 배출되도록 배출밸브를 제어하며, 수처리 시설물의 수위가 미리 설정된 높이 이상이면 유체가 배출되지 않도록 배출밸브를 제어할 수 있다.The discharge
상기 펌프 제어부(150)는, 수위 제어부(130)에 의해 제어되고 배출밸브가 오픈된 상태에서 수처리 시설물의 유체를 배출하도록 펌프를 제어할 수 있다.The
상기 유체 배출 확인부(160)는, 관로(10)를 통해 배출되는 유체의 압력을 감지하여 유체의 배출을 확인하고, 유체 배출이 차단된 상태에서 유체의 배출을 확인할 수 있다.The fluid
상기 수처리 정보 제공부(170)는, 수위 제어부(130)로 입력된 수위정보와 유량정보, 및 수위 제어부(130)를 통해 제어되는 수처리 시설물의 수위정보를 통합 원격 제어 관리부(500)로 전송할 수 있다.The water treatment
상기 자가진단 관리부(180)는, 수처리 제어부(100)의 오작동을 확인하여 통합 원격 제어 관리부(500)에 오작동신호를 송신하고 오작동 해결하기 위한 제어신호를 통합 원격 제어 관리부(500)로부터 수신하여 자가 작동이 가능하도록 한다.The self-
상기 수위 측정부(200)는, 수처리 시설물의 유체 수면을 기준으로 상부와 하부에서 거리를 각각 측정하고, 측정된 거리에 기초하여 수위를 측정하고, 측정된 수위정보를 수처리 제어부(130)로 전송할 수 있다. 이를 위해 수위 측정부(200)는, 제1 초음파 감지부(210), 제2 초음파 감지부(220), 초음파 반사체(230), 초음파 감지 제어부(240) 및 수위 계산부(250) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The water
상기 제1 초음파 감지부(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이 수면의 상부에 설치되어 유체의 수면을 대상으로 초음파 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 초음파 감지부(220)는, 수처리 시설물의 저면에 와이어(221)로 연결되어 부유 부재에 의해 유체의 수면 상에 부유하고, 수처리 시설물의 저면을 대상으로 초음파 신호를 송수신할 수 있다. 즉, 제1 초음파 감지부(210)는 수면 위에서 수면까지 초음파 신호를 송수신하여 거리를 측정하기 위한 수단으로서 이용되며, 제2 초음파 감지부(220)는 수면에서 수처리 시설물의 바닥까지의 거리를 측정하기 위한 수단으로서 이용될 수 있다.As shown in FIG. 5 , the first
상기 초음파 반사체(230)는, 도 5에 도시된 바와 같이 수처리 시설물의 저면에 설치되어 제2 초음파 감지부(210)로부터 송출되는 초음파 신호를 보다 효과적으로 반사시켜 제2 초음파 감지부(210)로 되돌아 가도록 돕는 역할을 할 수 있다. 이러한 초음파 반사체(230)는 초음파 신호의 반사율이 높은 물질을 포함하는 것이 바람직하나, 본 실시예에서는 초음파 반사체(230)의 구체적인 물질을 한정하는 것은 아니다.As shown in FIG. 5 , the
상기 초음파 감지 제어부(240)는, 제1 초음파 감지부(210)와 제2 초음파 감지부(220)가 미리 설정된 시간 간격 단위로 동시에 작동되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 2초마다 제1 초음파 감지부(210)와 제2 초음파 감지부(220)가 동시에 초음파 신호를 송수신하는 동작을 수행하도록 제어할 수 있으나, 이러한 시간 간격은 일례일 뿐이며, 더욱 미세한 시간 간격을 두도록 설정되거나, 더욱 긴 시간 간격을 두도록 설정되어 제1 초음파 감지부(210)와 제2 초음파 감지부(220)의 동작을 동시에 제어할 수 있다.The ultrasonic
도 4에 도시된 바와 같이 상기 수위 제어부(130)는, 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터 및 수위 제어부(130)의 오작동진단을 분석하여 원격지에 위치한 통합 원격 제어 관리부쪽으로 센싱 데이터와, 수위 제어부의 오작동진단을 실시간으로 전송시키는 임베디드형 제어장치로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 4, the water
상기 임베디드형 제어장치는 기준데이터 생성부(131), 오류발생여부 판별부(132), 오작동진단 분석제어부(133), 오작동신호전송부(134)를 포함할 수 있다.The embedded control device may include a reference
기준데이터 생성부는 수위 측정부와 유랑 측정부에서 정상상태의 센싱 데이터를 주기적으로 수집한후, 기준 데이터를 생성시킬 수 있다.The reference data generation unit may generate reference data after periodically collecting the sensing data in a steady state from the water level measurement unit and the drift measurement unit.
상기 오류발생여부 판별부(132)는 상기 기준 데이터 생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 수위 제어부의 오작동진단용 Support vector machines(SVM)를 학습한 후, 상기 학습된 SVM을 통해 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터의 정상 범위와 오차 범위를 정하고, 상기 학습된 SVM에 상기 수위 측정부와 유랑 측정부로부터 수신되는 센싱데이터를 입력하여, 상기 정상 범위와 오차 범위 중 상기 센싱데이터가 속하는 범위로부터 상기 수위 제어부의 오류 발생 여부를 판별할 수 있다.The error
오작동진단 분석제어부(133)는 퍼지알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 수위 제어부의 오작동진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석 후, 현재 수위 제어부를 오작동여부를 분석시킬 수 있다.The malfunction diagnosis
상기 오작동신호전송부(134)는 상기 오작동진단 분석제어부에서 분석된 현재 수위 제어부의 오작동진단여부에 따라 통합 원격 제어 관리부쪽으로 오작동신호를 전송시킬 수 있다.The malfunction
상기 수위 계산부(250)는, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 초음파 감지부(210)를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제1 거리 값(d1), 제2 초음파 감지부(220)를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제2 거리 값(d2), 그리고 미리 계산된 제1 초음파 감지부(210) 및 초음파 반사체(230) 간의 거리 값(h)에 기초하여 최적의 제2 거리 값(d2)을 수위로서 계산할 수 있다. 이를 위해 수위 계산부(250)는 도 6에 도시된 바와 같이 거리 변환부(251), 세트 거리 획득부(252) 및 수위 선정부(253) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the
상기 거리 변환부(251)는, 제1 초음파 감지부(210)를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제1 거리 값(d1)을 산출하고, 제2 초음파 감지부(220)를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제2 거리 값(d2)을 산출할 수 있다. 즉, 제1 초음파 감지부(210)를 통해 초음파 신호가 송출되면서 되돌아 오는 시간(s1)을 계산한 후, 계산된 시간(s1)에 초음파 신호의 속도(v)를 곱하여 제1 거리 값(d1)을 산출할 수 있으며, 제2 거리 값(d2) 또한, 제2 초음파 감지부(220)를 통해 초음파 신호가 송출되면서 되돌아 오는 시간(s2)을 계산한 후, 계산된 시간(s2)에 초음파 신호의 속도(v)를 곱하여 얻을 수 있다.The
상기 세트 거리 획득부(252)는, 초음파 감지 제어부(240)를 통해 동일 시간대에 감지된 제1 거리 값(d1)과 제2 거리 값(d2)을 하나의 세트 거리 값으로 획득할 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명 하면, 초음파 감지 제어부(240)가 제1 초음파 감지부(210)와 제2 초음파 감지부(220)의 동작제어를 위한 제어신호에 타이밍 정보를 부가하고, 각 타이밍 정보와 매칭되어 제1 초음파 감지부(210)와 제2 초음파 감지부(220) 각각에 의해 획득된 제1 거리 값(d1)과 제2 거리 값(d2)을 하나의 세트 거리 값 또는 세트 거리 정보로 정의할 수 있다. 이러한 세트 거리 값 또는 세트 거리 정보는 미리 설정된 시간 동안 누적되고, 누적된 세트 거리 값 또는 세트 거리 정보로부터 수위 선정부(253)가 수위를 계산할 수 있다. The
상기 수위 선정부(253)는, 일정 시간 동안 누적된 다수의 세트 거리 값(또는 세트 거리 정보) 중 각각의 세트 거리 값을 구성하는 제1 거리 값(d1) 및 제2 거리 값(d2)의 합과, 미리 계산된 제1 초음파 감지부(210) 및 초음파 반사체(230) 간의 거리 값(h) 간의 오차가 가장 적은 세트 거리 값에 구성된 제2 거리 값(d2)을 수위로 선정할 수 있다. 일반적으로는, 제1 거리 값(d1)을 계산한 후, 수처리 시설물의 높이에서 제1 거리 값(d1)을 감산하여 수처리 시설물의 수위를 측정하지만, 이러한 경우 유체의 파동이나 흔들림에 의해 정밀한 수위 계산이 어렵다. 본 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 수면 상부에서 수면까지의 거리와 수면에서 바닥까지의 거리를 각각 계산한 후 이들의 합이 총 센싱 거리의 합과 가장 근사할 때의 수위 값을 최종 수위 값으로 정하여 보다 정밀한 수위 계산이 가능하도록 한다. 예를 들어, 다수의 세트 거리 값이 각 타이밍 별로 ‘측정타이밍 A, d1(5.45)+d2(4.05)=9.5’, ‘측정타이밍 B, d1(5.5)+d2(4.25)=9.75’, ‘측정타이밍 C, d1(5.6)+d2(3.95)=9.55’이고, h가 9.8이라고 가정하면, ‘측정타이밍 B, d1(5.5)+d2(4.25)=9.75’가 h(9.8)인에 가장 근사하므로, 이때의 d2(4.25) 값을 측정타이밍 B에서의 수위로서 계산할 수 있다.The
상기 유량 측정부(300)는, 수처리 시설물로 공급되는 유체에 도전성 물질을 방출 및 회수하고, 도전성 물질을 포함한 유체의 흐름에 따라 발생되는 전압의 변화를 계측하여 유량을 측정하고, 측정된 유량정보를 수처리 제어부(100)로 전송할 수 있다. 이를 위해 유량 측정부(300)는, 도 7에 도시된 바와 같이 기전력 검출부(310), 제1 미세금속입자 방출 회수부(320), 제2 미세금속입자 방출 회수부(330), 유량 계산부(340), 전자석 작동 제어부(350) 및 위치 교환부(360) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The flow
상기 기전력 검출부(310)는, 관로(10)의 일단에 설치되고, 관로(10)의 양단에 설치된 제1 전자석(311)에 의해 자기장을 형성하여 관로(10)를 통과하는 유체에 의해 발생하는 기전력(e)을 측정할 수 있다. 이러한 기전력 검출부(310)는 전자 유도를 이용하여 유량을 측정하는 장치로, 도 8에 도시된 바와 같이 비자성관에 직교하여 자계를 만들고, 관로(10) 속에 도전성의 유체를 흘려 전자 유도에 의해 양자와 직교한 전극에 유속에 비례한 기전력(e)이 발생되도록 하며, 이렇게 발생된 기전력(e)으로부터 유량을 측정할 수 있다. 기전력을 이용한 유량 측정은 관로(10)의 압력 손실이 없고, 고형물이나 부식의 혼입에도 영향을 받지 않으나, 이러한 측정이 가능하기 위해서는 도전성이 있는 액체가 있어야 하므로, 후술하는 제1 및 제2 미세금속입자 방출 회수부(320, 330)를 통해 관로(10)의 유량 측정 구간 내에 미세금속입자를 일시적으로 방출한 후 회수하고, 다시 원 위치로 돌아가 다시 방출과 회수의 동작을 수행하도록 하며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.The electromotive
관로(10) 속에 유속 υ로 전도성을 가진 유체가 흐르게 되면 관로(10)에 설치한 전극(312)에 기전력 e가 생기고, 여기서 e는 평균 유속에 비례하므로 e를 증폭하여 기록하면 유량의 변화를 연속적으로 알 수 있으며, 기전력 e를 계산하는 방법은 하기의 수학식에 따를 수 있다.When a conductive fluid flows at a flow velocity υ in the
[수학식] [Equation]
e=BdυХ10-8e=BdυХ10-8
여기서, e는 기전력[V]이고, B는 자속밀도[G]이고, d는 관로(10)의 내경[㎝]이며, υ는 유속[㎝/s]을 의미한다.Here, e is the electromotive force [V], B is the magnetic flux density [G], d is the inner diameter [cm] of the
상기 제1 미세금속입자 방출 회수부(320)는 도 8에 도시된 바와 같이 관로(10)의 내부에 설치된 제2 전자석(321)을 포함하고, 제2 전자석(321)을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수할 수 있으며, 제2 미세금속입자 방출 회수부(330)는, 관로(10)의 내부에 설치된 제3 전자석(331)을 포함하고, 제3 전자석(331)을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수할 수 있다. 이러한 제2 전자석(321)과 제3 전자석(331)은 관로(10)의 길이 방향을 따라 이동할 때 서로 중첩되거나 간섭되지 않은 형태와 구조, 그리고 위치에 설치될 수 있으며, 본 실시예에서는 제2 전자석(321)과 제3 전자석(331)의 구체적인 형태, 구조, 설치 위치를 한정하지 않고 관로(10) 내에서 길이 방향을 따라 직선 이동 시 서로 물리적으로 간섭하지 않은 선에서 다양한 변경이 가능하다.The first fine metal particle emission and
상기 유량 계산부(340)는, 기전력 검출부(310)를 통해 측정된 기전력 수치(e)를 유량으로 변환하여 계산할 수 있다. 이러한 유량 계산부(340)는, 기전력 검출부(310)의 데이터 송수신을 관리하고, 계측된 전압검출신호를 이용하여 유체의 유량을 계산할 수 있도록 관리하는 유량 제어부, 기전력 검출부(310)에 의한 전압검출신호를 수신하는 검출신호 수신부, 자기장을 형성하는 제1 전자석(311)에 여자전류를 공급하여 자기장이 관로(10) 내에 형성되도록 하는 여자전류 공급부, 기전력 검출부(310)에 의해 계측된 전압검출신호를 이용하여 유체의 유량을 산출하는 유량 연산부, 유량 연산부에 의한 유량의 산출 시 유체의 편류나 난류에 의한 기전력 검출부(310)의 오차범위를 보정하는 자계신호 보상부, 유량 변환부의 기능 작동을 제어하는 작동신호 입력부, 측정된 유체의 유량정보를 외부로 표시하는 계측정보 표시부, 유량 측정부의 기기 이상을 실시간으로 판단하여 외부로 알리고, 자체적으로 교정하는 자가 진단부와, 기전력 검출부(310)와 유량 변환부를 통해 생성되는 각종 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 유량 계산부(340)의 구성을 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 및 추가 가능하다. 이러한 유량 계산부(340)는 기전력 검출부(310)와 일체형으로 구성될 수 있으며, 분리되어 이격되어 설치될 수도 있다.The
상기 전자석 작동 제어부(350)는, 제1 전자석(311), 제2 전자석(321) 및 제3 전자석(331)에 공급되는 전류를 제어하되, 제2 전자석(321) 및 제3 전자석(331) 간은 서로 다른 타이밍에 전류가 공급되도록 제어할 수 있다. 즉, 전자석 작동 제어부(350)는, 2 전자석(321) 및 제3 전자석(331) 중 관로(10) 하류 단에 위치한 전자석에 부착된 미세금속입자가 방출되도록 제어하면서 관로 상류 단에 위치한 전자석으로 미세금속입자가 회수되도록 제어할 수 있으며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 위치 교환부(360)의 동작 설명을 통해 보다 상세히 후술한다. The electromagnet
상기 위치 교환부(360)는, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 관로(10) 내부에 설치되어 제1 미세금속입자 방출 회수부(320)와 제2 미세금속입자 방출 회수부(330)를 관로(10)의 상류 단과 하류 단 중 서로 다른 지점 상에 위치시키되, 제1 및 제2 전동 레일(361, 362)을 이용하여 제1 미세금속입자 방출 회수부(320)와 제2 미세금속입자 방출 회수부(330) 간의 상호 위치 교환이 이루어지도록 할 수 있다.The
상기 위치 교환부(360)의 동작 설명을 제1 내지 제3 전자석(311, 321, 331)의 동작과 관련하여 설명하면, 도 9에 도시된 바와 같이 상류에 위치한 제3 전자석(331)이 작동하여 제3 전자석(331)에 미세금속입자가 부착되어 있는 상태에서 제3 전자석(331)에 공급되는 전류를 오프시켜 해당 미세금속입자가 유체를 따라 방출되도록 하면 유체가 도전성을 갖게 되어 기전력 검출부(310)를 통한 기전력 검출이 가능하며, 이를 위해 기전력 검출부(310)가 가동되도록 제1 전자석(311)에 전류를 공급함과 동시에 제2 전자석(321)에도 전류를 공급하여 유체를 따라 기전력 검출부(310)를 통과한 미세금속입자를 다시 회수할 수 있도록 한다. If the description of the operation of the
이후 기전력 검출이 완료되면, 도 10에 도시된 바와 같이 제1 전동 레일(321)에 의해 하류 단에 위치해 있던 제2 전자석(321)은 상류 단으로 이동하고, 제2 전동 레일(331)에 의해 상류 단에 위치에 있던 제3 전자석(331)은 하류 단으로 이동할 수 있으며, 이때, 제2 및 제3 전자석(321, 331)은 관로 내부를 따라 상호 위치 교환 시 상호 중첩되지 않은 형태로 이루어짐으로써, 이동 시 서로 간에 물리적 간섭은 없다.After the electromotive force detection is completed, as shown in FIG. 10 , the
이후 도 11에 도시된 바와 같이 제2 및 제3 전자석(321, 331)이 도 10에 도시된 위치와 반대로 위치하게 되면, 미세금속입자가 부착된 제2 전자석(321)이 상류 단에서 미세금속입자를 방출하도록 동작하면서 기전력 검출부(310)가 작동하고, 이때 하류 단에서 제3 전자석(331)이 작동하여 기전력 검출부(310)를 통과한 유체 속 미세금속입자를 회수하도록 하며, 이러한 동작은 기전력 검출 시 반복적으로 이루어질 수 있다.Afterwards, as shown in FIG. 11, when the second and
상기 통신부(400)는, 수처리 제어부(100)를 통해 관리되는 수위정보와 유량정보를 통합 원격 제어 관리부(500)로 송출할 수 있다. 이때, 통신 방식은 유선 및/또는 무선 방식이 가능하며, 3G, 4G, 5G, LTE 등 다양한 인터넷 통신망을 통해 수위정보와 유량정보를 외부로 송출할 수 있으며, 외부에서 다양한 제어신호를 수신할 수도 있다.The
상기 통합 원격 제어 관리부(500)는, 통신부(400)를 통해 수처리 제어부(100)로부터 수위정보와 유량정보를 수신하고, 다양한 수처리 시설물에 각각 설치되는 다수의 수처리 제어부(100)의 원격 제어를 통해 수처리 시설물의 수위와 유량상태를 통합적으로 관리할 수 있다.The integrated remote
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.The embodiments described above are merely illustrative of preferred embodiments of the present invention and are not limited to these embodiments, and various modifications and variations by those skilled in the art within the technical spirit and claims of the present invention It will be said that this can be done, and it will fall within the technical scope of the present invention.
1000: 계측제어시스템
100: 수처리 제어부
110: 수위 측정 필터부
120: 유량 측정 필터부
130: 수위 제어부
140: 배출밸브 제어부
150: 펌프 제어부
160: 유체 배출 확인부
170: 수처리 정보 제공부
180: 자가진단 관리부
200: 수위 측정부
210: 제1 초음파 감지부
220: 제2 초음파 감지부
221: 와이어
230: 초음파 반사체
240: 초음파 감지 제어부
250: 수위 계산부
251: 거리 변환부
252: 세트 거리 획득부
253: 수위 선정부
300: 유량 측정부
310: 기전력 검출부
311: 제1 전자석
312: 전극
320: 제1 미세금속입자 방출 회수부
321: 제2 전자석
330: 제2 미세금속입자 방출 회수부
331: 제3 전자석
340: 유량 계산부
350: 전자석 작동 제어부
360: 위치 교환부
361: 제1 전동 레일
362: 제2 전동 레일
400: 통신부
500: 통합 원격 제어 관리부
10: 관로1000: instrumentation control system
100: water treatment control unit
110: water level measurement filter unit
120: flow measurement filter unit
130: water level control
140: discharge valve control unit
150: pump control unit
160: fluid discharge confirmation unit
170: water treatment information providing unit
180: self-diagnosis management unit
200: water level measurement unit
210: first ultrasonic sensing unit
220: second ultrasonic sensing unit
221: wire
230: ultrasonic reflector
240: ultrasonic sensing control unit
250: water level calculator
251: distance conversion unit
252: set distance acquisition unit
253: water level selection unit
300: flow measurement unit
310: electromotive force detection unit
311: first electromagnet
312: electrode
320: first fine metal particle emission and recovery unit
321: second electromagnet
330: second fine metal particle emission and recovery unit
331: third electromagnet
340: flow calculation unit
350: electromagnet operation control unit
360: position exchange
361: first electric rail
362: second electric rail
400: communication department
500: integrated remote control management unit
10: pipeline
Claims (8)
수처리 시설물의 유체 수면을 기준으로 상부와 하부에서 거리를 각각 측정하고, 측정된 거리에 기초하여 수위를 측정하고, 측정된 수위정보를 상기 수처리 제어부로 전송하는 수위 측정부;
수처리 시설물로 공급되는 유체에 도전성 물질을 방출 및 회수하고, 도전성 물질을 포함한 유체의 흐름에 따라 발생되는 전압의 변화를 계측하여 유량을 측정하고, 측정된 유량정보를 상기 수처리 제어부로 전송하는 유량 측정부;
상기 수처리 제어부를 통해 관리되는 수위정보와 유량정보를 외부로 송출하는 통신부; 및
상기 통신부를 통해 수처리 제어부로부터 수위정보와 유량정보를 수신하고, 다수의 상기 수처리 제어부의 원격 제어를 통해 수처리 시설물의 수위와 유량상태를 통합 관리하는 통합 원격 제어 관리부;를 포함하고,
상기 수위 측정부는, 수면의 상부에 설치되어 수면을 대상으로 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 감지부; 수처리 시설물의 저면에 와이어로 연결되어 부유 부재에 의해 수면 상에 부유하고, 수처리 시설물의 저면을 대상으로 초음파 신호를 송수신하는 제2 초음파 감지부; 수처리 시설물의 저면에 설치된 초음파 반사체; 상기 제1 초음파 감지부와 상기 제2 초음파 감지부가 미리 설정된 시간 간격 단위로 동시에 작동되도록 제어하는 초음파 감지 제어부; 및 상기 제1 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제1 거리 값, 상기 제2 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용한 제2 거리 값과, 미리 계산된 상기 제1 초음파 감지부 및 상기 초음파 반사체 간의 거리 값에 기초하여 최적의 제2 거리 값을 수위로 계산하는 수위 계산부;를 포함하며,
상기 수위 계산부는, 상기 제1 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제1 거리 값을 산출하고, 상기 제2 초음파 감지부를 통해 감지된 초음파 신호를 이용하여 제2 거리 값을 산출하는 거리 변환부; 상기 초음파 감지 제어부를 통해 동일 시간대에 감지된 제1 거리 값과 제2 거리 값을 하나의 세트 거리 값으로 획득하는 세트 거리 획득부; 및 다수의 세트 거리 값 중 각 세트 거리 값을 구성하는 제1 거리 값 및 제2 거리 값의 합과, 미리 계산된 상기 제1 초음파 감지부 및 상기 초음파 반사체 간의 거리 값 간의 오차가 가장 적은 세트 거리 값에 구성된 제2 거리 값을 수위로 선정하는 수위 선정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.a water treatment control unit that manages water level and flow rate information of water treatment facilities, respectively;
a water level measurement unit for measuring the distance from the upper and lower portions based on the fluid surface of the water treatment facility, measuring the water level based on the measured distance, and transmitting the measured water level information to the water treatment control unit;
Discharge and recovery of a conductive material to the fluid supplied to the water treatment facility, measure the flow rate by measuring the change in voltage generated according to the flow of the fluid containing the conductive material, and measure the flow rate to transmit the measured flow rate information to the water treatment control unit part;
a communication unit for transmitting water level information and flow rate information managed through the water treatment control unit to the outside; and
An integrated remote control management unit that receives water level information and flow rate information from the water treatment control unit through the communication unit, and manages the water level and flow rate state of water treatment facilities through remote control of a plurality of water treatment control units;
The water level measuring unit may include: a first ultrasonic sensing unit installed on the water surface to transmit and receive ultrasonic signals to and from the water surface; a second ultrasonic sensing unit connected to the bottom of the water treatment facility with a wire, floating on the water surface by the floating member, and transmitting and receiving ultrasonic signals to and from the bottom of the water treatment facility; Ultrasonic reflector installed on the bottom of the water treatment facility; an ultrasonic sensing control unit for controlling the first ultrasonic sensing unit and the second ultrasonic sensing unit to be simultaneously operated at preset time intervals; and a first distance value using an ultrasonic signal detected by the first ultrasonic detector, a second distance value using an ultrasonic signal detected by the second ultrasonic detector, and the first ultrasonic detector and the ultrasonic wave calculated in advance It includes; a water level calculator that calculates an optimal second distance value as the water level based on the distance value between the reflectors;
The water level calculator calculates a first distance value by using the ultrasonic signal detected by the first ultrasonic sensor, and calculates a second distance value by using the ultrasonic signal detected by the second ultrasonic detector. part; a set distance acquisition unit configured to acquire a first distance value and a second distance value sensed in the same time period by the ultrasonic sensing control unit as one set distance value; and a set distance having the smallest error between the sum of the first and second distance values constituting each set distance value among the plurality of set distance values and the previously calculated distance value between the first ultrasonic sensor and the ultrasonic reflector. A measurement and control system for remote control management of a water treatment facility comprising a; a water level selecting unit that selects a second distance value configured in the value as the water level.
상기 수처리 제어부는,
상기 수위 측정부를 통해 수신된 초음파에서 매질에 반사되어 오는 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 수처리 시설물 내의 구조물에 반사된 초음파를 필터링하여 제거하는 수위 측정 필터부;
상기 유량 측정부를 통해 측정된 전압 검출신호에 포함된 노이즈를 필터링하여 제거하는 유량 측정 필터부;
상기 수위 측정 필터부를 통해 제공되는 수위정보와 상기 유량 측정 필터부를 통해 제공되는 유량정보에 기초하여 수처리 시설물의 수위를 제어하는 수위 제어부;
상기 수위 제어부에 의해 제어되고, 수처리 시설물의 수위 조절 시 수처리 시설물의 후단에 위치하는 관로에 설치되어 유체의 배수가 필요한 경우 유체가 관로를 통해 배출되도록 배출밸브를 제어하며, 수처리 시설물의 수위가 미리 설정된 높이 이상이면 유체가 배출되지 않도록 상기 배출밸브를 제어하는 배출밸브 제어부;
상기 수위 제어부를 통해 제어되고 상기 배출밸브가 오픈된 상태에서 수처리 시설물의 유체를 배출하도록 펌프를 제어하는 펌프 제어부;
관로를 통해 배출되는 유체의 압력을 감지하여 유체의 배출을 확인하고, 유체 배출이 차단된 상태에서 유체의 배출을 확인하기 위한 유체 배출 확인부;
상기 수위 제어부로 입력된 수위정보와 유량정보, 및 상기 수위 제어부를 통해 제어되는 수처리 시설물의 수위정보를 상기 통합 원격 제어 관리부로 전송하는 수처리 정보 제공부; 및
상기 수처리 제어부의 오작동을 확인하여 통합 원격 제어 관리부에 오작동신호를 송신하고 오작동 해결하기 위한 제어신호를 통합 원격 제어 관리부로부터 수신하여 자가 작동이 가능하도록 하는 자가진단 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.The method of claim 1,
The water treatment control unit,
a water level measuring filter unit for filtering and removing the ultrasonic wave reflected from the structure in the water treatment facility to measure the water level using the ultrasonic wave reflected from the medium from the ultrasonic wave received through the water level measuring unit;
a flow rate measuring filter unit for filtering and removing noise included in the voltage detection signal measured through the flow rate measuring unit;
a water level control unit for controlling the water level of the water treatment facility based on the water level information provided through the water level measuring filter unit and the flow rate information provided through the flow rate measuring filter unit;
It is controlled by the water level control unit, and is installed in a pipe located at the rear end of the water treatment facility when the water level of the water treatment facility is adjusted, and controls the discharge valve so that the fluid is discharged through the pipe when the fluid needs to be drained. a discharge valve control unit for controlling the discharge valve so that the fluid is not discharged when the height is higher than a set height;
a pump control unit controlled through the water level control unit and controlling the pump to discharge the fluid of the water treatment facility in an open state of the discharge valve;
A fluid discharge check unit for detecting the pressure of the fluid discharged through the conduit to check the discharge of the fluid, and to confirm the discharge of the fluid in a state where the discharge of the fluid is blocked;
a water treatment information providing unit for transmitting water level information and flow rate information input to the water level control unit, and water level information of a water treatment facility controlled through the water level control unit, to the integrated remote control management unit; and
A water treatment facility comprising a self-diagnostic processing unit that confirms the malfunction of the water treatment control unit, transmits a malfunction signal to the integrated remote control management unit, and receives a control signal for solving the malfunction from the integrated remote control management unit to enable self-operation Instrumentation and control system for remote control management of
상기 수위 제어부는, 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터 및 수위 제어부의 오작동진단을 분석하여 원격지에 위치한 통합 원격 제어 관리부쪽으로 센싱 데이터와, 수위 제어부의 오작동진단을 실시간으로 전송시키는 임베디드형 제어장치로 구성되고,
상기 임베디드형 제어장치는
수위 측정부와 유랑 측정부에서 정상상태의 센싱 데이터를 주기적으로 수집한후, 기준 데이터를 생성시키는 기준데이터 생성부와,
상기 기준 데이터 생성부에서 생성된 기준데이터를 바탕으로 미리 학습되어 설계된 수위 제어부의 오작동진단용 Support vector machines(SVM)를 학습한 후, 상기 학습된 SVM을 통해 수위 측정부와 유랑 측정부에서 센싱된 데이터의 정상 범위와 오차 범위를 정하고,
상기 학습된 SVM에 상기 수위 측정부와 유랑 측정부로부터 수신되는 센싱데이터를 입력하여, 상기 정상 범위와 오차 범위 중 상기 센싱데이터가 속하는 범위로부터 상기 수위 제어부의 오류 발생 여부를 판별하는 오류발생여부 판별부와,
퍼지알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 통해, 현재 입력된 센싱데이터를 기준으로, 수위 제어부의 오작동진단을 연산시키고, 정상 운전 데이터와 비교분석 후, 현재 수위 제어부를 오작동여부를 분석시키는 오작동진단 분석제어부와,
상기 오작동진단 분석제어부에서 분석된 현재 수위 제어부의 오작동진단여부에 따라 통합 원격 제어 관리부쪽으로 오작동신호를 전송시키는 오작동신호전송부로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.3. The method of claim 2,
The water level control unit analyzes the data sensed by the water level measurement unit and the drift measurement unit and the malfunction diagnosis of the water level control unit, and transmits the sensed data and the malfunction diagnosis of the water level control unit to the integrated remote control management unit located at a remote location in real time. consists of devices,
The embedded control device is
A reference data generation unit that periodically collects the sensing data in a steady state from the water level measurement unit and the drift measurement unit, and then generates the reference data;
After learning support vector machines (SVM) for diagnosing malfunctions of the water level control unit that have been trained and designed in advance based on the reference data generated by the reference data generation unit, the data sensed by the water level measurement unit and the drift measurement unit through the learned SVM determine the normal range and error range of
By inputting the sensing data received from the water level measurement unit and the drift measurement unit to the learned SVM, it is determined whether an error has occurred to determine whether an error has occurred in the water level control unit from the range to which the sensing data belongs among the normal range and the error range. wealth,
A malfunction diagnosis analysis control unit that calculates malfunction diagnosis of the water level control unit based on the currently input sensing data through a fuzzy algorithm, and analyzes the malfunction of the current water level control unit after comparative analysis with normal operation data;
The measurement and control system for remote control management of water treatment facilities, characterized in that it comprises a malfunction signal transmission unit for transmitting a malfunction signal to the integrated remote control management unit according to whether the malfunction diagnosis of the current water level control unit analyzed by the malfunction diagnosis analysis control unit.
상기 유량 측정부는,
관로의 일단에 설치되고, 관로의 양단에 설치된 제1 전자석에 의해 자기장을 형성하여 관로를 통과하는 유체에 의해 발생하는 기전력을 측정하는 기전력 검출부;
관로의 내부에 설치되고, 제2 전자석을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수하는 제1 미세금속입자 방출 회수부;
관로의 내부에 설치되고, 제3 전자석을 이용하여 미세금속입자를 방출 및 회수하는 제2 미세금속입자 방출 회수부;
상기 기전력 검출부를 통해 측정된 기전력 수치를 유량으로 변환하여 계산하는 유량 계산부; 및
상기 제1 전자석, 상기 제2 전자석 및 상기 제3 전자석에 공급되는 전류를 제어하되, 상기 제2 전자석 및 상기 제3 전자석 간은 서로 다른 타이밍에 전류가 공급되도록 제어하는 전자석 작동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.The method of claim 1,
The flow measurement unit,
an electromotive force detector installed at one end of the conduit and measuring the electromotive force generated by the fluid passing through the conduit by forming a magnetic field by the first electromagnets installed at both ends of the conduit;
a first fine metal particle emission and recovery unit installed in the pipe, for discharging and recovering fine metal particles using a second electromagnet;
a second fine metal particle emission and recovery unit installed in the pipe line and emitting and recovering fine metal particles using a third electromagnet;
a flow rate calculation unit for converting the electromotive force value measured through the electromotive force detection unit into a flow rate; and
Control the current supplied to the first electromagnet, the second electromagnet, and the third electromagnet, wherein the second electromagnet and the third electromagnet include an electromagnet operation control unit for controlling the current to be supplied at different timings A measurement and control system for remote control management of water treatment facilities, characterized by its features.
상기 유량 측정부는,
관로 내부에 설치되어 상기 제1 미세금속입자 방출 회수부와 상기 제2 미세금속입자 방출 회수부를 관로의 상류 단과 하류 단 중 서로 다른 지점 상에 위치시키되, 전동 레일을 이용하여 상기 제1 미세금속입자 방출 회수부와 상기 제2 미세금속입자 방출 회수부 간의 상호 위치 교환이 이루어지도록 하는 위치 교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.6. The method of claim 5,
The flow measurement unit,
Installed inside the conduit, the first fine metal particle emission and recovery unit and the second fine metal particle emission and recovery unit are located on different points between the upstream end and the downstream end of the conduit, and the first fine metal particles using an electric rail The measurement and control system for remote control management of a water treatment facility, characterized in that it further comprises a position exchange unit for mutual position exchange between the emission recovery unit and the second fine metal particle emission recovery unit.
상기 전동 레일은,
상기 제2 전자석과 상기 제3 전자석을 각각 이동시키도록 설치되고,
상기 제2 전자석과 상기 제3 전자석은,
관로 내부를 따라 상호 위치 교환 시 상호 중첩되지 않은 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 시설물의 원격제어관리를 위한 계측제어시스템.7. The method of claim 6,
The electric rail is
installed to move the second electromagnet and the third electromagnet, respectively;
The second electromagnet and the third electromagnet are
A measurement and control system for remote control management of water treatment facilities, characterized in that they are not overlapped with each other when exchanging positions along the inside of the pipeline.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A107 | Divisional application of patent | ||
GRNT | Written decision to grant |