SYSTEM FOR MONITORING ABNORMAL STATES OF FACILITIES TO BE MANAGED

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 대상 설비 이상 상태 모니터링 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버의 상세 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 대상 설비 이상 상태 모니터링 시스템(1)은, 적어도 하나의 관리 대상 설비(2)의 일정 공간에 설치되어 각 관리 대상 설비(2)의 상태 정보를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서(10); 상기 센서(10)로부터 감지된 해당 관리 대상 설비(2)의 센싱 데이터를 수신하여 이를 분석하여 이상 상태를 감지하는 서버(20); 및 상기 서버(20)로부터 상기 이상 상태의 감지 결과를 수신하고, 상기 감지 결과와 관련된 컨텐츠를 영상 정보로서 디스플레이하는 디스플레이부(30)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 대상 설비 이상 상태 모니터링 시스템(1)은, 해당 관리 대상 설비(2)에 설치되며, 상기 다수의 센서(10)로부터 감지되는 각 관리 대상 설비의 센싱 데이터를 네트워크 망 또는 무선 통신망을 통해 상기 서버로 전송하는 게이트웨이(60)를 더 포함하여 이루어진다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 대상 설비 이상 상태 모니터링 시스템(1)은, 스마트 센서를 통하여 각종 산업 현장이나 건물에 설치되어 있는 구동 모터, 공조기, 냉동기, 보일러 등과 같은 관리 대상 설비에서 발생될 수 있는 실시간의 이상 상태 및 사고 상황을 감지 및 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 해당 관리 대상 설비의 실시간의 디스플레이를 통해 정확한 이상 상태를 모니터링할 수 있다.

물론, 도시된 예에서는 산업 설비로서의 관리 대상 설비의 예를 들고 있으나, 관리 대상이 되어 스마트 센서를 설치할 수 있는 모든 공간, 예를 들면 단순 제조업체부터 다양한 환경 기준(방폭, 방진, 및 방수 등)를 요구하는 화학 공장, 발전소 등에 설치되어 있는 각종 장비나 설비에 적용이 가능하다. 또한, 다양한 토목이나 건설 현장의 흙막이벽 가설 지지대 등에 적용되어 기울기 센서를 통해 이상 상태를 원격 모니터이 가능함은 물론이다. 또한, 사업장이나 제조 공장 등의 관리 대상 설비뿐만 아니라, 일반 건물이나 아파트 등과 같은 시설 자체이거나 그에 구비된 설비도 포함될 수 있음은 물론이다.

상기 센서(10)는 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지하는 데 사용되는 센싱 데이터를 획득하는 스마트 장치로서, 예를 들어 해당 관리 대상 설비의 특징에 따라 달리 적용될 수 있으나, 상기 센서는, 전류 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 및 온도 센서 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 있어 그 종류를 한정하는 것은 아니며, 가스 감지 센서뿐 아니라, 카메라, 캠코더 등과 같은 촬영 수단도 포함될 수 있다.

상기 센서는 관리 대상 설비(2)의 센싱 공간 내에 존재하여 해당 설비의 이상 상태를 감지하는 각종 센싱 데이터를 획득할 수 있다.

상기 서버(20)는 현장 설비에 설치되는 게이트웨이(60)와 네트워크 망 또는 상용 무선망을 통해 상기 센서(10)로부터 감지된 해당 관리 대상 설비(2)의 센싱 데이터를 수신하여 이를 분석하게 된다.

상기 서버(20)는 각 센서(10)로부터 센싱 데이터를 수집하고, 수집된 센싱 데이터를 분석하여 해당 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지한다.

여기서, 상기 서버(20)는 다수의 관리 대상 설비(2)에 존재하는 다수의 센서(10)으로부터 획득된 센싱 데이터를 수집하고 저장하고, 관리 대상 설비별로 실시간의 설비 상황 정보와 다수의 관리 대상 설비를 구분하는 설비 식별 코드 등이 저장되는 데이터 베이스부(21); 및 상기 데이터 베이스부(20)에 저장된 실시간의 해당 센싱 데이터를 분석하여 해당 관리 대상 설비(2)의 이상 상태 및 위치를 분석하는 데이터 분석부(22)를 포함하여 이루어진다.

상기 서버(20)의 데이터 분석부(22)는 수집된 센싱 데이터와 미리 저장된 학습 데이터 또는 통계 데이터를 비교함으로써 관리 대상 설비(2)의 이상 상태 및 그 위치를 감지할 수 있다. 여기서, 이상 상태는 해당 관리 대상 설비(2)가 그 용도 또는 목적을 달성하는 데 어려움을 겪거나 이후 사고 상황으로 발생될 가능성이 있는 상황이거나, 더 나아가 관리 대상 설비의 예상 수명 추정 및 고장 정보까지 포함할 수 있다.

이때, 관리 대상 설비의 예상 수명 추정 및 고장의 진단은 예를 들면 모터의 경우, 그 전기기기의 소모 전류 패턴 분석을 통해 예상수명 추정 및 고장을 진단할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 서버(20)는 다양한 분석 기법 또는 알고리즘을 활용하여 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지할 수 있으며, 상기 분석 기법 또는 알고리즘은 관리 대상 설비(2)나 센싱 데이터의 종류 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 서버(20)는 이상 상태의 감지 결과에 따라 관리 대상 설비(2)의 예상 수명이나, 발생될 수 있는 사고 상황을 예측할 수 있다. 여기서, 사고 상황은 관리 대상 설비(2)가 그 용도 또는 목적을 달성할 수 없는 위험 상황으로서, 예를 들어 가스 폭발 상황, 화재 상황, 지진 발생 상황 등이 이에 해당할 수 있다.

한편, 서버(20)는 자신의 분석 데이터를 토대로 해당 관리 대상 설비의 이상 상태를 확인하고 이상 상태 신호를 해당 설비의 작업자의 모바일 장치(50)로 전송하여 후술하는 바와 같이, 해당 설비의 QR 코드 등을 통한 설비의 형상 정보 인식에 따라 해당 센서 종류와 센서 위치 등을 확인하고, 증강 현실 화면을 통해 작업자가 설비 상태를 확인할 수 있고, 이상이 발생한 설비는 상태 결과에 따라 유지보수할 수 있게 된다.

상기 디스플레이부(30)는 서버(20)로부터 상기 이상 상태의 감지 결과를 수신하고, 상기 감지 결과와 관련된 컨텐츠를 영상 정보로서 디스플레이하는 역할을 수행한다.

즉, 상기 디스플레이부(30)는 상기 센서(10)에 의해 촬영된 관리 대상 설비(20)의 영상을 획득하고, 획득된 영상을 상기 서버(20)로부터 수신된 감지 결과와 관련된 컨텐츠와 상호 매칭하여 디스플레이하도록 할 수 있다.

이때, 상기 영상은 입체화된 영상으로 구현하고, 해당 영상에 대응되는 해당 관리 대상 설비(2)의 이상 상태에 대한 정보를 매칭시켜 화면을 통해 설비 코드 조회에 따라 입체적으로 모니터링할 수 있다.

여기서, 가장 바람직하게는 상기 디스플레이부(30)는 감지 결과와 관련된 컨텐츠를 획득된 영상과 합성하여 증강 현실 상태의 화면을 디스플레이할 수 있다.

상기 증강 현실 기술에 따라, IoT 플랫폼 기반의 센서 데이터를 AR 컨텐츠 형태로 만들어 현실 공간에서 좀 더 직관적으로 IoT Visual 데이터를 제공(해당 관리 대상 설비의 입체 영상 및 고장 부위, 실시간으로 수집된 현재 데이터, 및 정상 작동 범위 값 등을 동시에 표시)함으로써 위험상황 예방 및 예외 상황 추적이 가능한 장점이 있다.

한편, 상기 디스플레이부(30)는 상기 서버(20)와 네트워크 통신망을 통해 통신 가능한 종합 관제소 등에 설치된 원격 모니터링 퍼스널 컴퓨터(40)에 구비된 모니터일 수 있다.

또한, 상기 디스플레이부(30)는 상기 서버(20)와 네트워크 통신망을 통해 통신 가능한 해당 관리 대상 설비와 연계된 작업자 또는 관리자의 모바일 장치(50)에 구비된 스크린일 수 있다.

이에 따라, 모바일 장치(50)를 소지하는 사용자는 자신이 현재 위치하고 있는 관리 대상 설비(2)에서 이상 상태가 발생하였는지, 또는 발생될 가능성이 있는지의 여부를 보다 직관적이고 간편하게 파악할 수 있다.

또한, 서버(20)는 모바일 장치(50)의 현재 위치 정보에 대응되는 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지하고, 상기 감지 결과에 따라 관리 대상 설비(2)에서 발생될 수 있는 사고 상황을 예측한 후, 사고 상황의 예측 결과를 상기 모바일 장치(50)로 전송할 수 있다. 모바일 장치(50)는 서버(20)로부터 사고 상황의 예측 결과를 수신하고, 감지 결과와 관련된 컨텐츠를 획득된 영상과 합성하여 증강 현실 상태의 화면을 통해 디스플레이할 수 있다. 이에 따라, 모바일 장치(50)를 소지하는 사용자는 자신이 현재 위치하고 있는 관리 대상 설비(2)에서 사고 상황이 발생될 가능성이 있는지의 여부를 보다 직관적이고 간편하게 파악할 수 있다.

상기 모바일 장치(50)는 사용자가 소지하는 단말로서, 예를 들어 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, PDA 등과 같은 전자 기기, 스마트 안경, 스마트 고글, 스마트 헬멧 등과 같이 전방 영상을 획득하기 위한 촬영 수단 및 상기 영상을 디스플레이하기 위한 화면이 구비되는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD : Head Mounted Display) 등을 모두 포함하는 넓은 의미로 사용된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모바일 장치(50)는, 상기 서버(20)로부터 감지되어 수신된 관리 대상 설비(2)의 이상 상태 정보를 토대로 해당 관리 대상 설비의 형상을 인식하는 설비 형상 인식부(51); 모바일 장치(50)의 현재 위치 정보를 획득하는 위치 획득부(52), 및 상기 설비 형상 인식부(51)를 통해 인식된 설비 형상 정보와 상기 서버의 이상 상태 정보를 매칭하여 증강 현실 상태의 화면을 통해 해당 센서(10)의 위치 및 종류와 상기 서버의 관리 대상 설비(2)의 분석 상태를 표시하는 스크린부(53)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 감지 결과와 관련된 컨텐츠를 획득된 영상과 합성하여 증강 현실 상태의 화면을 디스플레이되는 내용은 해당 관리 대상 설비의 입체 영상, 실시간으로 수집된 현재 데이터, 및 정상 작동 범위 값 등을 동시에 표시하는 것으로, 이상 예측 결과를 나타내는 수치값, 텍스트, 그래프, 이미지, 영상, 표, 도형 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 관리 대상 설비(2)의 사고 상황에 대한 예측 결과를 가상현실 상태의 화면으로 사용자에게 디스플레이하여 사고 상황이 발생될 가능성이 있는 지의 여부를 보다 직관적이고 간편하게 파악할 수 있다.

한편, 상기 설비 형상 인식부(51)는 상기 서버(20)로부터 관리 대상 설비의 이상 상태에 대한 신호를 수신한 경우, 해당 관리 대상 설비에 부착된 QR 코드 등을 통해 자신의 카메라 장치를 통해 인식하여 설비의 형상 정보를 인식하도록 함이 바람직하다.

즉, 상기 모바일 장치(50)는 해당 관리 대상 설비와 연계된 작업자가 현장에서 사용되며, 작업자가 현장에서 서버(20)로부터 수신된 이상 상태 신호에 따라 해당 설비의 형상 정보를 인식하고, 인식된 설비 형상 정보와 서버의 이상 상태 정보를 매칭하여 해당 센서(10)의 위치 및 종류와 상기 서버의 관리 대상 설비(2)의 분석 상태를 증강 현실 상태의 화면을 통해 표시하여 작업자가 바로 이상이 발생한 설비를 즉각적으로 유지보수할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 증강 현실 상태의 화면을 통한 해당 센서의 위치 및 종류와 상기 서버의 관리 대상 설비의 분석 상태가 상기 서버(20)와 네트워크 통신망을 통해 통신 가능한 퍼스널 컴퓨터(40)에 구비된 모니터에도 동일하게 표시됨이 바람직하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버(20)는 데이터 베이스부(21), 데이터 분석부(22) 및 데이터 예측부(23)를 포함한다.

상기 데이터베이스부(21)는 관리 대상 설비(2)에 존재하는 센서(10) 각각으로부터 획득된 센싱 데이터를 수집하고 저장한다. 관리 대상 설비(2) 내 각 센서(10)는 네트워크를 통해 서버(20)와 연결되며, 데이터베이스부(21)는 각 센서(10)로부터 획득된 센싱 데이터를 실시간으로 수집하여 관리 대상 설비별로 실시간의 설비 상황 정보(센싱 데이터)와 다수의 관리 대상 설비를 구분하는 설비 식별 코드 등이 저장되어진다.

상기 데이터 분석부(20)는 수집된 센싱 데이터를 분석하여 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지한다. 데이터 분석부(22)는 수집된 센싱 데이터와 미리 저장된 학습 데이터 또는 통계 데이터를 비교함으로써 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지할 수 있다. 일 예로서, 데이터 분석부(22)는 이전에 수집된 센싱 데이터들의 패턴을 학습하여 학습 데이터를 생성하고, 실시간으로 수집된 센싱 데이터와 상기 학습 데이터를 비교하여 관리 대상 설비(2)의 이상 상태를 감지할 수 있다. 다른 예로서, 데이터 분석부(22)는 이전에 수집된 센싱 데이터들을 통계적으로 분석하여 통계 데이터를 생성하고, 실시간으로 수집된 센싱 데이터와 상기 통계 데이터를 비교하여 관리 대상 설비(20)의 이상 상태를 감지할 수 있다.

상기 데이터 분석부(22)는 이상 상태의 감지 결과를 생성하여 데이터베이스(21)에 저장할 수 있다. 이때, 데이터 분석부(22)는 상기 감지 결과를 JSON(JavaScript Object Notation) 파일, XML(eXtensible Markup Language) 파일 등 의 형태로 변환하여 내부 데이터베이스에 저장할 수 있다. 이에 따라, 데이터 분석부(22)는 대량의 센싱 데이터로부터 획득된 감지 결과를 보다 효율적으로 저장할 수 있으며, 이로 인해 데이터 분석부(22)의 빅데이터 관리가 보다 용이해질 수 있다.

상기 데이터 분석부(22)는 상기 감지 결과(컨텐츠와 영상)를 디스플레이 장치(30) 또는 모바일 장치(50)로 전송하고, 모바일 장치(50)는 상기 감지 결과와 관련된 컨텐츠와 영상을 합성하여 증강 현실 상태의 화면을 디스플레이할 수 있다.

상기 데이터 예측부(23)는 데이터 분석부(22)에서의 감지 결과에 따라 관리 대상 설비(2)에서 발생될 수 있는 사고 상황을 예측하거나 해당 전자기기의 수명 등을 예측한다. 데이터 예측부(23)는 이상 상태의 감지 결과를 통계적으로 분석함으로써 이후 발생되는 센싱 데이터 값을 예측하고, 예측된 센싱 데이터 값에 따라 사고 상황을 예측할 수 있다.

여기서, 상기 센서(10)로부터 수집된 센싱 데이터가 진동 데이터일 경우, 상기 데이터 분석부(22)는 수집된 진동 데이터의 진폭과 고유 진동 주파수의 추이를 분석하여 해당 관리 대상 설비의 고장 상태 및 예상 수명을 추정할 수 있다.

또한, 상기 센서(10)로부터 수집된 센싱 데이터가 전류 데이터일 경우, 상기 데이터 분석부(22)는 수집된 전류 데이터로부터 설비 가동시 소모 전류량 및 전류 파형(주파수 및 사인파의 형상 정보; 찌그림 정도)의 추이를 분석하여 해당 관리 대상 설비의 고장 상태 및 예상 수명을 추정할 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 센서(10)로부터 수집된 센싱 데이터가 온도 데이터일 경우, 상기 데이터 분석부(22)는 수집된 온도 데이터로부터 해당 관리 대상 설비의 온도 피크값과 누적 온도 데이터의 추이를 분석하여 해당 관리 대상 설비의 고장 상태 및 예상 수명을 추정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부에서 관리 대상 설비인 모터의 상태가 디스플레이되는 증강 현실 상태의 화면의 예시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 관리 대상 설비인 모터의 RPM 등을 감지하는 센서(10)가 설치되어 해당 모터의 구동 요소인 RPM 등을 감지할 수 있다. 이때, 상기 디스플레이부(30)는 상기 센서(10)에 의해 촬영된 모터의 영상을 획득하고, 획득된 영상을 상기 서버(20)로부터 수신된 감지 결과인 RPM 등을 나타내는 수치 및 그래프를 토대로 컨텐츠가 합성된 증강 현실 상태의 화면을 디스플레이하는 예를 시각적으로 표시하여 해당 모터의 구동과 관련된 이상 상태를 보다 직관적이고 간편하게 파악할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부에서 관리 대상 설비인 건물의 지진 상태가 디스플레이되는 증강 현실 상태의 화면의 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 관리 대상 설비인 테이블 위에 진동을 감지하는 센서(10)가 배치되어 있으며, 상기 센서(10)는 테이블 또는 상기 테이블에 놓여진 물컵의 진동을 감지할 수 있다.

이때, 상기 디스플레이부(30)는 상기 센서(10)에 의해 촬영된 테이블과 물컵의 영상을 획득하고, 획득된 영상을 상기 서버(20)로부터 수신된 감지 결과인 지진 강도를 나타내는 막대 그래프 및 그 수치값을 토대로 컨텐츠가 합성된 증강 현실 상태의 화면을 디스플레이하는 예를 나타내어 지진과 관련된 이상 상태를 보다 직관적이고 간편하게 파악할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.