KR20000072538A - 기름배출 감시 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 등에서의 기름 배출 감시 제어 장치에 관한 것으로, 특히 감시 제어수단과 유분 검출 수단 등을 사용하여 선박에서의 기름 배출을 용이하게 감시할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 유분 농도 검출 센서 모듈에서 얻어진 투과광과 산란광의 전압 신호를 A/D변환하여 데이터 처리하는 데이터 처리장치를 갖으며, 그 결과를 출력포트를 통해 감시 제어부에 제어정보로 전달하는 마이컴 주변 회로(10)와, 외부장치의 사용을 위해 메모리 맵드 I/O 방식을 적용하며 이 메모리맵을 구현하기 위한 어드레스 디코더를 갖는 메모리 인터페이스 회로(20)와, 상기 메모리 인터페이스 회로(20)의 제어에 의해 동작되어 LCD(40)를 구동시키는 LCD구동회로(30)와, 상기 메모리 인터페이스 회로(20)와 LCD구동회로(30)사이에 접속되어 중앙제어 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위한 통신 인터페이스회로(50)로 이루어진다.

Description

기름배출 감시 제어장치{The control device for oil outlet}

본 발명은 선박 등에서의 기름 배출 감시 제어 장치에 관한 것으로, 특히 감시 제어수단과 유분 검출 수단 등을 사용하여 선박에서의 기름 배출을 용이하게 감시할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 국제 협약에 의해 유분 농도의 배출규제 제한치가 1985년부터 100ppm에서 15ppm으로 강화됨에 따라 원양 항해에 종사하는 선박에는 유류 여과장치와 유류 배출 자동정지장치 등의 설치가 의무화되었다.

최근 미국의 연안경비대 통계에 의하면, 연간 약 380만 톤의 유류가 해양에 유출되고 있으며, 그 중 선박에서 유출된 양은 약 173만 톤으로 총유출량의 50%에 해당된다고 보고된 바 있다.

이러한 유류 유출량은 해수량에 비하면 무시해도 좋을 만큼 소량이지만, 유류의 유출이 대부분 연안 해역에서 발생하므로 해양 생태계에 미치는 영향은 심각하다고 할 수 있다.

현재 선박으로부터의 기름 배출감시 장치는 대부분 외국으로부터 수입에 의존하고 있으며 기술 제휴에 의하여 OEM방식의 제품이 일부 생산되고 있는 실정이다.

종래의 유분 검출 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있으며, 유수 분리기에서 처리된 빌지 배출수는 둥근 유리관(1)을 통해 흐르며 이때 미리 조정된 초점의 백열 전등 빛이 유리관(1)을 통해 투사하게 되어 유리관(1) 내에 흐르는 빌지 배출수의 혼탁 정도와 그 내용물에 따라 빛이 산란된다.

이 백열전등과 90도 각도로 설치된 산란광 검출기(2)는 빌지 배출수내에 있는 유분에 의해 산란된 산란 광의 강도를 측정하며, 산란광 검출기(2)의 전기 출력신호는 출구(3)를 통하여 유분검출장치 본체로 보내져 처리된다.

이러한 종래의 유분 검출 장치는 빌지 배출수내 유분의 농도가 MARPOL협약에서 규정한 15ppm보다 높은지를 계속해서 감시하고, 15ppm보다 높게 나타날 경우 시스템 경보를 발하며, 빌지 배출수의 선외 배출을 자동적으로 차단하도록 한다.

한편, 종래의 유분 검출법에는 수중의 유분 측정법과 수면상의 유분 측정법이 있으며 수중의 유분 측정법에는 유화 탁도 측정법, 추출 적외선 흡수 측정법, 유화 자외선 흡수 측정법 등이 있다.

상기 수중의 유분 측정법은, 현재까지 사용되고 있는 선외 배출수중의 유분을 검출하는데 있어서, 기준값이 명확하게 정의되어 있지 않고 간섭 성분이 영향이 존재하는 등의 문제로 완벽한 유분 농도 측정법이 확립되어 있지 않은 실정이다.

또한, 상기 수면상의 유분 측정법은, 하수 종말 처리장이나 취수장과 같은 곳에서 수면 상에 나타나는 유분을 측정하는데 사용된다.

따라서, 기름 배출 감시 제어장치의 국산화는 기술자립화를 높이고 외화 절감에 일익을 담당하는 것이 될 것이다.

본 발명은 이와 같은 점에 부응하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 유수 분리기의 자동화를 실현하여 선박용 유수 분리기 사용상의 어려움을 해결하며, 선원들이 안전하고 실용적으로 사용할 수 있는 유수 분리기용 기름 배출 감시 제어 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 유분 검출 장치를 나타낸 도면

도 2는 본 발명의 전체적인 회로도

도 3은 본 발명의 오일 검출 원리를 설명하기 위한 도면

도 4는 본 발명의 LCD구동회로도

도 5는 본 발명의 포토 다이오드 구동 회로도

도 6은 본 발명의 플로우챠트

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

5:마이컴 10:마이컴 주변회로

11:유분 농도 검출 센서 모듈 20:메모리 인터페이스회로

30:LCD구동회로 40:LCD

50:통신 인터페이스회로

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유분 농도 검출 센서 모듈에서 얻어진 투과광과 산란광의 전압 신호를 A/D변환하여 데이터 처리하는 데이터 처리장치를 갖으며, 그 결과를 출력포트를 통해 감시 제어부에 제어정보로 전달하는 마이컴 주변 회로와, 외부장치의 사용을 위해 메모리 맵드 I/O 방식을 적용하며 이 메모리맵을 구현하기 위한 어드레스 디코더를 갖는 메모리 인터페이스 회로와, 상기 메모리 인터페이스 회로의 제어에 의해 동작되어 LCD를 구동시키는 LCD구동회로와, 상기 메모리 인터페이스 회로와 LCD구동회로사이에 접속되어 중앙제어 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위한 통신 인터페이스회로를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 구성상의 특징은 상기 유분 농도 검출 센서 모듈이, 발광수단과 수광수단을 포함하며, 이들 발광수단의 발광부와 수광수단의 수광부가 각각 유분 검출기의 입출구 사이의 원형 유리관내에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성상의 다른 특징은 상기 발광수단이, 발광 다이오드가 트랜지스터의 콜렉터측에 접속되고, 이의 에미터에는 저항이 접속되며, 트랜지스터의 베이스에는 저항과 제너 다이오드가 접속되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성상의 또 다른 특징은 상기 수광수단이, 상기 발광 다이오드로부터의 빛을 수광하는 포토-다이오드가 오피 앰프에 접속되고, 상기 오피 앰프의 반전단자와 출력단자사이에 콘덴서와 저항이 접속되며, 상기 오피 앰프의 출력단에 저항과 콘덴서가 접속되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성상의 또 다른 특징은 상기 수광부가, 상기 발광부로부터 90도 내지 180도사이에 다수개 배치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 전체적인 회로 구성도로, 유분 농도 검출 센서 모듈에서 얻어진 투과광과 산란광의 전압 신호를 A/D변환하여 데이터 처리하는 데이터 처리장치를 갖으며, 그 결과를 출력포트를 통해 감시 제어부에 제어정보로 전달하는 마이컴 주변 회로(10)와, 외부장치의 사용을 위해 메모리 맵드 I/O 방식을 적용하며 이 메모리맵을 구현하기 위한 어드레스 디코더를 갖는 메모리 인터페이스 회로(20)와, 상기 메모리 인터페이스 회로(20)의 제어에 의해 동작되어 LCD(40)를 구동시키는 LCD구동회로(30)와, 상기 메모리 인터페이스 회로(20)와 LCD구동회로(30)사이에 접속되어 중앙제어 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위한 통신 인터페이스회로(50)로 구성된다.

상기 마이컴 주변 회로(10)는 메인 전원(Vcc) 및 Vref등에 +5V 전원이 가해지며, 접지 및 3개의 디지털 접지 Vss핀을 접지 처리하여 같은 전위가 되게 한다.

외부발진기는 10MHz크리스탈을 사용하여 80c196kc의 경우 칩 내부 동작은 2개의 내부 클럭신호를 기준으로 동작하며, 이 내부 클럭신호는 크리스탈 발진 주파수의 1/2이다.

이 신호의 주기를 스테이트(State)라 하며 10MHz의 크리스탈을 사용한 경우 1 스테이트 시간은 200ns이다.

단, 단자(a)는 단순한 디지털 입력과 A/D콘버터로 사용할 수 있으며, 단자(b)는 범용 I/O단자로 사용하여 용량에 따라 특수 기능을 수행할 수 있고, 단자(c)는 범용 I/O포트로 사용할 수 있으며 일반적으로 특별히 할당된 용도로서 시리얼 포트의 데이터 송,수신 등의 기능으로 사용하며, 단자(d)는 어드레스/데이터 버스로 사용할 수 있는 8비트 양방향 I/O 포트이다.

또한, 상기 LCD 구동회로(30)와 LCD(40)는 하나로 되어 있는 16문자/4라인 LCD모듈을 사용하며, 이 모듈은 캐렉터 제너레이터가 내장되어 있고 전 표시 기능이 인스트럭션으로 제어되기 때문에 8비트 또는 4비트 마이컴에 쉽게 인터페이스할 수 있다.

또한, 상기 통신 인터페이스 회로(50)는 원거리에 있는 중앙 제어 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위하여 SN75174, SN75175 RS-485 드라이버로 구성되며, 프린터 및 기타 장치와의 통신을 위해 MAX232, 825IA를 사용한다.

도 3은 본 발명의 유분 농도 검출 센서 모듈(11)을 나타낸 도면으로, 크게 입구(12)와 출구(21) 및 유리관(22)으로 이루어지며, 상기 유리관(22)내에 발광부(23)와 수광부(24)가 구비되어 있으며 이러한 발광부(23)와 수광부(24)가 마이컴 주변회로(10)내에 포함되어 구성된다.

도 4는 상기 도 3의 발광부(23)의 상세 회로 구성을 나타낸 것으로, 발광 다이오드(LCD)가 트랜지스터(Q1)의 콜렉터측에 접속되고, 이의 에미터에는 저항(R2)이 접속되며, 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD)가 접속되어 구성된 것이다.

도 5는 상기 도 3의 수광부(24)의 회로 구성을 나타낸 것으로, 상기 발광 다이오드(LCD)로부터의 빛을 수광하는 포토-다이오드(PD)가 오피 앰프(OP1)에 접속되고, 상기 오피 앰프(OP1)의 반전단자와 출력단자사이에 콘덴서(C1)와 저항(R3)이 접속되며, 상기 오피 앰프(OP1)의 출력단에 저항(R4)과 콘덴서(C2)가 접속되어 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 동작흐름도인 도 6을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 시스템의 운전 모드는 자동 운전 모드와 수동 운전 모드의 2가지 운전 모드가 있으며, 양 모드 공히 에멀젼 분리를 위한 복극 전해조의 운전을 선택할 수 있도록 이루어져 있다.

운전 중 유수 분리기내 분리된 기름을 검출하여 자동적으로 폐유 저장 탱크로 기름을 배출하도록 되어 있으며, 빌지 배출수내의 유분이 15ppm이상이 될 경우 선외로의 빌지 배출을 차단하고, 선내 빌지 탱크로 재순환하도록 이루어져 있다.

또한, 빌지 펌프, 모터에 과전류가 흐를 경우, 빌지 배출수내 유분 농도가 15ppm이상일 때 분리된 기름을 폐유 저장 탱크로 보내는데 시간이 과다하게 걸릴 때는 작동 이상으로 판단하고 경보를 발하게 된다.

그리고 다른 자동화 장치와의 통합 운전을 위해 컴퓨터 통신도 가능하게 되어 있으며, 자동운전 모드에서 운전될 때에도 선박에서의 롤링, 피칭에 따라 빌지 탱크 레벨의 현격한 변화를 고려하여 원활한 작동이 되도록 설정되어 있다.

도 3의 유분 농도 검출 센서 모듈(11)은 선박에서 배출되는 빌지 속의 유분 농도를 측정하기 위한 장치이며, 본 발명에서는 구조가 간단하고 연속 측정에 알맞은 탁도법과 산란 광법을 이용한다.

탁도, 산란 광법은 분산된 유적에 광선을 비추게 되면 빛의 일부가 유적에 의해 흡수 산란되어 감쇠된 투과량과 산란광의 강도를 측정해서 유분 농도를 구하는 방식이다.

즉, 발광부(23)에서 나온 적외선이 유수분리기에서 처리된 배출수가 통하고 있는 유리관(22)을 통해 맞은편에 설치된 다수의 수광부(24)에 투과광과 산란광으로 검출될 때 유리관(22)내의 투과물질에 따라 그 흡수산란의 정도가 다르게 나타난다.

여기서, 상기 수광부(24)는 상기 발광부(23)로부터 90도 내지 180도사이에 다수개 배치된다.

유수분리기에서는 유분과 고형분의 양쪽 모두 입사광을 산란시키지만 통과물질의 형태와 종류에 따라 산란광의 원형각도 분포정도와 강도가 다르게 나타나므로 다수개의 수광부(24)를 원형각도로 유리관(22) 주위에 배치하여 빌지내의 혼입된 유분, 고형분, 혼탁정도에 따른 각기 다른 투과산란특성을 일종의 지문 인식법을 통해 연속적으로 구분할 수 있다.

도 4는 본 발명의 발광수단을 나타낸 것으로, 여기서 발광부(23)로는 적외 발광 다이오드(LCD)를 사용하며, 이는 갈륨비소(GaAs) 적외 발광 다이오드로 좁은 빔 각도와 고출력을 특징으로 하고 있다.

상기 발광 다이오드(LCD)를 사용하여 회로를 설계할 때 다이오드가 보통의 저항과 다른 내부 저항을 갖고 있는 점과 외부 온도 의존 특성에 주의해야 하며, 발광 다이오드(LCD)에 흐르는 순방향 전류에 따라 발광량이 변화하므로 순방향전류를 안정시키는 것이 매우 중요하다.

따라서, 발광 다이오드(LCD)를 정전류로 구동하게 되면 광출력의 변동이 적어지며, 트랜지스터(Q1)의 바이어스 전압을 제너 다이오드(ZD)로 안정화하고 컬렉터에서 정전류를 얻도록 설정되어 있다.

도 5는 수광수단을 나타낸 것으로, 상기 발광부(23)에서 유리관(22)을 통해 전달된 투과광과 산란광을 검출하기 위해 포토 다이오드(PD)를 사용한다. 포토 다이오드(PD)는 일반적으로 광기전력 효과를 이용하기 때문에 소자에 대한 바이어스가 불필요하다.

즉, 본 발명은 도 5와 같은 포토 다이오드(PD)를 단락 모드로 하여 입사 광량에 비례한 출력전압을 얻도록 한다.

이때, OP앰프(OP1)의 출력단과 (-)입력단자 사이에 저항(R3)을 접속하여 전류 입력형 앰프로 하며, 출력전압 Vo는 입력전압 Ish에 대하여 Vo= IshR3 으로 된다.

본 발명의 데이터 처리장치는 상기 마이컴 주변회로(10)의 마이컴(5)을 포함하는 외에 롬(ROM), 램(RAM), LCD, RS-485, 프린터, RS232 등을 포함하여 구성되는 것으로, 유분 농도 검출 센서 모듈(11)로부터 얻어진 데이터를 처리하기 위한 장치이다.

이 데이터 처리장치는 유분 농도 검출 센서 모듈(11)에서 얻어진 투과광과 산란광의 전압 신호를 A/D변환하여 데이터 처리하고 그 결과를 출력포트를 통해 감시 제어부에 제어정보로 전달한다.

또한, LCD(40)는 처리된 정보를 출력하기 위하여 사용되고, RS485드라이버는 기관 제어실의 주컴퓨터에 대한 유분 농도에 대한 데이터를 전송하기 위해 사용된다.

그리고 RS232C 드라이버를 통하여 프린터로 유분 농도를 주기적으로 기록하거나 기준치 이상의 유분 농도가 측정되었을 때 이상 상태를 기록할 수 있도록 이루어져 있다.

도 6은 유수 분리기 운전을 위한 플로우챠트로, 초기화 단계에서 수동운전여부를 판단하여 수동운전이면 수동 시퀀스를 시작할 것인가를 판단한다(S1-S3단계).

여기서, 수동 시퀀스 시작일 경우, 빌지 PP운전을 수행하고, 빌지 인렛트 솔레노이드를 온시킨다(S4,S5단계).

다음에 OCR여부를 판단하여 OCR이 아닐 경우 다시 BM운전인가를 판단한다(S6,S7단계).

만일, BM운전이면 BM DC전원을 온하고, BM운전이 아니면 BM DC전원을 오프한다(S8,S9단계).

그리고 상기 S2단계에서 수동운전이 아닐 경우에는 자동운전을 수행하고 빌지 탱크 H.L여부를 판단하여 빌지 탱크 H.L일 경우 상기 S4단계를 수행한다(S10,S11단계).

또한, 상기 S6단계에서 OCR일 경우, 알람을 발하고 부저를 울리며 부저 정지인가를 판단하여 정지일 경우 부저를 오프 시킨 후 리셋시킨다(S12-S16단계).

한편, 상기 S8,S9단계 수행 후, 분리기 오일의 레벨이 정상인가를 판단하여 정상일 경우 OCD 15ppm이하인가를 판단한다(S17,S18단계).

상기 S18단계에서 OCD 15ppm이하이면, 선외밸브를 온시키고 OCD정상밸브를 온시킨다(S19,S20단계).

그러나 상기 S18단계에서 OCD 15ppm이상이면 재순환 밸브를 온시키고 OCD비정상 램프를 온시켜 비정상임을 표시한다(S21,S22단계).

또한, 상기 S20, S22단계 수행후, 수동운전 여부를 판단하여 자동운전이면 빌지 탱크 L.L일 때 빌지 PP정지를 수행한다(S23-S25단계).

그러나 상기 S23단계에서 수동운전일 경우에는 수동 시퀀스 정지시 빌지 PP정지(S26,S27단계), 빌지 인렛트 솔레노이드 오프(S28단계), 선외, 재 순환 밸브 오프(S29단계), F.W 솔레노이드 오프(S30단계) 및 정지(S31단계)를 차례로 수행한다.

한편, 상기 S17단계에서 분리기 오일 레벨이 정상이 아닐 경우, 타이머 온(S32단계), 빌지 PP정지(S33단계), 빌지 인렛 솔레노이드 오프(S34단계), 선외 재순환 밸브 오프(S35단계), 오일 아웃렛 솔레노이드 온(S36단계), FW 솔레노이드 온(S37단계)을 차례로 수행한다.

다음에 다시 분리기 오일 레벨이 정상인가를 판단하여 정상일 경우 오일 아웃렛 솔레노이드 오프(S39단계), FW솔레노이드 오프(S40단계)수행 후 상기 S4단계로 돌아간다.

또한, 상기 S38단계에서 분리기 오일 레벨이 정상이 아닐 경우, 타이머시간이 60초를 지났는가를 판단하여 60초를 지나지 않았으면 상기 S33단계로 돌아가고, 60초를 지났으면 오일 아웃렛 솔레노이드 오프(S42단계), FW 솔레노이드 오프(S43단계), 알람 발생(S44단계)을 차례로 수행 후 정지단계(S31)로 가거나 S12단계로 돌아간다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 감시 제어부와 유분 검출부를 구비한기름배출감시 제어장치를 제공함으로써 유수분리기의 자동화를 실현하여 선박용 유수분리기 사용상의 어려움을 해결하며, 선원들이 안전하고 실용적으로 사용할 수 있으며 오일 배출을 효과적으로 감시할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 유분 농도 검출 센서 모듈에서 얻어진 투과광과 산란광의 전압 신호를 A/D변환하여 데이터 처리하는 데이터 처리장치를 갖으며, 그 결과를 출력포트를 통해 감시 제어부에 제어정보로 전달하는 마이컴 주변 회로와,

   외부장치의 사용을 위해 메모리 맵드 I/O 방식을 적용하며 이 메모리맵을 구현하기 위한 어드레스 디코더를 갖는 메모리 인터페이스 회로와,

   상기 메모리 인터페이스 회로의 제어에 의해 동작되어 LCD를 구동시키는 LCD구동회로와,

   상기 메모리 인터페이스 회로와 LCD구동회로사이에 접속되어 중앙제어 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위한 통신 인터페이스회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기름배출 감시 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유분 농도 검출 센서 모듈이, 발광수단과 수광수단을 포함하며, 이들 발광수단의 발광부와 수광수단의 수광부가 각각 유분 검출기의 입출구 사이의 원형 유리관내에 구비되는 것을 특징으로 하는 기름 배출 감시 제어장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 발광수단이, 발광 다이오드(LED)가 트랜지스터(Q1)의 콜렉터측에 접속되고, 이의 에미터에는 저항(R2)이 접속되며, 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD)가 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 기름 배출 감시 제어장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 수광수단이, 상기 발광 다이오드(LED)로부터의 빛을 수광하는 포토-다이오드(PD)가 오피 앰프(OP1)에 접속되고, 상기 오피 앰프(OP1)의 반전단자와 출력단자사이에 콘덴서(C1)와 저항(R3)이 접속되며, 상기 오피 앰프(OP1)의 출력단에 저항(R4)과 콘덴서(C2)가 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 기름 배출 감시 제어장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수광부가, 상기 발광부로부터 90도 내지 180도사이에 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 기름 배출 감시 제어장치.