R&D연구결과보고서

(1)

선박 평형수 처리 시스템의 위험 조기예측 및 선제적 예방을 위한 원격 성능분석 및 최적제어 장치 및 플랫폼 개발

한라IMS(주)

미래창조과학부

(2)

제 출 문

본 보고서를 “선박 평형수 처리 시스템의 위험 조기예측 및 선제적 예방을 위한 원격 성능분석 및 최적제어 장치 및 플랫폼 개발에 관한 기술개발”(개발기간：

2014. 09. 01 ~ 2015. 08. 31)과제의 최종보고서 10부를 제출합니다.

2015. 09. 24.

주관기관명 ː 한라IMS(주) (대표자) 지석준 김영구 (인)

참여기관명 ː 부산대학교 산학협력단 (대표자) 권혁철 (인)

총괄책임자 : 이광섭 참여기관책임자 : 김주만

정보통신·방송연구개발 관리규정 제36조에 따라 보고서 열람에 동의합니다.

(3)

(4)

기술개발사업 최종보고서 초록

1. 일반 현황

사업명 ICT기술사업화

기반구축사업 기술분류 창조융합/ICT산업융합

과제명(과제번호)

선박 평형수 처리 시스템의 위험 조기예측 및 선제적 예방을 위한 원격 성능분석 및 최적제어 장치 및 플랫폼 개발

(B0101-14-0064)

주관기관

기관

(기업)명 한라IMS(주) 설립일 1995. 07. 17 주소 (46740) 부산시 강서구 화전산단 1로 115 대표자

(기관장) 지석준 김영구 연락처 051-601-7202 홈페이지 www.hanlaims.com Fax 051-831-1839

기술 개발 현황

총괄책임자 이광섭 연락처 051-601-7202

실무담당자 김창국 연락처

(e-mail) research@hanlaims.com 참여기관

(책임자) 부산대학교 산학협력단(김주만)

총사업비 (천원)

정부출연금

민간부담금

합계

현금 현물

346,000 11,533 103,800 461,333 총수행

기간 2014. 09. 01 ~ 2015. 08. 31

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2. 기술개발 개요

* 세계 최초 ICT융합 기술을 적용한 IoT 기반 스마트 BWTS와 원격 성능분석 최적 제어 관리시스템의 상용화를 목표로 하였음.

기술 개발 및 상용화 목표 내용은 다음과 같음.

* 원격 성능분석 및 최적제어 시스템을 적용한 BWTS 개발 - 원격 성능분석용 모니터링 솔루션 개발

- 원격 성능분석 모니터링 데이터를 이용한 스마트 BWTS 개발

* 위험 조기예측 및 선제적 예방 ICT기술 BM개발과 사업화

- 운항중인 선박에 설치되어 해양 생태계 교란 위험을 예방하는 선박평형수 처리 장치(BWTS)의 효율적 운영과 환경규제 기준을 만족하는 성능의 신뢰성을 지속 적으로 보장할 수 있는 원격 성능분석 위험(고장, 수리비용, 시간) 최적제어 관리 시스템을 적용한 스마트 BWTS 개발

- 위험 조기 예측 및 선제적 예방 무선데이터 통신장비 및 원격관리서비스의 BM 개발

- 매출목표 (과제종료 후 1년) : 58억 (시스템 50억 : 통신장비 3억 : 서비스 5억)

(6)

3. 개발결과 요약

키워드 BWTS, 빅데이터, 원격감시, M2M

핵심기술

* BWTS 3G 데이터통신장비 개발

* 육상용 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 구축 및 서비스 제공

최종목표

BWTS 시스템의 전략적 시장 진출을 위한 BWTS 3G

원격관리 서비스 환경 구축과 시범 서비스 환경을 완료하고 2016년 하반기부터는 본격적인 서비스를 진행코자 함.

* 시범 설비(육상 설비)와 연동 환경 구축

* 시범 서비스 구축 : BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 구축

개발내용 및 결과

BWTS 3G 원격관리 서비스 환경 구축과 시범 서비스 환경 완료.

* 시범 설비(육상 설비)와 연동 환경 구축 : BWTS 3G 통신장비(2 Set) 완료

* 시범 서비스 구축 : BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템(1 Set) 완료

기술개발 배경

* BWTS 의무화 시장(약 6만 8천척, 80조)에 전략적 대응을 위해 고객들의 중요 우려 사항인 장치 고장, 오동작, 성능 부적합 등에 대한 문제를 사전에 분석하고 지속적으로 관리할 수 있는 기술 및 서비스가 필요함.

* 후발주자로서 경쟁사에 대한 기술 경쟁력 우위를 확보할 수 있는 기술이 필요

핵심개발 기술의 의의

* BWTS의 문제 발생 전 원인들을 사전에 조치할 수 있고 국제환경규제 대응에 인력과 비용을 최소화하며 편하게 운영할 수 있도록 하는 Before Service 개념의 ICT기반 통합관리운영 기술 확보

* 경쟁력이 강화된 BWTS의 새로운 비즈니스 모델 창출

* 높은 안전성(Safety)을 요구하는 BWTS 환경에 대응할 수 있는 역량 보유

* 해외 선두기업이 보유한 통합 모니터링 및 제어 시스템에 경쟁할 수 있는 기반 구축

적용 분야 * 선박평형수처리가 요구되는 국내외 선박

* 산업용 원격모니터링 및 분석 장치 등

(7)

4. 기술 및 경제적 성과

기술적 성과

<유형적 결과물>

* 시범 설비(육상 설비)와 연동 환경 : BWTS 3G 통신장비(2 Set)

* 시범서비스 : BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템(1 Set)

<무형적 결과물>

* 국내 특허 출원 3건/국외 출원 1건

* 프로그램 등록 1건

* 논문 5건(국내 5건)

경제적 성과

<매출 관련>

* 형식승인 완료 후 약 30여건의 견적 진행

* 지속적인 제안 및 견적 진행을 통해 곧 수주 및 매출 등 발생 예상

<고용 창출 관련>

사업화 관련 신규 고용 총 1명(박현성)

<투자 관련>

2014년 관련 사업을 위한 공장 확장, 설비 등으로 약 120억 투자(BWTS 및 신사업 출시 생산 경쟁력확보를 위한 부동산 매입 및 생산설비 구축 – 통영육상설비, 화전2공장)

5. 파급 효과 및 기대 효과

파급 효과

* 해양 생물 자원 보호는 국가 전략적 측면에서 수산업, 식품, 생명공학 분야와 밀접한 관련이 있으며 안전하고 안정적인 식량확보, 생물 자원의 지속적 확보라는 관점에서 중요.

* 외래 해양 생물종(IMP : Induced Marine Pests)과 병원균, 독성 미생물에 의한 해양․수산 자원 손실 억제 및 예방.

* 기술 자립 및 국산화율 제고

* 지속적인 조선 수주 물량의 확보를 위해서 중국 등 신흥 조선국에 대한 기술적 우위를 유지하기 위해서는 기술 개발이 필수.

기대 효과

* BWTS Big Data 분석처리의 장치 기술, 최적화 알고리즘 기술 및 관련 솔루션 기술을 적립하고 구현함으로써 국내외 BWTS 관련 기술차별성 확보와 경쟁력 우위를 선점할 수 있을 것으로 사려 됨

* BWTS 운영 데이터베이스 구축을 통한 다양한 실제적은 문제점을 보다 효과적으로 파악하고 조치할 수 있는 원천 기술을 확보할 것임.

* 충분한 현장데이터 확보와 시스템 안정화 이후, 체계적인 BWTS 및 다른 장치나 시스템으로 지속적으로 확대할 경우,

(8)

6. 해당 기술, 제품의 시장 현황

국내 시장 * 국내 선주, BWTS 국내 제조사, 중대형 조선소 등 해외 시장 * 해외 선주, BWTS 해외 제조사, 중대형 조선소 등

7. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등)

* BWTS 3G 데이터 통신장비 개발

* 육상용 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 구축 및 BWTS 3G 원격관리 시범 서비스 개발

<육상용 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템용 솔루션>

(9)

<기술개발사업 주요 연구성과>

사업명 ICT기술사업화 기반구축사업 기술개발사업

과제명(과제번호) 선박 평형수 처리 시스템의 위험 조기예측 및 선제적 예방을 위한 원격 성능분석 및 최적제어 장치 및 플랫폼 개발 (B0101-14-0064) 주관기관명 한라IMS(주) 설립일 1995. 07. 17

주소 (46740) 부산시 강서구 화전산단 1로 115

대표자(기관장) 지석준 김영구 연락처 051-601-7202

총괄책임자 이광섭 FAX 051-831-1839

총수행기간 2014. 09. 01 ~ 2015. 08. 31

총사업비(백만원) 461,333 정부출연금 346,000 민간부담금 115,333 참여기관(책임자) 부산대학교 산학협력단(김주만)

성과지표 세부지표 성 과 비 고

사업화 성과

매출액

개발제품 개발후 현재까지 0 억원

^BWTS

원격모니터링

향후 3년간 매출 130 억원

관련제품 개발후 현재까지 0 억원 향후 3년간 매출 0 억원

시장 점유율

개발제품

개발후 현재까지 국내 : 0 %

국외 : 0 %

^BWTS 원격모니터링

향후 3년간 매출 국내 : 10 %

국외 : 1.5 %

^BWTS

기술적 성과

특허 (프로그램)

국내 출원 3 건 특허

등록 1 건 프로그램

국외 출원 1 건 PCT

등록 건

논문발표 국내 5 건

국외 건

파급효과

고용효과 개발 전 명

개발 후 1 명

선진국 대비 기술수준 %

국산화율 %

(10)

□ 구체적인 연구 성과 1. 지식재산권

(국내․외 특허, 실용신안, 프로그램 등록, 기타 등으로 종류 구분)

번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 등록번호 발생차수

1 프로그램

등록

선박 평형수 처리 시스템의

원격 모니터링 시스템 2014.10.17 대한민국 C-2014-010331-2 1차년도

2 특허 단일염소수 측정장치를 이용한

수처리 시스템 2015.04.20 대한민국 1차년도

3 특허 지속살균을 위한

발라스트 수처리장치 2015.04.20 대한민국 1차년도

4 특허 멀티제어를 이용한

선박평형수 처리장치 2015.04.20 대한민국 1차년도

5 PCT

역세척 성능이 향상된 역세척 노즐을 갖는 선박평형수

처리장치용 필터

2015.09.25 대한민국 1차년도

2. 논문 게재/발표 실적

번 호 구분(논문 게재 or

학회발표) 논문명 저자명 저널명 일시 구분(국내, 국외)

등재 SCI 여부

발생 차수

1 학회발표

Real-time scheduling for power-saving of mixed tasks with periodic and

aperiodic

김주만 김선종 최휘민 서지노 이광섭

The Institude of Internet, Broadcasting

and Communication

2015.2 국외 X 1차년도

2 학회발표

The Design and Inplementation

for BWTS Remote Monitoring

System

김주만 김진훈 최휘민 서지노 이광섭

The Institude of Internet, Broadcasting

and Communication

2015.2 국외 X 1차년도

3 학회발표

안드로이드 기반 선박 평형수 처리

시스템 원격 모니터링 시스템

개발

최휘민 김진훈 서지노 김주만

IEMEK Journal of Embedded

System and Applications

2014.11 국내 X 1차년도

4 학회발표

BWTS 원격 모니터링을 위한

랩뷰 통신 모듈 개발

김진훈 최휘민 서지노 김주만

The Institude of Internet, Broadcasting

and Communication

2014.11 국내 X 1차년도

5 논문게재

선박 평형수 처리 시스템에서 센서

데이터의 원격 통신

김진훈 김주만 김병철

The Institude of Internet, Broadcasting

and Communication

2014.12 국내 X 1차년도

(11)

3. 기술이전 실적

번호 기술이전 내역 대상국명 대상기관명 이전일시 수입금액(백만원) 발생차수

1 선박평형수 처리장치 원격모니터링 시스템에 관한 노하우 이전 계약

대한민국 한라IMS㈜ 2014.9.25 매출 금액의 1% 1차년도

4. 인증/포상 실적 등 (국내 및 국외)

번호 구분 명칭 일시 국명 수여기관명 발생차수

1 인증 레벨모니터링

세계일류상품 인증 2014.12.08 대한민국 산업통상

자원부 1차년도

2 수상 우수논문발표상 2014.11 대한민국 (사)대한임베디드공학회 1차년도

3 인증 첨단기술제품 2015.07.03 대한민국 산업통산자원부 1차년도

4 인증 World Class 300

기업 선정 2015.07.01 대한민국 중소기업청 1차년도

5. 사업화 계획 및 매출 실적

항 목 세부 항목 성 과

사업화 계획

사업화 소요기간(년) 1년

소요예산(백만원) 200

예상 매출규모 (억원)

현재까지 3년후 5년후

0 130 370

시장 점유율

단위(%) 현재까지 3년후 5년후

국내 0 10% 24%

국외 0 1.5% 2%

향후 관련기술, 제품을 응용한 타 모델, 제품

개발계획

IoT 모듈을 적용한 BWTS 자동화 솔루션

무역 수지 개선 효과

(단위: 억원) 현재 3년후 5년후

수입대체(내수) 0 20 50

수 출 0 110 320

(12)

6. 고용 창출

항목 세부 항목 성 과

고용 효과

개발 전 연구인력 0 명

생산인력 0 명

개발 후 연구인력 1 명

생산인력 0 명

7. 기타 성과

* 높은 안전성(Safety), 신뢰성을 요구하는 BWTS 설치 및 운용 환경에 대응할 수 있 는 역량 보유

* BWTS와 BWTS Before Service 통합 패키지 기술 보유

* 안정성을 확보한 원격감시제어 자동화 솔루션 적용한 원격모니터링 기술 보유

* ICT와 결합된 BWTS 자동화 솔루션(Smart) 기술 보유

8. 변경 이력

* 정량적목표 : 평가의견 반영하여 평가원과 협의를 통한 사업계획서 보완 1건

* 주관 및 참여 기관 사업비 및 참여 연구원 변경 4건

(13)

목 차

제1장 서론 ···13

제1절 과제의 개요 ···13

제2절 개발 기술의 필요성 ···15

제2장 과제 수행의 내용 및 결과 ···17

제1절 최종 목표 및 평가 방법 ···17

제2절 단계 목표 및 평가 방법 ···19

제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ···20

제4절 수행 결과의 보안등급 ···59

제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ···59

제 3 장 결과 및 사업화 계획 ···60

제1절 연구개발 최종 결과 ···60

제2절 연구개발 추진 체계 ···65

제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ···66

제4절 고용 창출 효과 ···69

제5절 자체보안관리진단표 ···70

부 록 : 시험성적서 ···71

(14)

제 1장 서론

제1장 제1절 과제의 개요

o 본 제안 기술사업화 대상 기술 및 제품은 BWTS 전용 3G 데이터통신장비를 설 치하여 원격지에 있는 실선으로부터 Vendor인 제조사가 통신비용을 지불하여 수 집하고 그 정보들을 분석, 정상 동작/운영 여부와 문제를 야기할 수 있는 장치의 데이터 트랜드 및 원인들을 원격지에서 파악하는 통합관제시스템이다.

- BWTS + (3G)M2M + 원격 (빅)데이터분석 + 원격 최적관리제어시스템

o 국제해사기구에서는 환경오염 방지를 위해 선박평형수처리장치(Ballast Water Treatment System, 이후 BWTS 약어 사용)를 의무화하고 있다.

o BWTS 시장은 약 6만 8천척(80조) 규모로 추정하고 있으며, 각 나라는 전략적 산업으로 규정하여 시장의 우위 확보와 기술 경쟁력 확보를 위해 적극적으로 대 응하고 있다.

(15)

o BWTS는 선박의 종경사, 횡경사, 홀수, 복원성 또는 선체응력을 통제하기 위하 여 선박에 싣고 있는 선박평형수(Ballast Water) 내에 포함된 유해 수상생물과 병 원균을 제거, 무해화 또는 그 유입이나 배출을 방지하기 위하여 기계적, 물리적, 화학적 및 생물학적 방법의 어느 하나 또는 이들의 복합적인 공정을 가진 장치이 기에 고객들은 장치 고장, 오동작, 성능 부적합 등의 유지보수지술에 매우 큰 관 심을 보이고 있다.

o 이에 따라, BWTS 시장에 전략적으로 대응하면서 차별화된 기술 경쟁력을 갖기 위해서는 모든 실제 운용 데이터를 수집/컨트롤 하고 그 상황을 분석하여 시스템 이 지속적으로 안전하고 최적의 상태로 운용될 수 있도록 관리하는 기술이 요구 된다.

o 따라서 본 개발 기술 및 제품을 통해 문제 발생 전 원인들을 사전에 조치할 수 있도록 해외 서비스 네트워크 망을 통해 선박 및 선주가 국제환경규제 대응에 인 력과 비용을 최소화하고 편하게 운영할 수 있도록 하는 Before Service 개념의 ICT기반 통합관리운영 기술을 포함하는 기술 경쟁력이 강화된 BWTS를 통해 새 로운 비즈니스 모델을 제공하고자 한다.

(16)

제1장 제2절 개발 기술의 필요성

o 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 유해 생물과 병 원균 이동으로 발생하는 환경, 건강, 재산 및 자원에 대한 위험의 방지 및 최소화 를 위해 2004년 선박평형수관리협약(International Convention for the Control and Management of Ship's Ballast Water and Sediments)를 채택하여 BWTS 장 착을 의무화 하였으며 본 협약에 따라 BWTS 제품개발 및 관련 시장이 형성되었 다.

<선박 내 평형의 교환 (Globallast Partnerships, 2007)>

o 국가 전략산업으로 대응하고 있는 BWTS 시장 성장에 한국의 산업이 전 세계 시장을 상대로 우위를 선점하기 위해서는 다음과 같은 문제점을 극복하고 기술력 과 경쟁력을 갖추기 위해 본 사업을 수행하였다.

- 최근 고객(선주사)들은 BWTS 설치 이후에 발생되는 장치 고장, 오동작, 성능 부적합 등의 운용상 문제로 발생될 비용과 조치 방법 등의 유지보수 기술에 매우 큰 관심을 보이고 있으나, 국내외 경쟁사들은 선박 설치를 위한 BWTS 장치기술에만 전념하고 있으며, 유지보수 기술에 대한 개발 미흡.

- BWTS 관련 원격 모니터링에 대한 연구는 국내외에서 위성통신을 활용하는 방식으로 일부 이루어지고 있으나, 기존 선박에 대응이 용이하지 못하고 고

(17)

- BWTS는 선박 특수성(해상 환경에 따른 제약)으로 고장 등의 문제 발생시 A/S가 쉽지 않고 조치 비용도 매우 크며 상황에 따라서는 PL법 문제까지 대두될 수 있는 중요 사안.

- BWTS 원격모니터링을 통한 유지보수 기술은 BWTS의 안정적인 운영과 심 각하게 대두될 수 있는 사후관리비용 절감에 매우 효과적일 것으로 예상.

(18)

제 2장 과제 수행의 내용 및 결과

제2장 제1절 최종 목표 및 평가 방법

1. 최종 목표

본 제안 기술사업화 대상 기술 및 제품은 원격지의 실선으로부터 제조사에 BWTS 정보를 전달할 수 있는 BWTS 전용 3G 데이터통신 장비와 BWTS 정보를 수집, 분석, 운영이상 여부와 문제를 야기할 수 있는 장치의 데이터 트랜드 및 원 인들을 파악하는 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템을 개발하여 상용화하는 것이다.

이에 대한 주요 목표는 다음과 같다.

o BWTS 3G 데이터통신 장비 개발

o 육상용 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 구축 및 시범 서비스 개발

(19)

2. 평가 방법

o 국제해사기구 및 정부형식승인을 담당하는 공인기관에서 개발된 결과물에 대한 적합성 및 성능 검증을 위한 환경시험과 원격 데이터통신 시험을 정량적 목표를 기준으로 시험 평가를 진행함

o 국제해사기구(IMO) 평형수관리시스템 환경시험 기준(제4조 제4항) 만족여부 - 처리성능 : 해수부 평형수관리시스템의 형식승인서

- 적합성시험 및 환경시험 : 공인기관 (입회) 시험성적서 o 원격 데이터 송수신 및 고장진단 성능기준 만족여부

- 전송률, 고장분석률, 압축률, 복원률 : 공인기관(입회) 시험성적서

<정량적 목표>

(20)

제2장 제2절 단계 목표 및 평가 방법

본 시스템은 BWTS에서 제조사의 원격 모니터링 기술을 제공하여 선박 평형수 (Ballast Water) 내에 포함된 유해 수상 생물과 병원균을 제거 또는 그 유입이나 배출을 방지하기 위한 복합적인 공정을 가진 장치들의 고장, 오동작, 성능 부적합 등에 적극 대응하는 데 그 목적이 있다.

시스템은 다음 그림과 같이, 선박에 설치된 BWTS에서 3G 장비를 통해 동작 기 록과 장치 정보를 전송하면 육상의 원격지에서 서버에 저장하고 데이터를 분석하 는 BWTS 관리 시스템으로 구성된다.

<시스템의 전체 구성>

본 과제는 단년도 과제이므로 개발 목표 및 평가방법은 “제2장 제1절 최종 목 표 및 평가 방법”의 “1. 최종 목표”와 “2. 평가 방법”의 내용과 동일하다.

(21)

제2장 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위

1. 개발 범위

본 과제의 개발 범위는 다음과 같다.

가. BWTS 3G 데이터통신장비 개발

(1) BWTS 3G 플랫폼 및 3G 게이트웨이(콘솔 인터페이스) 개발 (2) BWTS 3G 데이터 통신장비 제작

나. 육상용 BWTS 원격모니터링 시스템 구축 및 시범 서비스 (1) BWTS 데이터통신 미들웨어 개발

(2) BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 개발

다. 성능 및 환경시험

<개발 내용 및 범위>

(22)

2. 개발 내용

가. BWTS 3G 데이터 통신장비 개발

(1) BWTS 3G 플랫폼 및 3G 게이트웨이(콘솔 인터페이스) 개발

BWTS 3G 플랫폼은 BWTS 장치, 콘솔 인터페이스 장치, 3G 게이트웨이 장치, 3G 데이터 단말기 그리고 육상 Office 원격모니터링 시스템 간에 정보연동을 제 공하는 기능을 수행한다.

플랫폼은 크게 BWTS에서 운용되는 데이터를 실시간 모니터링 하는 장치와 3G 게이트웨이용 플랫폼, 3G 게이트웨이와 3G 데이터 통신 단말기의 플랫폼 그리고 육상용 BWTS 원격모니터링 시스템용 플랫폼으로 구분된다.

처리 과정은 수집된 BWTS 정보를 호출하여 주요 파라미터를 추출하고 3G 통 신 장비에 맞게 부호화하고 관련 내용에 대한 헤더 부를 구성하고 데이터 부를 구성하여 송신하는 과정을 수행한다.

최근 3G 데이터 단말기는 해당 내용 대부분을 자체적으로 수행하기 때문에 본 개발에서는 주요 파라미터 추출만을 수행하면 되었다.

육상용 BWTS 원격모니터링 시스템용 플랫폼은 3G 게이트웨이와 3G 데이터통 신 장비간의 플랫폼의 순서만 다를 뿐 관련 내용은 크게 다르지 않기 때문에 개 발 보고서 내용에서는 기술하지 않았다.

BWTS에서 운용되는 데이터를 실시간 모니터링 하는 장치와 3G 게이트웨이용 플랫폼 개발을 위해서는 BWTS 장치 구성이 매우 중요하다.

(23)

BWTS 장치는 각 업체마다 다양한 방식으로 적용하고 있으며, 당사는 하기와 같이 간접전기분해방식을 사용한다.

(24)

개발한 BWTS를 설치한 결과가 다음과 같다.

BWTS와 3G 데이터 통신 환경을 제공하기 위해서는 BWTS 정보 전체를 관리하 는 모니터링 장치에 대한 개발이 필요하였다.

(25)

따라서 모니터링 장치와 3G 게이트웨이 및 콘솔인터페이스가 연동할 수 있도록 연동인터페이스를 구성하고 다음과 같이 프로토콜을 개발하였다.

개발된 프로토콜은 그림과 같이 모니터링 장치에 적용을 완료하였다.

개발된 BWTS 플랫폼을 위한 연동 인터페이스는 다음과 같은 스펙을 만족하도 록 하였다.

- 100m ~ 500m 이격거리에서 데이터 무손실 - 300kbps 전송속도 및 Error 방지 Checksum

연동 인터페이스 및 3G 게이트웨이 장치는 BWTS 모니터링 장비의 환경 또는 설치 환경에 따라 통합 또는 개별로 구성을 할 수 있다.

본 개발에는 선박의 환경을 고려하여 별도 분리된 형태로 구성을 하였다.

BWTS 모니터링 장비에서 3G 게이트웨이로 전달 및 저장된 데이터의 세부 내 용이 다음과 같다.

(26)

<연동 프로토콜을 통한 BWTS 데이터>

BWTS 운용정보인 계측 정보와 상태 정보는 주요 파라미터와 데이터를 추출하 여 송신용 데이터로 구성하도록 하였다.

송신용 데이터는 3G 게이트웨이와 3G 데이터 통신용 플랫폼을 통해 송신을 할 수 있도록 하였다.

3G 게이트웨이와 3G 데이터 통신용 플랫폼은 시리얼 통신 환경을 물리적으로 구성하고 3G 데이터 통신 단말기가 제공하는 전용 Command를 통해 개발하였다.

Command는 크게 헤더와 데이터로 구성된다.

(27)

헤더부에 대한 패킷 구성과 표현하는 의미가 다음과 같다.

<헤더부 구성>

<헤더부 세부 내용>

데이터부에 대한 패킷 구성과 표현하는 의미가 다음과 같다.

<데이터부 구성>

(28)

데이터 전송을 위해 3G 게이트웨이에는 다음과 같은 알고리즘을 적용하였다.

① 데이터 분할 : 저장된 데이터 파일을 읽은 후 지정된 패킷 크기로 분할

② 헤더 패킷 구성 : 데이터 분할 패킷 수가 결정되면 헤더로 패킷을 구성

③ 데이터 패킷 구성 : 각 분할 데이터에 패킷 번호를 부여하고 필요시에는 해시 정보나 FCS를 부여

④ 헤더 패킷 전송 : 3G 데이터 통신장비를 통해 서버로 송신하여 승인번화가 일 치하는 지 확인을 통해 헤더 데이터 수신 또는 폐기

⑤ ACK 구성 및 전송 : 헤더를 분석하여 패킷 크기, 패킷 수, 전송 바이트를 확 인하고 다음 전송을 위한 승인 번호를 ACK에 삽입하고 전송

⑥ 데이터 전송(손실 데이터 재전송) : 서버에서 전송 허가 ACK를 받으면 데이터 패킷을 순서대로 전송하고 서버는 데이터 패킷을 모두 수신 후 패킷 번호를 전수 확인(손실 데이터에 대한 사항은 손실된 패킷만을 재전송)

⑦ 재전송 또는 완료 ACK 구성 : 손실 패킷 확인시 재전송을 요구하고 이상 없 을 경우, 전송 완료 패킷 송신

통신에 대한 적합성은 육상 시험과 선박 시험을 수행을 통해 확인하였다. 세부 내용은 “다. 성능 및 환경시험” 단원을 참고하기 바란다.

(29)

(2) BWTS 3G 데이터 통신장비 제작

BWTS 3G 데이터 통신 장비는 3G 게이트웨이(콘솔 인터페이스 장치)와 3G 데 이터 통신 단말기로 구성되며 기능 블록다이어그램이 다음과 같다.

개발된 3G 게이트웨이로 적용한 장치에 대한 세부 정보는 다음과 같다.

(30)

3G 게이트웨이는 산업용 환경에 적용할 수 있는 Beijer사의 T12B 임베디드 시스 템을 적용하였다.

본 제품은 Intel Atom CPU를 사용하며, 12인치의 터치스크린 화면을 제공하고 다양한 시리얼 통신을 제공하는 포트 4개를 지원한다.

특히 내환경 신뢰성에 만족할 수 있는 UL508과 CE인증을 받았으며, 본 개발 인 터페이스 사용하는 통신 모듈을 내장하고 있고 터치스크린 기능을 제공한다.

상세 스펙은 다음과 같다.

System Info

RAM 1 GB

CPU Intel Atom

Application storage 1.4 GB

Display

Type TFT-LCD

Size 12" 1280 X 800 pixels

Backlight LED backlight

Backlight lifetime 50000 h

Brightness 400 cd/m2

Interaction

External control USB

Front LED Multi-color software programmable Touch screen type Resistive touch

Power

Power consumption 22 W/+24 V DC (18-32 V DC) Mechanical

Size/Weight 340 x 242,2 x 57mm/2,5 Kg Housing material Powder-coated aluminum

Serial Communication

Com 1 RS232 (RTS/CTS)

Com 2 RS422/ RS485

Com 3 RS232

Com 4 RS422 (RTS)/ RS485

Ethernet

Ethernet 1 1 x 10/100 Mbit/s (shielded RJ 45) Ethernet 2 1 x 10/100/1000 Mbit/s (shielded RJ 45)

Expansion

USB 3x USB Host 2.0, max output current 500mA

Memory expansion 1xSD card

Certifications

UL UL508

CE EN61000-6-4 emission and EN61000-6-2 immunity Environmental

Humidity 5% - 85% non-condensed

Storage temp. -20 to +70C

Operating temp. -10 to +50C

Sealing IP 65

(31)

3G 데이터 통신 단말기는 M2MNET사의 MT211을 적용하였다.

본 제품은 WCDMA 2.2GHz의 내장 외장형 모듈로 다양한 산업용 응용기기에 고속의 무선데이터 접속을 제공한다.

범용 인터페이스를 사용하고 있으며 고정홀 등을 적용하여 최소한의 공간으로 설계가 가능하며 진동 등의 외부 환경에 대해서도 우수한 신뢰성을 보인다.

(32)

해당 장치에 대한 제어를 위한 Command와 통신 Flow는 제조사에 제공된 매뉴 얼을 통해 구현하였다.

단말기의 초기화 Flow는 다음과 같다.

(33)

단말기의 TCP/IP Flow는 다음과 같다.

기타 망 상태 점검, 개통, SMS 송신 등의 Flow를 구현하여 적용하였다.

(34)

나. 육상용 BWTS 원격모니터링 시스템 구축 및 시범 서비스

BWTS 원격모니터링 시스템은 선박으로부터 BWTS 운용 및 이상 상태 정보를 분석하여 사용자에게 관련 정보를 제공하는 기능을 수행한다.

BWTS 원격모니터링 시스템은 BWTS 데이터통신 미들웨어와 관리자 어플리케 이션으로 구성된다.

관련 세부 내용은 각 항을 참조하기 바란다.

(1) BWTS 데이터통신 미들웨어 개발

BWTS 통신 서버의 미들웨어는 BWTS 데이터 수신, 관련 데이터 저장 그리고 주요 파라미터 추출 기능 구현을 목표로 하였다.

(35)

미들웨어 모듈은 LabView에서 제공하는 SOCKET, 데이터 분석 등 주요 모듈들 을 적용하여 구현하였다.

BWTS 데이터통신 미들웨어는 선박의 BWTS 3G 데이터 통신장비와 소켓 통신 을 수행하도록 하고, 주기적으로 송신한 데이터를 특정 포맷과 형식으로 해당 폴 더에 저장하고 그 로그를 관리할 수 있도록 하였다.

선박에서 수신된 정보를 기록하는 BWTS 데이터통신 미들웨어가 다음과 같다.

(36)

저장된 데이터는 다음과 같이 저장되고 해당 로그는 관리된다.

<로그파일 생성 ex)0_508_20150812.log>

미들웨어는 원격 모니터링 시스템 솔루션에 적용되도록 개발을 완료하였다. 세부적인 내용은 다음 단원을 참고하기 바란다.

(37)

(2) BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템 개발

BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템은 선박평형수처리시스템(BWTS)의 위험 조기예측 및 선제적 예방 관리를 목적으로 한다.

이러한 기능 수행을 위해 관리자용 어플리케이션인 BWTS 데이터통신 원격모니 터링 시스템 솔루션의 기능 구현 및 운용 적합성은 매우 중요하다.

본 개발을 위해 적용한 툴은 LabView를 사용하였으며, 전 대양을 항해하는 선 박을 쉽게 확인할 수 있도록 Google Map 라이브러리는 사용하였다.

원격모니터링 시스템(이하 LandOffice로 칭함)을 위한 세부 개발은 LandOffice 원시 메시지 호출 솔루션 구현, 원시 메시지 처리 알고리즘 구현, LandOffice 고 장진단, 수명 예측, 알람 및 경보 알고리즘 구현, 데이터 관리 알고리즘 구현의 4 단계로 나누어진다.

우선 첫 과정으로 LandOffice 원시 메시지 호출 솔루션은 사용자가 파일 시스 템에 기록된 센서 데이터를 날짜 지정을 통해 호출하여 그래프 확인 및 고장 진 단 등을 수행하도록 하였다.

BWTS 센서 데이터는 긴급을 요하는 경우가 적고, 시스템의 목적이 단지 고장 이전에 이상 유무를 미리 파악하는 것이므로 육상 원격지에서는 선박측에서 정기 적으로 보내주는 센서 데이터를 수신하되, 전송 요청은 보내지 않도록 하였다.

호출 메시지 처리를 위해 모니터링 기능과 Google Map 운용 기능을 갖는 LandOffice 원시 메시지 처리 알고리즘을 구현하였다.

모니터링 프로그램 알고리즘은 다음과 같은 처리 순서를 갖도록 하였다.

① 구글 맵 출력

② 선박에서 수신된 로그 파일 유무 확인

③ 확인 시 로그 파일 센서 데이터 및 GPS (위도,경도) 정보 읽기

④ 센서 데이터를 추출하여 그래프에 출력

⑤ 구글 맵에 선박 위치 GPS 값을 출력

(38)

⑦ 파일 읽기를 완료 후 ②번으로 되돌아가서 새로 갱신된 로그파일의 유무를 확 인하고 반복된 수행을 한다.

구글 맵은 수신된 GPS(위도,경도) 정보로 구글 맵에 선박위치 표시, 위성지도 모 드, 마우스 휠로 축소 확대 가능하도록 되어 있다.

<구글 맵과 연동 및 데이터 호출 흐름도>

(39)

<구글맵 연동 코드>

데이터 관리는 Log 파일을 통해 관리되도록 하였다.

선박에서 수신된 로그 파일 유무 확인에 따라(현재 VI의 경로에 로그 파일의 이 름을 확인을 하여 일치 할 경우) DATA SUCCESS 라는 메시지를 띄우고 다음 알 고리즘으로 넘어간다.

확인 시 로그 파일에서 센서 데이터 및 GPS(위도, 경도) 정보를 읽어 오게 된 다.

(40)

<로그 확인 후 GPS 정보 읽기 알고리즘>

로그 파일이 생성되면 처음 로그 파일은 나중에 갱신될 로그 파일과 다르기 때 문에 처음 로그 파일은 저장하고 그 다음부터 갱신된 로그파일과 비교하여 기존 에 읽은 데이터 이후로 읽도록 설계하였다.

<수신된 로그파일의 데이터를 그래프에 출력>

(41)

Log 파일에 삽입된 정보들을 처리하는 모듈은 “ 파일 이름 : (파일 순서)_(선박 번호)_(데이터 생산 일시).Log”의 형식이 기록되도록 하였다.

추출된 센서 데이터는 그래프 및 구글맵에 출력되도록 하였다.

수신되는 로그파일을 한 줄씩 읽어 문자열을 데이터 별로 나누어 출력 및 디스 플레이 된다.

<수신된 로그파일을 실시간으로 데이터 읽기>

본 과제 구성에서는 선박 측에서 보낸 GPS의 위도-경도 정보를 받아 실시간으 로 위치를 파악한다.

(42)

다음 그림은 LandOffice Monitoring PC의 메인 VI 프론트 패널의 첫 화면이며, GPS의 위도-경도 정보를 세계 지도 내 좌표점으로 변환하여 표시된 것을 구글 맵 라이브러리를 통해 표시된다.

데이터는 센서 데이터 값 및 GPS(위도, 경도) 등을 표시하도록 하였다.

가상의 GPS 신호의 위도 경도 정보는 기존의 모니터링 PC의 메인화면에 표시 된 세계지도 상에서 녹색으로 표시된 선박이 움직이는 모습을 보여주며 실제 신 호를 적용하였다면, 현재는 Google Map 라이브러리를 사용하여 좀 더 편하게 보 기 쉽고, 정확한 위치를 알 수 있다.

(43)

<GPS(위도,경도) 정보를 구글맵에 출력>

LandOffice 고장진단, 수명 예측, 알람 및 경보 알고리즘 관련 구현을 위해서는 시간에 대한 다양한 센서 데이터의 축적과 추이 모니터링이 매우 중요하다.

적용된 알고리즘은 분명한 고장 상황에 대한 기존 데이터를 활용하여 관련 기 준을 마련하였다.

고장 예측은 계측된 센서 데이터를 바탕으로 센서의 고장 진단 결과를 직관적 으로 표시하며, 문제 상황이라고 판정될 시에는 붉은 색 알람을 띄우도록 처리하 였다.

고장 진단을 위한 문제 상황에 대한 상태 진단은 Ballast Al;arm List에 의거하 여 구성하였다.

(44)

Alarm(High, low) 사이의 값을 stable, 기준 값을 벗어나면서, Shutdown의 값을 미치지 않을 때 pre-warning, Shutdown 기준으로 값이 벗어난 경우 Warning으로 점등할 수 있도록 오류진단 알고리즘을 설계하였다.

(45)

각 내용에 대한 세부적 정의는 다음과 같다.

① FM-101 정격처리용량(250)을 기준으로 Alarm 110%이하 80%이상일 경우 Stable, 110%이상 80% 이하일 경우 pre-warning, 115% 이상 , 70%이하 warning

② H2D-301 25%LEL 값을 넘지않을 때 stable, 25%LEL ~50%LEL 값일 때 pre-warning , 50%LEL 이상일 때 warning

③ PT-201 5bar를 넘지 않을 때 stable, 5bar~6bar 일 때 pre-warning, 6bar이상 일 때 Warning

④ PT-202 ③번과 내용이 같다.

⑤ DPT-201 0.7bar를 넘지 않을 때 stable, 0.7bar~0.8bar 일 때 pre-warning, 0.8bar이상일 때 Warning

⑥ FM-301 FM-101의 1%(2.5)이하가 되지 않았을 때 stable, 값 이하이며,FM-101 의 0.8%(2) 사이 일 때 pre-warning, FM-101의 0.8%(2) 이하일 때 Warning

⑦ TS-311 40℃ 이하일 때 Stable, 40℃이상 43℃이하 pre-warning, 43℃이상 Warning

⑧ PT-301 8bar 이하 Stable, 8bar 이상 10bar 이하 pre-warning, 10bar 이상 Warning

⑨ CS-301 17mS/cm 이상 stable, 17mS/cm 이하 warning(Alarm Low값과 Shutdown 값이 같기 때문에 warning 으로 설정

⑩ H2S-301 ②번 내용과 같다.

⑪ NO.1 PSM(I) 정전기 전류의 100%(470A) 값 이하일 때 Stable, 값이상일 때 Warning(Alarm 값이 없고 Shutdown 값만 있어 Warning으로 설정)

⑫ NO.2 PSM(I) ⑪번 내용과 같다.

⑬ NO.1 PSM(V) 정전기 전압의 100%(44V) 값 이하일 때 Stable, 값이상일 때 Warning(Alarm 값이 없고 Shutdown 값만 있어 Warning으로 설정)

⑭ NO.2 PSM(V) ⑭번 내용과 같다.

(46)

<주어진 오류 한계에 따른 오류 진단 알고리즘>

오류 한계 값에 따라 알고리즘을 설계하여, 값에 따라 램프가 다르게 점등되도 록 설계하였다.

<수신된 로그파일의 센서데이터로 오류 진단>

(47)

센서마다 시간에 따른 수치 변동 그래프를 통해 센서의 패턴을 볼 수 있으며, 고장 진단은 안전, 경고, 위험의 3단계로 나누어 표시되고, 문제가 발생한 횟수가 기록되어 표시하였다.

각 센서의 특성을 고려하여 임계 값의 상한을 넘길 경우 이를 비정상 동작으로 간주하여 카운트를 누적한다.

누적 백분율을 계산하여 조감 함수를 거쳐 boolean indicator에 출력하도록 하 였다.

그림은 LandOffice에서 비정상 데이터가 수신되었을 때 해당 데이터를 찾아내 어 그 차이만큼을 그래프 (붉은색)로 나타내는 메인 VI의 모니터링 모드이다.

<비정상 데이터 전송 후 추출 그래프>

최종적으로 분석 및 모니터링 된 데이터의 효율적인 관리를 위해서 데이터 관 리 알고리즘 및 기능을 구현하였다.

데이터 관리 알고리즘을 적용하기 위한 처리절차는 다음과 같다.

(48)

① 압축하고자 하는 로그파일을 선택한다.

② 압축파일의 이름을 입력한다.

③ 압축파일 디렉토리를 지정한다.

④ 압축파일 생성

<압축 프로그램 메인 화면>

데이터 관리용 알고리즘은 다음 그림과 같다.

<압축 프로그램 알고리즘>

(49)

압축 프로그램 알고리즘 설계를 위해 “새 압축(Zip) 파일 VI”와 “압축(Zip) 파 일 닫기 VI”를 활용하였다.

<새 압축(Zip) 파일 VI>

“타겟”은 새 또는 기존 압축(Zip) 파일에 대한 경로를 지정하는 것이다.

VI는 파일이 이미 존재할 경우 파일을 삭제하기 다시 쓰며, 압축(Zip) 파일에 데이터를 추가할 수는 없다.

“덮어쓰기 확인?”은 기존 압축(Zip) 파일을 덮어쓸지를 지정하는 것이다.

덥어쓰기가 진행이되면 VI는 기존 압축(Zip) 파일 삭제를 확인하기 위해서 입력 을 요청한다.

“에러 입력”은 노드를 실행하기 전에 발생한 에러 조건을 설명하는 것이다.

“압축(Zip) 파일 출력”은 열린 Zip 파일을 반환하는 기능을 한다.

“취소됨”은 사용자가 덮어쓰기 확인하는 기능을 한다.

“에러 출력”은 에러 정보를 포함하여 표준 에러의 출력 기능을 제공한다.

<압축(Zip) 파일 닫기 VI>

“압축(Zip) 파일 입력”은 열린 압축 파일을 지정하며, “주석”은 압축(Zip) 파일 에 포함할 텍스트를 포함시키며, “에러 입력”, “에러 출력”은 앞서 설명된 VI와 동일하다.

구현 데이터관리 알고리즘을 적용한 프로그램 결과가 다음과 같다.

(50)

<압축프로그램 실행화면>

설계된 압축 알고리즘에 대한 결과가 다음과 같다.

<압축 프로그램 생성>

<압축 전 기존 파일과 압축 후 파일>

압축 프로그램 테스트 결과 크기에서 볼 수 있듯이 90%이상 압축 된 것을 볼 수

(51)

다. 성능 및 환경시험

(1) BWTS 처리 성능 시험

BWTS 처리 성능 시험은 현재 운용되는 BWTS가 “평형수관리시스템 형식승인 등에 관한 잠정기준”에 만족하는 지를 평가하는 것이다.

본 과제에서 제시된 주요 목표와 시험 결과는 다음과 같다.

- 50um이하 미생물 생존개체수 : 생존개체수 10개 미만(개/

^

^) => 적합 - 10um ~ 50um 미생물 생존개체수 : 생존개체수 10개 미만(개/

^

^) => 적합 - 비브리오콜레라 개체수 : 생존개체수 1미만(ctu/100ml) => 적합

- 대장균 : 생존개체수 250미만 (ctu/100ml) => 적합

- 분변성대장균 : 생존개체수 100 미만(ctu/100ml) => 적합

(52)

<50um이하 미생물 시험>

<10um ~ 50um 미생물 시험>

(53)

<대장균 시험>

(54)

<분변성대장균 시험>

(55)

(2) BWTS 데이터 통신 적합성 시험(TTA 공인기관입회)

BWTS 데이터 통신 장비의 성능 적합성 시험 결과가 다음과 같다.

(56)

<시험 환경>

(57)

<시험 결과>

(58)

(3) BWTS 환경시험(공인기관시험)

본 BWTS의 환경시험은 본 과제와 연관되는 Control Panel을 주요 대상으로 하 였으며 시험 결과는 다음과 같다.

<Vibration, 습도, 고온/저온 시험 성적서>

(59)

(60)

제2장 제4절 수행 결과의 보안등급

본 과제의 보안 등급은 일반 과제 보안등급의 관리규정에 의거한다.

제2장 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황

구입 기관

연구시설/ 연구장비명

규격

(모델명) 수량 구입 연월일

구입 가격 (천원)

구입처 (전화번호)

비고 (설치 장소)

한라

IMS(주)

한라 IMS(주)

Electrolyzer용 배관용밸브

통영 필터 배관

JVP-301C 1SET

1SET

2015.04.23

2015.05.07

23,000

21,200

진양펌프상사

동경하이테크

통영설비

※ 해당연도 연구개발 수행 시작부터 현 작성 시점까지 현금으로 구입한 1개(건)당 1,000 만원(부가세 포함) 이상의 모든 유형적 발생품 표기

(61)

제 3장 과제 수행의 내용 및 결과

제3장 제1절 연구개발 최종 결과

본 제안 기술사업화 대상 기술 및 제품은 원격지의 실선으로부터 제조사에 BWTS 정보를 전달할 수 있는 BWTS 전용 3G 데이터 통신장비와 BWTS 정보를 수집, 분석, 운영이상 여부와 문제를 야기할 수 있는 장치의 데이터 트랜드 및 원 인들을 파악하는 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템을 개발하는 것으로 주요 개발 일정이 다음과 같다.

연구개발 세부 일정 일련

번호 개발내용 추진 일정

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 비고

1 계획수립 및 자료조사

(요구사항 분석) 2 BWTS 3G 데이터통신장비용

플랫폼 상세 설계 3 BWTS 3G 데이터통신

장비 상세 설계 4 BWTS 데이터 통신서버

및 플랫폼 상세 설계 5 BWTS 3G 데이터통신장비용

게이트웨이 구현 6 BWTS 3G 데이터통신장비용

인터페이스 및 기구부 제작 7 BWTS 3G 데이터통신장비

시제품 제작 8 BWTS 데이터 통신서버

데이터베이스 개발 9 BWTS 데이터 통신서버

미들웨어 개발 10 BWTS 데이터 통신서버

서비스 모듈 개발 11 BWTS 데이터 통신서버

서비스 솔루션 개발 12 BWTS 3G 데이터통신장비 환경

시험 13 통합연동시험 및 보완

(시범서비스)

14 제품출시

주요산출물 상세설계서 모듈 개발 시제품 시험 결과서

상 용 화

<연구개발 세부 일정>

(62)

추진 실적에 대한 세부 결과물이 다음과 같다.

o BWTS 3G 데이터 통신장비 개발

o 육상용 BWTS 데이터 통신 원격모니터링 시스템 구축 및 시범 서비스 개발

<육상용 BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템>

<^육상용BWTS 데이터통신 원격모니터링 시스템용 솔루션>

(63)

개발된 장치 및 솔루션에 대한 적합성 평가는 부산테크노파크, SGS, TTA 등 관 련 전담시험 시험 기관을 통해 관련 적합성을 확인받았다.

<정량적 총괄 목표 대비 실적>

평가항목(주요성능Spec) 단위

비중 개발목표치

측정 성적서 평가방법

성능수준 1차년도

처리 성능

1. 50um이하 미생물

생존개체수 개/

^

10 10미만 적합

SET-14-006

[해수부 고시]

평형수관리시스템 형식승인 등에 관한 잠정기준 (2012. 12. 27) 10미만

2. 10um ~ 50um 미생물

생존개체수 개/

^