용을 절약할 수 있다. 이는 도면정보의 효율적인 관리로 경쟁력 획득과 품질 향상에도 도움을 주며, 도면의 관리와 보관에 대한 문제 해결 및 도면 검 토 시간 감소 그리고 도면의 관리와 보관에 대한 비용 절감을 가능하게 한다. 업무상으로는 주요 기술 또는 작업 계획서의 절차나 방법 등을 데이 터베이스로 표준화하고 공정 변경에 따른 안정성 확보를 위하여 변경된 모든 자료(도면 및 문서자 료)의 사후 관리를 할 수 있게 한다.
세번째로 안전환경정보시스템은 전 부서와 사 업장의 안전, 환경 관련 정보들을 인프라구축하고 분석하는 기능을 갖추고 있다. 이 기능을 가능하 게 하기 위해 기업의 공정 및 안전 환경데이터 속 에 감추어진 위험유형 및 규칙 추출하고 사업장의 위험성을 수치적 및 시각적으로 표현할 수 있어야 한다. 이는 사고의 계열 분석을 가능하게 함으로 써 안전 환경 정책에 의사결정을 지원하고 제공된 수치와 한정된 예산을 고려한 투자우선순위 제시 및 적정성 판단하여 기업의 손실 비용을 줄임으로 기업순익과 기업가치의 극대화하는 것이 그 목적 이다. 구축 결과로 인적, 물적 사고 및 공정이상을 예방할 수 있고, 각종 법규 및 ISO인증 절차 등을 통합 관리할 수 있으며, 사업장내의 유해물질 및 공 정에 대한 정보를 공유한다.
마지막으로 경영정보시스템을 들 수 있으나 이
에 대해서는 앞서 설명한 지식관리시스템이나 여 타의 시스템에서도 공통적인 내용을 갖고 있으므 로 그 설명을 생략하기로 한다.
글을 마치며
기술지식관리시스템은 기술과 공정 관리시 의 사결정을 지원할 수 있는 시스템이다. 기업의 모 든 정보들을 정형 및 비정형 지식화하고 통합 관 리하여 기업의 무형 자산인 기술지식, 경영 노하 우 그리고 안전환경정보들을 유형화함으로써 기 업의 경쟁력을 향상시키는 것이 그 구축 목적이다.
기술지식관리시스템의 도입에 긍정적인 점은 수 많은 기술지식, 공정데이터, 인사정보, EHS(안 전·환경·보건)정보, 설비 이력관리 등의 분야를 각각 모듈화하여 이를 현장에 적용함으로써 경영 및 산업 활동에 반영할 수 있다는 것이다. 또 특수 분야인 안전과 환경에 대한 정보 시스템의 구축 경험을 바탕으로 비정형의 개별적인 기술지식을 체계화하고 분석하여, 기업의 순이익의 증대에 도 움을 주고, 예측하기 어려운 기업 내부에서 위험 이나 공정이상 등을 미연에 방지함으로써 손실비 용을 줄이는데 일조하게 된다.
기술지식관리시스템은 향후에 기술지식포탈시 스템과 기업의 인터넷 기술교육시스템의 구축에 도 많은 공헌을 할 것으로 판단된다.
환경보존을 위한 가장 기초적 연구--환경 모니 터링 시스템
최근 지구환경이 급격히 악화되고 있고, 지구환
경의 보존 필요성이 심각하게 거론되고 있어 국제 적인 환경보호 정책과 연구가 매우 절실히 요구되 고 있다. 이러한 연구를 위해 환경이 어떻게 악화 정 재 학
영남대학교 응용화학공학부, [email protected]
되고 있고 그 정도가 얼마나 심각한 것인지, 또 환 경오염 처리공정의 가동상태가 얼마나 양호하게 작동하며 시간에 따른 오염정도의 변화추이나 오 염상태의 심각성은 어느 정도인지를 정확히 그리 고 실시간대로 측정해 내고 모니터링 할 수 있는 체계적 시스템의 구축이 선행되어야 할 것이며 이 것은 궁극적인 환경 보존에 필수적 요소임을 부인 할 수 없다. 본 논문에서는 화학 공정시스템 분야 의 연구가 환경 보존을 위한 감시 시스템의 구축 에 기여하고 있는 두가지의 개발 내용을 소개하고 자 한다. 첫째가 수질 및 대기(하천, 호수 및 대 기)의 오염상태를 실시간으로 원거리에서 관찰할 수 있는 원격 환경 모니터링 시스템들이며 둘째로 는 최근 지구 온난화 문제와 맞물려 일어난 세계 기후 협약들 및 CO2저감에 따른 국제 협약에서 중요하게 새로이 대두되는 해양에서의 CO2분압 측정 장치 및 원격 모니터링 시스템을 설명하고자 한다.
낙동강 관리법의 국회 입법 절차를 필두로 하천 의 원격 모니터링 시스템과 하천 수계의 오·폐수 처리시설의 원격 모니터링 시스템의 시장이 가장 먼저 형성되고 있고 이 분야의 시장이 향후 5년 내에 2조 원대에 이를 것으로 관측되고 있어 오수 처리 시설 및 하천 수질의 원격 모니터링 시스템 은 유선 전화, Internet 통신, 무선 전화선을 통한 3가지 방법으로 원격 모니터링이 실현되고 상업 화되어 시장에서 유통되고 있다.
또한 최근 지구온난화의 주범으로 대두되고 있 는 대기 중 CO2의 발생규제와 제거 및 저감 기술 이 크게 환경문제 연구의 대상으로 떠오르고 있다.
1898년 스웨덴의 과학자 스반테 아레니우스의 지 구온난화 현상의 제기로부터 1957년 미국의 태양 학자 로저 레빌의 대기 중 CO2량 증가 측정, 1961 년 하와이 마우나로아 화산 대기 관측소의 CO2량 증가 측정 등의 사건에 의해 1979년 세계기후회의
에서 인위적인 기후 변화 방지 요구가 채택되었고, 급기야 1992년 154개국의 대표들이 브라질 리우 데자네이루에서 기후변화협약을 체결하고 1995년 온실기체 감축의무 강화에 대한 베를린 결의사항 (Berlin Mandate)을 채택하였다. 또한 1997년 38 개 선진국이 온실기체를 2008년에서 2012년까지 1990년 대비 평균 5.2% 감축한다는 교토의 정서 를 채택했다. 그 이후, 세계적으로 대기 중 CO2량 을 측정하는 연구가 대대적으로 시작되었고, 대기 중 CO2방출은 결국 대기 중 잔존, 지표층 식물군 에 의한 CO2분해 및 해수로의 CO2용해로 총합을 추산할 수 있다. 앞으로 도래할 국가 간 CO2배출 량 규제 등에 사용될 것으로 가장 확실시되고 있 는 데이터는 각 국가의 대기 CO2량과 각 지역별 해수에 용해된 CO2분압의 데이터가 연구 및 규제 의 핵심적인 데이터가 될 것이다. 이에 발 맞추어 세계 각국은 대기 중 CO2잔존량과 해수 CO2분압 의 시간별 측정치를 획득하는 연구가 시작되었고, 일부 선진국에서는 매우 활발한 연구가 이미 상당 부분 수행되고 있다. 이 중 세계적으로 그 수요가 점진적으로 증가하고 있는 해수 중 CO2분압 측정 을 실시간으로 수행하여 인공위성 혹은 local computer에 의해 시간별 CO2분압의 변동 추이를 얻을 수 있는 표층해수에서의 원거리 자동 CO2분 압 측정기가 개발되어 활용되고 있다.
오·폐수처리 및 하천의 원격 모니터링 시스템 개발 현황
생활수준 향상으로 많은 협잡물(이물질)과 쓰 레기 종량제 이후 음식계 잔재물 유입이 점차 많 아지고 있다. 그에 대한 정화방식은 협잡물을 분 리·저장·분해하는 1차 기능과 2차 주처리 기능 인 미생물 활성화에 의한 오염원 분해·제거 기능 이 포함되어 핵심처리기능을 하고 그 이후 침전시 켜 처리수를 방류하거나 안정적 처리를 위하여
2단계 처리공정으로 재차 미생물 처리나 여과, 흡 착, 약품처리 등의 공정을 경유 처리하여 20ppm 이하로 배출시키며 처리과정에서 발생된 이물질 및 잉여슬러지는 별도의 내장된 조에 저장 분류하 여 최종 종말처리장으로 위탁 운반 처리된다. 이 러한 시스템에서의 원격 모니터링 시스템의 설치 를 위해서는 측정하고자 하는 변량을 얻어내는 적 절한 센서와 컴퓨터 interface, 그리고 적절한 통 신 시스템이 요구된다. 현재 상업화된 원격 모니 터링 시스템의 경우를 중심으로 소개하고자 한다.
1. 센서 및 instrumentation
DO, ORP 그리고 온도 센서가 주로 On-line센 서로 사용된다. 오·폐수 처리기는 일정한 수위를 유지하게끔 설계되어 있고 이들 센서들은 오·폐 수의 상태를 읽어 들여야 하기 때문에 수중에 설 치되어야 하고 또한 오물로 인한 오염에 대해 자 기세척 기능이 없음으로 오·폐수 처리기 외부로 집 어내어 세척을 할 수 있도록 설계되었다. [그림 1]에 그 예시를 나타내었다.
센서의 고정판에 부력을 주어 센서부위만 수면 아래에 있고 플러그는 수면위로 나오게 하여 오염 을 막고 수위가 변하는 경우 가이드를 따라서 수 직으로 움직이도록 하고 있으며 필요한 경우 센서
고정판을 밖으로 들어내어 오염부위를 세척 가능 하도록 설계하고 있다.
2. Interface
Interface는 크게 원격 감시 서버 프로그램과 통 신을 위한 하드웨어로 이루어지며 먼저 서버 프로 그램은 기본적으로 직관적이고 사용이 쉬우며 사 용자에 익숙한 Window를 바탕으로 하여 설계가 되어 있다. 현재 Microsoft사의 Windows 9x와 최 근 출시된 Windows 2000과 Millennium 모두에 사용할 수 있도록 Win32 표준 API를 사용하여 개발되어 있으며 저사양 컴퓨터에도 사용할 수 있 도록 개발되어 있어 사용자 편의를 제공하고 있다.
[그림 2]에 server program의 예를 나타내었다.
다음으로 각종 센서의 아날로그 신호를 디지털 로 변환하고 modem 및 통신모듈을 통하여 데이 터 송수신이 가능한 one board microcomputer가 개발되어 상업화되고 있다. One board micor- computer의 개요도는 [그림 3]에 나타내었다.
Local control을 위해 생명체 기준 농도에서의 공기 펌프량을 step change하여 공정의 독특성을 파악하고 이를 이용해 공정의 identification을 수 행하였으며 그 결과 자료를 분석하여 PID con- troller tuning을 수행하여 채택하고 있다.
그림 1. Local process instrumentation. 그림 2. Server program의 예.
3. 원격 통신 시스템
거리와 시간의 제약없이 실시간으로 오·폐수 의 처리 상태를 확인하기 위한 초고속통신망을 이 용하는 방법과 무선 통신 방법, 그리고 전화공중 망을 이용한 통신방법, 마지막으로 RS-232c를 이 용하는 방법 등이 있다.
RS-232c는 컴퓨터를 이용한 통신방법 중 가장 오래된 방법이다. 신호선 둘과 제어선 하나로 이 루어진 RS-232c통신은 그 간편함으로 여전히 계 측기기 등의 컴퓨터 통신방법으로 사용되고 있다.
하지만 RS-232c 방법은 직렬통신으로 인해 거리 에 제한이 있어 실제 15cm 이상의 통신은 에러 손실이 발생한다. 그리고 RS-232c의 확장이라고 할 수 있는 RS-485통신도 수백미터를 넘지 못하 며 그 이상의 거리에는 중계기를 달아 확장하여야 한다.
Internet을 이용한 IP통신은 전화공중망을 이용 하는 통신방법과 더불어 현재 많이 사용되고 있는 방법이며 앞으로의 발전 가능성이 가장 많은 방법 이다. 하지만 현재 도시권 중심으로 통신망이 활 발히 보급되고 있기는 하나 오·폐수 처리기가 주 로 시외지역에 있고 또한 산간지역이 위치하는 곳 도 있다. 따라서 이를 사용하기 위한 통신망 인프 라가 부족한 실정이다. 또한 사용료도 전화통신방 법에 비하여 작게는 4배에서 8배까지 비싸다.
무선을 이용한 통신방법은 주로 시외지역에 위
치하고 또 산악지역이 전 국토의 70%를 차지하고 있는 국내 실정에 어느 정도 부합되는 방법 중 하 나이다. 무엇보다도 오지 지역에 회선망의 공사가 불필요하다는 점이다. 무선통신 방법은 단파를 이 용한 방법, 초단파, 휴대전화망 그리고 위성통신방 법이 있다. 하지만 단파와 초단파를 이용한 방법 은 산간지역에 따라 송수신이 되지 않는 지역이 발생함으로 적합하지 않고 휴대전화나 위성통신 방법은 사용료가 비싸다는 단점이 있다. 하지만 최근 사용료의 저감과 기술의 발달로 그 활용도가 크게 높아질 전망이다.
전화공중망을 이용하는 방법은 회선의 사용료 가 싸고 그 인프라가 가장 잘 마련되어 있다는 장 점이 있다. 아무리 산간 오지라 하더라도 이미 전 화공중망이 마련되어 있어 국내 어디서나 통신망 에 대한 투자가 없어도 된다는 장점을 가지고 있 으며 부가적인 연결 또한 매우 손쉬운 방법이다.
그리고 IP통신망과의 연결이 손쉬워 그 풍부한 부 가기능을 활용할 수 있는 점도 있다. 현재 상업화 된 원격 통신 시스템은 전화공중망, 인터넷, 그리 고 무선 통신망을 이용한 방법이 있다. [그림 4]
에 원격 제어 및 모니터링 시스템의 개략도를 나 타내었다.
그림 3. One board microprocess의 module별 연관도.
그림 4. Local system의 원격통신의 예.
4. 시스템 적용 사례
pH, DO, 온도 센서를 장착한 원격 오·폐수 처 리 시스템의 실제 공정 적용 사례를 다음 [그림 5]
에 나타내었다. 본 적용 사례는 영남대학교 구내 식 당의 배출수를 처리하는 시스템에 설치된 예이다.
위성을 이용한 해수표층의 CO2분압 원격 측정 및 모니터링 시스템
현재 국제적으로 활발히 논의되고 있는 CO2문 제에서 머지 않은 장래에 CO2규제에 관한 국제적 협약이 체결될 것이고, 이 국제적 협상에서 보다 많은 데이터를 가진 국가가 보다 유리한 협상 위 치에 서게 될 것은 자명한 사실이다. 국내에서도 최근 서울대학교, 포항공과대학교 등을 비롯한 대 학 및 기업 연구소 그리고 환경부 등 국가 기관에 서 연구를 시작하고 있어 선진국의 기기가 도입되 지 않을 수 없는 실정이다.
1. 해수표층 CO2분압 원격측정 및 모니터링 시스 템 개발
해수 표층의 CO2분압 측정 장치는 선박에 장착 하여 선박이 항해하는 동안 선박의 항로에 따라 CO2분압 데이터를 자동으로 자체 장착 컴퓨터에 의해 데이터를 획득하는 선박고정용 장치와 인공
위성 수신에 의해 데이터를 획득하는 해수 표면 부유형의 두종류가 개발되어 있다. 그 중 선박장 착용 CO2분압 자동 측정 시스템의 개발 기술은 두가지 부분으로 나뉘어진다. 그 첫째 부분이 CO2
분압을 읽어내는 분석 시스템 부분이며, 두번째 부 분은 분석기기의 CO2분압 데이터와 위치 혹은 시 간데이터의 획득, 저장 및 실시간 전송 부분이다.
우선 첫째 부분인 CO2분압의 분석 시스템은 또 다시 두가지의 주요 요소로 이루어진다. 그 첫째 는 물질교환장치(Exchange Cell)이며, 두번째 요 소는 분석분광기(Spectro-photometer)이다. 물질 교환장치(Exchange Cell)부분은 CO2가 침투 가능 한 실리콘막(Silicon Membrane)과 pH Indicator 로부터 해수분리장치로 이루어진다. 실리콘막으로 의 CO2확산에 의해 Color Indicator와 해수 내의 CO2간의 평형상태가 이루어지게 되고 이때의 Color Indicator에서의 분광학적 분석에 따라 해수 내의 CO2분압을 얻게 된다. Color Indicator는 공인 된 표준 물질 Certified Reference Material(CRM), 즉 표준 Na2CO3에 대한 시약의 해수내의 CO2에 의한 변색 정도에 따른 분광학적 분석에 의해 CO2
분압을 읽게 된다.
두번째 부분인 데이터의 획득, 저장 및 실시간 전송 시스템은 해수 부유형인가, 선박 장착용인가 에 따라 달라진다. 해수 부유형의 경우 해수면 CO2분압 데이터를 사용자가 원하는 시간 간격으 로 작동이 일어나도록 내장된 Microcomputer에 서 자동 제어되도록 설치하여 이 데이터를 인공위 성으로 수신하고 사용자는 인공위성 송신 서비스 를 통해 데이터를 실시간으로 수신하게 된다. 송 수신 시스템의 계략도는 [그림 6]에 나타내었다.
선박 장착형은 제품에 부착된 Computer에서 D/A, D/D장치를 통해 전체 System이 작동하고 또 시간별로 얻어진 CO2분압 데이터는 A/D, D/D 장치에 의해 획득하여 데이터 프로세싱을 거 그림 5. 실제 현장의 적용사례(영남대학교).
쳐 컴퓨터 하드웨어에 일정한 시간 간격으로 저장 되어지도록 하고 있다. 전체적인 선박용 제품의 개략도는 [그림 7]과 같다.
2. 해수 부유형 CO2분압 원격 모니터링 시스템 해수 부유형 CO2분압 원격 모니터링 시스템으 로서 현재 판매되고 있는 유일한 외국제품은 약
$35,000 정도의 가격에 달하는 제품명 CARIOCA 라는 장치이다[그림 8].
이 제품은 6개월 간의 수명을 가지며 분석 기법 은 화학 시약에 의한 시료의 색료 변화를 2개의 IR 파장으로 분석하는 간략한 형태의 방법을 사용 하고 있어 그 측정 결과의 질을 높여야 한다는 숙
제를 안고 있다. 이들 제품이 현재 국내에서 연구 되어지고 있으며 년내에 국산화될 전망이다.
결 론
향후 환경 모니터링 시스템의 중요성은 점차 크 게 대두될 것이며 시장의 규모가 빠른 속도로 증 가할 것이다. 점차 증가하는 시장성과 환경보존을 위한 필수적 시스템으로서의 역할 담당 요구로 그 개발에 박차를 가하고 있다. 아울러 화학 공정 시 스템 분야의 연구가 환경공학의 중요한 분야를 이 룰 수 있음을 보여주고 있고 또 궁극적으로 지구 환경의 보존을 위한 필수적인 분야로 자리매김할 수 있다는 것을 보여주는 좋은 본보기가 될 것이 라 생각된다.
그림 6. 위성 송수신 시스템 계략도.
그림 7. 선박용 제품의 개략도.
그림 8. CARIOCA 시스템.
