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최신 IoT 환경에 맞는 ICT 융합형 스마트 유지관리를 위한 핵심장치로 스마트 디바이스를 개발하였다. 이는 IoT 표준 프로토콜에 의한 벤더 독립적인 시스템을 구축하여 시스템에 대한 객관적인 진단과 제어가 가능하고 실시간으로 상황이 관리되므로 기존에 비해 위험 대처에 훨씬 더 능동적으로 대처할 수 있다.

 

글 조수억(서일대학교 전기공학과 교수)

 

IoT Device 기반 사물인터넷 플랫폼 구성도

 

 

사물인터넷 환경에서의 지능형 IoT 디바이스 필요


안전과 직결되는 승강기 유지관리의 부실 문제를 해결하기 위해 사물인터넷(IoT) 기반의 엘리베이터 안전과 유지보수를 위한 스마트 디바이스를 개발하게 되었다. 본 과제에서 개발된 지능형 IoT 게이트웨이 장치는 엘리베이터 운행, 고장, 승객 갇힘 상태를 실시간으로 감시하고, 제어함으로써 엘리베이터 안전사고를 사전에 판단하고 신속하게 대응하는 서비스를 제공한다.
글로벌 승강기 제조업체들은 IoT를 기반으로 한 승강기 시장을 선점하기 위해 기계학습(Machine Learning), IoT플랫폼, 빅데이터를 활용한 스마트 어드바이저(Smart Advisors) 등 핵심 원천기술 개발 및 서비스 활성화를 위해 노력하고 있다. 다국적 글로벌 승강기기업들은 저마다 별도의 SI(System Integartion)를 구축하고 이를 외부에 오픈하지 않고 있다.
이에 본 과제에서는 국내 승강기산업의 해외 기술 의존을 벗어나기 위해 프로토콜을 표준화해 국가표준으로 공개하여 투명하게 운영하고자 하였다. 먼저 단체표준을 제정하고, 이후 국가표준을 지향함으로써 공익적 목표를 달성하고, 매일 일상적으로 사용하고 있는 엘리베이터의 안전을 담보할 수 있는 IoT기반의 시스템 플랫폼을 개발하는 것이 필요하다. 또한 현장에서의 상황을 정확하게 이해하고 의미 있는 데이터를 신뢰성 있게 확보하고, 센터와 쌍방향 통신이 안전하게 가능한 사물인터넷 환경에서의 지능형 IoT 디바이스의 개발이 필요하였다.

 

 

예측 가능한 유지보수 체계 구축을 목표로 한 연구


본 과제의 개발 목표는 사물인터넷(IoT) 기반의 디지털 융합서비스의 확산, 국가현안 해결 및 산업 활성화의 핵심동력으로 승강기 분야의 예측 가능한 유지보수 체계를 구축하는 것이다. 그렇게 하기 위하여 제조사/벤더에 독립적인 지능형 IoT 기반 엘리베이터 안전 표준 프로토콜을 개발하였다. 엘리베이터 주요 제조사/모델의 제품 리소스를 모델링하고 적용하였으며, 사물인터넷(IoT) 및 웹 표준 기반의 엘리베이터 진단, 제어항목, 주요 부품별 측정항목을 정의하였다. 또한 지능형 IoT 디바이스 소프트웨어 플랫폼을 설계·구현하였다. 표준 프로토콜 및 리소스 모델 기반의 확장 가능한 승강기 IoT 플랫폼을 개발하고, HTTP, CoAP, MQTT, DTLS 등 IoT Standard Stack을 적용, IoT 디바이스를 개발하였다. 이를 통해 임베디드 시스템 보드설계, 제작, 고성능 프로세서 기반의 탁월한 성능(확장성, 내구성, 저전력, 저비용), 다양한 폼펙터(Form-Factor) 및 인터페이스 제공, 임베디드 Linux 지원, 입출력 포인터(계측치, 적산량, 경보, 상태)의 실시간 데이터 수집 및 전달처리가 가능하다. 또한 엘리베이터용 전력변환장치의 전력반도체 열화 진행상태 추적 알고리즘을 개발하였다. 전력변환장치의 온도센서 회로의 신뢰성 확보, 과도 열저항의 트랜드를 분석하여 전력변환장치의 수명 및 고장 모드 분석, 온도, 전압과 전류를 계측하여 통신 신뢰성 및 수명, 열화정도를 파악하였다.

 

 

IoT 기반 스마트 디바이스의 활용성


본 과제는 IoT Device 국내 최초 국제표준 IETF CoAP 상호운용성 시험을 모두 통과하였다. 2017년 7월 TTA는 CoAP 장치간 온전한 상호 연동을 확인할 수 있는 시험절차 표준을 제정하였으며, 이를 기반으로 하여 CoAP 상호 연동 TTA Verified 인증기준을 제정하였다. 7월 4일 개시한 ‘CoAP 상호 연동 TTA Verified’ 시험·인증서비스에 대해 ㈜엠투엠테크의 ELSA(Elevator Smart Advisor) IoT Gateway에 대한 시험을 완료하였으며, 8월 11일 최초 인증서를 수여받았다. 국제표준 IETF CoAP 상호운용성 시험(CoAP 상호 연동 TTA Verified)을 모두 통과하였다.
본 연구는 중소기업 특화형 엘리베이터 원격 케어 시스템을 확보하여 중소기업 엘리베이터 안전 표준 인터페이스 디바이스로 시스템 감시 모니터링 및 제어에 활용이 가능하다. 엘리베이터 안전과 위험관리에 대한 국가 관리체계 기반을 마련하여 노후승강기에 대한 향후 관리계획 수립에 활용할 수 있으며, 불합격 및 휴지 중인 엘리베이터에 대한 운행 안전 체계로도 활용이 가능하다.
승강기산업은 ‘제조→설치→유지보수→리모델링’을 반복하는 일종의 리사이클링 산업으로 유지보수가 중요하다. 승객의 안전은 물론 LCC 비용을 최소화 하는 것이 관건이다. 국내 및 해외 승강기 글로벌 주요 기업에서는 자체 프로토콜로 개발한 제품으로 국내 영세 중소기업들의 기술 진입장벽을 높이고 있다. 특히 ICBMA(IoT·Internet of Things·사물인터넷), Cloud Computing·클라우드 컴퓨팅, Big data·빅데이터, Mobile·모바일, AI·Artificial Intelligence·인공지능)로 대변되는 제4차 산업혁명 시대에 와서는 기술경쟁이 더욱 치열해지고 있다. 본 과제를 수행함으로써 이러한 기술을 접목하여 승강기 관리 고도화가 가능하게 되었다. IoT 표준 프로토콜에 의한 벤더 독립적인 시스템을 구축하여 시스템에 대한 객관적인 진단과 제어가 가능하고 실시간으로 상황이 관리되므로 기존에 비해 위험 대처에 훨씬 더 능동적으로 대처할 수 있기 때문이다.
국가차원의 승강기 안전운행에 대한 실시간 관리체계 구축이 시급하다. 이를 위해서는 제조사/모델별로 각기 다른 제어반과 통신 프로토콜로서는 관리에 한계가 있다. 산업생태계의 선순환 구조의 촉매제로서의 스마트 예지 보전 시스템을 도입해야 한다. 요즘과 같이 정보통신기술(ICT)의 융합이 활발한 시기에 맞추어 추진하고 있는 IoT 기반의 진단 및 제어 시스템이 제자리를 잡기까지는 기존 업체와의 협력이 필요하며 이에 관련 정책 및 관리 주체 담당자의 세심한 관심이 필요하다.

 

 

tip.
산학연 서울지역협회 우수과제 전시회

대학·연구기관이 보유한 연구개발 인프라를 활용해 기술기반이 취약한 중소기업의 기술혁신능력 제고 및 혁신기술의 사업화를 촉진할 수 있도록 중소벤처기업부와 서울특별시에서 사업비를 지원해 신기술을 개발하고 그 성과를 전시한다.
본 과제는 서일대학교와 ㈜엠투엠테크가 2017년부터 2018년까지 공동 개발한 기술로 ‘사물인터넷(IoT) 기반의 엘리베이터 안전과 유지보수를 위한 스마트 디바이스 개발’을 주제로 하고 있으며 2018년 산학연 서울지역협회 우수과제로 (사)한국산학연협회장 표창장을 수상했다.

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