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KR20230105496A - Automatic operation system and method of belt press type dehydrator using AI based on image analysis and machine learning - Google Patents

Automatic operation system and method of belt press type dehydrator using AI based on image analysis and machine learning Download PDF

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KR20230105496A
KR20230105496A KR1020220000944A KR20220000944A KR20230105496A KR 20230105496 A KR20230105496 A KR 20230105496A KR 1020220000944 A KR1020220000944 A KR 1020220000944A KR 20220000944 A KR20220000944 A KR 20220000944A KR 20230105496 A KR20230105496 A KR 20230105496A
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KR
South Korea
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sludge
coagulant
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pump
probability
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백송현
문석진
Original Assignee
(주)유천엔지니어링
백송현
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Abstract

머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템이 개시된다. 개시된 자동운전시스템은, 혼합슬러지가 하부 탈수벨트와 상부 탈수벨트 사이를 통과하면서 탈수가 이루어지는 벨트 탈수부와, 상기 하부 탈수벨트에 상기 혼합슬러지를 공급하는 중력 탈수부로 이루어진 벨트프레스식 탈수기; 혼합슬러지를 촬영하여 슬러지 영상을 획득하고, 획득된 영상을 실시간으로 AI 제어부에 전송하는 영상획득부; 슬러지펌프와 응집제펌프에 의해 슬러지와 응집제를 공급받아 혼합하고, 혼합된 혼합슬러지를 상기 중력탈수부에 공급하는 교반조; 상기 슬러지펌프와 상기 교반조를 연결하는 제1연결유로상에 설치되어 공급되는 슬러지 현재투입량을 검출하는 슬러지 유량계; 상기 응집제펌프와 상기 교반조를 연결하는 제2연결유로상에 설치되어 공급되는 응집제 현재투입량을 검출하는 응집제유량계; 상기 슬러지 펌프와 응집제 펌프를 구동제어하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터 장치와, 상기 VVVF 인버터장치에 펌프 제어신호를 전송하는 PID 컨트롤러로 이루어져, 상기 슬러지 펌프와 상기 응집제펌프 각각의 토출유량을 제어하는 펌프제어부; 상기 영상획득부로부터 상기 슬러지 영상을 수신하고, 수신된 슬러지 영상에서 슬러지 형상이미지를 획득하며, 상기 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하고, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 보정투입량을 산출하여, 응집제 보정투입량을 상기 펌프제어부에 전송하는 AI제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. An automatic operation system of a belt press type dehydrator using AI based on machine learning is disclosed. The disclosed automatic operation system includes a belt press type dehydrator composed of a belt dewatering unit in which mixed sludge is dehydrated while passing between a lower dewatering belt and an upper dewatering belt, and a gravity dewatering unit that supplies the mixed sludge to the lower dewatering belt; An image acquisition unit for acquiring a sludge image by photographing the mixed sludge and transmitting the obtained image to the AI control unit in real time; An agitation tank for receiving and mixing the sludge and the coagulant by the sludge pump and the coagulant pump, and supplying the mixed sludge to the gravity dewatering part; a sludge flowmeter installed on a first connection passage connecting the sludge pump and the stirring tank to detect a current input amount of sludge supplied; a coagulant flowmeter installed on a second connection passage connecting the coagulant pump and the stirring tank to detect a current input amount of the coagulant supplied; It consists of a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter device for driving and controlling the sludge pump and the flocculant pump, and a PID controller for transmitting a pump control signal to the VVVF inverter device to control the discharge flow rate of each of the sludge pump and the flocculant pump a pump control unit; Receiving the sludge image from the image acquisition unit, acquiring a sludge shape image from the received sludge image, inputting the sludge shape image to a machine learning learning model to derive a probability for each type of sludge agglomeration state, and It is characterized in that it comprises a; AI control unit for calculating the coagulant correction input amount according to the probability, and transmitting the coagulant correction input amount to the pump control unit.

Description

머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법{Automatic operation system and method of belt press type dehydrator using AI based on image analysis and machine learning}Automatic operation system and method of belt press type dehydrator using AI based on image analysis and machine learning}

본 발명은 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응집제가 혼합된 혼합슬러지의 형상이미지를 머신러닝을 통해 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하고, 도출된슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 투입량이 최적상태가 되도록 자동제어하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an automatic operation system and method for a belt press type dehydrator using machine learning-based AI, and more particularly, to derive a probability for each type of sludge agglutination state through machine learning of a shape image of a mixed sludge mixed with a coagulant, and , It relates to an automatic operation system and method for a belt press dehydrator using machine learning-based AI that automatically controls the amount of coagulant to be optimal according to the probability of each type of sludge flocculation state derived.

통상적으로 폐수 및 정수처리과정에서는 필연적으로 슬러지라는 부산물이 발생하며, 이러한 슬러지들은 수거가 용이하게 하기 위해 탈수처리하도록 구성된다. In general, wastewater and water treatment processes inevitably generate by-products called sludge, and these sludges are configured to be dehydrated to facilitate collection.

이에, 폐기 슬러지를 탈수처리하는 다양한 탈수장치가 개발되어 사용되고 있으며, 이중에서 유지보수와 탈수성능이 뛰어난 벨트프레스식 탈수장치가 가장 많이 사용되고 있다. Accordingly, various dewatering devices for dewatering waste sludge have been developed and used, and among them, a belt press type dewatering device with excellent maintenance and dehydration performance is most often used.

벨트프레스식 탈수기는 슬러지를 탈수여과포로 구성되는 하부 탈수벨트와 상부 탈수벨트 사이로 공급하여 이송되어지면서 하부 탈수벨트와 상부 탈수벨트가 합치된 후 압력롤러의 가압에 의해 케익화되게 탈수처리하도록 구성된다. The belt press type dehydrator feeds and transfers the sludge between the lower dewatering belt and the upper dehydrating belt composed of dehydration filter cloth, and after the lower dehydration belt and the upper dehydration belt are combined, the pressure roller pressurizes the sludge to form a cake. It is configured to dehydrate. .

벨트프레스식 탈수기는 케익화된 탈수슬러지의 부피를 최소화하기 전단에서 슬러지와 고분자(폴리머) 응집제를 혼화하고 있으며, 이러한 혼화과정은 탈수 효율을 좌우하는 중요한 요소이다. The belt press type dewatering machine mixes the sludge with a polymer (polymer) coagulant at the front to minimize the volume of the caked dewatering sludge, and this mixing process is an important factor that determines the dewatering efficiency.

응집제 투입량이 많으면 듬성듬성하게 불규칙하게 덩어리진 탈수슬러지가 생성되고, 응집제 투입량이 적으면 슬러지가 묽어져서 물이 많아져 전체적으로 부피가 커지고 함수율이 커지는 문제가 생긴다. If the amount of coagulant input is large, sparsely and irregularly lumped dewatered sludge is generated, and if the amount of coagulant input is small, the sludge becomes thin and contains more water, resulting in a problem that the overall volume and moisture content increase.

특히, 공급되는 초기 슬러지는 성상이 수시로 변하기 때문에 그때마다 응집제 투입량을 적정하게 조절해 주어야 한다. In particular, since the properties of the initial sludge supplied change frequently, the amount of coagulant input must be appropriately adjusted each time.

하지만, 기존에는 근무자가 혼화농도가 바뀔때마다 슬러지를 육안으로 관찰하여 경험을 바탕으로 수동으로 응집제 펌프를 조절하여 고분자 응집제 투입량을 조절했기 때문에, 처리효율이 저하되고 불필요한 응집제의 사용 등에 따른 비용이 많이 발생되고 있다. However, in the past, workers visually observed the sludge whenever the mixing concentration changed and manually adjusted the coagulant pump based on experience to adjust the input amount of the polymer coagulant, which lowered the treatment efficiency and reduced the cost due to the use of unnecessary coagulant. A lot is happening.

본 출원인(유천 엔지니어링)은 공개특허 10-1997-0064684호, 등록실용신안 20-0219763호에서 교반기에 슬러지펌프와 응집제펌프를 접속시켜 슬러지와 응집제가 공급 혼합되도록 하되 슬러지 공급통 내에 수위감지센서를 설치하여 이 수위감지센서의 감지가 제어장치부에 보내져 제어장치부에서 슬러지의 높이가 설정치로 되고 응집제의 투입량이 최적상태가 되도록 슬러지 및 응집제펌프를 제어하는 벨트프레스식 탈수기의 자동제어장치를 제시하였다. The present applicant (Yoocheon Engineering) connects a sludge pump and a coagulant pump to an agitator in Publication Patent Publication No. 10-1997-0064684 and Registered Utility Model No. 20-0219763 to supply and mix the sludge and coagulant, but a water level sensor in the sludge supply container By installing, the detection of this water level sensor is sent to the control unit, and the control unit controls the sludge and coagulant pump so that the sludge height becomes the set value and the coagulant input amount is optimal. did

하지만, 슬러지 공급통의 수위감지를 통해서 응집제의 투입량이 최적상태가 되도록 슬러지 및 응집제 펌프를 제어하는 것은 정밀도가 떨어지도 만족할만한 수준의 투입량 조절이 이루어지지 못해 실질적으로는 탈수기의 자동운전이 이루어지지 못하는 문제가 있었다. However, controlling the sludge and coagulant pump so that the input amount of the coagulant is optimal through the detection of the water level in the sludge supply trough does not achieve a satisfactory level of control of the input amount even though the accuracy is low, so the automatic operation of the dehydrator is not achieved in practice. there was a problem i couldn't

공개특허 10-1997-0064684호Patent Publication No. 10-1997-0064684 등록실용신안 20-0219763호Registered Utility Model No. 20-0219763 공개특허 10-2012-0137796호Publication No. 10-2012-0137796

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 응집제가 혼합된 혼합슬러지의 형상이미지를 머신러닝을 통해 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하고, 도출된슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 투입량이 최적상태가 되도록 자동제어하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention was devised to solve the conventional problems as described above, and the shape image of the mixed sludge mixed with the flocculant was derived through machine learning to derive the probability for each type of sludge agglomeration state, and the flocculant The purpose is to provide an automatic operation system and method for a belt press type dehydrator using machine learning-based AI that automatically controls the amount of input to be optimal.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다. However, the object of the present invention is not limited thereto, and even if not explicitly mentioned, the purpose or effect that can be grasped from the solution or embodiment of the problem is also included therein, of course.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템은 응집제가 혼합된 혼합슬러지가 하부 탈수벨트와 상부 탈수벨트 사이를 통과하면서 탈수가 이루어지는 벨트 탈수부와, 상기 하부 탈수벨트에 상기 혼합슬러지를 1차적으로 탈수시켜 공급하는 중력 탈수부로 이루어진 벨트프레스식 탈수기; 상기 벨트프레스식 탈수기에서 탈수되고 있는 혼합슬러지를 촬영하여 슬러지 영상을 획득하고, 획득된 영상을 실시간으로 AI 제어부에 전송하는 영상획득부; 슬러지펌프와 응집제펌프에 의해 슬러지와 응집제를 공급받아 혼합하고, 혼합된 혼합슬러지를 상기 중력탈수부에 공급하는 교반조; 상기 슬러지펌프와 상기 교반조를 연결하는 제1연결유로상에 설치되어 공급되는 슬러지 현재투입량을 검출하는 슬러지 유량계; 상기 응집제펌프와 상기 교반조를 연결하는 제2연결유로상에 설치되어 공급되는 응집제 현재투입량을 검출하는 응집제 유량계; 상기 슬러지 펌프와 응집제 펌프를 구동제어하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터 장치와, 상기 VVVF 인버터 장치에 펌프 제어신호를 전송하는 PID 컨트롤러로 이루어져, 상기 슬러지 펌프와 상기 응집제펌프 각각의 토출유량을 제어하는 펌프 제어부; 상기 영상획득부로부터 상기 슬러지 영상을 수신하고, 수신된 슬러지 영상에서 슬러지 형상이미지를 획득하며, 상기 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하고, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 보정투입량을 산출하여, 산출된 상기 응집제 보정투입량을 상기 펌프제어부에 전송하는 AI제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the automatic operation system of a belt press type dewatering machine using machine learning-based AI of the present invention is a belt dewatering unit in which dehydration is performed while the mixed sludge mixed with the coagulant passes between the lower dewatering belt and the upper dewatering belt. and a belt press type dehydrator comprising a gravity dewatering unit that primarily dehydrates and supplies the mixed sludge to the lower dewatering belt; an image acquisition unit that acquires a sludge image by photographing the mixed sludge being dewatered in the belt press type dehydrator and transmits the obtained image to an AI control unit in real time; An agitation tank for receiving and mixing the sludge and the coagulant by the sludge pump and the coagulant pump, and supplying the mixed sludge to the gravity dewatering unit; a sludge flowmeter installed on a first connection passage connecting the sludge pump and the stirring tank to detect a current input amount of sludge supplied; a coagulant flowmeter installed on a second connection passage connecting the coagulant pump and the stirring tank to detect a current input amount of the coagulant supplied; It consists of a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter device for driving and controlling the sludge pump and the flocculant pump, and a PID controller for transmitting a pump control signal to the VVVF inverter device to control the discharge flow rate of each of the sludge pump and the flocculant pump a pump control unit; Receiving the sludge image from the image acquisition unit, obtaining a sludge shape image from the received sludge image, inputting the sludge shape image to a machine learning learning model to derive a probability for each type of sludge agglomeration state, and It is characterized in that it comprises a; AI control unit for calculating the coagulant correction input amount according to the probability, and transmitting the calculated coagulant correction input amount to the pump control unit.

상기 중력 탈수부는 일측부에 상기 교반조로부터 혼합슬러지를 공급받는 공급탱크가 구비되며, 상기 공급탱크의 측부에서 회전하면서 외주면을 통해 혼합슬러지를 회전이동시키고 외주면에 형성된 탈수공을 통해 혼합슬러지의 수분의 제거가 이루어지게 하며 상기 하부 탈수벨트상에 혼합슬러지를 떨어뜨려 공급되게 하는 드럼시크너로 구성되며, 상기 영상획득부는 상기 드럼시크너의 외주면을 통해 회전이동되는 혼합슬러지의 혼합슬러지의 이미지를 획득하여 상기 AI제어부에 전송하도록 구성될 수 있다. The gravity dewatering part is provided with a supply tank for receiving mixed sludge from the stirring tank at one side, and while rotating on the side of the supply tank, the mixed sludge is rotated and moved through the outer circumferential surface, and the moisture in the mixed sludge is passed through a dehydration hole formed on the outer circumferential surface. It is composed of a drum thickener that removes and supplies the mixed sludge by dropping it on the lower dewatering belt, and the image acquisition unit obtains an image of the mixed sludge rotatingly moved through the outer circumferential surface of the drum thickener. It may be configured to transmit to the AI control unit.

상기 AI제어부는, 상기 영상획득부로부터 수신되는 실시간 슬러지영상을 일정주기로 캡쳐하여 슬러지 형상이미지를 획득하고, 획득된 슬러지 형상이미지를 머신러닝 모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하는 응집상태판단부; 상기 응집제 유량계로부터 응집제 현재투입량를 수신받고, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 상기 응집제 현재투입량을 소정비율로 증감시켜 상기 응집제 보정투입량을 산출하는 공급량산출부;를 포함하도록 구성될 수 있다. The AI control unit captures the real-time sludge image received from the image acquisition unit at regular intervals to obtain a sludge shape image, and inputs the obtained sludge shape image to a machine learning model to determine the agglomeration state of deriving a probability for each type of sludge aggregation state wealth; A supply amount calculation unit that receives the current input amount of the coagulant from the flocculant flowmeter and calculates the corrected amount of the coagulant input by increasing or decreasing the current input amount of the coagulant at a predetermined rate according to the probability of each type of the sludge flocculation state.

상기 응집상태판단부는, 상기 슬러지 형상이미지에 대해 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 슬러지 응집상태 유형별 확률을 도출하며, 상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형에 따라 상기 응집제 보정투입량을 산출하여 상기 펌프 제어부에 전송하도록 구성될 수 있다. The flocculation state determination unit derives a probability for each type of sludge aggregation state consisting of coagulant normal A type, coagulant excessive coagulant type B, coagulant insufficient coagulant C type, and sludge supply poor D type with respect to the sludge shape image, and the supply amount calculation unit calculates the sludge It may be configured to calculate the correction input amount of the coagulant according to the type having the highest probability in the probability of each type of aggregation state and transmit it to the pump control unit.

상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제정상 A유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량 대비 증감없이 상기 응집제 현재투입량과 동일하게 응집제 보정투입량으로 산출하며, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제과다 B유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량에 대해 기 설정된 투입감소비율로 낮아지도록 응집제 보정투입량을 산출하며, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제부족 C유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량에 대해 기 설정된 투입증가비율로 높아지도록 응집제 보정투입량을 산출하도록 구성될 수 있다. The supply amount calculation unit calculates the coagulant correction input amount identical to the coagulant current input amount without increase or decrease compared to the coagulant current input amount, when the type with the highest probability in the probability of each type of sludge coagulation state is the coagulant phase type A, and the sludge coagulation If the type with the highest probability in the probability of each state type is the excess flocculant type B, the corrected amount of coagulant input is calculated so as to be lowered at a preset input reduction ratio with respect to the current amount of coagulant input, and the highest probability in the probability of each type of sludge flocculation state When the type is the coagulant shortage type C, it may be configured to calculate the corrected coagulant input amount so as to increase at a preset input increase rate with respect to the current coagulant input amount.

상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 슬러지공급불량 D유형인 경우, 응집제 보정투입량과 더불어 슬러지 보정투입량을 모두 0으로 정하여 상기 펌프 제어부에 전송함으로써, 상기 슬러지펌프와 상기 응집제펌프가 모두 구동정지되도록 구성될 수 있다. The supply amount calculation unit, when the type with the highest probability in the probability of each type of sludge coagulation state is the sludge supply failure type D, sets both the corrected input amount of the sludge as 0 along with the corrected amount of the coagulant and sends it to the pump control unit, so that the sludge pump And the coagulant pump may be configured so that both drive is stopped.

상기 응집상태판단부는, 상기 슬러지 형상이미지에 대해 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 슬러지 응집상태 유형별 확률을 도출하며, 상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률을 바탕으로 산출식(1)에 따라 응집제 보정 투입량을 산출하도록 구성되며, 상기 산출식(1)은,The flocculation state determination unit derives a probability for each type of sludge aggregation state consisting of coagulant normal A type, coagulant excessive coagulant type B, coagulant insufficient coagulant C type, and sludge supply poor D type with respect to the sludge shape image, and the supply amount calculation unit calculates the sludge It is configured to calculate the coagulant correction input amount according to the calculation formula (1) based on the probability of each type of aggregation state, and the calculation formula (1) is,

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, A는 응집제 현재투입량, Q1은 투입증가비율, P1은 응집제부족 C유형의 확률, Q2는 투입감소비율, P2는 응집제과다 B유형의 확률)으로 구성되는 것이다. (Where A is the current input amount of coagulant, Q1 is the input increase rate, P1 is the probability of type C with insufficient coagulant, Q2 is the rate of decrease in input, P2 is the probability of type B with excess coagulant).

상기한 바에 따르면, 탈수되는 슬러지 형상이미지를 통해 머신러닝을 이용해 슬러지 응집상태 유형별 확률을 기계학습하여 도출해내서 응집상태 유형별 확률을 바탕으로 응집제의 투입량을 자동 조절하여, 기존의 방식에 비해 벨트프레스식 탈수기가 슬러지의 함수율을 만족할만한 수준으로 저감시켜 슬러지 탈수처리할 수 있도록 효율적으로 탈수기 자동운전상태를 유지할 수 있으며, 이에 탈수 슬러지의 처리비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. According to the above, the probabilities for each type of sludge flocculation state are derived by machine learning using machine learning through the image of the shape of the dewatered sludge, and the amount of coagulant is automatically adjusted based on the probability for each type of agglutination state. The dehydrator can reduce the moisture content of the sludge to a satisfactory level and efficiently maintain the automatic operation state of the dehydrator so that the sludge can be dehydrated, thereby significantly reducing the treatment cost of the dehydrated sludge.

더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다. In addition, the various beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템을 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템의 제어블록도이고,
도 3은 본 발명의 슬러지 형상이미지를 슬러지응집상태 유형으로 분류하여 나타낸 이미지사진이고,
도 4는 본 발명의 제어반에 구성된 확률표시모니터의 화면을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템을 나타낸 개념도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템의 제어블록도이다.
1 is a conceptual diagram showing an automatic operation system for a belt press type dehydrator using AI based on machine learning according to a first embodiment of the present invention;
2 is a control block diagram of an automatic operation system of a belt press type dehydrator using AI based on machine learning according to a first embodiment of the present invention;
Figure 3 is an image photograph showing the sludge shape image of the present invention classified into sludge agglomeration state types,
4 is a diagram showing a screen of a probability display monitor configured in a control panel of the present invention;
5 is a conceptual diagram showing an automatic operation system for a belt press type dehydrator using AI based on machine learning according to a second embodiment of the present invention;
6 is a control block diagram of an automatic operation system for a belt press type dehydrator using AI based on machine learning according to a second embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective description of technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성 요소들이 이 같은 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다. Embodiments described in this specification will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, the shape of the illustrated drawings may be modified due to manufacturing techniques and/or tolerances. Therefore, embodiments of the present invention are not limited to the specific shapes shown, but also include changes in shapes generated according to manufacturing processes. For example, an etched region shown at right angles may be round or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have attributes, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are for exemplifying a specific form of a region of an element and are not intended to limit the scope of the invention. Although terms such as first and second are used to describe various components in various embodiments of the present specification, these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Terms used in this specification are for describing embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. The terms 'comprises' and/or 'comprising' used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. In describing the specific embodiments below, various specific contents are prepared to more specifically describe the invention and aid understanding. However, a reader having knowledge in this field to the extent of being able to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not greatly related to the invention are not described in order to prevent confusion for no particular reason in explaining the present invention.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, an automatic driving system and method for a belt press dehydrator using AI based on machine learning according to a first embodiment of the present invention will be described.

머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템은, 벨트프레스식 탈수기(10), 영상획득부(20), 교반조(30), 펌프제어부(40), AI제어부(50)을 포함하도록 구성되며, 펌프제어부(40), AI제어부(50)는 제어반(A)에 구성될 수 있다. The automatic operation system of a belt press type dehydrator using AI based on machine learning is a belt press type dehydrator 10, an image acquisition unit 20, an agitation tank 30, a pump control unit 40, and an AI control unit 50. It is configured to include, and the pump control unit 40 and the AI control unit 50 may be configured in the control panel (A).

벨트프레스식 탈수기(10)는 벨트 탈수부(11)와 중력탈수부(15)를 포함하도록 구성된다. The belt press type dehydrator 10 is configured to include a belt dewatering unit 11 and a gravity dehydration unit 15.

벨트탈수부(11)는 슬러지와 응집제가 혼합된 혼합슬러지가 중력탈수부(15)로부터 하부 탈수벨트(12)로 올려져 공급이 이루어지면, 탈수여과포로 이루어진 하부 탈수벨트(12) 상에서 이송되다가 하부 탈수벨트(12)와 상부 탈수벨트(13) 사이로 진입하고, 하부 탈수벨트(12)와 상부 탈수벨트(13)가 합치되어 압력롤러(14)의 가압력에 의해 탈수가 이루어지는 벨트가압식 탈수부로서, 이러한 벨트 탈수부(11)는 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략한다. In the belt dewatering unit 11, when mixed sludge mixed with sludge and coagulant is lifted from the gravity dehydration unit 15 to the lower dewatering belt 12 and supplied, it is transported on the lower dehydration belt 12 made of dehydration filter cloth. A belt pressure type dewatering unit that enters between the lower dewatering belt 12 and the upper dewatering belt 13, and dewatering is performed by the pressing force of the pressure roller 14 when the lower dewatering belt 12 and the upper dewatering belt 13 are combined. , This belt dewatering unit 11 is a well-known technology, and a detailed description thereof will be omitted.

중력탈수부(15)는 교반조(30)로부터 혼합슬러지가 공급되고, 혼합슬러지에서 수분을 제거하여 1차적인 탈수 처리가 이루어지게 하고 벨트 탈수부(11)에 1차 탈수처리된 혼합슬러지를 공급하도록 구성된다. The gravity dewatering unit 15 supplies the mixed sludge from the agitating tank 30, removes moisture from the mixed sludge to perform a primary dehydration process, and removes the mixed sludge that has undergone primary dehydration in the belt dewatering unit 11. configured to supply

중력탈수부(15)는 일측부에 교반조(30)로부터 혼합슬러지를 공급받는 공급탱크(17)가 구비되고, 공급탱크(17)의 측부에서 회전하면서 외주면을 통해 혼합슬러지를 회전이동시키면서 외주면에 형성된 탈수공을 통해 혼합슬러지의 수분이 중력에 의해 탈수되어 수분제거가 이루어지게 하며 1차 탈수 처리된 혼합슬러지를 하부 탈수벨트상으로 떨어지게 하여 공급하는 드럼시크너(16)로 구성된다. The gravity dehydration unit 15 has a supply tank 17 receiving mixed sludge from the agitation tank 30 on one side, and rotates on the side of the supply tank 17 while rotating and moving the mixed sludge through the outer circumferential surface. It is composed of a drum thickener (16) for supplying the mixed sludge by dropping it onto the lower dewatering belt so that the moisture in the mixed sludge is dehydrated by gravity through the dewatering hole formed in the dewatering hole to remove moisture.

드럼 시크너(16)는 원형 드럼 형태로 이루어지며, 외주면에 다수의 탈수공이 형성되어 있는 형태로서, 회전에 따라 공급탱크(17)에 수용된 혼합슬러지가 드럼시크너(16)의 외주면에 의해 회전 이송되면서 중력탈수가 이루어지고, 중력탈수가 이루어진 혼합슬러지는 하부로 배출되어 하부 탈수벨트(12) 상으로 공급되도록 구성된다. The drum thickener 16 is made in the form of a circular drum, and has a plurality of dewatering holes formed on the outer circumferential surface. As the drum thickener 16 rotates, the mixed sludge accommodated in the supply tank 17 is rotated by the outer circumferential surface of the drum thickener 16. Gravity dehydration is performed while being transferred, and the mixed sludge subjected to gravity dehydration is discharged to the bottom and supplied onto the lower dewatering belt 12.

영상획득부(20)는 웹캠 등의 카메라 수단으로 이루어지며, 드럼시크(16)의 외주면을 따라 회전이동되는 혼합슬러지의 형상이미지 영상을 획득하며, 획득된 혼합슬러지 영상을 AI 제어부(50)로 전송하도록 구성된다. The image acquisition unit 20 is composed of a camera means such as a webcam, acquires a shape image image of the mixed sludge rotated along the outer circumferential surface of the drum seek 16, and transmits the obtained mixed sludge image to the AI control unit 50. configured to transmit.

교반조(30)는 슬러지 펌프(32)와 응집제펌프(34)에 의해 슬러지와 응집제를 각각 공급받도록 구성되며, 공급된 슬러지와 응집제를 혼합시키고, 혼합된 혼합슬러지(슬러지+응집제)를 공급배관을 통해 중력탈수부(15)의 공급탱크(17)로 공급하도록 구성된다. The stirring tank 30 is configured to receive the sludge and the flocculant respectively by the sludge pump 32 and the flocculant pump 34, mix the supplied sludge and flocculant, and supply the mixed mixed sludge (sludge + flocculant) to the supply pipe It is configured to be supplied to the supply tank 17 of the gravity dehydration unit 15 through.

아울러, 교반조(30)와 슬러지 펌프(32)를 연결하는 제1연결유로상에는 슬러지 현재주입량을 검출하는 슬러지 유량계(36)가 구성되고, 교반조(30)와 응집제 펌프(34)를 연결하는 제2연결유로상에는 응집제 현재주입량을 검출하는 응집제 유량계(38)가 구성된다. 슬러지 유량계(36)는 검출한 슬러지 현재주입량을 AI 제어부(50)에 전송하도록 구성되며, 응집제 유량계(38)는 검출한 응집제 현재주입량을 AI 제어부(50)에 전송하도록 구성된다. In addition, a sludge flowmeter 36 for detecting the current injection amount of sludge is configured on the first connection passage connecting the stirring tank 30 and the sludge pump 32, and connecting the stirring tank 30 and the coagulant pump 34 A coagulant flowmeter 38 for detecting the current injection amount of the coagulant is configured on the second connection passage. The sludge flowmeter 36 is configured to transmit the detected current injection amount of sludge to the AI control unit 50, and the coagulant flowmeter 38 is configured to transmit the detected current injection amount of the flocculant to the AI control unit 50.

펌프제어부(40)는 슬러지 펌프와 응집제 펌프를 구동제어하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터 장치(42)와, VVVF 인버터 장치(42)에 펌프를 제어하기 위한 제어신호를 전송하는 PID 컨트롤러(44)로 이루어지며, I제어부(50)로부터 응집제 보정투입량, 슬러지 보정투입량을 수신하여, 수신된 응집제 보정투입량, 슬러지 보정투입량으로 응집제 투입과 슬러지 투입이 이루어지도록 슬러지 펌프(32)와 응집제펌프(34)의 토출을 제어하도록 구성된다. The pump control unit 40 includes a variable voltage variable frequency (VVVF) inverter device 42 that drives and controls the sludge pump and the coagulant pump, and a PID controller 44 that transmits a control signal to the VVVF inverter device 42 to control the pump. ), and receives the corrected input amount of coagulant and the corrected input amount of sludge from the I control unit 50, and the sludge pump 32 and the coagulant pump 34 so that the corrected input amount of the coagulant and the corrected input amount of the sludge are received. ) is configured to control the discharge of

AI 제어부(50)는 영상획득부(20)로부터 슬러지 형상이미지를 수신하고, 이 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델을 통해 판단하여 최적의 혼합슬러지 탈수가 이루어질 수 있는 응집제 투입보정량을 결정하고 결정된 응집제 투입보정량을 PID 컨트롤러(44)에 전송함으로써, 응집제펌프(34)를 제어하여 슬러지와 응집제가 최적의 혼합비율로 교반기(30)에 공급되어 최적의 혼합비율을 갖는 혼합슬러지가 벨트프레스식 탈수기(10)에 공급되는 자동운전제어가 이루어지게 한다. The AI control unit 50 receives the sludge shape image from the image acquisition unit 20, determines the sludge shape image through a machine learning learning model, determines the correction amount of the coagulant input that can achieve the optimal dewatering of the mixed sludge, and determines the coagulant By transmitting the input correction amount to the PID controller 44, the coagulant pump 34 is controlled to supply the sludge and coagulant to the agitator 30 at an optimal mixing ratio, so that the mixed sludge having the optimal mixing ratio is produced in the belt press type dehydrator ( 10) is supplied to the automatic operation control.

구체적으로 AI 제어부(50)는 응집상태 판단부(52)와 공급량 산출부(54)를 포함하도록 구성된다. Specifically, the AI control unit 50 is configured to include an aggregation state determining unit 52 and a supply amount calculating unit 54.

응집상태 판단부(52)는 영상획득부(20)로부터 실시간으로 수신되는 슬러지 영상을 일정주기로 캡쳐하여 슬러지 형상이미지를 획득하고, 획득된 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하도록 구성된다. The agglomeration state determination unit 52 captures the sludge image received in real time from the image acquisition unit 20 at regular intervals to obtain a sludge shape image, and inputs the obtained sludge shape image to a machine learning learning model to determine the sludge aggregation state by type It is configured to derive probabilities.

구체적으로, 응집상태 판단부(52)에 구축되는 머신러닝 학습모델은 슬러지 형상이미지를 400X300 이미지 사이즈로 하여 조정하여, 응집제 최적투입에 대한 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 4가지의 슬러지응집상태 유형으로 데이터 셋을 구성하고 표준인공신경망(CNN, Convolutional Neural Network) 구조로 학습시켜 ckpt 파일형태의 학습모델로 도출된 것으로 구성된다. Specifically, the machine learning learning model built in the flocculation state determination unit 52 adjusts the sludge shape image to a 400X300 image size, so that flocculant normal A type, flocculant excessive flocculant type B, flocculant insufficient flocculant type C, It is composed of a data set derived from a learning model in the form of a ckpt file by constructing a data set with four types of sludge aggregation state consisting of type D of sludge supply failure and learning with a standard convolutional neural network (CNN) structure.

여기서 슬러지 응집상태 유형별 데이터 셋은 아래의 표 1과 같다. Here, the data set for each type of sludge flocculation state is shown in Table 1 below.

분류 classification 유형LabelTypeLabel 이미지 특징image features 이미지 수number of images 응집제 정상coagulant top AA 혼합 슬러지 양호 mixed sludge good 1,8301,830 응집제 과다too much coagulant BB 혼합 슬러지 불균일하게 응고 Mixed sludge solidifies unevenly 1,7741,774 응집제 부족lack of coagulant CC 혼합 슬러지 묽어짐 Mixed sludge thinning 1,7901,790 응집제 공급분량Coagulant Supply Amount DD 슬러지 공급 불량 및 청소 Poor sludge supply and cleaning 1,8281,828

예를 들어, 도 3을 참조하면, 응집상태 유형별 이미지 중 A유형은 응집제 투입량이 정상(최적)으로 드럼시크너(16)에 의해 이송되는 혼합슬러지가 고르게 펴져서 이동이 이루어지는 형태이며, B유형은 응집제 투입량이 과다하여 드럼시크너(16)에 의해 이송되는 혼합슬러지가 불규칙하게 듬성듬성 뭉쳐진 형태이며, C유형은 응집제 투입량이 부족하여 드럼시크너(16)에 의해 이송되는 혼합슬러지가 너무 묽어진 형태이다. For example, referring to FIG. 3, among the images for each type of agglomeration state, type A is a form in which the mixed sludge transported by the drum thickener 16 is evenly spread and moved with a normal (optimal) amount of coagulant input, and type B is The mixed sludge transported by the drum thickener 16 is irregularly and sparsely clumped due to an excessive amount of coagulant input, and the mixed sludge transported by the drum thickener 16 is too thin due to an insufficient amount of coagulant input. It is a form.

아울러, 도 3에 첨부되지는 않았지만, D유형은 공급탱크(15)에 공급되는 혼합슬러지의 공급량이 매우 과다하여 드럼시크너(16)에 의해 혼합슬러지가 이송되지 못하고 드럼시크너(16)를 넘쳐흐르는 형태이거나 공급탱크(15)에 공급되는 혼합슬러지의 공급량이 매우 적어서 드럼시크너(16)에 의해 혼합슬러지가 이동되지 못하여 드럼시크너(16) 상에 혼합슬러지가 없거나 거의 없는 형태를 나타낸다. In addition, although not attached to FIG. 3, in D type, the amount of mixed sludge supplied to the supply tank 15 is very excessive, so the mixed sludge cannot be transported by the drum thickener 16, and the drum thickener 16 The mixed sludge is not moved by the drum thickener 16 because it is overflowing or the amount of mixed sludge supplied to the supply tank 15 is very small, so there is little or no mixed sludge on the drum thickener 16. .

응집상태 판단부(52)는 영상획득부(20)로부터 실시간으로 수신되는 슬러지 영상을 일정주기로 캡쳐하여 슬러지 형상이미지를 획득하고, 획득된 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델에 입력하여 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출한다. The flocculation state determination unit 52 captures the sludge image received in real time from the image acquisition unit 20 at regular intervals to obtain a sludge shape image, and inputs the obtained sludge shape image into a machine learning learning model to obtain flocculant normal type A , Deriving the probability for each type of sludge flocculation state consisting of type B with excessive coagulant, type C with insufficient flocculant, and type D with poor sludge supply.

본 발명에서는 관리자의 접근이 가능한 작업 현장에 설치된 제어반(A) 상에 디스플레이 모듈로 이루어지고, 슬러지 응집상태 유형별 확률을 표시하는 확률표시모니터가 구성될 수 있다. 이에, 응집상태 판단부(52)는 도출된 슬러지 응집상태 유형별 확률을 확률표시모니터에 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 확률표시모니터에는 영상획득부(20)로부터 실시간으로 획득되는 슬러지 영상이 함께 출력되어 슬러지 영상에 슬러지 응집상태 유형별 확률이 오버랩되어 표시되도록 구성될 수 있다(도 4참조). In the present invention, a probability display monitor may be configured as a display module on a control panel (A) installed at a work site accessible by a manager and displaying the probability for each type of sludge agglomeration state. Accordingly, the flocculation state determination unit 52 may be configured to output the derived probability for each type of sludge flocculation state to the probability display monitor. At this time, the probability display monitor may be configured so that the sludge image obtained in real time from the image acquisition unit 20 is output together, and the probability for each type of sludge aggregation state is overlapped and displayed on the sludge image (see FIG. 4).

공급량 산출부(54)는 응집상태 판단부(52)에서 도출된 슬러지응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 보정투입량을 산출하고, 산출된 응집제 보정투입량을 펌프제어부(40)에 전송하여, 펌프 제어부(40)에 의해 응집제 펌프(34)가 응집제 보정투입량으로 교반조(30)에 응집제를 투입함으로써, 지속적으로 교반조(30)에서 슬러지와 응집제의 혼화비율을 적정한 상태로 유지할 수 있게 해준다. The supply amount calculation unit 54 calculates the corrected coagulant input amount according to the probability for each type of sludge aggregation state derived from the flocculation state determination unit 52, and transmits the calculated coagulant corrected input amount to the pump control unit 40, so that the pump control unit 40 ), the coagulant pump 34 injects the coagulant into the agitation tank 30 with the corrected coagulant input amount, so that the mixing ratio of the sludge and the coagulant in the agitation tank 30 can be maintained in an appropriate state.

공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형에 따라 응집제 보정투입량을 산출하여 펌프 제어부에 전송하도록 구성할 수 있다. The supply amount calculation unit 54 may be configured to calculate the corrected amount of coagulant input according to the type with the highest probability in the probability of each type of sludge flocculation state and transmit it to the pump control unit.

예를 들어, 공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률이 응집제정상 A유형 10%, 응집제과다 B유형 80%, 응집제부족 C유형5%, 슬러지공급불량 D유형 5%일 경우, 확률이 가장 높은 B유형에 따라 응집제 보정투입량을 산출하게 되는데, 응집제 보정투입량은 응집제 유량계(38)로부터 수신한 응집제 현재투입량에 비해 기 설정된 투입감소비율로 낮아지도록 응집제 보정투입량을 산출할 수 있다. For example, the supply amount calculation unit 54 calculates that when the probability for each type of sludge coagulation state is 10% of flocculant normal type A, 80% of flocculant excess type B, 5% of flocculant insufficient type C, and 5% of sludge supply poor type D, the probability is The corrected coagulant input amount is calculated according to the highest type B, and the corrected coagulant input amount is calculated so that the corrected coagulant input amount is lowered by a predetermined input reduction ratio compared to the current coagulant input amount received from the coagulant flowmeter 38.

또한, 공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률이 응집제정상 A유형 5%, 응집제과다 B유형 5%, 응집제부족 C유형85%, 슬러지공급불량 D유형 10%일 경우, 확률이 가장 높은 C유형에 따라 응집제 보정투입량을 산출하게 되는데, 응집제 보정투입량은 응집제 유량계(38)로부터 수신한 응집제 현재투입량에 비해 기 설정된 투입증가비율로 높아지도록 응집제 보정투입량을 산출할 수 있다. In addition, the supply amount calculation unit 54 has the highest probability of sludge coagulation condition type A type 5%, flocculant excess B type 5%, flocculant insufficient C type 85%, sludge supply poor D type 10%, The corrected coagulant input amount is calculated according to the type C. The corrected coagulant input amount can be calculated so that the coagulant corrected input amount is increased by a preset input increase rate compared to the current coagulant input amount received from the coagulant flowmeter 38.

아울러, 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 A유형이 가장 높을 경우에는 응집제 현재투입량에 대해 가감없이 응집제 현재투입량과 동일하게 응집제 보정투입량을 산출하고, 이를 펌프제어부(40)에 전송함으로써, 응집제 현재투입량의 변화없이 없이 응집제 현재투입량이 유지되게 할 수 있다. In addition, when type A is the highest in the probability of each type of sludge coagulation state, the current coagulant input amount is calculated without adding or subtracting the current coagulant input amount, and the corrected coagulant input amount is calculated and transmitted to the pump control unit 40, thereby changing the coagulant current input amount It is possible to maintain the current input of flocculant without and without.

한편, 공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 D유형이 가장 높을 경우, 장치고장으로 판단하여 응집제 보정투입량과 슬러지 보정투입량을 모두 0을 정하여 펌프제어부(50)에 전송하며, 이에, 펌프제어부(50)를 슬러지펌프(32)와응집제펌프(34)를 모두 정지시킴으로써, 관리자에 의한 장비점검이 이루어질 수 있다. On the other hand, the supply amount calculation unit 54 determines that the device is broken when type D is the highest in the probability of each type of sludge coagulation state, sets both the coagulant correction input amount and the sludge correction input amount to 0, and transmits it to the pump control unit 50, By using the pump control unit 50 to stop both the sludge pump 32 and the coagulant pump 34, equipment inspection by a manager can be performed.

상기와 같이 본 발명의 공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형에 따라 응집제 보정투입량을 산출하여 펌프제어부(40)에 전송함으로써, 슬러지와 응집제에 대한 최적의 호화비율을 갖도록 응집제 펌프(34)의 토출량을 제어하는 구성이었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 예로서, 본 발명의 공급량 산출부(54)는 슬러지 응집상태 유형별 확률을 바탕으로 아래의 산출식(1)에 의해 응집제 보정 투입량을 산출하도록 구성될 수 있다. As described above, the supply amount calculation unit 54 of the present invention calculates the corrected input amount of the coagulant according to the type with the highest probability in the probability of each type of sludge coagulation state and transmits it to the pump control unit 40, so that the optimal gelatinization ratio for sludge and coagulant It was configured to control the discharge amount of the coagulant pump 34 to have, but is not limited thereto, and as another example, the supply amount calculation unit 54 of the present invention calculates the following formula (1) based on the probability of each type of sludge aggregation state It can be configured to calculate the coagulant correction dosage by.

Figure pat00002
... 산출식(1)
Figure pat00002
... formula (1)

여기서, A는 응집제 현재투입량(유량단위), Q1은 투입증가비율, P1은 응집제부족 C유형의 확률, Q2는 투입감소비율, P2는 응집제과다 B유형의 확률이다. Here, A is the current input amount of coagulant (flow unit), Q1 is the input increase rate, P1 is the probability of type C with insufficient coagulant, Q2 is the rate of decrease in input, and P2 is the probability of type B with excess coagulant.

이 경우, 응집상태 판단부(52)에서 머신러닝 학습모델에 의해 도출된 슬러지응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 응집제정상 A유형이라도 공급량 산출부(54)는 응집제 현재투입량과 동일하게 응집제 보정투입량을 산출하는 것이 아니라, 응집제과다 B유형 확률 및 응집제부족 C유형 확률에 따라 산출식(1)에 의해 응집에 보정투입량(K)을 산출하도록 구성될 수 있는 것이다. In this case, even if the type with the highest probability in the probability for each type of sludge aggregation state derived by the machine learning learning model in the flocculation state determination unit 52 is flocculant normal type A, the supply amount calculation unit 54 is the same as the current input amount of flocculant Instead of calculating the corrected input amount, it can be configured to calculate the corrected input amount (K) to the flocculation by the calculation formula (1) according to the probability of excess coagulant type B and the probability of insufficient coagulant type C.

예를 들어, 응집상태 판단부(52)에서 머신러닝 학습모델에 의해 도출된 슬러지응집상태 유형별 확률이 응집제정상 A유형 70%, 응집제과다 B유형 15%, 응집제부족 C유형 10%, 슬러지공급불량 D유형 5%으로 도출되고, 응집제 현재투입량 100이고, 기 설정된 투입감소비율 0.2이고, 기설정된 투입증가비율 0.2 일때, 산출식(1)에 의해 산출되는 응집제 보정투입량(K)은 100+((100 x 0.2 x 0.1) - (100 x 0.2 x 0.15)에 의해 99가 된다. For example, the probability for each type of sludge flocculation state derived by the machine learning learning model in the flocculation state determination unit 52 is 70% of flocculant normal type A, 15% of flocculant excessive type B, 10% of flocculant insufficient type C, and poor sludge supply When D type is derived as 5%, the current coagulant input amount is 100, the preset input reduction ratio is 0.2, and the preset input increase ratio is 0.2, the corrected coagulant input amount (K) calculated by the formula (1) is 100 + (( 100 x 0.2 x 0.1) - (100 x 0.2 x 0.15) gives 99.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템 및 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 5 and 6, an automatic driving system and method for a belt press type dehydrator using AI based on machine learning according to a second embodiment of the present invention will be described.

제 2 실시 예는 제 1 실시 예에 비해 두께감지부(60)의 구성이 추가된 것에만 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 동일하므로 동일한 구성은 도면상에 참조부호를 동일하게 부여하고 설명은 생략하며 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하도록 한다. The second embodiment is different from the first embodiment only in that the thickness sensing unit 60 is added, but the rest of the configuration is the same, so the same configuration is given the same reference numerals on the drawings, and the description is omitted. Only configurations with .

두께감지부(60)는 중력탈수부(15)의 하부 일측에 설치되어 중력탈수부(15)로부터 하부 탈수벨트(12)에 공급되어 이송되는 하부 탈수벨트(12) 상의 혼합슬러지의 두께를 측정하여 측정두께를 AI 제어부(60)에 전송하도록 구성된다. The thickness sensor 60 is installed on one side of the lower portion of the gravity dehydration unit 15 and measures the thickness of the mixed sludge on the lower dewatering belt 12 supplied from the gravity dehydration unit 15 to the lower dewatering belt 12 and transported. It is configured to transmit the measured thickness to the AI control unit 60.

본 발명에서 두께감지부(60)는 레이저조사식 두께감지센서로 이루어져 하부 탈부벨브(12)를 향해 레이저를 조사하고, 반사된 레이저를 수광하여 하부 탈수 벨트(12) 상에 이송되는 혼합슬러지의 두께를 측정하여 측정두께를 AI 제어부(60)로 전송할 수 있다. In the present invention, the thickness sensor 60 is composed of a laser irradiation type thickness sensor, irradiates a laser toward the lower desorption valve 12, receives the reflected laser, and measures the thickness of the mixed sludge transported on the lower dewatering belt 12. It is possible to measure and transmit the measured thickness to the AI control unit 60.

이때, 두께감지부(60)는 하부 탈수벨트(12) 상에 놓여져 이송되는 혼합슬러지의 두께를 복수회 측정하고, 측정된 복수의 측정두께에 대한 평균측정두께를 산출하여 AI 제어부(60)로 전송하도록 구성될 수 있다. At this time, the thickness sensor 60 measures the thickness of the mixed sludge transferred on the lower dewatering belt 12 multiple times, calculates the average measured thickness for the plurality of measured thicknesses, and transmits the result to the AI control unit 60. can be configured to

AI 제어부(60)는 두께감지부(60)로부터 수신된 혼합슬러지의 평균측정두께를 기 설정된 슬러지 정상두께범위와 비교하고, 혼합슬러지의 평균측정두께가 슬러지 정상두께 범위를 벗어난 경우이면서, 동시에 응집상태 판단부(52)이 머신러닝 학습모델에 의해 도출한 슬러지응집상태 유형별 확률에서 응집제정상 A유형이 70% 이상의 확률이면 슬러지펌프(32)와 응집제펌프(34)가 모두 정지되도록 펌프제어부(40)에 펌프정지신호를 전송하도록 구성된다. The AI control unit 60 compares the average measured thickness of the mixed sludge received from the thickness sensor 60 with a preset normal thickness range of the sludge, and when the average measured thickness of the mixed sludge is out of the normal sludge thickness range, at the same time, the aggregated state If the probability of flocculant normal type A is 70% or more in the probability of each type of sludge aggregation state derived by the determination unit 52 by the machine learning learning model, the sludge pump 32 and the flocculant pump 34 are both stopped. Pump control unit 40 It is configured to transmit a pump stop signal to.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. In the above, the present invention has been shown and described in relation to preferred embodiments for illustrating the principles of the present invention, but the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described. Rather, those skilled in the art will appreciate that many changes and modifications to the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such appropriate changes and modifications and equivalents should be regarded as belonging to the scope of the present invention.

10...벨트프레스식 탈수기
11...벨트 탈수부
12...하부 탈수벨트
13...상부 탈수벨트
14...압력롤러
15...중력탈수부
16...드럼시크너
17...공급탱크
20...영상획득부
30...교반조
32...슬러지펌프
34...응집제펌프
36...슬러지유량계
38...응집제유량계
40...펌프제어부
42...VVVF 인버터장치
44...PID 컨트롤러
50...AI제어부
52...음집상태 판단부
54...공급량 산출부
60...두께감지부
10...Belt press dehydrator
11...belt dewatering part
12... Lower dewatering belt
13... upper dewatering belt
14... pressure roller
15... Gravity dewatering unit
16... Drum Thickener
17...supply tank
20 ... image acquisition department
30 ... stirring tank
32 ... sludge pump
34 ... coagulant pump
36 ... sludge flow meter
38 ... coagulant flow meter
40 ... pump control unit
42...VVVF inverter device
44...PID controller
50 ... AI control unit
52 ... collection state determination unit
54 ... Supply amount calculation unit
60 ... thickness sensing unit

Claims (7)

응집제가 혼합된 혼합슬러지가 하부 탈수벨트와 상부 탈수벨트 사이를 통과하면서 탈수가 이루어지는 벨트 탈수부와, 상기 하부 탈수벨트에 상기 혼합슬러지를 1차적으로 탈수시켜 공급하는 중력 탈수부로 이루어진 벨트프레스식 탈수기;
상기 벨트프레스식 탈수기에서 탈수되고 있는 혼합슬러지를 촬영하여 슬러지 영상을 획득하고, 획득된 영상을 실시간으로 AI 제어부에 전송하는 영상획득부;
슬러지펌프와 응집제펌프에 의해 슬러지와 응집제를 공급받아 혼합하고, 혼합된 혼합슬러지를 상기 중력탈수부에 공급하는 교반조;
상기 슬러지펌프와 상기 교반조를 연결하는 제1연결유로상에 설치되어 공급되는 슬러지 현재투입량을 검출하는 슬러지 유량계;
상기 응집제펌프와 상기 교반조를 연결하는 제2연결유로상에 설치되어 공급되는 응집제 현재투입량을 검출하는 응집제 유량계;
상기 슬러지 펌프와 응집제 펌프를 구동제어하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터 장치와, 상기 VVVF 인버터 장치에 펌프 제어신호를 전송하는 PID 컨트롤러로 이루어져, 상기 슬러지 펌프와 상기 응집제펌프 각각의 토출유량을 제어하는 펌프 제어부;
상기 영상획득부로부터 상기 슬러지 영상을 수신하고, 수신된 슬러지 영상에서 슬러지 형상이미지를 획득하며, 상기 슬러지 형상이미지를 머신러닝 학습모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하고, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 응집제 보정투입량을 산출하여, 산출된 상기 응집제 보정투입량을 상기 펌프제어부에 전송하는 AI제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
A belt press type dehydrator consisting of a belt dewatering unit in which the mixed sludge mixed with the coagulant is dewatered while passing between the lower dewatering belt and the upper dewatering belt, and a gravity dewatering unit that primarily dehydrates and supplies the mixed sludge to the lower dewatering belt. ;
an image acquisition unit that acquires a sludge image by photographing the mixed sludge being dewatered in the belt press type dehydrator and transmits the obtained image to an AI control unit in real time;
An agitation tank for receiving and mixing the sludge and the coagulant by the sludge pump and the coagulant pump, and supplying the mixed sludge to the gravity dewatering unit;
a sludge flowmeter installed on a first connection passage connecting the sludge pump and the stirring tank to detect a current input amount of sludge supplied;
a coagulant flowmeter installed on a second connection passage connecting the coagulant pump and the stirring tank to detect a current input amount of the coagulant supplied;
It consists of a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter device for driving and controlling the sludge pump and the flocculant pump, and a PID controller for transmitting a pump control signal to the VVVF inverter device to control the discharge flow rate of each of the sludge pump and the flocculant pump a pump control unit;
Receiving the sludge image from the image acquisition unit, obtaining a sludge shape image from the received sludge image, inputting the sludge shape image to a machine learning learning model to derive a probability for each type of sludge agglomeration state, and An automatic operation system of a belt press dehydrator using machine learning-based AI, characterized in that it comprises: an AI control unit that calculates the corrected coagulant input amount according to probability and transmits the calculated coagulant corrected input amount to the pump control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 중력 탈수부는 일측부에 상기 교반조로부터 혼합슬러지를 공급받는 공급탱크가 구비되며, 상기 공급탱크의 측부에서 회전하면서 외주면을 통해 혼합슬러지를 회전이동시키고 외주면에 형성된 탈수공을 통해 혼합슬러지의 수분의 제거가 이루어지게 하며 상기 하부 탈수벨트상에 혼합슬러지를 떨어뜨려 공급되게 하는 드럼시크너로 구성되며,
상기 영상획득부는 상기 드럼시크너의 외주면을 통해 회전이동되는 혼합슬러지의 혼합슬러지의 이미지를 획득하여 상기 AI제어부에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
According to claim 1,
The gravity dewatering part is provided with a supply tank for receiving mixed sludge from the stirring tank at one side, and while rotating on the side of the supply tank, the mixed sludge is rotated and moved through the outer circumferential surface, and the moisture in the mixed sludge is passed through a dehydration hole formed on the outer circumferential surface. It is composed of a drum thickener that removes and supplies the mixed sludge by dropping it on the lower dewatering belt,
The image acquisition unit acquires an image of the mixed sludge that is rotated through the outer circumferential surface of the drum thickener and transmits the image to the AI control unit. system.
제 1 항에 있어서,
상기 AI제어부는,
상기 영상획득부로부터 수신되는 실시간 슬러지영상을 일정주기로 캡쳐하여 슬러지 형상이미지를 획득하고, 획득된 슬러지 형상이미지를 머신러닝 모델에 입력하여 슬러지응집상태 유형별 확률을 도출하는 응집상태판단부;
상기 응집제 유량계로부터 응집제 현재투입량를 수신받고, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에 따라 상기 응집제 현재투입량을 소정비율로 증감시켜 상기 응집제 보정투입량을 산출하는 공급량산출부;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
According to claim 1,
The AI control unit,
A flocculation state determination unit that captures the real-time sludge image received from the image acquisition unit at regular intervals to obtain a sludge shape image, and inputs the obtained sludge shape image to a machine learning model to derive a probability for each type of sludge agglomeration state;
A supply amount calculation unit that receives the current input amount of the coagulant from the coagulant flowmeter and calculates the corrected amount of the coagulant input by increasing or decreasing the current input amount of the coagulant at a predetermined rate according to the probability of each type of the sludge flocculation state; machine learning characterized in that it is configured to include Automatic operation system of belt press type dehydrator using AI based system.
제 3 항에 있어서,
상기 응집상태판단부는, 상기 슬러지 형상이미지에 대해 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 슬러지 응집상태 유형별 확률을 도출하며,
상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형에 따라 상기 응집제 보정투입량을 산출하여 상기 펌프 제어부에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
According to claim 3,
The flocculation state determination unit derives a probability for each type of sludge flocculation state consisting of normal coagulant type A, excessive flocculant type B, insufficient coagulant type C, and poor sludge supply type D for the sludge shape image,
The supply amount calculation unit is configured to calculate the coagulant correction input amount according to the type with the highest probability in the probability of each type of sludge coagulation state and transmit it to the pump control unit Belt press type dehydrator using machine learning-based AI, characterized in that automatic driving system.
제 4 항에 있어서,
상기 공급량산출부는,
상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제정상 A유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량 대비 증감없이 상기 응집제 현재투입량과 동일하게 응집제 보정투입량으로 산출하며,
상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제과다 B유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량에 대해 기 설정된 투입감소비율로 낮아지도록 응집제 보정투입량을 산출하며,
상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 응집제부족 C유형인 경우, 상기 응집제 현재투입량에 대해 기 설정된 투입증가비율로 높아지도록 응집제 보정투입량을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
According to claim 4,
The supply amount calculation unit,
When the type with the highest probability in the probability of each type of sludge flocculation state is the coagulant normal type A, the coagulant correction input amount is calculated as the same as the coagulant current input amount without an increase or decrease compared to the coagulant current input amount,
When the type with the highest probability in the probability of each type of sludge flocculation state is the excess coagulant B type, the corrected coagulant input amount is calculated so that the coagulant input amount is lowered by a preset input reduction ratio with respect to the coagulant current input amount,
When the type with the highest probability in the probability of each type of sludge flocculation state is the coagulant deficiency type C, the corrected coagulant input amount is calculated so as to increase at a preset input increase rate with respect to the coagulant current input amount Machine learning based, characterized in that configured to calculate Automatic operation system of belt press type dehydrator using AI.
제 4 항에 있어서,
상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률에서 확률이 가장 높은 유형이 상기 슬러지공급불량 D유형인 경우, 응집제 보정투입량과 더불어 슬러지 보정투입량을 모두 0으로 정하여 상기 펌프 제어부에 전송함으로써, 상기 슬러지펌프와 상기 응집제펌프가 모두 구동정지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.
According to claim 4,
The supply amount calculation unit, when the type with the highest probability in the probability of each type of sludge coagulation state is the sludge supply failure type D, sets both the corrected input amount of the sludge as 0 along with the corrected amount of the coagulant and sends it to the pump control unit, so that the sludge pump And the automatic operation system of the belt press type dehydrator using machine learning-based AI, characterized in that the coagulant pump is configured to stop driving.
제 3 항에 있어서,
상기 응집상태판단부는, 상기 슬러지 형상이미지에 대해 응집제정상 A유형, 응집제과다 B유형, 응집제부족 C유형, 슬러지공급불량 D유형으로 이루어진 슬러지 응집상태 유형별 확률을 도출하며,
상기 공급량산출부는, 상기 슬러지 응집상태 유형별 확률을 바탕으로 산출식(1)에 따라 응집제 보정 투입량을 산출하도록 구성되며,
상기 산출식(1)은,
Figure pat00003

(여기서, A는 응집제 현재투입량, Q1은 투입증가비율, P1은 응집제부족 C유형의 확률, Q2는 투입감소비율, P2는 응집제과다 B유형의 확률)
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 머신러닝기반의 AI를 이용한 벨트프레스식 탈수기의 자동운전시스템.

According to claim 3,
The flocculation state determination unit derives a probability for each type of sludge flocculation state consisting of normal coagulant type A, excessive flocculant type B, insufficient coagulant type C, and poor sludge supply type D for the sludge shape image,
The supply amount calculation unit is configured to calculate the coagulant correction input amount according to the calculation formula (1) based on the probability of each type of the sludge aggregation state,
The calculation formula (1) is,
Figure pat00003

(Where A is the current input amount of coagulant, Q1 is the input increase rate, P1 is the probability of type C with insufficient coagulant, Q2 is the rate of decrease in input, P2 is the probability of type B with excess coagulant)
An automatic operation system of a belt press type dehydrator using machine learning-based AI, characterized in that it consists of.

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