[논문]전력선통신(PLC) 방식을 이용한 스마트콘센트와 게이트웨이에 관한 연구

박성진; 김유진; 박인지; 김진영; 임창균

doi:10.4313/jkem.2020.33.4.331

전력선통신(PLC) 방식을 이용한 스마트콘센트와 게이트웨이에 관한 연구
A Study on the Smart Outlet and Gateway Using Power Line Communication 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.33 no.4, 2020년, pp.331 - 335

박성진 ((주)로그인서광 부설연구소) , 김유진 ((주)로그인서광 부설연구소) , 박인지 ((주)로그인서광 부설연구소) , 김진영 ((주)로그인서광 부설연구소) , 임창균 (전남대학교 컴퓨터공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, through the accumulated technologies such as real-time monitoring of power consumption using power line communication (PLC) method, power control, and automatic blocking of standby power, to commercialize them, we developed the hardware design, algorithm, protocol and module along with data transmission using PLC. We conducted the study to develop advanced products. We also proposed cloud-based smart outlet products with a novel type of outlet. These products can measure the internal power consumption through the H/W modules and the modules that control the power of household appliances connected to the smart outlets and smart plugs. Subsequently, they transmit the measurements to the energy saving system server via a communication module. This system can control the terminal device connected to the Gateway (G/W) server through a mobile phone. This will allow the customer to check the power consumption of the building at any given time, to turn the terminal on/off, and to maximize the energy efficiency during the construction of new apartments or multi-family housing in an area.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Basic principle of the power line communication.
그림 Fig. 2. Power line communication module.
그림 Fig. 3. PLC module block-diagram.
그림 Fig. 4. AC/DC translation device chip.
그림 Fig. 5. Consist of power measurement IC.
그림 Fig. 6. Gateway schematic diagram.
표 Table 1. Gateway specifications.
그림 Fig. 7. WT1010 power meter.
그림 Fig. 8. Developed smart outlet.
그림 Fig. 9. Developed gateway control panel.
그림 Fig. 10. Developed smart concent/gateway.
표 Table 2. Gateway specification for PLC outlet.
그림 Fig. 11. Communication test of outlet & G/W.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 클라우드 환경에서 원격전력 모니터링 및 장치 제어가 가능한 전력선 통신방식의 매입형 스마트 콘센트 개발을 위한 주요 구성요소들을 다음과 같이 구성하였다.
본 연구에서 제안하고자 하는 클라우드 기반 스마트 콘센트 제품은 내부에 소비전력을 측정할 수 있는 H/W 모듈과 스마트 콘센트 및 스마트 플러그에 연결된 가전기기의 전원을 on/off 제어할 수 있는 모듈 및 측정한 결과를 에너지 절감 시스템 서버로 전달할 수있는 통신모듈로 구성된 새로운 형태의 콘센트라 할수 있다. 또한 휴대폰을 통해 언제 어디서나 G/W서버에 연결된 단말장치 제어 가능, 빌딩 내 전력사용량을 측정하여 고객이 원하는 시간 원하는 단말기 ON/OFF 가능, 지역 내 아파트 신축 및 다가구 주택 건설시 에너지의 효율을 극대화시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 연구에서는 PLC 방식의 스마트 콘센트와 게이트웨 이를 통해 기축 건물이나 공장 등에서 별도의 통신선로 없이 기존의 전력선을 이용하는 PLC 기술에 TCP/IP를 이용하는 기술과 빅 데이터에서 호환되는 DLMS 프로토콜이 탑재된 제품을 개발하고 기존의 콘센트를 대체할 수 있도록 하며 콘센트에 연결된 모든 장비는 게이트 웨이를 통해 클라우드에서 관리가 가능하도록 하는 제품을 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 클라우드에 활용하기 위한 PLC 통신 방식의 스마트콘센트와 게이트웨이 및 통신프로토콜을 개발하고자 하였으며, 현재 판매되고 있는 와이파이 방식의 다양한 제품과는 방식이 다른 홈서비스와 연동이 가능한 매입형 콘센트를 개발하였다.
이에 따라서 본 연구에서는 PLC 통신방식을 이용한 전력 소비량의 실시간 모니터링, 전력 제어, 대기전력 자동차단 등의 축적된 기술을 통해 사업화를 위한 하드웨어 설계, 알고리즘, 프로토콜 및 모듈 개발 및 PLC 통신을 이용한 데이터의 송수신이 이루어질 수있도록 고도화된 제품 개발을 위한 연구를 수행하였다.

제안 방법

1) 전원부: 입력 AC220을 전력선 통신을 위한 DC 9 V와 CPU 동작을 위한 DC 5 V로 분리하여 출력 전압을 인가하도록 하였다.
게이트 제어 화면은 기간별 전력 사용량 통계(일/주/ 월) 모니터링 기능과 실시간 관리비(전기세) 계산 및 해당 월별 전체 사용량 및 요금 화면이 표출되도록 설계하고 클라우드(AWS) 연동 (전력 사용량 데이터 전송및 콘센트 제어) 기능을 통해서 AWS 서비스 적용 제품및 클라우드 서비스 내용을 확인할 수 있도록 하였다.
또한 조회 서비스를 통한 클라우드(AWS) 연동 (전력 사용량 데이터 전송 및 콘센트 제어) 기능을 통해 서 AWS 서비스 적용 제품 및 클라우드 서비스 내용을 확인할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 개발된 게이트 제어 화면을 그림 9와 그림 10에 표현하였으며, 스마트 콘센트가 설치되어 있는 사용공간을 고려하여 부하에 따른 전력 사용량 통계(일/주/월) 모니터링 기능과 실시간 관리비(전기세) 계산 및 해당 월별 전체 사용량 및 요금 화면이 표출되도록 하였다.
본 연구에서 개발된 게이트웨이는 리눅스 기반의 OS를 탑재한 디바이스로서 대용량 데이터 처리가 가능하도록 하였으며, 여기에서 사용된 사양을 표 2에 나타내었다.
본 연구에서 개발한 게이트웨이는 매입형 스마트 콘센트 일반 제어 및 타이머를 이용한 on/off 제어 기능이 가능하고 실시간 전력 사용량 모니터링 및 컨센트별 실시간 사용량과 누적 사용량이 표출되도록 하였다.
에너지 사용량 측정용 power measurement IC 구성을 위해 그림 5와 같은 0.1% 측정오차를 갖는 단상전력 측정 IC를 선정하여 전압, 전류, 역률, 유효 전력, 무효 전력 등의 출력 지원하도록 하였다.

대상 데이터

3) 전력선 통신부를 위한 PLC 통신 모듈은 그림 2 와 같이 home plug green PHY 규격을 갖는 PLC 통신 모듈을 선정하였으며, 안정적인 통신 제어를 위해서 통신 모듈은 QCA7000을 사용하였으며, PLC 모듈의 신호 처리 과정을 그림 3에 표현하였다.
4) AC/DC 변환 전원부의 구성은 그림 4와 같은 InnoSwtich3-CE off-line CV/CC QR flyback 파워 컨버터를 사용하였으며, 94% 이상 효율로 4,000 V 이상 절연전압을 갖는 AC/DC 컨버터 IC를 선정하였다.

성능/효과

개발한 제품의 사용전원 시험을 위해서 그림 7에서의 IT8211 150 W DC Load 장비를 사용하였으며, 시험 결과 input: 85~265 VAC 60 Hz, output: DC 5.2~5.4 V 2 A MAX의 결과 값을 보였다. 또한 정격전류와 소비 전력의 특성 실험은 WT1010 power meter 계측기를 사용하여 시험하였으며 정격전류는 최대: 16 A AC, 정격: 10 A AC의 결과 값을 보였으며 소비전력은 콘센트 동작 소비전력은 1.
4 V 2 A MAX의 결과 값을 보였다. 또한 정격전류와 소비 전력의 특성 실험은 WT1010 power meter 계측기를 사용하여 시험하였으며 정격전류는 최대: 16 A AC, 정격: 10 A AC의 결과 값을 보였으며 소비전력은 콘센트 동작 소비전력은 1.8 W의 결과 값을 보였다.
본 연구를 통해 기존의 와이파이나 Zigbee 방식이 아닌 기축 건물이나 공장 등에서 별도의 통신선로 없이 기존의 전력선을 이용하는 PLC 기술에 TCP/IP를 이용하는 기술과 빅 데이터에서 호환되는 DLMS 프로토콜을 탑재하여 기존의 콘센트를 대체할 수 있도록 하였으며, 콘센트에 연결된 모든 부하는 클라우드에서 Web/App 모니터링 제어 등의 관리가 가능하도록 하는 등 기존의 제품들과는 다른 에너지 사용량을 모니터링 할 수 있는 우수한 결과를 얻게 되었다.

참고문헌 (4)

H. W. Kim and D. K. Kim, J. Korea Inst. Inf. Secur. Cryptology, 22, 7 (2012).
C. H. Yang, W. H. Hwang, C. H. Lee, Y. H. Kim, D. I. Geum, S. C. Kim, S. Y. Son, and J. H. Hong, Proc. 46th KIEE Summer Conf. (KIEE, Muju, 2015) p. 39.
H. S. Kim, J. H. Na, S. H. Park, and S. Kwak, J. Korea Multimedia Soc., 17, 160 (2014). [DOI: https://doi.org/10.9717/kmms.2014.17.2.160]

원문보기 상세보기
H. S. Kim, B. J. Park, and Y. J. Jo, J. of Digital Contents Soc., 18, 895 (2017). [DOI: https://doi.org/10.9728/dcs.2017.18.5.895]

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증