한국기계연구원, 파손되면 알아서 복구해내는 똑똑한 밸브 국내 최초 개발
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‘K-스마트 밸브’,
배관 파손 스스로 인지해 누출사고 자동 차단
골든타임 안에 배관 파손을
신속히 복구하여 대형사고 방지
사고 등으로 인해 배관이 파손되면 알아서 복구해내는 똑똑한 밸브가 국내 최초로 개발됐다.
과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 산업현장에서 예상치 못한 배관 파손으로 인한 누출사고가 발생했을 때 골든타임 안에 인공지능 기술을 이용하여 파손된 배관을 스스로 찾아 신속히 복구하여 대형 사고로의 확산을 방지하는 ‘K-스마트 밸브’의 국산화에 성공했다.
※ K-스마트 밸브: 기존에 알려진 ‘스마트 밸브’는 미 해군이 개발하여 고유명사처럼 널리 쓰이고 있는 바, 기계연 연구진이 완전히 새로운 작동 방식(알고리즘)을 적용하여 개발한 밸브를 ‘K-스마트 밸브’로 새로 명명함
기계연 시스템다이나믹스연구실 정병창 책임연구원 연구팀은 기존의 밸브에 인공지능 기술을 적용해 작업자의 통제 없이 사고 상황을 스스로 인지하고 파손된 배관 위치를 정확히 찾아내 주변 밸브를 잠그는 K-스마트 밸브를 국내 최초로 개발했다. 이 밸브는 누출을 차단하고 배관계 본래 기능을 신속히 회복할 수 있다.
군 함정은 물론 일반 선박, 육상 및 해양 플랜트 산업현장에 있는 대부분의 배관계는 작업자가 배관 내부의 압력, 유량, 온도 등을 상시 모니터링하면서 필요 시 원격에서 밸브를 개폐할 수 있는 밸브 원격 제어 시스템(Valve Remote Control System)이 설치돼 있다.
그러나 배관 파손 등의 예상하지 못한 사고가 발생했을 경우 작업자가 상황을 침착하게 인지하고 대응하기는 쉽지 않다. 더구나 피해 복구에 필요한 골든타임을 놓쳤을 경우 더 큰 2차 피해로 이어질 수도 있다.
이번에 개발한 K-스마트 밸브는 국내 해군 함정의 소화･냉각계통과 같은 배관계에 우선 적용할 목적으로 개발되었다. 전투 중 적의 피격에 의해 예상치 못한 배관 파손 발생 시 승조원의 통제 없이도 골든타임 안에 배관계의 원래 기능을 회복함으로써 소화용수나 냉각수 사용을 가능하도록 하여 화재가 확산되거나 무기체계의 과열에 의한 2차 피해를 최소화 할 수 있다.
K-스마트 밸브 10개가 구역별로 설치되어, 임의의 구역 배관이 파손되면 주변 밸브가 자율적으로 잠겨 누설을 차단한다.
이 밸브는 밸브 본체, 압력 센서, 액추에이터와 제어 모듈로 구성되는데, 기존 원격 제어 밸브의 제어 모듈에 배관 파손을 인지하고 누출을 차단할 수 있는 머신러닝 알고리즘을 추가함으로써 간단히 K-스마트 밸브로의 개선이 가능하다.
또한 이미 설치돼 있는 밸브 원격 제어 시스템을 크게 변경하지 않고서도 K-스마트 밸브가 적용된 사고대응 시스템을 쉽게 구축할 수 있어, 경제적인 비용으로 배관계의 안전사고에 대응할 수 있는 시스템 구축이 가능하다.
기계연 정병창 책임연구원은 “K-스마트 밸브는 배관의 파손 사고 시 신속한 복구로 다양한 산업 현장에서 인명과 재산 피해를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 센서 기반의 인공지능 기술을 활용하여 스스로 판단하고 작동할 수 있는 자율 기능을 갖고 있다”며 “향후 함정 등 군수 분야는 물론 선박, 육상·해양 플랜트 등 산업 현장에도 무인화 기술로서 폭 넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘인공지능 기반 기계시스템 예측진단 및 사고대응 기술’ 과제를 통해 수행되었으며, 함정 소화계통 실제 적용을 목표로 ㈜비와이, 부산대학교와 공동으로 2023년부터 민군기술이전사업을 통해 실용화 개발에 착수할 계획이다. 이번 연구성과는 자동화 및 제어시스템 분야 저명 학술지 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 27호*에 발표되었다.
*게재명: Development of Autonomous Recovery System for Pipeline of Naval Ships by Using a Multistage Control Algorithm(2022.04.)
한국기계연구원
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