대전류 용접기를 이용한 무배선통신 특성 연구
Characteristics of legacy line communication using a high-current welding machine
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초록
조선소에서의 용접은 대부분 수작업으로 이루어지고 있으나 안전사고 방지를 위한 모니터링시스템 구축에는 현실적인 어려움이 많이 있다. 특히 선체 블록조립을 위한 작업장의 특성상 유선통신망은 관리의 어려움이 예상되는데, 이는 선박의 종류와 크기가 달라지면 유선통신선로를 재설치하거나 재배치해야 하는 문제가 발생하여 믾은 유지/보수비용 투입이예상된다. 이동성과 가변성을 고려한다면 무선통신망이 고려될 수 있으나, 전자파는 철판 재료 특성상 신호감쇠 및 왜곡으로 블록내부까지 통신신호의 연결성을 보장하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 작업장의 사고를 상시 감시할 수 있는모니터링 시스템의 통신방법으로 용접기의 용접선을 이용한 무배선 통신을 제안한다. 무배선통신은 금속선이 있는 곳이라면 어디든지 어떤 환경에서라도 통신망 구축이 가능하다. 그러므로 새로운 통신선의 설치 없이 통신망을 확보할 수 있는매우 효과적인 방법이다. 실험결과 200 A 정도의 전류가 흐르는 상태에서 용접선의 측정된 잡음 수준은 전력선통신 주파수 영역에서 –50 dBm 이하 수준이었다. 이것은 용접선로에 광대역 전력선 통신 적용이 가능하다는 것을 보여준다. 이에부합하는 비접촉식 신호결합장치는 Mg-Zn 계 페라이트 코어 5개를 적층하여 제작하였다. 제작된 신호결합장치를 조선소의 600 A 급 아크 용접기 선로에 적용하였다. 용접 작업 중에는 200A의 전류가 선로를 통해 흘렀지만 통신 속도는 최소4 Mbps 이상을 보장하였다. 또한 50 m 용접선로를 통해 실시간 열화상 카메라 이미지는 성공적으로 전송되었다.
Abstract
Welding is mostly conducted manually at shipyards; however, there are several issues in establishing a communication system to prevent accidents that interfere with safety. Owing to the nature of the workshop for block assembly, a wired communication network is difficult to manage. If the type and size of the ship are modified, it is necessary to reinstall or relocate the wired communication line. In wireless networks, it is difficult to guarantee communication connectivity within a block owing to the characteristics of steel sheet material. In this paper, we propose power line communication (PLC) using a welded line as the communication method for a system to monitor workplace accidents. The PLC is a very economical way to establish a communication network without requiring new communication lines, as it is possible to construct a communication network in any environment wherever there are metal wires. With 200 A of current flowing, the measured noise level of the weld line was below -50 dBm in the given communication frequency range. This indicates that the welding line is suitable for broadband PLC. Inductive coupling units satisfying our experimental conditions were fabricated by stacking five Mg-Zn ferrite cores. A communication performance test was conducted using a 600-A class arc welding machine at a shipyard. During the welding operation, a current of 200 A flowed through the line, but the communication speed was guaranteed to be at least 4 Mbps. In addition, a real-time thermal camera image was successfully transmitted through a 50-m welding line.
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