2011년부터 한국통신(KT) 위성사업단에서는 인말 세트를 이용한 선박이동통신(MVSAT System)을 통해 인터넷, 전화, 팩스를 지원하는 사업을 수행하고 있어 선박에서는 인터넷을 이용한 각종 항해장치의 통합관리는 물론 원격 유지보수도 가능하다.

이 기술은 엔진 등 선박 안의 각종 항해장치 상태를 통합관리하고 육상의 해운사, 선박관리업체들의 실시간 모니터링과 효율적인 선박의 유지보수 뿐 만 아니라 선박 내 안전 관리 시스템들도 원격으로 실시간 모니터링과 유지보수가 가능하다[1].

또한, 선박에서는 주 엔진의 연소상태를 계속적으로 파악하는 것이 중요하다. 엔진의 연소상태를 알기 위해서는 실린더 내부의 압력을 실시간으로 측정하여 해당 디젤기관의 1 행정 동작에 맞는 압력이 나타나는지를 분석하여 엔진 내부와 외부에 있는 장치들의 이상 유무를 진단하게 된다[2].

이러한 기능을 가진 장비가 엔진성능분석기이며[3], 이 장비는 주 엔진 내부의 압력을 현장에서 직접 측정하거나 원거리에 있는 제어실의 PC에서 모니터링 화면을 통해 연소상태나 피스톤의 상태 및 축계의 토크 불평형력 등을 추정할 수가 있어 예방정비를 효율적으로 할 수가 있다.

기존의 엔진성능분석기로는 MAN B&W에서 개발한 고가의 PMI(Pressure measurements and instruments) 시스템이 있으며, 이는 엔진 내부뿐 만 아니라 주변의 다양한 기기들의 진단과 AMS(Alarm monitoring system)까지 수행하는 EDS(Engine Diagnostics system) 소프트웨어를 갖추고 있다.

또한 국산으로는 ㈜펜타텍에서 개발하였던 수동식 MIP 시리즈와 현재 개발 완료 상태에 있는 저가형 원격제어 엔진성능분석기가 있다[4].

선박엔진성능분석기의 초기 제품은 수동으로 각 기통마다 압력을 측정하여 눈으로 이상 유무를 확인하였고, 그 이후에는 유선통신에 의한 원격 모니터링식이 개발되었으며, 현재는 무선통신 원격 모니터링이 개발되고 있다.

이들 제품들은 현장에 있는 제어실이나 원거리에서 모니터링이 가능하지만 엔진의 수가 많아지고, 보다 정밀한 계측을 위하여 샘플링 수가 많아지면 통신으로 보내는 데이터의 양이 많아져서 통신 에러의 발생과 전송속도의 지연이 발생하고, 데이터 저장 공간을 늘려야 하며, 저장된 각 실린더별 압력 데이터의 인출에 문제가 발생하여 정확한 데이터를 화면에서 볼 수 없어 엔진의 유지관리가 어려워진다.

또한, 통신전송이 지연되면 다른 통신 시스템에 악영향을 주게 되고, 상대적으로 인터넷 사용량이 증가하게 되어 통신비용을 더 많이 부담해야 하는 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 논문에서는 통신전송 지연의 문제점을 해소하고 엔진유지관리에 편리한 선박엔진성능분석기의 웹기반 장기모니터링 시스템을 구현하고자 한다. 구성요소로서는 시뮬레이터, 엔진감시모듈, 모니터링 컴퓨터, 네트워크 결합 저장기(Network attached storage, NAS), 무선통신 인터넷시스템 등이 필요하다.

시뮬레이터는 프로그래밍에 의해 엔진 실린더내의 압력을 만들어내는 것이고, 감시모듈은 각 엔진마다 부착된 A/D 컨버터로부터 받은 샘플링 압력데이터를 모니터링 PC로 보내는 역할을 한다. 또한, 모니터링 PC는 샘플링 압력데이터를 원본 그대로 NAS에 저장하면서 다운 샘플링을 거쳐 모니터링 컴퓨터에 장기모니터링을 하는 동시에 웹으로 무선송신 하게 된다.

Figure 8은 선내 제어실과 웹상에서의 모니터링 화면들이다.

Figure 8: 
Monitor screen

상단의 엔진 압력선도와 엔진 압력 기울기 그래프는 데이터 값이 궁금한 부분을 찍으면 확인이 가능하도록 커서 기능을 추가하여 해당 좌표의 값을 손쉽게 읽을 수 있도록 하였으며 커서 위치의 실린더별 좌표의 값은 그래프 하단의 사각 케이스 안에 표시가 되도록 하였다.

또한 엔진의 압력을 통해 계산이 가능한 지시마력, 도시 출력, 공급에너지 출력 등 엔진의 관리에 필요한 각종의 데이터들을 표시하였고, 엔진의 시동 중에 계속 변경되는 최대 및 최소 압력 값을 따로 표시하여 기관사의 모니터링 효율을 높이고자 노력하였으며, 효율적인 운전관리를 위해서 화면 맨 아래에는 30일간의 압력선도들을 반복해서 화면에 표시하였다. 평소 장기모니터링의 경향을 추적 관찰하면서 갑자기 엔진 압력이 떨어진다든지, 아니면 떨어지다가 다시 크게 올라간다든지 하는 등의 운전관리를 철저히 분석하고 이상이 감지되면 미리 그 대책을 강구하도록 해야 한다.

Figure 8 (b)는 Figure 8 (a)와 동일한 화면 구성을 웹에서 확인하기 위한 방법이고, 내셔널 인스트루먼트사의 LABVIEW에서 사용되는 웹 출판도구를 사용하여 제작 하였으며, 모니터링 PC가 웹 서버의 역할을 하였다.

육상에서 전문가의 선박 모니터링 화면 확인 중 압력 값의 이상 판단을 할 경우 기관사를 통해 압력을 재확인 가능하도록 실린더 별 이상 신호 발생 버튼을 활성화 하였다.

Figure 9은 다운샘플링 실행전(좌측 그림)과 실행후(우측 그림)의 데이터를 표시한 화면이다. 양쪽 모두 최고압력 근처에서 확대한 파형을 동시에 보여주고 있으며, 실행 전과 후의 모습이 거의 차이가 없음을 알 수 있다.

Figure 9: 
Graph of original and down sampling

Figure 10은 NetWorx라는 툴을 이용하여 본 논문에서 제작한 장치의 네트워크 사용량을 알아본 것이다. 다운샘플링을 하지 않은 경우(그림 (A))와 다운샘플링 후 웹기반 익스플로어에서 사용한 경우(그림 (B))를 비교한 것으로서 다운샘플링을 하지 않은 경우에는 최대전송량이 4.4Kb/s, 평균전송량은 1.2Kb/s인 반면에 다운샘플링을 한 경우에는 최대전송량이 1.2Kb/s, 평균전송량은 500b/s로 나타나고 있어 다운샘플링의 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 평균값으로 약 41.8% 사용량만을 보이고 있음을 알 수 있다. KT의 선박전용 인말세트(MVSAT) 서비스의 최대 속도가 61.5Kb/s인 것을 감안하면 최대값 기준으로 통신량이 4.7%에서 2.9%로 감소시킬 수 있는 효과를 얻게 된 셈이다.

Figure 10: 
Comparison of the transmission of the original and down sampling network of the proposed method

본 논문에서는 다운샘플링에 의한 통신속도를 증가시켜서 엔진유지관리에 편리한 선박엔진성능분석기의 웹기반 장기모니터링 시스템을 구현한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

• 1) 하나의 화면에 장기간의 이력을 관리해 주는 화면이 없는 기존 제품의 결점을 보완하기 위하여 원본 압력데이터는 NAS에 저장해 두고, 1/10의 다운샘플링 과정을 통해
• 　 제어실 또는 web으로 데이터를 전송하였다. 없는 기존 제품의 결점을 보완하기 위하여 원본 압력데이터는 NAS에 저장해 두고, 1/10의 다운샘플링 과정을 통해 제어실 또는 web으로 데이터를 전송하였다.
• 2) 위와 같은 데이터 전송에 의해 하나의 화면에 엔진 및 주변기기의 이상 유무를 파악할 수 있는 화면뿐 만 아니라 약 30일간의 압력데이터를 보여줄 수 있어 신속한 엔진유지관리가 가능함을 보여 주었다.
  또한, NAS에 원본 압력데이터를 저장함으로써 선주 또는 엔지니어들이 해당 엔진의 이력관리가 쉽고, 처음 승선하는 엔지니어들의 엔진운전에 기여할 것으로 사료된다.
• 3) 다운샘플링의 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 평균값으로 약 41.8% 사용량만을 보이고 있기 때문에 데이터 전송속도의 증가로 인한 위성통신요금을 줄일 수 가 있고, 과도한 데이터 전송으로 인한 모니터링 오류를 감소시킬 수 있으며, 타 통신체계에 악영향을 방지할 것으로 사료된다.