KR20020062845A - 차량진단 상태감시 및 온라인 예측유지 - Google Patents

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Abstract

상태기초 유지보수를 가능하게 하는 진단예측시스템을 가지는 차량 설비가 제시된다. 상기 차량 설비는 키 설비상에 진동 변환기를 갖는다. 상기 변환기로부터의 데이타는 주기적으로 샘플링된다. 만일 그 진동기호를 정의된 임계레벨에 비교함으로써 결함상태가 존재하면 상기 데이타는 결정을 위해 분석된다. 만일 임계 레벨이 초과되면, 결함 경고를 하여 유지보수 스탭에게 예방적인 유지보수를 수행해야 함을 경고한다.

Description

차량진단 상태감시 및 온라인 예측유지{ROLLING STOCK DIAGNOSTIC CONDITION MONITORING AND ON-LINE PREDICTIVE MAINTENANCE}
본 발명은 회전부품에 대한 진단예측시스템을 포함하고 있는 차량설비에 관한 것다. 이러한 진단예측시스템은 그 상태 감시와 예측유지보수로의 이용을 위해 상기 회전부품으로 부터 진동 데이타를 얻는다.
현재, 차량설비는 고신뢰성을 담보하기 위해 노동 집약성을 방지할 수 있는 유지를 요구한다. 이러한 시간기초(time-based)한 접근은 종종 현저한 설비손상 또는 고장이 발생할때 까지 서브시스템내에서 진행되고 있는 초기 문제점을 탐지할 수 없다. 그러한 시간까지, 상기 불완전한 설비는 그 설비의 다른 부분에까지 현저한 병립하는 손상을 또한 야기하여, 예기치 못한 서비스 중단으로 이어질 수도 있다.
본 발명은, 상기 차량에 대한 적용성을 유지하거나 증가시키면서, 유지비용을 저감할 수 있고 유지효율을 증대할 수 있는 차량 설비의 스케쥴 기초한 유지(schedule-based maintenance)에 관한 대안을 제공함을 그 목적으로 한다.
도 1~2는 본 발명을 나타내는 개략 설명도이다.
적정하게 디자인되고 유지되는 설비는 시간에 따라 적당하게 일정하고 안정한 진동레벨을 가질 수 있다. 설비를 오래 사용함에 따라, 수가지 요인들이 설비의 성능 열화를 초래할 수 있다. 이러한 열화는 설비 언발란스, 휠플랫 스폿(wheel flat spot), 베이링 결함, 모터-기어 유니트 미스얼라인먼트 (misalignment), 축 스러스팅(axial thrusting), 손상되거나 부러진 기어치(gear teeth), 및 도어 오퍼레이터 구동장치에서의 미스얼라인먼트와 같은 상태로 이르게 한다. 만일 때맞추어 찾아내어 바로잡지 않으면, 이러한 상태들은 설비 고장으로 이어질 수 있다. 상승된 진동레벨은 종종 상기 기계적인 설비 고장에 선행한다. 따라서 결함 상태가 전개될때, 이는 그 설비에 대한 진동 스펙트럼내에서의 각각의 하모닉스(harmonics)로서 분명하게 보여질 수 있다. 진동 기호(vibration signature)의 주기적인 경향은 따라서 엔지니어에게 임박한 결함상태를 경고할 수 있어, 유지 보수 스탭(maintenance staff)로 하여금 통상적인 다운턴(downturn)으로 때맞추어 대응할 수 있게 하여 예기치 못한 서비스중단을 교대로 방지할 수 있다.
따라서 우리는 진동 데이타를 감시하고 설비 상태에 근거하여 유지보수가 필요한때를 확인하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템을 개발하였다. 상기 설비의구동동안, 진동 기호는 임박하는 고장을 나타내는 특유의 편차로써 확인된다. 편차는 구동진폭(operating amplitude)이 사전세트된 임계레벨(threshold level)를 초과는지 여부를 결정함에 의해 탐지된다. 상기 임계레벨을 초과하면, 요구되는 유지보수를 나타내는 지시가 제공될 수 있다.
상기 진단시스템은 한참 선행하여 차량 설비의 고장을 예측할 수 있으므로 요구되는 유지보수는 계획된 유지보수기간중에 수행될 수 있다. 진단예측시스템을 이용하는 잇점은 상기 설비가 과도하게 유지보수되지 않고 단지 필요할때 유지보수됨으로써 열화형 고장의 감소 유지보수비용의 감소, 유지보수효율의 증가, 및 차량 적용성(fleet availability) 증가를 가져올 수 있다는데 있다.
본 발명은 그 상태 감시나 유지보수 예측을 위하여 차량 설비에 대하여 자동데이타 확보 및 분석할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 데이타는 키 설비위치(key equipment locations)에 위치된 진동변환기를 경유하여 샘플화된다. 상기 데이타는 일정한 간격으로 확보되어 비휘발성 메모리로 저장된다. 그리고 상기 데이타는 랩톱 PC로부터 검색되고 상태감시 쇼프트웨어로 분석되어 비정상적인 설비상태를 확인한다. 상기 데이타는 결함 상태를 전개시키는 과정을, 예를들면, 주석된 폭포플롯(annotated waterfall plot)으로 알기 위한 것일 수도 있다. 상기 결함 진동수 및 임계 셋포인터 레벨을 나타내기 위한 사전정의된 윈도우가 유지보수 스태프를 위해 장지 상태상황 보고를 발생하는 상기 쇼프트웨어내에서 정의된다. 설비 결함에 대한 진동 경향은 (HVAC 및 추진송풍기에서의 비전상적인 진동을 야기하는)설비 언발란스, 휠플랫스폿, 베어링결함(예컨데, 스트레이 접지전류, 부적절한 윤활등으로 인해 베어링 레이스에 전개된 결함, 느슨함), 모터-기어 유니트 미스얼라인먼트, 축 스러스팅, 손상되거나 부러진 기어치, 및 (마손 또는 느슨함에 따른)도어 오퍼레이터 구동장치에서의 미스얼라인먼트와 같은 빈번한 결함들을 작업 스탭(operations staff)에게 경고할 수 있다.
본 발명에 대한 완전한 이해는 첨부도면을 참조한 아래의 설명으로부터 얻을 수 있는데, 여기에서 같은 도면부호는 그 전체에 걸쳐 같은 부분을 나타낸다.
이하의 설명에서, 용어 "상부의(upper)", "하부의(lower)", "우측(right)", "좌측(left)", "수직의", "수평의", "정부(top)", "저부(bottom)", 및 그 파생어들은 첨부도면에서 방향되어진 본 발명에 관한 것이다. 그러나 본 발명은 반대의 의사를 표시한 경우를 제외하고는 다양한 대체가능한 변화와 단계순서들을 가질 수 있음을 이해되어야 할 것이다. 또한 첨부도면에서 나타내고 아래의 명세서에서 나타내고 설명하는 특정한 디바이스와 공정은 단순히 본 발명의 실시예임을 이해되어야 할 것이다. 따라서 여기에서 제시된 실시예에 관련된 특정한 범위 및 다른 물리적 특징들이 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 아니된다.
도 1~2는 진단예측시스템(12)를 구비한 차량 설비 (또는 차량)10을 나타내고 있다. 압전 진동변환기20들이 키 설비위치22에 설치되어 있다. 설비 진동신호(데이타)는 신호조절기와 스캐너(PSSC)24에 의해 주기적인 간격으로 샘플화된다. 상기 데이타는 다기능 차량 버스(Multifunctional vehicle bus:MVB)26을 따라 전송되어 차량제어 유니트(VCU)28의 비휘발성 메모리내에 저장된다. PC30은 상기 VCU28로부터 상기 데이타를 검색한다. 데이타 샘플링 필터링과 분석은 상기 PC30에 접근할수 있는 FFT분석기32내에서 일어난다. 상기 PC30은 상기 설비 22의 진동 기호(vibration signature)를 저장하고 표시한다. 상기 차량 10를 위한 어떤 구동 파라메터, 예를들면, 구동속도(샤프트 인코더로부터의 RPM), 차량 확인, 하중, 및 베어링온도, 는 또한 상기 PC30에 의한 분석을 용이하기 위해 기록된다.
여러 유형의 결함들이 다양한 특징적인 주파수 스펙트라(spectra)를 발생시킨다. 이 스펙트라는 사전 정의된 주파수 대역과 임계레벨을 사용하여 분석된다. 따라서 상기 PC30는 정의된 임계치에 관련한 진동 기호를 분석한다. 초기 임계레벨은 경험 또는 제조자의 추전에 근거하여 정의될 수 있지만, 그 레벨은 시간이 지남에 따라 조정될 수 있다. 진동 기호가 상기 임계레벨을 초과할때, 상기 설비22로부터 경보를 발생시킨다. 이 경보는 결함이 존재함을 단순히 나타내거나, 또는 특정한 결함이 탐지되고 있음을 나타낸다. 이러한 경보는 상기 설비가 다음으로 계획된 유지보수 운전중지동안 조사받아야 함을 나타낸다. 만일 설비 문제들을 조기에 바로 잡으면, 상기 설비의 추가적인 손상이 방지됨은 아주 흔하다. 상기 보관된 데이타는 또한 상기 비정상적인 응답에 대한 이유를 찾기 위해 유지보수 스탭에 의해 보다 정밀하게 조사될 수도 있다.
PC30상에 주문자의 요구에 따라 프로그램되어 설치된 상업적으로 가용한 하드웨어와 쇼프트웨어는 상기 측정, 분석, 및 회전설비결함들에 대한 탐지를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상업적으로 가용한 쇼프트웨어의 일예로 EntekTM이 있다.
이하는 상기 진단예측시스템에 의해 탐지될 수 있는 특정한 진동 기호에 의해 특징되어진 문제점들중의 일예이다. 부적절한 윤활을 가지거나, 또는 결함형성의 매우 이른 단계에서의 감마 베어링 작업은 매우 작은 진동폭을 갖는 고 주파수의 상승된 진동에너지 레벨(GES 또는 HFD라 일컬어지는)을 보여준다. 만일 바로 잡지 않으면, 이러한 상태는 최종적으로 레이스 결함(race defect)의 형성을 야기할 수도 있다. 윤활에 대한 시의적절한 고려는 이러한 상태가 더 나빠지는 것을 막을 수 있게 하며, 설비 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 휠 플랫 스폿은 정형적으로 그 휠의 주기적인 여기(excitation)를 발생시킨다. 임계 응답레벨(threshold response level)은 휠 플랫 스폿의 개시를 탐지하기 위하여 정의될 수가 있다. 송풍기 고장은 종종 언발란스에 의해 초래되는 고레벨의 동적응력에 기인한 금속피로와 관련되어 있다. 이러한 상태는 상기 송풍기 진동 기호에 대한 동주기 평균(synchronous averaging)에 의해 쉽게 탐지될 수 있다. 도어 고장(door failure)은 종종 (탑재 볼트의 마손 또는 느슨함 때문에) 구동라인 미스얼라인먼트와 관련되어 있다. 이 상태는 구동축속도에 대한 하모닉스와 서브하모닉스로서 진동 기호내에서 탐지될 수도 있다. 임계 레벨은 이러한 비정상을 탐지하기 위해 정의될 수 있으며, 상기 진단모듈이 조사를 개시할 것이다.
상술한 설명은 본 발명의 바람직한 상세한 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없는 개조, 첨가 및 변화가 가능함은 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명함을 이해되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량에 대한 적용성을 유지하거나 증가시키면서, 유지비용을 저감할 수 있고 유지효율을 증대할 수 있는 진단예측시스템 및 그 방법을 제공함에 유용한 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 하나의 설비;
    상기 하나의 설비상에 위치된 진동변환기;
    상기 진동 변환기에 전기적으로 연결되어 상기 진동변환기로부터의 데이타를 샘플링하도록 구성된 신호 조절기와 스캐너;
    상기 신호 조정기와 스캐너에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 신호 조절기와 스캐너로부터 전송된 상기 데이타를 받아 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리를 갖는 차량 제어 유니트;
    상기 차량 제어 유니트에 전기적으로 연결될 수 있으며 상기 비휘발성 메모리로부터의 데이타를 검색하고 저장하도록 구성된 퍼스넬 컴퓨터; 및
    상기 퍼스넬 컴퓨터에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 하나의 설비에 대한 진동 기호(vibration signature)을 결정하기 위해 상기 데이타에 접근하여 분석할 수 있도록 구성된 FFT 분석기를 포함하고,
    상기 퍼스넬 컴퓨터는 상기 분석된 데이타를 저장하고 상기 진동 기호를 표시하는 것을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 진동변환기는 압전 진동변환기임을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 데이타는 설비진동신호(equipment vibration signal)인 것을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 다수의 설비와, 그 다수의 설비상에 위치된 다수의 진동 변환기를 추가로 포함하여 구성되는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 신호 조절기와 스캐너는 사전결정된 주기로 상기 데이타를 샘플링하는 것을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 퍼스넬 컴퓨터는 상기 FFT 분석기에 의해 상기 데이타를 분석함에 있어서 사용되는 조업 파라메터(operating parameter)를 저장함을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 FFT 분석기는 상기 데이타를 분석하기 위해 사전 정의된 주파수대역과 임계 레벨을 사용하는 것을 특징으로 하는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 신호 조절기 및 스캐너와 상기 차량제어 유니트에 전기적으로 연결된 다기능 차량 버스(multifunctional vehicle bus)를 추가로 포함하고 있으며, 상기 다기능 차량 버스는 상기 신호 조절기 및 스캐너와, 상기 차량제어 유니트간에 상기 데이타를 전송하도록 구성되어 있는 차량 설비를 위한 진단예측시스템.
  9. 차량 설비를 진단하는 방법에 있어서,
    상기 차량 설비중 적어도 하나의 설비상에 위치된 적어도 하나의 진동변환기로부터의 데이타를 샘플링하는 단계;
    상기 데이타를 차량 제어 유니트의 비휘발성 메모리로 전송하는 단계;
    퍼스넬 컴퓨터를 사용하여 상기 비휘발성 메모리로부터 상기 데이타를 검색하는 단계;
    상기 데이타를 상기 퍼스넬 컴퓨터에 저장하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 설비의 진동 기호를 결정하기 위해 상기 데이타를 분석하는 단계;를 포함하여 구성되는 차량 설비 진단방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 데이타를 분석하는 단계는 사전 정의된 주파수대역과 임계 레벨(threshold level)을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 설비 진단방법.
  11. 제 10항에 있어서, 경험 또는 제조자의 추천에 기초하여 초기 임계레벨을 정의하는 단계를 추가로 포함하는 차량 설비 진단방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 초기 임계레벨을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 차량 설비 진단방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 진동 기호가 상기 임계 레벨을 초과할때 경보를 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 차량 설비 진단방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 퍼스넬 컴퓨터상에 상기 적어도 하나의 설비에 대한 진동 기호를 표시하는 단계를 추가로 포함하는 차량 설비 진단방법.
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