KR100466292B1 - Danger sensoring system using wavelet transform - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템에 관한 것으로, 구동 모터의 구동에 따라 회전축이 회전하면서 선단에 설치된 임펠러를 회동시키고 이 임펠러의 회동에 따라 교반물이 고르게 혼합되도록 하는 교반기에 있어서, 상기 교반기의 구동 모터에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 센서와, 상기 교반기의 출력축, 구동축, 임펠러축에 해당하는 축의 변동률을 측정하여 진동을 감지하기 위한 가속도계와, 상기 전류 측정 센서와 가속도계에서 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행하는 웨이브렛 변환기와, 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 미리 설정된 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 웨이브렛 변환기에서 웨이브렛 변환된 전류 신호 및 진동 신호를 기준 신호와 비교하여 기준 신호 이상인 경우 교반기가 이상 상태임을 알리는 결과를 출력하는 신호 비교회로와, 상기 신호 비교회로에서 출력되는 비교 결과에 따라 상기 구동 모터를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a risk detection system of agitator using wavelet transformation, and in an agitator for rotating an impeller installed at a tip while rotating a rotating shaft according to a driving motor, and in order to uniformly mix the agitators according to the rotation of the impeller. A current measuring sensor for measuring a current applied to a driving motor of the stirrer, an accelerometer for detecting a vibration by measuring a variation rate of an axis corresponding to an output shaft, a driving shaft, and an impeller shaft of the stirrer, and the current measuring sensor and an accelerometer An A / D converter converting the current signal and the vibration signal detected by the digital signal into a digital signal, a wavelet converter performing wavelet conversion on the digital signal converted by the A / D converter, and the rotational speed of the side band and the impeller Energy of a specific wavelet transform preset using the rotational frequency determined by A signal comparison circuit outputting a result indicating that the agitator is in an abnormal state when the current signal and the vibration signal converted by the wavelet converter in the bell are compared with the reference signal and indicating that the agitator is in an abnormal state; and a comparison result output from the signal comparison circuit. The control unit for outputting a control signal for controlling the drive motor according to the.
Description
본 발명은 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템에 관한 것으로, 특히 측파대(Sideband)와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 사용하여 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨을 설정하고, 교반기로부터 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 웨이브렛 변환하여 상기 미리 설정된 에너지 레벨에서 기준 신호와 비교하며, 이 비교 결과에 따라 교반기의 구동 모터를 제어하여 교반기의 구동 및 정지를 원활하게 제어할 수 있고 교반기의 과부하 동작과 이상 동작을 방지할 수 있도록 한 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hazard detection system of agitator using wavelet transformation, and in particular, sets the energy level of a specific wavelet transformation using a rotation frequency determined by the sideband and the rotational speed of the impeller, The detected current signal and the vibration signal are wavelet-converted and compared with the reference signal at the predetermined energy level. According to the comparison result, the driving motor of the agitator can be controlled to smoothly control the driving and stopping of the agitator. The present invention relates to a risk detection system for an agitator using wavelet transformation to prevent overload and abnormal operation.
일반적으로 분말 상태로 된 도료 등을 포함하여 각종 액상의 혼합물을 혼합하거나, 기본 물질에 화약 약품 등을 넣고 이들을 고르게 혼합시키기 위하여 교반기를 이용하고 있다.In general, a stirrer is used to mix various liquid mixtures, including powders, paints, etc., or to put chemicals and the like into base materials and evenly mix them.
특히, 산업용 교반기의 경우는 도 1에 도시된 바와 같이 교반기 본체(1)의 상부에 구동 모터(2)를 설치하고, 이 구동 모터(2)의 하방에는 구동 모터(2)의 피니언과 결합하여 회전력을 증가시키는 감속기(3)를 설치하며, 이 감속기(3)의 출력축(4)에 구동축(5)을 연결 설치하고, 이 구동축(5)에는 교반용 임펠러(7)가 선단에 설치된 임펠러축(6)을 연결 설치하여 구성되어 있다.In particular, in the case of an industrial stirrer, as shown in FIG. 1, a drive motor 2 is installed at an upper portion of the stirrer body 1, and a lower side of the drive motor 2 is coupled to a pinion of the drive motor 2. A reduction gear (3) for increasing the rotational force is provided, and the driving shaft (5) is connected to the output shaft (4) of the reduction gear (3), and the driving shaft (5) has an impeller shaft provided with a stirring impeller (7) at the tip. It is comprised by connecting and installing (6).
상기 교반기 본체(1)를 혼합조에 고정 설치한 상태에서 구동 모터(2)를 구동시키게 되면, 구동 모터(2)의 피니언이 상기 감속기(3)를 작동시키게 되고, 이 감속기(3)에서 감속되면서 회전력이 증가된 출력축(4)이 구동축(5)과 임펠러축(6)을 회동시키게 되며, 이 임펠러축(6)의 회전에 따라 상기 임펠러(7)가 회동하게 되면서 상기 액상의 혼합물을 교반시키게 되어 있다.When the driving motor 2 is driven while the stirrer main body 1 is fixedly installed in the mixing tank, the pinion of the driving motor 2 operates the speed reducer 3, and the speed decreases in the speed reducer 3. The output shaft 4 with increased rotational force rotates the drive shaft 5 and the impeller shaft 6, and the impeller 7 rotates as the impeller shaft 6 rotates to stir the liquid mixture. It is.
그러나, 현재 사용되고 있는 교반기는 교반 작업도중 과부하가 발생될 경우, 이를 감지할 수 없었기 때문에 과부하가 걸린 교반기를 즉시 정지시킬 수 없었으며, 상기 혼합물의 교반 작업이 완료되고 혼합물이 배출된 경우에도 이를 육안으로 확인한 후에만이 상기 교반기를 정지시키도록 되어 있었다.However, the stirrer currently being used could not immediately stop the stirrer overloaded because the overload occurred during the stirring operation, and even when the mixture was completed and the mixture was discharged, the naked eye Only after confirming that the stirrer was stopped.
그리고, 상기 임펠러를 포함한 축들에서 이상 진동이 발생되는 경우, 이 이상 진동 등에 의하여 상기 축 등에서 휨이 발생되거나 또는 아예 파손되는 폐단이 있었다.In addition, when abnormal vibrations are generated in the shafts including the impeller, there is a closed end in which the bending occurs or the whole is broken by the abnormal vibrations or the like.
특히, 자동화된 공정에 있어서는 상기 과부하 등이 발생될 경우 교반기의 속도 등을 적절하게 제어해야 하는데, 종래의 교반기에는 이러한 이상 상태를 자동으로 감지할 수 없었기 때문에 작업자의 감각이나 육안에 의하여 일일이 확인하고 이상 발생시 작업자가 수동적으로 조치를 하도록 하고 있었다.Particularly, in the automated process, when the overload occurs, the speed of the stirrer should be properly controlled. In the conventional stirrer, such an abnormal state could not be detected automatically. In case of an error, the worker had to take manual measures.
따라서, 상기와 같은 이상 발생시 신속하게 교반기를 제어할 수 없었으며, 이에 따라 상기 교반기의 축이 휘거나 축과 임펠러 및 혼합조와 연결되는 부분 등이 파손될 염려가 있었고, 상기 과부하가 걸릴 경우 교반기의 구동 모터가 손상되는 문제점 등이 있었다.Therefore, it was not possible to control the stirrer promptly when such an abnormality occurred, and there was a fear that the shaft of the stirrer was bent or the part connected to the shaft, the impeller and the mixing tank, and the like was damaged. There was a problem that the motor is damaged.
한편, 본 출원인이 이전에 출원한 출원번호 제2000-18840호에서 상기와 같은문제점을 해결하기 위해 교반기의 위험감지시스템을 제안하였는데, 이는 상기 교반기의 임펠러축에서 발생하는 진동을 감지하고 이 감지된 진동 신호에 따라 구동 모터를 제어하도록 한 시스템이었다.On the other hand, the present applicant proposed in the previously filed application No. 2000-18840 proposed a risk detection system of the stirrer to solve the above problems, which detects the vibration occurring in the impeller shaft of the stirrer It was a system to control the drive motor according to the vibration signal.
그러나, 상기와 같은 종래 위험감지시스템의 경우, 상기 감지된 진동 신호가 시간 영역에서의 신호로서, 이 시간 영역에서의 신호만으로는 교반기의 이상을 감지하는 것이 힘들다고 하는 단점이 있었다.However, in the conventional risk detection system as described above, the sensed vibration signal is a signal in the time domain, and it is difficult to detect an abnormality of the agitator only by the signal in this time domain.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 구동 모터의 구동에 따라 회전축이 회전하면서 선단에 설치된 임펠러를 회동시키고 이 임펠러의 회동에 따라 교반물이 고르게 혼합되도록 하는 교반기에 있어서, 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨을 설정하고, 상기 교반기로부터 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 웨이브렛 변환하여 상기 미리 설정된 에너지 레벨에서 기준 신호와 비교하며, 이 비교 결과에 따라 교반기의 구동 모터를 제어하여 교반기의 구동 및 정지를 원활하게 제어할 수 있고 교반기의 과부하 동작과 이상 동작을 방지할 수 있도록 한 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템을 제공하는 데에 있다.The present invention is to solve the above problems, the object of the stirrer to rotate the impeller installed on the tip while rotating the rotary shaft in accordance with the drive of the drive motor, and to ensure that the stirring water is evenly mixed according to the rotation of the impeller, The energy level of the specific wavelet transform is set by using the rotation frequency determined by the sideband and the rotational speed of the impeller, and the current signal and the vibration signal detected by the stirrer are wavelet transformed to obtain a reference signal at the preset energy level. According to the result of the comparison, it is possible to smoothly control the driving and stopping of the stirrer by controlling the driving motor of the stirrer and to detect the danger of the stirrer using wavelet conversion to prevent the overload operation and the abnormal operation of the stirrer. To provide a system.
도 1은 본 발명에 의한 위험감지시스템이 적용된 교반기의 단면을 보인 도면,1 is a cross-sectional view showing a stirrer to which the risk detection system according to the present invention is applied;
도 2는 본 발명에 의한 위험감지시스템의 블록 구성도,2 is a block diagram of a risk detection system according to the present invention;
도 3의 (가)와 (나)는 시간 영역에서의 전류 신호 및 진동 신호를 보인 도면,3 (a) and 3 (b) show a current signal and a vibration signal in a time domain,
도 4의 (가)와 (나)는 전류 신호 및 진동 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행한 결과를 보인 도면,4A and 4B show wavelet transform results of current and vibration signals;
도 5는 전류 신호 및 진동 신호에 대한 각 레벨의 에너지를 보인 도면.5 shows energy at each level for current and vibration signals.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 교반기 본체 2 : 구동 모터1: stirrer body 2: drive motor
3 : 감속기 4 : 출력축3: reducer 4: output shaft
5 : 구동축 6 : 임펠러축5 drive shaft 6 impeller shaft
7 : 임펠러 8 : 전류 측정 센서7 impeller 8 current measuring sensor
9 : 가속도계 10 : A/D 변환기9: accelerometer 10: A / D converter
11 : 웨이브렛 변환기 12 : 신호 비교회로11 wavelet converter 12 signal comparison circuit
13 : 제어부13: control unit
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템은, 구동 모터의 구동에 따라 회전축이 회전하면서 선단에 설치된 임펠러를 회동시키고 이 임펠러의 회동에 따라 교반물이 고르게 혼합되도록하는 교반기에 있어서, 상기 교반기의 구동 모터에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 센서와, 상기 교반기의 출력축, 구동축, 임펠러축에 해당하는 축의 변동률을 측정하여 진동을 감지하기 위한 가속도계와, 상기 전류 측정 센서와 가속도계에서 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행하는 웨이브렛 변환기와, 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 미리 설정된 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 웨이브렛 변환기에서 웨이브렛 변환된 전류 신호 및 진동 신호를 기준 신호와 비교하여 기준 신호 이상인 경우 교반기가 이상 상태임을 알리는 결과를 출력하는 신호 비교회로와, 상기 신호 비교회로에서 출력되는 비교 결과에 따라 상기 구동 모터를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The risk detection system of the stirrer using the wavelet conversion of the present invention for achieving the above object, the rotating shaft rotates in accordance with the drive of the drive motor to rotate the impeller installed on the tip and the stirring water evenly according to the rotation of the impeller In the stirrer to be mixed, the current measuring sensor for measuring the current applied to the drive motor of the stirrer, the accelerometer for detecting the vibration by measuring the rate of change of the shaft corresponding to the output shaft, the drive shaft, the impeller shaft of the stirrer, An A / D converter converting the current signal and the vibration signal detected by the current measuring sensor and the accelerometer into a digital signal, a wavelet converter performing wavelet conversion on the digital signal converted by the A / D converter, and Specific webs preset in advance using a rotational frequency determined by the rotational speed of the wave and the impeller A signal comparison circuit for outputting a result indicating that the agitator is in an abnormal state when the current signal and the vibration signal converted by the wavelet converter at the energy level of the Brett transformation are compared with a reference signal and indicating that the agitator is in an abnormal state; And a control unit for outputting a control signal for controlling the driving motor according to the output comparison result.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the risk detection system of the stirrer using the wavelet conversion of the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 위험감지시스템의 블록 구성도로서, 상기 교반기의 구동 모터(2)에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 센서(8)와, 상기 교반기의 출력축(4), 구동축(5), 임펠러축(6)에 해당하는 축의 변동률을 측정하여 진동을 감지하기 위한 가속도계(9)와, 상기 전류 측정 센서(8)와 가속도계(9)에서 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(10)와, 상기 A/D 변환기(10)에서 변환된 디지털 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행하는 웨이브렛 변환기(11)와, 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 미리 설정된 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 웨이브렛 변환기(11)에서 웨이브렛 변환된 전류 신호 및 진동 신호를 기준 신호와 비교하여 그 결과를 출력하는 신호 비교회로(12)와, 상기 신호 비교회로(12)에서 출력되는 비교 결과에 따라 상기 구동 모터(2)를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(13)로 구성된다.2 is a block diagram of a risk detection system according to the present invention, which includes a current measuring sensor 8 for measuring a current applied to the drive motor 2 of the stirrer, an output shaft 4 of the stirrer, and a drive shaft ( 5), the accelerometer 9 for detecting vibration by measuring the rate of change of the axis corresponding to the impeller shaft 6, the current signal and the vibration signal detected by the current measuring sensor 8 and the accelerometer 9 digital signal By the A / D converter 10 for converting to the wavelet, the wavelet converter 11 for performing wavelet transform on the digital signal converted by the A / D converter 10, and the rotational speed of the side band and the impeller. A signal comparison circuit 12 for comparing the wavelet-converted current signal and the vibration signal by the wavelet converter 11 with a reference signal at an energy level of a predetermined wavelet transform using a determined rotation frequency and outputting a result thereof. ) And the above According to the comparison result output from Comparison circuit 12 comprises a control section 13 for outputting a control signal for controlling the drive motor (2).
상기와 같이 구성된 본 발명에서는 웨이브렛 변환을 이용한 에너지 레벨 분석을 통해 교반기의 이상 상태를 쉽게 감지할 수 있도록 하고 있다.In the present invention configured as described above, it is possible to easily detect the abnormal state of the stirrer through energy level analysis using the wavelet transform.
즉, 웨이브렛 변환이란 분석하고자 하는 신호를 주어진 기저함수의 특성을 이용하여 분할하는 과정을 말하며, 이때 사용하는 기저함수는 스케일링 함수(t)와 웨이브렛 함수(t)로 나눌 수 있다. 이러한 웨이브렛의 기저들은 모웨이브렛(mother wavelet)(t)의 확장(dilation)과 천이(translation)로부터 얻어지며, 다음 두 가지 조건을 만족해야 한다.In other words, the wavelet transform refers to a process of dividing a signal to be analyzed using characteristics of a given base function, and the base function used here is a scaling function. (t) and wavelet functions can be divided by (t). The bases of these wavelets are the mother wavelet Obtained from the dilation and translation of (t), two conditions must be met:
스케일 a와 시간 b에 대응하는 웨이브렛은 다음과 같이 주어진다.The wavelets corresponding to scale a and time b are given by
여기서, a와 b는 각각 확장과 천이 변수이며, 연속 웨이브렛 변환(continuous wavelet transform, CWT)은 다음과 같이 정의된다.Here, a and b are expansion and transition variables, respectively, and continuous wavelet transform (CWT) is defined as follows.
여기서 *는 공액 복소수(complex conjugate)를 의미한다.Where * means a complex conjugate.
이산 웨이브렛 변환(DWT)은 상기 수학식에서 a, b를 2의 거듭제곱이 되는 스케일(dyadic scale)을 사용하여 나타내게 된다.일 때, 웨이브렛은로 표현되며, DWT는 다음으로 정의된다.The discrete wavelet transform (DWT) is represented by using a dyadic scale in which a and b are powers of two. When is the wavelet The DWT is defined as
여기서,는 웨이브렛 계수이며 원래의 신호 x(t)의 시간-주파수 그래프상에 나타나게 된다.here, Is the wavelet coefficient and appears on the time-frequency graph of the original signal x (t).
웨이브렛 이론의 배경은 주어진 신호를 직교성을 가지고 있는 웨이브렛들을 적용하여 분해할 수 있다는 것이다. 이러한 원리로부터 다중해상도 분석이 수립되었으며, 이는 신호의 성분을 단계별로 더욱 세밀하게 표현하는 웨이브렛을 만들어서 적용하는 과정을 거치게 된다. 스케일링 함수는 스케일링 계수를 낳게 되고, DWT는 웨이브렛 계수와 스케일링계수를 다음과 같이 계산한다.The background of wavelet theory is that a given signal can be resolved by applying orthogonal wavelets. From this principle, multi-resolution analysis was established, which went through the process of creating and applying wavelets that represent the components of the signal in greater detail. Scaling function Is scaling factor Resulting in a wavelet coefficient And scaling factor Calculate as
j>0에서, 스케일링 계수와 웨이브렛 계수는At j> 0, the scaling factor and wavelet coefficient
으로 주어진다. 여기서, g, h는 각각 웨이브렛와 스케일링 함수로부터 유도된 고주파, 저주파 통과 필터 계수에 해당한다. 따라서는 고주파 통과 필터를 통과한 신호 x(t)의 고주파 성분(detail)에 해당하며,는 저주파 통과 필터를 통과한 신호이다.Given by Where g and h are each wavelets And scaling functions Corresponds to the high frequency, low pass filter coefficients derived from therefore Is the high frequency detail of the signal x (t) passing through the high pass filter, Is the signal that passed the low pass filter.
한편, 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨을 설정하는 과정을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a process of setting an energy level of a specific wavelet transform by using a rotation frequency determined by the rotation speed of the side band and the impeller will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
교반기의 임펠러 회전속도는 일정하게 맞추어져 있으며, 교반기에 변속기가 설치되어 있어 분당 1회전 이하에서 1000회전까지 회전수의 변환이 가능하다.The impeller rotation speed of the stirrer is constant and the transmission is installed in the stirrer, and the rotation speed can be changed from less than 1 revolution per minute to 1000 revolutions.
그리고, 교반기의 경우 교반 물질의 점도, 수위, 회전속도 등에 따라 전류와 진동의 측정 신호가 달라지게 되는데, 본 발명에서는 교반 물질을 물로 하고, 수위는 액면 통과, 공회전, 교반축의 끝단에서 30cm 위까지 수위를 만들어 실험하였으며, 교반기의 구동 모터(3상 유도 전동기)의 인입전류를 측정하기 위해 나나 일렉트로닉(Nana Electronics)사의 SY-05 홀센서를 사용하였고, 진동을 측정하기 위해 PCB사의 1Hz∼1kHz의 진동을 측정할 수 있는 가속도계를 사용하였다. 13mm의 교반축으로 여러 회전속도에 대한 데이터를 1000Hz의 샘플링 주파수로 2048개의 데이터를 수집하였다.In addition, in the case of the stirrer, the measurement signal of the current and the vibration is changed according to the viscosity, the water level, the rotational speed, etc. of the stirring material. In the present invention, the stirring material is made of water, and the water level is 30 cm above the liquid level, idle, and at the end of the stirring shaft. In order to measure the inflow current of the stirrer drive motor (three-phase induction motor), Nana Electronics' SY-05 Hall sensor was used, and PCB's 1Hz ~ 1kHz An accelerometer was used to measure the vibration. 2048 data were collected at a sampling frequency of 1000Hz with data on various rotation speeds with a stirring shaft of 13mm.
도 3의 (가)와 (나)는 시간 영역에서의 전류 신호 및 진동 신호를 나타낸 도면으로서, 정상인 축과 휜 축에 있어서 전류 신호의 경우 거의 차이가 없음을 알 수 있고, 진동 신호의 경우 차이가 있기는 하지만 이 신호만으로는 시간축에 걸쳐서 데이터를 모두 다 받아 봐야 함으로 적시에 이상을 감지하는 방법으로는 사용하기에 부적절하다.3 (a) and 3 (b) show current signals and vibration signals in the time domain, and it can be seen that there is almost no difference between the current signals in the normal axis and the y-axis. However, this signal alone is not suitable for timely detection of abnormalities since it must receive all the data over the time axis.
도 4의 (가)와 (나)는 전류 신호 및 진동 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행한 결과를 보인 도면으로서, 회전속도 540rpm의 정상인 축과 휜 축에 대해 전류 신호 및 진동 신호를 최대 분할 레벨인 11레벨까지 웨이브렛 변환을 수행한 결과이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전류 신호의 경우 51, 69Hz와 42, 78Hz의 측파대를 포함하는 3,4레벨(31.25-125Hz)에서 에너지가 나타나며, 진동 신호의 경우 회전속도에 해당하는 회전주파수(9Hz)를 포함하는 6레벨(7.8125-15.625Hz)에서 에너지가 나오는 것을 알 수 있으며 차이가 있음을 알 수 있다.4 (a) and 4 (b) show the results of performing wavelet transform on the current signal and the vibration signal, and the maximum division level of the current signal and the vibration signal on the normal axis and the y-axis of the rotational speed of 540 rpm. This is the result of wavelet transform up to level 11. As shown in Figs. 4 and 5, the energy is present at the 3,4 levels (31.25-125 Hz) including the 51, 69 Hz and 42, 78 Hz sidebands for the current signal, and corresponds to the rotational speed for the vibration signal. It can be seen that the energy comes out at the six levels (7.8125-15.625Hz) including the rotation frequency (9Hz) to see that there is a difference.
따라서, 일반적으로 교반기의 작동시 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 알 수 있으므로 특정 에너지 레벨만 선택한 후, 웨이브렛 변환을 하여 비교 분석함으로써 교반기의 이상 상태를 보다 쉽게 감지할 수 있다.Therefore, in general, the rotation frequency determined by the sideband and the impeller's rotational speed during the operation of the stirrer can be known, so it is easier to detect the abnormal state of the stirrer by selecting only a specific energy level and performing a comparative analysis by converting the wavelets. have.
상기와 같이 구성된 본 발명의 웨이브렛 변환을 이용한 교반기의 위험감지시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the risk detection system of the stirrer using the wavelet conversion of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 상기 교반기 본체(1)를 혼합조에 고정 설치한 상태에서 구동 모터(2)를 구동시키게 되면, 구동 모터(2)의 피니언이 상기 감속기(3)를 작동시키게 되고, 이 감속기(3)에서 감속되면서 회전력이 증가된 출력축(4)이 구동축(5)과 임펠러축(6)을 회동시키게 되며, 이 임펠러축(6)의 회전에 따라 상기 임펠러(7)가 회동하게 되면서 상기 액상의 혼합물을 교반시키게 된다.First, when driving the drive motor 2 in a state in which the stirrer body 1 is fixedly installed in the mixing tank, the pinion of the drive motor 2 operates the reducer 3, and in this reducer 3 The output shaft 4 with increased rotational force as the deceleration rotates the drive shaft 5 and the impeller shaft 6, and the impeller 7 is rotated according to the rotation of the impeller shaft 6. It is stirred.
이때, 상기와 같이 작동되는 교반기에 과부하가 걸리거나 혼합물의 배출로 인하여 갑작스런 변화가 발생하게 되면, 상기 교반기에 인가되는 전류 신호의 변화 및 상기 교반기의 축 등에서 진동이 발생하게 되는데, 이 전류 신호 및 진동 신호를 상기 전류 측정 센서(8)와 가속도계(9)를 이용하여 검출하게 된다.At this time, when a sudden change occurs due to the overload of the stirrer operated as described above or the discharge of the mixture, the change in the current signal applied to the stirrer and the vibration of the stirrer, etc., the current signal and The vibration signal is detected using the current measuring sensor 8 and the accelerometer 9.
즉, 상기 전류 측정 센서(8)는 상기 교반기의 구동 모터(2)에 인가되는 전류를 측정하고, 상기 가속도계(9)는 상기 교반기의 출력축(4), 구동축(5), 임펠러축(6)에 해당하는 축의 변동률을 측정하여 진동을 감지한다.That is, the current measuring sensor 8 measures the current applied to the drive motor 2 of the stirrer, and the accelerometer 9 is the output shaft 4, the drive shaft 5, the impeller shaft 6 of the stirrer. Vibration is detected by measuring the rate of change of the corresponding axis.
이때, 상기 전류 측정 센서(8)로서 홀 센서를 이용한다.At this time, a hall sensor is used as the current measurement sensor 8.
이어, A/D 변환기(10)는 상기 전류 측정 센서(8)와 가속도계(9)에서 검출된 전류 신호 및 진동 신호를 디지털 신호로 변환하고, 웨이브렛 변환기(11)는 상기A/D 변환기(10)에서 디지털 신호로 변환된 전류 신호 및 진동 신호에 대해 웨이브렛 변환을 수행한다.Subsequently, the A / D converter 10 converts the current and vibration signals detected by the current measuring sensor 8 and the accelerometer 9 into digital signals, and the wavelet converter 11 converts the A / D converter ( In step 10), wavelet transform is performed on the current signal and the vibration signal converted into the digital signal.
이후, 신호 비교회로(12)는 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 미리 설정된 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 웨이브렛 변환기(11)에서 웨이브렛 변환된 전류 신호 및 진동 신호를 기준 신호와 비교하여 그 결과를 제어부(13)로 출력한다.Thereafter, the signal comparison circuit 12 uses the rotation frequency determined by the rotation speed of the side band and the impeller, and the current signal wavelet transformed by the wavelet converter 11 at an energy level of a specific wavelet transform, which is preset. The vibration signal is compared with the reference signal and the result is output to the control unit 13.
즉, 본 발명에서는 교반기의 작업시 알 수 있는 측파대와 임펠러의 회전속도에 의해 결정되는 회전주파수를 이용하여 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨을 미리 설정한 후, 이 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 검출된 전류 신호 및 진동 신호가 기준 신호 이상인지를 비교 판단하는 것이다.That is, in the present invention, after setting the energy level of the specific wavelet transform in advance by using the rotational frequency determined by the sideband and the rotation speed of the impeller known in the operation of the stirrer, It is determined whether the detected current signal and the vibration signal are equal to or greater than a reference signal.
상기 신호 비교회로(12)에서의 비교 판단 결과, 특정 웨이브렛 변환의 에너지 레벨에서 상기 웨이브렛 변환된 전류 신호 및 진동 신호가 기준 신호 이상이면 교반기에 이상 상태가 발생한 것으로 판단하여 소정 레벨의 신호를 출력하여 그 결과를 제어부(13)에게 알린다.As a result of the comparison judgment in the signal comparison circuit 12, if the wavelet-converted current signal and the vibration signal at the energy level of the specific wavelet transform are equal to or greater than the reference signal, it is determined that an abnormal state has occurred in the stirrer and a signal having a predetermined level is detected. Output to the control unit 13.
그러면, 상기 제어부(13)는 상기 신호 비교회로(12)에서 출력되는 이상 신호에 따라 제어신호를 구동 모터(2)로 출력함으로써 구동 모터(2)의 적절한 조치가 이루어지도록 제어한다.Then, the controller 13 outputs a control signal to the drive motor 2 according to the abnormal signal output from the signal comparison circuit 12 to control the appropriate action of the drive motor 2.
이에 따라, 상기 교반기의 구동 및 정지를 원활하게 제어할 수 있어 교반기의 과부하 동작과 이상 동작을 방지할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to smoothly control the driving and stopping of the stirrer, thereby preventing overload operation and abnormal operation of the stirrer.
이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명은, 웨이브렛 변환을 이용한 에너지 레벨 분석을 통해 교반기의 이상 상태를 쉽게 감지할 수 있게 되는 효과가 있으며, 교반기에 과부하가 걸리거나 또는 혼합물의 배출로 인한 공회전시에도 즉각적인 감지 및 적절한 조치로 상기 교반기의 구동 모터 손상을 방지하고, 휨 발생에 따른 상기 교반기 축들의 변형 및 파손을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of being able to easily detect the abnormal state of the stirrer through energy level analysis using the wavelet transform, when the stirrer is overloaded or idling due to discharge of the mixture In addition, there is an effect that it is possible to immediately prevent the damage to the drive motor of the stirrer by the immediate detection and appropriate measures, and to prevent deformation and breakage of the stirrer shafts due to the bending occurs.
또한, 자동화 공정에서의 교반기의 작동을 원활하게 하면서 구동을 안정화시킬 수 있게 되며, 상기 교반기의 구동 및 정지 제어가 신속하고 정확하게 이루어지므로 교반기의 고장을 방지하게 되는 점 등의 효과가 있다.In addition, it is possible to stabilize the drive while smoothly operating the stirrer in the automated process, there is an effect such as to prevent the failure of the stirrer because the ignition and stop control of the stirrer is made quickly and accurately.
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