KR101010632B1 - 전기계장 제어시스템 수명평가방법 - Google Patents

전기계장 제어시스템 수명평가방법 Download PDF

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Abstract

전기계장 제어시스템 수명평가방법에 관한 것으로, 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수를 검출하는 단계와; 제어시스템이 설치되어 있는 작업장의 환경에 따라 가중치를 설정하는 단계; 및 상기 가중치를 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수에 반영하여 산출된 감소수명과, 상기 제어시스템의 고장횟수에 반비례되도록 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기계장 제어시스템 수명평가방법이 제공된다.
전기계장 제어시스템, 수명평가

Description

전기계장 제어시스템 수명평가방법{METHOD FOR EVALUATING LIFE CYCLE OF AN ELECTRIC INSTRUMENT CONTROL SYSTEM}
본 발명은 전기계장 제어시스템의 수명을 평가하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어시스템의 고장횟수와 제어시스템이 설치된 작업장의 환경조건을 반영하여 제어시스템의 잔여수명을 사전에 정확히 예측할 수 있도록 개선된 전기계장 제어시스템 수명평가방법에 관한 것이다.
전기계장 제어시스템은 각종 기계, 전자설비를 이용한 공정의 출력을 제어할 수 있도록 전자기적인 수단에 의해 입력이나 자극에 대한 출력이나 응답을 내는 시스템으로, 다양한 산업분야에서 일반적으로 사용되어 그 이용 분야와 영역을 넓혀가고 있는 추세이다.
이와 같은 전기계장 제어시스템으로는 전력통신(Power Line Communication ; PLC), 분산제어시스템(Distributed Control System ; DCS), 인버터(Inverter) 등을 예로 들 수 있다. 이들 제어시스템은 내부가 복잡한 회로와 부품으로 이루어져 있어 시스템의 안정상태를 작업전 사전에 확인하기가 어려운 것이 일반적이며, 작업전 확인할 수 있다고 하더라도 많은 인적, 시간적 비용을 소모하는 것이어서 점검 에 제약이 따르고 있다.
전기계장 제어시스템은 각종 공정에 있어서 핵심적인 연산, 제어등을 수행하고 있으므로 전기계장 제어시스템이 수명을 다하여 정상적으로 작동하지 않게 되는 경우 공정을 중단하여야 하며, 새로운 전기계장 제어시스템으로 교체한 후에야 비로소 생산라인을 재가동할 수 있게 된다. 이와 같은 공정의 불가피한 중단으로 인해 생산효율성은 낮아지게 되어 제품의 단가를 상승시키는 문제를 발생시킨다. 또한 생산라인 제어의 오작동이 발생하는 경우 불의의 안전사고를 일으키는 등의 문제도 발생하게 된다.
따라서 전기계장 제어시스템의 예측수명을 정확하게 평가하여 전기계장 제어시스템의 교체 시점을 정할 필요성이 있으나, 현재까지 전기계장 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 기법은 제시되어 있지 않은 실정이다.
다만, 전기계장 제어기를 구성하는 각 유니트에 대한 초기 부품의 데이터로부터 수명평가를 수행하는 기법으로 MIL-HDBK-217기법의 Relax 소프트웨어 활용방법이 있다. 그러나 이러한 방법은 제어시스템을 사용하고 있는 현장 조건과 사용하고 있는 시점을 지속적으로 고려해서 수명을 평가하지는 못하고 있다.
실제 현장에서 사용되고 있는 방법은 대부분 전기계장 제어시스템 메이커에서 지정해주는 기본 수명에 의존하고 있으나, 이는 정확도가 떨어질 수 밖에 없고 제어시스템이 설치된 작업장의 환경에 따라 제어시스템의 수명이 현저하게 저하되는 것을 반영하지 못하고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 전기계장 제어시스템의 고장횟수와 작업환경에 따른 영향을 반영하여 제어시스템의 잔여수명을 정확하게 평가할 수 있도록 개선된 전기계장 제어시스템 수명평가방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법은 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수를 검출하는 단계와; 제어시스템이 설치되어 있는 작업장의 환경에 따라 가중치를 설정하는 단계; 및 상기 가중치를 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수에 반영하여 산출된 감소수명 및 상기 제어시스템의 고장횟수에 반비례되도록 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
부품의 상태, 시스템 복잡도, 케이스 평가, 온도 환경, 습도 환경, 노이즈, 분진상태, 진동상태, 전력안정도 및 대기오염도를 포함하는 제어시스템 환경조건들중 적어도 하나 이상을 반영하여 상기 가중치를 설정하며,
상기 제어시스템 수명평가방법은 상기 제어시스템 환경조건들을 반영하는 기준을 제공하는 환경설정 기준테이블에 따라 상기 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어시스템 수명평가방법은 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 지속적으로 평가된 잔여수명 데이터 그래프를 화면으로 디스플레이하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 또 하나의 특징으로 한다.
삭제
또한 상기 제어시스템 수명평가방법은 하기의 수식1에 따라 잔여수명을 평가하는 것을 특징으로 한다.
[수식1]
Figure 112008088894627-pat00001
여기서, N[T(y-1)-T(y)]는 초기시점에서 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수, M[T(y-1)-T(y)]는 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수, LTE(y)는 수명평가시점의 제어시스템 잔여수명, LTE(y-1)는 메이커지정 초기예측수명, α는 설정된 상수, πT는 가중치이다.
본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법에 의하면 제어시스템의 사용환경에 따라 종합적으로 분석하여 제어시스템의 잔여수명을 계산함으로서 고장 발생전 전기계장 제어시스템의 교체 시점을 미리 정할 수 있으며, 이로 인해 생산라인의 갑작스런 정지를 방지하고 불의의 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 제어기의 잔여수명을 제어시스템 설치후 지속적으로 평가할 수 있으며, 평가된 잔여수명을 경향 그래프로 디스플레이함으로서 지속적인 제어시스템의 수명평가 관리가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법을 설명하기 위한 플로우챠트(Flow Chart)이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법은 제어시스템 고장횟수 검출단계(S1)와, 가중치 설정단계(S2) 및 제어시스템의 잔여수명 평가단계(S3)를 포함하여 이루어지며, 잔여수명 데이터 그래프 디스플레이단계(S4)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 전기계장 제어시스템 수명평가방법은 전기계장 제어시스템이 작업장에 설치된 시점부터 지속적으로 제어시스템의 잔여수명을 평가하여 관리할 수 있도록 이루어진다.
본 발명의 제어시스템 수명평가방법은 제어시스템이 작업장에 설치된 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수에 비례하여 전기계장 제어시스템의 잔여수명이 감소되도록 산출하는 것은 물론이며, 이에 더 나아가 제어시스템의 고장횟수와 작업환경에 따른 가중치를 부여하여 제어시스템의 잔여수명을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어시스템 수명평가방법은 우선, 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수를 검출하는 단계(S1)를 수행한다. 이를 위해 사용자는 제어시스템이 설치된 시점을 기준으로 지속적으로 제어시스템의 고 장 상태를 모니터링하고 기록한다. 이는 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수에 비례하여 제어시스템의 잔여수명은 추가적으로 감소되는 것을 반영하기 위한 것이다.
다음으로, 제어시스템이 설치되어 있는 작업장의 환경에 따라 가중치를 설정한다(S2). 이는 제어시스템 환경조건들이 제어시스템의 잔여수명을 추가적으로 감소시키는 요인으로 작용함을 고려하기 위한 것이다.
제어시스템의 잔여수명에 영향을 미치는 제어시스템 환경조건들로는 부품의 상태, 시스템 복잡도, 케이스 평가, 온도 환경, 습도 환경, 노이즈, 분진상태, 진동상태, 전력안정도 및 대기오염도를 들 수 있다.
이 때, 환경설정 기준테이블을 기준으로 하여 제어시스템 환경조건으로부터 가중치를 설정할 수 있다.
일 예로, 상기 제어시스템 환경조건들중 온도 환경만을 반영하여 가중치를 설정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
아래의 표1은 제어시스템 환경조건들중 온도와 관련된 환경설정 기준테이블을 나타낸 것이다.
[표1]
Figure 112008088894627-pat00002
상기 환경설정 기준테이블을 기준으로 하여 제어시스템이 설치된 작업장의 현재 사용온도에 해당하는 평가점수와 상대가중치를 곱하여 가중치를 설정할 수 있다. 현재 사용온도가 20도인 경우 평가점수가 0이므로 온도 환경 가중치는 0이 된다. 즉, 현재 사용온도가 18도 이상, 26도 미만인 경우 제어시스템의 잔여수명에 는 영향을 미치지 않는 것으로 보아 평가점수를 0으로 산정한 것이다. 작업장의 온도가 적정 범위(18도 이상, 26도 미만)에서 벗어난 정도가 클 수록 평가점수가 증가되도록 환경설정 기준테이블을 설정되어 있다. 만약 현재 사용온도가 28도인 경우 평가점수에 상대가중치를 곱한 값인 1이 가중치로 설정된다. 이와 같이 작업장의 온도 환경조건을 고려하여 가중치를 부여하며, 부여된 가중치에 비례하여 평가되는 제어시스템의 잔여수명은 감소된다.
이상에서 설명한 바와 같은 방법에 의해 제어시스템 고장횟수와 가중치를 설정한 다음으로, 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 단계를 수행한다(S3).
이 때, 검출된 제어시스템의 고장횟수에 반비례되도록 제어시스템의 잔여수명을 평가한다. 일 예로, 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수가 3회인 경우 제어시스템의 잔여수명이 1년 감소되는 것으로 설정할 수 있다.
또한 상기 가중치를 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수에 반영하여 산출된 감소수명에 반비례되도록 제어시스템의 잔여수명을 평가한다.
일 예로 다음과 같이 감소수명을 설정할 수 있다.
감소수명 = 가중치 × (초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 년수)
이에 의하면 가중치가 1로 설정된 경우, 제어시스템의 잔여수명은 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 년수만큼 감소된다. 이 때, 작업 환경 조건은 변화될 수 있으므로, 제어시스템 수명을 평가하는 시점마다 작업 환경에 따른 가중치를 새로 설정한다. 따라서 수명평가시점마다 작업환경이 변화함에 따라 가중치가 변화되므로 매 수명평가시점마다 제어시스템의 잔여수명의 추세가 변동하게 된다.
상기 가중치를 설정하는 것은 사용자의 수작업에 의해 이루어질 수도 있으며, 미리 환경설정 기준테이블 데이터를 제어부(MCU)에 입력해둔 상태에서 사용자가 작업장의 현재 환경조건을 입력수단(미도시)에 의해 입력하면 입력된 현재 환경조건에 따라 제어부에서 가중치를 설정하도록 할 수도 있다.
일 예로, 제어부(미도시)에서 제어시스템 잔여수명을 산출하는 과정은 하기의 수식1에 따라 수행할 수 있다.
[수식1]
Figure 112008088894627-pat00003
여기서, N[T(y-1)-T(y)]는 초기시점에서 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수, M[T(y-1)-T(y)]는 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수, LTE(y)는 수명평가시점의 제어시스템 잔여수명, LTE(y-1)는 메이커지정 초기예측수명, α는 설정된 상수, πT는 가중치이다.
전기계장 제어시스템의 메이커에서 제어시스템의 사용년한을 제시한 경우, 그 값으로 LTE(y-1)를 설정하며, 사용년한이 제시되지 않은 경우 LTE(y-1)를 25년으로 설정할 수 있다.
상기 가중치 πT는 다음과 같은 수식에 의해 설정될 수 있다.
πT = (π부품상태 + π시스템복잡도 + π케이스평가 + π온도환경 + π습도환경 + π노이즈 + π분진상태 + π진동상태 + π전력안정도 + π대기오염도) * 1/10
π부품상태, π시스템복잡도, π케이스평가, π온도환경, π습도환경, π노이즈, π분진상태, π진동상태, π전력안정도, π대기오염도 는 각각 부품상태, 시스템 복잡도, 케이스평가, 온도환경, 습도환경, 노이즈, 분진상태, 진동상태, 전력안정도, 대기오염도의 환경설정 기준테이블로부터 산출된 가중치값이며, 가중치(πT)는 이들 가중치값들의 평균으로 설정할 수 있다.
상기 설정된 상수(α)는 제어시스템 고장횟수가 제어시스템 잔여수명에 미치는 영향을 고려하여 산출한다. 즉, 제어시스템 고장횟수에 따라 제어시스템 잔여수명에 미치는 영향이 큰 경우 α를 작게 설정하고, 제어시스템 고장횟수에 따라 제어시스템 잔여수명에 미치는 영향이 작은 경우 α를 크게 설정할 수 있다. 통상적인 제어시스템을 고려하면 1 ≤ α ≤ 10 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.
이상에서는 도 1에 도시된 바와 같이 제어시스템 고장횟수를 검출하는 단계(S1)를 수행한 후 가중치 설정단계(S2)를 수행하는 것에 대하여만 설명하였으나, 가중치 설정단계(S2)를 먼저 수행한 후 제어시스템 고장횟수를 검출하는 단계(S1)를 수행하거나 제어시스템 고장횟수를 검출하는 단계(S1)와 가중치 설정단계(S2)를 동시에 수행하는 것에 의해 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 것 또한 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같은 방법에 의해 제어시스템 잔여수명을 평가한 후, 초기시점으로부터 수명평가시점 사이에 지속적으로 평가된 잔여수명 데이터 그래프를 화면으로 디스플레이하는 단계를 수행한다(S4). 제어부에 저장된 잔여수명 데이터로부터 그래프를 화면으로 디스플레이하는 과정은 널리 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 디스플레이 매체로는 엘씨디(Liquid Crystal Display ; LCD), 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel ; PDP)을 예로 들 수 있으며, 기타 열거되지 않은 다양한 매체를 통해 화면으로 표시하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기계장 제어시스템 수명평가방법에 의해 평가된 제어시스템의 잔여수명 데이터를 그래프로 나타낸 도면이다. 이 때, 설 정된 상수(α)는 2.5로 하였으며 상기 수식1에 따라 잔여수명 데이터를 검출한 것이다. 본 발명의 제어시스템 수명평가방법에 의해 평가된 잔여수명 그래프는 시간이 경과함에 따라 점점 짧아짐을 알 수 있다. 이와 같이 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 제어시스템 잔여수명 추세를 화면에 디스플레이함으로서 제어시스템의 잔여수명을 종합적으로 분석할 수 있으며, 제어시스템의 잔여수명을 지속적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기계장 제어시스템 수명평가방법을 설명하기 위한 플로우챠트(Flow Chart).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기계장 제어시스템 수명평가방법에 의해 평가된 제어시스템의 잔여수명 데이터를 그래프로 나타낸 도면.

Claims (5)

  1. 초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수를 검출하는 단계와; 제어시스템이 설치되어 있는 작업장의 환경에 따라 가중치를 설정하는 단계; 및 상기 가중치를 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수에 반영하여 산출된 감소수명 및 상기 제어시스템의 고장횟수에 반비례되도록 제어시스템의 잔여수명을 평가하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
    부품의 상태, 시스템 복잡도, 케이스 평가, 온도 환경, 습도 환경, 노이즈, 분진상태, 진동상태, 전력안정도 및 대기오염도를 포함하는 제어시스템 환경조건들중 적어도 하나 이상을 반영하여 상기 가중치를 설정하며,
    상기 제어시스템 수명평가방법은 상기 제어시스템 환경조건들을 반영하는 기준을 제공하는 환경설정 기준테이블에 따라 상기 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 전기계장 제어시스템 수명평가방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전기계장 제어시스템 수명평가방법은
    초기시점으로부터 수명평가시점의 사이에 지속적으로 평가된 잔여수명 데이터 그래프를 화면으로 디스플레이하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기계장 제어시스템 수명평가방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어시스템 수명평가방법은
    하기의 수식1에 따라 잔여수명을 평가하는 것을 특징으로 하는 전기계장 제어시스템 수명평가방법.
    [수식1]
    Figure 112008088894627-pat00004
    (N[T(y-1)-T(y)]는 초기시점에서 수명평가시점의 사이에 발생된 제어시스템의 고장횟수, M[T(y-1)-T(y)]는 초기시점으로부터 수명평가시점 사이의 경과된 일수, LTE(y)는 수명평가시점의 제어시스템 잔여수명, LTE(y-1)는 메이커지정 초기예측수명, α는 설정된 상수, πT는 가중치)
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