KR101248232B1

KR101248232B1 - 병렬 부대설비의 이상 진단 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101248232B1
Application number: KR1020110140962A
Authority: KR
Inventors: 이진희
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-12-23

Abstract

본 발명은 병렬로 설치되는 부대설비의 진동신호 파형을 분석하여 부대설비의 이상 여부를 진단하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이상 진단 방법은 부대설비 각각의 진동센서로부터 수신한 진동신호 파형에 대한 주성분 데이터를 추출하고, 이를 부대설비가 정상 상태일 때 추출한 각각의 기준 주성분 데이터와의 내적값을 구한 다음, 내적값이 부대설비가 이상 상태일 때의 기준 내적값 이하인 경우, 해당 부대설비에 이상이 발생한 것으로 진단한다. 이때 기준 내적값은, 각 부대설비별로 순위화하여 그 순서에 따라 부대설비에 대한 검사 결과에 따라 결정되므로, 설비 이상 여부 진단 앞서 기준값의 데이터베이스화 작업으로 인한 시간을 절약이 절약되며, 병렬 부대설비의 개수가 많더라도 신속한 이상 진단이 가능하다.

Description

병렬 부대설비의 이상 진단 방법 및 시스템{DIAGNOSIS METHOD AND SYSTEM ON DETERIRATION OF PARALLEL DRIVEN UTILITY EQUIPMENTS}

본 발명의 병렬로 설치되는 부대설비의 진동신호 파형을 분석하여 부대설비의 이상 여부를 진단하고, 이상이 감지된 부대설비에 대한 경고를 발생시키는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 기계 설비는 최초 설치된 상태 이후 설비 상태가 서서히 변하게 되어, 설비에 이상이 발생하는 경우 진동신호의 특성이 변하게 되므로, 이를 감시함으로써 설비의 이상 유무를 진단할 수 있다.

도 1은 종래의 오프라인상에서 설비의 이상 진단 시스템 구성도로서, 도시된 바와 같이, 이상 진단 장치(1)는, 동작중이 아닌 오프라인상의 개별 부대설비(2)에 특정 주파의 초음파 또는 진동신호를 인가한 후, 개별 부대설비(2)에서 출력되는 진동신호를 처리하여 이상을 판단하는 시스템이다. 이 경우 운전중에 이상 상태를 판단할 수 없어 별도의 정비 기간을 정하여 정비원이 개별적으로 부대설비를 검사하여 이상 여부를 분석하여야 하므로, 시간과 비용이 많이 소요되었다.

종래에 개별 설비에 진동센서를 설치하여 설비의 이상 여부를 감지하는 방법으로서 국내 특허공개 제2002-0052749호(발명의 명칭 : 회전설비의 진동감지방법)이 제시되어 있다. 이 방법은 회전설비의 진동신호 대표값을 계산하고, 미리 저장된 진동 경고치와 진동 주의치와 비교하여 이상 여부를 감지하도록 구성되어 있다.

그러나 위 방법은 하나의 측정대상에 대하여 이상 여부를 감지하는 것으로, 최초 진동 경고치와 진동 주의치 값을 데이터베이스화하기 위해서는 설비에 이상이 발생할 때까지 계속하여 진동신호 대표값을 계산하여야 하는데, 설비의 수명이 긴 경우 이를 데이터베이스화기까지 상당한 시간과 인내가 요구되었다.

또 다른 종래의 설비 감시 및 진단방법으로서 국내 특허공개 제2001-0026772호(발명의 명칭 : 가변설비의 감시 및 진단방법)이 제시되고 있으나, 이 방법 또한 관리기준을 미리 정하는 단계에 있어서 앞서의 방법과 같은 문제점을 안고 있었다.

또한 위 방법들을 병렬 부대설비에 적용하는 경우, 각각의 설비에 대한 기준값을 구하여야 하므로, 해당 방법들을 설비의 개수만큼 실행하여야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 병렬 부대설비에 대하여 각각의 부대설비로부터 수신한 진동신호로부터 설비 이상을 판단하는 기준값을 개별 부대설비로부터 실시간으로 용이하게 획득할 수 있는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법 및 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명 병렬 부대설비의 이상 진단 방법은, 병렬로 설치되는 2 이상의 부대설비에 진동센서를 설치하여 이상 여부를 진단하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법에 있어서, 상기 부대설비가 최초 또는 정상인 상태일 때, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 각각의 기준 주성분 데이터를 추출하는 단계; 상기 부대설비의 가동 중, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 주성분 데이터를 추출하고, 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값의 순위에 따라 해당 부대설비의 이상 여부를 검사하여 이상 발생시의 내적값을 각각의 기준 내적값으로 설정하는 단계; 및 상기 부대설비의 가동 중, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 주성분 데이터를 추출하고, 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 설비 이상으로 판단하는 이상 여부 진단 단계; 를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 기준 주성분 데이터 추출 단계는, 상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출한다.

바람직하게, 상기 기준 내적값 결정 단계는, 상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 이를 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값을 구한 다음, 상기 내적값이 작은 해당 부대설비부터 순차적으로 검사하여 이상이 발생된 해당 부대설비에 대한 내적값을 기준 내적값으로 결정한다.

바람직하게, 상기 이상 여부 진단 단계는, 상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 이를 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값을 구한 다음, 상기 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 해당 부대설비에 이상이 발생한 것으로 진단한다.

한편, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 병렬 부대설비의 이상 진단 시스템은, 상술한 방법을 수행하는 병렬 부대설비의 이상 진단 시스템에 있어서, 상기 부대설비 각각의 진동센서로부터 진동신호를 수신하는 신호수신부; 상기 각각의 부대설비에 대한 기준 주성분 데이터와 상기 기준 내적값을 저장하는 데이터베이스부; 및 상기 신호수신부에서 수신한 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 추출된 주성분 데이터와 상기 기준 주성분 데이터와의 내적을 계산하는 연산부; 를 포함한다.

바람직하게, 상기 연산부에서 계산된 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 해당 부대설비에 대한 경고를 발생하는 경고발생부; 를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 병렬 부대설비의 진동센서로부터 주기적으로 수신된 진동신호의 파형으로부터 주성분 데이터를 추출과, 주성분 데이터 간의 간단한 내적 계산만으로 설비의 이상 유무를 신속하게 진단할 수 있다. 또한, 각 개별 부대설비에 대한 주성분 데이터의 내적값을 순위화함으로써 이상 발생 개연성이 큰 부대설비부터 이상 여부를 진단하여 이상 발생에 대한 기준값을 설정할 수 있으므로, 설비 이상 여부 진단 앞서 기준값의 데이터베이스화 작업으로 인한 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 오프라인 방식에 의한 설비 이상 진단 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 이상 진단 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 기준 주성분 데이터를 획득하는 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에 따라 기준 내적값을 획득하는 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따라 설비 이상 여부를 진단하는 과정을 나타낸 순서도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.

먼저 본 발명에 의한 이상 진단 시스템(10)은 도 2와 같이, 유무선 통신망(20)에 의해 연결되어 복수개의 병렬 부대설비(30) 각각에 설치된 진동센서(40)로부터 진동신호를 수신할 수 있도록 구성된다.

구체적으로, 병렬 부대설비(30)는, 제1, 제2, ..., 제n부대설비(31, 32, 33)로 이루어지고, 각각의 부대설비(31, 32, 33) 외함 등의 위치에 제1, 제2, ..., 제n진동센서(41, 42, 43)가 설치된다. 이때 각각의 부대설비(31, 32, 33)는 동일 사양을 갖는다.

이상 진단 시스템(10)의 구체적인 구성은 다음과 같다.

먼저, 신호수신부(11)는, 각각의 진동센서(41, 42, 43)에서 검출된 진동신호를 유무선 통신망(20)을 통하여 수신받는다.

데이터베이스부(12)는, 각각의 부대설비(41, 42, 43)에 대한 후술하는 기준 주성분 데이터와 기준 내적값을 저장한다.

연산부(13)는, 신호수신부(11)에서 수신한 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 추출된 주성분 데이터와 기준 주성분 데이터와의 내적을 수행하여 각 부대설비(41, 42, 43) 별로 내적값을 구한다.

경고발생부(14)는, 연산부에서 계산된 내적값이 기준 내적값 이하인 경우 경고를 발생하여, 이상으로 진단된 부대설비에 대한 검사가 필요함을 알린다.

이하에서는, 본 발명 병렬 부대설비의 이상 진단 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 의한 이상 진단 방법은 크게, 기준 주성분 데이터 추출 과정, 기준 내적값 추출 과정 및 설비 이상 여부 진단 과정으로 나눌 수 있으며, 이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

(1) 기준 주성분 데이터 추출 과정(도 3 참조)

신호수신부(11)에서 최초 또는 정상상태에서의 각 부대설비(31, 32, 33)에 설치된 진동센서(41, 42, 43)로부터 진동신호를 수신받는다.

수신된 각 진동신호 파형으로부터 연산부(13)는 주파수를 변환하고, 주성분분석(Principle component analysis)을 수행하여 주성분 데이터를 추출한다. 이때 주파수 변환은 일반적인 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행할 수 있으며, 주성분 데이터는 진동신호 데이터의 수에 따라 그 개수는 변동될 수 있다.

이와 같이 추출된 주성분 데이터는 각 부대설비(31, 32, 33)에 대한 기준 주성분 데이터로서 데이터베이스(12)에 저장된다.

(2) 기준 내적값 결정 과정(도 4 참조)

기준 주성분 데이터를 추출한 후, 일정 시간 경과 후 신호수신부(11)는 가동중인 각 부대설비(31, 32, 33) 별로 다시 진동신호를 수신한다.

연산부(13)는 각 진동신호 파형으로부터 상술한 (1)의 방법에 의하여 주성분 데이터를 추출한다. 그 후, 주성분 데이터와 (1)에서 구한 기준 주성분 데이터의 내적을 계산한다. 계산된 내적값의 크기에 따라 각 부대설비(31, 32, 33) 별로 순위화를 한다. 내적값의 순위에 따라 순차적으로 부대설비의 이상 여부를 검사원이 검사한다. 예컨대, 5개로 이루어진 부대설비 1 내지 부대설비 5에 대한 내적값이 각각 0.95, 0.97, 0.93, 0.92, 0.83이 나온 경우, 이 내적값으로부터 부대설비의 변화량 순위는 부대설비 5, 부대설비 4, 부대설비 3, 부대설비 1, 부대설비 2의 순으로 큰 것을 확인할 수 있고, 따라서 이 순서에 따라 부대설비를 검사한다.

검사 결과 부대설비 5에 대하여 이상이 발생한 경우, 내적값 0.83을 부대설비 5의 기준 내적값으로 데이터베이스부(12)에 저장한다. 그러나 이상이 발생하지 않았다면, 일정 주기별로 다시 각 부대설비(31, 32, 33) 별로 진동신호를 수신하여 위 과정을 되풀이하여 각 부대설비(31, 32, 33) 별 기준 내적값을 결정한다. 이와 같이 각 부대설비(31, 32, 33) 별로 기준 내적값을 결정하는 이유는, 아무리 동일한 사양의 설비라 하더라도, 가동 조건이나 가동 상태에 따라 설비의 변화량이 달라지기 때문이다.

따라서 부대설비(31, 32, 33)의 개수가 아무리 많은 경우에도, 설비 검사자는 설비 이상이 발생된 개연성이 큰 설비부터 검사를 시작하여, 최종적으로 모든 부대설비(31, 32, 33)에 대한 기준 내적값을 구할 수 있어 검사의 효율성을 극대화 할 수 있다.

(3) 설비 이상 여부 진단 과정(도 5 참조)

신호수신부(11)에서 각 부대설비(31, 32, 33) 별로 진동신호를 수신한다.

연산부(13)에서 각 진동신호로부터 주성분 데이터를 추출한 후, 주성분 데이터를 추출하여 데이터베이스부(12)에 저장된 기준 주성분 데이터와의 내적을 계산한다. 계산된 내적값이 데이터베이스부(12)에 저장된 기준 내적값과의 비교를 통하여, 기준 내적값 이하인 경우 해당 부대설비가 이상 상태인 것으로 판단한다. 그러나 내적값이 기준 내적값 미만인 경우 해당 부대설비는 정상으로 판단하여 설정된 주기에 따라 위 과정을 되풀이한다.

이때 내적값이 기준 내적값 이하인 경우 경고발생부(14)에서 해당 부대설비에 대한 이상 신호를 발생시킴으로써 해당 부대설비에 대한 이상 여부 검사를 수행하게 한다.

이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 본 발명에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 그 균등물 내지 변형물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.

10 : 이상 진단 장치 20 : 유무선 통신망
30 : 병렬 부대 설비 31, 32, 33 : 제1, 제2, 제n설비
40 : 진동센서 41, 42, 43 : 제1, 제2, 제n센서

Claims

병렬로 설치되는 2 이상의 부대설비에 진동센서를 설치하여 이상 여부를 진단하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법에 있어서,
상기 부대설비가 최초 또는 정상인 상태일 때, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 각각의 기준 주성분 데이터를 추출하는 단계;
상기 부대설비의 가동 중, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 주성분 데이터를 추출하고, 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값의 순위에 따라 해당 부대설비의 이상 여부를 검사하여 이상 발생시의 내적값을 각각의 기준 내적값으로 설정하는 단계; 및
상기 부대설비의 가동 중, 상기 진동센서로부터 수신된 진동신호로부터 주성분 데이터를 추출하고, 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 설비 이상으로 판단하는 이상 여부 진단 단계; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준 주성분 데이터 추출 단계는,
상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법.
제2항에 있어서,
상기 기준 내적값 결정 단계는,
상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 이를 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값을 구한 다음, 상기 내적값이 작은 해당 부대설비부터 순차적으로 검사하여 이상이 발생된 해당 부대설비에 대한 내적값을 기준 내적값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법.
제3항에 있어서,
상기 이상 여부 진단 단계는,
상기 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 이를 상기 기준 주성분 데이터와의 내적값을 구한 다음, 상기 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 해당 부대설비에 이상이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 병렬 부대설비의 이상 진단 시스템에 있어서,
상기 부대설비 각각의 진동센서로부터 진동신호를 수신하는 신호수신부;
상기 각각의 부대설비에 대한 기준 주성분 데이터와 상기 기준 내적값을 저장하는 데이터베이스부; 및
상기 신호수신부에서 수신한 진동신호의 파형에 대한 주파수 변환 및 주성분 분석을 통한 각각의 주성분 데이터를 추출하고, 추출된 주성분 데이터와 상기 기준 주성분 데이터와의 내적을 계산하는 연산부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 시스템.
제5항에 있어서,
상기 연산부에서 계산된 내적값이 상기 기준 내적값 이하인 경우 해당 부대설비에 대한 경고를 발생하는 경고발생부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 부대설비의 이상 진단 시스템.