KR101498527B1 - 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템에 관한 것으로서, 진단대상 설비에 대한 발생 가능한 모든 결함주파수가 구축되어 있는 데이터베이스부; 현장에서 운영중인 설비의 진동값을 측정하여 측정결과를 주파수 분석(FFT)하는 주파수 분석부; 상기 데이터베이스부를 이용하여, 진단대상 설비의 이상 유무를 자동으로 분석하고, 경보값과 비교하여 설비의 결함 유무를 분석하는 결함유무 분석부; 상기 결함유무 분석부의 분석결과를 이용하여 각 결함주파수에 대한 추이 그래프를 생성하여 표시하고, 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시하는 예측부; 를 포함한다.
Description
본 발명은 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 많은 발전소 회전설비의 진동주파수 분석을 빠르고 편리하게 수행하기 위하여, 발전소 현장에서 측정한 측정데이터와 주파수 분석결과를 이용하여 발전소 회전설비 상태의 이상 유무를 판단하는 시스템에 관한 것이다.
회전설비의 진동 주파수 분석 장치는 각종 전력 발전소 혹은 플랜트 설비에 포함되는 터빈, 모터와 같은 회전 기계설비의 진동상태를 모니터링하는 장치로서, 진동 측정 장비를 이용하여 현장에서 운영 중인 설비의 진동값을 측정하고 측정된 주파수를 분석하여 구축된 결함 주파수 데이터베이스를 이용하여 해당 회전설비의 이상 유무를 분석한다.
일반적인 기계설비의 고장원인을 분석하기 위해 사용되는 진동분석에서, 진동분석은 주파수와 진폭을 분석하는 것을 의미하고, 주파수는 고장원인을 분석하는데 사용되고, 진폭은 고장의 정도를 분석하는 데 사용된다. 이는 고장원인에 따라 그 주파수가 각각 다르고, 고장이 진행될수록 진폭이 증가한다는 사실에 기인한 것이다. 그러나, 전문적으로 교육을 받고 현장에서 숙련된 전문가라 할지라도, 진동의 주파수를 분석하여 정확한 고장의 원인을 분석하는 것은 대단히 어려운 업무에 속하는 것으로 알려져 있고, 아직 전문가 시스템은 전무하며 기계 상태 관리가 매우 어려운 문제가 있었다. 또한 기계 설비의 총 진동 정보만으로는 구체적으로 어느 부분의 고장이 문제가 되는지 알 수 없으며, 총 진동 값은 낮다하더라도 베어링 등의 부품은 고장이 발생할 수 있다는 예에서와 같이 기계 설비의 고장 여부를 정확히 탐지하기 어려우므로 고장이 발생한 후에야 기계 설비의 고장을 알 수 있으며, 이로 인해 설비 전체에 손상이 발생하거나, 대형 사고를 유발할 수 있는 문제가 있었다.
종래 사용되던 진동 주파수 분석은 제작사에서 제공하는 진동분석 프로그램을 이용하여 설비별 측정결과를 주파수 분석(FFT) 도표를 이용하여 분석인자별 분리선을 이용하여 이상 유무를 판단하고, 더 정확한 값을 계산하기 위하여 전자계산기 등을 이용하여 수작업으로 특정주파수 영역의 값을 계산하여 이상 유무를 판단하였다. 또, 기존 시판되는 장비에는 광역 주파수 밴드(Band)별 진동 추이도표 기능은 있으나, 주파수 범위가 매우 넓어서 각 결함 주파수 성분에 대한 정확한 분석이 어려우며 결함 주파수의 데이터베이스가 없어 실제 사용에는 어려움이 있었다. 또한 종전의 방식은 정확한 계산을 위하여 많은 시간이 소요되며 특히, 이전 측정값과 비교하기 추이분석을 위해서는 보다 더 많은 시간과 노력이 필요하였다.
한편, 종래의 진동분석 기술과 관련해서는, 한국 공개특허 10-2012-0130893 (발명의 명칭: 실시간 진동 모니터링 장치)(이하, '선행문헌') 가 공개되어 있다. 선행문헌에 따른 장치는, 신호종류에 따른 별도 모듈 없이 통합신호 처리가 가능하고, 별도의 진동 모듈, 릴레이 모듈 없이 구성된 통합모듈로 진동분석을 통해 저비용으로 초소형 제작이 가능하며, 손쉽게 기계 설비의 상태를 관리할 수 있다.
그러나, 선행문헌과 같은 종래 기술은, 발전소 등과 같이 대형 설비의 진단에 대하여 적합하지 않으며, 통합모듈로 구성되어 개별 장비의 신호처리 시에 정밀 분석이 어려운 점이 있을 것으로 사료된다. 또한 종래 분석 방법에서는 수작업으로 분석해야하므로, 이는 실제 산업현장에서 구현이 어렵고, 설비 특성에 맞는 결함 주파수 데이터베이스가 없어 분석이 용이하지 않은 문제점이 있으며, 한국 내 진동분석을 통한 발전소 설비 진단 혹은 진동주파수 분석과 관련하여 본 발명과 유사한 선행문헌은 확인되지 않았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 설비정보, 설비별 결함주파수, 분석인자별 경고값(alarm value)등의 주파수 분석관련 데이터베이스를 구축하고, 점검대상 설비의 진동데이터를 측정하여, 자동분석 기능을 실행하는 것에 의해서 발전소 회전설비 진동 주파수를 분석하는 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템을 제공함에 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템에 관한 것으로서, 진단대상 설비에 대한 발생 가능한 모든 결함주파수가 구축되어 있는 데이터베이스부; 현장에서 운영중인 설비의 진동값을 측정하여 측정결과를 주파수 분석(FFT)하는 주파수 분석부; 상기 데이터베이스부를 이용하여, 진단대상 설비의 이상유무를 자동으로 분석하고, 경보값과 비교하여 설비의 결함 유무를 분석하는 결함유무 분석부; 상기 결함유무 분석부의 분석결과를 이용하여 각 결함주파수에 대한 추이 그래프를 생성하여 표시하고, 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시하는 예측부; 를 포함한다.
또한 상기 데이터베이스부는, 진단대상 설비에 대한 결함 주파수 성분에 대한 분석을 위하여 설비정보, 설비별 결함주파수, 분석인자별 경고값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 주파수 분석부는, 진단대상 설비의 진동값을 측정한 측정결과를 주파수 분석진단대상 설비에 대한 결함 주파수 성분에 대한 분석을 위하여 주파수 분석(FFT)하고 그 결과를 상기 데이터베이스부에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 결함유무 분석부는, 상기 주파수 분석부로부터 얻은 진동 주파수 분석결과와 설정된 경고값(alarm value)을 비교하여 기준치 초과시 설비의 이상여부를 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 결함유무 분석부는, 등록되어 있는 분석인자별로 주파수 분석을 자동 실행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 예측부는, 진단 설비와 분석인자를 선택하고 주파수 분석 트랜드를 실행할 경우, 각 결함 주파수의 추이 그래프(trend graph)를 생성하여 표시하고, 설비의 이상유무 및 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템은 대상 설비에 대에 발생 가능한 모든 결함주파수가 구축되어 있는 데이터베이스부, 현장에서 운영 중인 설비의 진동값을 측정하여 측정결과를 주파수 분석(FFT)하는 주파수 분석부, 상기 데이터베이스부를 이용하여, 설비의 이상 유무를 자동으로 분석할 수 있고, 경고값(alarm value)과 비교하여 설비의 결함유무를 분석하는 결함유무 분석부 및 예측부를 포함함으로써 많은 설비의 이상 유무를 진단할 수 있으며, 특정한 결함 주파수들을 관리함으로써 결함의 계속적인 진단 및 진행정도를 모니터링 할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비 상태 진단 시스템의 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 통합 예측 진단 시스템에 결함주파수 데이터베이스 구축도.
도 3 은 본 발명에 따른 주파수 분석도표에 결함 주파수 도시 및 관심 주파수 추이도.
도 4 는 본 발명에 따른 결함주파수 진폭 계산 알고리즘 구현도.
도 2 는 본 발명에 따른 통합 예측 진단 시스템에 결함주파수 데이터베이스 구축도.
도 3 은 본 발명에 따른 주파수 분석도표에 결함 주파수 도시 및 관심 주파수 추이도.
도 4 는 본 발명에 따른 결함주파수 진폭 계산 알고리즘 구현도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템에 관하여 도 1 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 전체적으로, 데이터베이스부(100), 주파수 분석부(200), 결함유무 분석부(300), 및 예측부(400)를 포함하여 이루어진다.
대상 설비에 대한 발생가능한 모든 결함주파수가 구축되는 데이터베이스부(100)는 결함 주파수 성분에 대한 분석을 위하여 설비정보, 설비별 결함주파수, 분석인자별 경고값(alarm value) 등 주파수 분석관련 데이터들을 포함한다.
구체적으로, 데이터베이스부(100)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 회전주파수 및 배수 주파수(rpm), 베어링 결함 주파수, 날개(vane)통과 주파수, 기어 결함 주파수, 전원공급 주파수, 고정자 결함 주파수 및 로터 바 결함 주파수 등과 같은 발생 가능한 설비별 모든 결함 주파수 등의 정보를 포함하는 데이터베이스를 구축할 수 있다. 상기 베어링 결함 주파수는 케이지, 내륜, 외륜, 볼, 및 윤활유 평균속도등의 결함 원인을 포함할 수도 있다.
주파수 분석부(200)는 현장에서 운영 중인 설비의 진동값을 측정하고, 측정결과를 주파수 분석(FFT분석)하여 결과를 데이터베이스부(100)에 저장한다.
상기 데이터베이스부(100)를 이용하여, 설비의 이상 유무를 자동으로 분석하거나 또는 경고값(alarm value)과 비교하여 설비의 결함 유무를 분석하는 결함유무 분석부(300)는 상기 주파수 분석부(200)를 통하여 얻은 진동 주파수 분석결과와, 설정된 경고값(alarm value)을 비교하여 기준치 초과시 설비의 이상여부를 분석한다.
또한, 결함유무 분석부(300)는 자동분석 기능을 실행을 통해 등록되어 있는 분석인자별로 주파수 분석을 시작할 수도 있다.
예측부(400)에서는 설비와 분석인자를 선택하고, 주파수 분석 트랜드를 실행하면 도 3 에서와 같이 상기 결함유무 분석부(300)에서 제공하는 설비의 진동측정 분석결과를 이용하여 각 결함주파수에 대한 추이 그래프(trend graph)를 생성하여 표시함으로써 설비의 이상유무 및 분석결과를 시각적으로 제공한다.
또한, 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시함으로써 향후 설비의 이상 유무를 예측할 수 있도록 지원한다.
분석방법별로 분석인자 기본값 및 경고값(alarm value)의 데이터베이스를 구축하고, 각 분석인자별 주파수 분석 알고리즘을 프로그램으로 구현하는 본 시스템에서 상기 주파수 분석부(200)와 상기 예측부(400)에서 사용되는 주파수분석도표(FFT)상의 자료는 도 4 에서와 같이 X축: 주파수, Y축: 진폭값으로 연속적인 신호가 아닌 디지털 값으로 구성된다.
따라서, FFT의 해상도(Resolution)에 따라 주파수 표시간격(△f)이 달라지고, 정확한 결함주파수와 X축 주파수값이 일치하지 않으므로, 결함주파수에서의 값의 표현은 보정 알고리즘에 의하여 계산되어야 할 것이다.
따라서, 본 시스템은 현장에서 측정한 측정데이터를 FFT 주파수 분석한 결과를 이용하여 분석 인자별로 자동으로 주파수 분석하여 설비의 이상 유무를 알려주고 많은 설비를 자동으로 주파수 분석하여 이상 유무를 진동분석 전문가에게 알려줌으로써, 진동분석 전문가는 설비의 이론적인 이상 유무 및 실제 운영상의 이상 유무를 정밀 분석하여 설비의 상태를 진단할 수 있도록 지원한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S: 진동 주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템
100: 데이터베이스부 200: 주파수 분석부
300: 결함유무 분석부 400: 예측부
100: 데이터베이스부 200: 주파수 분석부
300: 결함유무 분석부 400: 예측부
Claims (6)
- 진단대상 설비에 대한 발생 가능한 모든 결함주파수가 구축되어 있는 데이터베이스부;
현장에서 운영중인 설비의 진동값을 측정하여 측정결과를 주파수 분석(FFT)하는 주파수 분석부;
상기 데이터베이스부를 이용하여, 진단대상 설비의 이상유무를 자동으로 분석하고, 경보값과 비교하여 설비의 결함 유무를 분석하는 결함유무 분석부; 및
상기 결함유무 분석부의 분석결과를 이용하여 각 결함주파수에 대한 추이 그래프를 생성하여 표시하고, 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시하는 예측부; 를 포함하는 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터베이스부는,
진단대상 설비에 대한 결함 주파수 성분에 대한 분석을 위하여 설비정보, 설비별 결함주파수, 분석인자별 경고값을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 주파수 분석부는,
진단대상 설비의 진동값을 측정한 측정결과를 주파수 분석진단대상 설비에 대한 결함 주파수 성분에 대한 분석을 위하여 주파수 분석(FFT)하고 그 결과를 상기 데이터베이스부에 저장하는 것을 특징으로 하는 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 결함유무 분석부는,
상기 주파수 분석부로부터 얻은 진동 주파수 분석결과와 설정된 경고값을 비교하여 기준치 초과시 설비의 이상여부를 분석하는 것을 특징으로 하는 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 결함유무 분석부는,
등록되어 있는 분석인자별로 주파수 분석을 자동 실행하는 것을 특징으로 하는 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 예측부는,
진단 설비와 분석인자를 선택하고 주파수 분석 트랜드를 실행할 경우, 각 결함 주파수의 추이 그래프(trend graph)를 생성하여 표시하고, 설비의 이상유무 및 분석값의 변화추이를 예측 생성하여 표시하는 것을 특징으로 하는 진동주파수 분석 프로그램에 의한 발전소 회전설비상태 진단 시스템.
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