KR101986212B1

KR101986212B1 - 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템

Info

Publication number: KR101986212B1
Application number: KR1020190033284A
Authority: KR
Inventors: 최종원
Original assignee: 삼일씨티에스(주)
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-09-30

Abstract

본 발명은 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템에 관한 것으로, 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류의 모터에 장착하여 진동 신호를 감지하는 진동센서; 상기 진동 신호를 입력받아 진동 속도 실효값(RMS)으로 산출하여 A,B,C,D 영역 신호별로 릴레이 점점 또는 RS-485 통신을 통해 DDC로 보내는 진동분석기; 상기 진동분석기를 감시하고 제어하며 A,B,C,D 영역 신호를 MCU로 보내는 DDC; 상기 A,B,C,D 영역 신호를 저장, 관리 및 분석하여 BAS로 보내는 MCU; 및 상기 모터의 진단 결과를 토대로 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류를 통합 관리하는 BAS;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템{Auto control system for failure prediction using vibration analysis of rotation body}

본 발명은 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시설물의 모터 이상 징후를 파악하여 사용자에게 이상 유무를 신속하게 알려줌으로써 사전 조치가 가능한 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템에 관한 것이다.

엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류 등의 회전체(모터)의 급작스런 고장 또는 이상 발생은 사고를 유발할 수 있다. 따라서, 이러한 모터의 고장 발생 전에 이상 여부를 미리 진단하여 조치를 취할 필요가 있다.

그러나, 회전체 진단은 현재 진동센서를 설치하여 진동분석기에서 데이터를 받아 서버로 전달하고, 서버에서 데이터를 처리 및 분석하여 이상 여부를 모니터링하고 있으나, 가격이 비싼 서버를 별도로 설치해야 하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모터에 진동센서를 장착하여 감지된 데이터를 진동분석기에서 분석하여 빌딩 제어시스템을 통해 정상 여부를 진단하여 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 이상 및 고장을 사전에 조치할 수 있는 진동 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템은 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류의 모터에 장착하여 진동 신호를 감지하는 진동센서; 상기 진동 신호를 입력받아 진동 속도 실효값(RMS)으로 산출하여 A,B,C,D 영역 신호별로 릴레이 점점 또는 RS-485 통신을 통해 DDC로 보내는 진동분석기; 상기 진동분석기를 감시하고 제어하며 A,B,C,D 영역 신호를 MCU로 보내는 DDC; 상기 A,B,C,D 영역 신호를 저장, 관리 및 분석하여 BAS로 보내는 MCU; 및 상기 모터의 진단 결과를 토대로 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류를 통합 관리하는 BAS;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 진동분석기는 상기 진동센서로부터 아날로그 신호를 받아 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터와, 상기 A/D컨버터에서 변환된 진동 신호를 입력받아 진동 속도의 실효값(RMS)을 산출하는 제어부와, 상기 제어기와 사용자 사이에 데이터 전송을 위해 제공하는 입출력부와, 상기 진동 신호 및 진단 결과를 저장하는 저장부, 및 상기 제어부를 통해 진동 속도 실효값(RMS)으로 구분한 영역을 릴레이 접점을 통해 DDC로 보내는 접점부를 포함할 수 있다.

상기 입출력부는 키보드와 디스플레이를 포함하고, 상기 키보드는 제어기에 회전체의 정보 및 진단 조건을 입력하고, 고장이나 이상 유무로 인한 알람 내용을 추후 확인하며, 상기 디스플레이는 제어기로부터 회전체의 진단 결과를 제공받아 출력할 수 있다.

상기 A,B,C,D 영역에서 A는 신규로 설치된 회전체의 진동 영역이고, B는 장기간 운전이 허용되는 영역이고, C는 장기간의 연속 운전은 적절하지 않은 영역이며, D는 손상을 일으킬 정도로 매우 가혹한 영역일 수 있다.

상기 BAS는 엘리베이터와 에스컬레이터의 경우 모니터에 A영역이면 파란색, B영역이면 초록색, C영역이면 노란색, D영역이면 빨간색으로 표시하고, C영역 및 D영역이면 신속하게 조치를 취할 수 있다.

또한, 상기 BAS는 펌프류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장하며, D영역이면 DDC를 통해 기동을 자동으로 중단시킬 수 있다.

또한, 상기 BAS는 FAN류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장하며, D영역이면 FAN을 정지시키고 냉난방 제어밸브, 외기 및 배기 댐퍼는 Close, 환기 댐퍼는 Open으로 신속하게 제어하여 안전하고 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 BAS는 모터의 진단 결과 C영역 또는 D영역이면 스마트 폰 또는 이메일로 경보메시지를 발송할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따르면 회전체 정상 여부를 고가의 서버를 사용하지 않고 기존 빌딩제어 시스템과 연계하여 모니터링 함으로써 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이상 및 고장을 사전에 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 영역 A/B, B/C 및 C/D 경계의 진동속도 실효값의 범위를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 영역 A/B, B/C 및 C/D 경계의 진동속도 실효값의 범위를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템은 진동센서(100), 진동분석기(200), DCC(Direct Digital Controller)(300), MCU(Main Control Unit)(400), BAS(Building Automation System)(500)를 포함하여 구성된다.

상기 진동센서(100)는 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류 등의 회전체(모터)에 장착하여 축 중심과 질량 중심이 일치하지 않은 불평형 증상으로 인한 진동 신호를 출력한다.

상기 진동분석기(200)는 A/D컨버터(210), 제어부(220), 입출력부(230), 저장부(240), 접점부(250), 통신부(260)를 포함하여 구성된다.

상기 A/D컨버터(210)는 진동센서(100)로부터 실시간으로 아날로그 신호를 받아 디지털신호로 변환할 수 있다.

상기 제어부(220)는 A/D 컨버터(210)에서 변환된 진동 신호를 입력받아 적절하게 처리함으로써 회전체의 정상 여부를 진단하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 제어부(220)는 진동 신호를 추출하여 진동 속도의 실효값(Root Mean Square; RMS)을 산출하여 회전체의 정상 여부를 진단하는 기능을 수행할 수 있다.

상기 입출력부(230)는 키보드와 디스플레이를 포함하고, 제어부(220)와 사용자 사이에 데이터 전송을 위해서 제공될 수 있다. 즉, 상기 키보드는 제어부(220)에 회전체의 정보 및 진단 조건을 입력하고, 고장이나 이상 유무로 인한 알람 내용을 추후 확인하기 위해서 이용될 수 있다. 상기 디스플레이는 제어부(220)로부터 회전체의 진단 결과를 제공받아 출력하는 데 이용될 수 있다.

상기 저장부(240)는 진동 신호 및 진단 결과를 저장하는 데 이용될 수 있다.

상기 제어부(220)는 입출력부(230) 및 저장부(240)와 신호를 주고받을 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(220)는 진동 속도 실효값(RMS)을 구분하여 권상기의 상태를 진단할 수 있다.

상기 접점부(250)는 제어부(220)를 통해 구분한 진동 속도 실효값(RMS)을 ISO10816을 토대로 4개의 A,B,C,D 영역별로 릴레이 접점을 통해 DDC(300)로 보낼 수 있다.

또한, 상기 접점부(250)를 사용하지 않고 접점부(250)와 같은 기능을 수행하는 통신부(260)의 RS-485 통신을 통해 DDC(300)로 보낼 수 있다. 이로 인해, 상기 접점부(250)를 통해 출력되는 A,B,C,D 영역을 DDC(300)에 DI 포트(PORT)가 부족하여 DDC(300)을 구입하는 일을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 A는 신규로 설치된 회전체의 진동은 보통 이 영역에 속하고, B는 이 영역에 속하는 진동을 보이는 회전체는 통상 제한 없이 장기간 운전이 허용되는 것으로 간주하고, C는 이 영역에 속하는 진동을 보이는 회전체는 통상 제한 없이 장기간의 연속 운전은 적절하지 않은 것으로 간주하며, 일반적으로 보수조치를 취할 적당한 기회가 생길 때까지는 이러한 상태에서 회전체를 제한된 기간 동안 운전할 수 있고, D는 이 영역에 속하는 진동 값은 통상 회전체에 손상을 일으킬 정도로 매우 가혹한 것으로 보통 간주한다. 이때, 상기 A,B,C,D 영역은 각각 good, satisfactory, unsatisfactory, unacceptable 상태를 나타낼 수 있다.

그리고, 상기 A,B,C,D 영역은 회전체의 축 중심과 질량 중심이 일치하지 않은 불평형 증상으로 인한 진동 속도 실효값(RMS)으로, 도 2와 같이 영역 A/B(0.71~4.5), B/C(1.8~9.3) 및 C/D(4.5~14.7) 경계에 대한 대표적인 값의 범위로 나타낼 수 있다. 여기서, 영역 경계 한계 값은 작은 기계(예: 출력이 15kW까지의 전기모터)의 경우에는, 그 범위의 하단에 있게 되는 경향이 있으며, 큰 기계(예: 측정 방향으로 유연하게 지지된 주 원동기)의 경우에는, 그 범위의 상단에 있게 되는 경향이 있다.

상기 DDC(300)는 진동분석기(200)를 감시하고 제어하는 장치로 접점부(250) 또는 통신부(260)의 RS-485 통신을 통해 출력되는 A,B,C,D 영역 신호를 DDC(300)를 통합적으로 관리하는 MCU(400)로 보낸다. 이때, 상기 MCU(400)는 A,B,C,D 영역 신호를 저장, 관리 및 분석하여 대형 빌딩의 냉난방, 조명, 방범 등 관리기능을 관제실에 설치된 관리 전용 컴퓨터로 조절하는 시스템인 BAS(500)로 보낸다.

상기 BAS(500)는 엘리베이터와 에스컬레이터의 경우 모니터에 회전체 위치와 더불어 A영역이면 파란색, B영역이면 초록색, C영역이면 노란색, D영역이면 빨간색으로 표시하고, C 및 D영역이면 신속하게 조치를 취하여 안전하게 운행할 수 있다.

또한, 상기 BAS(500)는 냉수펌프, 냉각수펌프 등의 펌프류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC(300)를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장함으로써 유지비용을 절검할 수 있으며, D영역이면 냉수펌프, 냉각수펌프 및 이와 관련된 설비들(냉각탑/냉동기)의 가동을 DDC(300)를 통해 자동으로 중단시켜 안전하게 시설물을 관리를 할 수 있다.

그리고, 상기 BAS(500)는 급배기, 공조기 등의 FAN류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC(300)를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장함으로써 유지비용을 절검할 수 있으며, D영역이면 FAN을 정지시키고 냉난방 제어밸브, 외기 및 배기 댐퍼는 Close, 환기 댐퍼는 Open으로 신속하게 제어하여 안전하고 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있다.

또한, 상기 BAS(500)는 배수펌프인 경우에도 실시간 모니터링을 통한 효율적인 감시 및 제어를 할 수 있으며, 전력계통 수배전반의 변압기 반에도 진동분석기를 설치하여 주파수를 실시간 감시를 통해 진동주파수가 급 변화하면 빌딩자동제어 시스템에서 알람을 발생하고 최대수요전력제어기와 연동하여 Peak Cut 제어로 순차적으로 부하를 절감하여 안정적인 전력 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 상기 BAS(500)는 회전체의 진단 결과 C영역 또는 D영역이면 스마트 폰 또는 이메일(E-mail)로 경보메시지를 발송하여 운영자가 어느 장소에 있더라도 현장 상황을 신속하게 안내 받아 대처함으로써 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류 등의 시설물을 효율적으로 관리할 수 있다.

한편, 상기 BAS(500)는 회전체의 진단 결과를 출력하며, 분석 주기(일, 주, 월, 년)에 따라 진동 분석 데이터를 그래프로 그려서 커브 피팅하고, 회귀분석을 수행하여 회귀 분석 결과로부터 회전 기계의 수명을 예측할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템은 진동분석기 단독으로 엘리베이터 및 에스컬레이터 설비의 이상 진후를 예측하여 사전에 고장 예방이 가능하며, 통신 또는 접점을 통하여 BAS에서 통합 관리가 가능하여 알람메시지를 표출하여 점검 및 조치를 통한 안전사고 방지 및 인명피해 최소화, 설비의 가동률향상, 유지보수 비용 절감을 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 진동센서 200: 진동분석기
210: A/D컨버터 220: 제어부
230: 입출력부 240: 저장부
250: 접점부 260: 통신부
300: DDC 400: MCU
500: BAS

Claims

엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류의 모터에 장착하여 진동 신호를 감지하는 진동센서;
상기 진동 신호를 입력받아 진동 속도 실효값(RMS)으로 산출하여 A,B,C,D 영역 신호별로 릴레이 점점 또는 RS-485 통신을 통해 DDC로 보내는 진동분석기;
상기 진동분석기를 감시하고 제어하며 A,B,C,D 영역 신호를 MCU로 보내는 DDC;
상기 A,B,C,D 영역 신호를 저장, 관리 및 분석하여 BAS로 보내는 MCU; 및
상기 모터의 진단 결과를 토대로 엘리베이터, 에스컬레이터, 펌프류, FAN류를 통합 관리하는 BAS;를 포함하되,
상기 BAS는,
엘리베이터와 에스컬레이터의 경우 모니터에 A영역이면 파란색, B영역이면 초록색, C영역이면 노란색, D영역이면 빨간색으로 표시하고, C영역 및 D영역이면 신속하게 조치를 취하고,
펌프류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장하며, D영역이면 DDC를 통해 기동을 자동으로 중단시켜며,
FAN류인 경우 모터 상태에 따라 인버터를 제어하여 C영역이면 DDC를 통해 아날로그 출력(AO)으로 인버터 주파수를 낮추어 모터의 회전수를 조절하여 장비의 수명을 연장하며, D영역이면 FAN을 정지시키고 냉난방 제어밸브, 외기 및 배기 댐퍼는 Close, 환기 댐퍼는 Open으로 신속하게 제어하여 안전하고 쾌적한 실내 환경을 제공하는 것을 특징으로 하는 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 진동분석기는,
상기 진동센서로부터 아날로그 신호를 받아 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터와,
상기 A/D컨버터에서 변환된 진동 신호를 입력받아 진동 속도의 실효값(RMS)을 산출하는 제어부와,
상기 제어부와 사용자 사이에 데이터 전송을 위해 제공하는 입출력부와,
상기 진동 신호 및 진단 결과를 저장하는 저장부, 및
상기 제어부를 통해 진동 속도 실효값(RMS)으로 구분한 영역을 릴레이 접점을 통해 DDC로 보내는 접점부를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 입출력부는 키보드와 디스플레이를 포함하고,
상기 키보드는 제어부에 회전체의 정보 및 진단 조건을 입력하고, 고장이나 이상 유무로 인한 알람 내용을 추후 확인하며,
상기 디스플레이는 제어부로부터 회전체의 진단 결과를 제공받아 출력하는 것을 특징으로 하는 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 A,B,C,D 영역에서 A는 신규로 설치된 회전체의 진동 영역이고, B는 장기간 운전이 허용되는 영역이고, C는 장기간의 연속 운전은 적절하지 않은 영역이며, D는 손상을 일으킬 정도로 매우 가혹한 영역인 것을 특징으로 하는 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 BAS는 모터의 진단 결과 C영역 또는 D영역이면 스마트 폰 또는 이메일로 경보메시지를 발송하는 것을 특징으로 하는 회전체 진동 분석 데이터를 활용한 고장예측 자동제어시스템.