KR102185017B1 - 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 가스공급시설의 형상정보를 획득하여 형상정보에 대한 이관, 갱신 등에 대한 업데이트 상황을 관리하고, 상기 가스공급시설의 형상관리에 대한 대상설비에 부착된 다양한 센서들로부터 획득된 정보에 기반하여 해당 대상설비의 예지보전을 수행할 수 있도록 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.

Description

가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템{Integrated information management and predictive maintenance system for gas supply facilities}

본 발명은 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 가스공급시설의 형상정보를 획득하여 형상정보에 대한 이관, 갱신 등에 대한 업데이트 상황을 관리하고, 상기 가스공급시설의 형상관리에 대한 대상설비에 부착된 다양한 센서들로부터 획득된 정보에 기반하여 해당 대상설비의 예지보전을 수행할 수 있도록 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.

해양플랜트는 복합·대형화 추세에 따라 사용 수명도 20~30년 이상 장기간 운영되고 있으며, 실제 건조비보다 많은 비용과 노력을 운영/유지보수에 투자하고 있다.

또한, 해양플랜트의 특성상 운영 및 유지보수(O&M, Operation and Maintenance) 기간 동안의 효율적인 설비 운영이 매우 중요하며, 특히 유지보수 시스템의 첨단화 및 최적화가 해양플랜트의 수주를 위한 비즈니스 경쟁력으로 중요하게 대두되고 있다.

한편, 최근의 IT의 적용에 힘입어, 기존의 예방보전 이상의 예측보전을 많이 적용하고 있지만, 상당히 많은 센서가 부착되어 있는 해양플랜트의 경우 다양한 센서 정보들을 지능적으로 통합/분석하는 상기 그림과 같은 예지보전 기술의 적용이 필요한 실정이다.

즉, 해양플랜트의 기자재 및 설비마다 사용 연한이 다르고, 환경이나 사용조건, 부하 등에 따라 열화내용이나 열화속도가 다르므로, 진단, 평가, 예지, 보전 등의 유지보수를 위한 정보들의 수집 및 통합을 기반으로 한 지속적인 지식화 기술 확보가 필수적으로 요구되는 것이다.

또한, 최적화된 해양플랜트의 운영 및 유지보수 관련 기술 개발이 이루어지고 있으나, 이를 지원하기 위한 엔지니어링 핵심기술들은 해외 기술 및 해외 솔루션에 의존하고 있는 실정이다.

즉, 엔지니어링 핵심기술의 미흡과 해양플랜트 운영 경험의 부족으로 해양플랜트 핵심기술로의 접근이 더욱 어려워지고 있기에, 국내의 경우 상기의 취약점을 만회할 수 있는 새로운 개념의 솔루션 확보가 필요하다.

다른 한편, 해양플랜트 관리 및 유지보수 인력의 실수와 점검 미숙으로 인한 피해 및 사고를 최소화하고 운용의 효율화를 도모하기 위해서는 해양플랜트 예지보전 체계 기술의 구축이 필수적이다.

즉, 인적 실수를 방지하기 위한 자동화/체계화를 통해 비전문가도 설비 고장을 분석하고 대응하는 것이 가능하다.

이를 위해 예방 차원을 넘는 적극적이고 공격적인 운영/유지보수를 위한 스마트 해양플랜트 예지보전 관련 전략이 요구되고 있으며, 본 출원인은 본 발명을 통해 이러한 전략을 달성하는 한편, 해양플랜트와 관련한 핵심 시스템인 예지보전 시스템을 개발함으로써 엔지니어링 핵심기술을 확보하며, 해양플랜트 운영 및 유지보수를 최적화함으로써 고부가가치 창출 및 수익성을 증대시킬 것으로 예상한다.

이를 기반으로 핵심 기술로 포장된 해양플랜트 예지보전 시스템은 해양플랜트 및 관련 시스템의 수출을 주도하는 역할을 할 수 있다.

관련된 기술로서, 공개특허공보 제10-2011-0129276호의 부유식, 구조물의 자동화된 유지 보수관리 시스템이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2013-0114515호에 해양 구조물의 6자유도 운동의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법이 기재되어 있으며, 공개특허공보 제10-2012-0085223호에 부유식 구조물의 자동화된 유지 보수관리 시스템이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2014-0025803호에 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법이 기재되어 있다.

그러나 상기 기술들은 해양플랜트에 대하여 예지보전에 관련하고 있지 않는다.

한편, 본 출원인은 예지보전에 관련하여, 등록특허공보 제10-1518720호의 해양자원 생산장비의 예지보전을 위한 고장유형관리 장치 및 방법을 권리로 확보한 바 있다.

상기 기술은, 해양자원 생산장비의 예지보전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양자원 생산장비의 예지보전을 위한 고장유형관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 유지보수 데이터의 체계적 수집/관리용 다중 분산제어시스템을 구축하여, 실시간 데이터 관리 및 모니터링 시스템 개발하고, 해양플랜트 성능 모니터링 수준의 성능평가 시스템 개발하는 다중분산제어시스템(DCS), 모니터링, 성능평가 모듈(100); 상기 다중분산제어시스템(DCS), 모니터링, 성능평가 모듈(100)의 실시간 센서 데이터로부터의 데이터를 매핑하고, 해당 데이터를 저장하며, 정상유형과 고장유형 데이터에 따른 학습적 고장유형을 관리하는 예지보전 플랫폼(200); 상기 예지보전 플랫폼(200)으로 전송된 상기 다중분산제어시스템(DCS), 모니터링, 성능평가 모듈(100)로부터의 데이터에 따라 학습적 고장유형 관리 기반 예지보전 신뢰성 자동 향상 기술을 개발하고, 해양플랜트 진단, 예지, 보전 시스템을 개발하며, 진단 및 예지보전 운영 플랫폼 및 형상관리 시스템을 개발하는 진단/예지/보전/형상관리 모듈(300): 및 가상 해양플랜트 시뮬레이터를 구축하고, 시나리오 기반 운영 훈련 시스템을 구축하며, 예지보전 솔루션 및 해양플랜트 SCADA 시스템과의 상호운용을 위한 입출력 가상화 시스템을 개발하는 가상해양 플랜트 시뮬레이터(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 해양자원 생산장비의 예지보전을 위한 고장유형관리 장치를 제공한다.

다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1853485호에는 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템을 권리로 확보한 바 있다.

상기 기술은, 부유식 천연 가스 생산저장설비(LNG FPSO) 예지보전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는, 상기 LNG FPSO의 압축기에 부착된 센서의 데이터를 획득하고, 상기 정보를 기반으로, 상기 LNG FPSO의 예지보전을 수행하는, 부유식 천연가스 생산저장설비 예지보전 시스템에 관한 것이다.

또 다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1853480호에는 해양플랜트 예지보전 시스템이 기재되어 있다.

상기 기술은, 해양플랜트의 효율적인 운영 및 유지보수를 위해, 해양플랜트 설비 및 장비의 정보를 실시간으로 수집하고, 이를 기반으로 예지보전을 수행하는, 해양플랜트 예지보전 시스템에 관한 것이다.

다만, 본 출원인은 이러한 예지보전에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 기술을 착안하게 되었다.

공개특허공보 제10-2011-0129276호(2011.12.01.) 공개특허공보 제10-2013-0114515호(2013.10.18.) 공개특허공보 제10-2012-0085223호(2012.07.21.) 공개특허공보 제10-2014-0025803호(2014.03.05.) 등록특허공보 제10-1518720호(2015.05.08. 공고) 등록특허공보 제10-1853485호(2018.04.30. 공고) 등록특허공보 제10-1853480호(2018.04.30. 공고)

본 발명의 목적은, 가스공급시설의 형상정보를 획득하여 형상정보에 대한 이관, 갱신 등에 대한 업데이트 상황을 관리하고, 상기 가스공급시설의 형상관리에 대한 대상설비에 부착된 다양한 센서들로부터 획득된 정보에 기반하여 해당 대상설비의 예지보전을 수행할 수 있도록 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 가스공급시설에서 수행되었던 유지보수에 대한 고장이력을 축적하여 시스템에서 학습할 수 있도록 하고, 이러한 학습된 정보를 형상정보 관리시 보정의 근거로 사용하도록 함으로써, 보다 정확한 고장 예지와 고장 진단을 수행하도록 하여, 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템을 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 따른 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템은,

가스공급시설에 구비된 대상설비의 형상정보에 대하여, 상기 형상정보가 정상상태일 때 형상정보를 정상유형정보로 저장하는 정상유형정보저장모듈과;

상기 대상설비에 구비된 센서의 센서값을 정상유형정보에 반영한 당해정보를 일정주기마다 획득하는 형상획득모듈;

상기 정상유형정보저장모듈에 저장된 정상유형정보를 관리하는 형상관리모듈과;

상기 형상획득모듈에 의해 획득된 당해정보와, 상기 정상유형정보저장모듈에 의해 기저장된 정상유형정보를 비교하고 분석하는 비교분석모듈과;

상기 비교분석모듈의 결과에 기반하여 해당 대상설비의 남은 수명을 예측하는 예지모듈과;

상기 비교분석모듈의 결과와 상기 예지모듈에 의해 판단된 남은 수명에 기반하여 해당 대상설비의 고장을 진단하는 고장진단모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 비교분석모듈이 기능할 때, 비교 분석에 대한 보정을 수행하는 보정부와;

가스공급시설에서 이전에 수행되었던 고장이력을 축적하여 학습하여 상기 보정부의 보정에 사용되는 보정정보를 구축하는 학습정보구축모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 의하면,

첫째, 가스공급시설의 형상정보를 획득하여 형상정보에 대한 이관, 갱신 등에 대한 업데이트 상황을 관리하고, 상기 가스공급시설의 형상관리에 대한 대상설비에 부착된 다양한 센서들로부터 획득된 정보에 기반하여 해당 대상설비의 예지보전을 수행할 수 있도록 한다.

둘째, 가스공급시설에서 수행되었던 유지보수에 대한 고장이력을 축적하여 시스템에서 학습할 수 있도록 하고, 이러한 학습된 정보를 형상정보 관리시 보정의 근거로 사용하도록 함으로써, 보다 정확한 고장 예지와 고장 진단을 수행하도록 하여, 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 가스공급시설의 형상정보를 획득하여 형상정보에 대한 이관, 갱신 등에 대한 업데이트 상황을 관리하고, 상기 가스공급시설의 형상관리에 대한 대상설비에 부착된 다양한 센서들로부터 획득된 정보에 기반하여 해당 대상설비의 예지보전을 수행할 수 있도록 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템은, 플랫폼 또는 서버 등의 물리적 혹은 가상의 장치로 해석될 수 있고, S/W, H/W 등으로 구현되어 소정의 단말기를 통해 기능하도록 할 수도 있다.

이러한 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템은 형상획득모듈; 형상관리모듈; 정상유형정보저장모듈; 비교분석모듈; 예지모듈; 고장진단모듈; 보정모듈; 및 학습정보구축모듈;을 포함하여 구성된다.

형상획득모듈은, 가스공급시설의 형상정보를 일정 주기마다 획득하는 기능을 한다.

이러한 형상획득모듈을 통해 획득된 형상정보는 가스공급시설의 대상설비에 구비된 센서들로부터 수신된 센서값을 대상설비의 정상유형정보에 반영하여, 대상설비의 현재상태에 대한 형상정보(이하에서는 '당해정보'로 지칭)를 생성하는 기능도 수행한다.

예컨대, 특정 대상설비가 부식에 취약하여 이에 대해 센서로 관리되는 대상일 경우, 센서값에 대하여 특정 부위의 부식상황을 나타내는 형상정보를 의미하는 것이다.

즉, 형상정보는 아래에서 후술되는 바와 같이 획득된 정상유형정보에 상기 센서값을 적용하여 획득되는 것이다.

정상유형정보저장모듈은, 가스공급시설에 대한 형상정보에 대하여, 상기 형상정보가 정상상태(신규상태)일 때의 형상정보를 별도로 저장해주는 기능을 한다.

이때, 정상유형정보의 획득은, 가스공급시설(플랜트 등)의 3D 설계정보를 기반으로 획득되도록 하거나, 실사사진을 기반으로 획득되도록 할 수 있다.

이때, 형상정보의 획득에 대한 기술은 종래 다수의 기술에서 채용하고 있으므로 구체적은 설명은 생략하도록 한다.

형상관리모듈은, 상기 정상유형정보저장모듈에 저장된 정상유형정보를 이관, 변경하거나 갱신하는 등의 업데이트하여 관리하는 기능을 수행한다.

예컨대, 가스공급시설의 특정 설비에 대하여 교체나 보수가 이루어진 경우, 그에 맞춰 형상정보를 업데이트 하는 것을 의미한다.

비교분석모듈은, 상기 형상획득모듈에 의해 획득된 당해정보와, 상기 정상유형정보저장모듈에 의해 기저장된 정상유형정보를 비교하고 분석하는 기능을 수행한다.

예컨대, 상술된 바와 같이 대상설비의 부식을 센서를 통해 판단하는 경우, 정상유형정보에 비하여 당해정보의 부식정보를 비교/분석하는 것이다.

이때, 본 명세서에서는 부식에 대하여 논의하고 있지만, 이는 본 발명을 쉽게 설명하기 위한 일 예일 뿐, 구체적으로는 부식 외에도 가스공급설비에서 주요하게 측정되는 모든 정보를 적용할 수 있음이 당연하다.

예지모듈은, 상기 비교분석모듈의 결과에 기반하여 해당 대상설비의 남은 수명을 예측하는 기능을 수행한다.

고장진단모듈은, 상기 비교분석모듈의 결과와 상기 예지모듈에 의해 판단된 남은 수명에 기반하여 해당 대상설비의 고장을 진단하는 기능을 한다.

보정모듈은, 상기 예지모듈 및 고장진단모듈의 기능을 위해 수행되는 상기 비교분석모듈이 기능할 때, 비교 분석에 대한 보정을 수행하도록 하는 기능을 한다.

이때 보정은, 비교분석모듈에 의해 분석된 정보를 본 발명에 따른 시스템에서 미리 구축된 정보에 기반하여 수행되는 것으로서, 여기서 미리 구축된 정보라함은, 가스공급시설에서 이전에 수행되었던 고장이력에 대해 축적되어 구축 저장된 정보를 의미한다.

이러한 구축을 위하여 상기 학습정보구축모듈이 기능하며, 구체적으로는 상기 가스공급시설에서 유지, 보수 또는 교체 등과 같이 고장에 따른 처리가 수행된 이력을, 고장원인 및 처리과정으로 구분하여 시스템이 학습하여 보정모듈에서 사용할 보정정보로 구축되도록 한다.

따라서, 비교분석모듈에서 당해정보와 정상유형정보를 비교하여 예지 기능과 고장진단을 수행할 때, 이전에 수행되었던 정보에 기반하여 보정된 정보로 분석될 수 있도록 함으로써, 보다 정확한 분석을 수행하도록 할 수 있을 것이다.

다만, 상술된 바와 같이 보정을 통해 정확한 분석을 수행한다고 하더라도, 일시적인 오류 등에 의해 당해정보가 잘못 획득되는 경우의 문제는 해결할 수 없을 것이다.

예컨대, 가스공급설비가 해양에 설치된 플랜트이고, 적설, 우천 혹은 파도 등에 의해 일시적으로 센서에 오류가 발생되는 경우, 당해정보의 획득이 일시적으로 잘못될 수 있으며, 이 경우, 정확한 분석이 어렵게 되어 운용/관리에 혼란이 우려된다.

따라서, 본 발명에서는 설계조건에 따라서 비교분석모듈이 다음과 같이 기능하도록 한다.

설명에 앞서, 당해정보(n)를 기준으로 당해정보의 이전주기에 획득된 형상정보를 이전정보(n-1)로 지칭하고, 당해정보의 이후주기에 획득된 형상정보를 다음정보(n+1)로 지칭한다.

그리고 상기 비교분석모듈은 당해정보(n)가 획득되었을 때, 정상유형정보와 비교하여 특정 범위 이상이 차이나는 경우 다음과 같이 기능한다.

이때, 특정 범위란, 그동안 시스템에 의해 비교되었을 대 정상유형정보와 당해정보의 비교 결과 차이가 발생되었던 최대 범위를 의미하며, 이는 학습정보구축모듈에 의해 주기마다 갱신되도록 한다.

이때의 갱신은 아래에서 설명되는 바에 의해 문제되지 않았던 차이를 의미하는데, 만약 후술되는 바와 같이 문제시되어 당해정보(n)가 삭제되거나 무시되는 경우에는 갱신 대상에 포함하지 않는 것이다.

상기 비교분석모듈은 당해정보(n) 획득 시, 먼저 이전정보(n-1)와의 차이를 퍼센티지(%)로 분석하도록 한다.

예컨대, 본 명세서에서 예시되는 부식의 경우 부식범위의 % 산출일 수도 있고, 센서값에 대하여 정상대비 % 산출 등 다양하게 적용될 수 있다. 뿐만 아니라 부식이 아니더라도 센서값에 기반하여 % 산출을 다양하게 할 수 있다.

다음으로, 다음정보(n+1)을 획득한 후, 이전정보(n-1)와의 차이를 퍼센티지(%)로 분석하도록 한다.

이때, 당해정보(n)와 이전정보(n-1)의 %산출을 a로 가정하고, 다음정보(n+1)와 이전정보(n-1)의 %산출을 b로 가정할 때, a가 b보다 큰 경우, 즉 a>b인 경우에 대해서는 해당 당해정보(n)를 비교분석모듈이 분석대상에서 사용하지 않도록 한다.

즉, 일시적으로 당해정보(n)에서 고장을 진단하는 결과로 분석되더라도, 다음 주기의 정보에 기반하여 재판단을 하도록 하는 것이다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (2)

1. 가스공급시설에 구비된 대상설비의 형상정보에 대하여, 상기 형상정보가 정상상태일 때 형상정보를 정상유형정보로 저장하는 정상유형정보저장모듈과;
   상기 대상설비에 구비된 센서의 센서값을 정상유형정보에 반영한 당해정보를 일정주기마다 획득하는 형상획득모듈;
   상기 정상유형정보저장모듈에 저장된 정상유형정보를 관리하는 형상관리모듈과;
   상기 형상획득모듈에 의해 획득된 당해정보와, 상기 정상유형정보저장모듈에 의해 기저장된 정상유형정보를 비교하고 분석하는 비교분석모듈과;
   상기 비교분석모듈의 결과에 기반하여 해당 대상설비의 남은 수명을 예측하는 예지모듈과;
   상기 비교분석모듈의 결과와 상기 예지모듈에 의해 판단된 남은 수명에 기반하여 해당 대상설비의 고장을 진단하는 고장진단모듈;을 포함하여 구성되되,
   상기 비교분석모듈의 분석결과, 당해정보(n)와 정상유형정보의 차이가 특정 범위 이상인 경우,
   상기 당해정보(n)와 이전정보(n-1)와의 차이를 퍼센티지(%)로 분석하여 제1 값을 산출하고,
   상기 당해정보(n)의 이후주기에 획득된 다음정보(n+1) 획득 후, 이전정보(n-1)와의 차이를 퍼센티지(%)로 분석하여 제2 값을 산출한 뒤,
   제1 값이 제2 값보다 큰 경우, 해당 당해정보(n)를 분석대상으로 사용하지 않는 것을 특징으로 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 비교분석모듈이 기능할 때, 비교 분석에 대한 보정을 수행하는 보정부와;
   가스공급시설에서 이전에 수행되었던 고장이력을 축적하여 학습하여 상기 보정부의 보정에 사용되는 보정정보를 구축하는 학습정보구축모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스공급시설 정보관리 및 예지보전 통합 시스템.