KR102235373B1 - 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 몸체에 무선 감지센서를 부착하여 모터의 상태를 실시간으로 전달받아 관리함으로써 모터의 사용 수명을 연장함과 더불어 화재를 감시하고 이상경보를 발생하여 사고를 미연에 방지하면서 무선통신으로 감지정보를 전달하여 시공 기간을 줄이도록 한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 모터의 바디에 부착되어 진동, 온도, 연기를 감지하는 감지 센서 모듈과, 상기 감지 센서 모듈과 일체형으로 구성되어 상기 감지 센서 모듈로부터 감지된 진동, 온도, 연기 정보를 무선통신으로 외부로 전달하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 전달된 진동 정보를 전달받아 포집하여 전달하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이를 통해 전달된 진동, 온도, 연기 정보를 분석하여 상기 모터의 상태를 진단 및 모니터링하는 BEMS 서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템{Motor condition monitoring system using wireless detection sensor in building automatic control device}

본 발명은 빌딩자동제어 장치에서의 모터 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 모터의 상태를 실시간으로 검출하여 모터의 상태를 모니터링할뿐만 아니라 무선통신으로 시공을 편리하게 하도록 한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 빌딩이나 공장 등의 시설에는 급 배수 펌프 및 급 배기휀 등 다양한 분야의 모터가 구비된다.

상기 모터의 수명을 향상시키기 위해 모터가 원활히 동작되는지, 흔들림은 없는지, 발열이 발생하는지 등의 여부에 따라 모터의 수명에 큰 영향을 준다.

따라서 모터의 수명은 모터축의 흔들림 즉 진동 정도와 그로 인해 생기는 발열과 과부하가 절대적인 영향을 줄 수 있다.

한편, 상기 모터의 진동을 가장 정확하게 파악할 수 있는 곳은 모터축이지만, 이러한 모터축에 센서를 구비하는 것은 현재 기술력으로는 어려움이 있다.

그리고, 모터축의 진동으로 인해 모터축을 받치고 있는 베어링의 마모, 열화, 파괴 등으로 인해 모터코일의 마모와 같은 매우 치명적인 고장이 발생하는 원인이 된다.

종래 모터에 설치되는 온도센서는 모터의 스테이터코일 등에 인접되게 장착되어 스테이터코일의 온도를 감지할 수 있지만, 장기간 회전에 따른 모터축의 진동으로 베어링에 마모 등 고장 원인을 미리 파악할 수 없는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 온도 센서를 통해 감지된 온도 정보를 유선으로 외부로 송신하기 때문에 유선 설치에 따른 시공 기간이 길어지고 비용이 상승하는 문제를 초래하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 모터의 몸체에 무선 감지센서를 부착하여 모터의 상태를 실시간으로 전달받아 관리함으로써 모터의 사용 수명을 연장함과 더불어 화재를 감시하고 이상경보를 발생하여 사고를 미연에 방지하면서 무선통신으로 감지정보를 전달하여 시공 기간을 줄이도록 한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템은 모터의 바디에 부착되어 진동, 온도, 연기를 감지하는 감지 센서 모듈과, 상기 감지 센서 모듈과 일체형으로 구성되어 상기 감지 센서 모듈로부터 감지된 진동, 온도, 연기 정보를 무선통신으로 외부로 전달하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 전달된 진동 정보를 전달받아 포집하여 전달하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이를 통해 전달된 진동, 온도, 연기 정보를 분석하여 상기 모터의 상태를 진단 및 모니터링하는 BEMS 서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 모터의 몸체에 무선 감지센서를 부착하여 모터의 상태를 실시간으로 무선 통신을 통해 전달받아 관리하여 모터의 사용 수명을 연장함과 더불어 화재를 감시하고 이상경보를 발생하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.

둘째, 감지센서를 통해 획득된 정보를 무선통신으로 외부에 전달함으로써 시공 기간 및 비용을 줄일 수 있다.

셋째, BEMS 서버에 모터의 이력정보를 저장 보관함으로써 모터의 교체 주기뿐만 아니라 보다 효율적인 관리를 통해 안정적으로 사용할 수 있다.

넷째, 진동뿐만 아니라 온도, 연기 감지를 통해 화재를 실시간으로 감지하여 인명사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라 실내에 설치된 모터로부터 발생하는 연기를 감지하여 실내 질식사를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 도 1의 감지 센서 모듈 및 통신부를 개략적으로 나타낸 구성도

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(100)와, 상기 모터(100)의 바디에 부착되어 진동, 온도, 연기를 감지하는 감지 센서 모듈(200)과, 상기 감지 센서 모듈(200)과 일체형으로 구성되어 상기 감지 센서 모듈(200)로부터 감지된 진동, 온도, 연기 정보를 무선통신으로 외부로 전달하는 통신부(300)와, 상기 통신부(300)를 통해 전달된 진동 정보를 전달받아 포집하여 전달하는 게이트웨이(400)와, 상기 게이트웨이(400)를 통해 전달된 진동 정보를 분석하여 상기 모터(100)의 상태를 진단 및 모니터링하는 BEMS(Building Energy Management System) 서버(500)와, 상기 BEMS 서버(500)의 제어를 받아 상기 모터(100)를 자동으로 제어하는 DDC(Direct Digital Control)부(600)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 모터(100)는 용량, 무게, 과부하 용량 및 온도 특성이 각각 다르기 때문에 감지 센서 모듈(200)이 각 모터(100)들에 미치는 영향 정도도 다르다. 따라서 각 모터별 공장 시험 데이터를 기준 입력으로 사용하여 Neural Network 및 인공지능 기법을 이용하여 모터별 감지 센서 모듈의 영향 정도를 모터 특성과 운전 상황에 따라 자동으로 결정할 수 있다.

또한, 상기 모터(100)는 고유의 ID를 가지고 있고, 상기 각 ID를 통해 이상이 있는 모터(100)를 보다 원활하게 찾을 수가 있다.

여기서, 상기 BEMS 서버(500)는 인터넷(ethernet)을 이용하여 상기 모터(100)의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모터(100)로부터 각종 데이터를 획득한 상태에서 각종 데이터에서 진동, 온도, 연기 데이터를 분류하여 관리자가 직접 확인할 수 있도록 한다.

또한, 상기 BEMS 서버(500)는 상기 모터(100)의 제조사, 설계, 부품에 대한 기술적 결함을 발견하거나, 상태 진단 시 이상을 발견하거나, 고장이 발생하거나, 진단 장비가 고장난 경우 등에 대한 데이터를 저장하고 있다.

즉, 상기 BEMS 서버(500)는 상기 모터(100)의 제작 이력, 사고 이력, 유지 보수 및 교체 이력에 관한 종합적인 모터의 이력 데이터를 사용자가 필요시 제공한다.

또한, 상기 BEMS 서버(500)는 상기 모터(100)의 위치, 종합현황, 및 경보현황에 관한 정보를 제공하는 모니터링 기능과, 상기 모터(100)의 종합진단, 자가진단, 계측진단에 관한 정보를 제공하는 진단 기능을 포함한다.

상기 BEMS 서버(500)는 상기 감지 센서 모듈(200)로부터 획득된 정보를 전달받아 위험도를 평가하는데, 상기 위험도는 모터의 수명 평가, 상태 평가, 건전도 지수평가, 경제적 위험도 평가 및 사회적 위험도 평가를 포함하는 평가 항목별 평가 지표를 산출할 수 있다.

상기 위험도 관리는 자산 데이터베이스로부터 모터의 데이터를 이용하여 위험도를 평가하되, 평가 항목별 평가 지표를 산출하고, 산출된 각 평가 지표마다 해당하는 가중치(weight)를 적용하고, 가중치가 적용된 평가 지표를 모두 취합하여 종합적 위험도 평가 지표를 산출한다.

또한, 상기 모터(100)의 제조 및 설계 데이터로 제조사, 정격, 상수, 주파수, 제조년월일, 제조 시 시험 데이터 등을 포함한다. 또한, 모터의 베어링과 관련된 베어링 직경, 베어링 높이, 베어링 폭, 선간전압, 결선방식, 정격전류, 모터휀, 권선 구조 등을 입력한다.

도 2는 도 1의 감지 센서 모듈 및 통신부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 감지 센서 모듈(200)은 모터(100)의 진동을 감지하는 진동 감지부(210)와, 상기 모터(100) 주위의 연기를 감지하는 연기 감지부(220) 및 상기 모터(100)와 그 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부(230)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 진동 감지부(210), 연기 감지부(220) 및 온도 감지부(230)를 통해 감지된 진동, 연기, 온도에 대한 정보를 무선으로 외부로 전달하는 통신부(300)를 포함한다.

한편, 상기 진동 감지부(210), 연기 감지부(220) 및 온도 감지부(230)를 통해 감지된 진동, 연기, 온도에 대한 정보를 무선으로 외부로 전달하는 통신부(300)에 전원을 공급하기 위해 배터리 타입의 전원부(P)를 추가적으로 구성할 수 있다. 이때 상기 배터리는 충전이 가능한 배터리로 구성하는 것이 가능하지만, 이에 한정되지는 않는다.

여기서, 상기 진동 감지부(210)는 가속도 센서를 이용하여 모터(100)의 진동을 감지한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 감지 센서 모듈(200)과 통신부(300)가 일체형으로 구성되는 것을 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 상기 감지 센서 모듈(200)과 통신부(300)를 분리 형태로 구성할 수 있다.

상기 통신부(300)는 RS232C, RS485 통신은 물론, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), 5G 등 여러가지 통신 기능을 포함할 수 있다.

한편, 상기 모터(100)의 외부에 구비된 감지 센서 모듈(200)은 진동 감지부(210), 연기 감지부(220), 온도 감지부(230)를 통해 측정된 진동, 연기 및 온도 정보를 무선 통신을 통해 외부로 전달하여 상기 BEMS 서버(500)에서 모터(100)의 이상 징후를 파악하여 해당 모터(100)의 전원을 차단할 수 있다.

상기 BEMS 서버(500)는 다수의 모터(100)에 대한 리스트 제공 및 검색 기능을 제공한다. 이에 따라, 관리자는 스마트폰의 전용 어플리케이션을 통해 다수의 모터(100)의 리스트를 확인하거나 검색할 수 있다. 이때, 상기 모터(100)의 리스트를 열람할 수 있는 범위는 관리자의 권한에 따라 차등되도록 설계될 수 있다.

또한, 상기 BEMS 서버(500)는 리스트에서 선택된 모터(100)에 대한 세부 계측 정보들을 제공하는 계측 기능을 제공한다. 즉, 관리자는 스마트폰에 표시된 모터(100) 리스트 중에서 하나를 선택하여, 모터(100)가 설치된 장소, 기기의 종류, 정격사양, 제조번호, 품목코드, 출하일자 등과 같은 기본 정보와 함께, 모터(100)의 전압, 전류, 유효전력, 부하율, 변압기 온도, 판넬 온도, 불평형률, 주파수, 적산 전력량, 현재 디맨드, 최고 디맨드와 같은 세부 항목들을 모니터링 할 수 있다.

또한, 상기 BEMS 서버(500)는 상기 모터(100)의 과거와 현재의 계측 결과에 따른 항목별 보고서를 제공하는 보고서 기능을 제공한다. 여기서, 보고서는 일별, 주간별, 월별 보고서 중 하나를 선택할 수 있도록 제공되며, 보고되는 항목은 전압, 전류, 전력, 역률, 전력량 등이 될 수 있다.

상기 게이트웨이(400)는 외부의 AC 전원을 공급받아 동작하고, 상기 통신부(300)를 통해 전달된 진동, 연기 및 온도에 대한 정보를 전달받아 단방향으로 전송한다.

또한, 상기 게이트웨이(400)는 상위 서버 시스템인 BEMS 서버(500)와 유/무선 통신을 통한 데이터 패킷 송수신을 구성한다.

상기 패킷된 데이터를 상기 통신부(300)를 통해 게이트웨이(400)로 전송한다. 이때 데이터를 전송하는 방식은 단방향 Tx 방식으로 블루투스를 활용한 비콘(becon), RF의 단방향 등 저전력 방식을 사용한다. 즉, 양방향 구현을 위한 Rx 대기 상태의 소모전력을 제거하여 단방향 Tx 방식으로 전송함으로써 저전력 구동에 따른 전력 소모를 줄일 수 있다.

한편, 이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

100 : 모터 200 : 감지 센서 모듈
300 : 통신부 400 : 게이트웨이
500 : BEMS 서버 600 : DDC부

Claims (7)

1. 모터의 바디에 부착되어 진동, 온도, 연기를 감지하는 감지 센서 모듈과,
   상기 감지 센서 모듈과 일체형으로 구성되어 상기 감지 센서 모듈로부터 감지된 진동, 온도, 연기 정보를 무선통신으로 외부로 전달하는 통신부와,
   상기 통신부를 통해 전달된 진동, 연기 및 온도에 정보를 전달받아 포집하여 단방향으로 전달하는 게이트웨이와,
   상기 게이트웨이를 통해 전달된 진동, 온도, 연기 정보를 분석하여 상기 모터의 상태를 진단 및 모니터링하는 BEMS 서버와,
   상기 BEMS 서버의 제어를 받아 상기 모터를 자동으로 제어하는 DDC부를 포함하여 구성되고,
   상기 BEMS 서버는 상기 모터의 제작 이력, 사고이력, 유지 보수 및 교체 이력에 관한 종합적인 모터의 이력 데이터를 저장하고 사용자의 필요에 따라 제공하며,
   상기 모터는 고유의 ID가 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 BEMS 서버는 인터넷을 이용하여 상기 모터의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모터로부터 각종 데이터를 획득한 상태에서 각종 데이터에서 진동, 온도, 연기 데이터를 분류하여 관리자가 직접 확인하는 것을 특징으로 하는 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 센서 모듈에서 진동은 가속도 센서를 이용하여 모터의 진동을 감지하는 것을 특징으로 하는 빌딩자동제어 장치에서의 무선 감지센서를 이용한 모터 상태 모니터링 시스템.

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