KR102373504B1 - 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 결함인자에 대한 학습데이터를 이용하여 상기 결함인자의 기준데이터(SD)를 설정하는 기준데이터설정부, 설비에 부착되며, 적어도 하나 이상의 진동 센서가 마련되고, 상기 설비의 동적 물리량 데이터를 수집하는 센서부, 상기 센서부에서 수집된 데이터에 기초하여 상기 결함인자에 대응되는 결함인자 데이터를 추출하는 결함인자추출부, 상기 기준데이터설정부에서 설정된 상기 결함인자의 기준데이터(SD)와 상기 결함인자추출부에서 추출된 상기 결함인자 데이터를 비교하여 상기 설비의 결함 여부를 판단하는 결함예측부, 상기 결함예측부로부터 결함이 발생한 것으로 판단되면, 상기 결함에 대응하는 동작을 수행하여 결함상태를 정상복원시키도록 제어하는 셀프복원부 및 상기 진동 센서로부터 지진 감지 징후를 추출하고 내진모드로 설비 동작을 제어하는 내진처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템 및 그 제어 방법{EMERGENCY GENERATOR SYSTEM CAPABLE OF EARTHQUAKE RESISTANCE AND PREDICTIVE MAINTENANCE AND CONTROL METHOD TEREOF}
본 발명은 디젤형발전기를 가동, 운용하는데 필요한 설비의 제어방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 디젤형발전기 및 운전반에 물리적 내진 기능을 추가하고 지진 감지 신호 및 설비의 진동 신호를 수집하여 지진여부에 대응하여 제어 또는 내진 설비를 구성하고, 설비의 결함인자를 추출하여 결함인자 데이터와 기준데이터를 비교하여 설비의 결함 여부를 예측하는 예지보전 기술과 셀프 복원 기술을 통해 스스로 정상상태를 유지하는 내진 및 예지보전이 가능한 비상 발전기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
비상 발전기는 사용 전원에 이상이 생기는 비상 상황에서 사용하게 되는데 그 용량을 한 없이 크게 할 수 없어서 시설의 보안 등 극히 중요한 부하에 주로 사용된다. 따라서 비상 상황에서 원만한 작동을 하게 하기 위하여 주기적으로 점검 운전을 하여 비상 상황에 대비해야 한다.
즉, 상시 전원이 공급되어 생산설비의 운행에 차질이 없는 경우를 제외하고, 홍수, 지진 등 자연재해 또는 전기 공급망의 문제로 인한 돌발상황 발생 시, 비상 발전기를 이용하여 생산설비의 운행 또는 안전한 운행종료에 전력을 공급하여 생산설비의 전력공급 부족으로 인한 고장을 방지하고 기존 전기 공급망을 대신하여 전기 공급을 통해 생산설비의 운행 손실로 인한 경제적 피해를 최소화시키는 것이 비상 발전기의 역할이다.
그러나, 지진과 같이 설비에 직접적인 진동 또는 충격을 주는 자연재해가 발생하는 경우 비상 발전기 역시 그 충격에서 자유로울 수 없고, 동일한 지진 진동으로 인한 충격으로 비상 발전기가 제 역할을 하지 못하는 상황을 방지하기 위해 지진을 감지하고 충격을 완화할 수 있는 기능이 필요하다.
또한, 외부 충격이나 진동이 원인이 아닌 시스템적 이상신호를 파악하여 예지보전과 셀프복원하는 기능을 추가하여 이상신호의 종류와 증상에 대응하여 사용자에게 알람 전송과 유형별 셀프복원 기능을 통해 스스로 복원하는 기능을 통해 관리 취약 시간에도 대응 가능한 시스템의 개발이 요구된다.
따라서, 생산 설비에 공급되는 전력 또는 지진과 같은 돌발 상황에 대응하여 안정적인 전력 공급과 내진 및 예지보전이 가능한 비상 발전기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 연구가 필요하다.
한국등록특허 제10-1420805호
본 발명은 디젤형발전기와 운전반에도 내진시스템을 적용하여 운용하며, 설비의 진동 신호를 수집하여 추출된 결함인자 또는 결함인자 데이터를 기준데이터와 비교함으로써, 설비의 결함 여부를 예측하여 대응함에 그 목적이 있다.
또한, 다수의 센서를 이용하여 수집된 센서 데이터를 필터링하여 결함인자 판단에 필요한 데이터만 추출함으로써, 데이터 연산량 감소와 속도를 향상시켜 정확한 결함을 진단함에 그 목적이 있다.
또한, 결함여부와 진단된 결함 종류에 따라 셀프복원 또는 사용자 단말에 결함 종류를 전달함으로써, 설비의 결함을 예측하여 사용자의 대응에 취약한 시간에 설비를 셀프복원하여 설비를 신속하게 정상화함에 그 목적이 있다.
또한, 설비의 진동뿐만 아니라 지면에서 발생하는 진동인 지진을 감지하는 센서를 이용하여 수집된 지진 데이터를 수집함으로써, 지진 여부와 지진 리히터 규모에 따라 단계를 나누어 제어하여 지진 피해를 감쇠시킴에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템 및 그 제어 방법은, 적어도 하나의 결함인자에 대한 작업데이터를 이용하여 상기 결함인자의 기준데이터를 설정하는 기준데이터설정부, 설비에 부착되며, 적어도 하나의 진동 감지 센서와 지진 감지 센서가 마련되고, 상기 설비의 동적 물리량 데이터 및 지진 데이터를 수집하는 센서부, 상기 센서부에서 수집된 데이터에 기초하여 상기 결함인자에 대응되는 결함인자 데이터를 추출하는 결함인자추출부, 상기 기준데이터설정부에서 설정된 상기 결함인자의 기준데이터와 상기 결함인자추출부에서 추출된 상기 결함인자 데이터를 비교하여 상기 설비의 결함 여부를 판단하는 결함예측부, 상기 결함예측부로부터 결함 판단되는 경우, 기저장된 복원시점으로 상기 설비를 복원하는 셀프복원부 및 상기 지진 감지 센서로부터 지진 감지 데이터를 산출하고 내진모드로 상기 설비의 동작을 제어하는 내진제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀프복원부는, 상기 결함예측부에서 결함이 없는 것으로 판단한 시점의 상기 설비 상태를 정상상태로 인식하고 상기 결함이 없는 것으로 판단한 시점을 복원시점으로 설정하여 상기 설정된 복원시점의 동적 물리량 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 상기 셀프복원부는, 상기 설비가 결함으로 판단되어 복원동작을 수행하는 경우, 상기 설비의 동작을 제1 시간동안 정지시킨 후 상기 설비의 설정값을 상기 복원시점의 동적 물리량 데이터값으로 변경한 후 재가동하되, 재가동 후 제2 시간동안은 가동을 유지할 수 있다.
또한, 상기 내진제어부는, 상기 지진 감지 센서에서 측정된 지진 감지 데이터에 기초하여 지진데이터- 상기 지진데이터는 지진 징후 여부 데이터 및 지진 발생에 대응하여 측정되는 리히터 규모 데이터를 포함함-를 산출하고, 상기 산출된 지진데이터를 기설정된 지진 단계로 분류하여 상기 설비를 제어할 수 있다.
또한, 상기 결함예측부에서 판단된 결함 여부와 상기 내진 제어부에서 산출된 지진 징후 여부를 기설정된 사용자 단말기에 송신하는 설비정보알림부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 설비는 하부 외면에 마련되어 하부 프레임과 결합되는 하부 하우징, 상기 하부 하우징의 하단에 마련되고 바닥면에 안착되는 하부 프레임를 포함하고, 상기 하부 하우징은 상기 하부 프레임과 연결되어 방진스프링, 고무판 및 지진 감지 부재로 구성된 방진스프링 부재를 포함할 수 있다.
또한, 운전반 하부 프레임과 운전반 하부 하우징을 연결하는 탄성 재질의 탄성부재, 상기 탄성부재와 기설정된 거리 이격된 위치에서 상기 운전반 하부 하우징과 상기 운전반 하부 프레임을 연결하는 연결부재 및 상기 연결부재와 기설정된 거리 이격된 위치에 마련되어 기울기를 제한하는 내진부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 설비의 진동 신호를 수집하여 추출된 결함인자 또는 결함인자 데이터를 기준데이터와 비교함으로써, 설비의 결함 여부를 예측하여 대응할 수 있다.
또한, 다수의 센서를 이용하여 수집된 센서 데이터를 필터링하여 결함인자 판단에 필요한 데이터만 추출함으로써, 데이터 연산량 감소와 속도를 향상시켜 정확한 결함을 진단할 수 있다.
또한, 결함여부와 진단된 결함 종류에 따라 셀프복원 또는 사용자 단말에 결함 종류를 전달함으로써, 설비의 결함을 예측하여 사용자의 대응에 취약한 시간에 설비를 셀프복원하여 설비를 신속하게 정상화할 수 있다.
또한, 설비의 진동뿐만 아니라 지면에서 발생하는 진동인 지진을 감지하는 센서를 이용하여 수집된 지진 데이터를 수집함으로써, 지진 여부와 지진 리히터 규모에 따라 단계를 나누어 제어하여 지진 피해를 감쇠시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 지진 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 내진 부재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 운전반을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 디젤형발전기의 쇽업쇼바의 충격 흡수재를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시례에 따른 디젤형발전기의 자동조심베어링의 내부에 마련되는 베어링을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 우측면도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 좌측면도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템에 진동충격 발생에 대한 디젤형발전기의 변형도를 모델링한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시례에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명인 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템(100)은 첨부된 도 1 내지 도 9을 참고로 상세하게 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 지진 데이터를 그래프로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 내진 부재를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 운전반을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 디젤형발전기의 쇽업쇼바의 충격 흡수재를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시례에 따른 디젤형발전기의 자동조심베어링의 내부에 마련되는 베어링을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 우측면도를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 좌측면도를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일실시례에 따른 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템에 진동충격 발생에 대한 디젤형발전기의 변형도를 모델링한 도면이다.
도 1을 참고하면, 내진 및 예지보전이 가능한 비상 발전기(100)는 기준데이터설정부(110), 센서부(120), 결함인자추출부(130), 결함예측부(140), 셀프복원부(150), 내진제어부(160) 및 결함정보 알림부(170)를 포함할 수 있다.
상기 기준데이터설정부(110)는 적어도 하나의 결함인자에 대한 작업데이터를 이용하여 상기 결함인자의 기준데이터를 설정할 수 있다.
여기서 상기 결함인자는 상기 설비(300)의 질량불평형, 편심, 강성 약화, 권선 단락 및 손상, 헐거움, 과다 간극, 베어링 손상, 크랙, 윤활 및 마모 문제 등을 판단하되, 상기 센서부(120)의 상기 진동 센서로부터 수집된 신호의 주파수 성분에 기초하여 상기 설비(300)의 동적 특성을 판단할 수 있다.
한편, 상기 기준데이터설정부(110)는, 기저장된 상기 학습데이터를 이용하여 상기 결함인자에 대한 기준데이터(SD)를 설정하되, 상기 학습데이터는 상기 설비(300)의 정격운전 시 기설정된 시간(T1)동안 감지되는 상기 설비(300)의 동적 물리량 데이터 중 기설정된 조건을 만족하는 제1 필터링 데이터만을 이용하여 제1 평균값(SDA) 및 제1 표준편차(SDSD)를 추출하고, 상기 제1 평균값(SDA) 및 상기 제1 표준편차(SDSD)에 기초하여 상기 기준데이터(SD)가 설정되며, 상기 학습데이터는 상기 결함예측부(140)에서 판단된 결과를 포함하며 기설정된 주기마다 상기 기준데이터(SD)가 업데이트 될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 설비(300)의 결함 여부를 판단하기 위해 최초로 수집된 데이터를 필터링 없이 사용하는 경우, 외부 요인 또는 과도응답 특성(Transient response characteristics) 등의 노이즈 값을 포함하기 때문에 상기 설비(300)의 결함 진단의 오차 범위가 확대될 수 있다.
따라서, 상기 기준데이터설정부(110)는 기저정된 학습데이터로 정격운전 중인 상기 설비(300)로부터 상기 T1시간 동안 최초 수집된 데이터에 대하여 상위 10%, 하위 10% 데이터의 필터링 처리 작업을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 T1시간 동안 최초 수집된 데이터가 10개인 경우, 하위 10%에 해당하는 가장 낮은 값 데이터 하나를 삭제하고, 상위 10%에 해당하는 가장 높은 값 데이터 하나를 삭제하여 남은 8개의 데이터가 상기 제1 필터링 데이터로 정의될 수 있다.
이후, 상기 제1 필터링 데이터에 대한 상기 제1 평균값(SDA)을 산출하고, 상기 제1 필터링 데이터에 대한 상기 제1 표준편차(SDSD)를 산출하여 상기 기준데이터(SD)를 설정할 수 있다.
상기 기준데이터(SD)는 하기 [수학식 1]과 같이, 상기 제1 평균값(SDA)와 상기 제1 표준편차(SDSD)를 포함하며, 이때 상수 α는 상기 설비(300)의 부품별 특성계수이다.
[수학식 1]
Figure 112021090539744-pat00001
상기 센서부(120)는 설비에 부착되며, 적어도 하나의 진동 감지 센서와 지진 감지 센서가 마련되고, 상기 설비의 동적 물리량 데이터 및 지진 데이터를 수집할 수 있다.
이때, 상기 센서부(120)에서 진동 감지 센서를 통해 지진 데이터를 수집하는 모습을 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
상기 도 2를 참고하면, 상기 진동 감지 센서를 통해 측정된 진동 데이터를, 동-서 방향, 남-북 방향 및 수직 방향에서의 진동을 구분하여 시간대별로 표현할 수 있다.
여기서, 상기 센서부(120)는 상기 진동 센서 외 복수의 타 센서를 포함하여 상기 설비(300)의 온도 정보, 소음 정보, 엔진 출력 전류, 엔진 토크 및 엔진 오일잔여량 중 적어도 하나를 추가로 수집할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 결함인자추출부(130)는 상기 센서부(120)에서 수집된 데이터에 기초하여 상기 결함인자에 대응되는 결함인자 데이터를 추출할 수 있다.
또한, 상기 결함인자추출부(130)는, 상기 센서부(120)로부터 수집된 동적 물리량 데이터로부터 적어도 하나 이상의 결함인자 데이터를 산출하되, 상기 결함인자 데이터는 기설정된 시간(T2)동안 상기 센서부(120)에서 수집된 데이터 중 기설정된 조건을 만족하는 제2 필터링 데이터만을 이용하여 제2 평균값(PDA) 및 제2 표준편차(PDSD)를 추출하고, 상기 제2 평균값(PDA) 및 상기 제2 표준편차(PDSD)에 기초하여 상기 결함인자 데이터가 산출될 수 있다.
이때, 상기 기준데이터설정부(110)와 마찬가지로, 상기 결함인자추출부(130)는 상기 센서부(120)에 의해 T2 시간 동안 최초 수집된 데이터(210)의 상위 10%, 하위 10% 데이터를 필터링 처리할 수 있다.
또한, 상기 결함인자추출부(130)에서 필터링된 제2 필터링 데이터에 대한 상기 제2 평균값(PDA)을 산출하고, 상기 제2 필터링 데이터에 대한 상기 제2 표준편차(PDSD)를 산출하여 상기 결함인자 데이터를 설정할 수 있다
이때, 상기 결함인자 데이터는 상기 제2 평균값(PDA) 및 상기 제2 표준편차(PDSD)를 포함할 수 있다.
상기 결함예측부(140)는 상기 기준데이터설정부(110)에서 설정된 상기 결함인자의 기준데이터와 상기 결함인자추출부(130)에서 추출된 상기 결함인자 데이터를 비교하여 상기 설비의 결함 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 결함인자의 기준데이터(SD)와 상기 결함인자 데이터 간의 변화비율에 기초하여 상기 설비(300)의 결함여부를 판단하되, 상기 변화비율이 제1 비율 이하인 경우, 상기 설비(300)에 결함이 없는 것으로 판단하고, 상기 변화비율이 상기 제1 비율 초과, 제2 비율 이하인 경우, 상기 설비(300)의 결함 수준을 가장 낮은 제1 수준으로 판단하며, 상기 변화비율이 상기 제2 비율 초과, 제3 비율 이하인 경우, 상기 설비(300)의 결함수준을 제2 수준으로 판단하고, 상기 변화비율이 상기 제3 비율 초과인 경우, 상기 설비(300)의 결함 수준을 가장 높은 제3 수준으로 판단할 수 있다.
일례로, 상기 변화비율은 하기 [수학식 2]를 이용하여 산출되며, 상수 는 상기 변화비율별로 기설정된 계수이고, 상기 상수 에 의해 상기 설비(300)의 상기 결함 수준이 결정될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021090539744-pat00002
한편, 상기 [수학식 2]의 상수
Figure 112021090539744-pat00003
를 조절하여 상기 제1 내지 상기 제3 비율의 구간 크기 및 개수를 설정할 수 있다.
일례로, 상기 결함예측부(140)는 상기 설비(300)의 진동 특성 외 기타 특성을 고려하여 이상징후 스코어를 산출할 수 있다.
상기 이상징후 스코어는 [수학식 3]에 의해 산출되되, 상기 설비(300)의 진동 정보(FD), 온도 정보(TD), 소음 정보(ND), 엔진 출력 전류(EC), 엔진 토크(ET) 및 엔진 오일잔여량(EOA) 중 적어도 어느 하나의 변수를 포함할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112021090539744-pat00004
보다 상세하게는, 상기 결함예측부(140)는 상기 상기 설비(300)의 진동 정보(FD), 온도 정보(TD), 소음 정보(ND), 엔진 출력 전류(EC), 엔진 토크(ET) 및 엔진 오일잔여량(EOA) 중 적어도 어느 하나의 변수에 대하여 현재값(n)이 기설정된 한계값(limit)과 같아 지는 경우를 센싱하고, 상기 현재값(n)과 상기 한계값(limit)이 같아지는 경우, 상기 이상징후 스코어가 0이 되며, 즉시 상기 설비(300)에 대한 보전 작업이 수행되도록 경고 신호가 생성될 수 있다.
또 다른 일례로, 상기 결함예측부(140)는 하기 [수학식 4]에 따른 이상징후 데이터셋이 기지정된 범위 내에 속하는 경우, 상기 설비(300)의 위치 정보와 함께 관리자 호출 신호가 생성될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112021090539744-pat00005
여기서, Sn은 상기 이상징후 데이터셋 내의 임의의 원소의 n개(n > 1)의 합산값을 의미하며, 상기 복수의 변수에 대하여 상기 현재값(n)과 한계값(limit)의 차이 비율에 기초하여 상기 설비(300)의 이상징후를 예측할 수 있다.
즉, 상기 설비(300)의 진동, 온도, 소음, 엔진 출력 전류, 엔진 토크, 엔진 오일잔여량 중 어느 하나의 변수에 의해 상기 설비(300)의 보전을 위한 신호가 생성되는 것이 아니라, 상기 설비(300)의 진동, 온도, 소음, 엔진 출력 전류, 엔진 토크 및 엔진 오일잔여량의 중 n개(n > 1)의 변수에 대한 한계값(limit) 대비 현재값(n)에 대한 차이 비율의 합산값을 이용하여 상기 설비(300)의 결함을 예측함으로써, 상기 변수들 중 일부에 잡음 신호가 포함되더라도 나머지 변수들 중 일부의 합산값을 이용할 수 있어 상기 설비(300)의 결함을 예측하는 데에 있어서 잡음 대응 성능을 향상시킬 수 있다.
또 다른 일례로, 상기 각 변수마다 상기 설비(300)의 결함을 유발하는 정도에 차이가 있기 때문에 각 변수별로 기설정된 가중치를 곱하여 상기 이상징후 데이터셋을 구성함으로써, 상기 설비(300)의 운영환경에 최적화된 결함 예측 기준을 수립할 수 있다.
상기 셀프복원부(150)는 상기 결함예측부(140)로부터 결함 판단되는 경우, 기저장된 복원시점으로 상기 설비를 복원할 수 있다.
여기서, 상기 셀프복원부(150)는 상기 결함예측부(140)에서 결함이 없는 것으로 판단한 시점의 상기 설비 상태를 정상상태로 인식하고 상기 결함이 없는 것으로 판단한 시점을 복원시점으로 설정하여 상기 설정된 복원시점의 동적 물리량 데이터를 저장할 수 있다.
한편, 상기 결함예측부(140)에서 상기 설비가 결함으로 판단되어 복원동작을 수행하는 경우, 상기 설비의 동작을 제1 시간동안 정지시킨 후 상기 설비의 설정값을 상기 복원시점의 동적 물리량 데이터값으로 변경한 후 재가동하되, 재가동 후 제2 시간동안은 가동을 유지할 수 있다.
이때, 상기 설비의 정지시간은 최소 5분에서 최대 3시간까시 상기 결함예측부에서 분류한 결함 종류에 따라 설정하거나, 사용자의 판단에 따라 정지시간을 증감시켜 설정할 수 있다.
또한, 상기 재기동 후 가동을 유지하는 시간은 30분 내지 2시간으로 상기 복원시점과 상기 동적 물리량 데이터값이 오차범위 내 일정하게 유지되는지 확인하여 상기 설비의 안정성을 확인할 수 있다.
상기 내진제어부(160)는 상기 지진 감지 센서로부터 지진 감지 데이터를 산출하고 내진모드로 상기 설비의 동작을 제어할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 내진제어부(160)의 상기 지진 감지 센서에서 측정된 지진 감지 데이터에 기초하여 지진데이터-상기 지진데이터는 지진 징후 여부 데이터 및 지진 발생에 대응하여 측정되는 리히터 규모 데이터를 포함함-를 산출하고, 상기 산출된 지진데이터를 기설정된 지진 단계로 분류하여 상기 설비를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 지진 단계는 상기 측정된 리히터 규모 데이터를 기준으로 0~4.9인 경우, '경도 단계'로 분류하고 4.9~5.9인 경우 '위험 단계'로 분류하며, 6이상인 경우, '고위험 단계'로 분류할 수 있다.
이때, 상기 분류한 지진 단계에 따라 상기 기설정된 사용자 단말을 통해 수신하는 경우 상기 설비의 전원 공급의 차단 유무를 설정할 수 있는 권한을 상기 사용자에게 부여할 수 있다.
상기 결함정보 알림부(170)는 상기 결함예측부(140)에서 판단된 결함 여부와 상기 내진 제어부에서 산출된 지진 징후 여부를 기설정된 사용자 단말기에 송신할 수 있다.
여기서, 상기 결함정보 알림부(170)는, 상기 결함예측부(140)에서 판단된 상기 제1 내지 상기 제3 결함 수준 중 어느 하나에 대응되는 결함 정보를 생성하되, 상기 결함 정보는 상기 결함 수준에 대응되는 조치 방법을 포함할 수 있다.
일례로, 상기 [수학식 2]에 의해 산출된 상기 변화비율이 속하는 구간별로 기설정된 알림 메시지가 상기 사용자 단말기(20)에 전송될 수 있다.
상기 [수학식 2]에 의해 산출된 상기 변화비율이 기설정된 제1 비율 이하인 경우, 상기 제2 평균값(PDA) 및 상기 제2 표준편차(PDSD)에 대응하는 결함인자에 대하여 결함이 없는 것으로 판단하며 상기 기설정된 사용자 단말기(20)에 알림 메시지를 제공하지 않을 수 있다.
상기 변화비율이 상기 제1 비율 초과, 상기 제2 비율 이하인 경우, 상기 제2 평균값(PDA)값 및 상기 제2 표준편차(PDSD)에 대응하는 결함인자에 대하여 상기 제1 결함 수준의 결함이 발생한 것으로 판단하며, 상기 사용자 단말기(20)에 제1 알림 메시지를 송신하되, 상기 제1 알림 메시지는 상기 결함 수준을 안내하고, 결함 해결 방법으로 상기 설비(300)의 소모품 교체 방법을 안내할 수 있다.
상기 변화 비율이 상기 제2 비율 초과, 상기 제3 비율 이하인 경우, 상기 제2 결함 수준의 결함이 발생한 것으로 판단하며, 상기 제2 결함 수준은 상기 설비(300)의 중대 결함으로 판단하고, 상기 사용자 단말기(20)에 제2 알림 메시지를 송신하되, 상기 제2 알림 메시지는 상기 결함 수준을 안내하고, 결함 해결 방법으로 상기 설비(300) 담당자의 현장 점검을 지시할 수 있다.
상기 변화 비율이 상기 제3 비율 초과인 경우, 상기 제3 결함 수준의 결함이 발생한 것으로 판단하며, 상기 사용자 단말기(20)에 제3 알림 메시지를 송신하되, 상기 제3 알림 메시지는 상기 결함 수준을 안내하고, 결함 해결 방법으로 상기 설비(300)의 작동을 즉시 중단하도록 지시할 수 있다.
한편, 상기 내진제어부(160)에서 분류된 상기 지진 단계에 있어서, 상기 '경도 단계'이상으로 판단된 경우, 즉시 상기 기설정된 사용자단말에 지진 알람과 상기 설비의 실시간 동작알람이 전송될 수 있다.
또한, 상기 지진 단계가 '위험 단계'이상으로 판단된 경우, 1분 간격으로 상기 지진 데이터를 상기 기설정된 사용자단말에 전송하고, 즉시 상기 설비를 정지시키는 권한을 부여하여 상기 기설정된 사용자단말을 이용하여 상기 설비를 모든 동작을 정지시킬 수 있다.
한편, 상기 설비(300)와 상기 설비(300)의 하부에 마련되는 내진 부재는 상기 도 3 내지 도 9을 참고하여 더욱 자세히 설명한다.
상기 설비(300)는 하부 외면에 마련되어 하부 프레임(320)과 결합되는 하부 하우징(310), 상기 하부 하우징(310)의 하단에 마련되고 바닥면에 안착되는 하부 프레임(320)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하부 하우징(310)은, 상기 하부 프레임(320)과 연결되어 방진스프링(331), 고무판(332) 및 지진 감지 부재(333)로 구성된 방진스프링 부재를 포함하여 결합할 수 있다.
또한, 상기 설비(300)는, 전도방지용 서포터(340), 쇽업쇼버(350), 브라켓(360), 회전축(370) 및 자동조심베어링(371)을 포함할 수 있다.
상기 전도방지용 서포터(340)는, 정해진 간격에 따라 복수개로 설치되어 강한 지진이 발생하더라도 디젤형발전기가 전도되는 것을 방지 할 수 있다.
상기 쇽업쇼버(350)는, 상기 하부 프레임(320)의 상면에서 정해진 간격을 두고 외측으로 돌출되게 설치한 쇽업쇼버 결합봉과 충격 흡수재(351)을 통해 지상 또는 건물 바닥면 사이에 댐핑 작동을 통해 상기 방진스프링(331)의 고유 진동을 흡수할 수 있다.
이때, 상기 방진스프링 부재와 상기 쇽업쇼버(350)의 위치 및 간격은 상기 설비(300)의 설치 전 기설정된 규격을 모델링하여 상기 모델링한 설비에 지진충격을 시뮬레이션하여 가장 강한 강도에서 최소한으로 변형되는 지점에 마련할 수 있다.
상기 브라켓(360)은, 상기 설비의 하단부에 앵커 볼트를 통해 지상 또는 건물 바닥면에 고정되되, 상면에 회동 가능하게 축설될 수 있다.
상기 회전축(370)은, 상기 자동조심베어링(371)을 설치하여 어떠한 진동이나 충격이 가해져 발전기의 고정자와 회전자 간극을 일정하게 유지시켜 발전기의 발전효율을 대폭 증대시킬 수 있다.
이때, 상기 자동조심베어링(371)은 볼 베어링(a) 또는 원추롤러 베어링(b)으로 마련할 수 있다.
상기 발전부(380)은, 디젤엔진을 통해 발생된 역학적 에너지를 이용하여 전기적 에너지로 변환시킬 수 있다.
여기서, 상기 발전부(380)의 일측에는 발전부를 통해 발생된 전기를 다른 전기장치에 송전하기 위한 단자함과 운전반(400)을 구비할 수 있다.
한편, 상기 지진 감지 부재(333)는, 상기 설비의 상하 진동에 대하여 물리적인 충격으로 감지될 수 있다.
상기 디젤엔진(390)은, 디젤연료 연소시켜 역학적 에너지를 발생시킬 수 있다.
이때, 상기 진동에 의한 물리적인 충격으로 상기 지진 감지 부재(333)가 센싱된 경우, 상기 설비(300)의 모든 동작을 즉시 정지하는 긴급 정지를 수행할 수 있다.
한편, 상기 운전반(400) 하부에도 지진에 대비한 내진 부재들을 마련할 수 있다.
상기 운전반(400) 하부의 내진 부재는, 운전반 하부 프레임(410), 운전반 하부 하우징(420), 탄성부재(430), 연결부재(440) 및 내진부재(450)를 포함할 수 있다.
상기 운전반 하부 프레임(410)은, 지면과 맞닿아 상기 탄성부재(430) 및 상기 연결부재(440)와 연결되어 상기 운전반(400) 하부 하우징(420)을 지지할 수 있다.
상기 운전반 하부 하우징(420)은, 상기 운전반(400)의 최외측에 마련되어 외부의 환경요소로부터 내부 부품을 보호하고, 상기 탄성부재(430) 및 상기 연결부재(440)와 연결되어 상기 운전반 하부 프레임(410)의 상면에 마련될 수 있다.
상기 탄성부재(430)는, 상기 운전반 하부 프레임(410)과 상기 운전반 하부 하우징(420)을 연결하는 탄성 재질의 부재로 마련될 수 있다.
상기 연결부재(440)는, 상기 탄성부재(430)와 기설정된 거리 이격된 위치에서 상기 운전반 하부 하우징(420)과 상기 운전반 하부 프레임(410)을 연결할 수 있다.
상기 내진부재(450)는, 상기 연결부재(440)와 기설정된 거리 이격된 위치에 마련되어 기울기를 제한하여 지진 발생시 상기 운전반(400)에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 상기 내진 및 예지보전이 가능한 비상 발전기 시스템은 하부 하우징과 하부 프레임을 연결하는 탄성부재, 연결부재 및 내진부재를 포함하거나 방진스프링부재를 포함하도록 설치하여 지진 발생 시, 지면으로 전달되는 진동을 감쇠시켜 내진효과를 발생시키고, 센서부에서 측정된 데이터를 기반으로 결함인자를 추출하며, 추출한 결함을 예측하여 결함 종류 및 결함여부를 진단하여 진단된 결함에 대응하여 셀프복원하고 기설정된 사용자 단말에 전송하는 내진 및 예지보전이 가능한 비상 발전기 시스템이 제공될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 효과에 따르면, 설비의 진동 신호를 수집하여 추출된 결함인자 또는 결함인자 데이터를 기준데이터와 비교함으로써, 설비의 결함 여부를 예측하여 대응할 수 있다.
또한, 다수의 센서를 이용하여 수집된 센서 데이터를 필터링하여 결함인자 판단에 필요한 데이터만 추출함으로써, 데이터 연산량 감소와 속도를 향상시켜 정확한 결함을 진단할 수 있다.
또한, 결함여부와 진단된 결함 종류에 따라 셀프복원 또는 사용자 단말에 결함 종류를 전달함으로써, 설비의 결함을 예측하여 사용자의 대응에 취약한 시간에 설비를 셀프복원하여 설비를 신속하게 정상화할 수 있다.
또한, 설비의 진동뿐만 아니라 지면에서 발생하는 진동인 지진을 감지하는 센서를 이용하여 수집된 지진 데이터를 수집함으로써, 지진 여부와 지진 리히터 규모에 따라 단계를 나누어 제어하여 지진 피해를 감쇠시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시례에 따른, 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템의 제어 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
20 : 사용자 단말기
110 : 기준데이터 설정부
120 : 센서부
130 : 결함인자 추출부
140 : 결함예측부
150 : 셀프복원부
160 : 내진제어부
170 : 결함정보 알림부
300 : 설비
310 : 하부 하우징
320 : 하부 프레임
331 : 방진스프링
332 : 고무판
333 : 지진 감지 부재
340 : 전도방지용 서포터
350 : 쇽업쇼버
351 : 충격 흡수재
360 : 브라켓
370 : 회전축
371 : 자동조심베어링
380 : 발전부
390 : 디젤엔진
400 : 운전반
410 : 운전반 하부 프레임
420 : 운전반 하부 하우징
430 : 탄성부재
440 : 연결부재
450 : 내진부재
610 : 볼 베어링(ball bearings)
620 : 원추롤러 베어링(tapered roller bearings)

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 결함인자에 대한 작업데이터를 이용하여 상기 결함인자의 기준데이터를 설정하는 기준데이터설정부;
    설비에 부착되며, 적어도 하나의 진동 감지 센서와 지진 감지 센서가 마련되고, 상기 설비의 동적 물리량 데이터 및 지진 데이터를 수집하는 센서부;
    상기 센서부에서 수집된 데이터에 기초하여 상기 결함인자에 대응되는 결함인자 데이터를 추출하는 결함인자추출부;
    상기 기준데이터설정부에서 설정된 상기 결함인자의 기준데이터와 상기 결함인자추출부에서 추출된 상기 결함인자 데이터를 비교하여 상기 설비의 결함 여부를 판단하는 결함예측부;
    상기 결함예측부로부터 결함 판단되는 경우, 기저장된 복원시점으로 상기 설비를 복원하는 셀프복원부; 및
    상기 지진 감지 센서로부터 지진 감지 데이터를 산출하고 내진모드로 상기 설비의 동작을 제어하는 내진제어부;를 포함하고,
    상기 기준데이터설정부는,
    기저장된 학습데이터를 이용하여 상기 결함인자에 대한 상기 기준데이터(SD)를 설정하되,
    상기 학습데이터는 상기 설비의 정격운전 시 기설정된 시간(T1)동안 감지되는 상기 설비의 동적 물리량 데이터 중 기설정된 조건을 만족하는 제1 필터링 데이터만을 이용하여 제1 평균값(SDA) 및 제1 표준편차(SDSD)를 추출하고,
    상기 제1 평균값(SDA) 및 상기 제1 표준편차(SDSD)에 기초하여 상기 기준데이터(SD)가 설정되며,
    상기 학습데이터는 상기 결함예측부에서 판단된 결과를 포함하며 기설정된 주기마다 상기 기준데이터(SD)가 업데이트 되고,
    상기 기준데이터(SD)는 하기[수학식 1]과 같이, 상기 제1 평균값(SDA)와 상기 제1 표준편차(SDSD)를 포함하며, 이때 상수 α는 상기 설비의 부품별 특성계수이고,
    [수학식 1]
    Figure 112021148125389-pat00015

    상기 결함예측부는 상기 기준데이터설정부에서 설정된 상기 결함인자의 기준데이터(SD)와 상기 결함인자 데이터 간의 변화비율에 기초하여 상기 설비의 결함여부를 판단하되,
    상기 변화비율이 제1 비율 이하인 경우, 상기 설비에 결함이 없는 것으로 판단하고, 상기 변화비율이 상기 제1 비율 초과, 제2 비율 이하인 경우, 상기 설비의 결함 수준을 가장 낮은 제1 수준으로 판단하며, 상기 변화비율이 상기 제2 비율 초과, 제3 비율 이하인 경우, 상기 설비의 결함수준을 제2 수준으로 판단하고, 상기 변화비율이 상기 제3 비율 초과인 경우, 상기 설비의 결함 수준을 가장 높은 제3 수준으로 판단하며,
    상기 변화비율은 하기 [수학식 2]를 이용하여 산출되며, 상수는 상기 변화비율별로 기설정된 계수이고, 상기 상수에 의해 상기 설비의 상기 결함 수준이 결정되고,
    [수학식 2]
    Figure 112021148125389-pat00016

    여기서, β는 상수, PDA는 제2 평균값, PDSD는 제2 표준편차를 의미하며,
    상기 변화비율이 제1 비율 이하인 경우, 상기 설비에 결함이 없는 것으로 판단하고,
    상기 결함예측부는 상기 설비의 진동 특성 외 기타 특성을 고려하여 이상징후 스코어를 산출하되,
    상기 설비의 진동 정보(OD), 온도 정보(TD), 소음 정보(ND), 엔진 출력 전류(EC), 엔진 토크(ET) 및 엔진 오일잔여량(EOA) 중 적어도 어느 하나의 변수에 대하여 현재값(n)이 기설정된 한계값(limit)과 같아 지는 경우를 센싱하고, 상기 현재값(n)과 상기 한계값(limit)이 같아지는 경우, 상기 이상징후 스코어가 0이 되며, 즉시 상기 설비에 대한 보전 작업이 수행되도록 경고 신호가 생성하고,
    [수학식 3]
    Figure 112021148125389-pat00017

    하기 [수학식 4]에 따른 이상징후 데이터셋이 기지정된 범위 내에 속하는 경우, 상기 설비(300)의 위치 정보와 함께 관리자 호출 신호가 생성하며,
    [수학식 4]
    Figure 112021148125389-pat00018

    여기서, Sn은 상기 이상징후 데이터셋 내의 임의의 원소의 n개(n > 1)의 합산값을 의미하고,
    상기 셀프복원부는,
    상기 결함예측부에서 결함이 없는 것으로 판단한 시점의 상기 설비 상태를 정상상태로 인식하고 상기 결함이 없는 것으로 판단한 시점을 복원시점으로 설정하여 상기 설정된 복원시점의 동적 물리량 데이터를 저장하며,
    상기 셀프복원부는,
    상기 설비가 결함으로 판단되어 복원동작을 수행하는 경우, 상기 설비의 동작을 제1 시간동안 정지시킨 후 상기 설비의 설정값을 상기 복원시점의 동적 물리량 데이터값으로 변경한 후 재가동하되, 재가동 후 제2 시간동안은 가동을 유지하고,
    상기 내진제어부는,
    상기 지진 감지 센서에서 측정된 지진 감지 데이터에 기초하여 지진데이터- 상기 지진데이터는 지진 징후 여부 데이터 및 지진 발생에 대응하여 측정되는 리히터 규모 데이터를 포함함-를 산출하고,
    상기 산출된 지진데이터를 기설정된 지진 단계로 분류하여 상기 설비를 제어하며,
    상기 결함예측부에서 판단된 결함 여부와 상기 내진 제어부에서 산출된 지진 징후 여부를 기설정된 사용자 단말기에 송신하는 설비정보알림부를 더 포함하고,
    상기 설비(300)는,
    하부 외면에 마련되어 하부 프레임(320)과 결합되는 하부 하우징(310);
    상기 하부 하우징(310)의 하단에 마련되고 바닥면에 안착되는 하부 프레임(320);
    을 포함하며,
    상기 하부 하우징(310)은,
    상기 하부 프레임(320)과 연결되어 방진스프링(331), 고무판(332) 및 지진 감지 부재(333)로 구성된 방진스프링 부재;를 포함하고,
    운전반 하부 프레임(410)과 운전반 하부 하우징(420)을 연결하는 탄성 재질의 탄성부재(430);
    상기 탄성부재(430)와 기설정된 거리 이격된 위치에서 상기 운전반 하부 하우징(420)과 상기 운전반 하부 프레임(410)을 연결하는 연결부재(440); 및
    상기 연결부재(440)와 기설정된 거리 이격된 위치에 마련되어 기울기를 제한하는 내진부재(450);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 및 예지보전이 가능한 디젤형발전기 시스템.
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