KR102629423B1 - 사물 인터넷 센서 및 이를 이용한 산업용 장비의 데이터 획득방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 산업용 장비의 표면에 부착되어 데이터를 획득하는 사물인터넷 센서에 있어서, 제1 기판; 상기 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터; 상기 제1 커넥터와 일 단부가 연결되고, 플렉서블한 도선으로 형성된 케이블; 상기 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터; 및 상기 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈을 포함하는, 사물인터넷 센서를 제공할 수 있다.
Description
본 실시예는 사물 인터넷 센서 및 이를 이용한 산업용 장비의 데이터 획득방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 산업용 장비의 표면에 부착된 사물 인터넷 센서에 의해 산업용 장비의 데이터를 효과적으로 획득할 수 있는 방법에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT: Internet of Things)은 사물에서 발생하는 다양한 종류의 데이터를 인터넷으로 실시간으로 송수신하는 기술을 말한다.
사물인터넷은 사물들(Things)들이 서로 연결되어 인터넷(Internet)을 형성하게 되는데, 사물에 부착된 센서를 통하여 사물들의 데이터를 측정하는 기술이 요구된다.
사물인터넷 센서는 사물에서 발생하는 데이터를 획득하는 장비로 이해될 수 있다. 사물인터넷의 대상이 되는 사물은 자동차, 모바일 디바이스, 산업용 장비 등 다양한 전자기기일 수 있으나, 데이터 획득을 위한 센서는 각 측정대상에 따라 최적화된 구조를 형성할 필요가 있다.
산업용 장비에 사용되는 사물인터넷 센서는 KR 10-2020-0069487 A와 같이 산업 공정에서 필요한 데이터가 한정적이므로 사용되는 센서도 그 공정의 특성에 따라 제한되게 된다. KR 10-2020-0069487 A에서는 가스감지센서를 사용하였지만, 다른 종류의 센서를 변경하는 것이 불가능하다.
또한, 산업용 장비에 부착되는 센서의 크기는 소형화되어 산업용 장비의 동작에 최소한으로 영향을 미칠 필요가 있다. 예를 들어, 센서의 크기에 따라 산업용 장비의 질량중심이 변경되거나 공진주파수가 변경되어 산업용 장비의 수명 및 측정데이터의 신뢰도에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 산업용 장비에 사용되는 사물인터넷 센서는 산업용 장비의 표면에 부착되는 것이 일반적이므로 외부환경의 특성에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 온도나 습도가 높은 환경 또는 우천과 같은 대기환경의 영향에 따라 센서 내부로 수분이 유입될 수 있고, 그 결과 센서의 내구성이 감소하거나 측정되는 데이터의 정확도가 감소할 수 있다.
또한, 사물인터넷 센서는 다양한 종류의 전자부품이 포함되므로 주기적인 점검 및 부품 교체가 예정되어 있다. 이러한 관점에서 사물인터넷 센서는 유지보수에 용이한 구조를 가질 필요가 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 산업 공정의 종류 및 산업 공정에 필요한 장비의 종류에 맞추어 다양한 종류의 센서를 선택적으로 탈부착할 수 있는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 산업용 장비에 미치는 내부 및 외부의 영향을 최소화하고, 센서의 크기를 최소화할 수 있는 구조체 및 이를 포함하는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 산업용 장비의 부품교체 또는 수리 과정에서 센서의 오작동을 방지하고, 센서의 내구성을 향상시킬 수 있는 센서의 구조체 및 이를 포함하는 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 펌프 등과 같이 특수한 유형의 산업용 장비에 특화되어 보다 정확한 데이터 획득 및 송수신이 가능한 사물인터넷 센서를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 산업용 장비의 표면에 부착되어 데이터를 획득하는 사물인터넷 센서에 있어서, 제1 기판; 상기 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터; 상기 제1 커넥터와 일 단부가 연결되고, 플렉서블한 도선으로 형성된 케이블; 상기 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터; 및 상기 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈을 포함하는, 사물인터넷 센서를 제공할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 기판 및 상기 제1 커넥터를 보호하는 측정부 케이스를 더 포함하고, 상기 측정부 케이스는 상기 제1 기판을 지지하는 수직구조체를 포함하는 본체부; 및 상기 본체부와 분리가능 하도록 결합된 커버를 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 본체부에 형성된 홈 및 상기 커버에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응되고, 상기 본체부 및 상기 커버 사이에는 실리콘 타입의 패킹 고무가 삽입되어 밀폐될 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 기판에 배치되어 진동데이터를 획득하는 진동센서를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제1 커넥터가 배치되지 않은 상기 제1 기판의 다른 표면에 부착되어 있는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 솔더링 방식으로 부착된 금속라인과 연결되어 있을 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 탈착 가능한 형태로 결합된 금속라인과 연결되어 있을 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 본체부는 자성을 가지는 마그네틱 구조체를 더 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 케이블은 탈착 가능한 복수의 서브케이블을 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제2 기판 및 상기 제2 커넥터를 보호하는 통신부 케이스를 더 포함하고, 상기 통신부 케이스는 상기 제2 기판과 다른 평면상에 위치하는 제3 기판; 및 상기 제3 기판과 분리가능 하도록 결합된 커버를 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서에서 상기 제3 기판의 일 표면에 배치되고, 상기 제2 기판상에 배치된 상기 통신모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및 상기 제3 기판의 다른 표면에 부착된 마그네틱 구조체를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 복수의 케이블 및 탈착 가능한 케이블을 포함하여 산업용 장비의 종류 및 측정하는 데이터의 종류에 따라 최적화된 사물인터넷 센서 및 이를 포함하는 데이터 측정 시스템을 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서 측정부의 밀폐력을 향상시킬 수 있는 패킹 고무를 포함하여 측정부의 방수 기능 및 방진 기능을 향상시킬 수 있고, 외부 환경의 영향-예를 들어, 수분 유입 또는 분진 유입 등-을 최소화할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서 내부의 구조를 적절하게 배치하여 각 구성의 전기적 간섭을 최소화함과 동시에 센서의 크기를 소형화할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서의 점검 및 부품 교체를 반복적으로 수행하더라도 내구성이 감소되지 않고, 재결합이 용이한 센서를 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 센서의 마그네틱 구조체의 위치를 외부에서 내부로 변경하고, 다른 부품들과의 결합관계를 최적 설계하여, 외부의 충격 및 파손에 견딜 수 있는 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 부품을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 사물인터넷 센서는 측정부(200), 케이블(201), 통신부(300) 등을 포함할 수 있다.
사물인터넷 센서는 산업용 장비의 표면 또는 내부에 배치되어 다양한 종류의 데이터를 획득하는 센서일 수 있고, 각 구성은 물리적 또는 개념적으로 구분되어 사물인터넷 센서는 측정부(200)와 통신부(300)로 구분될 수 있다.
사물인터넷 센서의 측정부(200)는 제1 기판(미도시), 제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 표면에 부착되어 상기 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터(미도시)를 포함할 수 있다.
측정부(200)는 산업용 장비의 특정 부위의 데이터를 획득하기 위한 장치일 수 있고, 온도센서, 진동센서, 유량센서, 전력센서 등 산업용 장비의 상태를 측정할 수 있는 센서일 수 있다.
사물인터넷 센서의 통신부(300)는 케이블의 다른 일 단부와 연결되고, 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터(미도시), 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈(미도시)를 포함할 수 있다.
통신부(300)는 유선 또는 무선 통신의 방식으로 측정부(200)에서 획득한 데이터를 서버(미도시) 또는 내부 저장장치(미도시)로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(300)는 LoRa(Long Range) 무선통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신 등을 통해 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시)와 측정된 데이터를 송수신할 수 있다.
모바일 디바이스(미도시)는 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 노트북, 웨어러블 장치, 디지털 카메라 등을 포함할 수 있지만, 필요에 따라 컴퓨터 기반의 웹을 포함하는 것일 수 있고, 그 종류는 제한되지 않는다.
서버(미도시)는 물리적인 컴퓨팅 서버, 웹 서버, 데이터베이스 서버 등을 포함할 수 있고, 가상의 네트환경을 구현하는 클라우드 서버 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
사물인터넷 센서의 통신부(300)와 측정부(200)는 케이블(201) 등을 통해 연결될 수 있다.
케이블(201)은 하나 이상의 도선을 포함할 수 있고, 측정부(200)의 센서의 개수에 대응하여 복수의 도선을 포함할 수 있다.
케이블(201)은 측정부(200)의 위치에 대응하도록 길이가 조절될 수 있다. 산업용 장비의 종류, 크기에 대응하여 측정부(200)의 위치를 적절히 조절할 수 있어야 하므로, 케이블(201)은 플렉서블한 도선이 사용될 수 있다. 또한, 케이블(201)는 기 정의된 위치에 배치되거나, 기 정의될 길이를 가질 수 있다.
사물인터넷 센서의 측정부(200)와 통신부(300)는 분리된 형태로 제작되어 결합될 수 있다.
측정부(200)와 통신부(300)는 케이블(201)과 탈착 가능한 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 통신부(300)는 측정부(200) 및 측정부(200)에서 연결된 케이블(201)과 결합될 수 있다.
케이블(201)은 커넥터 등의 전기적 연결을 위한 구조체에 의해 측정부(200) 및 통신부(300)을 연결할 수 있다.
케이블(201)의 결합력을 유지하기 위하여 물리적인 고정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 장치(미도시)는 케이블(201)의 표면과 연결된 볼트 또는 너트 구조체일 수 있다.
케이블(201)이 복수 개의 영역으로 분리되어 다양한 종류의 센서와 선택적으로 연결될 수 있으므로, 고정 장치(미도시)는 통신부(300)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 고정 장치(미도시)의 교체 없이 측정부(200)만을 신속하고 간편하게 교체할 수 있다.
사물인터넷 센서는 사물인터넷(IOT: Internet Of Things)를 구현하기 위한 유선 또는 무선센서를 지칭하는 것일 수 있고, 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시) 등과 유선 또는 무선통신을 할 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 예를 들어, 사물인터넷 센서는 LoRa(Long Range) 무선통신이 가능한 센서, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신이 가능한 센서일 수 있다. 다른 예시적으로, 무선통신은 LTE(Long Term Evolution), CDMA(Code Division Multiple Access), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), WiBro(Wireless Broadband) 등의 셀룰러 통신일 수 있고, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), 라이오 프리퀀시(Radio Frequency) 등의 무선통신일 수 있다.
사물인터넷 센서는 모터 또는 펌프의 회전체, 진동체, 압축기, 베어링, 팬(FAN) 등 다양한 구성요소 또는 위치에 설치될 수 있고, 네트워크 서버와 무선통신을 수행할 수 있다.
사물인터넷 센서는 서버 소켓과 클라이언트 소켓을 포함하는 TCP/IP 소켓 통신방법을 채택하여 산업용 장비들의 정보를 서버로 전송할 수 있다.
사물인터넷 센서는 측정부(200), 케이블(201), 프로세서(미도시) 및 통신부(300) 등을 포함할 수 있고, 다양한 센서의 기능이 통합되어 구현될 수 있다. 측정부(200)는 자석을 포함하여 산업용 장비의 임의의 부분에 부착되어 실시간으로 산업용 장비의 물리적 특성을 측정할 수 있다. 측정부(200)에서 측정한 신호는 케이블(201)을 통해 내부 프로세서(미도시) 및 통신부(300)로 전달될 수 있다. 통신부(300)는 전술한 유선 또는 무선통신 방법으로 서버 또는 모바일 기기 등과 통신할 수 있다.
사물인터넷 센서는 유선 또는 무선통신 방법을 채택하여 온도데이터 또는 진동데이터를 송수신할 수 있으나, 유선통신 또는 무선통신의 혼합된 방식이 채택되어 각 데이터를 송수신할 수 있다.
사물인터넷 센서는 온도센서(미도시)를 포함할 수 있다. 온도센서(미도시)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 내부 온도 또는 외부 온도를 측정하기 위한 센서일 수 있고, 사물인터넷 센서는 실시간 모니터링을 위해 장비의 온도데이터를 서버로 전송할 수 있다.
사물인터넷 센서는 진동센서(미도시)를 포함할 수 있다. 진동센서(미도시)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 내부 진동 또는 외부 진동를 측정하기 위한 센서일 수 있고, 사물인터넷 센서는 실시간 모니터링을 위해 장비의 진동데이터를 서버로 전송할 수 있다. 예시적으로, 진동센서(미도시)는 x축, y축, z축으로 정의된 방향에 따른 가속도(m/s2)를 측정할 수 있고, 진동의 표현 방식은 0.5G, 1G, 2G 등으로 다양하게 정의될 수 있다.
사물인터넷 센서는 유량센서(미도시)를 포함할 수 있다. 유량센서(미도시)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-의 일 단부 또는 내부에 흐르는 유량을 측정하기 위한 센서일 수 있고, 사물인터넷 센서는 실시간 모니터링을 위해 장비의 유량데이터를 서버로 전송할 수 있다.
사물인터넷 센서는 전력센서(미도시)를 포함할 수 있다. 전력센서(미도시)는 산업용 장비-예를 들어, 펌프 또는 모터-가 소비하는 전력을 측정하기 위한 센서일 수 있고, 사물인터넷 센서는 실시간 모니터링을 위해 장비의 전력데이터를 서버로 전송할 수 있다.
산업용 장비는 펌프, 모터 등을 포함할 수 있지만, 산업용 플랜트에 포함되는 기계식 설비이면 그 종류는 제한되지 않는다.
도 3은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 측정부의 수직 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 사물인터넷 센서의 측정부(200)는 본체부(210), 커버(220), 제1 기판(230), 제1 커넥터(240), 온도센서(250) 등을 포함할 수 있다.
본체부(210)는 측정부(200)의 외관을 형성하는 것으로, 센서의 부품을 외부의 환경과 분리하는 물리적 구조체일 수 있다. 본체부(210)는 원통형 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본체부(210)의 바닥면의 일부 영역은 플랫한 형태를 가질 수 있으나, 다른 일부 영역은 볼트(262)에 의해 돌출된 형태를 가질 수 있다. 볼트(262)가 삽입되는 길이가 증가하는 경우 자석(260)의 결합력을 강화할 수 있으나, 커넥터(240)의 위치 및 내부 공간의 집적도를 고려하여 조절될 수 있다.
본체부(210)는 제1 기판(230)과 연결되어 지지하는 수직 구조체(212)를 더 포함할 수 있다. 수직 구조체(212)는 본체부(210)의 바닥면과 제1 기판(230)을 일정한 거리로 이격시킬 수 있고, 제1 기판(230)의 양쪽 면을 모두 활용할 수 있도록 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 수직 구조체(212)는 볼트 등의 결합부재(미도시)와 결합되어 제1 기판(230)의 지지력을 증가시킬 수 있고, 제품의 정비 또는 수리를 위해 결합부재(미도시)를 선택적으로 결합하거나 탈착할 수 있다.
커버(220)는 본체부(210)와 결합되어 밀폐된 내부 공간을 형성할 수 있다. 커버(220)는 본체부(210)와 분리가능 하도록 결합될 수 있고, 나선형 홈을 형성하여 탈착 가능할 수 있다.
본체부(210)에 형성된 홈 및 커버(220)에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응될 수 있다. 본체부(210)와 커버(220)가 밀착되어 결합되더라도, 그 사이에 공간상 틈이 형성되거나 결합되는 부위의 길이 차이에 의해 수직 길이의 틈이 발생할 수 있다.
또한, 본체부(210)와 커버(220) 사이의 틈 또는 본체부(210)와 커버(220)이 결합된 상태에서 발생하는 틈에 실리콘 타입의 패킹 고무(215)가 삽입되어 측정부(200)의 밀폐력을 향상시킬 수 있다. 패킹 고무가 결합됨으로써 센서의 측정부로 유입되는 유체, 먼지 등을 차단할 수 있고, 적절한 기준 이상의 방수 등급을 획득할 수 있다. 패킹 고무(215)는 실리콘 소재의 링 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
패킹 고무(215)는 도 4와 같이 본체부(210)와 커버(220)의 전부 또는 일부 표면을 둘러쌈으로써 차폐 효과를 증대시킬 수 있다. 패킹 고무(215)는 커버(220)의 직경보다 더 크게 형성될 수 있고, 이때 커버(220)의 일부 외곽 영역까지 이중으로 차폐하여 방수 또는 방진 효율을 개선할 수 있다.
패킹 고무(215)는 본체부(210)와 커버(220)의 결합 후의 틈의 길이보다 긴 수직길이를 가지고, 압착되어 밀폐력을 더욱 개선할 수 있다.
본체부(210), 커버(220)는 측정부(200)의 케이스로 정의될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 기판(230)은 전기 부품을 접촉시키거나, 전기적 배선을 통해 각 부품에 신호를 송수신하는 구성일 수 있다.
제1 기판(230)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 기판(230)의 상면 또는 하면에는 다양한 소자 또는 부품이 결합될 수 있다.
제1 기판(230)의 상면보다 하면에 커넥터(240)이 연결될 수 있고, 측정부(200)의 부피를 감소시킬 수 있다. 종래의 방법에 의하면 센서라인(241)을 기판에 직접 솔더링(Soldering)하여 고정되어 수리 및 하자보수가 불가능하였고, 센서의 분리 과정에서 센서라인(241)의 절단 또는 파손이 발생하게 되었다. 커넥터(240)를 제1 기판(230)에 연결하여 사용하는 경우에는 제품의 하자, 보수에 편의성을 제공함과 동시에 제품의 내구성이 향상될 수 있다.
제1 기판(230)의 상면에는 온도센서라인(251)이 연결될 수 있다. 온도센서라인(251)은 솔더링(Soldering) 방법으로 제1 기판(230)에 부착될 수 있고, 탈착 가능한 방법으로 제1 기판(230)에 부착될 수 있다.
이 경우 온도센서라인(251)과 연결된 결합부재(231)는 납 조성물일 수 있고, 또는 커넥터일 수 있다.
제1 기판(230)에는 진동센서, 또는 온도센서 등의 다양한 유형의 센서가 결합될 수 있다. 온도센서(250)는 주변 환경의 온도 영향을 최소화하기 위하여 온도센서라인(251)과 연결되어 제1 기판(230)과 별도의 공간-예를 들어, 본체부(210)의 바닥면-에 배치될 수 있다.
제1 커넥터(240)는 제1 기판(230)과 전기적으로 연결되고, 제1 기판(230)의 표면에 부착되어 센서(미도시)의 측정신호를 전달할 수 있다. 여기서 센서(미도시)는 진동센서, 온도센서 등의 전술한 임의의 센서일 수 있다.
온도센서(250)는 본체부(210)의 바닥면의 일부 영역에 형성된 홀(미도시)에 결합된 상태로 유지도리 수 있고, 고정 링 등에 의해 끼워맞춤 형태로 고정된 상태로 유지될 수 있다. 이 경우 온도센서(250)는 제1 기판(230)의 탈착 여부와 무관하게 동일한 위치에 유지될 수 있고, 온도센서라인(251)의 일 단부만이 탈착될 수 있으므로, 제품의 유지 보수 과정에서 온도센서(250)를 탈착하지 않으므로 내구성 및 경제성을 향상시킬 수 있다. 온도센서라인(251)는 온도데이터 전송을 위한 금속라인일 수 있다.
자석(260)은 자성을 가지는 마그네틱 구조체일 수 있고 본체부(210)의 외부 표면에 부착될 수 있다. 측정부(200)의 내구성을 향상하기 위하여 볼트(262)에 의해 고정된 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 자석(260)은 네오디움 자석 등이 채택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
자석(260)의 반경은 본체부(210)의 직경보다 작게 형성될 수 있고, 오목하게 형성된 본체부(210)의 외부 표면에 대응되도록 부착되어 결합력이 강화될 수 있다.
또한, 자석(260)과 본체부(210)가 볼트(262) 등에 의해 결합되는 경우, 그 사이에 접착력을 가지는 물질을 충진하여 자석(260)의 고정력을 향상시킬 수 있다. 측정부(200)에 자석(260)이 포함되어 산업용 장비의 임의의 위치에 부착 및 탈착이 가능할 수 있고, 탈부착 횟수의 증가에 따라 자석(260)의 내구성이 필연적으로 요구된다.
제1 커넥터(240)과 연결된 센서라인(241)은 표면에 방수처리를 수행할 수 있고, 케이블(201)의 결합 이후에 연결되거나 결합 이전에 연결될 수 있다.
케이블(201)은 사물인터넷 센서의 측정부(200)과 통신부(미도시)를 전기적으로 연결하고, 센서에서 측정한 데이터를 주고받기 위한 도선일 수 있다.
케이블(201)은 본체부(210)에서 하나의 구조로 개념적으로 구분된 형태일 수 있으나, 물리적으로 구분된 별개의 구성일 수 있다.
케이블(201)이 본체부(210)와 물리적으로 구분된 별개의 구성인 경우에는, 케이블(2010)과 본체부(210) 사이에 틈이 발생할 수 있다. 이 경우 이 틈을 차단하기 위하여 패킹 고무(215)를 접촉시킬 수 있다. 패킹 고무(215)는 커버(220)와 본체부(210) 사이의 유체의 경로를 차단함과 동시에 케이블(201)과 본체부(210) 사이의 유체의 경로를 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
케이블(201)은 전체 길이 중 임의의 길이를 내분하여, 측정부 케이블 또는 통신부 케이블로 구분될 수 있다. 측정부 케이블 및 통신부 케이블은 탈부착되는 형태로 구성될 수 있다. 탈부착되는 케이블 각각을 서브케이블로 정의할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 방법으로 하나의 통신부를 반복적으로 사용하면서, 센싱부의 종류를 변경할 수 있으므로 경제성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 케이블(201)은 복수 개의 케이블일 수 있고, 케이블의 개수는 센서의 종류 및 개수에 따라 다르게 정의될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서의 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 사물인터넷 센서의 통신부(300)는 제2 기판(310), 제3 기판(320), 자석(330) 등을 포함할 수 있다.
제2 기판(310)에는 제2 커넥터(312), 통신모듈(314), 안테나(316) 등이 배치될 수 있다.
제2 커텍터(312)는 제2 기판(310)과 연결되고, 사물인터넷 센서의 측정부로부터 센싱 신호를 케이블(미도시)로부터 수신하기 위한 구성일 수 있다.
제2 커넥터(312)에서 수신한 신도는 제2 기판(310)을 통해 통신모듈(314)로 전달될 수 있다.
통신모듈(314)는 다양한 무선통신 방법에 의해 서버(미도시) 등과 무선으로 통신하고, 데이터를 송수신하기 위한 구성일 수 있으며, 전술한 통신 방법 중 하나 이상이 채택되어 활용될 수 있다.
안테나(316)는 통신모듈(314)과 연계 동작하여 무선 신호를 생성하여 송신하거나 수신하는 구성일 수 있다.
제3 기판(320)은 제2 기판(310)과 다른 평선상에 배치된 기판일 수 있고, 배터리(322)가 제3 기판(320)에 배치될 수 있다.
종래의 기술에 따르면 하나의 기판에서 통신모듈(314) 및 배터리(322) 등이 배치되어, 배선이 복잡하여 전기적 신호의 노이즈가 발생하고, 기판의 공간 부족 문제가 발생하였다. 예를 들어, 커버(미도시)의 결합 과정에서 전기 배선의 압착 및 단선이 발생하게 되므로, 복수의 기판으로 분리하여 전기적 배선을 재배치하여 위 문제점을 개선할 수 있다.
예를 들어, 제2 기판(310) 및 제3 기판(320)은 서로 다른 평면에 배치되어 복수의 층을 형성할 수 있고, 도 5와 같이 각 영역의 크기를 서로 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(310)의 크기를 제3 기판(320)의 크기보다 작게 변경하여 배터리(322)를 결합하기 위한 공간을 형성할 수 있다.
이 경우 제2 기판(310)과 제3 기판(320) 사이에는 스페이서(311)가 더 포함될 수 있다. 스페이서(311)는 제2 기판(310)과 제3 기판(320) 사이에 공간을 형성함과 동시에, 결합력을 제공할 수 있다. 스페이서(311)는 볼트 등에 의해 결합 제2 기판(310) 및 제3 기판(320)과 결합될 수 있다.
제2 기판(310)과 제3 기판(320) 사이에 형성된 공간에 전기적 배선을 배치하거나, 별도의 전자부품을 실장하여 공간의 활용도를 극대화할 수 있다.
제3 기판(320)의 표면 중 배터리(322)가 배치되지 않은 표면에는 자석(330)이 더 배치될 수 있다.
사물인터넷 센서의 통신부(300)는 통신부 케이스(미도시)에 의해 전술한 각 구성이 외부 환경과 차단되어 보호될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 사물인터넷 센서가 부착된 산업용 장비를 나타낸 도면이다.
도 26을 참조하면, 사물인터넷 센서가 부착된 산업용 장비(400)은 산업용장비(401) 및 사물인터넷 센서(402) 등을 포함할 수 있다.
산업용 장비(401)는 펌프, 모터, 압축기, 터빈 등을 포함할 수 있지만, 산업용 플랜트에 포함되는 기계식 설비이면 그 종류는 제한되지 않는다.
사물인터넷 센서(402)는 온도센서, 진동센서, 유량센서, 전력센서 등 산업용 장비의 상태를 측정할 수 있는 센서로서, 산업용 장비(401)의 외부 또는 내부 표면에 부착될 수 있다.
사물인터넷 센서(402)는 LoRa(Long Range) 무선통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 무선통신, 블루투스(Bluetooth) 무선통신 등을 통해 모바일 디바이스(미도시) 또는 서버(미도시)와 측정데이터 등의 다양한 종류의 데이터를 실시간으로 송수신할 수 있다.
사물인터넷 센서(402)는 산업용 장비(401)의 데이터를 정확하게 측정하기 위하여 진동 또는 온도변화량이 큰 위치에 설치될 수 있고, 복수의 위치에 복수의 사물인터넷 센서(402)가 배치되어 여러 위치의 측정 데이터를 획득할 수 있다. 필요에 따라 사물인터넷 센서(402)는 하나의 통신부(미도시)를 가지고, 복수 개의 신호전달라인(미도시) 및 복수 개의 센싱부(미도시)를 가지는 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
전술한 사물인터넷 센서-예를 들어, 진동센서, 온도센서 등을 감시하여 산업용 장비의 파손 또는 노화로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어, 사물인터넷 센서를 통해 산업용 장비의 구성 중 축의 부러짐, 부하측의 탄화, 베어링 파손, 모터 소손, 슬리브 손상, 그리스 변색, 회전차 손상, 이물질 유입 등에 따른 산업용 장비의 파손 또는 노화를 진동 데이터 및 온도 데이터를 감시하여 사전에 방지할 수 있다.
전술한 사물인터넷 센서를 사용함으로써 산업용 장비의 자동제어 시스템을 구축할 수 있고, 초기 운영에 의한 장비의 고장 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 우발적이거나, 정비 및 관리 과정에서 발생하는 장비의 고장 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 빅데이터를 활용하여 산업용 장비의 상태를 실시간으로 모니터링함으로써 산업용 장비의 수명을 증대시킴과 동시에 적절한 교체 가능범위를 실시간으로 확인하여 관리할 수 있다.
Claims (11)
- 산업용 장비의 표면에 부착되어 데이터를 획득하는 사물인터넷 센서에 있어서,
제1 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 기판의 하면에 부착되어 센서의 측정신호를 전달하는 제1 커넥터, 상기 제1 기판을 지지하는 수직구조체를 포함하는 본체부, 자성을 가지며 상기 본체부의 외부 표면에 부착되는 측정부마그네틱 구조체; 및 상기 본체부와 분리가능 하도록 결합된 측정부커버를 포함하는 측정부;
제2기판과 전기적으로 연결되고 케이블로부터 상기 센서의 측정신호를 수신하는 제2 커넥터; 상기 제2 커넥터와 연결된 제2 기판에 부착된 통신모듈을 포함하는 통신부; 및
상기 제1 커넥터와 일 단부가 연결되고, 상기 제2 커넥터와 다른 일 단부가 연결되고, 플렉서블한 도선으로 형성되는 상기 케이블;을 포함하며,
상기 수직 구조체는 상기 본체부의 바닥면과 상기 제1기판을 이격시켜 상기 제1기판의 양쪽면을 모두 활용하게 하는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 통신부는,
상기 제2 기판과 다른 평면상에 위치하는 제3 기판,
상기 제3 기판과 분리가능 하도록 결합된 통신부커버,
상기 제3 기판의 일 표면에 배치되고, 상기 제2 기판상에 배치된 상기 통신모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및
상기 제3 기판의 다른 표면에 부착된 통신부마그네틱 구조체를 포함하는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 본체부에 형성된 홈 및 상기 측정부커버에 형성된 홈은 밀착되도록 형상이 대응되고,
상기 본체부 및 상기 측정부커버 사이에는 실리콘 타입의 패킹 고무가 삽입되어 밀폐되는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 기판에 배치되어 진동데이터를 획득하는 진동센서를 더 포함하는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 커넥터가 배치되지 않은 상기 제1 기판의 다른 표면에 부착되어 있는 온도센서를 더 포함하는, 사물인터넷 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 솔더링 방식으로 부착된 금속라인과 연결되어 있는, 사물인터넷 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 제1 기판의 표면에 탈착 가능한 형태로 결합된 금속라인과 연결되어 있는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 측정부마그네틱구조체는 오목하게 형성된 상기 본체부의 외부 표면에 볼트에 의해 결합되는, 사물인터넷 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이블은 탈착 가능한 복수의 서브케이블을 포함하는, 사물인터넷 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 통신부는,
제2기판과 상기 제3기판 사이에 상기 제2기판과 상기 제3기판 사이에 공간을 형성하는 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서는 상기 제2기판과 상기 제3기판과 볼트에 의해 결합하는, 사물인터넷 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2기판의 크기는 상기 제3기판의 크기보다 작게 하여 상기 제3기판에 상기 배터리를 결합하기 위한 공간을 형성하는, 사물인터넷 센서.
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