KR102632541B1 - 제수밸브의 고장진단 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
고장 판단의 정확성이 개선되도록, 본 발명은 유체이동관 사이에 연결된 몸체부 상측에 힌지 연결된 캡부에 축연결되어 상기 몸체부 내부를 개폐하는 디스크가 구비된 제수밸브의 고장진단 방법에 있어서, 상기 몸체부의 유입단 및 토출단에 각각 구비된 제1압력센서 및 제2압력센서에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터를 서버부로 전송하는 제1단계; 상기 서버부에 통신 연결된 연산부가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값을 포함하는 기설정된 수학식을 통해 유량데이터를 연속적으로 산출하고 상기 서버부에 전송 및 저장하는 제2단계; 및 상기 연산부가 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 상기 서버부에 통신 연결된 출력부로 고장신호를 전송하는 제3단계를 포함하는 제수밸브의 고장진단 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 제수밸브의 고장진단 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고장 판단의 정확성이 개선되는 제수밸브의 고장진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 밸브란 유체의 흐름을 차단, 통과시키는 개폐 기능 및 유량, 압력 등을 제어하는 기능을 가지는 장치이며, 상수도 관망에는 개폐용 제수밸브가 일반적으로 사용되고 있다.
이때, 상수도관망에서 제수밸브는 상수도관 이음매에 설치돼 유수의 흐름과 양을 조절하여 관의 압력이 적정하게 유지될 수 있도록 하고, 배수관망의 구획을 고립시키거나 단수 및 통수를 위해 주로 사용되는 시설물이다. 또한, 지하누수 탐사에도 필수적으로 활용되는 주요 시설물이라 할 수 있다.
이러한 제수밸브는 부식으로 인한 누수 발생 및 개폐 불가, 스케일(Scale)로 인한 관 단면 축소 등의 원인으로 인한 노후화시 교체가 요구된다. 그리고, 관망을 고립시키거나 수계조정, 단수 또는 관 세척 시에 급격한 밸브 개폐(열고 담음)를 하게 되면 급수배관에 급격한 압력상승으로 인해 물이 관벽 등에 부딪혀 소음 및 진동을 일으키는 수격작용(Water Hammer)이 발생한다. 이러한 현상으로 인해 관이 손상된다. 또한, 이때 배수관 내면에 내부식성 코팅 및 관내에 정체되어 있던 녹이나 이물질이 수용가 급수전으로 유출하게 되어 수돗물 불신을 초래하게 된다.
이때, 종래 제수밸브 대부분은 기본적으로 현장에서 개도상태(개도율)를 확인할 수 있는 표시장치나 급격한 밸브개폐에 대한 경보 그리고 현재의 개도상태를 중앙에서 원격으로 확인할 수 있는 통신기능이 탑재된 제품이 없어, 제수밸브의 고장 여부를 원격으로 진단하기 위한 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
여기서, 종래에는 현장 작업자가 제수밸브를 개폐하는데 개도상태를 알 수 있는 정보가 없어 제수밸브 구경별, 모델별로 개폐 회전수가 정리되어 있는 데이터시트를 참고하여 조작을 하고 있는 바, 숙련자가 아니면 현재의 개도상태를 정확하게 파악할 수 없는 문제점이 있었다.
이에 따라, 작업자가 현장에서 밸브의 개도상태를 확인할 수 있는 표시장치와 급격한 밸브조작을 작업자가 알 수 있게 하는 경보장치 그리고 무선통신 기능을 통해 현재의 개도상태를 실시간으로 중앙서버에 전달할 수 있는 장치를 구비한 기술이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고장 판단의 정확성이 개선되는 제수밸브의 고장진단 방법 및 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유체이동관 사이에 연결된 몸체부 상측에 힌지 연결된 캡부에 축연결되어 상기 몸체부 내부를 개폐하는 디스크가 구비된 제수밸브의 고장진단 방법에 있어서, 상기 몸체부의 유입단 및 토출단에 각각 구비된 제1압력센서 및 제2압력센서에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터를 서버부로 전송하는 제1단계; 상기 서버부에 통신 연결된 연산부가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값을 포함하는 기설정된 수학식을 통해 유량데이터를 연속적으로 산출하고 상기 서버부에 전송 및 저장하는 제2단계; 및 상기 연산부가 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 상기 서버부에 통신 연결된 출력부로 고장신호를 전송하는 제3단계를 포함하는 제수밸브의 고장진단 방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 유체가 이동하는 유체이동관 사이에 연결되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 힌지 연결되는 캡부와, 수직 방향 이동 정도에 따라 상기 몸체부 내부를 개폐하도록 상기 캡부에 샤프트를 매개로 축연결되는 디스크를 포함하는 제수밸브; 상기 몸체부의 유입단에 구비되어 제1압력데이터를 생성하는 제1압력센서; 상기 몸체부의 토출단에 구비되어 제2압력데이터를 생성하는 제2압력센서; 상기 캡부에 연결되되 상기 캡부의 회전각도에 대응되어 개도량데이터를 획득하는 개도량측정센서; 상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서 및 상기 개도량측정센서에 통신 연결되며 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 개도량데이터를 전송받아 저장하는 서버부; 상기 서버부에 통신 연결되며, 상기 개도량데이터를 추출하여 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 맵핑데이터에 입력함에 따라 유량계수를 출력값으로 산출하고, 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값 및 상기 유량계수를 포함하는 기설정된 수학식을 통해 개도량에 따른 유량데이터를 연속 산출하여 상기 서버부에 전송하며, 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하는 연산부; 및 상기 서버부에 통신 연결되되, 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 상기 개도량데이터가 표시되며, 상기 연산부가 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하여 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 고장신호를 전송받는 출력부를 포함하는 제수밸브의 고장진단 시스템을 제공한다.
상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 제수밸브의 개도율 및 압력강하를 측정하여 연산부가 기설정된 수학식을 통해 산출한 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교하여 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 고장신호를 전송하므로 제수밸브의 고장 진단 정확성이 현저히 개선될 수 있다.
둘째, 제수밸브의 유입단 및 토출단에 구비된 제1압력센서 및 제2압력센서에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터 간의 압력차를 통해 유량데이터를 산출하므로 제수밸브의 훼손 없이도 제수밸브의 고장 진단이 가능하여 경제성이 현저히 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브의 내부가 부분 투영된 예시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 개도량에 따른 유량계수값이 설정된 맵핑데이터를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브의 내부가 부분 투영된 예시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 개도량에 따른 유량계수값이 설정된 맵핑데이터를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법 및 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 시스템을 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 제수밸브의 내부가 부분 투영된 예시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법에서 개도량에 따른 유량계수값이 설정된 맵핑데이터를 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 방법은 몸체부(11)의 유입단 및 토출단에 각각 구비된 제1압력센서(20) 및 제2압력센서(30)에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터를 서버부(50)로 전송(s10), 연산부(60)가 제1압력데이터 및 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값을 포함하는 기설정된 수학식을 통해 유량데이터를 연속적으로 산출하고 서버부(50)에 전송 및 저장(s20), 연산부(60)가 시간별 저장된 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 출력부(70)로 고장신호를 전송(s30)의 일련의 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브의 고장진단 시스템은 제수밸브(10), 제1압력센서(20), 제2압력센서(30), 개도량측정센서(40), 서버부(50), 연산부(60) 및 출력부(70)를 포함함이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브(10)는 유체가 이동하는 유체이동관(1) 사이에 연결되는 몸체부(11)와, 상기 몸체부(11)의 상부에 회전되도록 힌지 연결되는 캡부(12)와, 상기 캡부(12)에 샤프트(14)를 매개로 축연결되어 수직 방향 이동 정도에 따라 상기 몸체부(11)의 내부 공간을 개폐하는 디스크(13)를 포함함이 바람직하다.
상세히, 상기 몸체부(11)는 유체가 이동하는 상기 유체이동관(1) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 상기 캡부(12)는 상기 제수밸브(10)의 상단에 배치되어 회전을 통해 유량을 조절하도록 상하방향으로 연장되는 상기 샤프트(14)와 결합될 수 있다. 이때, 상기 샤프트(14)의 상단에 상기 캡부(12)가 축연결되되, 상기 캡부(12)는 상하방향으로 배치된 축을 중심으로 수평방향을 따라 회전될 수 있다.
그리고, 상기 디스크(13)는 샹기 샤프트(14)의 하단에 축연결되어 상기 캡부(12)의 회전에 의해 수직 방향으로 이동할 수 있고, 수직 방향 이동 정도에 따라 상기 몸체부(11)의 내부 공간을 개폐시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크(13)에 의한 상기 몸체부(11) 내부의 개폐를 통해 상기 몸체부(11)를 통과하는 유체의 양을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(14)는 상기 캡부(12) 및 상기 디스크(13) 사이에 연결되며, 상기 캡부(12)의 회전량에 기반하여 상기 디스크(13)가 상기 몸체부(11)의 내부를 개방하거나 차단하도록 상기 디스크(13)를 수직방향으로 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 몸체부(11)의 유입단 및 토출단에 각각 구비된 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)에서 각각 개별 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터를 상기 서버부(50)로 전송한다(s10). 이때, 바람직하게는 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)는 상기 몸체부(11)의 유입단측 유체이동관(1) 및 토출단측 유체이동관(1)에 각각 연결됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)는 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터를 상기 서버부(50)로 전송하도록 상기 서버부(50)에 무선통신수단을 통해 상호간 무선 통신 연결될 수 있다.
또한, 상기 제수밸브(10)의 캡부(12)에는 상기 캡부(12)의 회전각도에 대응되어 개도량데이터를 획득하고 상기 서버부(50)로 전송하도록 개도량측정센서(40)가 연결됨이 바람직하다. 이때, 상기 개도량측정센서(40)는 상기 서버부(50)에 무선통신수단을 통해 상호간 무선 통신 연결될 수 있다. 그리고, 서버장치로서 구비되는 상기 서버부(50)에는 연산장치로서 구비되는 상기 연산부(60)가 통신 연결되며, 상기 서버부(50)에 단말기 등의 입출력장치로서 구비되는 상기 출력부(70)가 통신 연결될 수 있다. 이때, 상기 출력부(70)에는 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 상기 개도량데이터가 표시될 수 있다.
또한, 상기 제1압력센서(20)에서 측정된 상기 제1압력데이터와, 상기 제2압력센서(30)에서 측정된 상기 제2압력데이터를 센싱시간 단위로 각각 센싱하며 상기 서버부(50)로 전송 및 저장함이 바람직하다. 예컨대, 상기 센싱시간 단위는 센싱주기를 의미하며, 1/1,000초(1,000Hz)로 설정될 수 있다. 즉, 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터를 1/1,000초에 1회씩, 즉 1초에 1,000회씩 반복하여 센싱할 수 있다.
그리고, 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)에서 측정된 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터를 상기 서버부(50)로 전송하는 단계는, 상기 캡부(12)에 연결된 상기 개도량측정센서(40)에서 상기 캡부(12)의 회전각도에 대응되어 획득한 개도량데이터를 상기 센싱시간 단위로 상기 서버부(50)로 전송하는 단계를 포함함이 바람직하다.
여기서, 상기 개도량측정센서(40)는 상기 캡부(12)의 회전각도를 측정하는 회전측정수단과, 상기 회전각도를 입력값으로서 기설정된 변환데이터로 맵핑하여 상기 개도량데이터를 결과값으로서 산출하는 변환연산부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 개도량측정센서(40)는 상기 변환데이터를 저장하는 저장수단을 더 포함할 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 변환데이터가 상기 서버부(50)에 저장되어 상기 개도량측정센서(40)로 통신 전송될 수도 있다.
그리고, 상기 변환연산부는 상기 회전측정수단에서 측정된 상기 회전각도를 추출하여 상기 변환데이터에 입력할 수 있으며, 상기 회전각도가 상기 변환데이터에 입력됨에 따라 그에 대응되어 맵핑되는 상기 개도량데이터가 결과값으로서 산출될 수 있다. 예컨대, 상기 캡부(12)의 회전량에 기반하여 상기 제수밸브(10)의 개도량데이터를 산출하는 과정은 구체적으로, 상기 변환연산부가 상기 회전측정수단에서 측정한 상기 캡부(12)의 회전량을 미리 저장된 상기 변환데이터에 맵핑하여 제수밸브(10)의 개도량데이터를 산출하는 과정을 따라 수행될 수 있다. 이때, 미리 저장된 변환데이터는 상기 캡부(12)의 회전량을 입력으로 하고 상기 개도량데이터를 출력으로 하는 맵데이터(Map Data)로 이해함이 바람직하다. 이어서, 상기 개도량데이터는 상기 센싱시간 단위로 상기 서버부(50)로 전송되어 저장될 수 있다.
한편, 상기 서버부(50)에 통신 연결된 상기 연산부(60)가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값을 포함하는 기설정된 수학식을 통해 유량데이터를 연속적으로 산출하고 상기 서버부(50)에 전송 및 저장한다(s20). 이때, 상기 수학식은 아래와 같다.
여기서, Cv는 유량계수, △P는 제1압력데이터(P1)-제2압력데이터(P2), SG는 비중(Specific Gravity)을 의미한다. 이때, △P는 제1압력데이터(P1)와 제2압력데이터(P2) 간의 차이값, 즉 상기 몸체부(11) 내부에서의 압력 변화량으로 이해함이 바람직하다. 또한, 물의 경우에는 SG가 15℃에서 1.0으로 설정된다. 이를 위해, 경우에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 제수밸브(10)는 상기 몸체부(11) 내부로 유동되는 유체의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 연산부(60)는 상기 온도센서(미도시)에서 측정된 유체의 온도데이터를 기반으로 유체의 비중을 매칭 및 산출할 수 있다.
또한, 도 5와, 도 6의 (a),(b),(c)를 참조하면, 상기 유량데이터의 산출을 위해 상기 유량계수(Cv)가 요구되는데, 이를 위해 상기 연산부(60)가 상기 개도량데이터를 추출하여 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 맵핑데이터에 입력함에 따라 상기 유량계수(Cv)를 출력값으로 산출하는 단계가 수행됨이 바람직하다.
상세히, 상기 서버부(50)에는 상기 몸체부(11) 내부 형상에 대응되는 복수개의 밸브정보데이터가 입력되어 저장되고, 상기 서버부(50)에는 각 상기 밸브정보데이터에 개별 매칭되어 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 상기 맵핑데이터가 기저장될 수 있다. 즉, 개도량에 따른 유량계수값은 상기 몸체부(11) 내부의 오리피스관 등의 형상에 대응되어 상이하게 나타날 수 있는데, 이를 반영하기 위해 상기 서버부(50)에는 각 상기 밸브정보데이터에 개별 매칭되어 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 상기 맵핑데이터가 기저장될 수 있다.
그리고, 상기 연산부(60)는 입력된 상기 밸브정보데이터를 추출하되, 추출한 상기 밸브정보데이터에 매칭되는 각 상기 맵핑데이터 중 어느 하나를 추출하고, 추출한 상기 맵핑데이터에 상기 개도량데이터를 입력함에 따라, 상기 유량계수가 산출될 수 있다. 이때, 상기 밸브정보데이터는 상기 출력부(70)에서 입력되어 상기 서버부(50)로 전송 및 저장될 수 있다.
이어서, 상기 연산부(60)가 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 상기 유량계수를 추출하여 상기 수학식을 통해 개도량에 따른 유량데이터를 연속적으로 산출함이 바람직하다.
한편, 상기 연산부(60)가 시간별 저장된 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 상기 서버부(50)에 통신 연결된 상기 출력부(70)로 고장신호를 전송한다(s30). 이를 통해, 사용자가 상기 출력부(70)에 표시되는 상기 고장신호를 확인함에 따라 고장 발생여부를 원격으로 용이하게 파악하고 그에 대응되는 조치를 취할 수 있어 사용편의성이 개선될 수 있다.
더불어, 상기 연산부(60)는 시간별 저장된 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고, 상호일치율이 기설정범위 이내인 경우 상기 서버부(50)에 통신 연결된 상기 출력부(70)로 정상상태알림신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 상호일치율은 상기 유량데이터와 상기 정상상태 기준평균데이터 간의 비율에 대응되어 상기 연산부(60)에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 상기 정상상태 기준평균데이터는 상기 몸체부(11) 내부에서 유체가 정상상태에서 이동시의 시간에 따른 압력변화데이터로서 상기 서버부(50)에 기저장될 수 있다.
또는, 상기 정상상태 기준평균데이터는 상기 연산부(60)에 포함된 머신러닝부에 의해 머신러닝의 비지도학습 과정을 통해 생성될 수도 있다. 예컨대, 상기 연산부(60)에 포함된 머신러닝부가 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)에서 기획득된 시간에 따른 압력변화데이터를 기설정된 시간단위로 복수개 분할하고, 분할된 복수개의 상기 압력변화데이터의 자기회귀누적이동평균을 산출함에 따라 생성될 수도 있다. 이때, 압력변화데이터라 함은 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)에서 각각 측정된 데이터 간의 차이값으로 이해함이 바람직하다.
이때, 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)로부터 획득한 압력변화데이터는 시간이 지남에 따라 측정되는 시계열 데이터이고, 시계열 데이터 이상감지에 오리온(Orion)이라는 소스 코드가 공개된 파이썬 라이브러리가 유용하다. 상세히, 상기 오리온은 MIT 정보 및 의사결정 시스템 연구소(MIT Laboratory for Information and Decision Systems)의 데이터 인공지능(Data-to-AI) 그룹이 개발한 인공지능 라이브러리이며, 우주선에서 발생하는 신호, 터빈의 온도, 컴퓨터 서버의 사용량, 토양수분의 변이 등의 다양한 분야의 이상 징후를 포착하는데 사용된다.
여기서, 시계열 이상감지 알고리즘을 설명하면, 이상이 없는 정상 시계열 데이터(Train Data)를 기계학습한 후 생성된 기계학습 모델은 예측치를 회귀분석하고, 이 예측치를 평가 데이터(Test Data)와 비교하고 다른 부분이 있을 때 이상으로 감지한다. 이때, 기계학습 알고리즘은 시계열 예측에 전통적으로 사용되는 ARIMA(Auto Regressive Integrated Moving Average 자기회귀누적이동평균), LSTM(Long Short Term Memory 장단기 메모리)부터 적대적 생성 신경망(GAN Generative Adversarial Network)을 이상탐지에 활용한 TadGAN(Time-series GAN for Anomaly Detection) 등이 있다. 또한, 오리온 라이브러리는 이러한 회귀분석에 사용되는 알고리즘을 초매개변수(hyperparameter)의 변경만으로 간단히 선택할 수 있게 구현된다.
여기서, 상기 제1압력센서(20) 및 상기 제2압력센서(30)로부터 획득한 학습데이터를 유닉스 시간을 사용하는 오리온 라이브러리에 맞는 타임스탬프로 전처리 하고, 기계학습 모델을 생성한다. 그리고, 초매개변수로 앞에 언급한 회귀분석 알고리즘을 먼저 선택한다. 이때, 이상 수압감지에는 다른 산업분야의 이상감지에 뛰어난 것으로 알려진 TadGAN알고리즘보다 전통적인 LSTM알고리즘의 이상감지 성능이 뛰어나고 연산속도도 더 빠른 것으로 나타났다. 그리고, 이상감지 성능은 다른 초매개변수-타임스탬프 간격(Interval of Timestamp) 설정에도 민감하게 변화하고 학습 회수(Epoch)에도 영향을 받으므로 적절한 초매개변수를 찾는 작업을 반복해야 한다. 이러한 초매개변수 최적화를 통해 이상감지 모델을 만들고 이상이 있는 평가데이터와 비교하여 이상치를 감지한다.
그리고, 상기 연산부(60)가 기설정된 기준시간 단위로 상기 상호일치율이 기설정범위를 이탈하는 횟수를 비교 판단하는 단계와, 상기 횟수가 기설정횟수범위를 이탈하는 경우 상기 서버부(50)에 기저장된 상기 정상상태 기준평균데이터를 업데이트하도록, 상기 연산부(60)가 상기 서버부(50)의 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 하나를 추출하여 이전의 정상상태 기준평균데이터를 대체하도록 초매개변수를 변경하며, 인공지능 학습하는 단계가 수행될 수 있다.
즉, 상기 횟수가 기설정횟수범위를 이탈하는 경우, 상기 연산부(60)가 상기 서버부(50)에 기저장된 상기 정상상태 기준평균데이터를 대체하도록 상기 서버부(50)의 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 하나를 추출하여 정상상태 기준평균데이터의 대체를 위한 초매개변수를 변경하며 인공지능 학습하는 단계가 수행될 수 있다.
예컨대, 상기 기설정횟수범위가 8~10으로 설정되는 경우에는 상기 상호일치율이 기설정범위를 이탈하는 횟수가 8~10회 범위를 이탈하면 상기 서버부(50)에 기저장된 상기 정상상태 기준평균데이터를 업데이트하도록, 상기 연산부(60)가 상기 서버부(50)의 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 하나를 추출하여 이전의 정상상태 기준평균데이터를 대체하도록 초매개변수를 변경하는 단계가 수행될 수 있다.
이때, 상기 정상상태 기준평균데이터는 시계열 예측에 전통적으로 사용되는 ARIMA(Auto Regressive Integrated Moving Average 자기회귀누적이동평균), LSTM(Long Short Term Memory 장단기 메모리)부터 적대적 생성 신경망(GAN Generative Adversarial Network)을 이상탐지에 활용한 TadGAN(Time-series GAN for Anomaly Detection) 등의 기계학습(머신러닝) 알고리즘에 의해 복수개 생성되어 머신러닝 라이브러리에 저장될 수 있으며, 상기 연산부(60)가 상기 초매개변수를 변경함에 따라 상기 초매개변수의 변경만으로 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 어느 하나를 추출하여 이전의 정상상태 기준평균데이터를 대체할 수 있다.
또한, 상기 기설정횟수범위는 초매개변수(Hyperparameter), 타임스탬프 간격(Interval of Timestamp), 학습 회수(Epoch), 이상을 판별할 때, 전체 데이터를 몇 등분으로 나누어서 볼 것인가를 의미하는 윈도우의 크기(Window Size Portion) 등에 영향을 받고 시행착오법(Trial-And-Error)으로 찾을 수 있다. 즉, 초매개변수를 계속 변경하며 상기 정상상태 기준평균데이터를 생성하고 상기 압력변화데이터와 비교하는 시행착오법을 통해 상기 정상상태 기준평균데이터가 가변 설정될 수 있다.
또한, 상기 연산부(60)가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값 데이터를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 주파수 도메인 변환데이터를 생성하고, 웨이블렛 함수 데이터를 생성하며, 시계열 데이터로서 저장하는 단계와, 상기 주파수 도메인 변환데이터, 상기 웨이블렛 함수 데이터 및 상기 시계열 데이터를 개별 비교 판단하는 단계가 더 수행될 수 있다.
이처럼, 본 발명은 상기 제수밸브(10)의 개도율과 압력강하(Pressure Drop)를 측정하여 상기 연산부(60)가 기설정된 수학식을 통해 산출한 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교하여 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 상기 출력부(70)로 고장신호를 전송하므로 제수밸브(10)의 고장 진단 정확성이 현저히 개선될 수 있다.
또한, 제수밸브의 유입단 및 토출단에 구비된 제1압력센서 및 제2압력센서에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터 간의 압력차를 통해 유량데이터를 산출하는 방식으로 제수밸브(10)의 훼손 없이도 제수밸브(10)의 고장 진단이 가능하므로 경제성이 현저히 개선될 수 있다.
더불어, 상기 연산부(60)가 상기 상호일치율이 기설정범위를 이탈하는 횟수를 비교 판단하고, 상기 횟수가 기설정횟수범위를 이탈하는 경우, 초매개변수의 변경만으로 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 하나를 추출하여 기존의 정상상태 기준평균데이터를 대체할 수 있어 고장판단의 정밀도가 개선될 수 있다.
이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
1: 유체이동관 10: 제수밸브
20: 제1압력센서 30: 제2압력센서
40: 개도량측정센서 50: 서버부
60: 연산부 70: 출력부
20: 제1압력센서 30: 제2압력센서
40: 개도량측정센서 50: 서버부
60: 연산부 70: 출력부
Claims (5)
- 유체이동관 사이에 연결된 몸체부 상측에 힌지 연결된 캡부에 축연결되어 상기 몸체부 내부를 개폐하는 디스크가 구비된 제수밸브의 고장진단 방법에 있어서,
상기 몸체부의 유입단 및 토출단에 각각 구비된 제1압력센서 및 제2압력센서에서 각각 측정된 제1압력데이터 및 제2압력데이터를 서버부로 전송하는 제1단계;
상기 서버부에 통신 연결된 연산부가 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값을 포함하는 기설정된 수학식을 통해 유량데이터를 연속적으로 산출하고 상기 서버부에 전송 및 저장하는 제2단계; 및
상기 연산부가 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하고 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 상기 서버부에 통신 연결된 출력부로 고장신호를 전송하는 제3단계를 포함하되,
상기 제1단계는, 상기 캡부에 연결된 개도량측정센서에서 상기 캡부의 회전각도에 대응되어 획득한 개도량데이터를 상기 서버부로 전송하는 단계를 포함하며,
상기 제2단계는, 상기 연산부가 상기 개도량데이터를 추출하여 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 맵핑데이터에 입력함에 따라 유량계수를 출력값으로 산출하는 단계와,
상기 연산부가 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 상기 유량계수를 추출하여 상기 수학식을 통해 개도량에 따른 유량데이터를 연속 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 제수밸브의 고장진단 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2단계에서,
상기 수학식은에 의해 산출되며, Cv는 유량계수, △P는 제1압력데이터(P1)-제2압력데이터(P2), SG는 비중(Specific Gravity)이고,
상기 서버부에는 상기 몸체부 내부 형상에 대응되는 복수개의 밸브정보데이터가 입력되어 저장되고, 각 상기 밸브정보데이터에 개별 매칭되어 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 상기 맵핑데이터가 기저장되며,
상기 연산부는 입력된 상기 밸브정보데이터를 추출하되, 추출한 상기 밸브정보데이터에 매칭되는 각 상기 맵핑데이터 중 어느 하나를 추출하고, 추출한 상기 맵핑데이터에 상기 개도량데이터를 입력함을 특징으로 하는 제수밸브의 고장진단 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 연산부가 기설정된 기준시간 단위로 상기 상호일치율이 기설정범위를 이탈하는 횟수를 비교 판단하는 단계와,
상기 횟수가 기설정횟수범위를 이탈하는 경우, 상기 연산부가 상기 서버부에 기저장된 상기 정상상태 기준평균데이터를 대체하도록 상기 서버부의 머신러닝 라이브러리에 기저장된 복수개의 정상상태 기준평균데이터 중 하나를 추출하여 정상상태 기준평균데이터의 대체를 위한 초매개변수를 변경하며 인공지능 학습하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 제수밸브의 고장진단 방법. - 유체가 이동하는 유체이동관 사이에 연결되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 힌지 연결되는 캡부와, 수직 방향 이동 정도에 따라 상기 몸체부 내부를 개폐하도록 상기 캡부에 샤프트를 매개로 축연결되는 디스크를 포함하는 제수밸브;
상기 몸체부의 유입단에 구비되어 제1압력데이터를 생성하는 제1압력센서;
상기 몸체부의 토출단에 구비되어 제2압력데이터를 생성하는 제2압력센서;
상기 캡부에 연결되되 상기 캡부의 회전각도에 대응되어 개도량데이터를 획득하는 개도량측정센서;
상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서 및 상기 개도량측정센서에 통신 연결되며 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 개도량데이터를 전송받아 저장하는 서버부;
상기 서버부에 통신 연결되며, 상기 개도량데이터를 추출하여 개도량에 따른 유량계수값이 각각 상이하게 기설정된 복수개의 맵핑데이터에 입력함에 따라 유량계수를 출력값으로 산출하고, 상기 제1압력데이터 및 상기 제2압력데이터 간의 압력차에 대한 변수값 및 상기 유량계수를 포함하는 기설정된 수학식을 통해 개도량에 따른 유량데이터를 연속 산출하여 상기 서버부에 전송하며, 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하는 연산부; 및
상기 서버부에 통신 연결되되, 상기 제1압력데이터, 상기 제2압력데이터 및 상기 개도량데이터가 표시되며, 상기 연산부가 상기 유량데이터를 정상상태 기준평균데이터와 비교 판단하여 상호일치율이 기설정범위를 이탈시 고장신호를 전송받는 출력부를 포함하는 제수밸브의 고장진단 시스템.
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