KR20010026772A - Monitoring and diagnosis method for facility with variable operating condition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 조업조건 또는 운전자의 경험에 따라 운전속도를 달리하는 가변운전설비의 설비감시 및 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring and diagnosing a facility of a variable driving facility having a different driving speed according to an operating condition or an operator's experience.
일반적으로 설비상태의 경향관리는 펌프, 압축기, 팬 등과 같이 일정속도 운전설비 및 기계요소에 적용되며, 도 1의 기존의 정속운전설비에 대한 설비감시 및 진단 방법의 흐름도와 같이 설비에 진동센서를 설치하고 감지된 진동신호를 받아 이를 상태 감시 시스템(Condition Monitoring System)을 이용하여 RMS(Root Mean Square)값, 파고율 등과 같이 정량화된 진동값을 구하고, 이를 경험에 의한 고정 관리기준에 의하여 설비상태를 감시하여 설비이상을 판정한다.In general, the trend management of the equipment state is applied to the constant speed operation equipment and mechanical elements such as pumps, compressors, fans, etc., and the vibration sensor is applied to the equipment as shown in the flow chart of the facility monitoring and diagnostic method for the existing constant speed operation equipment of FIG. Install and receive the detected vibration signal and obtain the quantified vibration value such as root mean square (RMS) value, crest factor, etc. by using the Condition Monitoring System, and use the condition management system to fix the condition Monitor and determine equipment failure.
그러므로 도 2에 도시한 기존의 정속운전설비의 경향관리 그래프와 같이 진동값이 설정된 소정의 관리기준을 넘어가면 설비상태가 위험지역에 있다고 판단하여 점검 또는 정비가 요구됨을 경보하게 된다.Therefore, when the vibration value exceeds a predetermined management standard set as shown in the trend management graph of the existing constant speed driving facility shown in FIG. 2, the facility status is determined to be in a dangerous area, and an alarm is required to check or maintain.
그러나, 철강제조산업의 스트립(strip)에 장력을 부가하여 미세형상 및 반곡을 조절하는 설비인 텐션 레벨러(Tension Leveller), 스테인레스 압연 공정 설비(STS Cluster Rolling Mill)와 같은 가역식 압연기등 변속운전설비들은 운전조건이 일정하지 않으므로 고정조건(속도)운전 설비에 이용되는 것과 같은 방법을 이용하면 도 3에 도시한 기존의 경향관리 방법 이용시의 변속운전설비의 진동값 변화도와 같이 운전조건(속도)에 따라 진동값이 변하므로 종래의 기술을 이용하여 설비상태를 감시하기 어렵다.However, variable speed operation equipment such as tension leveler, which is a facility that adjusts fine shape and bending by applying tension to strips in the steel manufacturing industry, and reversible rolling machines such as stainless rolling process equipment (STS Cluster Rolling Mill) Since the operating conditions are not constant, if the same method used in the fixed condition (speed) operating equipment is used, the operating conditions (speed) can be changed as shown in the change of the vibration value of the variable speed operation equipment using the conventional trend management method shown in FIG. As the vibration value changes accordingly, it is difficult to monitor the condition of the facility using a conventional technique.
또한 변속 운전설비는 운전조건이 설비수명에 직접적으로 영향을 주기 때문에 안정운전을 도출할 필요가 있다.In addition, the variable speed operation equipment needs to derive stable operation because the operating conditions directly affect the service life of the equipment.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 가변운전설비들에 대하여 설비의 안정화 상태에 대한 설비의 이상상태를 파악하기 위하여 각 운전조건(운전속도)에 대하여 상태기준을 만들어 운전조건이 임의로 변하여도 현 설비상태를 파악할 수 있도록 하고, 안정 운전조건을 도출함으로써 불안정한 운전조건을 피하여 설비를 운전할 수 있도록 하며, 설비를 불안정하게 하는 불안정 진동 주파수를 추출할 수 있는 가변운전설비의 설비감시 및 진단 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention for solving the problems of the prior art, even if the operating conditions are changed arbitrarily by making a state standard for each operating condition (operation speed) in order to grasp the abnormal state of the equipment with respect to the stabilized state of the equipment with respect to the variable operation equipment To monitor the current state of the facility, to derive stable operating conditions, to operate the equipment to avoid unstable operating conditions, and to monitor and diagnose the equipment monitoring method of the variable operating equipment that can extract the unstable vibration frequency that makes the equipment unstable. The purpose is to provide.
도 1은 기존의 정속운전설비에 대한 설비감시 및 진단 방법의 흐름도1 is a flow chart of the facility monitoring and diagnostic method for the existing constant speed operation equipment
도 2는 기존의 정속운전설비의 경향관리 그래프2 is a trend management graph of the existing constant speed driving equipment
도 3은 기존의 경향관리를 이용할 때의 가변운전설비의 진동값의 변화도Figure 3 is a change in the vibration value of the variable operating equipment when using the existing trend management
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 설비감시 및 진단 방법의 흐름도4 is a flowchart of a facility monitoring and diagnostic method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 스테인레스 공정 압연 설비(Cluster Rolling Mill)의 개략 구성도5 is a schematic configuration diagram of a stainless steel rolling mill (Cluster Rolling Mill)
도 6은 스테인레스 공정 압연 설비의 한 코일에 대한 운전속도 변화와 진동값을 나타낸 도6 is a view showing the change in operating speed and vibration value for one coil of a stainless steel rolling mill
도 7은 스테인레스 공정 압연 설비의 홀수 패스와 짝수 패스의 운전속도에 대한 진동값을 나타낸 도7 is a view showing the vibration value for the operation speed of the odd pass and even pass of the stainless steel rolling mill
도 8은 스테인레스 공정 압연 설비의 4 패스째와 10 패스째의 주파수 특성도(FFT)8 is a frequency characteristic diagram (FFT) of the 4th and 10th passes of the stainless steel rolling mill.
도 9는 스테인레스 압연 설비의 운전조건에 따른 각 부위 진동치 허용기준을 나타낸 표9 is a table showing the vibration limits of each part according to the operating conditions of the stainless rolling equipment
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 먼저 안정상태의 변속설비의 운전조건 정보와 진동상태 신호로부터 정량화 한 진동값과의 관계를 이용하여 변속운전 조건에 대한 진동값의 비중을 계산하여 안정 운전조건을 도출하고 운전조건에 따른 관리기준을 설정하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention first calculates the specific gravity of the vibration value for the shift operation condition by using the relationship between the operation condition information of the steady state speed change equipment and the vibration value quantified from the vibration state signal, and calculates the stable operation condition. It is characterized by deriving and setting management criteria according to the operating conditions.
본 발명의 다른 특징은 진동센서 신호뿐만 아니라, 운전조건 정보를 함께 받아들여 현재의 정량화된 진동값과 운전조건에 따른 관리기준과의 크기를 비교하여 운전설비의 이상유무를 판정하는 것이다.Another feature of the present invention is to determine not only the vibration sensor signal but also the operation condition information, and compare the magnitude of the current quantified vibration value with the management standard according to the operation condition to determine whether there is an abnormality of the operation equipment.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 가변운전설비의 설비감시 및 진단 방법은 도 4a에 도시한 바와 같이 크게 운전조건에 대한 관리기준 도출 과정과, 가변운전설비의 감시 및 진단 과정으로 나누어진다.As shown in FIG. 4A, the facility monitoring and diagnosis method of the variable driving facility according to the embodiment of the present invention is largely divided into a management standard derivation process and a monitoring and diagnosis process of the variable driving facility.
상기 운전조건에 대한 관리기준 도출 과정은 도 4b의 흐름도에 나타낸 바와 같이 안정상태에서의 진동센서의 신호 및 가변운전설비의 운전조건(속도) 정보를 입력받는 단계와, 상기 단계에서의 입력 정보를 기초로 안정상태에서의 운전조건에 대한 진동값의 비중을 계산하는 단계와, 상기 단계에서 계산된 진동값의 비중에 의거하여 운전조건에 따른 관리기준을 설정하고 안정 운전조건을 도출하는 단계로 이루어진다.As shown in the flowchart of FIG. 4B, the process of deriving the management criteria for the operation condition may include receiving a signal of a vibration sensor in a stable state and operation condition (speed) information of a variable driving facility, and input information at the step. Calculating the specific gravity of the vibration value with respect to the operating condition on the basis of the stable state, and setting the management criteria according to the operating condition and deriving the stable operating condition based on the specific gravity of the vibration value calculated in the above step. .
또한 상기 가변운전설비의 감시 및 진단 과정은 도 4c의 흐름도에서와 같이 진동센서의 신호를 입력받아 진동값을 계산하는 단계와, 가변운전설비의 운전조건(속도) 정보를 입력받아 운전조건에 따른 관리기준을 설정하는 단계와, 계산된 진동값과 설정된 관리기준을 비교하는 단계와, 상기 단계에서의 비교결과 진동값이 관리기준보다 크면 설비 이상상태로 판단하여 점검 또는 정비가 필요함을 경보하고, 진동값이 관리기준 이하이면 설비 정상상태로 판단하는 단계로 이루어진다.In addition, the monitoring and diagnosis process of the variable driving equipment is a step of calculating the vibration value by receiving the signal of the vibration sensor as shown in the flow chart of Figure 4c, and receiving the operating condition (speed) information of the variable driving equipment according to the operating conditions Setting the management standard, comparing the calculated vibration value with the set management standard, and if the vibration value is greater than the management standard as a result of the comparison in the above step, it is determined that the equipment is in an abnormal state and alerts that inspection or maintenance is necessary. If the vibration value is less than the management standard is made to determine the normal state of the equipment.
이를 상세히 설명하면, 먼저 안정상태에서의 진동센서의 신호 및 가변운전설비의 운전조건(속도) 정보를 입력받아, 이를 기초로 안정상태에서의 운전조건에 대한 진동값의 비중을 계산한다.In detail, first, the signal of the vibration sensor in the stable state and the operating condition (speed) information of the variable driving equipment are input, and the specific gravity of the vibration value for the operating condition in the stable state is calculated based on this.
도 7a 및 도 7b에서 보면 운전속도에 따라 진동값의 크기가 다른 것을 볼 수 있다. 이는 안정상태에서의 운전속도에 대한 진동값의 패턴을 나타낸 것이다. 이 패턴을 곡선 피팅(curve fitting)하여 Mrms,cal[계산된 진동크기] = f(v[속도])의 함수로서 진동크기를 계산한다. 측정 진동크기를 계산된 진동크기로 나누어 상대적 진동크기, 즉 안정상태에서의 운전조건에 대한 진동값의 비중을 계산한다.In Figures 7a and 7b it can be seen that the magnitude of the vibration value is different depending on the driving speed. This shows the pattern of vibration value for the operating speed in steady state. The pattern is curve-fitted to calculate the magnitude of vibration as a function of Mrms, cal [calculated vibration magnitude] = f (v [velocity]). By dividing the measured vibration magnitude by the calculated vibration magnitude, calculate the relative vibration magnitude, that is, the specific gravity of the vibration value with respect to the operating conditions in the steady state.
계산된 진동값의 비중에 의거하여 관리기준과 안정 운전조건을 도출하고, 도출된 관리기준은 설비감시 및 진단에 이용될 수 있도록 메모리에 저장한다.Based on the specific gravity of the calculated vibration values, the management criteria and stable operating conditions are derived, and the derived management criteria are stored in memory for use in monitoring and diagnosing the facility.
이렇게 설비감시 및 진단을 실시하려는 가변운전설비의 운전조건에 따른 설비의 이상유무 판단의 기준이 되는 관리기준과 안정 운전조건이 결정되면, 가변운전설비의 감시와 이상유무를 진단하기 위하여 설비의 적정개소에 부착한 진동센서에 대한 신호를 입력받아 진동값(RMS)을 계산한다. 진동센서는 필요에 따라 감시 및 진단이 필요한 개소에 다수개 설치한다.In this way, if the management criteria and the stable operation conditions, which are the criteria for determining the abnormality of the equipment according to the operating conditions of the variable operating equipment to be monitored and diagnosed, are determined, the proper equipment is installed to monitor and diagnose the variable operating equipment. The vibration value (RMS) is calculated by receiving the signal for the vibration sensor attached to the location. Vibration sensors are installed in a number of places where monitoring and diagnosis are necessary.
이어서, 설비의 운전조건(속도) 정보를 입력받아 운전조건에 해당하는 관리기준을 메모리에 저장되어 있는 운전조건에 따른 관리기준을 참조하여 설정한 다음은 설비의 이상유무를 진단하기 위하여 계산된 진동값과 설정된 관리기준을 비교한다.Subsequently, after receiving the operating condition (speed) information of the equipment and setting the management criteria corresponding to the operating conditions with reference to the management criteria according to the operating conditions stored in the memory, the vibration calculated to diagnose the abnormality of the equipment Compare the values with the established control criteria.
비교결과, 진동값이 관리기준보다 크면 설비 이상상태로 판단하여 점검 또는 정비가 필요함을 경보한다. 이때의 경보는 디스플레이, 부저 등의 수단을 이용한다. 그러나 진동값이 관리기준 이하이면 설비 정상상태로 판단한다.As a result of the comparison, if the vibration value is larger than the control standard, it is judged as an abnormal condition of the equipment and alerts that inspection or maintenance is necessary. The alarm at this time uses a means such as a display and a buzzer. However, if the vibration value is below the management standard, it is judged as the normal condition of the equipment.
이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명의 설비감시 및 진단 방법을 가변운전설비인 스테인레스 압연 공정 설비에 적용한 경우에 대하여 설명한다.Hereinafter, the case where the facility monitoring and diagnostic method of the present invention as described above is applied to a stainless rolling process facility which is a variable operation facility will be described.
스테인레스 압연 공정 설비는 도 5에 나타낸 바와 같이 양쪽에 텐션 릴(Tension Reel)이 있어 코일(Coil)이 한쪽에서는 풀리고, 한쪽에서는 감겨지며, 그 사이에 압연기가 들어있는 형태로 구성되어, 한 코일에 대하여 수 패스(Pass)를 압연하여, 원하는 두께의 스트립(Strip)을 얻는 가역식 압연설비이다. 여기서 처음 코일이 장입되는 쪽에서의 압연방향을 홀수 패스 방향, 반대로 압연할 때를 짝수 패스 방향이라 한다.As shown in FIG. 5, the stainless rolling process equipment includes tension reels on both sides, and coils are unwound on one side and wound on one side, and a rolling mill is formed therebetween. It is a reversible rolling facility which rolls several passes and obtains strip of desired thickness. Here, the rolling direction at the side where the coil is first charged is an odd pass direction, and when rolling in reverse, the even pass direction is referred to.
이 압연 공정 설비의 진단을 수행하기 위하여 압연 공정 설비의 주요부위에 진동센서를 설치하여, 경향관리 및 진단을 수행한다.In order to perform the diagnosis of the rolling process equipment, a vibration sensor is installed in the main part of the rolling process equipment to perform trend management and diagnosis.
스테인레스 압연 공정 설비의 운전조건은 도 6a에서와 같이 시간에 따라 운전속도가 변화하며, 이 때 설비의 (D/S)입측하부스핀들 지지블록 상면에 설치된 가속도계에서 나온 시간에 대한 진동값(RMS값)의 변화는 도 6b에 나타낸바와 같은데, 이와 같이 운전속도가 변하는 설비에 대하여서는 설비관리를 위한 정량적인 특성을 알 수 없다.The operating conditions of the stainless rolling process equipment vary with time as shown in FIG. 6A, and at this time, the vibration value of the time from the accelerometer installed on the upper surface of the (D / S) side lower spindle support block (RMS value). ) Is as shown in Figure 6b, for such a facility with a change in operating speed is not known quantitative characteristics for facility management.
따라서 이를 조업조건, 즉 짝수 패스와 홀수 패스로 나누어 운전속도에 대한 진동특성을 보면 도 7과 같다.Therefore, the vibration characteristics of the operating speed are divided into the operating conditions, that is, even and odd passes, as shown in FIG. 7.
도 7a를 보면 홀수 패스에서 200∼300mpm, 500∼600mpm의 운전속도에서 진동이 심하며, 도 7b를 보면 짝수 패스에서 400∼500mpm에서 진동이 심함을 알 수 있다. 따라서 이 운전 속도를 피하여 조업을 수행하여야 설비진동이 작음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7A, the vibration is severe at the driving speed of 200 to 300mpm and the 500 to 600mpm in the odd pass, and the vibration is severe at 400 to 500mpm in the even pass. Therefore, the operation vibration should be avoided at this operating speed so that the equipment vibration is small.
그런데, 진동값이 작았던 4 패스(555mpm)와 진동값이 컸던 10 패스(421mpm)에서의 진동주파수 특성은 각각 도 8a 및 도 8b와 같다. 도 8b를 보면, 1187.5Hz가 설비를 불안정하게 하는 진동 주파수임을 알 수 있다. 위와 같이 하여 변속 설비의 안정운전 속도를 도출하고, 설비를 불안정하게 하는 고유진동 주파수를 도출할 수 있다.By the way, the vibration frequency characteristics in four passes (555mpm) where the vibration value was small and ten passes (421mpm) where the vibration value was large are the same as those of Figs. 8A and 8B, respectively. Looking at Figure 8b, it can be seen that 1187.5 Hz is the vibration frequency that makes the installation unstable. As described above, it is possible to derive the stable operation speed of the transmission facility and to derive the natural vibration frequency which makes the facility unstable.
실제 동적 시스템의 고유진동 주파수는 무한개 존재하지만, 그 중 몇 개가 그 시스템에 우월(doninant)하게 작용하게 된다. 이 고유진동 주파수로 가진되어지면 그 시스템은 불안정하게 된다. 도 7에서도 보여진 것처럼 진동값이 특정한 속도에서 다른 속도에 비해 큰 것을 볼 수 있는데, 이것은 시스템의 고유진동 주파수 성분의 힘으로 가진되었기 때문이다. 도 7b에서 설비의 진동값이 큰 속도인 420rpm에서 FFT를 수행한 것을 보여주는 도 8b를 보면, 1200Hz 근처에서 진동값이 큼을 알 수 있는데, 이것이 설비의 고유진동 주파수이다. 이 시스템의 고유진동 주파수들을 확인하여 가진원(기어, 베어링)들과의 주파수 일치에 의한 공진을 피할 수 있도록 운전속도영역을 설정할 수 있으며, 시스템의 설계변경을 위한 기초자료로 이용될 수 있다.Indeed, there are an infinite number of natural frequencies in a dynamic system, but some of them dominate the system. When excited at this natural frequency, the system becomes unstable. As can be seen in FIG. 7, the vibration value is larger than other speeds at a certain speed because it is excited by the force of the natural vibration frequency component of the system. Referring to FIG. 8B, in which the FFT is performed at 420 rpm, which is a large speed of the equipment, in FIG. 7B, it can be seen that the vibration value is large around 1200 Hz, which is the natural vibration frequency of the equipment. By checking the natural vibration frequencies of the system, the operating speed range can be set to avoid resonance due to frequency matching with the excitation source (gear, bearing), and can be used as the basic data for the design change of the system.
안정운전 속도를 도출하고, 설비를 불안정하게 하는 주파수(고유진동수)의 도출한 다음, 이 설비특성을 기준으로 하여 도 9에 나타낸 표와 같이 변속에 대한 설비관리 기준을 마련하여 실시간으로 입력되는 진동센서 신호를 이용하여 진동값을 계산하고, 관리기준과 비교함으로써 설비 이상을 판정한다.After deriving the stable operation speed and deriving the frequency (intrinsic frequency) which makes the equipment unstable, the vibration inputted in real time by preparing facility management criteria for the shift as shown in the table shown in FIG. Vibration value is calculated using the sensor signal, and the facility abnormality is determined by comparing with the management standard.
상술한 바와 같이 본 발명의 가변운전설비의 설비감시 및 진단 방법은 가변운전설비들에 대하여 운전조건에 따른 관리기준을 도출하여 설비감시 및 진단에 이용함으로써 운전조건이 임의로 변하여도 현 설비상태를 파악할 수 있는 효과가 있다.As described above, the equipment monitoring and diagnostic method of the variable operation equipment of the present invention derives a management standard according to the operating conditions for the variable operation equipment and uses the equipment for monitoring and diagnosis to grasp the current equipment status even if the operating conditions are arbitrarily changed. It can be effective.
또한 안정 운전조건을 도출함으로써 불안정한 운전조건을 피하여 설비를 운전할 수 있도록 하여 설비의 수명을 연장할 수 있다.In addition, by deriving stable operating conditions, it is possible to extend the service life of equipment by avoiding unstable operating conditions.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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