KR20020051322A

KR20020051322A - 회전기의 다채널 진동감시장치

Info

Publication number: KR20020051322A
Application number: KR1020000080097A
Authority: KR
Inventors: 최영규
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-06-29

Abstract

본 발명은 회전설비에서 발생되는 진동으로 자동으로 원격, 중앙감시토록 하여 설비의 고장을 예방할 수 있도록 하며, 더하여 설치가 용이하며 공사비를 줄이고 데이타의 안정도를 확보할 수 있는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치를 제공하기 위한 것으로서, 진동감시대상 회전기의 각 요소에 설치되어 해당 베어링부의 진동을 측정하는 다수의 진동가속도센서와, 각각 소정 갯수이상의 진동가속도센서와 연결되어, 연결된 진동가속도센서의 신호를 순차적 또는 요구에 따라 선택하여 기능에 맞도록 신호증폭, 필터링(Filtering), 적분처리, 실효치(RMS)/ 피크치(Peak)/ 포락서(Envelope)처리, FFT처리한 후, 해당 결과신호를 디지탈신호로 변환하여 전송시키는 다수의 다채널 진동모듈과, 상기 전체 구성수단들을 중앙제어하며 상기 다수의 진동모듈에 순차적 또는 필요에 따라 선택적으로 수집채널 및 선택모드를 지시하여, 그에 따라 수신된 데이타를 소정 형식으로 디스플레이하는 중앙제어감시기를 구비하고, 상기 중앙제어감시기와 다수의 진동모듈을 네트워크로 연결하여 구성한 것이다.

Description

회전기의 다채널 진동감시장치{MULTI-CHANNAL VIBRATION MONITORING APPARATUS}

본 발명은 모터, 팬, 펌프, 기어등을 포함하는 회전기의 열화정도를 판단하기 위한 진동감시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전기에서 고장이 발생하기 전에 이상징후에 대한 이상정보를 운전자에게 제공하여 적절한 조치를 취하게 함으로써 설비고장을 사전에 예방하고 설비의 정상가동에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 회전기의 다채널 진동감시장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터, 팬, 펌프, 기어등과 같이 회전동작하는 설비는 기계적으로 연결되어 있기에, 사용정도에 따른 노화 또는 열화로 이상이 발생하기 쉽다. 또한, 열화 또는 기계적인 이상등으로 회전시 진동이 발생하면, 상기 회전설비와 연결된 다른 설비의 동작에 악영향을 줄 수 있기 때문에, 상기 회전설비의 이상을 조기에 진단하는 장치가 필요하다.

따라서, 종래에는 회전설비의 진동관리를 운전자 또는 설비 담당자가 휴대용 진동측정장비를 이용하여 현장에서 직접 진동을 측정하여 설비의 이상유무를 판단하기도 하고, 측정한 진동데이타를 별도의 진동해석툴(Software)을 이용하여 해석하기도 한다.

또한 대형이거나 고속동작하거나 위험하거나 중대한 설비의 경우, 설비 자체에 진동센서를 설치하고, 진동을 검출해서 현장조작기에 진동레벨을 표시하고 진동치가 기준치를 초과하면 경보를 발행하기도 한다.

또 다른 방법으로서, 종래에는 대형의 진동신호처리장치를 중앙에 설치하고 진동센서와 1:1로 케이블을 포설하여(수십~수백m), 신호를 전송토록 하고 있기 때문에, 공사비가 많이 소요되며 시스템 복잡해지고, 노이즈 혼입 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 회전설비에 대하여 자동으로 원격, 중앙감시토록 하여 설비의 고장을 예방할 수 있도록 하며, 더하여 설치가 용이하며 공사비를 줄이고 데이타의 안정도를 확보할수 있는 회전기의 다채널 진동감시장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전기의 다채널 진동감시장치에 대한 전체 구성을 보이는 블록구성도이다.

도 2는 하나의 회전기에 대한 본 발명에 의한 장치의 연결구성을 상세하게 보이는 블럭구성도이다.

도 3은 본 발명의 중심부인 다채널 진동모듈에 대한 구성을 보이는 구성도이다.

도 4는 간이진단 Data를 수집하기 위한 진동모듈의 제어 및 Data 수집방법에 대한 플로우챠트를 나타낸다.

도 5는 정밀진단 Data를 수집하기 위한 진동모듈의 제어 및 Data 수집방법에 대한 플로우챠트를 나타낸다.

도 6은 진동 실시간Data를 수집하기 위한 진동모듈의 제어 및 Data 수집방법에 대한 플로우챠트를 나타낸다.

도 7a,b는 Central Station(C/S)에서 진동모듈을 제어하고 또한 각 기능별 수집된 Data를 출력표시하는 관계를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 11, 12, 13, 14 : 진동가속도센서 2 : 다채널진동모듈

3 : 케이블(Cable)4 : 통신제어기

5 : 컴퓨터6 : 프린터

7 : 파워서플라이 8 : 리피터(Repeater)

201 : 신호증폭기202 : 채널절환용 멀티플렉서

203 : 대역통과필터204 : 게인회로

205 : 적분회로206 : 속도/가속도선택부

207 : 모드별 신호처리부208 : 출력절환 멀티플렉서

209 : A/D 변환부210 : 데이타저장부(Buffer)

211 : 연산제어부212 : 통신부

213 : 케이블접속 단자부214 : 전원안정화부

215 : 센서 구동부

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 진동감시대상 회전기의 이상을 진단하기 위하여 요소별 발생된 진동을 감시하는 회전기의 다채널 진동감시장치에 있어서,

진동감시대상 회전기의 각 요소에 설치되어 해당 베어링부의 진동을 측정하는 다수의 진동가속도센서;

각각 소정 갯수이상의 진동가속도센서와 연결되어, 연결된 진동가속도센서의 신호를 순차적 또는 요구에 따라 선택하여 기능에 맞도록 신호증폭, 필터링(Filtering), 적분처리, 실효치(RMS)/ 피크치(Peak)/ 포락서(Envelope)처리, FFT처리한 후, 해당 결과신호를 디지탈신호로 변환하여 전송시키는 다수의 다채널 진동모듈;

상기 전체 구성수단들을 중앙제어하며 상기 다수의 진동모듈에 순차적 또는 필요에 따라 선택적으로 수집채널 및 선택모드를 지시하여, 그에 따라 수신된 데이타를 소정 형식으로 디스플레이하는 중앙제어감시기; 및

상기 다수의 진동모듈들과 중앙제어감시기를 동시에 연결하여, 데이타 및 전원을 전달하는 통신네트워크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 장치에서 감시되는 회전기라 함은 모터, 팬(Fan),송풍기(Blower), 펌프(Pump), 압축기(Compressor), 압연기(Mill)등과 같이 회전동작이 포함되는 설비를 말하는 것으로, 구체적인 감시대상은 상기 설비에 포함된 회전기의 베어링, 팬의 날개, 회전축, 증,감속기의 기어 등이 해당된다.

그리고, 본 발명에서 상기와 같은 회전기의 진동치를 나타내는 단위로서는 진동가속도는 "g"로 표현하며, 1g= 9.8m/sec의 물리적 의미를 갖는다. 그리고 속도는 "mm/sec"로 표현하며, 진동변위는 ㎛로 표시한다.

도 1은 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명의 다채널네트워크형 회전기의 진동감시장치를 도시한 구성도로서, 진동감시대상설비의 각 요소에 설치되어 해당 기구의 진동을 측정하는 다수의 진동가속도센서(1)와, 상기 다수의 진동가속도센서(1)로부터 검출된 진동가속도신호를 각 기능에 맞도록 신호증폭, 필터링(Filtering), 적분처리, 실효치(RMS)/ 피크치(Peak)/ 포락서(Envelope)처리, FFT처리한 후, 해당 결과신호를 디지탈신호로 변환하여 전송시키는 다수의 진동모듈(2)와, 상기 다수의 진동모듈(2)들과 중앙제어감시기(5)간의 데이타 및 전원교환을 위해 연결된 케이블(3)과, 상기 전체 구성수단들을 중앙제어하며 상기 다수의 진동모듈(2)로부터 전송된 데이타를 수신하는 통신제어기(4)를 구비하여 수신된 데이타를 소정 툴에 맞춰 디스플레이하는 중앙제어감시기(5)와, 상기 중앙제어감시기(5)의 디시플레이 결과를 프린팅하기 위한 프린터(6)등으로 구성된다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 진동감시장치에 있어서, 한 진동감시대상설비에 대한 구체적인 연결구성을 보이는 블럭도로서, 11~14는 진동가속도센서를 나타내는것으로, 설치된 회전기의 진동을 가속도값으로 검출하는 센서이며, 통상 회전기의 베어링 하우징(Bearing Housing)의 반지름(Radial) 방향으로 설치된다. 상기 도 2에 있어서, 진동가속도센서(11~14)들은 각각 모터(101)의 양축에 설치된 베어링(102)과, 기어(103)의 베어링(104)과, 팬(105)의 베어링(106)에 설치된다.

상기 진동가속도센서(11~14)는 설비진동의 가속도 성분을 검출하는 것으로서, 가속도센서 내부에 압전소자가 내장되어 있으며, 이 압전소자는 힘을 받으면 전기를 발생하는 원리를 이용한다. 이 센서(11~14)에 가해지는 힘(f)은 압전소자를 압축하고 있는 질량(m)과 가속도(a)의 곱으로 나타내고(), 9.8m/sec²의 가속도값을 진동가속도 '1g'로 정의한다.

일반적으로, 현장 설비의 진동을 검출하기 위해 사용되는 진동가속도센서에 대한 기본요구 사양은 다음의 표 1과 같다.

항목	사양
측정감도	수십 ~ 수백mv/g
측정주파수	수 Hz ~ 20KHz
공진주파수	20KHz이상
사용온도	-10 ~ 120 ℃

상기 진동가속도센서(11~14)들에 의해서 검출된 진동신호는 저잡음케이블(Low Noise Cable)을 통해서 진동모듈(2)로 입력되고, 진동모듈(2)에 의해서 소정 처리되고 디지탈데이타로 변환되어 네트워크케이블(3)을 통하여 중앙감시제어기(5)로 전달된다.

도 3은 본 발명에 의한 진동감시장치를 구성하는 수단중 다채널 진동모듈(2)의 상세 구성을 보인 블럭구성도이다.

상기 진동모듈(2)은 본 장치의 각 기능에 대응하여 신호를 처리해 주는 장치로서 보호용 박스에 탑재되어 해당 설비에 인접하여 설치되는 것으로, 상기 도 3의 구성을 참조한 동작은 다음과 같다.

상기 진동모듈(2)의 입력단은 증폭부(201)로서, 도 2에 도시한 바와 같이 설치되고 연결된 다수의 진동가속도센서(11~14)로부터 입력되는 진동검출신호를 각각 소정 범위로 증폭하여 출력한다. 본 실시예에서 채널수는 4채널로, 이는 보통의 진동감시대상설비에서 감시대상부위를 모두 커버할 수 있도록 설정되었으나, 그 채널수는 한정되지 않는다.

상기 증폭부(201)는 진동가속도센서(11~14)로부터 진동가속도에 비례하는 전압(예: 100mv/g)이 입력되면 이 진동신호를 안정적으로 받아들이기 위하여 높은 입력 임피던스를 갖고 있으며, 입력신호를 2배정도 증폭하여 후단의 채널멀티플렉서(202)로 출력한다.

이어서, 상기 채널멀티플렉서(이하, MUX로 표시)(202)는 증폭부(201)로부터 입력된 4채널의 진동신호를 순차적으로 1 채널씩 선택하여, 다음의 단계인 대역통과필터(202)에 차례로 인가한다.

상기 채널Mux(202)의 제어는 제어연산부(211)에 의하여 제어되며, 본 실시예에서는 약 30초 주기로 채널절환을 해나간다.

다음 단계의 대역통과필터(203)는 상기 채널MUX(202)로부터 선택인가된 채널의 진동가속도신호에서 동작모드별 필요 주파수대역을 필터링한다. 각 모드별 필요주파수대역에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.

상기에서, 대역통과필터(203)는 고역통과필터와 저역통과필터의 조합으로 이루지며, 고역통과필터는 설정한 주파수 이상의 신호만을 통과시키는 전자회로로서 5Hz, 10Hz, 500Hz, 1Khz, 2Khz의 다단계로 구성되며, 저역통과필터는 설정한 주파수 이하의 신호만을 통과시키는 회로로서 250Hz, 1Khz, 5Khz, 10Khz, 20Khz등으로 구성된다.

예를 들어, 대역 1Khz이상 20Khz 이하의 신호만을 통과시키려면 고역통과필터는 1KHz로, 저역통과필터는 20KHz로 설정하면 된다.

그 다음 게인조정부(2204)는 상기 대역통과필터(203)을 통과한 신호에 따라서 적당한 크기로 증폭을 해서 안정된 신호를 얻을 수 있도록 해주는 것으로, 1배, 2배, 4배, 8배, 10배 등으로 신호를 증폭하기 위한 다단계 앰프(Amplifier)로 구성된다.

상기 게인조정부(204)로부터 출력된 진동가속도신호는 직접 속도/가속도선택부(206)로 입력되고, 또한 적분회로(205)를 통해 속도신호로 변환되어 속도/가속도선택부(206)로 입력된다.

가속도의 정의는 시간당 속도의 변화, 즉 Δv/Δt로서 속도를 시간으로 미분한 경우이고, 역으로 속도는 가속도를 적분하는 경우가 된다. 진동은 왕복진동으로 회전운동의 관계식으로 나타낼 수 있다.

상기에서, G는 진동가속도신호이고, V는 진동속도신호이며, ω는 회전각 각속도(Rad/sec)이고, f는 진동주파수[Hz]이고, t는 시간(sec)이다.

상기와 같이, 진동속도(절대값)는 진동가속도의 주파수에 반비례하여 나타난다().

따라서, 여기에 작용하는 적분기도 주파수에 정비례하는 전자회로로 구성되며, 상기 적분회로(205)는 입력된 진동가속도신호를 적분하여 진동속도로 변환출력한다.

그리고, 상기 게인조정부(204)의 진동가속도신호(acc')와 적분회로(205)의 동속도신호(Vel')는 속도/가속도선택부(206)에서 하나씩 순차 선택되어 모드별신호처리부(207)로 전송된다.

상기 모드별신호처리부(207)은 입력된 가속도 또는 속도신호를 진단목적에 따라 RMS, Peak, Direct, Envelope 처리하여 출력한다.

즉, 상기 모드별신호처리부(207)는 주파수를 갖는 교류성분의 신호를 RMS(실효치) 및 Peak회로에 의해 DC성분의 신호로 변환시키기도 하고, 또한 입력되는 교류성분의 신호를 Direct회로를 통해 그대로 통과시키기도 하고, 그리고 베어링 진단을 위해 Envelope회로를 통해 포락선처리하기도 한다.

상기 RMS, Peak, Direct, Envelop 회로를 거친 신호들은 출력절환멀티플렉서(208)로 입력되고, 출력절환멀티플렉서(208)는 제어연산부(211)의 제어에 따라서, 순차적으로 하나씩 선택이 되어 A/D 변환부(209)로 입력되고,A/D변환부(209)는 입력된 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지탈신호로 변환한다. 상기 A/D변환부(209)는 12Bit의 분해능을 갖는 A/D변환기이다.

그리고, 상기 A/D변환부(209)로부터 출력된 디지탈데이타는 데이타저장부(210)에 저장되고, 상기 데이타저장부(210)는 데이타의 종류에 따라 간이진단데이타용, 정밀진단데이타용, 진동 실시간데이타용으로 구분하여 저장하고, 통신네트워크를 통한 상기 중앙감시제어기(5)의 주기적 또는 간헐적 요구 시 저장된 데이타를 상기 중앙감시제어기(5)로 전송한다.

그리고, 연산제어부(211)는 상위의 중앙감시제어기(5)의 지령에 따라 진동모듈(2)의 모든 제어를 담당하는 핵심 구성수단으로서, 상술한 각 수단들을 각 기능에 따라 제어하는 기능을 수행한다.

상기 연산제어부(211)의 제어동작은 다음에 도4, 5, 6에 도시한 플로우챠트를 참조하여 구체적으로 설명한다.

그리고, 통신부(212)는 상기 연산제어부(211)의 제어에 따라서 상기 중앙감시제어기(5)와 통신하기 위한 유니트로서, RS-485방식에 준하며 RS-485방식의 전위 및 제어방식에 따라 작동한다.

그 외, 상기 진동모듈(2)에는 외부와 하드웨어적으로 연결하기 위한 케이블접속 단자부(213)가 있으며, 상기 단자부(213)에는 파워케이블접속단자와 데이타케이블접속단자를 포함하여 이루어진다.

또한, 진동모듈(2)을 안정적으로 구동시키기 위한 전원안정화부(209)가 구비되어, 외부로부터 받은 전원을 모듈의 각 부품이 필요로 하는 전압레벨로 변환하여공급하고, 입력단에 연결된 진동가속도센서(11~14)들을 구동하기 위한 센서구동부(215)가 구비된다.

이제, 본 발명에 따른 진동감시장치의 동작을 도4, 5, 6을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 진동감시장치의 동작은 크게 간이진단데이타수집, 정밀진단데이타수집, 진동데이타 실시간 수집으로 나눌 수 있다. 상기 간이진단데이타는 감시대상 설비의 어떤 부위에 이상이 발생하였는지를 검출할 수 있고, 정밀진단데이타는 해당 부위의 결함종류를 판단하는데 사용된다.

상기 장치는 특별한 이상이 발생하지 하거나, 특별한 필요가 발생하지 않는 한 상시, 간이진단데이타수집을 지시하고, 정밀진단데이타수집 및 진동데이타 실시간 수집은 이상발생시 또는 감시자의 지시에 의해 실행된다.

도 4는 본 발명에 의한 장치의 동작중 간이진단데이타수집을 위한 동작과정을 나타낸 것으로서, 먼저 중앙감시제어기(5)에 설정되어 있는 수집주기(예를 들어, 10분 ~ 60분, 1~6회/시간)에 따라 데이타수집을 시작한다.

상기 과정중, 중앙감시제어기(5)로부터 진동 실시간데이타 또는 정밀진단데이타 요구의 인터럽트가 걸리면 상기 과정을 잠시 중단하였다가, 그 인터럽트가 끝나는 대로 다시 실행된다.

데이타 수집은 채널멀티플렉서(401)에서 채널별 신호를 선택하고(401), 대역통과필터에서 모드별 신호를 선택출력한다(402).

상기에서, 모드(mode)란 감시대상인 회전기의 진동을 가속도 값으로 측정하고 이 신호를 다음의 표 2와 같이 모드별 신호처리를 하여 회전기의 이상부위를 판단하기 위해서 구분된 것이다.

구분	모 드1	모 드2	모 드3	모 드 4
데이타속성(BPF 범위)	가속도 RMS(10Hz~20kHz)	가속도 RMS(1KHz~20KHz)	가속도피크(1KHz~20KHz)	속도 RMS(10Hz~1KHz)
진단항목	베어링이상	◎	◎	◎
	기어이상	◎	◎	◎
	언밸런스	◎			◎
	MISALIGNMENT	◎			◎
	풀 림	◎			◎

각 모드별 제어방법은 다음과 같다.

예를 들어, 채널1, 모드1의 데이타를 수집하기 위하여, 채널멀티플렉서(202)에서 채널1을 선택하고, 이어서 대역통과필터(203)에서 10Hz ~ 20KHz의 주파수 신호가 선택된다. 게인조정부(204)에서 적당한 크기로 게인이 조정되고(405), 속도/가속도선택부(206)에서 가속도신호를 선택한다(404).

모드별신호처리부(207)는 상기와 같이 선택되어 입력된 채널1의 10Hz ~ 20KHz의 주파수대의 가속도신호를 실효치(RMS)로 변환하여 출력한다(406). 상기 모드별신호처리부(207)로부터 출력된 채널1의 모드1에 대한 실효값은 A/D변환된 후(407), 데이타저장부(210)의 채널1 데이타 버퍼부에 저장된다(408).

그 다음, 상기 진도모듈(2)은 다음 순서인 채널1, 모드 2의 데이타를 수집하기 위하여, 채널멀티플렉서(202)에서 채널1을 선택하고, 대역통과필터(203)에서 모드2에 해당하는 1KHz~20Khz 주파수신호가 선택되어 게인조정부(204)를 거치고, 속도/가속도선택부(206)에서 모드2에 해당하는 가속도신호가 선택되어(401~405), 모드별신호처리부(406)로 입력된다(401~405).

상기 모드별신호처리부(406)은 표 2에 도시한 바와 같이 모드2로 동작하여, 입력된 채널1의 가속도신호를 실효치로 변환하고, 이는 A/D변환을 거쳐, 데이타저장부(210)의 채널1 데이타 버퍼부에 누적저장된다.

그 다음은 채널1의 모드 3에 대한 데이타수집처리가 이루어지는데, 이는 채널멀티플렉서(202)에 의한 채널1의 선택은 그대로 유지되고, 표 2에서 모드 3에 해당하는 주파수대역 1KHz~20Khz의 가속도신호가 선택되어, 상기와 마찬가지를 처리를 거쳐 모드별신호처리부(207)로 입력된다(401~405).

이때, 상기 모드별신호처리부(207)는 모드 3으로 동작하여, 입력된 채널1의 1KHz~20Khz의 가속도신호에서 최대치를 추출하고, 이는 A/D변환을 거쳐 데이타저장부(210)의 채널1 데이타 버퍼부에 누적저장된다(406~408).

다음으로, 채널1의 모드 4에 대한 데이타 수집처리가 이루어지는데, 이는 상기 채널1의 선택은 유지되고, 상기 채널1의 검출신호중 모드 4에 해당하는 주파수대역 10Hz~1Khz의 속도신호가 선택되어, 모드별신호처리부(207)로 입력된다(401~405). 상기 모드별신호처리부(207)는 입력된 채널1의 모드 4에 해당하는 10Hz~1Khz의 속도신호를 실효치로 변환하여 출력하고, 이는 A/D변환을 거쳐, 데이타저장부(210)의 채널1 데이타 버퍼부에 누적저장된다(406~408).

이상 설명한 바와 같이, 채널1에 대한 모드1,2,3,4에 대한 데이타 수집처리가 완료되며, 이는 각 채널, 즉 채널2,채널3, 채널4에서도 반복처리되어, 채널1~채널4의 모드1~모드4에 대한 데이타 수집이 완료된다.

이상과 같이 수집된 채널1~채널4의 모드1~모드4에 대하여 수집된 데이타는 중앙감시제어기(5)로 전송되고(411~413), 데이타 전송이 완료되면, 데이타저장부(210)는 다음 데이타들을 저장하기 위하여 클리어(clear)된다.

도 1에 있어서, 상술한 바와 같은 처리는 다수의 진동모듈(2)별로 차례대로 이루어져 수집된 데이타를 네트워크케이블(3)을 통해 중앙감시제어기(5)에 차례로 전송한다.

다음으로, 정밀진단데이타수집에 대하여 설명한다.

정밀진단데이타수집은 자동으로 수집하는 방식과, 사용자의 요구시 실시간으로 연속 데이타를 수집하여 화면에 출력하는 방식이 있으며, 여기에서 정밀진단데이타란 진동의 진폭에 대한 생파형과, 진동의 주파수성분으로 처리하여 파형과 주파수 성분을 분석하여 진단하는 기능을 말한다.

상기와 같은 정밀진단데이타는 감시대상인 회전기의 진동이 높게 나타날 때에 발생부위 발생원인등을 분석하기 위한 기능을 갖는다. 상기에서, 자동수집이란 시간을 설정하고, 설정시간 마다 자동으로 1회씩 정밀진단데이타를 수집하거나 또는 진동치가 상승하여 관리기준치를 초과 하였을 때 자동으로 수집하여 그 데이타를 저장하는 것을 말한다.

이 기능은 사용자가 설정에 의해 이루어진다.

다음의 표 3은 일반적으로 정밀진단을 위한 설정 및 진단내용을 나타낸다.

구분	BPF	신호	진단내용
가속도	1KHz~20KHz	직접	베어링, 기어 이상진단
"	"	포락선	베어링의 내륜, 외륜, 전동체의 결함진단
속도	10Hz~1KHz	직접	언밸런스, MISALIGNMENT, 기어이상
"	10Hz~250Hz	직접	언밸런스, MISALIGNMNET, 풀림

상기 표 3에 나타낸 내용과 같이, 베어링의 결함을 정밀진단을 하기 위해서는 해당 기기의 해당 채널에 대한 1KHz~20KHz의 가속도 신호에 대한 수집이 요구된다. 이때의, 동작을 도 5의 플로우챠트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 해당 진동모듈의 해당 채널(즉, 결함진단이 요구되는 부위)의 진동가속도신호를 선택한다. 예를 들어, 도 1에서 #2 모듈의 채널2에서 정밀진단이 요구되면, 중앙감시제어부(5)에서 #2진동모듈에게 채널2의 1Khz~20Khz 대역의 가속도신호에 대한 정밀데이타수집을 요구하고, 이에 해당 진동모듈의 채널멀티플렉서(202)는 채널2의 신호를 선택출력하고,(501), 대역통과필터(203)에서는 상기 채널2 신호의 1KHz~20KHz 대역을 선택출력하고(502), 속도/가속도선택부(206)에서 상기 대역의 가속도신호를 선택하여 출력한다(504), 이에, 상기 선택신호는 모드별신호처리부(506)으로 입력되어, 입력된 가속도를 그대로 출력하거나, 포락선 검출하여 출력하고, 이 신호는 A/D변환을 거쳐 데이타저장부(210)의 정밀진단데이타버퍼부에 저장되며, 이 데이타는 연속적으로 중앙감시제어기(5)로 전송된다.

다음으로, 진동 실시간데이타 수집처리에 대하여 설명한다.

먼저, 중앙감시제어기(5)로부터 측정조건(채널번호 및 모드번호)이 해당 진동모듈로 인가되고, 이에, 해당 진동모듈에서 진동 실시간데이타 수집처리가 이루어지는데, 여기서 N번의 모듈, 채널4의 모드 4의 데이타에 대해서 실시간데이타가 요구되었다고 가정하면, 해당 진동모듈의 연산제어부(211)가 각 장치를 수신된 측정조건에 따라서 제어하여, 채널멀티플렉서(202)에서 채널 4를 선택하고, 대역통과필터(203)에서 10Hz~1Khz를 선택하고, 속도/가속도선택부(206)에서 속도신호를 선택하여, 모드별신호처리부(207)로 인가한다. 이에 모드별신호처리부(207)는 입력된 속도신호를 실효치로 변환하며, 이는 A/D변환되어 데이타저장부(210)의 진동 실시간 버퍼부에 저장됨과 동시에, 연속적으로 중앙감시제어기(5)로 전송된다.

이상과 같이 각각 수집된 진동감시데이타들은 각각 중앙감시제어기(5)에서 출력표시되는데, 도 7은 본 장치에 의한 수집된 데이타의 표시예를 보인 것이다.

먼저, 도 7a는 간이진단데이타의 표시화면으로서, 간이진단데이타의 표시는 시단위 및 일단위로 경향관리를 해 주는 것으로, 주기적으로 수집된 사이클 데이타는 1시간당 수회(주기설정에 따름)에 걸쳐 수집이 되어 중앙감시제어기(5)내의 HDD에 저장된다. 그리고 시데이타(Dh: Hourly Data)는 1시간동안 수집된 사이클데이타(Dc)를 산술적으로 평균 또는 피크처리를 하여 HDD에 저장하고 사용자가 요구시 화면에 표시한다. 그리고 일 데이타(Dd: Daily Data)는 1일동안의 시 데이타를 산술적으로 평균 또는 피크치로 처리하여 HDD에 저장하고 사용자가 요구시 경향관리화면에 표시한다. 도 7a의 화면은 일단위로 경향관리를 보인 것이다.

도 7b는 정밀진단데이타의 화면표시를 보인 것으로서, 예를 들어, 일일 1회 또는 관리 기준치를 초과시 자동으로 정밀진단 Data를 수집하여, HDD(Hard Disk Driver)에 저장되며 사용자가 요구시 그 데이타를 도 7b와 같이 해당 부위에 대한진동파형과 포락선의 스펙트럼도를 표시하여 결함종류를 판단할 수 있게 한다. 도 7b에 있어서, 상기 부위는 베어링의 내륜결함에 해당하는 주파수인 97Hz를 기본으로 그 2배, 3배의 주파수가 나타나는 것을 알 수 있다.

그리고, 진동실시간데이타는 사용자의 요구에 따라서 검출된 진동신호를 실시간으로 연속표시하는 것으로서, 그 화면예는 생략한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 회전기의 진동을 상시감시하여 진동의 관리 기준치를 초과하면 경보를 발행하고, 시/일Data의 경향관리에 의한 설비고장을 사전에 예지하여 고장을 방지 할 수 있으며, 정밀진단기능의 수행으로 설비이상시 이상원인을 분석하여 적절한 조치를 취할 수 있도록 하는 것으로서, 본 진단장치를 적용하여 설비의 안정화에 따른 제품의 품질향상과 불필요한 정비를 배제함으로써 유지보수비를 절감할 수 있으며 돌발고장의 억제로 생산성 향상효과를 얻을 수 있다. 더하여, 본 발명은 진동 감시 시스템을 단순화시키고, 신호케이블수의 절감등으로 설치비를 감소시키며 디지탈 데이타의 전송방식을 채용함으로서, 노이즈의 영향을 줄여 수집신호의 안정화를 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims

진동감시대상 회전기의 이상을 진단하기 위하여 요소별 발생된 진동을 감시하는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치에 있어서,

진동감시대상 회전기의 각 요소에 설치되어 해당 베어링부의 진동을 측정하는 다수의 진동가속도센서;

각각 소정 갯수이상의 진동가속도센서와 연결되어, 연결된 진동가속도센서의 신호를 순차적 또는 요구에 따라 선택하여 기능에 맞도록 신호증폭, 필터링(Filtering), 적분처리, 실효치(RMS)/ 피크치(Peak)/ 포락서(Envelope)처리, FFT처리한 후, 해당 결과신호를 디지탈신호로 변환하여 전송시키는 다수의 다채널 진동모듈;

상기 전체 구성수단들을 중앙제어하며 상기 다수의 진동모듈에 순차적 또는 필요에 따라 선택적으로 수집채널 및 선택모드를 지시하여, 그에 따라 수신된 데이타를 소정 형식으로 디스플레이하는 중앙제어감시기; 및

상기 다수의 진동모듈들과 중앙제어감시기를 동시에 연결하여, 데이타 및 전원을 전달하는 통신네트워크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다채널 진동모듈은

상기 진동모듈로 입력되는 다수 진동가속도센서의 검출신호증 한 채널씩 차례로 또는 요구에 따라 선택하여 출력시키는 채널멀티플렉서;

가변통과대역을 구비하여 상기 채널멀티플렉서에서 출력된 가속도신호에서 선택된 주파수대역의 신호를 필터링하여 출력하는 대역통과필터;

상기 대역통과필터로부터 출력된 신호를 소정 레벨로 증폭출력하는 게인조정부;

상기 게인조정부로부터 출력된 진동가속도신호를 적분하여 속도신호로 변환출력하는 적분부;

상기 게인조정부의 가속도신호 또는 적분부의 속도신호를 하나씩 순차로 출력하거나 필요에 따라 선택출력하는 속도/가속도선택부;

상기 속도/가속도선택부로부터 입력된 속도 또는 가속도신호를 선택모드에 따라서 소정처리하여, 그대로 출력하거나, 실효치 또는 피크치로 변환하거나, 포락선을 검출하여 출력하는 모드별신호처리부;

상기 모드별신호처리부로부터 출력된 신호를 디지탈데이타로 변환하는 아나로그/디지탈변환부;

상기 아날로그/디지탈변환부로부터 출력된 디지탈데이타는 소정 단위로 누적저장하는 데이타저장부;

상기 중앙감시제어기로부터 인가된 측정조건 및 지시에 따라서, 채널, 주파수대역, 동작모드를 선택하도록 상기 수단들을 제어하고, 한 채널에 대한 데이타수집완료시 상기 데이타저장부에 저장된 데이타를 읽어들여 상기 중앙감시제어기로 전송하는 제어연산부; 및

상기 연산제어부의 제어에 따라서 상기 중앙감시제어기에 데이타를 전송하고, 중앙감시제어기로부터 데이타를 수신하는 통신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동모듈은

모드 1에서는 해당 채널의 10Hz~20kHz 대역 가속도신호에 대한 실효치를 수집하고, 모드 2에서는 해당 채널의 1KHz~20KHz 대역 가속도신호에 대한 실효치를 수집하고, 모드 3에서는 해당 채널의 1KHz~20KHz 대역 가속도신호에 대한 피크치를 수집하고, 모드 4에서는 해당 채널의 10Hz~1KHz 대역 속도신호에 대한 실효치를 수집하는 것을 특징으로 하는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 진동모듈은

연결된 채널에 대하여 순차적으로, 모드 1~모드 4의 데이타 수집처리를 행하여, 채널별 모드별 수집데이타를 일정 주기로 상기 중앙감시제어기로 전송하는 간이진단데이타수집, 또는 상기 중앙감시제어기로부터 데이타수집 채널번호 및 모드번호를 지시받아, 해당 채널의 해당 주파수대역 속도 또는 가속도데이타 및 그 포락선데이타를 수집하여, 중앙감시제어기에 실시간으로 연속 전송하는 정밀진단데이타수집을 실행하는 것을 특징으로 하는 다채널 네트워크형 회전기의 진동감시장치.