KR20060094162A - 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템과 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 펌프에 센서를 부착하고, 이를 원격에서 진단 관리하는 원격 진단기를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 의한 펌프시설 원격진단 및 관리 시스템은 실시간으로 펌프의 작동상태를 정밀하게 측정하고, 측정한 펌프 진단 결과를 통신망을 통하여 원격지 중앙 펌프 관리실에 전송하여 다수의 원격지 펌프시설을 원격으로 온-라인 관리할 수 있으며, 필요시 원격지에 가동중인 펌프들을 즉각적으로 제어할 수 있다.
그 결과 실시간으로 펌프의 작동상태를 정밀하게 측정하기 때문에 실시간으로 펌프의 상태진단이 가능하여 펌프고장에 의한 손실을 최소화 할 수 있어서 사용전력을 절감할 수 있으며 매우 경제적이다.
펌프, 원격 진단, 관리, 원격 진단기
Description
도 1은 본 발명에 따른 실시예인 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예인 펌프 시설의 원격 진단기의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예인 원격 진단기의 센서 신호 및 제어 신호 입출력부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예인 펌프 시설의 원격 진단기와 각종 센서의 연결도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예인 원격 진단 및 관리 시스템의 동작에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예인 서버 컴퓨터와 데이터 베이스의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예인 원격 진단 및 관리 시스템의 프로그램 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 중앙제어 컴퓨터 200: 서버 컴퓨터
300: 원격 진단기 400: 펌프
310: 센서 320: 멀티플렉서
325: 컨버터 330: 표시 장치
335: 입력 장치 340, 345: 메모리
350: 통신 모듈 360: 디지털 제어신호 입출력부
370: 마이크로 컨트롤러 410: 모터
본 발명은 펌프 시설의 원격 진단 및 관리시스템과 진단 및 관리방법에 대한 발명이다.
유체를 전송시키기 위한 펌프 시설은 일반적으로 유체의 저장장소나 사용장소 근처에 설치되어 운영되고 있으며, 특히, 원격지에 설치되어 운용되고 있는 다수의 펌프 시설을 관리하기 위해서는 많은 시간과 인원이 소요된다. 또한, 펌프 시설을 직접 현장에서 점검하기 전에는 펌프의 성능과 상태를 직접적으로 판단하기 어려우며, 이러한 정밀한 펌프의 성능 진단을 위해서는 별도의 다수의 정밀 계측 장비들이 필요하다. 따라서, 현재 대부분의 펌프 시설의 성능과 상태의 정밀 진단은 현장에서는 매우 어렵고 복잡하기 때문에 기피하고 있으며, 펌프의 상태나 성능진단은 장기적이고 부정기적인 점검수준에 그치고 있는 실정이다.
기존의 공장 등에서 설치되어 운용되고 있는 대부분의 펌프들은 그 중요도에 따라 부분적으로 펌프 상태를 점검하고 있다. 즉, 관리자의 육안검사, 진동센서에 의한 모터 혹은 펌프의 기계적 파손 점검, 과전류 측정에 의한 모터의 전기적 고장점검 등이다. 그러나 제철 공장, 발전소, 정유 시설 등 수많은 대형 펌프들을 사용하고 있는 현장에서는 이러한 펌프들이 전체 공정에서 차지하는 중요성은 매우 중요하며, 만약 파손에 의한 공정 중단시 막대한 손실과 재앙을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 원격지에 설치되어 있는 다수의 펌프들을 체계적으로 관리하는 일은 매우 중요하므로 각각의 펌프에 최소한의 센서들을 설치하여 상시 감시하고 있다. 그러나 이러한 원격지에 설치되어 운용되고 있는 다수의 펌프의 감시과정은 많은 시간과 경제적인 비용이 요구된다.
펌프는 산업전반에 광범위하게 사용되고 있는 많은 전기적 에너지를 소모하는 장치이다. 산업국가에서는 펌프가 소비하는 전력에너지는 전체 산업용 전기에너지의 약 20%를 차지할 정도이다. 대용량 펌프의 경우 설계된 최고 효율점(BEP, Best Efficient Point)에서 항상 운전이 되도록 펌프시설을 관리하고 유지시키는 것이 매우 중요하다. 대부분의 경우, 펌프시설들은 오랫동안 사용하면 노후화 되고 주변여건의 변화에 따라 초기의 설계된 성능을 발휘하지 못하게 된다. 이러한 경우 펌프의 운전상태를 실시간으로 측정하여 항상 펌프가 최적의 상태에서 운전할 수 있도록 유지시킬 수 있다면 경제적 및 에너지 절약적인 관점에서 매우 이상적일 것이다. 펌프의 상태와 성능을 자세히 알지 못한다면 펌프시설의 효율적인 관리가 불가능하여 불필요한 에너지의 낭비를 수반하게 되며, 펌프시설의 과부하나 고장으로 인하여 펌프공정에 이상을 초래할 수 있어 경제적인 손실을 일으킬 수 있다.
따라서, 펌프를 최적의 조건에서 가장 효율적으로 사용하고, 펌프의 상태를 실시간으로 파악하여 고장을 예측할 수 있다면 펌프의 수명을 최대한 연장할 수 있으며, 펌프의 효율을 실시간으로 측정할 수 있다면 상황 변화에 따라 신속한 대응이 가능하고, 불필요한 에너지의 낭비를 막을 수 있으며, 펌프 공정의 중단에 의한 손실을 막을 수 있다. 공정에서 펌프의 부하는 최대용량을 연속적으로 필요로 하는 경우도 있지만, 많은 경우에 펌프의 최대용량은 시간적으로 연속적이지 않고 간헐적 혹은 주기적으로 필요한 경우가 있다. 이러한 경우에는 펌프의 사용을 최소와 최대의 동작조건을 설정하고 가동시킨다면 펌프가동에 사용되는 많은 전기 에너지를 절약할 수 있다. 예를 들면, 10분 간격으로 1분 동안 많은 용량의 물을 사용하여 세척을 하는 경우, 인버터를 사용하여 세척시에는 최대속도로 펌프를 가동하고 세척 후에는 최소속도로 펌프를 가동시킨다면 최대 90% 의 전력 에너지를 절약할 수 있다.
펌프가 매우 긴요하게 사용되고 있는 공정에서 펌프 공정에 이상이 발생할 경우 사용 환경에 따라 많은 경제적 손실과 재앙을 초래할 경우에는 펌프의 실시간 감시가 매우 중요하며, 이상 발생시 즉시 단계적이고 체계적인 전체 공정의 중단 혹은 보조장치의 가동 혹은 중단, 경보장치의 가동등 비상시 조치들이 긴급하게 요구된다. 만약 펌프의 가동상태를 실시간으로 상시 감시하고 그 데이터를 컴퓨터에 의하여 체계적으로 관리할 수 있다면 이상 상태 발생시 즉시 자동으로 비상시 프로그램에 따라 체계적이고 순서적으로 수많은 원격지 펌프시설을 제어하여 경제적 손 실과 재앙을 최소화 할 수 있을 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다수의 펌프가 설치되어 운용되는 원격지 펌프시설 현장에 펌프 진단 장치를 설치하여 실시간으로 펌프의 작동 상태를 정밀하게 측정하고, 측정한 펌프 진단 결과를 통신망을 통하여 원격지 중앙 펌프 관리실에 전송하여 다수의 원격지 펌프시설을 원격으로 온-라인 관리할 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 펌프에 센서를 부착하고, 이를 원격에서 진단 관리하는 원격 진단기를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로는, 전동 모터를 포함하는 펌프, 실시간으로 상기 펌프의 상태를 측정하기 위하여 상기 펌프의 입수부와 출수부에 설치된 제1 및 제2 온도 센서, 실시간으로 상기 펌프의 상태를 측정하기 위하여 상기 펌프의 입수부와 출수부에 설치된 제1 및 제2 압력 센서, 상기 펌프를 구동하는 상기 전동 모터에 공급되는 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 상기 펌프를 구동하는 상기 전동 모터에 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류 센서, 상기 펌프에서 사용되는 오일의 온도를 측정하여 베어링의 온도 상승을 감시하기 위한 제3 온도 센서, 상기 펌프의 진동을 측정하기 위한 진동 센서를 포함하는 센서부, 상기 센서부에서 신호를 입력받아서 이를 디지털 신호로 바꾸는 멀티플렉서와 컨버터, 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모 리, 외부 장치와 연동하기 위한 디지털 제어신호 입출력부, 외부와 네트워크 통신이 가능하도록 하는 통신 모듈, 상기 멀티플레서와 컨버터, 상기 메모리, 상기 디지털 제어신호 입출력부, 상기 통신 모듈로부터 제공된 신호를 처리하고 이를 제어하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 원격 진단기를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템에 대한 것이며,
상기 마이크로 프로세서로 명령 및 데이터를 입력할 수 있는 입력 장치, 상기 마이크로 프로세서의 처리 상황을 확인할 수 있는 표시 장치를 더 포함하는 원격 진단기를 포함하는 것이 바람직하며,
상기 센서부의 센서들은 4-20mA 신호를 출력하도록 하여 잡음을 최소화하는 것이 바람직하며,
상기 펌프를 2 이상 포함하고, 상기 2 이상의 펌프에 각각 연결되어 있는 상기 원격 진단기도 2 이상 포함하며, 상기 2 이상의 원격 진단기와 네트워크로 연결되어 실시간으로 펌프에 대한 데이터를 수집하고, 분석하여 저장하고, 필요시 분석 결과를 출력하여 사용자가 원격에서 펌프 제어 명령을 할 수 있도록 하는 서버 컴퓨터를 더 포함하는 것이 바람직하며,
상기 서버 컴퓨터와 상기 원격 진단기는 RS-485 네트워크로 연결되어 있는 것이 바람직하며,
상기 서버 컴퓨터를 2 이상 포함하고, 상기 서버 컴퓨터와 네트워크로 연결되어 상기 펌프에 대한 데이터 수집, 분석, 제어 및 관리를 할 수 있는 프로그램을 포함하는 중앙제어 컴퓨터를 더 포함하는 것이 바람직하며,
상기 서버 컴퓨터와 상기 중앙제어 컴퓨터는 이더넷을 통하여 네트워크로 연결되어 있는 것이 바람직하며,
원격 진단기를 초기화하고 상기 원격 진단기에 연결되어 있는 센서의 정상 가동 여부의 확인 등 자체진단을 수행하는 단계, 상기 센서로부터 신호가 입력되는 단계, 상기 원격 진단기의 입력포트로 제어 신호가 입력되는 단계, 상기 원격 진단기가 제어 모드로 설정되어 있는 경우 센서로부터 입력된 신호의 값과 기 설정된 값을 비교하여 비교 결과에 따라서 제어 신호를 출력하고, 상기 원격 진단기가 제어 모드가 아닌 경우로서 외부에서 명령이 입력된 경우에는 해당 명령을 수행하며, 명령이 수신되지 않은 경우에는 상기 센서로부터 신호를 실시간으로 입력받는 단계부터 재수행하는 단계를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 방법에 대한 것이며,
상기 원격 진단기는 외부 장치와 RS-485 네트워크를 통하여 신호를 입력받는 것이 바람직하며,
상기 센서로부터 입력된 신호의 값과 기 설정된 값을 비교하여 비교 결과에 따라서 제어 신호를 출력하는 것은 입력된 신호의 값이 기 설정된 값보다 큰 경우에 입력된 신호의 값을 출력하는 것이 바람직하다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템과 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템을 구현하기 위한 전체 시스템의 구성도는 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서 P는 펌프(400), D는 원격 진단기(300)를 나타낸다. 펌프 시설은 원격지 1과 원격지 2에 다수의 펌프(400)와 다수의 원격 진단기(300)가 설치되어 운용되고 있다. P11은 원격지 1에 설치되어 있는 펌프 1을, D11은 원격지 1에 설치된 펌프 1에 연결된 원격 진단기 1을 각각 나타낸다. 또한, P21은 원격지 2에 설치되어 있는 펌프 1을, D21은 원격지 2에 설치된 펌프 1에 연결된 원격 진단기 1을 각각 나타낸다. 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 펌프(400)와 원격 진단기(300)는 각각 하나씩 연결되도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 서버 1은 원격지 1 에 설치된 서버 컴퓨터 1을, 서버 2는 원격지 2에 설치된 서버 컴퓨터 2를 나타내며, 각각의 원격지 서버컴퓨터(200)에는 설치된 다수의 펌프에 연결된 다수의 원격 진단기(300)들이 연결되어 있다. 각각의 서버 컴퓨터(200)에는 최대 256개의 펌프 원격 진단기들을 연결할 수 있으며, 이들 서버 컴퓨터들(200)은 다시 원격관리 중앙제어 컴퓨터(100)에 네트워크로 연결된다. 중앙제어 컴퓨터(100)에는 최대 256개의 서버 컴퓨터(200)들이 연결될 수 있으며, 따라서, 중앙제어 컴퓨터(100)는 최대 256x256=65,536 개의 펌프 시설들을 원격관리 할 수 있다.
원격지에 설치된 각각의 펌프(400)에는 원격 진단기(300)가 각각 설치되어 있으며, 각각의 원격 진단기(300)들은 RS-485 네트워크로 서버 컴퓨터(200)에 연결 되어 있다. RS-485 통신방식은 원거리 통신이 가능한 직렬통신 방식으로 공장 등 잡음이 심한 장소에 적합하다. 또한, 각각의 원격지에 설치되어 다수의 원격 진단기(300)에 연결되어 운용되고 있는 서버 컴퓨터(200)들은 중앙제어 컴퓨터(100)에 TCP/IP 통신방식에 의한 Ethernet으로 연결되어 있다. 따라서, 각각의 서버 컴퓨터(200)들은 인터넷에 연결할 수 있으므로 원격지에 있는 중앙제어 컴퓨터(100)의 위치 및 거리는 제한이 없다. 예를 들면, 포항에 설치되어 운용되고 있는 공장1 과 광양에 설치되어 운용되고 있는 공장 2에 설치된 각각의 펌프 시설들의 운용 상태를 서울에 있는 중앙제어 컴퓨터에서 파악하고 필요시 제어할 수 있는 원격 관리시스템이다.
원격지에 설치된 펌프(200)의 실시간 운용 상태를 파악하기 위하여 각각의 펌프에는 각종 센서(310)들이 설치되어 실시간으로 펌프(400)에 대한 다양한 신호들을 측정한다. 각각의 펌프에 연결되어 있는 원격 진단기(300)의 구성도는 도 2에 도시되어 있다. 원격 진단기(300)는 크게 센서 및 센서 입력부(310, 320, 325), 사용자 인터페이스(330, 335), 통신부(350), 디지털 제어신호 입출력부(360)로 구분할 수 있으며, 프로그램의 저장을 위한 플래시 메모리인 롬(ROM; 340)과 실시간 데이터 처리를 위한 메모리(SRAM; 345)를 가지고 있다.
펌프(400)에 연결된 8개의 각종 센서(310)의 신호는 프로그램에 따라 멀티 플랙서(MUX;320)에 의하여 선택되어 컨버터(ADC; Analog to DIgital Converter; 325)에 의하여 센서 신호가 디지털화된다. 정밀한 신호 측정과 고분해능을 위하여 잡음제거 효과가 우수한 24-bit 시그마-델타 타입 컨버터를 사용하는 것이 바람직 하다. 사용자 인터페이스에는 입력 장치로는 25-key Keypad(335)를 표시 장치로는 20자 x 4줄 LCD(330)를 부착하여 현장에서 필요에 따라 사용자가 기기를 원활하게 조작할 수 있도록 하였다.
본 발명에서는 원격 진단기(300)의 작동은 사용자가 키패드(335)와 LCD(330)를 통한 즉석 현장 수동 작동 방식과 네트워크 통신을 통한 원격 자동 조작방식을 겸용할 수 있도록 하여, 필요시 현장에서 사용자가 즉석에서 원격 진단기(300)를 조작할 수 있도록 하였다. 이를 위해서 원격진단기 통신 모듈(COM unit; 350)에서는 RS-232 포트(351)와 RS-485 포트(352)를 구비하고 있으며, RS-485 포트(352)는 네트워크를 통하여 원격지 서버 컴퓨터(200)에 연결되어 있다. 원격지 서버 컴퓨터(200)에는 최대 256 개의 원격 진단기(300)들이 RS-485 네트워크에 의하여 연결될 수 있다.
원격 진단기(300)에 설치된 8개의 센서입력부(310, 320)와 16개의 디지털 입출력부(360)의 세부내용을 도 3에 도시하였다. 원격 진단기(300)에 연결된 센서(310)들은 펌프와 주변환경이 열악하여 외부 잡음이 심하므로 모두 4-20mA 전류신호를 원격 진단기(300)에 연결하도록 하였다. 센서(310)들은 온도센서 3개(311, 312, 313), 압력센서 2개(314, 315), 진동센서 1개(316), 그리고 전력센서 2개(317, 318)로 구성하였다. 프로그램에 따라 8개의 센서 출력신호는 멀티플랙서 MUX(320) 에 의하여 선택되어 24-bit 컨버터(325)에 의하여 디지털 신호로 바뀐 다음 마이크로 컨트롤러(370)에 의하여 처리된다.
효율적인 펌프(400)의 운용을 위해서 펌프(400)는 외부 장치와 연동되어 작 동시킬 수 있다. 이 경우 외부 장치에 의한 상태 입력을 위한 디지털 입력부(361)와 외부장치의 제어를 위한 디지털 출력부(362)를 가지고 있으며, 이들은 사용자가 정한 프로그램에 따라 서로 상호 연동되어 작동하도록 할 수 있다. 예를 들면, 수위 센서 입력을 받아 주어진 수위에 도달하면 그에 따라 외부의 밸브가 개폐되거나 PLC(programmable logic controller)에 신호를 출력하도록 할 수 있다. 이러한 상호연동 방식은 사용자가 필요에 따라 설정하도록 하였으며, 제어출력은 센서(310)신호, 디지털 외부 입력신호(361), 혹은 센서(310)입력신호의 데이터 처리결과에 따라 사용자가 작동하도록 설정이 가능하도록 하였다. 디지털 입출력부(360)는 외부장치와 전기적인 신호분리를 위하여 옵토-커플러(Opto-coupler)에 의한 빛 신호로 상호 연결하도록 하여 외부 장치에 의한 신호변형이나 잡음발생을 최소화하는 것이 바람직하다.
펌프(400)의 실시간 상태를 측정하기 위한 8개의 센서(310)와 펌프와의 연결상태를 도 4에 도시하였다. 펌프에 연결된 8개의 센서는 온도센서 3개(311, 312, 313), 압력센서 2개(314, 315), 진동센서(316), 그리고 전력센서 2개(317, 318)로 구성되어 있으며, 모두 4-20mA 신호를 출력하도록 하여 잡음을 최소화하도록 하였다. 펌프(400)의 입력부와 출력부에 온도센서 (311, 312)와 압력센서 (314, 315) 각각 1개씩 연결하여 펌프작동시 펌프의 입력부와 출력부간의 온도변화와 압력변화를 각각 측정하도록 하였다. 이러한 펌프의 입출력부간의 압력변화와 온도변화는 열역학적인 방법에 의하여 펌프(400)의 효율을 계산하는데 매우 중요하게 이용될 수 있으며, 매우 정밀한 계측이 요구되고 있다. 온도는 정밀도가 1/1000 도 가 요 구되고 있으며 본 발명에서는 +/- 0.6 mK 정밀도로 측정하였다. 펌프(400)의 고장에 의한 베어링 온도상승을 감시하기 위하여 온도센서(313)를 연결하였으며, 또한, 펌프 내부 고장에 의한 진동변화를 감시하기 위하여 진동센서(316)를 연결하였다. 상기 온도센서(313)는 베어링에서 사용되는 오일의 온도를 측정하는 방식으로 베어링의 온도 상승을 감시하도록 형성하는 것이 바람직하다. 펌프(400)에 연결되어 구동력을 제공하는 모터(410)에 의하여 소비되는 전력을 측정하기 위하여 전류센서(317)와 전압센서(318)를 연결하였다. 펌프(400)와 펌프전원(420)에 연결된 모든 센서들은 4-20mA 신호출력으로 원격 진단기(300)의 센서 입력부 중 멀티플렉서 MUX(320)에 연결되어 실시간으로 각각의 센서신호를 측정할 수 있도록 하였다.
원격 진단기(300)의 동작을 도 5에 플로우 차트로 도시하였다. 원격 진단기(300)가 작동을 개시(S1)하면 자체진단과 진단기의 초기화(S10)를 한 다음 정상적인 작동을 시작한다. 원격 진단기(300)의 초기화는 플래시 메모리(340)에 저장된 여러 설정값들을 다시 불러내어 원격 진단기(300)가 기 설정된 작동 방식에 따라 작동할 수 있도록 각 부분에 대한 초기 설정과 필요한 입출력 단속 등 필요한 조치를 단행하는 것이다. 이후, 원격 진단기(300)에 연결된 각종 센서의 정상 가동 여부의 확인 등 자체진단을 시행한다.(S10)
원격 진단기(300)가 정상적으로 초기화와 자체진단을 마치면 정상가동 준비가 완료되며, 진단기에 연결된 8개의 센서(310)로부터 신호를 읽어 필요한 데이터 처리를 하고(S20), 또, 원격 진단기(300)에 연결된 디지털 입력포트로부터 외부 연결장치에 대한 신호를 읽는다(S30). 입력된 센서신호와 디지털 입력신호는 메모리 에 저장되며, 원격 진단기(300)의 설정모드와 서버의 명령에 따라 사후 처리된다. 만약 원격 진단기(300)가 외부장치와 연동되어 작동할 수 있는 제어모드로 설정되었다면(S40) 입력된 센서신호 혹은 외부 디지털 신호에 제어신호 출력여부를 판단한다. 설정치와 측정치의 비교결과에 따라 필요시 제어신호를 출력한다.(S45, S46, S47)
원격 진단기(300)는 서버 컴퓨터(200)와 RS-485 네트워크로 연결되어 있으며, 각각 고유의 기기번호(Device Number)가 부여되어 있다. 서버 컴퓨터(200)로부터 명령이 하달되면 원격 진단기(300)의 인터럽트 서비스 루틴에서 해당 진단기 번호를 확인한 후 자체의 기기번호와 일치하면 수신하여 메모리에 저장하고 명령수신 플래그를 표시하여 마이크로 컨트롤러(370)가 처리토록 한다. 만약, 서버 컴퓨터(200)로부터 아무런 명령이 없다면(S50) 원격 진단기(300)는 다시 센서신호와 외부 디지털 신호를 입력하는 과정을 반복한다. 서버 명령은 원격 진단기(300) 작동에 필요한 여러 가지 설정값들의 변경과 전송, 데이터 전송, 제어신호 출력 등 서버 컴퓨터에서 요구한 여러 가지 명령을 포함한다. 이러한 서버의 명령은 사용자가 설정한 작동방식과 원격지에 있는 중앙 제어컴퓨터(100)로부터의 명령에 따라 각각의 원격 진단기(300)에 전송되며, 원격 진단기(300)는 데이터 전송 등 수신된 명령에 따라 작동한다.(S60)
원격지에 설치되어 운용되고 있는 서버 컴퓨터(200)에는 각각의 원격 진단기(300)들로부터 수집된 데이터를 취합하고 분석하여 사용자가 최적의 조건에서 펌프시설을 가동시키는데 이용할 수 있도록 원격 펌프제어 및 데이터베이스 프로그램이 설치되어 있다.(도 6 참고) 다수의 원격지에 다수의 펌프시설을 운용하는 경우에는 네트워크에 연결된 중앙 제어 컴퓨터(100)를 이용하여 각각의 원격지 서버 컴퓨터(200)를 통하여 원격지 펌프시설을 제어하며, 단일 원격지에 다수의 펌프시설들을 제어하는 경우에는 원격지에 설치된 서버 컴퓨터(200)만을 이용하여 다수의 펌프시설들을 제어할 수 있다. 서버 컴퓨터(200) 혹은 중앙 제어 컴퓨터(100)에 설치되어 원격지에 설치되어 운용되고 잇는 다수의 펌프들에 대한 데이터 수집과 분석을 위한 데이터베이스 프로그램의 구성을 도 6에 도시하였다.
다수의 펌프들에 대한 실시간 측정 데이터를 저장하고 분석하여 사용자가 필요한 유용한 정보를 축적하고 추출할 수 있는 데이터베이스는 도 6에 도시한 바와 같이 데이터베이스 관리, 데이터 분석, 데이터 리포트, 이력관리 부분으로 분류할 수 있으며, 각 부분별 세부기능은 도시된 바와 같다. 펌프 데이터 관리는 주로 펌프관리에 대한 원격지별, 펌프 가동일별, 공정별 기록을 보존하며, 데이터 분석 부분은 각 펌프별 효율분석, 펌프 유량분석, 전력 소모량, 기타 종합적인 펌프를 가동시 추출된 데이터를 분석하는 기능을 수행한다.
데이터 리포트는 각 펌프들에 대한 일별, 주별, 월별, 년별 리포트를 펌프별로 혹은 원격지별로 추출하는 기능을 수행한다. 이러한 각 펌프들에 대한 축적된 리포트 기능은 장기적인 공정분석과 설계, 문제 발생시 원인추적, 경향성 분석 등 다양하게 이용될 수 있다. 마지막으로, 펌프이력관리 데이터 베이스는 각각의 펌프에 대한 누적된 펌프의 유지 및 관리 등에 대한 기록을 관리하는 기능을 가지고 있다.
원격지에 설치되어 운용되는 각각의 펌프들을 제어하고 관리하기 위한 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 프로그램의 구성을 도 7 에 도시하였다. 펌프의 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 프로그램은 다수의 원격지에 설치된 다수의 펌프들을 관리할 경우에는 각각의 원격지 서버 컴퓨터(200)에 네트워크로 연결된 중앙 제어컴퓨터(100)에 설치되어 운용되며, 단일 원격지에 설치된 다수의 펌프들만을 관리할 경우엔 중앙 제어 컴퓨터(100)가 필요하지 않으며, 직접 해당 원격지 서버 컴퓨터(200)에 설치되어 운용된다.
펌프 시설의 원격 진단 및 관리 프로그램은 다수의 펌프들을 관리하기 위한 여러 가지 설정기능, 각각의 펌프들에 대한 제어기능, 데이터 수집기능, 펌프들에 대한 데이터 분석기능, 그리고 각각의 펌프들에 대한 유지관리 기능 등이 내장되어 있다. 원격지에 설치된 다수의 펌프들을 관리하기 위한 관리 조건 설정부분은 관리대상 펌프들에 대한 펌프번호와 주소를 등록하고, 각각의 펌프들에 대한 일정관리, 펌프들을 제어하기 위한 조건설정, 펌프들을 이용한 특정한 공정의 경우 공정조건 설정, 그리고 네트워크를 통한 통신을 위한 통신방식 설정 등의 기능이 내장되어 있다.
원격지에 설치되어 운용되고 있는 다수의 펌프들을 제어하기 위한 제어관리 부분은 각각의 펌프들에 대한 제어방식 및 조건 설정에 따라 각각의 펌프별 제어, 전체 펌프제어, 그리고 공정에 따라 서로 상호 연결되어 작동하는 펌프들에 대한 공정제어 등의 기능을 수행한다. 펌프관리조건에 설정된 데이터 수집조건에 따라 펌프 데이터 수집부분은 원격지에 설치되어 가동중인 각각의 펌프들로부터 데이터 를 수집하며, 데이터는 펌프별 혹은 공정별로 구분하여 실시간으로 수집한다. 펌프들로 수집된 실시간 데이터를 분석하는 부분은 도 6에 도시하여 설명한 바와 같다. 주요기능은 수집된 데이터를 분석하고 필요시 사용자에게 통지하는 기능이다. 또한, 펌프의 유지관리 부분은 각각의 펌프들에 대한 이력관리, 정비 및 교체 등 유지관리에 대한 일정과 기록을 보관하는 기능을 수행한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에 의한 펌프시설 원격진단 및 관리 시스템은 실시간으로 펌프의 작동상태를 정밀하게 측정하고, 측정한 펌프 진단 결과를 통신망을 통하여 원격지 중앙 펌프 관리실에 전송하여 다수의 원격지 펌프시설을 원격으로 온-라인 관리할 수 있다.
원격지에 설치되어 운용되고 있는 다수의 펌프를 상시 관리하는 일은 많은 시간과 인력을 필요로 한다. 그러나, 본 발명에 의한 펌프시설 원격진단 및 온-라인 관리 시스템은 다수의 펌프들을 온라인으로 실시간 관리할 수 있으므로 매우 경제적이며, 필요시 원격지에 가동중인 펌프들을 즉각적으로 제어할 수 있다.
원격지에 설치된 다수의 펌프들에 대한 유지관리를 신속하고 경제적으로 수행할 수 있다. 다수의 펌프들을 상시 진단하고 성능저하나 고장 등을 예측하기 위 해서는 많은 장비와 인력, 그리고 시간이 소요된다. 그러나, 본 발명에 의한 펌프시설 원격 진단 및 관리 시스템은 실시간으로 펌프의 작동상태를 정밀하게 측정하기 때문에 실시간으로 펌프의 상태진단이 가능하여 펌프고장에 의한 손실을 최소화 할 수 있다.
다수의 펌프들을 장시간 운용하는 경우에는 펌프시설에 의한 에너지 비용이 많은 비중을 차지하게 된다. 이러한 경우 펌프시설을 최적의 조건에서 운용하는 것이 매우 중요하다. 본 발명에 의한 펌프시설 원격진단 및 관리 시스템은 다수의 펌프들에 대한 실시간 데이터를 바탕으로 효율을 계산하고, 공정을 제어할 수 있으므로 펌프시설을 최적의 조건에서 운용할 수 있으며, 그에 따라 사용전력 에너지를 절감할 수 있으므로 매우 경제적이다.
또한, 본 발명에 의한 펌프시설 원격진단 및 관리 시스템은 다수의 펌프들에 대한 실시간 데이터를 수집하고 저장하여 각각의 펌프들에 대한 데이터베이스를 구축할 수 있으므로 장기간에 대한 펌프운용기록을 사후에 정밀하게 분석하여 최적의 공정분석을 설계하고 감시할 수 있다. 펌프들에 대한 데이터베이스를 바탕으로 공정의 장단기 경향 분석, 문제 발생시 단계별 원인 분석 등에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (7)
- 전동 모터를 포함하는 펌프,실시간으로 상기 펌프의 상태를 측정하기 위하여 상기 펌프의 입수부와 출수부에 설치된 제1 및 제2 온도 센서, 실시간으로 상기 펌프의 상태를 측정하기 위하여 상기 펌프의 입수부와 출수부에 설치된 제1 및 제2 압력 센서, 상기 펌프를 구동하는 상기 전동 모터에 공급되는 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 상기 펌프를 구동하는 상기 전동 모터에 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류 센서, 상기 펌프에서 사용되는 오일의 온도를 측정하여 베어링의 온도 상승을 감시하기 위한 제3 온도 센서, 상기 펌프의 진동을 측정하기 위한 진동 센서를 포함하는 센서부,상기 센서부에서 신호를 입력받아서 이를 디지털 신호로 바꾸는 멀티플렉서와 컨버터,프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리,외부 장치와 연동하기 위한 디지털 제어신호 입출력부,외부와 네트워크 통신이 가능하도록 하는 통신 모듈,상기 멀티플레서와 컨버터, 상기 메모리, 상기 디지털 제어신호 입출력부, 상기 통신 모듈로부터 제공된 신호를 처리하고 이를 제어하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 원격 진단기를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템.
- 제1항에서,상기 마이크로 프로세서로 명령 및 데이터를 입력할 수 있는 입력 장치,상기 마이크로 프로세서의 처리 상황을 확인할 수 있는 표시 장치를 더 포함하는 원격 진단기를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템.
- 제1항에서,상기 센서부의 센서들은 4-20mA 신호를 출력하도록 하여 잡음을 최소화하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템.
- 제1항에서,상기 펌프를 2 이상 포함하고,상기 2 이상의 펌프에 각각 연결되어 있는 상기 원격 진단기도 2 이상 포함하며,상기 2 이상의 원격 진단기와 네트워크로 연결되어 실시간으로 펌프에 대한 데이터를 수집하고, 분석하여 저장하고, 필요시 분석 결과를 출력하여 사용자가 원격에서 펌프 제어 명령을 할 수 있도록 하는 서버 컴퓨터를 더 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템.
- 제4항에서,상기 서버 컴퓨터를 2 이상 포함하고,상기 서버 컴퓨터와 네트워크로 연결되어 상기 펌프에 대한 데이터 수집, 분석, 제어 및 관리를 할 수 있는 프로그램을 포함하는 중앙제어 컴퓨터를 더 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 시스템.
- 원격 진단기를 초기화하고 상기 원격 진단기에 연결되어 있는 센서의 정상 가동 여부의 확인 등 자체진단을 수행하는 단계,상기 센서로부터 신호가 입력되는 단계,상기 원격 진단기의 입력포트로 제어 신호가 입력되는 단계,상기 원격 진단기가 제어 모드로 설정되어 있는 경우 센서로부터 입력된 신호의 값과 기 설정된 값을 비교하여 비교 결과에 따라서 제어 신호를 출력하고, 상기 원격 진단기가 제어 모드가 아닌 경우로서 외부에서 명령이 입력된 경우에는 해당 명령을 수행하며, 명령이 수신되지 않은 경우에는 상기 센서로부터 신호를 실시간으로 입력받는 단계부터 재수행하는 단계를 포함하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 방법.
- 제6항에서,상기 센서로부터 입력된 신호의 값과 기 설정된 값을 비교하여 비교 결과에 따라서 제어 신호를 출력하는 것은 입력된 신호의 값이 기 설정된 값보다 큰 경우에 입력된 신호의 값을 출력하는 펌프 시설의 원격 진단 및 관리 방법.
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