KR20090001432A - 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템 - Google Patents

인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20090001432A
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Abstract

본 발명은 원격 설비 모니터링에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 각종 설비들의 작동중 진동/소음 측정 데이터들을 인터넷망을 통하여 정기적으로 전용서버에 업로드 하고, 이들 데이터들로부터 설비의 상태를 진단하여 그 진단결과를 설비관리자가 다운받아 필요한 조치를 취할 수 있게 하는 원격 설비모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 설비 모니터링 시스템은 데이터 수집모듈(10), 게이트웨이 컴퓨터(20), 서비스서버(30), 서비스제공자 컴퓨터(40), 설비관리자 컴퓨터(50), 그리고 이동통신망을 통하여 긴급정비 사항을 통지받을 수 있는 휴대전화기(60) 등을 포함하여 구성된다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 설비 모니터링 시스템은 아주 넓은 지역에 산재된 설비의 진동/소음 측정값을 인터넷망을 통하여 취합하고, 이들로부터 설비의 이상유무를 판정한 모니터링 결과를 다시 인터넷망을 통하여 해당 설비관리자에게 즉시 통보해 주어 적절한 조치를 취하게 한다. 이와 같이 설비의 진동/소음을 모니터링할 경우, 설비의 고장을 미리 예측하고 원인을 분석하여, 적절한 예방조치를 취할 수 있다.
진동, 소음, 모니터링, 인터넷, 원격, 고장진단

Description

인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템{Internet Base Online Conditioning Monitoring System}
도 1은 시스템 구성도이다.
도 2는 데이터수집모듈의 상세구성도이다.
도 3은 설비의 이상유무 판정 절차도이다.
※ 주요 구성품 번호
10 : 데이터 수집모듈, 20 : 게이트웨이 컴퓨터, 30 : 서비스서버,
40 : 서비스제공자 컴퓨터, 50 : 설비관리자 컴퓨터, 60 : 휴대전화기)
본 발명은 원격 설비 모니터링에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 다수의 설비 장비가 사용되는 플랜트 등의 산업현장에 설치되어 있는 각종 설비들의 작동중 진동, 소음 등의 상태변수들을 측정하여 측정 데이터들을 인터넷망을 통하여 정기적으로 전용서버에 업로드 하고, 이들 데이터들을 전문기술자가 관리하는 관리자컴퓨터로 다운받아 설비의 상태를 진단하여 그 진단 결과를 설비관리자가 다운받아 필요한 조치를 취할 수 있게 하는 원격 설비 모니터링 및 관리시스템에 관한 것이 다.
산업현장에서 사용되는 대다수의 설비들은 펌프, 모터, 엔진 등의 회전기계 자체이거나, 또는 이러한 회전기계가 장착된 기계들인데, 이들 회전기계들은 회전체의 불평형 질량(Unbalance Mass), 축의 휨, 베어링 마모, 기어 치면의 손상 등의 영향으로 가동중 필연적으로 진동과 소음이 발생한다. 이러한 진동과 소음은 설비에 고장의 징후가 있으면, 그 고장의 원인과 관계가 있는 특정 주파수 성분의 진동 또는 소음의 발생이 급격히 증가한다. 따라서 설비의 전체 진동/소음값 또는 특정 주파수의 진동/소음값을 계속적 또는 주기적으로 측정하여, 설비에서 정상적으로 발생하는 진동/소음의 양상과 비교하여 관찰하면 설비의 고장을 예측할 수 있고, 그 고장의 원인까지 미리 예측할 수 있어서 예방정비 등 적절한 조치를 취할 수 있다. 이러한 기술을 진동/소음 모니터링(Vibration/Noise Monitoring) 이라고 하는데, 진동/소음 모니터링을 통하여 중요한 설비가 불시에 고장을 일으켜, 전체 생산 공정의 정지, 주변 작업 인원에 대한 신체적 피해 등 불측의 치명적인 피해를 유발하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 진동/소음모니터링을 위하여, 종래에는 진동/소음을 유발하는 설비에 진동 가속도계(Vibration Accelerometer) 또는 마이크로폰 등의 센서를 포함한 고가의 계측장치를 설치하여 두고, 이 센서를 신호케이블로 신호처리장치장치 또는 신호처리가 가능한 컴퓨터 등과 연결한 별도의 진동/소음모니터링 시스템을 구비하여 설비의 진동/소음을 모니터링하였다.
무엇보다도, 이러한 설비의 진동/소음 모니터링에는 진동과 소음, 그리고 이 를 통한 고장진단에 고도의 지식을 가진 기술자를 보유하지 않으면 설비의 모니터링 시스템을 구축하여 운용하기가 거의 불가능하다. 따라서 규모가 크지 않거나 수익구조가 나쁜 산업현장에서는 설비진단을 위한 모니터링 시스템을 구축하는 것이 거의 불가능하였고, 지금까지는 아주 고가의 대형설비 등에만 부분적으로 진동/소음 모니터링을 하고 있는 실정이다.
최근 아주 고가이거나 고장 시 파급효과가 큰 설비를 중심으로 전용 진동/소음 모니터링 시스템과 전용 소프트웨어가 개발되어 사용중에 있다. 그리고, 하나의플랜트에 설치된 다수 대 또는 다수 종류의 설비의 진동/소음 데이터를 유선 또는 무선으로 중앙 통제장치로 모아 플렌트 단위로 진동/소음을 모니터링을 하여 설비의 상태모니터링을 하는 단계로 까지 기술이 발전하였다.
그러나, 아직 인터넷을 기반으로 한 설비 모니터링 시스템에 관한 실효성있는 모니터링 시스템은 개발된 바가 없다.
진동/소음 모니터링은 상기와 같이 고도의 전문성이 요구되므로, 이러한 전문기술자가 없는 소규모 플랜트에서도 진동/소음 모나터링을 통하여 설비의 이상 유무 또는 고장 징후를 진단할 수 있는 설비 모니터링 시스템이 필요하다.
이러한 목적의 설비 모니터링 시스템은 각 플랜트에 설치된 설비들의 진동/소음 데이터를 적절한 형태로 가공을 하여, 전문기술자가 이를 이용할 수 있게 하는 데이터 업로드 시스템을 구비하여야 하고, 전문기술자가 진단한 내용을 설비관 리 담당자가 항상 이용할 수 있게 다운로드 받을 수 있어야 한다. 그리고 긴급한 정비가 요구될 때는 설비관리 담당자에게 즉시 이를 통지할 수 있는 시스템이 구비되어야한다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 설비 모니터링 시스템은 상기와 같은 기술적 과제를 실현한 원격 설비 상태 모니터링 시스템이다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템은 개별 설비에 설치되어 설비 가동중 발생하는 진동/소음 데이터를 수집할 수 있는 데이터 수집모듈(10), 다수 대의 설비에서 수집된 진동/소음 데이터를 취합하여 인터넷망으로 업로드하는 게이트웨이 컴퓨터(20), 설비진단 소프트웨어와 기타 모니터링에 필요한 데이터 베이스와 다수 플랜트의 게이트웨이 컴퓨터(20)들이 업로드 한 측정데이터와 서비스제공자가 업로드한 모니터링 결과자료를 보관하고 관리하는 서비스서버(30), 서비스서버로부터 자료를 다운로드 받아 전문기술자가 설비의 상태를 진단한 결과를 서비스서버로 업로드 할 수 있는 서비스제공자 컴퓨터(40), 서비스제공자 컴퓨터로 업로드한 진단 결과 및 게이트웨이 컴퓨터가 업로드한 측정데이터를 다운로드 받아볼 수 있는 설비관리자 컴퓨터, 그리고 이동통신망을 통하여 긴급정비 사항을 통지받을 수 있는 휴대전화기(50) 등을 포함하여 구성된다.
데이터 수집모듈(10)은 도 2에 도시한 바와 같이, 센서(11), 신호증폭기(12), 필터(13), A/D컨버터(14), 신호처리회로(15), 그리고 통신포트(16)를 포함 하여 구성된다.
센서(11)는 진동/소음 또는 소음을 측정하는 구성품으로서, 설비의 진동을 측정하는 가속도계(Accelerometer), 속도픽업(Velocity Pick-Up), 변위픽업(Displacement Pick-Up) 등의 진동픽업과 소음을 측정하는 마이크로폰이 사용된다. 진동픽업 중에서는 가속도계가 가장 보편적으로 사용되고, 모니터링을 하고자 하는 설비의 특정부위에 부착된다. 소음을 측정하기 위하여 마이크로폰을 사용할 경우에는 마이크로폰을 삼각대 등을 이용하여 설비의 인근에 설치하면 된다.
신호증폭기(12)는 센서(11)에서 감지되어 나오는 약한 전기 신호를 신호처리회로(15)에서 처리하기에 용이한 정도로 증폭을 하는 기능을 한다.
필터(13)는 신호증폭기에서 나오는 진동/소음 신호 중에서, 설비에서 발생하는 진동/소음 신호와 무관한 노이즈를 제거하는 기능을 하는데, 고주파 신호성분과 저주파 신호성분을 제거하는 밴드패스필터(Band Pass Filer)를 사용하거나, 저주파 노이즈 제거용 하이패스필터(High Pass Filer)와 고주파 노이즈 제거용 로패스필터(Low Pass Filer)를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다.
A/D컨버터(14)는 필터(13)로부터 받은 아날로그 신호를 고속으로 샘플링(Sampling)하여 디지털로 변환하여 신호처리회로(15)로 보낸다.
신호처리회로(15)는 샘플러(151, Sampler)와 FFT(Fast Fourier Transformer) 회로(152)로 구성된다. 샘플러(151)는 설정된 시간 간격(10분, 1시간 등)마다 A/D컨버터(14)로부터 들어오는 데이터를 추출한다. 데이터 샘플링 주기는 짧을수록 정밀한 모니터링이 이루어지나, 너무 짧을 경우 데이터 량이 많아지므로, 이를 감안 하여 적적한 시간 간격으로 샘플링을 한다. FFT회로(152)는 샘플러(152)에서 추출한 타임도메인 데이터(Time Domain Data)를 푸리에 변환을 하여 주파수도메인 데이터(Frequency Domain Data)로 주파수 변환을 한다.
모니터링의 대상이 되는 하나의 설비의 다수 부위에 센서(11)를 부착하여 진동/소음을 측정할 수 있고, 이와 같은 경우 샘플러(151)는 여러 개의 센서들에서 들어오는 신호를 순차적으로 샘플링할 수 있다.
통신포트(16)는 신호처리회로(15)에서 수집하여 가공한 측정데이터를 하기 게이트웨이 컴퓨터(20)로 전송한다. 설비의 모니터링에 있어서 타임도메인 데이터가 사용되는 경우도 있으므로, 통신포트에 주파수도메인 데이터와 타임도메인 데이터가 모두 입력되게 하는 것이 좋다. 통신포트(16)는 주로 유선으로 게이터웨이 컴퓨터와 연결되나, 최근에는 NFC(Near Field Communication), 블루투스(Blue Tooth) 등의 근거리 무선통신기술이 발달하여, 무선통신으로 게이터웨이 컴퓨터(20)와 연결할 수도 있다.
게이트웨이 컴퓨터(20)는 하나의 플랜트 내에 설치된 다수의 설비에 부착된 상기 데이터수집모듈(10)들이 전송한 측정 데이터들을 인터넷망을 통하여 서비스 서버에 업로드(Upload)한다.
서비스서버(30)는 인터넷망과 연결되어 있고, 모니터링 대상이 되는 설비들의 기종, 정상 진동/소음발생양상, 이상유무 판정기준, 회전수, 중량 등 모니터링 기초자료와, 모니터링 소프트웨어 등을 저장하고 있다. 그리고, 여러 플랜트 또는 기타 사업장의 게이트웨이 컴퓨터(20)들로부터 업로드 된 측정자료로 설비 기계의 상태를 모니터링하여 정해진 포멧에 따라 모니터링 보고서를 작성하는 통상적인 모니터링을 한다. 또한, 전문기술자가 서비스제공자 컴퓨터(40)를 통하여 업로드한 모니터링 결과자료를 보관하여, 이들 자료들을 설비운영자와 전문기술자가 사용하는 서비스제공자 컴퓨터(40)로 다운로드(Download)받아 사용할 수 있게 한다.
통상적인 모니터링의 내용은, 서비스서버(30)에 미리 입력된 모니터링 소프트웨어에 의하여 개별 설비의 진동/소음 데이터를 판정기준과 비교하여 자동으로 설비의 상태를 진단하고, 정기적(1일 1회 등)으로 모니터링 보고서로 작성하여 보관하고, 이상징후가 감지되면 인터넷망을 통하여 설비관리자 컴퓨터(50)와 서비스제공자 컴퓨터(40)에 이메일로 경고 메시지를 보내고, 긴급조치사항이 발생할 경우 인터넷망과 이동통신망을 통하여 설비 관리자와 서비스제공자측의 모니터링 요원의 휴대전화기로 문자메시지를 추가로 보내는 등의 작업이다.
설비에서 발생하는 진동/소음을 측정하여 설비의 상태를 모니터링하는 데는 측정된 진동/소음신호의 시간영역 데이터를 바로 이용하거나, 측정된 진동/소음 신호를 주파수 분석을 하여 주파수영역 데이터를 이용하여 할 수 있다.
시간영역 데이터를 이용하는 모니터링 방법으로는 Crest Factor를 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이 있는데, Crest Factor는 진동/소음신호의 RMS 값에 대한 Peak 값의 비(Peak/RMS)로 정의된다. Crest Factor는 충격성 신호(Impulse Signal) 성분이나 단기 현상(Short Event)에 의한 신호를 검출하여 모니터링을 하는 것으로서, 베어링의 깨짐, 기어파손 등에 의하여 발생하는 순간적인 진동/소음의 변화를 감지함으로써 진단할 수 있는 요소이다.
주파수영역 데이터를 이용하는 모니터링 방법으로는 Peak 검사법, Band 검사법, Overall 검사법 등이 있다.
Peak 검사법은 특정주파수 성분에 해당하는 진동값의 진폭(Amplitude)을 이상유무의 판정기준으로 하는 방법으로서, 설비에서 발생하는 진동신호의 주파수가 일정한 값인 경우(예 : AC 모터에서 120Hz의 자기진동/소음성분이 지배적인 것 등)에 적용된다. Band 검사법은 일정한 특정 주파수 대역폭에서 계산된 진동값의 합을 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이다. Overall 검사법은 검사주파수 대역 내에서 측정된 모든 진동값(Overall 값)의 합을 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이다.
서비스제공자 컴퓨터(40)는 서비스제공자 측의 전문기술자인 모니터링 요원이 관리하고, 정기적으로 또는 이상징후에 관한 이메일이 서비스서버(30)로부터 접수되면, 서비스서버(30)로부터 측정 데이터와 모니터링 보고서를 다운받아 해당 설비에 대하여 긴급 모니터링을 한다. 그리고 특별 조치사항이 있을 경우. 이를 또 다른 모니터링 보고서로 작성하여 서비스서버(30)에 업로드하여 설비관리자가 다운로드 받아 이용할 수 있게 한다.
보안을 위하여, 설비의 모니터링에 필요한 모니터링 대상이 되는 설비들의 기종, 정상 진동/소음발생양상, 이상 유무 판정기준, 회전수, 중량 등 모니터링 기초자료룰 포함한 데이터 베이스와 모니터링 소프트웨어는 서비스제공자 컴퓨터(40)에 설치하여, 통상적인 모니터링을 하고 그 결과를 서비스서버(30)에 업로드하는 방식으로 모니터링 시스템을 운용할 수도 있다. 이 경우 보안성은 증대되나, 전문 모니터링 요원이 외출하는 등의 경우에는 긴급 모니터링을 할 수 없어 사용편리성이 저하된다. 이와 같이 운용될 경우, 서비스제공자 컴퓨터에서 통상적인 모니터링을 한다.
모니터링을 하고 있는 설비 중, 특정설비에 이상징후가 포착되면 서비스서버(30)는 서비스제공자 컴퓨터(40)와 설비관리자 컴퓨터(50)에 알람(Alarm) 신호, 경고음 등을 발하는 이메일을 발송하여, 전문기술자인 모니터링 요원과 설비관리자가 이를 즉시 인지하게 하고, 모니터링 요원은 해당설비의 측정데이터를 다운로드 받아 설비의 현재 상태, 이상징후 여부, 긴급조치 사항 등을 긴급조치보고서로 작성하여 서비스서버(30)에 업로드한다. 이와 같은 긴급조치보고서가 서비스서버(30)에 업로드 되면, 서비스서버(30)는 이를 즉시 설비관리자 컴퓨터(50)로 이메일로 전송한다.
보안을 위하여, 각 사업장 단위의 서비스제공자와 설비관리자는 미리 설정된 아이디와 페스워드를 입력하여야 서비스서버(30)에 접속할 수 있게 하고, 각 설비관리자에게는 자신이 관리하는 설비에 대한 측정자료와 모니터링 보고서만 볼 수 있게 하는 것이 좋다.
본 발명인 모니터링 시스템은 설비의 모니터링 자료로 진동/소음 측정자료 및 이를 기준으로 한 판정기준만 이용하는 것으로 국한되지 않고, 온도, 유량, 회전수 등 설비의 상태를 모니터링할 수 있는 모든 측정자료와 이들을 기준으로 한 판정기준이 사용될 수 있다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 설비 모니터링 시스템은 아주 넓은 지역(우리나라 전역 또는 해외 플랜트 등)에 산재된 설비의 진동/소음 측정값을 인터넷망을 통하여 취합하고, 모니터링 결과를 다시 인터넷망을 통하여 해당 설비관리자에게 즉시 통보해 주어 적절한 조치를 취하게 한다.
본 발명인 인터넷 기반 온라인 설비 모니터링 시스템은 서비스서버 또는 서비스제공자 컴퓨터에 설비 대상 설비의 이상 여부 판단에 필요한 다양한 판정기준을 입력하여 두고 진동/소음 측정값을 이들 판정기준과 비교하여 설비의 이상징후를 자동으로 포착하여 설비의 모니터링을 할 수 있고, 이러한 모니터링 결과를 설비관리자와 서비스제공자인 전문모니터 요원이 즉시 파악할 수 있게 한다. 또한 소수의 전문기술자가 고장의 원인 등 상세한 설비진단을 하고, 이를 지역적으로 분산된 다수 현장의 설비관리자가 이용할 수 있게 하여, 효과적이고 경제적으로 설비를 관리할 수 있게 한다.
상기와 같이 설비의 진동/소음을 모니터링할 경우, 설비의 고장을 미리 예측하고 그 원인을 분석하여, 적절한 예방조치를 취할 수 있다. 이에 따라 적절한 사전 정비를 통하여 설비의 갑작스러운 고장으로 인하여 발생하는 치명적인 손실을 방지할 수 있으며, 미리 예비품을 준비하는 등의 방법으로, 고가의 설비 및 그 설비가 사용된 설비 전체를 안전하게 관리할 수 있다.

Claims (3)

  1. 설비 가동중 발생하는 진동/소음 데이터를 수집하는 것으로서, 진동/소음을 감지하는 센서(11), 상기 센서(11)로부터 출력되는 신호를 증폭하는 신호증폭기(12), 상기 신호증폭기에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거하는 필터(13), 상기 필터에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D컨버터(14), 상기 A/D컨버터(14)에서 출력된 디지털 데이터를 샘플링하고 주파수변환을 하는 신호처리회로(15), 그리고 상기 신호처리회로(15)에서 출력된 측정 데이터를 외부로 송출하는 통신포트(16)를 포함하여 구성되는 데이터 수집모듈(10);
    다수 대의 설비에 설치된 상기 데이터 수집모듈(10)로부터 수집된 진동/소음 데이터를 취합하여 인터넷망으로 업로드하는 게이트웨이 컴퓨터(20);
    설비진단 소프트웨어와 각 설비들에 관한 데이터베이스 및 이상유무 판정기준을 저장하여, 다수 플랜트의 상기 게이트웨이 컴퓨터(20)들이 업로드 한 측정데이터를 이용하여 설비의 상태를 진단하고 진단결과를 모니터링 보고서로 작성하는 설비모니터링을 하고, 서비스제공자가 업로드한 모니터링 자료를 보관하고 관리하는 서비스서버(30);
    상기 서비스서버(30)로부터 각 설비의 측정데이터와 모니터링 보고서를 다운로드 받고, 서비스서버(30)으로부터 진급조치사항을 이메일로 접수하여 각 설비들의 상태를 진단하고, 특별 조치사항이 있을 경우 이를 보고서로 작성하여 서비스서버(30)로 업로드하는 서비스제공자 컴퓨터(40);
    상기 서비스서버(30)로부터 모니터링 보고서와 게이트웨이 컴퓨터가 업로드한 측정데이터를 다운로드 받아볼 수 있고, 서비스서버(30)로부터 진급조치사항을 이메일로 접수하는 설비관리자 컴퓨터(50);
    를 포함하여 구성되는 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서비스서버(30)에 설비진단 소프트웨어와 각 설비들에 관한 데이터베이스 및 이상 유무 판정기준을 저장하여 서비스서버(30)가 설비모니터링을 하는 대신, 설비진단 소프트웨어와 각 설비들에 관한 데이터베이스 및 이상유무 판정기준을 서비스제공자 컴퓨터(40)에 저장하여 서비스제공자 컴퓨터가 설비모니터링을 하는 것을 특징으로 하는, 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템은, 휴대전화기(60)를 추가로 구비하여, 전문 모니터링 요원과 설비 관리자가 인터넷망과 이동통신망을 통하여 긴급조치 사항을 통지받을 수 있는 것을 특징으로 하는, 인터넷 기반 온라인 상태 모니터링 시스템.
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