KR20130049232A - 엔진 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

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김지온
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이병열
문형순
표준호
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Abstract

본 발명은 원격지에 위치한 복수의 중형엔진의 운전 상태를 온라인으로 감시하고, 이를 통해 운전 상태 및 고장을 진단할 수 있도록 하는 엔진 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 각각의 터미널 박스에서 모니터링 대상인 중형엔진의 각 부위에 설치되어 있는 복수의 측정 센서로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합한 후, 취합된 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 얻은 운전 상태 정보를 통신 라인으로 연결되어 있는 모니터링 장치로 전송하고, 모니터링 장치는 각각의 터미널 박스로부터 수신한 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석한 후, 분석결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단하고, 사용자에게 진단결과를 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 원격지에 위치한 복수의 중형엔진의 운전 상태를 온라인으로 감시하여 운전 상태 및 고장을 진단할 수 있게 된다.

Description

엔진 모니터링 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING OF ENGINE}
본 발명은 엔진 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 원격지에 위치한 복수의 중형엔진의 운전 상태를 온라인으로 감시하고, 이를 통해 운전 상태 및 고장을 진단할 수 있도록 하는 엔진 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
선박 추진용으로 사용되고 있는 대형 디젤엔진은 고장 발생시 해상에 위치하고 있다는 지역적인 특성상 보수가 쉽지 않다. 이에 따라, 종래에는 엔진 모니터링 시스템을 사용하여 선박 추진용으로 사용되고 있는 대형 디젤엔진의 여러 상태를 항상 모니터링하여 노후 부품을 사전에 교체하고, 고장을 미연에 방지한다.
그러나, 발전용으로 주로 사용되고 있는 중형엔진은 고장에 대한 보수의 시급성이 크지 않고, 상대적으로 저가인 중형엔진의 가격에 비해 모니터링 시스템의 가격 부담이 높아, 종래에는 중형엔진에 모니터링 시스템이 거의 적용되지 않아서 유지 보수가 용이하지 않은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 엔진 운영을 지원하기 위해 엔진 운전 사이트에 설치하는 엔진 운전 시스템에서 중형엔진의 상태를 디스플레이하고, 중형엔진의 주요 압력이나 온도가 기준 값을 넘어갈 때 경보음을 울리는 정도의 기능을 제공한다. 그러나, 이러한 경우에는 중형엔진의 상태가 서서히 정상치를 벗어나는 상황에 발생하는 각종 신호를 잡아내어 예지 보전에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 엔진 제조 업체는 운영중인 중형엔진의 상태를 최상으로 유지하여 원하는 엔진 성능을 발휘하도록 할 수 있는 많은 노하우를 축적하고 있으나, 중형엔진의 설치 위치가 원격지에 위치하고 있어 중형엔진의 운전 상태를 엔진 제조업자가 항시 감시하고 대응하는 시스템의 구축이 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2008-61598호 한국공개특허공보 제2008-50696호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 원격지에 위치한 복수의 중형엔진의 운전 상태를 온라인으로 감시하고, 이를 통해 운전 상태 및 고장을 진단할 수 있도록 하는 엔진 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실시간으로 원격지에서 엔진 상태 정보를 모니터링하고 저장할 뿐만 아니라, 엔진의 상태를 분석할 수 있는 여러 진단 도표를 제시하는 기능을 포함하며, 전문가가 원격지에서 엔진 상태 정보를 보고 엔진 상태를 진단할 수 있도록 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 모니터링된 데이터를 기반으로 하여 엔진 운영 및 유지 보수에 필수적인 예지 보전 정보를 생성하고, 이 정보를 엔진 소유업자에게 통보하여 엔진의 운전 및 유지 보수 업무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 시스템은, 모니터링 대상인 중형엔진이 설치되어 있는 현장에 설치되어, 중형엔진의 각 부위에 설치된 복수의 측정 센서로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합하고, 취합된 센서 신호로부터 운전 상태 정보를 획득하는 복수의 터미널 박스와; 상기 복수의 터미널 박스와 통신 연결되어 있으며, 상기 각각의 터미널 박스로부터 운전 상태 정보를 수신하여 그 내용을 실시간으로 사용자에게 제공하는 한편, 수신된 운전 상태 정보를 분석하여 이상 상태 발생시 이를 경보하고, 인터넷 통신망을 통하여 엔진의 운전 상태 정보를 원격지에 있는 엔진 전문가에게 전달하여 엔진 상태를 분석하도록 하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 방법은, 모니터링 대상인 중형엔진에 대한 시운전 단계에서 수집한 시운전 정보 및 설계 사양 정보를 입력받아 데이터베이스에 저장하는 과정과; 각각의 터미널 박스에서 모니터링 대상인 중형엔진의 각 부위에 설치되어 있는 복수의 측정 센서로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합하는 과정과; 상기 취합된 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 얻은 운전 상태 정보를 통신 라인으로 연결되어 있는 모니터링 장치로 전송하는 과정과; 모니터링 장치에서 각각의 터미널 박스로부터 수신한 운전 상태 정보를 데이터베이스에 저장하는 과정과; 상기 운전 상태 정보가 기준 값을 초과하는지 여부를 분석하여 알람이 발생한 경우에는 알람 종류를 분류한 후, 사용자에게 알람 발생을 알리는 과정과; 상기 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석하는 과정과; 상기 분석결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단하고, 사용자에게 진단결과를 제공하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 엔진 모니터링 시스템 및 방법에 따르면, 원격지에 위치한 복수의 중형엔진의 운전 상태를 온라인으로 감시하여 운전 상태 및 고장을 진단할 수 있게 된다. 또한, 전문가와 엔진 소유업자가 원격지에서 모니터링된 엔진 상태 정보를 보고 엔진의 운전 상태를 진단할 수 있게 됨에 따라, 유지 보수 업무를 보다 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명에 적용되는 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엔진 모니터링 시스템 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 1에서, 터미널 박스(20-1, …, 20-n)는 모니터링 대상인 중형엔진(10-1, …, 10-n)이 설치되어 있는 현장에 설치되어, 중형엔진(10-1, …, 10-n)의 각 부위에 설치된 복수의 측정 센서(미도시)로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합한 후, 취합된 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 얻은 운전 상태 정보를 엔진 알람 모니터링 장치(30-1, …, 30-n)와 모니터링 장치(40)로 전송한다.
여기서, 복수의 측정 센서(미도시)는 엔진의 각 부위에 설치되어 각 부위의 온도와 압력, 예를 들어 주변온도, 주변압력, 배기온도, 배기압, 배기가스 온도, 저온 냉각수 온도, 저온 냉각수 압력, 고온 냉각수 온도, 고온 냉각수 압력, 연료유 온도, 연료유 압력, 윤활유 온도, 윤활유 압력, 엔진 속도, 터보챠저 속도 등을 측정한다.
엔진 알람 모니터링 장치(30-1, …, 30-n)는 중형엔진(10-1, …, 10-n)이 설치되어 있는 현장에 설치되며, 일대일 연결되어 있는 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 취합된 운전 상태 정보를 수신하고, 수신된 운전 상태 정보에 의거하여 중형엔진(10-1, …, 10-n)의 운전 상태를 디스플레이하고, 중형엔진(10-1, …, 10-n)의 주요 압력이나 온도가 기준 값을 초과하면 경보음을 울린다.
모니터링 장치(40)는 복수의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)와 통신 라인으로 연결되어 있으며, 각각의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 운전 상태 정보를 수신하여 그 내용을 사용자 화면을 통하여 실시간으로 사용자에게 제공함과 동시에 데이터베이스에 저장하고, 수신된 운전 상태 정보를 분석하여 이상 상태 발생시 이를 경보한다.
또한, 모니터링 장치(40)는 각각의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 수신한 운전 상태 정보를 인터넷 통신망을 통해 연결되어 있는 모니터링 장치(50)로 전송하여, 원격지의 엔진 전문가가 실시간 감시와 분석을 할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 2에서, 정보 수집부(41)는 통신 라인으로 연결되어 있는 복수의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 운전 상태 정보를 실시간으로 수신한다.
전술한, 정보 수집부(41)는 작업자로부터 수집된 운전 상태 정보를 오프라인으로 입력받는 오프라인 정보 수집부(미도시)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
데이터베이스(43)는 수집된 각종 데이터를 저장하는 것으로, 시운전 정보 DB와, 설계 사양 정보 DB와, 운전 상태 정보 DB를 포함하여 이루어진다.
여기서, 시운전 정보 DB는 엔진 제작 후 시운전 단계에서 수집한 시운전 정보를 저장한다. 시운전 정보는 엔진의 초기 상태를 나타내는 기준이 되는 데이터이다.
설계 사양 정보 DB는 설계 단계에서 요구되는 각종 조건을 명시하는 설계 사양 정보를 저장한다. 설계 사양 정보는 엔진의 운전 시간이 경과하여 상태가 변경될 경우 시운전 상태 정보와 함께 엔진 상태 평가 기준으로 사용된다.
운전 상태 DB는 엔진을 운영하면서 정보 수집부(41)를 통해 수집한 운전 상태 정보를 저장한다. 운전 상태 정보는 향후 엔진의 상태를 분석하는데 사용된다.
한편, 엔진 상태 분석부(45)는 정보 수집부(41)를 통해 수집한 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석한다.
전술한, 엔진 상태 분석부(45)는 기준값(Level) 기반 분석, 편차(Deviation) 기반 분석, 경향(Trend) 기반 분석, 부하(Load) 기반 분석, 성능 곡선(Performance Curve) 기반 분석, 상관관계(Correlation) 기반 분석 중에서 적어도 하나 이상을 사용하여 엔진 상태 이상을 분석한다.
여기서, 기준값 기반 분석은 정보 수집부(41)를 통해 수집한 운전 상태 정보가 설계 기준 값을 초과하는지 여부를 분석하여 엔진 상태 이상을 판정하는 것으로, 엔진 상태 이상을 판정하는 가장 일반적인 방법이다.
경향 기반 분석은 장기간 축적된 경향 데이터를 이용하여 점진적으로 변화되는 엔진 상태를 분석하는 방식으로, 일반적으로 경향 기반 분석은 기준값 기반 분석과 같이 적용되어 상태 진단을 수행한다.
편차 기반 분석은 실린더 간의 데이터 차이를 분석하여 엔진 상태 이상을 판정하는 것으로, 같은 운전 조건에서는 모든 실린더가 거의 동일한 상태를 보여야 한다는 전제조건에서 비교하는 방식이다.
부하 기반 분석은 시운전 데이터를 정상 데이터라는 가정하에 특정 부하 상태에서 현재 값이 정상 데이터에 비해서 어떤 경향을 보이는지를 파악하여 정상 여부를 분석하는 방식이다.
성능 곡선 기반 분석은 시운전시 작성한 중형엔진의 성능 곡선에 현재 상태 값을 대비하여 엔진 상태의 정상 여부를 판별하는 방식이다. 여기서, 성능 곡선은 엔진 상태를 나타내는 가장 중요한 정보로 상위로부터 하위로 내려오면서 엔진 부위별 이상 여부를 판별할 수 있도록 한다.
그리고, 부하 기반 분석은 엔진의 시운전 데이터를 기반으로 하나의 상태 정보를 비교하는 방식임에 반해서 성능 곡선 기반 분석은 성능 곡선을 이루는 8개 데이터를 동시에 비교한다.
상관관계 기반 분석은 엔진 상태 데이터 중에서 상관관계가 있는 값들을 서로 비교하여 엔진 상태를 분석하는 방식으로, 예를 들어 엔진 실린더 압력과 배기 가스 온도 등과 같이 연소 성능과 관계가 있는 상태 정보를 묶어서 비교하는 방식이다. 그리고, 상관관계 기반 분석은 엔진 부하를 계산할 필요가 없기 때문에 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이다.
한편, 진단부(47)는 엔진 상태 분석부(45)에서 분석된 결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단한다.
전술한, 진단부(47)는 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis) 기반으로 엔진의 이상 상태를 진단하는 것이 바람직하다.
진단부(47)에서의 진단 결과에 의거하여 고객 지원(Service Engineering) 단계에서 유지 보수 지원 업무(Maintenance Recommendation) 및 수명 예측 업무(Lifetime Prediction) 등을 수행하게 된다.
도 3 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모니터링 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 모니터링 장치(40)는 모니터링 대상인 중형엔진(10-1, …, 10-n)에 대한 일반적인 정보, 모니터링에 사용될 측정 및 분석 정보들에 대한 태그(tag) 정보, 시운전 단계에서 수집한 시운전 정보, 설계 사양 정보 등을 입력받아 데이터베이스(43)에 저장한다(S10).
한편, 각각의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)는 모니터링 대상인 중형엔진의 각 부위에 설치되어 있는 복수의 측정 센서(미도시)로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합한 후, 취합된 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 얻은 운전 상태 정보를 통신 라인으로 연결되어 있는 모니터링 장치(40)로 전송한다(S12, S14).
상기한 과정 S14를 통해 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 운전 상태 정보를 수신한 모니터링 장치(40)는 각각의 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 수신한 운전 상태 정보를 데이터베이스(43)에 저장한다(S16).
이후에는, 운전 상태 정보가 기준 값을 초과하는지 여부를 분석하여 알람의 발생 여부를 판단하고(S18), 판단결과에 따라 알람이 발생한 경우에는 알람 종류를 분류한 후, 미리 정해진 규정에 따라 엔진의 상세 정보를 저장하고, 알람 발생을 사용자에게 알린다(S20).
그리고, 모니터링 장치(40)는 터미널 박스(20-1, …, 20-n)로부터 수신한 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석한 후(S22), 분석결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단하고, 사용자에게 진단결과를 제공한다(S24).
상기한 과정 S24에서 모니터링 장치(40)는 사용자에게 FMEA 기반의 이상 발생 유형 분석 정보를 제공한다. 이에 따라, 정상 상태의 엔진의 운전 정보의 운전 경향은 상태 감시 화면을 통하여 사용자에게 실시간으로 제공되며, 운전 정보는 단기 및 장기 경향 정보로 분리되어 저장된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 엔진의 상태를 분석하기 위해서 운전 데이터 및 성능 곡선 기반의 진단 기법을 제공하여 사용자가 엔진 상태를 진단할 수 있도록 한다.
본 발명의 엔진 모니터링 시스템 및 방법은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10-1, …, 10-n. 중형엔진, 20-1, …, 20-n. 터미널 박스,
30-1, …, 30-n. 엔진 알람 모니터링 장치, 40, 50. 모니터링 장치,
41. 정보 수집부, 43. 데이터베이스,
45. 엔진 상태 분석부, 47. 진단부

Claims (8)

  1. 모니터링 대상인 중형엔진이 설치되어 있는 현장에 설치되어, 중형엔진의 각 부위에 설치된 복수의 측정 센서로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합하고, 취합된 센서 신호로부터 운전 상태 정보를 획득하는 복수의 터미널 박스와;
    상기 복수의 터미널 박스와 통신 연결되어 있으며, 상기 각각의 터미널 박스로부터 운전 상태 정보를 수신하여 그 내용을 실시간으로 사용자에게 제공하는 한편, 수신된 운전 상태 정보를 분석하여 이상 상태 발생시 이를 경보하고, 인터넷 통신망을 통하여 엔진의 운전 상태 정보를 원격지에 있는 엔진 전문가에게 전달하여 엔진 상태를 분석하도록 하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어지는 엔진 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모니터링 장치는,
    상기 복수의 터미널 박스로부터 운전 상태 정보를 수신하는 정보 수집부와;
    각각의 중형엔진에 대한 시운전 단계에서 수집한 시운전 정보, 설계 단계에서 요구되는 설계 사양 정보, 상기 정보 수집부를 통해 수집한 운전 상태 정보를 저장하는 데이터베이스와;
    상기 정보 수집부를 통해 수집한 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석하는 엔진 상태 분석부와;
    상기 엔진 상태 분석부에서 분석된 결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단하는 진단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 정보 수집부는,
    작업자로부터 수집된 운전 상태 정보를 입력받는 오프라인 정보 수집부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 엔진 상태 분석부는,
    상기 정보 수집부를 통해 수집한 운전 상태 정보가 설계 기준값을 초과하는지 여부를 분석하여 엔진 상태 이상을 판정하는 기준값 기반 분석과,
    장기간 축적된 경향 데이터를 이용하여 점진적으로 변화되는 엔진 상태를 분석하는 경향(Trend) 기반 분석과,
    실린더 간의 데이터 차이를 분석하여 엔진 상태 이상을 판정하는 편차 기반 분석과,
    시운전 데이터를 정상 데이터라는 가정하에 특정 부하 상태에서 현재 값이 정상 데이터에 비해서 어떤 경향을 보이는지를 파악하여 정상 여부를 분석하는 부하 기반 분석과,
    시운전시 작성한 중형엔진의 성능 곡선에 현재 상태 값을 대비하여 엔진 상태의 정상 여부를 판별하는 성능 곡선 기반 분석과,
    엔진 상태 데이터 중에서 상관관계가 있는 값들을 서로 비교하여 엔진 상태를 분석하는 상관관계 기반 분석 중에서 적어도 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 측정 센서는,
    엔진의 각 부위에 설치되어 압력을 측정하는 복수의 압력 센서와, 엔진의 각 부위에 설치되어 온도를 측정하는 복수의 온도 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 터미널 박스는,
    복수의 측정 센서로부터 취합한 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 운전 상태 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 중형엔진이 설치되어 있는 현장에 설치되며, 일대일 대응·연결되어 있는 터미널 박스로부터 취합된 운전 상태 정보를 수신하고, 수신된 운전 상태 정보에 의거하여 중형엔진의 운전 상태를 디스플레이하고, 중형엔진의 주요 압력이나 온도가 기준 값을 초과하면 경보음을 울리는 엔진 알람 모니터링 장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 모니터링 시스템.
  8. 모니터링 대상인 중형엔진에 대한 시운전 단계에서 수집한 시운전 정보 및 설계 사양 정보를 입력받아 데이터베이스에 저장하는 과정과;
    각각의 터미널 박스에서 모니터링 대상인 중형엔진의 각 부위에 설치되어 있는 복수의 측정 센서로부터 측정된 센서 신호를 실시간 취합하는 과정과;
    상기 취합된 아날로그 형태의 센서 신호를 디지털 신호로 변환하여 얻은 운전 상태 정보를 통신 라인으로 연결되어 있는 모니터링 장치로 전송하는 과정과;
    모니터링 장치에서 각각의 터미널 박스로부터 수신한 운전 상태 정보를 데이터베이스에 저장하는 과정과;
    상기 운전 상태 정보가 기준 값을 초과하는지 여부를 분석하여 알람이 발생한 경우에는 알람 종류를 분류한 후, 사용자에게 알람 발생을 알리는 과정과;
    상기 운전 상태 정보에 의거하여 엔진의 운전 상태를 분석하는 과정과;
    상기 분석결과에 의거하여 엔진의 어느 부위에 문제가 발생했는 지를 진단하고, 사용자에게 진단결과를 제공하는 과정을 포함하여 이루어지는 엔진 모니터링 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180020564A (ko) 2016-08-18 2018-02-28 현대중공업 주식회사 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법
WO2019022348A1 (ko) * 2017-07-26 2019-01-31 엘에스엠트론 주식회사 농업용작업차량, 농업용작업차량의 상태 모니터링 시스템 및 모니터링 방법
KR102675460B1 (ko) * 2023-10-27 2024-06-17 주식회사 아임토리 선박의 엔진 실린더 온도 모니터링 및 인공지능 예측 방법 및 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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