KR20190072165A - Fault diagnosis system of motor - Google Patents

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KR20190072165A
KR20190072165A KR1020170173299A KR20170173299A KR20190072165A KR 20190072165 A KR20190072165 A KR 20190072165A KR 1020170173299 A KR1020170173299 A KR 1020170173299A KR 20170173299 A KR20170173299 A KR 20170173299A KR 20190072165 A KR20190072165 A KR 20190072165A
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김병석
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Abstract

The present invention relates to a motor fault diagnosis system, which can monitor the operation of a motor in real time, catch fault indications, identify fault causes, and provide preventive maintenance. The motor fault diagnosis system comprises: a first monitoring unit for measuring and analyzing the rotation angle of the motor and performing modeling; a second monitoring unit for measuring and analyzing a vibration state of the motor and performing modeling; a third monitoring unit for measuring and analyzing the frequency of the motor and performing modeling; a display unit for receiving data modeled by the first monitoring unit, the second monitoring unit, and the third monitoring unit and outputting the data on a designated screen; and a fault discrimination unit for storing learning data obtained from the first, the second, and the third monitoring unit and outputting a warning phrase through the display when the stored learning data exceeds a predetermined reference value.

Description

모터 고장 진단 시스템{Fault diagnosis system of motor}{Fault diagnosis system of motor}

본 발명은 모터 고장 진단 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 3D 모델링, 3D 진동 상태, 주파수 분석 및 실시간 데이터 통신을 통해 모터의 결함을 검출할 수 있도록 하는 모터 고장 진단 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor fault diagnosis system, and more particularly, to a motor fault diagnosis system capable of detecting a motor fault through 3D modeling of a motor, 3D vibration state, frequency analysis and real time data communication.

일반적으로 산업현장에서 모터, 특히 3상 유도전동기는 기계의 동력원으로 사용되고 고장시에는 기계의 생산중단에 따른 상당한 기회손실을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 모터의 고장은 베어링 고장, 절연 파손 등의 고정자 고장, 로터 바의 회전자 고장 및 기계적 결함 등에 의하여 80% 이상 발생한다. 고장 이유에 대하여 모터를 실시간으로 상태를 감시하고 고장을 진단하여 왔고 고장을 진단하는 방법이 다양한 방법으로 개발되고 실시되고 있다.In general, motors, especially three-phase induction motors, are used as power sources for machines in industry, and in case of failure, they cause considerable opportunity loss due to discontinued production of machines. These motor failures occur more than 80% due to stator failures such as bearing failure, insulation breakdown, rotor bar rotor failure, and mechanical failure. There have been various methods of monitoring and diagnosing faults and diagnosing faults in real time.

즉, 모터의 고장을 검출하기 위해 다양한 센서들을 사용하여 왔으며, 이러한 센서들은 고정자 전압과 전류, 에어 갭(공극), 외부 자속밀도, 회전자 위치와 속도, 출력토크, 내부 또는 외부온도, 외관 진동 등을 측정하도록 하였다.That is, various sensors have been used to detect the failure of a motor, and these sensors can be used to detect stator voltages and currents, air gaps (voids), external magnetic flux density, rotor position and speed, output torque, Were measured.

그러므로 센서를 이용하여 실례를 들어 열적인 진단방법, 진동진단방법, 전기진단방법이 있으나 이 방법들은 모터의 기계적인 결함을 검출하는데 우수하나 전기적인 요소의 검출을 하는데 미흡하였다.Therefore, there are thermal diagnosis method, vibration diagnosis method, and electrical diagnosis method using sensors. However, these methods are excellent in detecting mechanical defects of motors but insufficient to detect electric elements.

이에 따라, 근래에는 센서 없이 전압, 전류, 자속특성의 분석을 통해 모터의 고장을 조기에 진단하는 전기신호 분석방법이 이용되고 있다.Accordingly, in recent years, there has been used an electric signal analysis method for early diagnosis of a failure of a motor through analysis of voltage, current, and magnetic flux characteristics without a sensor.

전기신호분석방법은 모터제어부(MCC: Motor Control Center)의 전압 트랜스포머(Potential Transformer)와 전류트랜스포머(CT: Current Transformer)로부터 운전중인 모터속도를 산출한 다음 유도전동기의 슬립을 계산하여 로터 바 주파수, 베어링 주파수 등을 근거로 한다.The electric signal analysis method calculates the motor speed in operation from the voltage transformer (MCC: Motor Control Center) and the current transformer (CT: Current Transformer), calculates the slip of the induction motor, Bearing frequency and so on.

즉, 모터 전류신호분석(MCSA:Motor Current Signature Analysis)방법은 고정자, 회전자, 베어링 등의 결함에 의하여 발생하는 주파수가 전류 주파수에 변조된 성분을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transformer)에 의해 결함주파수를 찾는 것으로, 전류신호만 취득하여 센서 없이 원격으로 모터상태를 진단하는 장점이 있으나, 기계적 결함을 진단하는데에는 정확도가 떨어진다는 단점이 있다.That is, in the motor current signature analysis (MCSA) method, a component generated by a defect of a stator, a rotor, and a bearing is modulated to a current frequency by a Fast Fourier Transform (FFT) Finding the fault frequency has the advantage of acquiring only the current signal and diagnosing the motor status remotely without the sensor, but it has a disadvantage in that it is less accurate in diagnosing mechanical faults.

종래의 대표적인 기술을 실례를 들면, 프라마톰 테크노롤지사에 허여된 미국특허 제5689194호의 오디오증폭 스피커출력을 구비한 음향 모터전류 신호분석시스템에서 모터전류를 감시하고 처리하여 다양한 부하에 대한 모터특성을 결정하는 것으로, 퍼스널 컴퓨터의 제어하에 다수의 디지털 제어되는 스위치 캐패시터 필터를 구비한 스펙트럼분석기를 사용하여 전압 및 전류를 동시에 샘플링하고 순시 모터전력과 역률의 계산을 하게 하여 모터성능을 감시하도록 한 것이다. 이를 위하여 모터의 성능을 판단하는 센서를 구비한다. 센서는 전류 변환기, 리드들과 부하저항들로 구성되고, 전류변환기는 리드에 흐르는 시간지침(bearing) 전류에 비례하는 다양한 전류신호를 제공한다. 이 리드에 다양한 전류신호는 부하저항 양단에 인가될 때 모터전류에 비례하여 저항 양단에 다양한 전압이 발생된다. 이 전압신호는 신호처리시스템에 인가되어 진폭 및 위상 복조 되고 신호는 신호 컨디셔너에 인가되는데 신호 컨디셔너는 모터전류 잡음분석에 적용될 수 없는 주파수와 고조파와 연관된 원하지않는 스펙트라제거하도록 설정된 주파수 차단부를 가진 다양한 필터로 구성되는데 이 필터들은 시스템이 모터슬립, 회전속도, 구동벨트속도등의 모터전류신호의 다수의 다양한 주파수 성분을 선택하고 억제하도록 한다. 그러므로 모터의 이상상태를 오디오 경고를 하거나 분석기를 이용하여 고장상태를 분석가능 하게 한다.As an example of a conventional technique, a motor current signal analyzing system having an audio amplified speaker output of US Pat. No. 5,689,194 issued to Pramatom Technolol Co., Ltd. monitors and processes the motor current to obtain motor characteristics for various loads The voltage and current are simultaneously sampled using a spectrum analyzer having a plurality of digitally controlled switch capacitor filters under the control of a personal computer, and the motor performance is monitored by causing instantaneous motor power and power factor to be calculated. To this end, a sensor for judging the performance of the motor is provided. The sensor consists of a current transducer, leads and load resistors, and the current transducer provides a variety of current signals proportional to the time of the bearing current flowing through the leads. Various current signals on this lead are applied to both ends of the load resistor to generate various voltages across the resistor proportional to the motor current. This voltage signal is applied to the signal processing system to amplitude and phase demodulate and the signal is applied to the signal conditioner, which can be applied to a variety of filters with frequency cutoffs set to eliminate undesirable spectra associated with frequencies and harmonics that can not be applied to motor current noise analysis Which allow the system to select and suppress a number of different frequency components of the motor current signal, such as motor slip, rotational speed, drive belt speed, and the like. Therefore, it is possible to analyze the fault state of the motor using an audio warning or analyzer.

프라마톰 테크놀로지사는 모터의 진단장치로써 모델"EMPATH system"을 출시하여 판매하고 있으며, 이 모델은 로터 바의 열화 및 품질저하, 스테이터의 전기적 및 기계적 비정상상태, 모터 속도 및 슬립, 평균 가동 전류 및 전압, 모터 토르크, 비틀림진동 및 동적 부하 및 베어링결함을 진단 하는 것으로, 모터전류전압의 스펙트럼분석을 하여 여러 가지 고장을 감시하는 것으로 위 특허의 시간대 주파수 도메인의 전류변환을 고속 퓨리에변환의 알고리즘을 이용하고 있다. 이 알고리즘을 이용하여 모터진단은 모터전류신호의 컨디셔닝을 하도록 요구되고, 이 처리는 근평균자승(Root Means Squre:RMS) 변조로 이루어진다. 즉 진단은 전류 및 전압신호를 RMS 처리한 다양한 변조스펙트럼으로 나타내고 이 스펙트럼으로 고장진단을 하는 방법이었다.Pramatom Technologies has released the model "EMPATH system" as a diagnostic device for motors, which is characterized by degradation and deterioration of the rotor bar, electrical and mechanical abnormality of the stator, motor speed and slip, average operating current and voltage , Motor torque, torsional vibration, dynamic load and bearing defects. By monitoring the various faults by analyzing the spectrum of the motor current voltage, it is possible to use the algorithm of the fast Fourier transform for the current conversion in the time domain of the above- have. Using this algorithm, the motor diagnosis is required to condition the motor current signal, which is done by Root Means Squares (RMS) modulation. That is, the diagnosis is represented by various modulation spectra of the RMS-processed current and voltage signals, and fault diagnosis is performed with this spectrum.

또 다른 종래 실시 예로써 SKF baker사에서 동적 모터 분석기로써 모델"EPX3000" 및 "EPX4000"이 개발되어 있고 시중에서 상업적으로 구득될 수 있다. 이들 분석기들은 모터제어센터(Motor Control Center: MCC)로부터 원격감시를 할 수 있는 것으로, 디지털 주파수 고정루프(Digital Frequency Locked Loop: DFLL)라고 하는 주파수 분해능이 높은 기법을 채용하여 전압/전류 스펙트럼, 복조 된 스펙트럼 및 고조파들의 도메인으로 주파수에 대한 전류/전압을 나타내는 포괄적 분석을 하는 우수한 진단기능을 가진다.Models "EPX3000" and "EPX4000" have been developed by SKF baker as a dynamic motor analyzer as another conventional embodiment and can be commercially obtained commercially. These analyzers can be remotely monitored from the Motor Control Center (MCC) and employ high frequency resolution techniques called Digital Frequency Locked Loop (DFLL) to provide voltage / current spectrum, demodulation And a comprehensive analysis of the current / voltage on the frequency as a domain of harmonics and spectra and harmonics.

또 다른 종래 실시 예로써 A-Tech사의 코일센서를 이용한 전압고조파의 유한 평가를 기반으로 한 유도전동기의 고장진단기술을 적용한 시스템을 판매하고 있다. 이 시스템은 로터바의 고장에 관련하여서는 전자계 모델 산출도메인을 로터에 작용하는 전자계 토르크 및 전자력을 산출하고, 자속밀도의 직각성분 즉, 모터 외부에서 자속밀도(Bx)의 시간변분과 고조파 스펙트럼 및 자속밀도(Bx)의 방사상성분의 시간변분과 고조파의 스펙트럼, 출력전압의 시간변분과 고조파의 스펙트럼, 출력전압의 RMS값의 스펙트럼들을 작성하고 정상상태 및 고장상태를 비교하여 진단하는 방법으로 되어있다. 이 시스템은 신뢰성 부분에서는 다소 미흡한 것으로 알려져 있다.As another conventional example, a system using a fault diagnosis technology of an induction motor based on a finite evaluation of a voltage harmonic using a coil sensor of A-Tech Co. is being sold. In this system, the electromagnetic field calculation domain is used to calculate the electromagnetic field torque and the electromagnetic force acting on the rotor and to calculate the right angle component of the magnetic flux density, that is, the time variation of the magnetic flux density Bx and the harmonic spectrum The method consists of generating time-varying spectral of the radial component of density (Bx), spectrum of harmonics, time-variance of output voltage, spectrum of harmonics, and RMS value of output voltage, and comparing the steady state and fault state. This system is known to be somewhat lacking in reliability.

이상과 같이 종래기술에서는 모터의 운전속도를 로터 바 통과주파수를 이용하여 계산하거나 편심 주파수 피크를 이용하여 속도를 계산하는 기술에 관한 것으로, 모터의 운전속도를 추출하기 위한 신호처리는 시간영역데이터로부터 주파수 스펙트럼을 추출하는 고속 푸리에 변환을 하거나 모터에 인가되는 전압과 전류에 의해 에어 갭 토크(Air gap torque)를 산출하고 전기적, 기계적 손실을 입력하여 모터 축의 토크를 산출 한 다음 주파수 영역에서의 토크 변화량을 산출하여 부하의 변동을 점검하여 모터의 전기적 결함뿐만 아니라 기계적 결함까지 진단할 수 있다.As described above, the related art relates to a technique for calculating the operation speed of the motor using the rotor bar passing frequency or using the eccentricity frequency peak, and the signal processing for extracting the operation speed of the motor is performed from the time domain data Speed Fourier transform for extracting a frequency spectrum or calculating an air gap torque by a voltage and a current applied to the motor, calculating a torque of the motor shaft by inputting electrical and mechanical losses, and then calculating a torque change amount And it is possible to diagnose not only electrical defects but also mechanical defects of the motor by checking the fluctuation of the load.

그러나 이와 같은 종래기술은 전류신호 분석에 기반한 것으로 모터의 운전 중에 모터의 모든 고장원인을 찾는데 미흡하므로 사전에 예측되어야 하는 고장진단에 대한 신뢰성을 떨어트리는 결과가 되었다.However, this conventional technique is based on the current signal analysis, which is insufficient in finding the cause of all the failures of the motor during the operation of the motor, resulting in a reduction in the reliability of the previously diagnosed fault diagnosis.

KRKR 10-152111910-1521119 B1B1 KRKR 10-134854310-1348543 B1B1

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 모터의 운전을 실시간으로 감시하여 고장 징후를 포착하고 고장 원인을 파악하여 예방 정비를 할 수 있도록 하는 모터 고장 진단 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the problems derived from the prior art is to provide a motor fault diagnosis system which can monitor the operation of a motor in real time to catch a fault, identify the cause of the fault, and perform preventive maintenance .

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 모터의 회전각도를 측정 및 분석하여 모델링하는 제1감시부; 모터의 진동 상태를 측정 및 분석하여 모델링하는 제2감시부; 모터의 주파수를 측정 및 분석하여 모델링하는 제3감시부; 상기 제1감시부와 상기 제2감시부 및 상기 제3감시부에서 모델링된 데이터를 입력받아 지정된 화면에 출력하는 디스플레이부; 및 상기 제1감시부와 상기 제2감시부 및 상기 제3감시부로부터 획득된 학습 데이터를 저장하고, 저장된 상기 학습 데이터가 기지정된 기준값을 초과하면 상기 디스플레이를 통해 경고문구를 출력하는 고장판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템에 의해 달성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the above-mentioned object can be accomplished by a first monitoring unit for measuring, analyzing and modeling a rotation angle of a motor; A second monitoring unit for measuring, analyzing and modeling the vibration state of the motor; A third monitoring unit for measuring and analyzing the frequency of the motor and modeling the frequency; A display unit for receiving data modeled by the first monitoring unit, the second monitoring unit, and the third monitoring unit and outputting the data to a designated screen; And a failure judgment part for storing learning data obtained from the first monitoring part, the second monitoring part and the third monitoring part, and outputting a warning phrase through the display when the stored learning data exceeds a predetermined reference value, The motor fault diagnosis system comprising:

바람직하게는, 상기 제1감시부는, 상기 모터의 구동토크에 마찰력을 감산하여 모터 회전력을 산출하고(여기서 마찰력은 회전축의 마찰력, 모터 내부의 마찰력, 모터에 연결된 기어박스의 마찰력을 모두 포함하는 것으로 회전에 대해 저항으로 작용하는 모든 마찰력을 합한 것으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다), 상기 모터 회전력에 회전관성을 나눗셈하여 모터각가속도를 산출하는(여기서 회전관성은 모터를 회전시킬 때의 관성질량으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다) 것을 특징으로 한다.Preferably, the first monitoring unit calculates the motor rotational force by subtracting the frictional force from the driving torque of the motor (wherein the frictional force includes both the frictional force of the rotating shaft, the frictional force inside the motor, and the frictional force of the gearbox connected to the motor The rotational inertia is calculated by dividing the rotational inertia by the motor rotational force to calculate the angular acceleration of the motor, wherein the rotational inertia is a value obtained by rotating the motor Is an inertia mass of the inertia mass measured by an experimental method and is stored in advance in a storage medium).

바람직하게는, 상기 제2감시부는, 상기 모터에 부착되어 엑시얼 및 레디얼 방향의 모터 진동을 검출하는 진동검출모듈과, 상기 진동검출유닛에서 검출된 진동값에 따른 신호를 선형 증폭한 후 출력하는 신호증폭모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the second monitoring unit includes: a vibration detection module attached to the motor to detect motor vibrations in the axial and radial directions; and a controller for linearly amplifying the signal according to the vibration value detected by the vibration detection unit and outputting And a signal amplification module.

바람직하게는, 상기 제3감시부는, 상기 모터로부터 출력되는 전류값을 감지하는 전류검출모듈과, 상기 전류검출유닛에서 감지된 전류값에 대해 주파수 영역 신호로 변환하여 각 주파수 대역 신호에 대한 모터의 항목별 파라미터를 검출하는 신호처리모듈과, 상기 신호처리모듈에서 주파수 대역 신호로 처리된 모터의 항목별 파라미터를 저장하는 데이터베이스와, 상기 신호처리모듈에서 검출된 모터의 파라미터와 상기 데이터베이스에 기설정된 모터 데이터와 비교하여 차이를 계산하고 그 차이에 대응하는 모터의 각 항목별 결과를 출력하는 비교판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the third monitoring unit includes: a current detecting module that detects a current value output from the motor; a current detecting unit that converts a current value sensed by the current detecting unit into a frequency domain signal, A database for storing item-specific parameters of a motor processed by the signal processing module into a frequency band signal; and a parameter setting unit for setting parameters of the motor detected by the signal processing module, And a comparison determination module for calculating a difference with respect to the data and outputting a result for each item of the motor corresponding to the difference.

바람직하게는, 상기 전류검출모듈은 R, S, T 3상의 전류를 감지하는 각 R, S 및 T 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.Advantageously, the current detection module comprises respective R, S and T sensors for sensing current on R, S, T 3.

바람직하게는, 상기 신호처리모듈은 상기 전류검출모듈에서 감지된 전류에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 대역의 신호로 변환하고, 각 주파수 대역별의 각 항목별 파라미터를 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing module performs a fast Fourier transform on the current sensed by the current detection module to convert the current into a signal of a frequency band, and outputs a parameter for each item of each frequency band.

바람직하게는, 상기 데이터베이스에는 각 모터의 항목별 설정 데이터인 정상전류, 정상저압, 주파수, 연결타입, RPM, CT비율 및 PT 비율이 기저장되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the database stores the normal current, the normal low pressure, the frequency, the connection type, the RPM, the CT ratio, and the PT ratio, which are setting data for each item of each motor.

바람직하게는, 상기 고장판별부는, 내부에 다수의 노드들이 구비되어 서로 간에 반복 학습하고 그 결과로 획득되는 학습 데이터를 저장하는 신경망모듈과, 상기 신경망모듈에 기저장된 알고리즘을 처리하고, 상기 학습 데이터가 상기 기준값을 초과하는지를 판별하기 위해 비례적분미분 제어하는 판별모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the failure discriminator comprises a neural network module having a plurality of nodes therein and storing learning data obtained as a result of iterative learning with each other, an algorithm pre-stored in the neural network module, And performing a proportional integral derivative control to determine whether the reference value is greater than the reference value.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 모터의 운전을 실시간으로 감시하여 고장 징후를 포착함으로써 모터의 기계적 결함 또는 전기적 결함을 진단할 수 있다. 이에 따라, 모터의 고장 및 소손을 미연에 방지할 수 있음은 물론 모터의 효율적 관리를 통해 수명 연장과 부품 감소에 따른 막대한 관리비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to diagnose a mechanical defect or an electric defect of a motor by monitoring the operation of the motor in real time and capturing a fault symptom. As a result, it is possible to prevent malfunction and burnout of the motor in advance, and also, it is possible to extend the service life of the motor through efficient management of the motor and to reduce enormous management costs due to the reduction of parts.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 고장 진단 시스템을 나타낸 블록다이어그램이고,
도2는 본 발명의 제1감시부를 설명하기 위한 흐름도이고,
도3은 본 발명의 제3감시부를 나타낸 블록다이어그램이고,
도4는 본 발명의 고장판별부를 나타낸 블록다이어그램이다.
1 is a block diagram illustrating a motor fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention,
2 is a flowchart for explaining the first monitoring unit of the present invention,
3 is a block diagram showing a third monitoring unit of the present invention,
FIG. 4 is a block diagram illustrating a failure detection unit according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various different forms, and these embodiments are not intended to be exhaustive or to limit the scope of the present invention to the precise form disclosed, It is provided to inform the person completely of the scope of the invention. And the terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. The singular forms herein include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Brief Description of Drawings FIG. 1 is a block diagram of a computer system according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a block diagram of a computer system according to an embodiment of the present invention; FIG.

본 발명의 실시예에 따른 모터 고장 진단 시스템은, 도1에 도시된 바와 같이, 크게 제1감시부(100)와 제2감시부(200) 및 제3감시부(300) 그리고 디스플레이부(500)와 고장판별부(700)를 포함한다.1, a motor fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention includes a first monitoring unit 100, a second monitoring unit 200, a third monitoring unit 300, and a display unit 500 And a failure determination unit 700. [

먼저, 제1감시부(100)는 모터(M)의 회전각도를 측정 및 분석하여 모델링한다.First, the first monitoring unit 100 measures, analyzes, and models the rotation angle of the motor M.

구체적으로, 상기 제1감시부(100)는, 도2에 도시된 바와 같이, 모델링을 위해 배터리 전압에 PWM 듀티(DUTY) 값을 곱하여 모터에 인가되는 모터평균전압을 산출한다. 이후, 상기 모터평균전압을 기저장된 모터리액턴스로 나누어 모터구동전류를 산출한다. 이후, 상기 모터구동전류와 기저장된 토크변환계수를 곱하여 모터의 구동토크를 산출한다.Specifically, as shown in FIG. 2, the first monitoring unit 100 calculates a motor average voltage applied to the motor by multiplying the battery voltage by a PWM duty (DUTY) value for modeling. Then, the motor average voltage is divided by the pre-stored motor reactance to calculate the motor drive current. Thereafter, the motor drive current is multiplied by the previously stored torque conversion coefficient to calculate the drive torque of the motor.

상기와 같이 모터의 구동토크를 산출하기 되면, 상기 제1감시부(100)는, 상기 모터(M)의 구동토크에 마찰력을 감산하여 모터 회전력을 산출할 수 있게 된다. 여기서, 마찰력은 회전축의 마찰력, 모터 내부의 마찰력, 모터에 연결된 기어박스의 마찰력을 모두 포함하는 것으로 회전에 대해 저항으로 작용하는 모든 마찰력을 합한 것으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다.When the driving torque of the motor is calculated as described above, the first monitoring unit 100 can calculate the motor rotational force by subtracting the frictional force from the driving torque of the motor M. [ Here, the frictional force includes all the frictional forces acting as resistance to the rotation, including the frictional force of the rotating shaft, the frictional force inside the motor, and the frictional force of the gearbox connected to the motor, which are measured by an experimental method and stored in advance in the storage medium.

이에 따라, 상기 모터 회전력에 회전관성을 나눗셈하여 모터각가속도를 산출할 수 있으며, 상기 모터각가속도로부터 모터의 위치(회전각도)를 산출할 수 있게 되는 것이다. 이때, 상기 모터각가속도를 시간에 대해 적분하여 모터각속도를 산출하고, 산출된 모터각속도를 다시 시간에 대해 적분하여 모터의 회전각도를 산출할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 회전관성은 모터(M)를 회전시킬 때의 관성질량으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다.Accordingly, the motor angular acceleration can be calculated by dividing the rotational inertia by the motor rotational force, and the position (rotational angle) of the motor can be calculated from the angular velocity of the motor. At this time, the angular velocity of the motor may be integrated with respect to time to calculate the angular velocity of the motor, and the calculated angular velocity of the motor may be integrated with respect to time to calculate the rotational angle of the motor. Here, the rotational inertia is an inertia mass when the motor M is rotated, is measured by an empirical method and stored in advance in the storage medium.

다음으로, 제2감시부(200)는 모터(M)의 진동 상태를 측정 및 분석하여 모델링한다.Next, the second monitoring unit 200 measures, analyzes, and models the vibration state of the motor M.

여기서, 상기 제2감시부(200)는, 상기 모터(M)에 부착되어 엑시얼 및 레디얼 방향의 모터(M)의 진동을 검출하는 진동검출모듈과, 상기 진동검출모듈에서 검출된 진동값에 따른 신호를 선형 증폭한 후 출력하는 신호증폭모듈을 포함할 수 있다.The second monitoring unit 200 includes a vibration detecting module attached to the motor M and detecting vibration of the motor M in the axial and radial directions, And then outputting the amplified signal.

상기 진동검출모듈은 압전필름센서 또는 가속도센서를 모터에 부착시켜 엑시얼 및 레디얼 방향의 모터 진동을 검출한다.The vibration detecting module detects a motor vibration in the axial and radial directions by attaching a piezoelectric film sensor or an acceleration sensor to the motor.

상기 신호증폭모듈은 상기 진동검출모듈에서 검출된 진동값에 따른 신호를 OP 앰프에 의해 선형 증폭한다.The signal amplification module linearly amplifies a signal according to the vibration value detected by the vibration detection module by an operational amplifier.

다음으로, 제3감시부(300)는 모터(M)의 주파수를 측정 및 분석하여 모델링한다.Next, the third monitoring unit 300 measures and analyzes the frequency of the motor M and models it.

구체적으로, 상기 제3감시부(300)는, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 모터(M)로부터 출력되는 전류값을 감지하는 전류검출모듈(320)과, 상기 전류검출모듈(320)에서 감지된 전류값에 대해 주파수 영역 신호로 변환하여 각 주파수 대역 신호에 대한 모터의 항목별 파라미터를 검출하는 신호처리모듈(340)과, 상기 신호처리모듈(340)에서 주파수 대역 신호로 처리된 모터의 항목별 파라미터를 저장하는 데이터베이스(360)와, 상기 신호처리모듈(340)에서 검출된 모터(M)의 파라미터와 상기 데이터베이스(360)에 기설정된 모터 데이터와 비교하여 차이를 계산하고 그 차이에 대응하는 모터(M)의 각 항목별 결과를 출력하는 비교판단모듈(380)을 포함할 수 있다.3, the third monitoring unit 300 includes a current detecting module 320 for detecting a current value output from the motor M, and a current detecting unit 320 for detecting a current value output from the current detecting unit 320. [ A signal processing module 340 for converting the sensed current value into a frequency domain signal and detecting a parameter for each item of the motor for each frequency band signal, A difference between the parameter of the motor M detected by the signal processing module 340 and the motor data preset in the database 360 and a difference corresponding to the difference And a comparison determination module 380 for outputting the results of the respective items of the motor M to be output.

상기 전류검출모듈(320)은 R, S, T 3상의 전류를 감지하는 각 R, S 및 T 센서를 구성하여 위상 차에 따라 출력되는 전류를 감지하게 된다.The current detection module 320 constitutes each of the R, S and T sensors for detecting the currents on the R, S, and T 3, and senses a current output according to the phase difference.

보다 상세하게는, 모터(M)에 전압 및 전류가 인가되면 무부하로 일을 하거나 부하로 일을 하게 된다. 이 경우 전류는 부하에 따라 변동되며, 모터(M)의 기계적 또는 전기적 결함이 있을 경우 전류는 미세하게 변화하게 된다. 따라서 미세한 전류 변화를 검출할 수 있게 되는 것이다.More specifically, when voltage and current are applied to the motor M, the motor M is operated without load or as a load. In this case, the current varies depending on the load, and if there is a mechanical or electrical failure of the motor M, the current changes finely. Therefore, it is possible to detect a minute current change.

상기 신호처리모듈(340)은 상기 전류검출모듈(320)에서 감지된 전류값에 대해 주파수 영역 신호로 변환하여 각 주파수 대역 신호에 대한 모터(M)의 항목별 파라미터를 검출한다.The signal processing module 340 converts the current value detected by the current detection module 320 into a frequency domain signal and detects a parameter for each item of the motor M for each frequency band signal.

구체적으로, 상기 신호처리모듈(340)은 상기 전류검출모듈(320)에서 감지된 전류에 대해 고속 푸리에 변환(FET: Fast Fourier Transform)을 수행하여 주파수 대역의 신호로 변환하고, 각 주파수 대역별의 각 항목별 파라미터를 출력한다. 이때, 고속 푸리에 변환은 일반적인 수학식을 적용하여 결과를 검출하는 것이 바람직하다.Specifically, the signal processing module 340 performs Fast Fourier Transform (FFT) on the current sensed by the current detection module 320 to convert the current into a signal of a frequency band, Outputs parameters for each item. At this time, it is preferable to perform the fast Fourier transform by detecting the result by applying a general equation.

여기서, 주파수 대역에 따른 각 항목별 파라미터는 모터(M)의 고정 풀림 결함, 언밸런스/기어박스/트랜스미션 결함, 회전자 결함, 고정자 결함, 베어링 결함, 그 외 다른 문제 등에 의한 결함을 포함한다. 즉, 상기 모터(M)와 연결된 구동 설비인 펌프, 팬, 콤프레셔, 콘베이어, 브로워, 공기조화기, 프레스 등 다양한 설비의 결함에 대한 파라미터를 포함할 수 있다.Here, the parameters for each item in accordance with the frequency band include defects due to fixed unloading defects of the motor M, unbalance / gearbox / transmission defects, rotor defects, stator defects, bearing defects, and other problems. That is, it may include parameters for defects in various facilities such as a pump, a fan, a compressor, a conveyor, a blower, an air conditioner, and a press, which are driving facilities connected to the motor M.

상기 데이터베이스(360)에는 각 모터(M)의 항목별 설정 데이터인 정상전류, 정상저압, 주파수, 연결타입, RPM, CT비율 및 PT 비율이 기저장된다. 그리고 상기 신호처리모듈(340)에서 주파수 대역에 따른 모터(M)의 고정 풀림 결함, 언밸런스/기어박스/트랜스미션 결함, 회전자 결함, 고정자 결함, 베어링 결함, 그 외 다른 문제 등에 의한 결함 등을 데이터 베이스화 하여 저장한다. 이때, 상기 신호처리모듈(340)에 데이터 베이스화 하여 저장하는 모터(M)의 각 파라미터는 계속적으로 모터의 모델링 학습을 통해 업데이트할 수 있다.In the database 360, the normal current, the normal low voltage, the frequency, the connection type, the RPM, the CT ratio, and the PT ratio, which are setting data for each item of each motor M, are stored. In the signal processing module 340, data on defects due to fixing failure of the motor M according to the frequency band, unbalance / gearbox / transmission defects, rotor defects, stator defects, bearing defects, Base and store it. At this time, each parameter of the motor M that stores the data base in the signal processing module 340 can be continuously updated through modeling learning of the motor.

상기 비교판단모듈(380)은 상기 데이터베이스(360)에 기저장된 모터(M)의 이상적인 이론치의 데이터와 실제 모터(M)를 측정하여 얻어진 파라미터 데이터와 비교하게 된다. 다시 말해, 이론적인 모터(M)의 데이터에서 상기 측정된 모터(M)의 데이터값을 비교하여 그 차이를 계산하게 된다. 그리고 그 차이에 따른 값에 대응하는 결함 여부를 판단하게 된다. 여기서, 이론 모터 데이터와 실제 측정 모터 데이터의 차이가 소정 값 이상인 경우 그에 해당하는 항목을 결함이 있다고 판단하게 된다. 한편, 이론 모터 데이터와 실제 측정 모터 데이터의 차이가 소정 값 이하인 경우는 정상 범위로 간주하여 다시 모터의 모델링 학습을 진행하여 지속적으로 모터(M)를 모니터링하게 된다.The comparison determination module 380 compares the data of the ideal theoretical value of the motor M previously stored in the database 360 with the parameter data obtained by measuring the actual motor M. [ In other words, the measured data of the motor M is compared with the data of the theoretical motor M, and the difference is calculated. Then, it is judged whether or not there is a defect corresponding to the value according to the difference. Here, when the difference between the theoretical motor data and the actual measured motor data is equal to or larger than the predetermined value, it is determined that the corresponding item is defective. On the other hand, when the difference between the theoretical motor data and the actual measured motor data is less than the predetermined value, the motor M is considered to be in the normal range, and the modeling learning of the motor is performed again to monitor the motor M continuously.

다음으로, 디스플레이부(500)는 상기 제1감시부(100)와 상기 제2감시부(200) 및 상기 제3감시부(300)에서 모델링된 데이터를 입력받아 지정된 화면에 출력한다.Next, the display unit 500 receives the data modeled by the first monitoring unit 100, the second monitoring unit 200, and the third monitoring unit 300, and outputs the data to a designated screen.

다음으로, 고장판별부(700)는 상기 제1감시부(100)와 상기 제2감시부(200) 및 상기 제3감시부(300)로부터 획득된 학습 데이터를 저장하고, 저장된 상기 학습 데이터가 기지정된 기준값을 초과하면 상기 디스플레이부(500)를 통해 경고문구를 출력한다.Next, the failure discrimination unit 700 stores the learning data obtained from the first monitoring unit 100, the second monitoring unit 200, and the third monitoring unit 300, And outputs a warning message through the display unit 500 when the predetermined reference value is exceeded.

구체적으로, 상기 고장판별부(700)는, 도4에 도시된 바와 같이, 내부에 다수의 노드(724)들이 구비되어 서로 간에 반복 학습하고 그 결과로 획득되는 학습 데이터를 저장하는 신경망모듈(720)과, 상기 신경망모듈(720)에 기저장된 알고리즘을 처리하고, 상기 학습 데이터가 상기 기준값을 초과하는지를 판별하기 위해 비례적분미분 제어하는 판별모듈(740)을 포함할 수 있다.4, the failure determination unit 700 includes a neural network module 720 having a plurality of nodes 724 therein and storing learning data obtained as a result of iterative learning with each other, And a determination module 740 that processes the algorithm stored in the neural network module 720 and performs proportional integral derivative control to determine whether the learning data exceeds the reference value.

상기 신경망모듈(720)은 상기 노드(724)들 간의 양 방향으로 학습한다. The neural network module 720 learns in both directions between the nodes 724.

상기 판별모듈(740)은 신경망모듈(720)을 양방향으로 처리한다. 즉, 신경망모듈(720)은 다중 변수 시스템의 기준값을 판별하기 위하여 내부 노드(724)들 간에 피드포워드 또는/및 피드백워드 방향 즉, 양방향을 학습하고, 학습에 의해 획득된 학습 데이터를 저장한다. The determination module 740 processes the neural network module 720 in both directions. That is, the neural network module 720 learns the feed forward direction and / or the feedback word direction, that is, both directions, between the internal nodes 724 to determine the reference value of the multivariable system, and stores the learning data obtained by the learning.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.According to the embodiments of the present invention described so far, the following effects can be expected.

첫째, 모터의 성능 열화 또는 접촉 저항 등에 미소한 오차가 발생하더라도 고장 여부를 진단할 수 있다.First, even if a slight error occurs in the performance deterioration of the motor or the contact resistance, the fault can be diagnosed.

둘째, 모터의 전압과 전류를 이용하여 모터의 기계적 결함 또는 전기적 결함을 진단할 뿐만 아니라 모터와 연결된 회전설비 등의 기계적 결함도 동시에 진단하여 전체 설비를 진단하고 수명을 관리할 수 있다.Second, by using the voltage and current of the motor, it is possible to diagnose mechanical faults or electrical faults of motors as well as to diagnose mechanical faults such as rotating equipment connected to the motors, thereby diagnosing the whole facilities and managing the life span.

셋째, 모터의 운전을 실시간으로 감시하여 비정상 고장을 감소시켜 생산성 향상을 기할 수 있고, 설비자산의 효율적 관리를 통해 수명연장과 부품감소에 따른 막대한 설비관리비용을 절감할 수 있다.Third, by monitoring the operation of the motor in real time, it can improve the productivity by reducing the abnormal fault, and it can reduce the huge facility management cost due to the extension of the life span and parts reduction through efficient management of facility assets.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the claims of the invention to be described below may be better understood. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the appended claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

M: 모터
100: 제1감시부
200: 제2감시부
300: 제3감시부
320: 전류검출모듈
340: 신호처리모듈
360: 데이터베이스
380: 비교판단모듈
500: 디스플레이부
700: 고장판별부
720: 신경망모듈
724: 노드
740: 판별모듈
M: Motor
100: first monitoring section
200: second monitoring unit
300: Third monitoring unit
320: current detection module
340: Signal processing module
360: Database
380: comparison judgment module
500:
700: Fault discrimination unit
720: Neural network module
724: Node
740:

Claims (8)

모터의 회전각도를 측정 및 분석하여 모델링하는 제1감시부;
모터의 진동 상태를 측정 및 분석하여 모델링하는 제2감시부;
모터의 주파수를 측정 및 분석하여 모델링하는 제3감시부;
상기 제1감시부와 상기 제2감시부 및 상기 제3감시부에서 모델링된 데이터를 입력받아 지정된 화면에 출력하는 디스플레이부; 및
상기 제1감시부와 상기 제2감시부 및 상기 제3감시부로부터 획득된 학습 데이터를 저장하고, 저장된 상기 학습 데이터가 기지정된 기준값을 초과하면 상기 디스플레이를 통해 경고문구를 출력하는 고장판별부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
A first monitoring unit for measuring and analyzing the rotation angle of the motor and modeling the rotation angle;
A second monitoring unit for measuring, analyzing and modeling the vibration state of the motor;
A third monitoring unit for measuring and analyzing the frequency of the motor and modeling the frequency;
A display unit for receiving data modeled by the first monitoring unit, the second monitoring unit, and the third monitoring unit and outputting the data to a designated screen; And
A failure detection unit for storing learning data obtained from the first monitoring unit, the second monitoring unit, and the third monitoring unit, and outputting a warning message through the display when the stored learning data exceeds a predetermined reference value;
The motor fault diagnosis system comprising:
제1항에 있어서,
상기 제1감시부는,
상기 모터의 구동토크에 마찰력을 감산하여 모터 회전력을 산출하고(여기서 마찰력은 회전축의 마찰력, 모터 내부의 마찰력, 모터에 연결된 기어박스의 마찰력을 모두 포함하는 것으로 회전에 대해 저항으로 작용하는 모든 마찰력을 합한 것으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다),
상기 모터 회전력에 회전관성을 나눗셈하여 모터각가속도를 산출하는(여기서 회전관성은 모터를 회전시킬 때의 관성질량으로서 실험적 방법에 의해 측정되어 저장매체에 미리 저장된 것이다)
것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first monitoring unit
Wherein the frictional force is calculated by subtracting the frictional force from the driving torque of the motor, wherein the frictional force includes all of the frictional force of the rotating shaft, the frictional force inside the motor, and the frictional force of the gearbox connected to the motor, Which is measured by an empirical method and stored in advance on a storage medium)
The angular acceleration of the motor is calculated by dividing the rotational inertia by the motor rotational force (here, the rotational inertia is the inertial mass at the time of rotating the motor, which is measured by an empirical method and stored in advance in the storage medium)
The motor fault diagnosis system comprising:
제1항에 있어서,
상기 제2감시부는,
상기 모터에 부착되어 엑시얼 및 레디얼 방향의 모터 진동을 검출하는 진동검출모듈과,
상기 진동검출유닛에서 검출된 진동값에 따른 신호를 선형 증폭한 후 출력하는 신호증폭모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the second monitoring unit comprises:
A vibration detection module attached to the motor to detect motor vibrations in the axial and radial directions,
And a signal amplification module for linearly amplifying a signal according to the vibration value detected by the vibration detection unit and outputting the amplified signal.
제1항에 있어서,
상기 제3감시부는,
상기 모터로부터 출력되는 전류값을 감지하는 전류검출모듈과,
상기 전류검출유닛에서 감지된 전류값에 대해 주파수 영역 신호로 변환하여 각 주파수 대역 신호에 대한 모터의 항목별 파라미터를 검출하는 신호처리모듈과,
상기 신호처리모듈에서 주파수 대역 신호로 처리된 모터의 항목별 파라미터를 저장하는 데이터베이스와,
상기 신호처리모듈에서 검출된 모터의 파라미터와 상기 데이터베이스에 기설정된 모터 데이터와 비교하여 차이를 계산하고 그 차이에 대응하는 모터의 각 항목별 결과를 출력하는 비교판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the third monitoring unit
A current detection module for sensing a current value output from the motor,
A signal processing module for converting the current value sensed by the current detection unit into a frequency domain signal and detecting a parameter for each item of the motor for each frequency band signal;
A database for storing item-specific parameters of a motor processed by the signal processing module into a frequency band signal;
And a comparison determination module for calculating a difference between the parameter of the motor detected by the signal processing module and the motor data preset in the database and outputting the result of each item of the motor corresponding to the difference, Fault diagnosis system.
제4항에 있어서,
상기 전류검출모듈은 R, S, T 3상의 전류를 감지하는 각 R, S 및 T 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the current detection module comprises respective R, S and T sensors for sensing currents on R, S, T 3.
제4항에 있어서,
상기 신호처리모듈은 상기 전류검출모듈에서 감지된 전류에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 대역의 신호로 변환하고, 각 주파수 대역별의 각 항목별 파라미터를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the signal processing module performs fast Fourier transform on the current sensed by the current detection module to convert the current into a signal of a frequency band and outputs a parameter for each item of each frequency band.
제4항에 있어서,
상기 데이터베이스에는 각 모터의 항목별 설정 데이터인 정상전류, 정상저압, 주파수, 연결타입, RPM, CT비율 및 PT 비율이 기저장되는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the data stored in the database includes a normal current, a normal low voltage, a frequency, a connection type, an RPM, a CT ratio, and a PT ratio.
제1항에 있어서,
상기 고장판별부는,
내부에 다수의 노드들이 구비되어 서로 간에 반복 학습하고 그 결과로 획득되는 학습 데이터를 저장하는 신경망모듈과,
상기 신경망모듈에 기저장된 알고리즘을 처리하고, 상기 학습 데이터가 상기 기준값을 초과하는지를 판별하기 위해 비례적분미분 제어하는 판별모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the failure discriminator comprises:
A neural network module in which a plurality of nodes are provided and which store learning data obtained as a result of iterative learning,
And a discrimination module for processing the algorithm stored in the neural network module and performing proportional integral derivative control to determine whether the learning data exceeds the reference value.
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