KR20200125384A - Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes - Google Patents

Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes Download PDF

Info

Publication number
KR20200125384A
KR20200125384A KR1020190117502A KR20190117502A KR20200125384A KR 20200125384 A KR20200125384 A KR 20200125384A KR 1020190117502 A KR1020190117502 A KR 1020190117502A KR 20190117502 A KR20190117502 A KR 20190117502A KR 20200125384 A KR20200125384 A KR 20200125384A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
clusters
evaluation index
calculating
tube
clustering
Prior art date
Application number
KR1020190117502A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102295879B1 (en
Inventor
김종면
김재영
김영훈
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Publication of KR20200125384A publication Critical patent/KR20200125384A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102295879B1 publication Critical patent/KR102295879B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G01M3/18Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G01M3/182Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators for tubes

Abstract

According to the present invention, disclosed are a real-time tube leak state recognition method and a system thereof. According to the present invention, the method includes the following steps of: extracting features from a signal measured by a sensor; forming clusters from the features; calculating an evaluation index about the clusters; determining the number of clusters based on a result of the calculation; and recognizing a leak state of a tube based on the number of clusters. Moreover, the present invention has an effect of enabling an inspector to accurately determine whether a corresponding tube has a leak state without checking whether there is a leak on the site in person.

Description

실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템{Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes}Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes}

본 발명은 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 등으로 신호를 측정하고 해당 신호 특징에 대한 수학적인 분석을 통하여 실시간으로 튜브의 누설 여부를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a real-time tube leakage state recognition method and system, and more particularly, by measuring a signal with a sensor, etc., and through a mathematical analysis of the signal characteristic, it is possible to quickly and accurately detect whether the tube leaks in real time. It relates to a method and system for real-time tube leakage status recognition.

세계적으로 에너지 소비 및 수요는 급수적으로 증가하고 있고 우리나라에서도 전력수요가 꾸준히 증가하고 있는 실정이다. 또한 최근 일본의 원전사고를 통해 원자력발전소에 대한 불안감이 높아져, 석탄, 석유, 천연가스 등을 연료로 사용하는 화력발전소에 대한 관심이 높아지고 화력발전소의 건설도 많이 이루어지고 있다.Globally, energy consumption and demand are increasing exponentially, and electricity demand is also steadily increasing in Korea. In addition, due to the recent nuclear accident in Japan, anxiety about nuclear power plants has increased, and interest in thermal power plants that use coal, oil, natural gas, etc. as fuels has increased, and thermal power plants are being built a lot.

화력발전소는 일반적으로 석탄, 천연가스 등의 화석연료를 연료로 사용하고 주원료인 석탄을 보일러에서 연소시켜 증기를 생성하고 생성된 증기를 이용하여 터빈을 회전시켜 전력을 생산하게 된다.In general, a thermal power plant uses fossil fuels such as coal and natural gas as fuel, and generates steam by burning coal, which is a main raw material, in a boiler, and generates electric power by rotating a turbine using the generated steam.

이러한 화력발전소에서 설비별 고장발생비율을 분석해보면 보일러 설비가 32.3%를 차지하고 그 중에서 보일러의 튜브 누설이 61%를 차지하고 있어 튜브 누설의 조기감지에 대한 중요성이 날로 커지고 있다.When analyzing the failure rate of each facility in such a thermal power plant, the importance of early detection of tube leakage is increasing day by day as boiler facilities account for 32.3%, and boiler tube leakage accounts for 61% of them.

보일러는 그 내부에 배설된 다수의 튜브 내에 흐르는 물을 가열함에 의해 과열증기를 생성하는 설비로서, 화력발전소에서 과열증기로 터빈을 가동함에 의해 전기를 생성하거나, 일반가정에서 난방용으로 사용되고 있다.A boiler is a facility that generates superheated steam by heating water flowing in a plurality of tubes disposed therein, and generates electricity by operating a turbine with superheated steam in a thermal power plant, or is used for heating in general homes.

이러한 보일러에서 그 내부에 배설된 튜브가 고압의 증기압을 견디지 못하고 파열되면, 대형사고를 유발하게 되며, 특히, 화력발전소에서 이러한 사고가 발생하면 전력의 공급이 원활히 이루어지지 않게 되어 전기를 사용하는 가정이나 공장에 큰 타격을 주게 된다.In such a boiler, if the tube disposed inside it cannot withstand the high-pressure vapor pressure and ruptures, it causes a large-scale accident. In particular, if such an accident occurs in a thermal power plant, the power supply is not smooth, and the assumption that electricity is used. It will be a big blow to the factory or factory.

일반적으로 보일러 튜브 누설은 튜브 제작 결함 등으로 인하여 미세구멍(Pin Hole)이나 갈라짐(Crack)이 발생하고, 보일러 운전 중에 결함으로 인한 미세구멍 및 갈라짐에서 고온 및 고압의 증기가 분출될 때 발생한다. 시간이 경과됨에 따라 누설된 고온 및 고압의 증기는 인접 튜브의 손상으로 이어져 결국 발전기의 트립(trip)을 야기시킬 수 있으며, 막대한 경제적 손실을 발생시킨다.In general, boiler tube leakage occurs when pin holes or cracks occur due to defects in tube manufacturing, and high temperature and high pressure steam is ejected from micro holes and cracks due to defects during boiler operation. Over time, the leaked hot and high pressure steam can lead to damage to adjacent tubes, eventually causing the generator to trip, resulting in enormous economic losses.

따라서, 튜브에 누설이 발생하기 전에 상당기간 튜브의 약한 부분이 진동하여 이상음이 생겨 이상징후를 보인다.Therefore, before leakage occurs in the tube, the weak part of the tube vibrates for a considerable period of time to produce an abnormal sound, thereby showing abnormal symptoms.

압력차에 의한 에너지 전달과 고압 증기 분출 시 미세구멍이나 갈라짐을 통과하는 증기가 보일러 튜브 재료와 마찰하면서 높은 소음인 누설음이 발생한다. 발생된 누설음은 보일러에 설치된 음향 센서에서 검출하여 보일러 튜브 누설 감지 시스템에 신호를 전달하고 운영자에게 경보를 보낸다. 즉, 보일러 튜브 누설 감지 시스템은 복수의 음향 센서를 보일러 튜브의 측면에 부착하고 누설음을 검출하여 보일러 튜브의 고장을 예측하고 진단하는 설비이다.When energy is transferred by the pressure difference and high-pressure steam is ejected, the steam passing through the micropores or cracks rubs against the boiler tube material, generating a high-noise leakage sound. The generated leak noise is detected by the acoustic sensor installed in the boiler, sends a signal to the boiler tube leak detection system, and sends an alarm to the operator. That is, the boiler tube leak detection system is a facility that predicts and diagnoses a failure of the boiler tube by attaching a plurality of acoustic sensors to the side of the boiler tube and detecting a leak sound.

그러나 종래의 공개특허공보 제10-2013-0035102호(보일러튜브 누설 감지 시스템)은 단순히 신호세기가 일정 세기 이상이 되면 검출하는 형태로 누설이 의심되어 알람이 발생되면 검사자가 직접 현장에서 탐침봉을 이용하여 청취하고 누설 유무를 확인하며 상시 운전 소음과 비교하기 어렵다는 문제점이 존재하였다. However, the conventional Patent Publication No. 10-2013-0035102 (Boiler Tube Leak Detection System) simply detects when the signal strength exceeds a certain level, and when an alarm is suspected due to leakage, the inspector directly uses the probe at the site. Therefore, there was a problem that it was difficult to listen, check for leaks, and compare with the constant driving noise.

공개특허공보 제10-2013-0035102호(2013.04.08.)Unexamined Patent Publication No. 10-2013-0035102 (2013.04.08.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존 클러스터 이외의 새로운 클러스터가 형성된 경우 해당 클러스터의 중심점을 파악하여 새로운 유형의 신호인지를 감지하고, 이를 통하여 튜브의 누설 상태를 인지할 수 있는지 여부를 판단할 수 있는 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems, and when a new cluster other than the existing cluster is formed, the center point of the cluster is detected to detect whether a signal is a new type, and through this, the leak state of the tube can be recognized. An object of the present invention is to provide a method and system for real-time tube leakage status recognition that can determine whether or not there is.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 검사자가 직접 현장에서 누설 여부를 확인하지 않고서도 해당 튜브에 누설 상태가 존재하는 지 여부를 정확하게 판단할 수 있는 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention was conceived to solve the above problems, and the real-time tube leakage state recognition that allows an inspector to accurately determine whether a leakage state exists in the corresponding tube without directly checking whether there is a leakage at the site. It is an object to provide a method and system.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 신호로부터 특징을 추출하는 단계; 상기 특징으로부터 클러스터를 형성하는 클러스터링 단계; 상기 클러스터에 대한 평가지표를 계산하는 단계; 상기 평가지표를 바탕으로 상기 클러스터의 개수를 판단하는 단계; 및 상기 클러스터의 개수를 기초로 튜브의 누설 상태를 인지하는 단계;를 포함한다. In order to solve the above problems, the present invention includes the steps of extracting features from a signal; A clustering step of forming a cluster from the features; Calculating an evaluation index for the cluster; Determining the number of clusters based on the evaluation index; And recognizing a leak state of the tube based on the number of clusters.

상기 특징은, 제곱 평균 제곱근(Root-mean-square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value), 제곱 평균 루트(Square-mean-root), 피크 투 피크 값(Peak-to-peak value), 왜도 값(Skewness value), 임펄스 인자(Impulse factor) 및 파고율(Crest factor)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The features include Root-mean-square, Shape factor, Kurtosis value, Square-mean-root, Peak-to-peak value. value), a skewness value, an impulse factor, and a crest factor.

상기 특징을 추출하는 단계는 기존 신호 및 취득 신호로부터 특징을 추출할 수 있다. In the step of extracting the feature, the feature may be extracted from an existing signal and an acquired signal.

상기 클러스터링 단계는, 상기 클러스터의 개수를 K로 설정하여 클러스터링을 수행하는 제1 클러스터링 단계; 및 상기 클러스터의 개수를 K+1로 설정한 클러스터링을 수행하는 제2 클러스터링 단계;를 포함할 수 있다.The clustering step may include: a first clustering step of performing clustering by setting the number of clusters to K; And a second clustering step of performing clustering in which the number of clusters is set to K+1.

상기 제1 클러스터링 단계는 상기 기존 신호로부터 추출된 특징을 평균내어 기존 중심점을 구하는 것일 수 있다.The first clustering step may be to obtain an existing center point by averaging the features extracted from the existing signal.

이때, 상기 제1 클러스터링 단계는 상기 취득 신호로부터 추출된 특징을 상기 기존 신호로부터 추출된 특징과 혼합하여 클러스터링을 수행하는 것일 수 있다. In this case, the first clustering step may be performing clustering by mixing the features extracted from the acquired signal with the features extracted from the existing signal.

상기 제2 클러스터링 단계는 상기 기존 중심점은 그대로 고정하며, 상기 취득 신호로부터 추출된 특징에 대한 새 중심점만을 업데이트하는 것일 수 있다.In the second clustering step, the existing center point is fixed as it is, and only a new center point for a feature extracted from the acquired signal is updated.

상기 평가지표를 계산하는 단계는, 상기 클러스터의 개수를 K로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제1 평가지표를 계산하는 단계; 및 상기 클러스터의 개수를 K+1로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제2 평가지표를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다. The calculating of the evaluation index may include setting the number of clusters to K and then calculating a first evaluation index using clustering and an average probability; And calculating a second evaluation index using clustering and an average probability after setting the number of clusters to K+1.

이때, 상기 제1 평가지표를 계산하는 단계는, 상기 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계; 상기 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계; 및 상기 제1 평균 확룔과 상기 제2 평균 확률을 기초로 상기 제1 평가지표를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.In this case, the calculating of the first evaluation index may include: selecting one target cluster from among the clusters and calculating a first average probability; Calculating a second average probability of two clusters in which the selected target cluster and another cluster are mixed; And calculating the first evaluation index based on the first average amplification and the second average probability.

또한, 상기 제2 평가지표를 계산하는 단계는, 상기 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계; 상기 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계; 및 상기 제1 평균 확룔과 상기 제2 평균 확률을 기초로 상기 제2 평가지표를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.Further, the calculating of the second evaluation index may include: selecting one target cluster from among the clusters and calculating a first average probability; Calculating a second average probability of two clusters in which the selected target cluster and another cluster are mixed; And calculating the second evaluation index based on the first average amplification and the second average probability.

이때, 상기 평가지표는 평균 확률 비율을 포함하되, 상기 평균 확률 비율은, 상기 제1 평균 확률에 대하여 상기 제2 평균 확률을 나눈 값일 수 있다. In this case, the evaluation index includes an average probability ratio, and the average probability ratio may be a value obtained by dividing the second average probability with respect to the first average probability.

상기 클러스터의 개수를 판단하는 단계는, 상기 제1 평가지표 및 상기 제2 평가지표 중 큰 값의 평가지표를 가진 클러스터 개수를 선택하는 것일 수 있다. The determining of the number of clusters may include selecting the number of clusters having a larger evaluation index among the first evaluation index and the second evaluation index.

이때, 상기 인지하는 단계는, 상기 클러스터의 개수가 증가하면 상기 튜브를 누설 상태인 것으로 인지하고, 상기 클러스터의 개수가 유지되면 상기 튜브를 정상 상태인 것으로 인지할 수 있다. In this case, the step of recognizing may recognize that the tube is in a leak state when the number of clusters increases, and recognize that the tube is in a normal state when the number of clusters is maintained.

또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 유동 물질이 내부에 흐르는 튜브; 상기 튜브 주변에 설치된 센서; 상기 센서로부터 특징을 추출하고, 상기 특징으로부터 클러스터를 형성하며, 상기 클러스터에 대한 평가지표를 계산하고, 상기 평가지표를 바탕으로 클러스터의 개수를 판단하여 상기 튜브의 누설 상태를 실시간으로 인지하는 판단부;를 포함한다. In addition, the present invention in order to solve the above-described problem, the tube flowing material flows therein; A sensor installed around the tube; A determination unit that extracts features from the sensor, forms a cluster from the features, calculates an evaluation index for the cluster, determines the number of clusters based on the evaluation index, and recognizes the leak state of the tube in real time Includes;

상기 튜브는, 순환유동층 보일러에 사용되는 것일 수 있다. The tube may be used in a circulating fluidized bed boiler.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 및 시스템은 검사자가 직접 현장에서 누설 여부를 확인하지 않고서도 해당 튜브에 누설 상태가 존재하는 지 여부를 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.The real-time tube leakage state recognition method and system of the present invention as described above has an effect of allowing an inspector to accurately determine whether a leakage state exists in a corresponding tube without directly checking whether there is a leakage in the field.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 S100부터 S400까지의 단계를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 다른 제1 클러스터링 단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 클러스터링 단계가 상세히 나타난 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 평가지표 값을 계산하는 방법을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확률밀도함수를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평균 확률을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 확률밀도함수를 계산한 값을 분석한 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확률밀도함수를 계산한 값을 분석한 예시를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram of a system for recognizing a real-time tube leakage state according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a real-time tube leakage state recognition method according to a second embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing in more detail steps from S100 to S400 according to the second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a first clustering step according to a second embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing in detail a second clustering step according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing in detail a method of calculating an evaluation index value using clustering and average probability according to a second embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a method of calculating a probability density function according to a second embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a method of calculating an average probability according to a second embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing an example of analyzing a value obtained by calculating a probability density function according to a second embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing an example of analyzing a value obtained by calculating a probability density function according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to be limited to a specific embodiment of the present invention, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the spirit of the present invention. .

이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a system for recognizing a real-time tube leakage state according to a first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a schematic diagram of a system for recognizing a real-time tube leakage state according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 따르면, 본 발명에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템은, 튜브(10), 센서(20) 및 판단부(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a system for recognizing a real-time tube leakage state according to the present invention includes a tube 10, a sensor 20, and a determination unit 30.

튜브(10)의 내부에는 유동 물질이 흐른다. 이때, 유동 물질은 일반적으로 보일러에 사용되는 물을 의미할 수 있다. 또한, 튜브(10)는 순환유동층 보일러에 사용되는 것일 수 있다. 이때, 순환유동층 보일러란, 단순히 석탄을 태워 발전기를 돌리는 기존 보일러와는 달리 지속적으로 열을 순환시켜 석탄을 완전 연소시키는 친환경 발전설비를 말한다. A flowing material flows inside the tube 10. In this case, the flowing material may generally mean water used in a boiler. In addition, the tube 10 may be used for a circulating fluidized bed boiler. At this time, the circulating fluidized bed boiler refers to an eco-friendly power generation facility that completely burns coal by continuously circulating heat, unlike conventional boilers that simply burn coal to run a generator.

순환유동층 보일러는, 공기와 석회를 동시에 주입시켜 순환 연소시킴으로써 질소 산화물, 황산화물 등 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과가 있으므로 향후 수요가 지속적으로 증가될 전망이다. The circulating fluidized bed boiler has the effect of greatly reducing the emission of pollutants such as nitrogen oxides and sulfur oxides by circulating combustion by simultaneously injecting air and lime. Given this effect, demand is expected to continue to increase in the future.

센서(20)는 보일러 내부, 특히 튜브(10)에서 발생하는 소음 신호를 수집할 수 있다. 이를 위하여 센서(20)는, 전치 증폭기(Pre-Amplifier), 필터(Filter), 메인 증폭기(Main-Amplifier) 및 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있다. The sensor 20 may collect a noise signal generated inside the boiler, in particular, the tube 10. To this end, the sensor 20 may include a pre-amplifier, a filter, a main-amplifier, and an analog digital converter.

센서(20)는 소음 신호를 전기 신호로 변환하며, 센서(20)는 튜브(10)의 외벽 또는 그 주변에 복수가 형성될 수 있으며, 음향 방출 센서(Acoustic Emission sensor), 음향 센서, 마이크 및 가속도 센서 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.The sensor 20 converts the noise signal into an electric signal, and the sensor 20 may be formed in plural on the outer wall of the tube 10 or around the tube 10, an acoustic emission sensor, an acoustic sensor, a microphone, and It may include at least one of the acceleration sensors.

또한, 센서(20)는 소음 신호를 수집하지 않고, 보일러 내부, 특히 튜브(10)에서 발생하는 진동 신호를 수집할 수 있다.In addition, the sensor 20 may not collect a noise signal, and may collect a vibration signal generated inside the boiler, in particular, the tube 10.

판단부(30)는 센서(20)로부터 특징을 추출하고, 추출된 특징으로부터 클러스터를 형성하며, 형성된 클러스터에 대한 평가지표를 계산하고, 계산된 평가지표를 바탕으로 클러스터의 개수를 판단하여 튜브(10)의 누설 상태를 실시간으로 인지한다. The determination unit 30 extracts features from the sensor 20, forms a cluster from the extracted features, calculates an evaluation index for the formed cluster, determines the number of clusters based on the calculated evaluation index, and determines the tube ( 10) leakage status is recognized in real time.

센서(20)로부터 추출되는 특징은, 제곱 평균 제곱근(Root-mean-square,

Figure pat00001
), 형상 계수(Shape factor,
Figure pat00002
), 첨도 값(Kurtosis value,
Figure pat00003
), 제곱 평균 루트(Square-mean-root,
Figure pat00004
), 피크 투 피크 값(Peak-to-peak value,
Figure pat00005
), 왜도 값(Skewness value,
Figure pat00006
), 임펄스 인자(Impulse factor,
Figure pat00007
) 및 파고율(Crest factor,
Figure pat00008
)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.The feature extracted from the sensor 20 is the root-mean-square,
Figure pat00001
), Shape factor,
Figure pat00002
), Kurtosis value,
Figure pat00003
), Square-mean-root,
Figure pat00004
), Peak-to-peak value,
Figure pat00005
), Skewness value,
Figure pat00006
), Impulse factor,
Figure pat00007
) And Crest factor,
Figure pat00008
) It may be at least one selected from the group consisting of.

위 특징들을 수학식으로 나타내면 아래와 같다.The above features can be expressed as an equation as follows.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

클러스터(cluster)란, 수학에 있어서 통계 조사의 대상인 모집단의 요소를 몇 개 모은 단위체를 말하며, 클러스터링(clustering)이란, 위와 같은 클러스터를 형성하는 것을 말한다. In mathematics, a cluster refers to a unit in which several elements of a population subject to statistical investigation are collected, and clustering refers to forming a cluster as described above.

판단부(30)는 각 클러스터를 기준으로 클러스터링하는 단계를 수행할 수 있으며, 형성된 클러스터 내의 특징들에 대하여 확률밀도함수(Probability Density Function, PDF)를 계산할 수 있다. 판단부(30)가 확률밀도함수를 계산하고 이 계산 결과를 이용하여 평가지표를 산출할 수 있다. 판단부(30)는 평가지표를 이용하여 실시간으로 튜브(10)에 누설이 존재하는 지 여부(누설 상태인지 여부)를 판단할 수 있다. The determination unit 30 may perform the step of clustering based on each cluster, and may calculate a probability density function (PDF) for features in the formed cluster. The determination unit 30 may calculate the probability density function, and use the calculation result to calculate an evaluation index. The determination unit 30 may determine in real time whether there is a leak in the tube 10 (whether it is a leak state) using the evaluation index.

이때, 판단부(30)가 클러스터링을 수행하는 방법, 확률밀도함수를 계산하는 방법 및 평가지표를 이용하여 누설 상태 여부를 판단하는 방법에 대해서는 이하 본 발명의 제2 실시예를 통하여 구체적으로 살펴보고, 여기에서는 생략하도록 한다. At this time, a method for the determination unit 30 to perform clustering, a method for calculating a probability density function, and a method for determining whether or not a leak state by using an evaluation index will be described in detail through the second embodiment of the present invention. , Omitted here.

이하, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of recognizing a real-time tube leakage state according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.

참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법 중 본 발명의 제1 실시예와 특징이 동일하거나 유사한 구성들에 대한 설명은 생략하고 다른 점만을 설명하기로 한다.For reference, in the method for detecting a real-time tube leakage state according to the second embodiment of the present invention, descriptions of components having the same or similar characteristics as in the first embodiment of the present invention will be omitted and only differences will be described.

다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법을 수행하는 주체는 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템일 수 있다. However, the subject performing the real-time tube leakage state recognition method according to the second embodiment of the present invention may be a real-time tube leakage state recognition system according to the first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 S100부터 S400까지의 단계를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically showing a method for real-time tube leakage status recognition according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing in more detail steps from S100 to S400 according to the second embodiment of the present invention. .

도 2에 따르면, 본 발명에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법은, 센서(20)에 의해 측정된 신호로부터 특징을 추출하는 단계(S100), 추출된 특징으로부터 클러스터를 형성하는 클러스터링 단계(S200), 형성된 클러스터에 대한 평가지표를 계산하는 단계(S300), 계산된 평가지표를 바탕으로 클러스터의 개수를 판단하는 단계(S400), 및 판단된 클러스터의 개수를 기초로 튜브(10)의 누설 상태를 인지하는 단계(S500)를 포함한다. According to FIG. 2, the method for real-time tube leakage state recognition according to the present invention includes a step of extracting features from a signal measured by a sensor 20 (S100), a clustering step of forming a cluster from the extracted features (S200), Calculating the evaluation index for the formed cluster (S300), determining the number of clusters based on the calculated evaluation index (S400), and recognizing the leakage state of the tube 10 based on the determined number of clusters It includes a step (S500).

센서(20)에 의해 측정된 신호로부터 특징을 추출하는 단계(S100)는, 보일러 내 또는 튜브(10) 주변에 설치된 센서(20)에 의하여 소음 신호, 진동 신호 등이 측정되면, 해당 신호로부터 상기 수학식들을 이용하여 특징(또는 특징 벡터)을 추출한다. In the step of extracting features from the signal measured by the sensor 20 (S100), when a noise signal, a vibration signal, etc. are measured by the sensor 20 installed in the boiler or around the tube 10, the A feature (or feature vector) is extracted using equations.

이때, 특징을 추출하는 단계(S100)는 기존 신호로부터 특징을 추출하는 단계(S110) 및 취득 신호로부터 특징을 추출하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 즉, 특징을 추출하는 단계(S100)는 기존 신호 및 취득 신호로부터 특징을 추출하는 단계를 말한다. In this case, the step of extracting the feature (S100) may include extracting the feature from the existing signal (S110) and the step of extracting the feature from the acquired signal (S120). That is, the step of extracting features (S100) refers to a step of extracting features from an existing signal and an acquired signal.

기존 신호란, 해당 신호의 성질이 모두 분석되어 알려진 것을 말한다. 기존 신호만 측정되는 경우 해당 보일러 또는 튜브는 정상인 상태에 놓인 것으로 볼 수 있다. Existing signals are those whose properties are all analyzed and known. If only the existing signal is measured, the boiler or tube can be considered to be in a normal state.

또한, 취득 신호란, 해당 신호의 성질이 분석되어 있지 않은 것으로서 센서(20)가 측정한 새로운 데이터를 말한다. 즉, 취득 신호란, 기존 신호 이외에 새로 측정된 모든 새로운 데이터들을 의미할 수 있다.In addition, the acquired signal refers to new data measured by the sensor 20 as the property of the signal has not been analyzed. That is, the acquisition signal may mean all new data newly measured in addition to the existing signal.

센서(20)로부터 추출되는 특징은, 제곱 평균 제곱근(Root-mean-square,

Figure pat00017
), 형상 계수(Shape factor,
Figure pat00018
), 첨도 값(Kurtosis value,
Figure pat00019
), 제곱 평균 루트(Square-mean-root,
Figure pat00020
), 피크 투 피크 값(Peak-to-peak value,
Figure pat00021
), 왜도 값(Skewness value,
Figure pat00022
), 임펄스 인자(Impulse factor,
Figure pat00023
) 및 파고율(Crest factor,
Figure pat00024
)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다. 이에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 기재된 수학식으로 대체한다. The feature extracted from the sensor 20 is the root-mean-square,
Figure pat00017
), Shape factor,
Figure pat00018
), Kurtosis value,
Figure pat00019
), Square-mean-root,
Figure pat00020
), Peak-to-peak value,
Figure pat00021
), Skewness value,
Figure pat00022
), Impulse factor,
Figure pat00023
) And Crest factor,
Figure pat00024
) It may be at least one selected from the group consisting of. Description of this is replaced by the equation described in the first embodiment of the present invention.

추출된 특징으로부터 클러스터를 형성하는 클러스터링 단계(S200)는 클러스터링 기법을 사용하는 단계를 말한다. 클러스터링 기법은 모든 노드들을 지역적 인접성에 따라 작은 가상그룹으로 재구성하는 방법을 말하며, 본 발명에 있어서 클러스터링 단계(S200)는 특징들을 평균내어 중심값을 구하는 클러스터링 기법, K-means 클러스터링 기법, K-Medoids(PAM) 클러스터링 기법 등 다양한 클러스터링 기법을 사용할 수 있다.The clustering step (S200) of forming a cluster from the extracted features refers to a step of using a clustering technique. The clustering technique refers to a method of reconfiguring all nodes into small virtual groups according to local adjacency. In the present invention, the clustering step (S200) is a clustering technique that averages features to obtain a center value, a K-means clustering technique, and K-Medoids. Various clustering techniques such as (PAM) clustering techniques can be used.

클러스터링 기법 중 K-means 클러스터링은 주어진 데이터를 K개의 군집으로 군집화하는 것을 말한다. 이러한 K-means 클러스터링은, 주어진 데이터 표본에서 임의로 샘플값 하나를 고른 후 해당 샘플값에서 다른 샘플 데이터까지의 거리를 측정한다. 이때, 각 데이터 샘플에서 가장 가까운 중심을 선택하여, 다시 해당 샘플을 중심으로 다른 데이터 샘플값까지의 거리를 계산한다. 이러한 과정을 반복하여, 군집화를 이룬다. 즉, 복수의 클러스터(cluster)를 생성한다. 이러한 클러스터링 기법은 주로 파이썬(Python)으로 구현될 수 있다.Among clustering techniques, K-means clustering refers to clustering a given data into K clusters. In this K-means clustering, after randomly selecting one sample value from a given data sample, the distance from the sample value to the other sample data is measured. At this time, the closest center of each data sample is selected, and the distance to another data sample value is calculated around the corresponding sample again. By repeating this process, clustering is achieved. That is, a plurality of clusters are created. This clustering technique can be mainly implemented in Python.

도 3에 따르면, 클러스터링 단계(S200)는, 클러스터의 개수를 K로 설정한 클러스터링을 수행하는 제1 클러스터링 단계(S210) 및 클러스터의 개수를 K+1로 설정한 클러스터링을 수행하는 제2 클러스터링 단계(S220)를 포함할 수 있다. 다만, 제1 클러스터링 단계(S210) 및 제2 클러스터링 단계(S220)는 동시에 병렬적으로 실시될 수 있다. According to FIG. 3, the clustering step (S200) includes a first clustering step (S210) of performing clustering in which the number of clusters is set to K, and a second clustering step of performing clustering in which the number of clusters is set to K+1. It may include (S220). However, the first clustering step S210 and the second clustering step S220 may be simultaneously performed in parallel.

즉, 도 3에 따르면, 제1 클러스터링 단계(S210)는, 기존 데이터들의 중심값(이하, 기존 중심값)을 계산하는 단계를 말할 수 있으며, 제2 클러스터링 단계(S220)는, 취득 데이터들의 중심값(이하, 새 중심값)을 계산하는 단계를 말할 수 있다. That is, according to FIG. 3, the first clustering step (S210) may refer to a step of calculating a center value (hereinafter, an existing center value) of existing data, and the second clustering step (S220) is a center of acquired data. It may refer to the step of calculating the value (hereinafter, the new central value).

도 3에 따르면, 형성된 클러스터에 대한 평가지표를 계산하는 단계(S300)는, 클러스터 개수를 기존 클러스터 개수 K로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제1 평가지표 값을 계산하는 단계(S310), 및 클러스터 개수를 기존 클러스터 개수 K+1로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제2 평가지표 값을 계산하는 단계(S320)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 평가지표는 클러스터의 개수를 K로 둔 경우의 평가지표를 말하며, 제2 평가지표는 클러스터의 개수를 K+1로 둔 경우의 평가지표를 말한다. According to FIG. 3, in the step of calculating the evaluation index for the formed cluster (S300), the first evaluation index value is calculated using clustering and average probability after setting the number of clusters to the existing cluster number K (S310). , And setting the number of clusters to the number of existing clusters K+1, and calculating a second evaluation index value using clustering and an average probability (S320). That is, the first evaluation index refers to the evaluation index when the number of clusters is K, and the second evaluation index refers to the evaluation index when the number of clusters is K+1.

도 3에 따르면, 계산된 평가지표를 바탕으로 클러스터의 개수를 판단하는 단계(S400)는, 제1 평가지표 및 제2 평가지표 중 큰 값의 평가지표를 가진 클러스터 개수를 선택하는 단계(S410)를 포함할 수 있다.According to FIG. 3, determining the number of clusters based on the calculated evaluation index (S400) comprises selecting the number of clusters having a larger evaluation index among the first evaluation index and the second evaluation index (S410). It may include.

또한, 판단된 클러스터의 개수를 기초로 튜브(10)의 누설 상태를 인지하는 단계(S500)는, 클러스터의 개수가 증가하면 튜브(10)를 누설 상태인 것으로 인지하고, 클러스터의 개수가 유지되면 튜브(10)를 정상 상태인 것으로 인지한다. In addition, the step of recognizing the leak state of the tube 10 based on the determined number of clusters (S500), if the number of clusters increases, the tube 10 is recognized as a leak state, and if the number of clusters is maintained, The tube 10 is recognized as being in a normal state.

이처럼, 본 발명에 따른 실시간 튜브 누설 상태 인식 방법은, 도 2 및 도 3에 따른 단계들을 통하여 튜브(10)의 누설 상태를 인식할 수 있다.As such, in the real-time tube leakage state recognition method according to the present invention, the leakage state of the tube 10 may be recognized through the steps of FIGS. 2 and 3.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 다른 제1 클러스터링 단계를 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing a first clustering step according to a second embodiment of the present invention.

도 4에 따르면, 제1 클러스터링 단계(S210)는, 기존 데이터들을 기반으로 하는 기존 클러스터(개수 K개) 이외에 새로운 데이터가 추가되는 경우에도, 전체 클러스터의 개수를 K로 두고 클러스터링 기법을 수행하는 단계를 말한다.According to FIG. 4, the first clustering step (S210) is a step of performing a clustering technique with the total number of clusters as K even when new data is added in addition to the existing clusters (number K) based on existing data. Say.

도 4에 따르면, 제1 클러스터링 단계(S210)는, 기존 신호들로부터 추출된 특징들의 평균을 구하여 중심값을 계산할 수 있으며, 이때의 중심값을 기존 중심값이라고 한다. 다시 말해, 제1 클러스터링 단계(S210)은 기존 신호들의 특징들로부터 기존 중심값을 계산하는 단계를 말할 수 있다. According to FIG. 4, in the first clustering step (S210 ), a center value may be calculated by obtaining an average of features extracted from existing signals, and the center value at this time is referred to as an existing center value. In other words, the first clustering step S210 may refer to a step of calculating an existing center value from features of the existing signals.

도 4에 따르면, 새로운 데이터가 입력될 경우, 전체 클러스터의 개수를 그대로 K개로 두며, 새로운 데이터를 기존 데이터(즉, 기존 신호), 즉, 기존 클러스터와 혼합하여 클러스터링을 새로 수행할 수 있다. 따라서 도 4에 따르면, 기존에 구해진 중심점의 변화는 없고, 새로운 데이터들은 가장 가까이 있는 클러스터에 속하게 된다. According to FIG. 4, when new data is input, the total number of clusters is left as K, and clustering can be newly performed by mixing new data with existing data (ie, existing signals), that is, existing clusters. Therefore, according to FIG. 4, there is no change in the center point obtained previously, and new data belong to the nearest cluster.

이때, 새로운 데이터는 기존 데이터와 다른 데이터인 취득 신호를 말하며, 본 발명은 이러한 새로운 데이터가 튜브(10)의 누설을 의미하는 것으로 해석될 수 있는지를 수학적으로 판별하기 위한 발명이다.At this time, the new data refers to an acquisition signal that is data different from the existing data, and the present invention is an invention for mathematically determining whether such new data can be interpreted as meaning leakage of the tube 10.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 클러스터링 단계가 상세히 나타난 도면이며, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 평가지표 값을 계산하는 방법을 상세하게 나타낸 도면이다. 5 is a diagram showing in detail the second clustering step according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a detailed diagram of a method of calculating an evaluation index value using clustering and average probability according to the second embodiment of the present invention. It is a diagram shown below.

도 5에 따르면, 제2 클러스터링 단계(S220)는, 클러스터 개수가 K+1인 경우, 새로운 클러스터의 초기 중심점은 새로운 데이터 내에서 임의로 선택할 수 있다. 이때, 기존 클러스터 중심점을 고정하고 새로운 클러스터의 중심점만을 업데이트한다. 또한, 각 클러스터의 중심점과 특징(또는 특징 벡터)들 사이의 거리를 계산하여 클러스터들의 평균값을 업데이트하며, 새로운 데이터의 중심점이 변경되지 않을 때까지 업데이트를 반복할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the second clustering step (S220 ), when the number of clusters is K+1, an initial center point of a new cluster may be arbitrarily selected from within new data. At this time, the existing cluster center point is fixed and only the center point of the new cluster is updated. In addition, the average value of the clusters is updated by calculating the distance between the center point of each cluster and the features (or feature vectors), and updating may be repeated until the center point of new data is not changed.

도 6에 따르면, 제2 클러스터링 단계(S220)는, 각 데이터와 기존 중심값 및 새 중심값 사이의 거리를 계산하는 단계(S221), 더 가까운 중심값의 클러스터로 데이터를 분류하는 단계(S222), 새 중심값의 클러스터에 대해 중심값을 다시 계산하여 업데이트하는 단계(S223), 및 업데이트된 새 중심값이 변화되었는지를 판단하는 단계(S224)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 클러스터링 단계(S220)는 K-means 클러스터링 기법을 사용할 수 있다. According to FIG. 6, the second clustering step (S220) is a step of calculating a distance between each data and an existing center value and a new center value (S221), and classifying the data into clusters of closer center values (S222). , Recalculating and updating the central value for the cluster of the new central value (S223), and determining whether the updated new central value has changed (S224). In this case, the second clustering step S220 may use a K-means clustering technique.

업데이트된 새 중심값이 변화되었다고 판단된다면, 다시 S221 단계로 되돌아갈 수 있다. 반대로, 업데이트된 새 중심값이 변화되지 않았다고 판단된다면, 다음 단계(S310)로 넘어갈 수 있다.If it is determined that the updated new center value has changed, it may return to step S221 again. Conversely, if it is determined that the updated new center value has not changed, the process may proceed to the next step S310.

또한, 도 6에 따르면, 제1 평가지표 값을 계산하는 단계(S310)는, 형성된 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계(S311), 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계(S312), 및 제1 평균 확률과 제2 평균 확률을 기초로 제1 평가지표를 계산하는 단계(S313)를 포함할 수 있다. In addition, according to FIG. 6, the step of calculating the first evaluation index value (S310) includes selecting one target cluster from among the formed clusters and calculating the first average probability (S311), one different from the selected target cluster. It may include calculating a second average probability of the two clusters in which the clusters of are mixed (S312), and calculating a first evaluation index based on the first average probability and the second average probability (S313). .

또한, 제2 평가지표 값을 계산하는 단계(S320)는, 형성된 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계(S321), 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계(S322), 및 제1 평균 확률과 제2 평균 확률을 기초로 제2 평가지표를 계산하는 단계(S323)를 포함할 수 있다. In addition, the step of calculating the second evaluation index value (S320) includes selecting one target cluster from among the formed clusters and calculating the first average probability (S321), by mixing the selected target cluster with the other cluster. It may include calculating a second average probability of the two clusters (S322), and calculating a second evaluation index based on the first average probability and the second average probability (S323).

도 6에 따르면, 제1 평균 확률을 계산하는 단계(S311, S321)는, 대상 클러스터로 선정되지 않은 하나의 클러스터를 대상 클러스터로 선정하여 대상 클러스터의 확률밀도함수(PDF)를 계산하는 단계(S3111, S3211), 및 각 클러스터의 데이터들에 대한 평균 확률을 계산하는 단계(S3112, S3212)를 포함할 수 있다.According to FIG. 6, in the calculating of the first average probability (S311, S321), calculating a probability density function (PDF) of the target cluster by selecting one cluster not selected as the target cluster as the target cluster (S3111 , S3211), and calculating the average probability of data of each cluster (S3112 and S3212).

도 6에 따르면, 제2 평균 확률을 계산하는 단계(S312, S322)는, 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 두 개 클러스터에 대한 확률밀도함수(PDF)를 계산하는 단계(S3121, S3221), 및 모든 조합의 두 개 클러스터들의 데이터들에 대해 대상 클러스터의 평균 확률의 최대값을 계산하는 단계(S3122, S3222)를 포함할 수 있다. 이때, 평균 확률의 최대값을 제2 평균 확률이라고 한다. According to FIG. 6, the steps of calculating the second average probability (S312, S322) include calculating a probability density function (PDF) for two clusters in which the target cluster and the other cluster are mixed (S3121, S3221). , And calculating the maximum value of the average probability of the target cluster for data of two clusters of all combinations (S3122 and S3222). At this time, the maximum value of the average probability is referred to as the second average probability.

도 6에 따르면, 제1 평균 확률과 제2 평균 확률을 기초로 제1 평가지표 또는 제2 평가지표를 계산하는 단계(S313, S323)는, 모든 클러스터에 대해 제1 평균 확률 대비 제2 평균 확률의 비율을 계산하여 평균 확률 비율을 계산하는 단계(S3131, S3231), 모든 클러스터가 대상 클러스터로 선정되었는지를 판단하는 단계(S3132, S3232), 및 계산된 모든 평균 확률 비율들의 최소값을 클러스터에 대한 평가지표로 지정하는 단계(S3133, S3233)를 포함할 수 있다.According to FIG. 6, calculating the first evaluation index or the second evaluation index based on the first average probability and the second average probability (S313, S323) includes a second average probability compared to the first average probability for all clusters. Calculating the average probability ratio by calculating the ratio of (S3131, S3231), determining whether all clusters have been selected as target clusters (S3132, S3232), and evaluating the minimum value of all the calculated average probability ratios for the cluster It may include the steps (S3133, S3233) designating the index.

S3132, S3232 단계에 있어서, 모든 클러스터가 대상 클러스터로 선정되지 않았다고 판단된다면, 대상 클러스터로 선정되지 않은 하나의 클러스터를 대상 클러스터로 선정하여 대상 클러스터의 확률밀도함수(PDF)를 계산하는 단계(S3111, S3211)로 돌아갈 수 있다. 또한, S3132, S3232 단계에 있어서, 모든 클러스터가 대상 클러스터로 선정되었다고 판단되면, 다음 단계(S3133, S3233)로 넘어갈 수 있다. In steps S3132 and S3232, if it is determined that all clusters have not been selected as target clusters, calculating a probability density function (PDF) of the target cluster by selecting one cluster not selected as the target cluster as the target cluster (S3111, S3211) can be returned. In addition, in steps S3132 and S3232, if it is determined that all clusters have been selected as target clusters, the process may proceed to the next steps S3133 and S3233.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확률밀도함수를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing a method of calculating a probability density function according to a second embodiment of the present invention.

도 7에 따르면, 하나의 클러스터를 대상 클러스터로 정하고, 대상 클러스터 내 특징들의 확률밀도함수를 각각 계산할 수 있다. 또한, 도 7에 따르면, 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 두 개 클러스터 전체에 대한 확률밀도함수를 계산할 수 있다. 이때, 사용되는 확률밀도함수의 계산방법은 도 6에 따른 확률밀도함수를 계산하는 단계에서 사용될 수 있다. Referring to FIG. 7, one cluster may be selected as a target cluster, and probability density functions of features within the target cluster may be calculated. In addition, according to FIG. 7, a probability density function can be calculated for all two clusters in which a target cluster and one other cluster are mixed. In this case, the method of calculating the probability density function used may be used in the step of calculating the probability density function according to FIG. 6.

도 8는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평균 확률을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다. 8 is a diagram showing a method of calculating an average probability according to a second embodiment of the present invention.

도 8에 따르면, 대상 클러스터 내의 특징 벡터들을 대상 클러스터의 확률밀도함수에 대입하여 평균 확률을 계산할 수 있다. Referring to FIG. 8, the average probability may be calculated by substituting feature vectors in the target cluster into the probability density function of the target cluster.

또한, 도 8에 따르면, 대상 클러스터 내의 특징 벡터들을 2개 클러스터의 확률밀도함수에 대입하여 평균 확률을 계산할 수 있다. In addition, according to FIG. 8, the average probability may be calculated by substituting feature vectors in the target cluster into the probability density function of two clusters.

이때, 평균 확률 비율이란, 계산된 대상 클러스터의 평균 확률과 2개 클러스터 내의 대상 클러스터 평균 확률의 비율을 계산한 것을 말하며, 이는 아래 [수학식 9]와 같다. At this time, the average probability ratio refers to calculating the ratio between the calculated average probability of the target cluster and the average probability of the target cluster in two clusters, as shown in [Equation 9] below.

Figure pat00025
Figure pat00025

위와 같은 평균 확률의 비율은, 도 6에 따른 평균 확률의 비율을 계산하는 단계에서 사용될 수 있다.The ratio of the average probability as described above may be used in the step of calculating the ratio of the average probability according to FIG. 6.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확률밀도함수를 계산한 값을 분석한 예시를 나타낸 도면이다. 9 and 10 are diagrams showing an example of analyzing a value obtained by calculating a probability density function according to a second embodiment of the present invention.

도 9에 따르면, 2개 클러스터의 확률밀도함수에 대입하여 얻은 평균 확률의 값들이 상대적으로 작다는 것은, 2개의 클러스터가 상대적으로 멀리 떨어져 있다는 것을 의미할 수 있다. According to FIG. 9, when the values of the average probability obtained by substituting the probability density function of two clusters are relatively small, it may mean that the two clusters are relatively far apart.

도 10에 따르면, 2개 클러스터의 확률밀도함수에 대입하여 얻은 평균 확률의 값들이 상대적으로 크다는 것은, 2개의 클러스터가 상대적으로 가까지 있다는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 2개의 클러스터가 가까이 있으므로 각각의 클러스터로 분리하는 것이 아닌 하나의 클러스터로 인지할 수 있다. According to FIG. 10, when the values of the average probability obtained by substituting the probability density function of two clusters are relatively large, it may mean that the two clusters are relatively even. In this case, since the two clusters are close together, they can be recognized as one cluster rather than being separated into each cluster.

이와 같이, 확률밀도함수에 대입하여 얻은 평균 확률의 값을 비교하여 클러스터의 개수가 증가하였는지 그대로 유지하였는지를 판단할 수 있다. In this way, it is possible to determine whether the number of clusters is increased or maintained as it is by comparing the value of the average probability obtained by substituting the probability density function.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

10: 튜브
20: 센서
30: 판단부
10: tube
20: sensor
30: judgment

Claims (15)

신호로부터 특징을 추출하는 단계;
상기 특징으로부터 클러스터를 형성하는 클러스터링 단계;
상기 클러스터에 대한 평가지표를 계산하는 단계;
상기 평가지표를 바탕으로 상기 클러스터의 개수를 판단하는 단계; 및
상기 클러스터의 개수를 기초로 튜브의 누설 상태를 인지하는 단계;를 포함하는, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
Extracting features from the signal;
A clustering step of forming a cluster from the features;
Calculating an evaluation index for the cluster;
Determining the number of clusters based on the evaluation index; And
Recognizing a leak state of the tube based on the number of clusters; including, real-time tube leak state recognition method.
제1항에 있어서,
상기 특징은,
제곱 평균 제곱근(Root-mean-square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value), 제곱 평균 루트(Square-mean-root), 피크 투 피크 값(Peak-to-peak value), 왜도 값(Skewness value), 임펄스 인자(Impulse factor) 및 파고율(Crest factor)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 1,
The above features are:
Root-mean-square, Shape factor, Kurtosis value, Square-mean-root, Peak-to-peak value, Why It is at least one selected from the group consisting of a Skewness value, an impulse factor, and a Crest factor.
제1항에 있어서,
상기 특징을 추출하는 단계는,
기존 신호 및 취득 신호로부터 특징을 추출하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 1,
The step of extracting the features,
A method for real-time tube leakage status recognition by extracting features from an existing signal and an acquired signal.
제3항에 있어서,
상기 클러스터링 단계는,
상기 클러스터의 개수를 K로 설정하여 클러스터링을 수행하는 제1 클러스터링 단계; 및
상기 클러스터의 개수를 K+1로 설정한 클러스터링을 수행하는 제2 클러스터링 단계;를 포함하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 3,
The clustering step,
A first clustering step of performing clustering by setting the number of clusters to K; And
And a second clustering step of performing clustering in which the number of clusters is set to K+1.
제4항에 있어서,
상기 제1 클러스터링 단계는,
상기 기존 신호로부터 추출된 특징을 평균내어 기존 중심점을 구하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 4,
The first clustering step,
The method for real-time tube leakage status recognition by averaging the features extracted from the existing signal to obtain an existing center point.
제4항에 있어서,
상기 제1 클러스터링 단계는,
상기 취득 신호로부터 추출된 특징을 상기 기존 신호로부터 추출된 특징과 혼합하여 클러스터링을 수행하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 4,
The first clustering step,
And performing clustering by mixing the features extracted from the acquired signal with the features extracted from the existing signal.
제5항에 있어서,
상기 제2 클러스터링 단계는,
상기 기존 중심점은 그대로 고정하며, 상기 취득 신호로부터 추출된 특징에 대한 새 중심점만을 업데이트하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 5,
The second clustering step,
The existing center point is fixed as it is, and only a new center point for a feature extracted from the acquired signal is updated.
제1항에 있어서,
상기 평가지표를 계산하는 단계는,
상기 클러스터의 개수를 K로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제1 평가지표를 계산하는 단계; 및
상기 클러스터의 개수를 K+1로 설정한 후 클러스터링과 평균 확률을 이용하여 제2 평가지표를 계산하는 단계;를 포함하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 1,
The step of calculating the evaluation index,
Setting the number of clusters to K and calculating a first evaluation index using clustering and average probability; And
Comprising a second evaluation index using clustering and an average probability after setting the number of clusters to K+1; to include, real-time tube leakage state recognition method.
제8항에 있어서,
상기 제1 평가지표를 계산하는 단계는,
상기 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계;
상기 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계; 및
상기 제1 평균 확룔과 상기 제2 평균 확률을 기초로 상기 제1 평가지표를 계산하는 단계;를 포함하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 8,
The step of calculating the first evaluation index,
Calculating a first average probability by selecting one target cluster from among the clusters;
Calculating a second average probability of two clusters in which the selected target cluster and another cluster are mixed; And
Comprising the first evaluation index based on the first average amplification and the second average probability; containing, real-time tube leakage state recognition method.
제8항에 있어서,
상기 제2 평가지표를 계산하는 단계는,
상기 클러스터 중에서 하나의 대상 클러스터를 선정하여 제1 평균 확률을 계산하는 단계;
상기 선정된 대상 클러스터와 다른 하나의 클러스터를 혼합한 2개 클러스터의 제2 평균 확률을 계산하는 단계; 및
상기 제1 평균 확룔과 상기 제2 평균 확률을 기초로 상기 제2 평가지표를 계산하는 단계;를 포함하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 8,
The step of calculating the second evaluation index,
Calculating a first average probability by selecting one target cluster from among the clusters;
Calculating a second average probability of two clusters in which the selected target cluster and another cluster are mixed; And
Comprising the second evaluation index based on the first average amplification and the second average probability; containing, real-time tube leakage state recognition method.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 평가지표는 평균 확률 비율을 포함하되,
상기 평균 확률 비율은,
상기 제1 평균 확률에 대하여 상기 제2 평균 확률을 나눈 값인 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 9 or 10,
The evaluation index includes an average probability ratio,
The average probability ratio is,
It is a value obtained by dividing the second average probability with respect to the first average probability.
제8항에 있어서,
상기 클러스터의 개수를 판단하는 단계는,
상기 제1 평가지표 및 상기 제2 평가지표 중 큰 값의 평가지표를 가진 클러스터 개수를 선택하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 8,
The step of determining the number of clusters,
To select the number of clusters having a large evaluation index among the first evaluation index and the second evaluation index, real-time tube leakage state recognition method.
제12항에 있어서,
상기 인지하는 단계는,
상기 판단된 클러스터의 개수가 증가하면 상기 튜브를 누설 상태인 것으로 인지하고,
상기 판단된 클러스터의 개수가 유지되면 상기 튜브를 정상 상태인 것으로 인지하는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 방법.
The method of claim 12,
The step of recognizing,
When the determined number of clusters increases, it is recognized that the tube is in a leak state,
When the determined number of clusters is maintained, the tube is recognized as being in a normal state.
유동 물질이 내부에 흐르는 튜브;
상기 튜브 주변에 설치된 센서;
상기 센서로부터 특징을 추출하고, 상기 특징으로부터 클러스터를 형성하며, 상기 클러스터에 대한 평가지표를 계산하고, 상기 평가지표를 바탕으로 클러스터의 개수를 판단하여 상기 튜브의 누설 상태를 실시간으로 인지하는 판단부;를 포함하는, 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템.
A tube through which the flowing material flows;
A sensor installed around the tube;
A determination unit that extracts features from the sensor, forms a cluster from the features, calculates an evaluation index for the cluster, determines the number of clusters based on the evaluation index, and recognizes the leak state of the tube in real time Including; real-time tube leakage state recognition system.
제14항에 있어서,
상기 튜브는,
순환유동층 보일러에 사용되는 것인, 실시간 튜브 누설 상태 인지 시스템.
The method of claim 14,
The tube,
A system for real-time tube leakage status recognition that is used in a circulating fluidized bed boiler
KR1020190117502A 2019-04-25 2019-09-24 Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes KR102295879B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190048752 2019-04-25
KR1020190048752 2019-04-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200125384A true KR20200125384A (en) 2020-11-04
KR102295879B1 KR102295879B1 (en) 2021-08-31

Family

ID=73571544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190117502A KR102295879B1 (en) 2019-04-25 2019-09-24 Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102295879B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117272071A (en) * 2023-11-22 2023-12-22 武汉商启网络信息有限公司 Flow pipeline leakage early warning method and system based on artificial intelligence

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011089649A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 株式会社日立製作所 Diagnostic apparatus and diagnostic method
KR20130035102A (en) 2011-09-29 2013-04-08 한국전력공사 Artificial leak generator for boiler tube
KR20170093613A (en) * 2016-02-05 2017-08-16 울산대학교 산학협력단 Method for bearing fault diagnosis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011089649A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 株式会社日立製作所 Diagnostic apparatus and diagnostic method
KR20130035102A (en) 2011-09-29 2013-04-08 한국전력공사 Artificial leak generator for boiler tube
KR20170093613A (en) * 2016-02-05 2017-08-16 울산대학교 산학협력단 Method for bearing fault diagnosis

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117272071A (en) * 2023-11-22 2023-12-22 武汉商启网络信息有限公司 Flow pipeline leakage early warning method and system based on artificial intelligence
CN117272071B (en) * 2023-11-22 2024-02-13 武汉商启网络信息有限公司 Flow pipeline leakage early warning method and system based on artificial intelligence

Also Published As

Publication number Publication date
KR102295879B1 (en) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haeckell et al. Three-tier modular structural health monitoring framework using environmental and operational condition clustering for data normalization: Validation on an operational wind turbine system
CN103018338A (en) Concrete lossless detection method based on sound emission and neural network
CN108092623B (en) A kind of photovoltaic array multisensor fault detecting and positioning method
CN108846197A (en) A kind of crane's major girder non-destructive tests and degree of injury quantitative analysis method
CN104601109A (en) Photovoltaic hot spot effect detection method for electricity-graph model
CN109838696A (en) Pipeline fault diagnostic method based on convolutional neural networks
CN109766952A (en) Photovoltaic array fault detection method based on Partial Least Squares and extreme learning machine
CN112762362A (en) Underwater pipeline leakage acoustic emission detection method based on convolutional neural network
Chen et al. Automated function generation of symptom parameters and application to fault diagnosis of machinery under variable operating conditions
CN112162034A (en) Steel-concrete combined beam damage identification method applying structural noise
KR102295879B1 (en) Method and System for Real-time Leakage State Recognition of Tubes
US8271233B2 (en) Method of multi-level fault isolation design
CN108956041A (en) Sintering machine based on the unilateral detection method of spectrum signature leaks out on-line fault diagnosis method
Regan et al. Wind turbine blade damage detection using various machine learning algorithms
CN108151834A (en) It is a kind of to be used for industrial furnace, the sensor self checking method of boiler and system
CN113298133B (en) Method for diagnosing explosion tube fault of supercritical unit boiler
Hamid et al. Automatic detection and analysis of boiler tube leakage system
CN108759479A (en) Sintering machine based on the unilateral detection method of blind source separating leaks out on-line fault diagnosis method
KR101404027B1 (en) System, apparatus, method and computer readable recording medium of estimating precise source location for power plant structure by using a 3-d point location technique
Yasuda et al. Fatigue crack detection system based on IoT and statistical analysis
CN112464151A (en) Wind turbine generator yaw system abnormal sound diagnosis method based on acoustic diagnosis
CN105205589A (en) Evaluation method of boiler efficiency of thermal generator set under different loads
Huang et al. Fault Diagnosis for Methane Sensors using Generalized Regression Neural Network.
Sujatha et al. Internet of things for flame monitoring power station boilers
Cai et al. A Summary of Research on Combustion Stability of Coal-fired Power Station Boilers

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant