KR20210082670A - 전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 데이터 관리 모듈에서 제조 장치의 기준 소모 전력량을 저장하는 단계; 전력 측정 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 시 소모 전력량을 측정하는 단계; 측정된 상기 소모 전력량을 상기 데이터 관리 모듈에서 수집하여 저장하는 단계; 상기 데이터 관리 모듈의 데이터를 통하여 모델링 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 조건별로 소모 전력량을 연산하는 단계; 상기 모델링 모듈에서 상기 기준 소모 전력량과 구동 조건별로 연산한 상기 소모 전력량을 비교하는 단계; 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우 이상 동작 상태를 경고하고, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우 상기 데이터 관리 모듈에서 상기 기준 소모 전력량을 갱신하는 단계; 및 디스플레이 모듈에서 상기 이상 동작 상태 또는 갱신된 상기 기준 소모 전력량을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 방법이 제공될 수 있다.

Description

전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법{POWER CONSUMPTION MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR THESAME}
본 발명은 제조 장치의 구동 과정에서 수집한 데이터를 갱신하여 소모 전력량을 보다 정확하게 예측할 수 있는 전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법에 관한 것이다.
공작기계는 소재를 가공하여 원하는 형상을 만드는 기계이다. 이러한 공작기계는 전기 에너지를 동력원으로 사용하는 수많은 부품의 조립체로서, 소재를 정확하게 가공하기 위하여 원하는 속도로 운동할 수 있는 회전계 부품과, 정확한 위치로 이송할 수 있는 이송계 부품들로 구성되어 있다.
공작기계의 구동부품의 속도와 위치는 수치 제어(Numerical Control) 코드의 지령대로 동작하는 방식으로 결정된다. 이때, 스핀들 모터와 같은 부품은 지령된 속도에 도달하기까지 많은 전기 에너지를 소비한다. 특히, 공작기계는 단순 고장이 아닌 공구의 마모나 노후화가 진행된 상태에서 동일한 운동을 하기 위해서는 더 많은 에너지를 사용할 수밖에 없다.
종래에는 공작 기계의 부품에 대한 고장을 진단하기 위하여 사용자가 해당 부품을 육안으로 확인하거나 평소와는 다른 소음 및 진동을 감지하였다. 그러나, 공작기계가 설치되어 있는 작업장과 공작기계의 동작 특성 상 많은 소음과 진동이 발생하게 되므로, 사용자가 육안으로 정확하게 고장 및 이상 상태를 판단하는 데에는 한계가 있다. 또한, 공작기계는 수많은 부품으로 이루어져 동시 다발적으로 운동하므로, 이상 부품이 무엇인지 정확하게 판단하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 특허로는 한국공개특허 제2015-0089722호(이하, '종래기술'이라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.
종래기술의 고장 진단 장치는, 소비 전력을 구동 계통별 소비 전력 패턴의 형태로 측정하고, 측정된 패턴을 정상 동작 패턴 또는 이상 동작 패턴과 비교하여 구동 계통별 고장을 진단할 수 있는 기술이다. 그러나, 이러한 종래기술의 고장 진단 장치는, 정상 동작 또는 이상 동작으로 판단하여 공작기계의 고장을 판단하는 것일 뿐, 공작기계의 이상 동작 패턴이 일어나는 원인이 공구의 마모인지 노화인지는 알 수가 없다.
또한, 공작기계의 마모 또는 노화에 따라 시간이 지날수록 정상 패턴에서 벗어나는 범위가 커질 수 있다. 그러나, 종래기술의 고장 진단 장치는 하나의 정상 동작 패턴으로 마모 또는 노화가 적게 진행된 공작기계의 패턴과 마모 또는 노화가 많이 진행된 공작기계의 패턴을 모두 비교하는 것으로서, 하나의 기준으로 모든 패턴을 비교하는 것이다. 이에 따라, 정상 패턴과 측정 패턴의 오차 범위가 커지는 문제점이 발생한다.
공개특허공보 공개번호 제2015-0089722호
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 제조 장치의 구동 과정에서 수집한 데이터를 갱신하여 소모 전력량을 보다 정확하게 예측하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 데이터 관리 모듈에서 제조 장치의 기준 소모 전력량을 저장하는 단계; 전력 측정 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 시 소모 전력량을 측정하는 단계; 측정된 상기 소모 전력량을 상기 데이터 관리 모듈에서 수집하여 저장하는 단계; 상기 데이터 관리 모듈의 데이터를 통하여 모델링 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 조건별로 소모 전력량을 연산하는 단계; 상기 모델링 모듈에서 상기 기준 소모 전력량과 구동 조건별로 연산한 상기 소모 전력량을 비교하는 단계; 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우 이상 동작 상태를 경고하고, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우 상기 데이터 관리 모듈에서 상기 기준 소모 전력량을 갱신하는 단계; 및 디스플레이 모듈에서 상기 이상 동작 상태 또는 갱신된 상기 기준 소모 전력량을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이가 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈에서 상기 차이의 원인을 상기 제조 장치의 구성 요소의 노화 영향 또는 상기 제조 장치의 구성 요소 중 절삭 공구(tool)의 마모 영향으로 분류하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 모듈에서 표시하는 단계에서, 상기 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 모듈에서 표시하는 단계에서, 갱신된 소모 전력량을 통해 상기 제조 장치 중 가장 큰 비중을 차지하는 전력 소모 요소를 표시하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 구동 모듈을 수치 제어하는 프로그래밍 모듈을 포함하는 제조 장치; 및 상기 제조 장치의 소모 전력량을 측정하는 전력 소모 예측 장치를 포함하고, 상기 전력 소모 예측 장치는,상기 제조 장치의 소모 전력량을 측정하는 전력 측정 모듈; 상기 제조 장치의 기준 소모 전력량 및 상기 전력 측정 모듈에서 측정된 소모 전력량을 저장하는 데이터 관리 모듈; 상기 측정된 소모 전력량을 상기 제조 장치의 구동 조건별로 연산하여 상기 기준 소모 전력량과 비교하는 모델링 모듈; 및 상기 모델링 모듈의 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하고,상기 모델링 모듈은 상기 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우 이상 동작 상태를 경고하고, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우 상기 데이터 관리 모듈에서 상기 기준 소모 전력량을 갱신하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 모듈은 상기 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시하는 것을 특징으로 하는, 전력 소모 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법은, 제조 장치의 구동 과정에서 수집한 데이터를 갱신하여 소모 전력량을 보다 정확하게 예측할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치에서 측정된 소모 전력량을 나타낸 그래프.
도 3은 본 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 실제 실험 데이터.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치에서 측정된 소모 전력량을 나타낸 그래프.
도 5는 본 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 실제 실험 데이터.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 흐름도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 순서도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 블록도이고, 도 2 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치에서 측정된 소모 전력량을 나타낸 그래프이며, 도 3 및 도 5는 본 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 실제 실험 데이터이다.
도 1을 참조하면, 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 소모 전력량을 예측하는 것으로서, 제조 장치(10)와, 소모 전력 예측 장치(20)를 포함한다. 본 실시예에서는, 제조 장치(10)가 금속 소재를 가공하는 공작기계인 것을 예로 설명하겠다. 그러나, 제조 장치(10)는 이에 한정되지 않으며 다양한 장치로 제공될 수 있다.
제조 장치(10)는 설정된 제조 공정에 따라 재료를 가공하는 것으로서, 프로그래밍 모듈(110)과, 구동 모듈(120)을 포함한다.
프로그래밍 모듈(110)은 구동 모듈(120)을 수치 제어하는 명령이 입력될 수 있다. 이에 따라, 구동 모듈(120)은 프로그래밍 모듈(110)로부터 명령을 수신하여 제어될 수 있다. 이때, 프로그래밍 모듈(110)에서 설정되는 제어 명령은 미리 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있다.
구동 모듈(120)은 프로그래밍 모듈(110)의 명령에 따라 구동되는 것으로서, 복수의 구동부품을 포함할 수 있다. 일 예로, 구동 모듈(120)은 테이블, 스핀들(spindle), 공구(tool) 등을 포함할 수 있으나, 구동 모듈(120)이 포함하는 구동부품의 종류는 이에 한정되지 않는다.
제조 장치(10)는 소모 전력 예측 장치(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 소모 전력 예측 장치(20)는 제조 장치(10)의 소모 전력량을 측정하는 것으로서, 전력 측정 모듈(210)와, 데이터 관리 모듈(220)와, 모델링 모듈(230)와, 디스플레이 모듈(240)을 포함한다.
소모 전력 예측 장치(20)는 전력 측정 모듈(210)을 통해 제조 장치(10)의 소모 전력량을 측정할 수 있다. 이때, 전력 측정 모듈(210)은 제조 장치(10)의 일측에 구비될 수 있으나, 전력 측정 모듈(210)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 전력 측정 모듈(210)은 제조 장치(10)와 일체형으로 제공될 수 있다.
전력 측정 모듈(210)에서 측정된 제조 장치(10)의 소모 전력량은 데이터 관리 모듈(220)에 저장될 수 있다. 데이터 관리 모듈(220)은 제조 장치(10)의 소모 전력량을 수집하여 저장하는 것으로서, 전력 측정 모듈(210)과 데이터의 송수신이 가능하도록 연결될 수 있다. 또한, 데이터 관리 모듈(220)은 제조 장치(10)의 기준 소모 전력량을 저장할 수 있다. 이때, 기준 소모 전력량은 제조 장치(10)의 예상 소모 전력량인 초기 전력 모델일 수 있다. 그러나, 데이터 관리 모듈(220)에 저장되는 기준 소모 전력량은 이에 한정되지 않으며, 일 예로, 데이터 관리 모듈(220)에 저장되는 기준 소모 전력량은 제조 장치(10)의 시험 구동을 통해 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 소모 전력량일 수 있다.
전력 측정 모듈(210)은 복수개 구비될 수 있다. 구체적으로, 전력 측정 모듈(210)은 각각의 구동 모듈(120)에 구비될 수 있다. 일 예로, 전력 측정 모듈(210) 중 하나는 구동 모듈(120)의 테이블에 구비될 수 있고, 전력 측정 모듈(210) 중 하나는 구동 모듈(120)의 스핀들에 구비될 수 있으며, 전력 측정 모듈(210) 중 하나는 공구에 구비될 수 있다. 이에 따라, 전력 측정 모듈(210)은 구동 모듈(120)에 포함된 각각의 구동부품의 소모 전력량을 측정할 수 있다.
데이터 관리 모듈(220)은 제조 장치(10)와 연결될 수 있으며, 이에 따라, 데이터 관리 모듈(220)에 저장된 데이터가 제조 장치(10)에 제공될 수 있다.
데이터 관리 모듈(220)은 모델링 모듈(230)과 연결될 수 있다. 모델링 모듈(230)은 데이터 관리 모듈(220)에 저장된 기준 소모 전력량과 전력 측정 모듈(210)을 통해 측정된 소모 전력량을 비교하는 것으로서, 제조 장치(10)의 이상 동작 여부를 판단할 수 있다. 이때, 제조 장치(10)의 이상 동작 상태는 제조 장치(10)의 고장 등의 이유로 제조 장치(10)가 정상적으로 작동되지 못하는 상태를 의미한다.
모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 소모 전력량을 제조 장치(10)의 구동 조건별로 연산할 수 있다. 구체적으로, 모델링 모듈(230)은 데이터 관리 모듈(220)로부터 구동 모듈(120)의 각 구성에 구비된 복수의 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 소모 전력량을 전달 받아 제조 장치(10)의 총 소모 전력량을 연산할 수 있다. 일 예로, 모델링 모듈(230)은 데이터 관리 모듈(220)로부터 구동 모듈(120) 구동 시의 테이블의 소모 전력량, 스핀들의 소모 전력량, 공구의 소모 전력량, 및 구동 모듈(120) 구동 전 제조 장치(10)의 기본 소모 전력량을 전달받을 수 있다. 모델링 모듈(230)은 전달받은 구동 모듈(120) 각 구성의 소모 전력량과 제조 장치(10)의 기본 소모 전력량을 합산하여 제조 장치(10)의 총 소모 전력량을 연산할 수 있다. 이에 따라, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 구동 모듈(120)의 총 소모 전력량을 비교할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 총 소모 전력량을 기준치와 비교할 수 있다. 이때, 기준치는 모델링 모듈(230)에서 설정된 일정 수치를 의미한다. 일 예로, 모델링 모듈(230)은 기준치를 a라고 설정할 수 있고, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값을 기준치 a와 비교할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우, 제조 장치(10)가 이상 동작을 하는 것으로 판단하여 제조 장치(10)에 이상 동작 상태를 경고할 수 있다. 이때, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값은 절대값으로 계산될 수 있다. 일 예로, 기준치 a가 20이고, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 25이면, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상인 것으로 판단하고, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 -25일 때에도, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 모델링 모듈(230)은 제조 장치(10)에 이상 동작 상태를 경고할 수 있다.
모델링 모듈(230)에서 판단한 이상 동작 상태의 경고는 디스플레이 모듈(240)을 통해 표시될 수 있다. 디스플레이 모듈(240)은 모델링 모듈(230)의 결과를 표시하는 것으로서, 제조 장치(10)의 이상 동작 여부를 표시할 수 있다. 즉, 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우, 디스플레이 모듈(240)에는 제조 장치(10)의 이상 동작 상태를 표시할 수 있고, 이에 따라, 사용자는 제조 장치(10)의 이상 동작 여부를 확인할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우, 기준 소모 전력량을 연산한 소모 전력량으로 갱신할 수 있다. 모델링 모듈(230)에 따라 기준 소모 전력량이 갱신될 경우, 디스플레이 모듈(240)은 갱신된 기준 소모 전력량을 표시할 수 있다.
디스플레이 모듈(240)은 제조 장치(10)의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시할 수 있다. 구체적으로, 데이터 관리 모듈(220)은 전력 측정 모듈(210)을 통해 구동 모듈(120) 중 소모 전력량이 많은 구동부품의 정보를 저장할 수 있다. 일 예로, 전력 측정 모듈(210)을 통해 구동 모듈(120)의 가공 공정 시의 소모 전력량이 기준 소모 전력량 보다 많을 경우, 가공 공정의 소모 전력량이 기준 소모 전력량을 초과하는 정보가 데이터 관리 모듈(220)에 저장되고, 디스플레이 모듈(240)은 데이터 관리 모듈(220)에 저장된 가공 공정의 소모 전력량을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈(240)은 가공 공정의 소모 전력량의 표시와 함께 가공 공정의 소모 전력량을 줄일 수 있는 방안을 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(240)은 가공 공정의 소모 전력량이 증가한 원인을 공구의 마모로 판단하여 공구의 교환을 제시할 수 있다.
또한, 전력 측정 모듈(210)을 통해 구동 모듈(120) 중 스핀들의 소모 전력량이 기준 소모 전력량 보다 많을 경우, 스핀들의 소모 전력량이 기준 소모 전력량을 초과하는 정보가 데이터 관리 모듈(220)에 저장되고, 디스플레이 모듈(240)은 데이터 관리 모듈(220)에 저장된 스핀들 소모 전력량을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈(240)은 스핀들 소모 전력량의 표시와 함께 스핀들 소모 전력량을 줄일 수 있는 방안을 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(240)은 스핀들 소모 전력량이 증가한 원인을 스핀들의 노화로 판단하여 스핀들의 교환을 제시할 수 있다.
또한, 전력 측정 모듈(210)을 통해 구동 모듈(120)의 가공 공정의 소모 전력량이 기준 소모 전력량 보다 많을 경우, 디스플레이 모듈(240)은 가공 공정의 소모 전력량을 저감하기 위해 절삭유의 사용 상태를 점검하거나, 절삭 깊이 및 폭 등을 변경하는 등의 전략을 제시할 수 있다.
이에 따라, 사용자는 디스플레이 모듈(240)을 통해 제조 장치(10)의 소모 전력량을 줄일 수 있는 방법을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치에서 측정된 소모 전력량을 나타낸 그래프이다. 이때, 그래프의 x축은 시간을 의미하고, y축은 소모 전력량을 의미한다. 또한, P1은 기준 소모 전력량을 의미하고, P2는 모델링 모듈(230)에서 연산한 제1 소모 전력량(이하, 제1 소모 전력량이라 한다)을 의미하며, P3는 모델링 모듈(230)에서 연산한 제2 소모 전력량(이하, 제2 소모 전력량이라 한다)을 의미한다.
도 2를 참조하면, 전력 측정 모듈(210)은 제1 소모 전력량(P2) 또는 제2 소모 전력량(P3)와 같은 결과를 가질 수 있고, 이에 따라, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량(P1)과 제1 소모 전력량(P2) 또는 제2 소모 전력량(P3)을 비교할 수 있다. 구체적으로, t1 시간이 지난 시점을 비교하면, 제1 소모 전력량(P2)과 기준 소모 전력량(P1)의 차이값 및 제2 소모 전력량(P3)과 기준 소모 전력량(P1)의 차이값 모두 기준치(a) 보다 작은 것을 확인할 수 있다. 즉, 모델링 모듈(230)은 제1 소모 전력량(P2)과 기준 소모 전력량(P1)을 비교할 경우, 기준 소모 전력량을 P1에서 P2로 갱신할 수 있다. 또한, 모델링 모듈(230)은 제2 소모 전력량(P3)과 기준 소모 전력량(P1)을 비교할 경우, 기준 소모 전력량을 P1에서 P3로 갱신할 수 있다.
t2 시간이 지난 시점을 비교하면, 제1 소모 전력량(P2)과 기준 소모 전력량(P1)의 차이값은 기준치(a) 보다 작은 것을 확인할 수 있고, 제2 소모 전력량(P3)과 기준 소모 전력량(P1)의 차이값은 기준치(a) 보다 큰 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 소모 전력량(P2)과 기준 소모 전력량(P1)을 비교할 경우, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량을 P1에서 P2로 갱신할 수 있다. 또한, 제2 소모 전력량(P3)과 기준 소모 전력량(P1)을 비교할 경우, 모델링 모듈(230)은 제조 장치(10)의 이상 동작 상태를 디스플레이 모듈(240)을 통해 경고할 수 있다.
도 3은 본 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 실제 실험 데이터이다. 이때, 도 3의 (a)는 제조 장치(10)의 공구가 파손되지 않을 경우의 그래프이고, 도 3의 (b)는 제조 장치(10)의 공구가 파손되었을 경우의 그래프이다. 또한, 그래프의 x축은 시간을 의미하고, y축은 소모 전력량을 의미한다.
도 3을 참조하면, 소모 전력 예측 장치(20)는 제조 장치(10)의 소모 전력량을 측정할 수 있다. 도 3(a)와 같이 제조 장치(10)의 공구가 파손되지 않을 경우에는, 가공 공정 시 가장 높은 소모 전력량이 1169로 측정되었다. 그러나, 도 3(b)와 같이 제조 장치(10)의 공구가 파손되었을 경우에는, 가공 공정 시 가장 높은 소모 전력량이 2093으로 측정되었다. 즉, 제조 장치(10)의 공구가 파손될 경우, 가공 공정 시 제조 장치(10)의 소모 전력량이 약 2배 높아지는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 소모 전력 예측 장치(20)가 도 3(b)와 같은 결과를 측정할 경우, 소모 전력 예측 장치(20)는 제조 장치(10)의 이상 동작 상태를 디스플레이 모듈(240)을 통해 경고할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치에서 측정된 소모 전력량을 나타낸 그래프이다. 이때, 그래프의 x축은 시간을 의미하고, y축은 소모 전력량을 의미한다. 또한, P1은 제1 기준 소모 전력량을 의미하고, P1'은 제2 기준 소모 전력량을 의미하며, P1"는 제3 기준 소모 전력량을 의미한다. 또한, P2는 모델링 모듈(230)에서 연산한 제1 소모 전력량(이하, 제1 소모 전력량이라 한다)을 의미하고, P3는 모델링 모듈(230)에서 연산한 제2 소모 전력량(이하, 제2 소모 전력량이라 한다)을 의미하며, P4는 모델링 모듈(230)에서 연산한 제3 소모 전력량(이하, 제3 소모 전력량이라 한다)을 의미한다.
우선, 모델링 모듈(230)은 제1 기준 소모 전력량(P1)과 제1 소모 전력량(P2)를 비교할 수 있다(도 4의 (a)). 제1 기준 소모 전력량(P1)과 제1 소모 전력량(P2)를 비교하여 제1 기준 소모 전력량(P1)과 제1 소모 전력량(P2)의 차이값이 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈(230)은 제1 소모 전력량(P2)을 기준 소모 전력량으로 갱신할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 모델링 모듈(230)은 제2 소모 전력량(P3)과 갱신된 제2 기준 소모 전력량(P1')을 비교할 수 있다. 이때, 제2 기준 소모 전력량(P1')은 제2 소모 전력량(P3) 이전에 측정되어 연산된 제1 소모 전력량(P2)과 동일할 수 있다.
제2 기준 소모 전력량(P1')과 제2 소모 전력량(P3)의 차이값이 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈(230)은 제2 소모 전력량(P3)을 기준 소모 전력량으로 갱신할 수 있다. 제2 소모 전력량(P3)을 갱신한 제2 기준 소모 전력량(P1')과 비교함에 따라, 제2 소모 전력량(P3)을 제1 기준 소모 전력량(P1)과 비교할 때보다 측정값과 예측값의 오차 범위를 줄일 수 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 모델링 모듈(230)은 제3 소모 전력량(P4)과 갱신된 제3 기준 소모 전력량(P1")을 비교할 수 있다. 이때, 제3 기준 소모 전력량(P1")은 제3 소모 전력량(P4) 이전에 측정되어 연산된 제2 소모 전력량(P3)과 동일할 수 있다.
제3 기준 소모 전력량(P1")과 제3 소모 전력량(P4)의 차이값이 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈(230)은 제3 소모 전력량(P4)을 기준 소모 전력량으로 갱신할 수 있다. 제3 소모 전력량(P4)을 갱신한 제3 기준 소모 전력량(P1")과 비교함에 따라, 제3 소모 전력량(P4)을 제1 기준 소모 전력량(P1)과 비교할 때보다 측정값과 예측값의 오차 범위를 줄일 수 있다.
도 5는 본 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 실제 실험 데이터이다. 이때, 그래프의 x축은 소재 제거율을 의미하고, y축은 소모 전력량을 의미한다. 또한, 그래프에서의 검은색 실험 결과는 기준값 및 기준값에 의해 형성된 예측 선형을 의미하고, 그래프에서의 파란색 실험 결과는 1회 갱신된 기준값 및 1회 갱신된 기준값에 의해 형성된 예측 선형을 의미하며, 그래프에서의 빨간색 실험 결과는 2회 갱신된 기준값 및 2회 갱신된 기준값에 의해 형성된 예측 선형을 의미한다.
도 5를 참조하면, 소모 전력 예측 장치(20)로 측정된 제조 장치(10)의 소모 전력량은 선형 보간법에 따라 선형화될 수 있다. 구체적으로, 소모 전력 예측 장치(20)는 측정된 마지막 값을 통해 예측 소모 전력량을 선형화할 수 있다.
기준값에 의해 형성된 선형과 기준값을 비교할 경우, 선형과 일치하지 않는 기준값이 많은 것에 반해, 1회 갱신된 기준값에 의해 형성된 선형과 1회 갱신된 기준값을 비교할 경우, 갱신되지 않은 기준값에 비해 선형과 일치하는 기준값이 많은 것을 알 수 있다.
또한, 2회 갱신된 기준값에 의해 형성된 선형과 2회 갱신된 기준값을 비교할 경우, 1회 갱신된 기준값에 비해 선형과 일치하는 기준값이 많은 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 5의 그래프를 통해, 데이터의 갱신의 횟수가 증가할수록 소재 제거율과 소모 전력량의 선형 보간 신뢰성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
종래의 전력 소모 모니터링 시스템은 하나의 기준 소모 전력량과 여러번 측정된 소모 전력량을 비교하였다. 그러나, 제조 장치의 노화 또는 공구의 마모가 진행됨에 따라, 제조 장치의 소모 전력량은 점차 증가하는 데에 반해, 측정된 소모 전력량과 비교되는 기준 소모 전력량은 노화 또는 마모가 진행되지 않은 시점과 동일하므로, 노화 또는 마모가 진행됨에 따라 기준 소모 전력량과 측정 소모 전력량의 오차가 점차 커지게 된다. 즉, 예측 소모 전력량과 실제 소모 전력량의 차이가 커지게 된다. 이에 반해, 본 발명의 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 가장 최근에 측정된 소모 전력량으로 기준 소모 전력량을 계속 갱신하여 측정 소모 전력량과 비교하는 것이다. 즉, 측정 소모 전력량이 측정된 시점으로부터 가까운 소모 전력량인 기준 소모 전력량과 측정 소모 전력량을 비교함에 따라, 예측 소모 전력량과 실제 소모 전력량의 오차를 줄이는 효과를 가질 수 있다.
또한, 종래의 전력 소모 모니터링 시스템은 복수의 측정 소모 전력량과 하나의 기준 소모 전력량을 비교하였다. 이에 따라, 이상 동작 상태를 판단하는 기준치를 작은 수치로 제공하면, 노화 또는 마모가 발생되며 기준 소모 전력량과 점차 오차가 벌어질 경우, 노화 또는 마모가 조금만 진행되어도 모니터링 시스템은 제조 장치의 이상 동작 상태로 판단할 수 있다. 또한, 이상 동작 상태를 판단하는 기준치를 큰 수치로 제공하면, 노화 또는 마모가 적게 발생될 경우에 이상 동작 상태여도 측정 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하에 속하여 이상 동작 상태를 판단하지 못하는 문제가 발생하게 된다. 이에 반해, 본 발명의 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 갱신된 기준 소모 전력량을 기준으로 기준치를 판단하므로, 노화 또는 마모가 적게 진행되거나 많이 진행되어도 제조 장치(10)의 이상 상태를 판단할 수 있다. 즉, 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 제조 장치(10)의 이상 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 종래의 전력 소모 모니터링 시스템은 하나의 기준 소모 전력량을 통해 제조 장치(10)의 구동 모듈(120)의 교체 시기 등을 제시하였다. 이러한 종래의 전력 소모 모니터링 시스템은 예측 시기보다 구동 모듈(120)의 노화 또는 마모가 빨리 진행될 경우, 구동 모듈(120)의 바람직한 교체 시기를 지나 구동 모듈(120)의 교체를 안내하는 문제가 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명의 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 기준 소모 전력량을 계속 갱신함으로써, 예측 시기보다 구동 모듈(120)의 노화 또는 마모가 빨리 진행될 경우에 구동 모듈(120)의 교체 시기를 처음보다 앞당겨서 안내할 수 있다. 즉, 전력 소모 모니터링 시스템(1)은 소모 전력량의 전략 방법을 보다 정확하게 안내할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, S101 과정에서, 데이터 관리 모듈(220)에는 기준 소모 전력량이 저장될 수 있다. 이때, 데이터 관리 모듈(220)에 저장되는 기준 소모 전력량은 제조 장치(10)의 초기 전력 모델이거나, 제조 장치(10)의 시험 작동에 의해 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 측정 소모 전력량일 수 있다.
S102 과정에서, 모델링 모듈(230)은 데이터 관리 모듈(220)로부터 기준 소모 전력량을 수신할 수 있다.
S103 과정에서, 프로그래밍 모듈(110)은 구동 모듈(120)을 수치 제어할 수 있다. 이때, 프로그래밍 모듈(110)에 저장되는 명령은 초기에 셋팅된 명령이거나, 사용자에 의해 입력된 명령일 수 있다.
S104 과정에서, 구동 모듈(120)은 프로그래밍 모듈(110)로부터 제어 신호를 수신하고, S105 과정에서, 구동 모듈(120)은 프로그래밍 모듈(110)에 의해 수신한 제어 신호에 따라 구동될 수 있다.
구동 모듈(120)이 구동되면, S106 과정에서, 전력 측정 모듈(210)은 제조 장치(10)의 소모 전력량을 측정할 수 있다. 전력 측정 모듈(210)은 제조 장치(10)의 일측에 구비되거나, 제조 장치(10)와 일체형으로 구비될 수 있다. 또한, 전력 측정 모듈(210)은 복수개 제공되어 구동 모듈(120)의 각 부품의 소모 전력량을 측정할 수 있다.
S107 과정에서, 데이터 관리 모듈(220) 및 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 제조 장치(10)의 소모 전력량을 수신할 수 있고, S108 과정에서, 데이터 관리 모듈(220)은 측정된 소모 전력량을 저장할 수 있다. 이에 따라, 데이터 관리 모듈(220)에는 기준 소모 전력량 및 측정 소모 전력량 데이터가 모두 저장될 수 있다.
S109 과정에서, 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 측정 소모 전력량을 구동 조건별로 연산할 수 있다. 구체적으로, 모델링 모듈(230)은 각각의 구동 모듈(120)에서 측정된 소모 전력량을 합산하여 제조 장치(10)의 구동 시 발생하는 총 소모 전력량을 얻을 수 있다.
S110 과정에서, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 측정 소모 전력량을 비교할 수 있다. 이때, 모델링 모듈(230)에서 비교하는 측정 소모 전력량은 구동 조건별로 연산한 소모 전력량을 의미할 수 있다.
S111 과정에서, 모델링 모듈(230)은 측정 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이가 기준치 이하일 경우, 데이터 관리 모듈(220) 및 디스플레이 모듈(240)에 기준 소모 전력량 갱신 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, S112 과정에서, 데이터 관리 모듈(220)은 모델링 모듈(230)에서 연산한 소모 전력량으로 기준 소모 전력량을 갱신하여 저장할 수 있다.
S113 과정에서, 모델링 모듈(230)은 측정 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이가 기준치 이상일 경우, 데이터 관리 모듈(220) 및 디스플레이 모듈(240)에 제조 장치(10)의 이상 동작 상태 경고 신호를 전송할 수 있다. 이때, 제조 장치(10)의 이상 상태는 제조 장치(10)의 고장 등 정상 작동이 불가능한 상태를 의미한다.
S114 과정에서, 데이터 관리 모듈(220)은 제조 장치(10)의 이상 동작 상태 경고 신호를 프로그래밍 모듈(110)에 전송할 수 있다. 이에 따라, S115 과정에서, 프로그래밍 모듈(110)은 구동 모듈(120)로 동작 중지 신호를 전송할 수 있고, S116 과정에서, 구동 모듈(120)은 프로그래밍 모듈(110)의 중지 신호에 따라 구동을 중지할 수 있다.
S117 과정에서, 디스플레이 모듈(240)은 모델링 모듈(230)으로부터 이상 동작 상태 경고 신호를 수신할 경우 제조 장치(10)의 이상 동작 상태를 표시하고, 모델링 모듈(230)으로부터 기준 소모 전력량의 갱신 신호를 수신할 경우 갱신된 기준 소모 전력량을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 제조 장치(10)의 이상 동작 또는 기준 소모 전력량을 확인할 수 있다.
S118 과정에서, 기준 소모 전력량과 측정 소모 전력량의 차이가 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 측정 소모 전력량의 차이 원인을 분류할 수 있다. 일 예로, 측정 소모 전력량 중 기본 소모 전력량 또는 스핀들 소모 전력량 또는 테이블 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이가 크게 벌어질 경우, 모델링 모듈(230)은 제조 장치(10)의 노화가 진행되어 기준 소모 전력량과 차이가 많이 발생되는 것으로 판단할 수 있다. 또는, 절삭 과정에서의 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이가 크게 벌어질 경우, 모델링 모듈(230)은 제조 장치(10)의 공구의 마모가 진행되어 기준 소모 전력량과 차이가 많이 발생되는 것으로 판단할 수 있다.
S119 과정에서, 모델링 모듈(230)은 측정 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이 원인을 디스플레이 모듈(240)로 전송할 수 있다. 이에 따라, S120 과정에서, 디스플레이 모듈(240)은 측정 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이 원인을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈(240)은 차이의 원인과 함께 제조 장치(10)의 소모 전력량을 저감할 수 있는 전략을 표시할 수 있다. 일 예로, 모델링 모듈(230)에서 판단한 차이 원인이 공구의 마모일 경우, 디스플레이 모듈(240)은 공구의 교체를 안내하는 문구를 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 모듈(240)을 통해 제조 장치(10)의 소모 전력량을 줄일 수 있는 방안을 확인할 수 있다. 또한, 사용자는 디스플레이 모듈(240)을 통해 제조 장치(10)의 소모 전력량이 증가하는 원인을 파악할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템의 소모 전력 예측 장치의 순서도이다.
이하에서 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소모 전력 예측 장치의 동작 흐름을 설명한다.
모델링 모듈(230)은 데이터 관리 모듈(220)로부터 기준 소모 전력량을 수신할 수 있다(S201). 기준 소모 전력량은 전력 측정 모듈(210)로부터 측정될 소모 전력량을 비교하기 위한 기준으로서, 데이터 관리 모듈(220)에 미리 저장되어 있거나, 제조 장치(10)의 시험 구동 시 측정되는 소모 전력량으로 저장될 수 있다.
제조 장치(10)의 구동이 시작되면, 전력 측정 모듈(210)은 제조 장치(10)의 소모 전력량을 측정할 수 있고, 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210)로부터 제조 장치(10)의 측정 소모 전력량을 수신할 수 있다(S202).
전력 측정 모듈(210)로부터 측정 소모 전력량을 수신한 모델링 모듈(230)은 측정 소모 전력량을 구동 조건별로 연산할 수 있다(S203). 구체적으로, 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210)에서 측정된 소모 전력량을 합산하여 총 소모 전력량을 계산할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 연산한 소모 전력량과 기준 소모 전력량을 비교할 수 있다(S204). 이에 따라, 모델링 모듈(230)은 연산한 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S205). 이때, 연산한 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이값은 절대값으로 제공될 수 있다.
연산한 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우, 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210) 및 모델링 모듈(230)으로 이상 동작 상태 경고 신호를 전송할 수 있다(S206).
연산한 소모 전력량과 기준 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈(230)은 전력 측정 모듈(210) 및 모델링 모듈(230)으로 기준 소모 전력량 갱신 신호를 전송할 수 있다(S207). 이에 따라, 데이터 관리 모듈(220)은 기준 소모 전력량을 연산한 소모 전력량으로 갱신할 수 있으며, 디스플레이 모듈(240)은 갱신된 소모 전력량을 표시할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이 원인을 분류할 수 있다(S208). 구체적으로, 모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이 원인을 제조 장치(10)의 노화, 마모 등으로 분류할 수 있다.
모델링 모듈(230)은 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이 원인을 디스플레이 모듈(240)으로 전송할 수 있다(S209). 이에 따라, 디스플레이 모듈(240)은 제조 장치(10)의 소모 전력량이 예측 소모 전력량 보다 증가한 원인 및 소모 전력량을 저감하기 위한 전략을 표시할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 전력 소모 모니터링 시스템 및 이의 방법을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 전력 소모 모니터링 시스템
10: 제조 장치 110: 프로그래밍 모듈
120: 구동 모듈 20: 소모 전력 예측 장치
210: 전력 측정 모듈 220: 데이터 관리 모듈
230: 모델링 모듈 240: 디스플레이 모듈

Claims (6)

  1. 데이터 관리 모듈에서 제조 장치의 기준 소모 전력량을 저장하는 단계;
    전력 측정 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 시 소모 전력량을 측정하는 단계;
    측정된 상기 소모 전력량을 상기 데이터 관리 모듈에서 수집하여 저장하는 단계;
    상기 데이터 관리 모듈의 데이터를 통하여 모델링 모듈에서 상기 제조 장치의 구동 조건별로 소모 전력량을 연산하는 단계;
    상기 모델링 모듈에서 상기 기준 소모 전력량과 구동 조건별로 연산한 상기 소모 전력량을 비교하는 단계;
    상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우 이상 동작 상태를 경고하고, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우 상기 데이터 관리 모듈에서 상기 기준 소모 전력량을 갱신하는 단계; 및
    디스플레이 모듈에서 상기 이상 동작 상태 또는 갱신된 상기 기준 소모 전력량을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우, 모델링 모듈에서 차이의 원인을 상기 제조 장치의 구성 요소의 노화 영향 또는 상기 제조 장치의 구성 요소 중 절삭 공구(tool)의 마모 영향으로 분류하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈에서 표시하는 단계에서,
    상기 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈에서 표시하는 단계에서,
    갱신된 소모 전력량을 통해 상기 제조 장치 중 가장 큰 비중을 차지하는 전력 소모 요소를 표시하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 방법.
  5. 구동 모듈을 수치 제어하는 프로그래밍 모듈을 포함하는 제조 장치; 및
    상기 제조 장치의 소모 전력량을 측정하는 전력 소모 예측 장치를 포함하고,
    상기 전력 소모 예측 장치는,
    상기 제조 장치의 소모 전력량을 측정하는 전력 측정 모듈;
    상기 제조 장치의 기준 소모 전력량 및 상기 전력 측정 모듈에서 측정된 소모 전력량을 저장하는 데이터 관리 모듈;
    상기 측정된 소모 전력량을 상기 제조 장치의 구동 조건별로 연산하여 상기 기준 소모 전력량과 비교하는 모델링 모듈; 및
    상기 모델링 모듈의 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 모델링 모듈은 상기 기준 소모 전력량과 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이상일 경우 이상 동작 상태를 경고하고, 상기 기준 소모 전력량과 상기 연산한 소모 전력량의 차이값이 기준치 이하일 경우 상기 데이터 관리 모듈에서 상기 기준 소모 전력량을 갱신하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 상기 제조 장치의 소모 전력량을 저감하는 전략을 표시하는 것을 특징으로 하는 전력 소모 모니터링 시스템.
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