KR20220135971A - 진동센서모듈 및 이를 포함하는 풍력발전기 고장예측 시스템 - Google Patents

진동센서모듈 및 이를 포함하는 풍력발전기 고장예측 시스템 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 진동센서모듈 및 이를 포함하는 풍력발전기 고장예측 시스템을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산업 설비에 설치되어 사용되는 진동센서모듈(10)로서, PCB 보드(20)에 내부에 구비되고, 상기 PCB 보드(20)에는 둘 이상의 통신인터페이스를 제공하는 복수의 센서인터페이스가 구비되며, 상기 복수의 센서인터페이스에 하나 이상의 진동센서(20)가 탑재된 센서 모듈이 제공된다.

Description

진동센서모듈 및 이를 포함하는 풍력발전기 고장예측 시스템{A vibration sensor module and a system with the module for forecasting of break of a wind generator}
본 발명은 진동센서모듈 및 이를 포함하는 풍력발전기 고장 예측 시스템에 관한 것이다.
여러 분야의 산업 설비에는 공정 자동화, 고장 진단, 환경 모니터링 등의 다양한 목적으로 각종 센서들이 이용된다.
산업 설비용으로 사용되는 센서들의 종류도 매우 다양할 뿐만 아니라 센서들을 산업 설비에 장착하는 방식들 또한 매우 다양하다.
산업 설비를 제조하는 단계에서 그에 장착되는 센서들의 경우 그에 대한 장착 구조가 미리 설계되어 제공되지만, 설비 제조 단계에서 예정되지 않았던 새로운 목적으로 해당 설비에 센서들을 추가적으로 장착할 필요가 있는 경우 그 장착은 작업자의 노하우에 의존하여 주먹구구 식으로 진행되는 것이 일반적이다.
이러한 방식에서는 작업 능률이 매우 떨어질 뿐만 아니라 장착의 견고함도 충분치 못한 경우가 많다.
이를 개선하기 위해 산업 설비에 센서들을 능률적으로 그리고 안정적으로 장착할 수 있도록 진동센서가 탑재된 진동센서모듈이 사용된다.
이러한 진동센서모듈은 센서로부터 읽어오는 데이터를 전송하기 위하여 별도의 데이터 로거를 통해 전송하는 방식이 적용되는 것이 일반적이며, 진동센서모듈이 데이터 로거의 역할을 하지 않는다.
그리고 진동센서모듈은 특정 통신인터페이스에 매칭되는 종류의 센서만이 탑재 가능한 형태로 제공되기 때문에 진동센서모듈이 제공하는 통신인터페이스에 맞지 않은 센서는 탑재할 수 없는 것이 일반적이다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서 데이터 로거의 역할을 수행할 수 있고 호환형 통신인터페이스를 제공하는 진동센서모듈 및 그 진동센서모듈이 적용된 풍력발전기 고장예측 시스템을 제공하는 데에 주된 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산업 설비에 설치되어 사용되는 진동센서모듈(10)로서, PCB 보드(20)에 내부에 구비되고, 상기 PCB 보드(20)에는 둘 이상의 통신인터페이스를 제공하는 복수의 센서인터페이스가 구비되며, 상기 복수의 센서인터페이스에 하나 이상의 진동센서(20)가 탑재된 센서 모듈을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 PCB 보드(20)에는 상기 하나 이상의 진동센서(20)에 의해 획득된 데이터들을 외부 기기로 무선 전송하기 위한 무선 통신부(32)가 구비된 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 센서 모듈에 무선 통신부가 구비되어 있어 센서들로부터 읽혀진 데이터들이 무선으로 서버 또는 PC와 같은 외부기기에 전송될 수 있다. 종래의 진동센서모듈들에 의해 획득된 데이터들이 데이터 로거를 통해 수집되는 것이 일반적이나, 본 발명에서는 진동센서모듈에 무선 통신부가 구비되어 있어서 서버 또는 PC와 같은 외부기기에 직접 전송될 수 있다. 본 발명에 따른 진동센서모듈을 데이터 로거에 케이블을 통해 연결하여 데이터 로거를 통해 센서 데이터를 수집하는 것도 가능하다.
본 발명에 의하면 진동센서모듈의 PCB 보드에 2종 이상의 통신인터페이스를 제공하는 복수의 센서인터페이스가 제공되므로, 한 가지 통신인터페이스에 국한된 센서가 탑재될 수 있는 것이 아니라 본 발명이 제공하는 복수의 통신인터페이스에 매칭되는 여러 종류의 센서들이 탑재되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서모듈(10)을 보이는 도면이다.
도 2는 진동센서모듈(10) 내에 구비되는 PCB 보드(20)의 실시예를 보이는 도면이다.
도 3은 PCB 보드(20)의 시스템 구성도의 실시예를 보이는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템을 보이는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템을 보이는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
1. 진동센서모듈
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서모듈(10)을 보이는 도면이고, 도 2는 진동센서모듈(10) 내에 구비되는 PCB 보드(20)의 실시예를 보이는 도면이며, 도 3은 PCB 보드(20)의 시스템 구성도의 실시예를 보이는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 진동센서모듈(10)은 각종 산업 설비에 적용 가능한 것으로서, 예를 들어 풍력발전기의 고장을 예측하기 위하여 풍력발전기 내의 부품에 설치될 수 있다.
진동센서모듈(10)의 내부에는 도 2에 도시된 것과 같은 PCB 보드(20)가 구비된다.
도 3을 참조하여 PCB 보드(20)의 시스템 구성을 살펴보면 다음과 같다.
PCB 보드(20)에는 2개의 전원 커넥터(21, 22)가 제공된다. 제1 전원 커넥터(21)를 통해 12V의 전압을 인가받을 수 있고 제2 전원 커넥터(22)를 통해 5V의 전압을 인가받을 수 있다. 각 전원 커넥터(21, 22)에는 EMI 필터(23, 24)가 구비되며, EMI 필터(23, 24)는 전원 노이즈를 제거하는 역할을 한다.
PCB 보드(20)에는 전원 컨버터(25, 26)가 구비된다. 제1 전원 컨버터(25)는 제1 전원 커넥터(21)에 인가된 12V의 전압을 5V로 변압하며, 제2 전원 컨버터(26)는 제1 전원 컨버터(25) 또는 제2 전원 커넥터(22)로부터 제공되는 5V의 전압을 3.3V로 변압한다.
PC 보드(20)에는 전압 공급부(27, 28)가 구비된다. 보조 전압 공급부(27)는 제2 전원 컨버터(26)가 제공하는 3.3V의 전압을 1.8V로 변압하여 1.8V의 전압을 사용하는 센서에 제공한다. 메인 전압 공급부(28)는 제2 전원 컨버터(26)로부터 3.3V의 전압을 받아 이를 MCU(29)에 공급한다.
PCB 보드(20)에는 MCU(29)가 구비된다. MCU(29)는 모든 전원 및 인터페이스 통신을 제어하는 중앙처리장치이다.
PCB 보드(20)에는 메모리장치(30) 및 프로그램 다운로드 인터페이스(31)가 구비된다. 메모리장치(30)는 센서들로부터 읽혀진 데이터들을 저장하는 보조기억장치이며, 프로그램 다운로드 인터페이스(31)는 MCU(29)의 동작에 필요한 프로그램 소프트웨어를 다운로드 또는 수정하기 위한 인터페이스이다.
PCB 보드(20)에는 무선 통신부(32)가 구비된다. 무선 통신부(32)는 센서들로부터 읽혀진 데이터들을 무선으로 서버 또는 PC와 같은 외부기기에 전송한다. 전술한 바와 같이 종래의 진동센서모듈들에 의해 획득된 데이터들이 데이터 로거를 통해 수집되는 것이 일반적이나, 본 발명에 의하면 진동센서모듈(10)에 무선 통신부(32)가 구비되어 있어서 서버 또는 PC와 같은 외부기기에 직접 전송될 수 있다. 물론 본 발명에 따른 진동센서모듈(10)을 데이터 로거에 케이블을 통해 연결하여 데이터 로거를 통해 센서 데이터를 수집하는 것도 가능하다.
PCB 보드(20)에는 하나 이상의 센서(33, 34, 35)가 구비된다. 도 2에 도시된 바와 같이 PCB 보드(20)에는 복수의 센서인터페이스가 제공되며, 이러한 센서인터페이스에 진동센서가 1개 이상 탑재된다. 복수의 센서인터페이스는 여러 타입의 진동센서가 탑재될 수 있도록 둘 이상의 통신인터페이스를 제공한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 좌측의 센서인터페이스는 SPI 통신인터페이스를 제공하는 것이고, 우측의 센서인터페이스는 I2C 통신인터페이스를 제공하는 것이고, 중앙의 센서인터페이스는 SPI 및 I2C 통신인터페이스를 제공한다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 PCB 보드(20)에 2종 이상의 통신인터페이스를 제공하는 복수의 센서인터페이스가 제공되므로, 한 가지 통신인터페이스에 국한된 진동센서가 탑재될 수 있는 것이 아니라 본 발명이 제공하는 복수의 통신인터페이스에 매칭되는 여러 종류의 진동센서들이 탑재되어 사용될 수 있다.
2. 풍력발전기 고장예측 시스템
(1) 제1 실시예
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템을 보이는 도면이다.
이를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템은 복수의 진동센서모듈(10), 허브(200), 데이터수집장치(300), 서버(400) 및 관리자단말기(500)를 포함한다.
복수의 진동센서모듈(10)은 풍력발전기 내부에 설치된 기계장치들에 대한 고장 여부 판단을 위한 기초 데이터를 감지하기 위한 구성이다.
허브(200)는 복수의 진동센서모듈(10) 및 데이터수집장치(300)와 케이블을 통해 연결되며, 복수의 진동센서모듈(10)에 읽혀진 데이터들은 허브(200)를 통해 데이터수집장치(300)에 수집된다.
데이터수집장치(300)를 통해 수집된 데이터들은 유선망 또는 무선망을 통해 서버(400)로 전송된다. 예를 들어, 전송망으로 로라망(LoRa network)이 사용될 수 있다.
서버(400)는 데이터수집장치(300)로부터 수신한 데이터들을 분석하여 풍력발전기의 고장을 예측한다.
서버(400)는 풍력발전기와 이격된 장소, 예를 들어 본 발명의 시스템을 운영 및 관리하는 사무실에 배치될 수 있다.
서버(400)에는 데이터수집장치(300)로부터 수신한 데이터들을 분석하여 풍력발전기에 고장이 발생할 가능성이 있는지 여부를 판단하기 위한 알고리즘이 소프트웨어 프로그램 형태로 탑재된다.
관리자단말기(500)는 본 발명의 시스템을 관리하는 사용자에 의해 사용되는 단말기로서 예를 들면 데스크탑 또는 노트북 등의 PC일 수 있다. 전술한 서버(400)의 분석결과가 관리자단말기(500)에 제공됨으로써 관리자는 서버(400)에 의해 분석된 고장예측 정보를 확인할 수 있으며, 만약 고장예측 분석이 있는 경우 그의 예방을 위한 사전적 조치를 취할 수 있다.
(2) 제2 실시예
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템을 보이는 도면이다.
이를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기 고장예측 시스템은 복수의 진동센서모듈(10), 서버(400) 및 관리자단말기(500)를 포함하며, 제1 실시예의 풍력발전기 고장예측 시스템에 구비된 허브(200) 및 데이터수집장치(300)가 포함되지 않는다.
복수의 진동센서모듈(10) 각각에는 전술한 무선 통신부(32)가 구비되어 있으며, 따라서 복수의 진동센서모듈(10)에 의해 읽혀진 데이터들은 무선 통신에 의해 서버(400)로 직접 전송될 수 있다.
10 : 진동센서모듈
20 : PCB 보드
200 : 허브
300 : 데이터수집장치
400 : 서버
500 : 관리자단말기

Claims (3)

  1. 산업 설비에 설치되어 사용되는 진동센서모듈(10)로서, PCB 보드(20)에 내부에 구비되고, 상기 PCB 보드(20)에는 둘 이상의 통신인터페이스를 제공하는 복수의 센서인터페이스가 구비되며, 상기 복수의 센서인터페이스에 하나 이상의 진동센서(20)가 탑재된 센서 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PCB 보드(20)에는 상기 하나 이상의 진동센서(20)에 의해 획득된 데이터들을 외부 기기로 무선 전송하기 위한 무선 통신부(32)가 구비된 센서 모듈.
  3. 풍력발전기 내부에 설치된 기계장치들에 장착된 복수의 진동센서모듈; 및
    상기 복수의 진동센서모듈에 수집된 상기 데이터들을 분석하여 상기 기계장치들의 고장 여부를 판단하는 서버(400);를 포함하며,
    상기 복수의 진동센서모듈 각각은 청구항 1 또는 2에 따른 진동센서모듈(10)로 구비되는
    풍력발전기 고장 예측 시스템.
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