KR20240088099A

KR20240088099A - 추세비교분석을 통한 고장진단과 예측이 가능한 모터제어반

Info

Publication number: KR20240088099A
Application number: KR1020220173494A
Authority: KR
Inventors: 김경탁
Original assignee: 주식회사 에코산전
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-06-20
Also published as: WO2024128341A1

Abstract

본 발명은 모터 제어반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하고, 모터들 사이의 작동정도의 편차가 큰 그룹만을 정밀 분석하여 고장이 발생한 모터를 검출하도록 함으로써, 고장 진단을 위한 통신 부담 및 부하를 줄이면서 신속하고 정확도 높은 고장 모터의 검출이 가능하도록 하는 추세비교분석을 통한 고장진단과 예측이 가능한 모터제어반에 관한 것이다.

Description

추세비교분석을 통한 고장진단과 예측이 가능한 모터제어반{A Motor Control Board Capable of Diagnosing and Forecasting Fault of Motor Using Based on Comparative Analysis of Changing Trend}

수처리시설 등에 있어서 물의 유동을 위해 다수의 펌프가 설치되며, 펌프를 구동하는 모터의 작동을 조절하고 감시하기 위해 모터 제어반이 설치된다.

모터 제어반에 의해서는 모터의 고장, 이상작동 등을 감시하도록 하고 있는데, 아래 특허문헌과 같이 단순히 전류값 등을 이용하는 경우가 대부분이어서 고장 진단의 정확성이 떨어지는 문제가 있다.

이에 따라, 모터의 고장 진단을 위해 전기적 특성 뿐만 아니라 온도, 주파수 등 다양한 변수를 이용하도록 할 수 있으나, 이러한 모든 변수들을 실시간으로 측정하여 전송하고 이를 분석하여 고장을 진단하기 위해서는 분석에 많은 부하와 시간이 걸리게 되고, 통신 부담도 커지게 되어 효율적인 시스템을 구축할 수 없게 되는 문제가 있다.

(특허문헌) 공개특허공보 제10-2022-0141019호(2022. 10. 19. 공개)"상전류 신호를 이용한 모터 고장 진단 방법 및 장치"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하고, 모터들 사이의 작동정도의 편차가 큰 그룹만을 정밀 분석하여 고장이 발생한 모터를 검출하도록 함으로써, 고장 진단을 위한 통신 부담 및 부하를 줄이면서 신속하고 정확도 높은 고장 모터의 검출이 가능하도록 하는 모터 제어반을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 고장이 발생한 모터의 작동을 정지시키도록 하여 모터의 고장에 따른 피해를 최소화할 수 있도록 하는 모터 제어반을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 모터의 수명을 예측하고 잔여 가동시간을 분석하여 제공하도록 함으로써, 효율적인 모터의 관리가 가능하도록 하는 모터 제어반을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 모터의 상태를 측정하기 위한 다수의 센서들과의 통신 상태를 자동으로 점검하여 원활한 통신 상태를 유지할 수 있도록 하는 모터 제어반을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반은 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹별로 모터의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고, 상기 고장진단부는 작동 정도의 편차가 큰 그룹을 모터의 이상이 발생한 그룹으로 감지하는 이상그룹감지부와, 이상이 발생한 그룹의 모터 상태를 정밀 분석하여 고장이 발생한 모터를 검출하는 고장모터검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반에 있어서, 상기 그룹화부는 각 모터들의 출력정보를 수집하는 출력정보수집모듈과; 각 모터들이 작동하는 시간 정보를 수집하는 시간정보수집모듈과; 수집되는 출력에 따른 시간을 합산하여 각 모터의 가동정도를 산출하는 가동도산출모듈과; 산출되는 가동정도를 각 모터의 사용연수를 반영하여 조정하는 사용연수조정모듈과; 각 모터의 고장, 유지보수 횟수를 반영하여 가동정도에 가중치를 부여하는 이력정보조정모듈과; 가중치가 부여된 가동정도에 각 모터의 사양을 반영하여 수정하는 사양정보반영모듈과; 수정된 가동정도에 따라 가동정도가 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하는 군집화모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반에 있어서, 상기 이상그룹감지부는 각 모터의 제어값 대비 출력값에 따라 작동지수를 산출하는 작동지수산출모듈과, 설정된 시간 간격으로 작동지수의 평균값을 계산하는 평균값연산모듈과, 계산된 평균값을 이용하여 동일 그룹 내에서 모터들의 작동지수에 대한 표준편차를 산정하는 표준편차산정모듈과, 표준편차의 기준값을 설정하는 편차기준설정모듈과, 산정된 표준편차가 설정된 기준값을 초과하는 경우 해당 그룹에 모터의 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상그룹판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반에 있어서, 상기 고장진단부는 모터의 고장을 판단할 수 있는 변수와 고장과의 상관관계를 기계적 학습에 의해 분석하는 고장학습부를 포함하고, 상기 고장학습부는 모터의 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 중 2 이상의 정보를 수집하는 변수정보수집모듈과, 수집된 변수를 기계적 학습 모델에 입력하여 고장 발생과의 관계를 학습하는 학습분석모듈과, 상기 학습분석모듈에 의해 분석된 학습모델을 저장하는 학습모델저장모듈을 포함하며, 상기 고장모터검출부는 상기 학습모델저장모듈에 의해 저장된 고장에 대한 학습모델정보를 불러오는 모델정보로딩모듈과, 이상이 발생한 그룹이 각 모터에 대해 고장을 분석할 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 중 2 이상의 변수정보를 수신하는 변수정보수신모듈과, 수신된 변수정보를 로딩된 학습모델에 입력하는 학습모델입력모듈과, 학습모델에 의한 출력값에 의해 고장이 발생한 모터를 인지하는 고장모터인지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반은 상기 고장진단부에 의해 모터의 고장이 진단되는 경우 모터의 작동을 조절하는 모터제어부를 포함하고, 상기 모터제어부는 상기 고장모터검출부에 의한 모터의 고장정보를 수신하는 고장정보수신모듈과, 고장이 발생한 모터의 작동을 중단하는 자동작동정지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반은 모터의 수명을 예측하는 수명예측부를 포함하고, 상기 수명예측부는 모터를 작동시키는 제어값을 수신하는 작동정보수신모듈과, 모터의 출력정보를 수신하는 출력정보수신모듈과, 모터의 제어값에 대한 출력값의 비율에 따라 작동정도를 산출하는 작동도산출모듈과, 초기 작동정도를 저장하는 초기값저장모듈과, 설정된 시간 간격으로 작동도산출모듈에 의해 산출되는 작동정도의 평균값을 산정하는 평균값산정모듈과, 모터의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있는 작동정도의 한계값을 설정하는 한계값설정모듈과, 초기 작동정도와 한계 작동정도의 차이에 대한 평균값산정모듈에 의해 산정되는 평균값과 한계 작동정도의 차이의 비율에 따라 잔여수명을 계산하여 제공하는 잔여수명제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반은 상기 수명예측부에 의해 예측되는 수명에 따라 모터의 잔여 가동시간에 관한 정보를 분석하여 제공하는 가동정보예측부를 포함하고, 상기 가동정보예측부는 모터들의 제어값 대비 출력값의 비율에 따른 작동정도에 관한 정보를 수집하는 작동도수집모듈과, 수집된 작동정도의 변화를 분석하는 추세분석모듈과, 잔여 수명에 따라 모터들의 한계 작동정도까지의 작동 가능 출력량을 계산하는 가동정보연산모듈과, 계산된 작동 가능 출력량에 따라 출력값에 따른 작동 가능시간 정보를 계산하여 제공하는 가능정보제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반은 모터의 작동상태를 측정하는 센서들과의 통신 상태를 점검하는 통신점검부를 포함하고, 상기 통신점검부는 통신 상태의 고장을 진단하는 통신고장진단부를 포함하며, 상기 통신고장진단부는 설정된 시간 간격으로 통신 상태를 확인하는 신호를 센서들로 전송하는 확인신호전송모듈과, 확인신호의 전송에 따라 센서들로부터 응답하는 신호를 수신하는 응답신호수신모듈과, 설정된 시간 내에 응답신호가 수신되지 않는 연속되는 횟수를 계산하는 미수신횟수연산모듈과, 미수신이 연속되는 횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 해당 센서와의 통신에 고장이 발생한 것으로 판단하여 이를 알리는 고장알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반에 있어서, 상기 통신점검부는 잦은 통신 오류가 발생하는 이상상태를 감지하는 통신이상감지부를 포함하고, 상기 통신이상감지부는 응답신호가 미수신되는 정보를 저장하는 미수신정보저장모듈과, 설정된 횟수의 확인신호 전송마다 응답신호가 미수신되는 빈도를 산정하는 미수신빈도산정모듈과, 미수신되는 빈도를 설정된 기준빈도와 비교하는 기준값비교모듈과, 미수신빈도가 기준값을 초과하는 연속횟수를 산출하는 연속횟수산출모듈과, 연속횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 통신 이상으로 판단하여 이를 알리는 통신오류알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 제어반에 있어서, 상기 통신점검부는 통신 속도의 저하를 감시하는 속도감시부를 포함하고, 상기 속도감시부는 확인신호가 전송되고 응답신호가 수신되는 시간을 저장하는 시간정보저장모듈과, 저장되는 시간에 따라 응답에 소요되는 시간을 산정하는 응답시간산정모듈과, 설정된 횟수의 확인신호 전송마다 응답시간의 평균값을 산출하는 평균값산출모듈과, 산출된 평균값을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 산출된 평균값이 설정값 미만인 경우 통신 속도의 저하를 알리는 속도저하알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하고, 모터들 사이의 작동정도의 편차가 큰 그룹만을 정밀 분석하여 고장이 발생한 모터를 검출하도록 함으로써, 고장 진단을 위한 통신 부담 및 부하를 줄이면서 신속하고 정확도 높은 고장 모터의 검출이 가능하도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 고장이 발생한 모터의 작동을 정지시키도록 하여 모터의 고장에 따른 피해를 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 모터의 수명을 예측하고 잔여 가동시간을 분석하여 제공하도록 함으로써, 효율적인 모터의 관리가 가능하도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 모터의 상태를 측정하기 위한 다수의 센서들과의 통신 상태를 자동으로 점검하여 원활한 통신 상태를 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어반의 구성을 나타내는 블럭도
도 2는 도 1의 그룹화부의 구성을 나타내는 블럭도
도 3은 도 1의 고장진단부의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 1의 모터제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 1의 수명예측부의 구성을 나타내는 블럭도
도 6은 도 1의 가동정보예측부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 1의 통신점검부의 구성을 나타내는 블럭도

이하에서는 본 발명에 따른 추세비교분석을 통한 고장진단과 예측이 가능한 모터제어반의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 추세비교분석을 통한 고장진단과 예측이 가능한 모터제어반을 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명하면, 상기 모터 제어반은 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 그룹화하는 그룹화부(1)와, 그룹별로 모터의 고장을 진단하는 고장진단부(2)와, 상기 고장진단부(2)에 의해 모터의 고장이 진단되는 경우 모터의 작동을 조절하는 모터제어부(3)와, 모터의 수명을 예측하는 수명예측부(4)와, 상기 수명예측부(4)에 의해 예측되는 수명에 따라 모터의 잔여 가동시간에 관한 정보를 분석하여 제공하는 가동정보예측부(5)와, 모터의 작동상태를 측정하는 센서들과의 통신 상태를 점검하는 통신점검부(6)를 포함한다.

본 발명에 따른 모터 제어반은 다수의 모터가 사용되는 수처리 시설 등에 있어서, 다수의 모터를 제어하는 모터 제어반에 관한 것으로, 모터에 형성되는 다양한 센서를 통해 모터의 상태를 측정하여 고장을 진단하고 수명을 예측할 수 있도록 하며, 센서들과의 원활한 통신을 유지할 수 있도록 한다. 특히, 상기 모터 제어반은 모터의 고장을 발생시키는 다양한 변수를 종합적으로 분석하여 고장을 진단하도록 함으로써, 고장 진단의 정확성을 높이면서도 모터를 특성에 따라 그룹으로 분류하여 이상이 발생한 그룹에 대해서만 고장 진단이 이루어지도록 하여 고장 진단을 위한 부하 및 통신 부담을 줄이고 신속한 고장 진단이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 그룹화부(1)는 다수의 모터들을 모터의 사용정도 및 특성에 따라 그룹으로 분류하는 구성으로, 사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 묶어 분류하도록 한다. 상기 그룹화부(1)는 기본적으로 모터의 출력 및 사용시간을 고려한 가동정도에 따라 유사한 가동정도를 갖는 모터들을 동일한 그룹으로 분류하도록 하며, 특히 모터의 사용연수, 고장 및 유지보수 이력, 사양을 반영하여 가동정도를 수정하도록 하여 그룹화의 정확성을 높이도록 한다. 따라서, 상기 그룹화부(1)는 유사한 가동정도를 갖는 모터들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있고, 유사한 가동정도를 갖는 모터들은 유사한 출력특성을 갖게 되므로, 모터들 사이에 출력특성의 편차가 발생하는 그룹을 모터의 이상이 발생한 그룹으로 선별하여, 선별된 그룹에 대해서만 정밀한 모터의 고장 진단이 이루어지도록 함으로써, 고장 진단의 정확성과 간편, 신속성을 동시에 만족시킬 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 그룹화부(1)는 출력정보수집모듈(11), 시간정보수집모듈(12), 가동도산출모듈(13), 사용연수조정모듈(14), 이력정보조정모듈(15), 사양정보반영모듈(16), 군집화모듈(17)을 포함할 수 있다.

상기 출력정보수집모듈(11)은 각 모터의 출력에 관한 정보를 수집하는 구성으로, 모터의 작동시 공급되는 전압, 전류값에 따른 출력에 관한 정보를 수집하도록 할 수 있다.

상기 시간정보수집모듈(12)은 각 모터의 작동시간에 관한 정보를 수집하는 구성으로, 각 모터가 출력에 따라 작동하는 시간정보를 수집하도록 한다.

상기 가동도산출모듈(13)은 각 모터의 가동정도를 산출하는 구성으로, 일 예로 각 모터에서 제공되는 총 출력을 가동정도로 산출하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 가동도산출모듈(13)은 수집되는 출력에 시간을 곱하여 가동정도를 산출할 수 있으며, 시간에 따라 변하는 출력을 적분하여 가동정도의 산출이 이루어지도록 할 수 있고, 산출되는 가동정도는 모터가 총 사용되는 정도를 의미하게 된다. 이에 따라, 상기 가동도산출모듈(13)에 의해 산출되는 가동정도가 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 묶어 출력 특성이 유사한 모터들끼리의 비교를 통해 모터의 이상이 발생한 그룹을 검출할 수 있게 된다. 다만, 각 모터는 사용연수, 고장, 유지보수 횟수, 사양에 따라서도 출력특성이 상이할 수 있으므로, 사용연수, 고장, 유지보수 횟수, 사양에 따라 가동정도를 수정하여 출력특성이 유사한 모터들끼리 정확한 그룹화가 이루어지도록 한다.

상기 사용연수조정모듈(14)은 각 모터의 사용연수에 따라 가동정도를 조정하는 구성으로, 사용연수를 복수의 구간으로 나누어 구간별로 가동정도를 조정하도록 할 수 있으며, 사용연수가 높을수록 가동정도를 높이도록 조정할 수 있다.

상기 이력정보조정모듈(15)은 각 모터의 고장이력, 유지보수이력에 따라 가동정도에 가중치를 부여하여 조정하는 구성으로, 일 예로 고장이력, 유지보수의 이력에 따라 가중치를 적용하여 가동정도를 증가시키도록 할 수 있다.

상기 사양정보반영모듈(16)은 각 모터의 사양을 가동정도에 반영하는 구성으로, 일 예로 각 모터의 최대출력을 반영하도록 할 수 있으며, 최대출력이 낮을수록 가동정도에 가중치를 부여하여 증가시키도록 할 수 있다.

이때, 상기 사용연수조정모듈(14), 이력정보조정모듈(15), 사양정보반영모듈(16)에 의한 가동정도의 조정 정도는 사용연수 등이 출력특성에 영향을 미치는 정도를 고려하여 실험실 등에서의 실험을 통해 미리 결정되도록 할 수 있다.

상기 군집화모듈(17)은 조정되는 가동정도를 고려하여 모터들을 그룹화하는 구성으로, 가동정도가 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하여 저장하도록 할 수 있다.

상기 고장진단부(2)는 모터의 고장을 진단하는 구성으로, 고장이 발생한 모터를 검출하여 알릴 수 있도록 한다. 특히, 상기 고장진단부(2)는 동일한 그룹 내에서 모터들의 작동정도의 편차가 발생하는 경우 해당 그룹에 모터의 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 해당 그룹 내에서 정밀 분석을 통해 고장이 발생한 모터를 검출하도록 한다. 따라서, 상기 고장진단부(2)는 모든 모터에 대해 수시로 정밀 분석을 실시하여 고장을 검출하는 것이 아니라 출력만을 이용하여 편차가 심한 그룹을 선별하고, 편차가 심한 그룹에 대해서만 정밀한 고장 분석을 실시하여 고장 진단의 정확성과 간편, 신속성을 동시에 만족시킬 수 있도록 한다. 또한, 상기 고장진단부(2)는 모터의 고장을 정확하게 진단할 수 있도록 하기 위해 모터의 고장을 판단할 수 있는 변수와 고장의 상관관계를 기계적 학습에 의해 분석하도록 하며, 분석된 학습모델에 의해 고장이 발생한 모터를 검출하도록 한다. 이를 위해, 상기 고장진단부(2)는 이상그룹감지부(21), 고장학습부(22), 고장모터검출부(23)를 포함할 수 있다.

상기 이상그룹감지부(21)는 이상이 발생한 그룹을 감지하는 구성으로, 출력특성이 유사한 모터들 사이에서 모터들 사이의 작동정도에 편차가 심하게 발생하는 그룹을 모터의 이상이 발생한 그룹으로 감지하도록 한다. 여기서 작동정도란 각 모터에 대해 제어되는 작동값 대비 실제 출력의 비율을 의미하는 것으로, 가동정도가 유사한 모터들의 경우 실제 출력의 비율이 유사하게 나타나므로, 모터의 고장이 발생할 경우 작동정도가 상이하게 되고 동일 그룹내 모터들 사이의 작동정도에 대한 표준편차가 증가하게 된다. 따라서, 상기 이상그룹감지부(21)는 표준편차의 증가를 감지하여 모터의 고장이 발생한 그룹을 감지할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 이상그룹감지부(21)는 작동지수산출모듈(211), 평균값연산모듈(212), 표준편차산정모듈(213), 이상그룹판단모듈(215)을 포함할 수 있다.

상기 작동지수산출모듈(211)은 각 모터의 작동 정도를 산출하는 구성으로, 각 모터의 작동정도에 대한 제어값 대비 실제 출력값의 비율을 모터의 작동 정도를 나타내는 작동지수로 산출하도록 할 수 있다.

상기 평균값연산모듈(212)은 설정된 시간 간격으로 작동지수의 평균값을 연산하는 구성으로, 모터의 출력은 시간에 따라 불규칙적으로 변할 수 있으므로, 정확한 작동정도의 측정을 위해 일정 시간 동안의 작동지수에 대한 평균값을 연산하여 작동정도의 파악에 이용하도록 한다.

상기 표준편차산정모듈(213)은 동일 그룹 내 모터들의 작동지수에 대한 표준편차를 산정하는 구성으로, 평균값연산모듈(212)에 의해 계산되는 평균값을 이용하여 표준편차를 산정하도록 한다.

상기 편차기준설정모듈(214)은 모터의 이상이 발생한 그룹으로 판단할 수 있는 표준편차의 기준값을 설정하는 구성으로, 표준편차가 높을수록 작동지수의 불평등이 심해지는 것을 의미하므로 특정 표준편차를 기준값으로 설정하여 표준편차가 설정된 기준값을 초과할 경우 모터의 이상이 발생한 그룹으로 판단하도록 할 수 있다.

상기 이상그룹판단모듈(215)은 산정된 표준편차가 편차기준설정모듈(214)에 의해 설정된 기준값을 초과하는 경우 해당 그룹을 모터의 이상이 발생한 그룹으로 판단하는 구성으로, 해당 그룹에 대해 모터의 고장에 대한 정밀 분석이 이루어지도록 한다.

상기 고장학습부(22)는 고장 모터의 검출을 위한 분석모델을 도출하는 구성으로, 모터의 고장을 판단할 수 있는 변수와 고장 발생을 기계적 학습에 의해 학습하여 고장을 판단할 수 있는 학습모델을 생성하도록 한다. 이를 위해, 상기 고장학습부(22)는 변수정보수집모듈(221), 학습분석모듈(222), 학습모델저장모듈(223)을 포함할 수 있다.

상기 변수정보수집모듈(221)은 고장 분석을 위한 변수정보를 수집하는 구성으로, 모터의 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 등의 정보를 모터로부터 측정하여 수집하도록 할 수 있으며, 이중 2 이상의 정보를 이용하여 모터의 고장을 분석하도록 할 수 있다.

상기 학습분석모듈(222)은 다수의 모터들에 대해 수집된 변수와 고장과의 상관관계를 분석하는 구성으로, 인공신경망 등의 기계적 학습에 의해 변수와 고장과의 학습 모델을 도출하도록 한다.

상기 학습모델저장모듈(223)은 상기 학습분석모듈(222)에 의해 도출된 고장 판단에 대한 학습모델을 저장하는 구성으로, 저장된 학습모델을 이용하여 고장이 발생한 모터를 검출할 수 있도록 한다.

상기 고장모터검출부(23)는 고장학습부(22)에 의해 도출된 학습모델을 이용하여 고장이 발생한 모터를 검출하는 구성으로, 상기 이상그룹감지부(21)에 의해 이상이 발생한 것으로 감지된 그룹에 대해서만 고장 모터의 검출이 이루어지도록 한다. 상기 고장모터검출부(23)는 모델정보로딩모듈(231), 변수정보수신모듈(232), 학습모델입력모듈(233), 고장모터인지모듈(234)을 포함할 수 있다.

상기 모델정보로딩모듈(231)은 학습모델저장모듈(223)에 의해 저장된 고장 모터 검출을 위한 학습모델을 불러오는 구성으로, 상기 이상그룹감지부(21)에 의해 모터의 이상이 발생한 그룹이 감지되는 경우 학습모델을 불러오도록 한다.

상기 변수정보수신모듈(232)은 고장 모터 검출을 위한 변수정보를 수신하는 구성으로, 모터의 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 등의 정보 중 학습모델에 사용된 2 이상의 정보를 수신하도록 하며, 이상이 발생한 그룹에 대해서만 각 모터의 정보를 수신하도록 한다.

상기 학습모델입력모듈(233)은 각 모터의 변수정보를 학습모델에 입력하는 구성으로, 고장이 발생한 모터인지 여부를 출력하도록 한다.

상기 고장모터인지모듈(234)은 학습모델에 대한 변수의 입려 결과에 따라 고장이 발생한 모터를 인지하는 구성으로, 고장 모터를 검출하여 이를 알리도록 하며, 상기 모터제어부(3)에 의해 모터의 고장 발생으로 인한 제어가 이루어지도록 할 수 있다.

상기 모터제어부(3)는 모터의 고장 발생에 따른 모터 작동의 제어가 이루어지도록 하는 구성으로, 고장이 발생한 모터의 작동을 중지시켜 추가적인 피해를 막을 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 모터제어부(3)는 고장정보수신모듈(31), 자동작동정지모듈(32)을 포함할 수 있다.

상기 고장정보수신모듈(31)은 모터의 고장 정보를 수신하는 구성으로, 상기 고장모터인지모듈(234)에 의해 검출되는 모터의 정보를 수신하도록 한다.

상기 자동작동정지모듈(32)은 모터의 고장 정보를 수신하는 경우 고장이 발생한 모터의 작동을 자동으로 정지시키는 구성으로, 고장이 발생한 모터의 작동에 따라 발생하는 화재 등의 사고, 모터의 손상 등을 막을 수 있도록 한다.

상기 수명예측부(4)는 각 모터의 수명을 예측하는 구성으로, 각 모터의 작동정도에 따라 수명의 예측이 이루어지도록 한다. 각 모터의 제어값 대비 실제 출력값을 의미하는 작동정도는 시간이 경과함에 따라 점점 감소하게 되며, 작동정도가 현저하게 떨어지는 경우 모터가 제 기능을 발휘하지 못하여 수명을 다하게 된다. 따라서, 상기 수명예측부(4)는 각 모터의 작동 정도를 이용하여 수명을 산출하도록 하며, 작동 정도는 다양한 원인에 의해 일시적으로 변화될 수 있으므로, 설정된 시간 동안의 평균값을 이용하여 수명 예측이 이루어지도록 함으로써 수명 예측의 정확성을 높이도록 한다. 이를 위해, 상기 수명예측부(4)는 작동정보수신모듈(41), 출력정보수신모듈(42), 작동도산출모듈(43), 초기값저장모듈(44), 평균값산정모듈(45), 한계값설정모듈(46), 잔여수명제공모듈(47)을 포함할 수 있다.

상기 작동정보수신모듈(41)은 모터를 작동시키는 제어정보를 수신하는 구성으로, 모터의 작동정도에 대한 제어값을 수신하도록 할 수 있다.

상기 출력정보수신모듈(42)은 모터의 출력정보를 수신하는 구성으로, 모터의 회전수 등을 통해 출력을 측정하는 별도의 센서로부터 출력정보를 수신하도록 할 수 있다.

상기 작동도산출모듈(43)은 모터의 제어값 대비 실제 출력값에 대한 비율인 작동정도를 산출하는 구성으로, 일정 시간 간격으로 작동정도를 산출하도록 할 수 있다.

상기 초기값저장모듈(44)은 모터의 초기 작동정도를 저장하는 구성으로, 해당 모터의 초기 작동시 작동정도를 산출하여 저장하도록 할 수 있으며, 모터의 제작시 미리 측정된 초기 작동정도에 관한 값을 저장하도록 할 수도 있다.

상기 평균값산정모듈(45)은 작동정도에 관한 평균값을 산정하는 구성으로, 설정된 시간 간격으로 작동정도의 평균값을 산정하도록 한다. 따라서, 상기 평균값산정모듈(45)은 일시적으로 모터의 출력값이 불규칙하게 변하는 경우에도 평균값을 이용하여 수명을 예측하도록 함으로써, 수명 예측의 정확성을 높이도록 할 수 있다.

상기 한계값설정모듈(46)은 모터의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있는 작동정도의 한계값을 설정하는 구성으로, 일 예로 모터의 출력값이 제어값 대비 50% 이하가 되는 경우 수명이 다한 것으로 판단하도록 할 수 있다.

상기 잔여수명제공모듈(47)은 모터의 잔여 수명을 산출하여 제공하는 구성으로, 전체 사용 가능 정도 대비 남아있는 비율을 산출하여 제공하도록 할 수 있으며, 일 예로 %의 정보로 제공하도록 할 수 있다. 초기 작동정도와 한계 작동정도의 차이만큼 모터가 작동할 수 있는 것으로 볼 수 있으며, 현재 작동정도, 더욱 정확하게는 평균값산정모듈(45)에 의해 산정되는 현재의 작동정도의 평균값과 한계 작동정도의 차이만큼 수명이 남아있는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 잔여수명제공모듈(47)은 현재 작동정도의 평균값과 한계 작동정도의 차이를 초기 작동정도와 한계 작동정도의 차이로 나눈값에 100을 곱하여 잔여 수명으로 제공하도록 할 수 있다.

상기 가동정보예측부(5)는 수명예측부(4)에 의해 예측되는 잔여 수명에 따라 각 모터의 사용 가능한 기간을 예측하여 제공하는 구성으로, 어느 정도의 출력으로 어느 정도의 시간만큼 사용할 수 있는지에 관한 정보를 제공하도록 한다. 따라서, 상기 가동정보예측부(5)는 각 모터를 얼마나 더 사용할 수 있는지 정확하게 파악할 수 있으며, 모터들의 작동정도의 변화를 관찰하여 추세 분석을 통해 사용 가능한 정보를 제공하도록 함으로써, 더욱 정확한 사용 가능 시간의 파악이 가능하도록 한다. 이를 위해, 상기 가동정보예측부(5)는 작동도수집모듈(51), 추세분석모듈(52), 가동정보연산모듈(53), 가능정보제공모듈(54)을 포함할 수 있다.

상기 작동도수집모듈(51)은 모터들의 작동정도에 관한 정보를 수집하는 구성으로, 초기 사용부터 수명이 다할 때까지 모터들의 작동정도에 관한 정보를 수집하도록 한다.

상기 추세분석모듈(52)은 모터들의 작동정도가 변하는 추세를 분석하는 구성으로, 시간의 흐름에 따라 작동정도가 변하는 흐름을 그래프 형태로 분석하여 저장하도록 할 수 있다.

상기 가동정보연산모듈(53)은 한계 작동정도까지 모터의 작동이 가능한 전체 출력량을 계산하는 구성으로, 모터의 잔여수명에 따라 모터가 작동할 수 있는 전체 출력의 양을 계산하도록 한다. 상기 가동정보연산모듈(53)은 추세분석모듈(52)에 의해 분석되는 작동정보 변화의 추세를 이용하도록 할 수 있으며, 바람직하게는 동일한 사양을 갖는 모터들의 추세를 이용하도록 할 수 있다. 일 예로, 상기 가동정보연산모듈(53)은 수명예측부(4)에 의해 예측되는 특정 모터의 잔여 수명에 대해 동일한 사양의 모터들이 해당 잔여 수명에서 한계 작동정도까지 작동하는 총 출력량을 계산하도록 할 수 있으며, 동일한 사양 모터들의 총 출력량에 대한 평균값을 계산하도록 할 수 있다.

상기 가능정보제공모듈(54)은 모터의 잔여 수명에서 작동 가능한 시간 정보를 제공하는 구성으로, 가동정보연산모듈(53)에 의해 연산되는 가능한 총 출력량을 이용하여 작동 가능한 시간 정보를 제공하도록 한다. 상기 가능정보제공모듈(54)은 작동 가능한 총 출력량을 시간으로 나누어 출력량별로 작동 가능한 시간 정보를 제공하도록 할 수 있으며, 일 예로 현재까지 해당 모터의 평균 출력량에 따라 작동 가능한 총 출력량을 평균 출력량으로 나누어 평균 출력량을 사용할 경우 어느 정도의 시간을 더 사용할 수 있는지에 관한 정보를 제공하도록 할 수 있다.

상기 통신점검부(6)는 모터의 상태 등을 측정하는 센서들과의 통신 상태를 점검하는 구성으로, 일 예로 모터의 출력, 전류, 전압, 주파수, 온도, 진동, 고조파 등을 측정하는 센서 각각과의 통신 상태를 점검하도록 한다. 상기 통신점검부(6)는 설정된 시간 간격으로 확인신호를 전송하여 통신 상태를 점검하도록 할 수 있으며, 고장을 진단하는 통신고장진단부(61), 잦은 통신 오류를 감지하는 통신이상감지부(62), 통신 속도 저하를 감시하는 속도감시부(63)를 포함할 수 있다.

상기 통신고장진단부(61)는 통신 상태의 고장을 진단하는 구성으로, 확인신호전송모듈(611), 응답신호수신모듈(612), 미수신횟수연산모듈(613), 고장알림모듈(614)을 포함할 수 있다.

상기 확인신호전송모듈(611)은 통신 상태를 확인하는 신호를 전송하는 구성으로, 센서들 각각에 대해 설정된 시간 간격으로 확인신호를 전송하도록 할 수 있다.

상기 응답신호수신모듈(612)은 확인신호에 대한 응답신호를 수신하는 구성으로, 확인신호를 수신한 센서들로부터 전송되는 응답신호를 수신하도록 한다.

상기 미수신횟수연산모듈(613)은 확인신호의 전송후 설정된 시간 내에 응답신호가 미수신되는 횟수를 계산하는 구성으로, 특히 연속하여 미수신되는 횟수를 계산하도록 한다.

상기 고장알림모듈(614)은 센서와의 통신 고장 상태를 알리는 구성으로, 상기 미수신횟수연산모듈(613)에 의해 계산되는 미수신의 연속횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 해당 센서와의 통신 고장 상태로 판단하여 이를 알리도록 한다. 따라서, 상기 고장알림모듈(614)은 일시적인 통신 오류에 의한 미응답을 제외하고 고장이 발생한 경우만을 선별하여 정확한 고장 진단이 가능하도록 할 수 있다.

상기 통신이상감지부(62)는 반복된 통신 오류를 감지하여 이를 알리는 구성으로, 미수신정보저장모듈(621), 미수신빈도산정모듈(622), 기준값비교모듈(623), 연속횟수산출모듈(624), 통신오류알림모듈(624)을 포함할 수 있다.

상기 미수신정보저장모듈(621)은 확인신호에 대한 응답신호가 미수신되는 정보를 저장하는 구성으로, 확인신호 및 미수신 정보를 함께 저장하도록 한다.

상기 미수신빈도산정모듈(622)은 응답신호가 미수신되는 빈도를 산정하는 구성으로, 확인신호의 전송횟수 대비 미수신 횟수의 비율을 일정 횟수의 확인신호 전송마다 산정하도록 한다.

상기 기준값비교모듈(623)은 미수신빈도를 기준이 되는 빈도값과 비교하는 구성으로, 기준이 되는 빈도값을 초과하는지 여부를 판단하도록 한다.

상기 연속횟수산출모듈(624)은 미수신빈도가 기준값을 초과하는 연속횟수를 산출하는 구성으로, 연속횟수가 설정된 횟수를 초과하는지 여부를 판단하도록 한다.

상기 통신오류알림모듈(624)은 연속횟수산출모듈(624)에 의해 산출되는 연속횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 잦은 통신 오류에 의한 이상 상태로 판단하여 이를 알리는 구성으로, 해당 센서와의 통신 상태를 점검할 수 있도록 한다.

상기 속도감시부(63)는 센서와의 통신 속도 저하를 감시하는 구성으로, 속도감시부(631), 응답시간산정모듈(632), 평균값산출모듈(633), 설정값비교모듈(634), 속도저하알림모듈(635)을 포함할 수 있다.

상기 속도감시부(631)은 확인신호의 전송시간, 응답신호의 수신시간에 관한 정보를 저장하는 구성으로, 확인신호의 전송 및 응답신호의 수신시마다 시간정보를 누적하여 저장하도록 한다.

상기 응답시간산정모듈(632)은 확인신호의 전송부터 응답신호의 수신까지 걸리는 시간을 산정하는 구성으로, 속도감시부(631)에 의해 저장되는 시간정보를 이용하여 응답시간을 계산하도록 한다.

상기 평균값산출모듈(633)은 응답시간산정모듈(632)에 의해 산정되는 응답시간의 평균값을 산출하는 구성으로, 설정된 횟수의 확신신호 전송시마다 평균값의 산출이 이루어지도록 한다. 확인신호에 대한 응답시간은 일시적인 통신 환경에 따라 오차가 발생할 수 있으므로, 상기 속도감시부(63)는 일정 횟수 간격으로 응담시간의 평균값을 산출하여 속도 저하를 판단하도록 함으로써, 통신 속도 저하 감지의 정확성을 높일 수 있도록 한다.

상기 설정값비교모듈(634)은 평균값산출모듈(633)에 의해 산출되는 평균값을 설정값과 비교하는 구성으로, 속도 저하로 판단할 수 있는 설정값과의 비교가 이루어지도록 한다.

상기 속도저하알림모듈(635)은 특정 센서와의 통신 속도 저하를 알리는 구성으로, 설정값비교모듈(634)에 의한 비교결과 응답시간의 평균값이 설정값 미만인 경우 속도 저하로 판단하여 이를 알리도록 한다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 그룹화부 2: 고장진단부
21: 이상그룹감지부 22: 고장학습부
23: 고장모터검출부 3: 모터제어부
4: 수명예측부 5: 가동정보예측부
6: 통신점검부 61: 통신고장진단부
62: 통신이상감지부 63: 속도감시부

Claims

복수 모터의 작동을 조절하고 감시하는 모터 제어반에 있어서,
사용정도 및 특성이 유사한 모터들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹별로 모터의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고,
상기 고장진단부는,
작동 정도의 편차가 큰 그룹을 모터의 이상이 발생한 그룹으로 감지하는 이상그룹감지부와, 이상이 발생한 그룹의 모터 상태를 정밀 분석하여 고장이 발생한 모터를 검출하는 고장모터검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 그룹화부는
각 모터들의 출력정보를 수집하는 출력정보수집모듈과; 각 모터들이 작동하는 시간 정보를 수집하는 시간정보수집모듈과; 수집되는 출력에 따른 시간을 합산하여 각 모터의 가동정도를 산출하는 가동도산출모듈과; 산출되는 가동정도를 각 모터의 사용연수를 반영하여 조정하는 사용연수조정모듈과; 각 모터의 고장, 유지보수 횟수를 반영하여 가동정도에 가중치를 부여하는 이력정보조정모듈과; 가중치가 부여된 가동정도에 각 모터의 사양을 반영하여 수정하는 사양정보반영모듈과; 수정된 가동정도에 따라 가동정도가 유사한 모터들을 동일한 그룹으로 분류하는 군집화모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 이상그룹감지부는
각 모터의 제어값 대비 출력값에 따라 작동지수를 산출하는 작동지수산출모듈과, 설정된 시간 간격으로 작동지수의 평균값을 계산하는 평균값연산모듈과, 계산된 평균값을 이용하여 동일 그룹 내에서 모터들의 작동지수에 대한 표준편차를 산정하는 표준편차산정모듈과, 표준편차의 기준값을 설정하는 편차기준설정모듈과, 산정된 표준편차가 설정된 기준값을 초과하는 경우 해당 그룹에 모터의 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상그룹판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 고장진단부는
모터의 고장을 판단할 수 있는 변수와 고장과의 상관관계를 기계적 학습에 의해 분석하는 고장학습부를 포함하고,
상기 고장학습부는,
모터의 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 중 2 이상의 정보를 수집하는 변수정보수집모듈과, 수집된 변수를 기계적 학습 모델에 입력하여 고장 발생과의 관계를 학습하는 학습분석모듈과, 상기 학습분석모듈에 의해 분석된 학습모델을 저장하는 학습모델저장모듈을 포함하며,
상기 고장모터검출부는,
상기 학습모델저장모듈에 의해 저장된 고장에 대한 학습모델정보를 불러오는 모델정보로딩모듈과, 이상이 발생한 그룹이 각 모터에 대해 고장을 분석할 전류, 전압, 온도, 주파수, 고조파, 진동 중 2 이상의 변수정보를 수신하는 변수정보수신모듈과, 수신된 변수정보를 로딩된 학습모델에 입력하는 학습모델입력모듈과, 학습모델에 의한 출력값에 의해 고장이 발생한 모터를 인지하는 고장모터인지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 모터 제어반은
상기 고장진단부에 의해 모터의 고장이 진단되는 경우 모터의 작동을 조절하는 모터제어부를 포함하고,
상기 모터제어부는,
상기 고장모터검출부에 의한 모터의 고장정보를 수신하는 고장정보수신모듈과, 고장이 발생한 모터의 작동을 중단하는 자동작동정지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 모터 제어반은
모터의 수명을 예측하는 수명예측부를 포함하고,
상기 수명예측부는,
모터를 작동시키는 제어값을 수신하는 작동정보수신모듈과, 모터의 출력정보를 수신하는 출력정보수신모듈과, 모터의 제어값에 대한 출력값의 비율에 따라 작동정도를 산출하는 작동도산출모듈과, 초기 작동정도를 저장하는 초기값저장모듈과, 설정된 시간 간격으로 작동도산출모듈에 의해 산출되는 작동정도의 평균값을 산정하는 평균값산정모듈과, 모터의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있는 작동정도의 한계값을 설정하는 한계값설정모듈과, 초기 작동정도와 한계 작동정도의 차이에 대한 평균값산정모듈에 의해 산정되는 평균값과 한계 작동정도의 차이의 비율에 따라 잔여수명을 계산하여 제공하는 잔여수명제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 6 항에 있어서, 상기 모터 제어반은
상기 수명예측부에 의해 예측되는 수명에 따라 모터의 잔여 가동시간에 관한 정보를 분석하여 제공하는 가동정보예측부를 포함하고,
상기 가동정보예측부는,
모터들의 제어값 대비 출력값의 비율에 따른 작동정도에 관한 정보를 수집하는 작동도수집모듈과, 수집된 작동정도의 변화를 분석하는 추세분석모듈과, 잔여 수명에 따라 모터들의 한계 작동정도까지의 작동 가능 출력량을 계산하는 가동정보연산모듈과, 계산된 작동 가능 출력량에 따라 출력값에 따른 작동 가능시간 정보를 계산하여 제공하는 가능정보제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 1 항에 있어서, 상기 모터 제어반은
모터의 작동상태를 측정하는 센서들과의 통신 상태를 점검하는 통신점검부를 포함하고,
상기 통신점검부는 통신 상태의 고장을 진단하는 통신고장진단부를 포함하며,
상기 통신고장진단부는,
설정된 시간 간격으로 통신 상태를 확인하는 신호를 센서들로 전송하는 확인신호전송모듈과, 확인신호의 전송에 따라 센서들로부터 응답하는 신호를 수신하는 응답신호수신모듈과, 설정된 시간 내에 응답신호가 수신되지 않는 연속되는 횟수를 계산하는 미수신횟수연산모듈과, 미수신이 연속되는 횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 해당 센서와의 통신에 고장이 발생한 것으로 판단하여 이를 알리는 고장알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 8 항에 있어서, 상기 통신점검부는
잦은 통신 오류가 발생하는 이상상태를 감지하는 통신이상감지부를 포함하고,
상기 통신이상감지부는,
응답신호가 미수신되는 정보를 저장하는 미수신정보저장모듈과, 설정된 횟수의 확인신호 전송마다 응답신호가 미수신되는 빈도를 산정하는 미수신빈도산정모듈과, 미수신되는 빈도를 설정된 기준빈도와 비교하는 기준값비교모듈과, 미수신빈도가 기준값을 초과하는 연속횟수를 산출하는 연속횟수산출모듈과, 연속횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 통신 이상으로 판단하여 이를 알리는 통신오류알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.
제 8 항에 있어서, 상기 통신점검부는
통신 속도의 저하를 감시하는 속도감시부를 포함하고,
상기 속도감시부는,
확인신호가 전송되고 응답신호가 수신되는 시간을 저장하는 시간정보저장모듈과, 저장되는 시간에 따라 응답에 소요되는 시간을 산정하는 응답시간산정모듈과, 설정된 횟수의 확인신호 전송마다 응답시간의 평균값을 산출하는 평균값산출모듈과, 산출된 평균값을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 산출된 평균값이 설정값 미만인 경우 통신 속도의 저하를 알리는 속도저하알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어반.