WO2017131434A1 - 사물인터넷 기반 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법 - Google Patents

사물인터넷 기반 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2017131434A1
WO2017131434A1 PCT/KR2017/000877 KR2017000877W WO2017131434A1 WO 2017131434 A1 WO2017131434 A1 WO 2017131434A1 KR 2017000877 W KR2017000877 W KR 2017000877W WO 2017131434 A1 WO2017131434 A1 WO 2017131434A1
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power
unit
communication
independent power
vibration
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PCT/KR2017/000877
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송동석
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주식회사 노바테크
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • the present invention relates to an IoT-based sensor network, and more specifically, to generate and accumulate power using light, vibration, temperature difference, magnetic field, etc., and to use it as an independent power source, and to detect vibration with a MEMS (Micro Electro Mechanical System) sensor.
  • the present invention relates to an IoT-based independent power-type industrial equipment predictive maintenance system and method for performing predictive maintenance by performing time waveform, frequency waveform, and peak analysis.
  • CBM Condition Based Maintenance
  • CBM is a kind of preventive maintenance along with TBM (Time Based Maintenance), TBM is a maintenance policy based on the reliability of equipment, and CBM is a maintenance policy mainly focused on predictive techniques.
  • TBM Time Based Maintenance
  • CBM is a maintenance policy mainly focused on predictive techniques.
  • TBM a time-based preventive maintenance
  • TBM is a method of inspecting, replacing, and repairing a certain period of time and periodically performing repairs at intervals shorter than the original life, taking into account the difference in deterioration according to the operating conditions of the facility. Or when the cycle is too long, there is a risk of failure due to the difference in facility deterioration. Consequently, the repair cycle is shortened and the quantity of maintenance is increased. It also has drawbacks in terms of facility reliability and maintenance cost savings.
  • PM Predictive maintenance
  • CBM is a method of quantitatively observing the deterioration status of equipment by facility diagnosis or CMS (Control Management System) without fixing a certain period of time and repairing when an abnormality is found.
  • the worker patrolling the equipment line directly grasps the abnormal state of the equipment or detects the defect state through the monitor of the field computer and processes it.
  • Patent Document Korean Registered Patent Publication No. 1518720 (Registration Date: May 01, 2015)
  • the present invention is to solve the problems described above, to provide an independent power type industrial equipment predictive maintenance system and method for generating and accumulating power by using light or vibration, temperature difference, magnetic field and the like as an independent power source. do.
  • the present invention is to solve the problems described above, by analyzing the change in vibration, temperature, power, change of the state of lubricating oil and the like detected through various sensors and reconfirmed through additional measurement in the event of a defect in the industrial equipment It is a technical task to provide an industrial equipment predictive maintenance system and a method for predicting and maintaining industrial equipment.
  • Independent power type industrial equipment predictive maintenance system for achieving the above-described object is an independent power type industrial equipment predictive maintenance system that is attached to the industrial equipment to generate and accumulate energy in accordance with one or more factors, And a power generator, an independent power supply unit, a defect diagnosis unit, a communication unit, and a control unit.
  • the power generation unit detects light, temperature, vibration, or magnetic field from the surroundings of the industrial facility to generate electric energy.
  • the independent power supply unit charges the electric energy generated by the power generation unit with an independent power source, and supplies charged independent power source when the charged independent power source is at least the minimum power level.
  • the defect diagnosis unit diagnoses a defect by analyzing a change in vibration, a change in temperature, a change in power, and a change in the state of the lubricating oil detected from the industrial facility.
  • the communication unit transmits a defect diagnosis result of the industrial facility as a radio signal.
  • the control unit adjusts the communication power strength of the communication unit, adjusts the communication frequency range, or adjusts the vibration detection cycle of the defect diagnosis unit. Control to minimize power consumption.
  • the power generation unit for receiving light from the surroundings of the industrial equipment to generate electrical energy, and when the temperature difference is generated by measuring the ambient temperature of the industrial equipment to generate electrical energy in accordance with the temperature difference It includes a temperature difference power unit, a vibration power unit for detecting the vibration generated in the industrial facility to generate electrical energy, and a magnetic field power unit for detecting the magnetic field generated in the industrial facility or surroundings and generates the electric energy.
  • the defect diagnosis unit through the time waveform analysis function for the vibration detected by the micro-electromechanical system (MEMS) sensor based on the 3-axis Accelerometer semiconductor process of X, Y, Z Analyze amplitude changes, period changes, and waveform shapes in frequencies, or determine the extent of defects based on individual frequency characteristics with Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analysis, or use peak analysis to determine the frequency of defects. Diagnose defects according to the magnitude of the component and amplitude, and show the spectral peak analysis graph through the side band analysis function, and analyze the defect state through the side band that appears left and right by selecting the center frequency, or by lie
  • the reference warning line setting function sets a reference warning line for each frequency component to identify a fault condition.
  • the fault diagnosis unit analyzes the machine condition or installation defects of the industrial equipment through the time waveform analysis function, and through the fast Fourier transform (FFT) spectrum analysis function, unbalance, bearing wear, shaft misalignment, Diagnose fault conditions for bearing defects, resonance, rotor eccentricity, looseness, motor rotor eccentricity, and uneven air gaps.
  • FFT fast Fourier transform
  • the control unit may check a power state of the independent power supply unit and a transmission pattern of the communication unit at a predetermined time interval to recognize a communication power consumption pattern, and based on the recognized communication power consumption pattern, present the current of the independent power supply unit.
  • the power consumption is estimated by determining the power supply state to estimate the communication consumption, and adjusting the communication power strength of the communication unit or adjusting the communication frequency range according to the estimated communication consumption, or adjusting the vibration detection period of the fault diagnosis unit. Control to the minimum.
  • Independent power supply type industrial equipment predictive maintenance method for achieving the object described above, (a) the power generation unit to generate electric energy by detecting light, temperature, vibration, magnetic field from the surroundings of the industrial equipment (B) the independent power supply unit charging the electric energy generated by the power generation unit with an independent power supply; and (c) the independent power supply unit supplies the charged independent power supply when the charged independent power supply is equal to or higher than a minimum power level. (D) diagnosing the defect by analyzing a change in vibration, a change in temperature, a change in electric power, and a change in the state of lubricating oil detected by the defect diagnosis unit, and (e) a communication unit by the defect diagnosis unit.
  • the controller controls the independent power supplied from the independent power supply to be within a predetermined range of the lowest power level. In this case, controlling the power consumption is minimized by adjusting the communication power strength of the communication unit, adjusting the communication frequency range, or adjusting the vibration detection period of the defect diagnosis unit.
  • the power generation unit receives light from the surroundings of the industrial facility through an optical power unit to generate electric energy, or a temperature difference is generated by measuring the ambient temperature of the industrial facility through a temperature difference power unit.
  • the electrical energy is generated according to the temperature difference, or by detecting the vibration generated in the industrial facility through the vibration power unit to generate the electrical energy, or by detecting the magnetic field generated in the industrial facility or surroundings through the magnetic field power unit Generated by electrical energy.
  • the defect diagnosis unit time for the vibration sensed by the micro-electromechanical system (MEMS) sensor based on the 3-axis Accelerometer semiconductor process of X, Y, Z, Analyze amplitude changes, period changes, and waveform shapes at oscillating frequencies with waveform analysis, or determine the extent of defects based on individual frequency characteristics with Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analysis.
  • the analysis function diagnoses the defect according to the frequency component and amplitude magnitude.
  • the side band analysis function shows the spectrum peak analysis graph and selects the center frequency to determine the defect state through the side band that appears from left to right. Analyze the fault condition by setting the reference warning line for each frequency component or by setting the reference warning line for each lie. The.
  • the fault diagnosis unit analyzes the machine state or installation defect of the industrial equipment through the time waveform analysis function, and the unbalanced and bearing of the industrial equipment through the fast Fourier transform (FFT) spectrum analysis function. Diagnose fault conditions for wear, shaft misalignment, bearing defects, resonance, rotor eccentricity, looseness, motor rotor eccentricity, and uneven voids.
  • FFT fast Fourier transform
  • the controller checks the power state of the independent power supply unit and the transmission pattern of the communication unit at predetermined time intervals to recognize a communication power consumption pattern, and based on the recognized communication power consumption pattern. Solving the current power supply state of the independent power supply unit to estimate the communication consumption, and adjust the communication power strength, or adjust the communication frequency range of the communication unit according to the expected communication consumption, or vibration detection period of the fault diagnosis unit Adjust to control the power consumption to a minimum.
  • the independent power type industrial equipment predictive maintenance system and method according to an embodiment of the present invention may operate according to an independent power source without a power supply device through a predictive maintenance device attached to an industrial facility to diagnose a defect state of an industrial facility.
  • Independent power supply type industrial equipment predictive maintenance system and method in diagnosing a fault condition of an industrial equipment, predictive operation by utilizing light, temperature difference, vibration, magnetic field, etc. as a power source without a separate power supply. It is possible to continuously diagnose and monitor industrial equipment by performing
  • Independent power supply type industrial equipment predictive maintenance system and method analyzes the vibration, the temperature, the power, the change in the state of the lubricating oil detected through various sensors and the occurrence of defects in the industrial equipment Additional measurements can be reconfirmed to provide continuous diagnostic monitoring of industrial equipment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the overall configuration of the independent power type industrial equipment predictive maintenance system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the functional block of the predictive maintenance device in the independent power-type industrial equipment predictive maintenance system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view illustrating a power generation unit generating light, temperature, vibration, and a magnetic field from electrical energy around an industrial facility according to an embodiment of the present invention to generate electrical energy.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a method for predicting and maintaining an independent power type industrial facility according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing an example of implementing a predictive maintenance device according to an embodiment of the present invention in the form of a small smart device.
  • FIG. 6 is a view showing examples of analyzing the vibration frequency detected in the industrial facility according to an embodiment of the present invention through a predictive maintenance device.
  • portion When a portion is referred to as being “above” another portion, it may be just above the other portion or may be accompanied by another portion in between. In contrast, when a part is mentioned as “directly above” another part, no other part is involved between them.
  • first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the overall configuration of the independent power type industrial equipment predictive maintenance system according to an embodiment of the present invention.
  • the independent power type industrial equipment predictive maintenance system 100 includes an industrial facility 110, a predictive maintenance device 120, and an integrated control monitoring device 130.
  • the industrial facility 110 includes all the facilities in which a rotating device, such as a crane, an elevator, a generator, a pump, a motor, an engine, an automobile, a ship, which requires a defect diagnosis, is contained.
  • a rotating device such as a crane, an elevator, a generator, a pump, a motor, an engine, an automobile, a ship, which requires a defect diagnosis, is contained.
  • Prognosis maintenance device 120 is attached to the industrial facility 110, detects and diagnoses a defect state of the industrial facility 110, and performs the function of transmitting the diagnostic result to the integrated control monitoring device 130. That is, the predictive maintenance device 120 detects the vibration generated in the industrial facility 110 and analyzes the vibration frequency to diagnose a defect state of the industrial facility 110. In addition, the predictive maintenance device 120 transmits a defect diagnosis result for the industrial facility 110 to the integrated control monitoring device 130 as a wired or wireless signal.
  • the predictive maintenance device 120 charges and uses an independent power source for performing such a function. Specifically, the predictive maintenance device 120 detects ambient light of the industrial facility 110 and converts it into electrical energy. In addition, the predictive maintenance device 120 senses the temperature generated from the industrial facility 110 and the ambient temperature and converts it into electrical energy. In addition, the predictive maintenance device 120 detects vibrations generated from the industrial facility 110 and vibrations generated from the surroundings and converts them into electrical energy. In addition, the predictive maintenance device 120 detects the magnetic field generated from the industrial facility 110 and the magnetic field generated in the surroundings and converts it into electrical energy.
  • the predictive maintenance device 120 may detect at least two or more of ambient light, temperature, vibration, and magnetic field of the industrial facility 110 and convert the electrical energy into electrical energy.
  • the predictive maintenance device 120 charges the converted electric energy with an independent power source, and then executes a defect diagnosis operation of the industrial facility 110 with the supplied independent power source.
  • the predictive maintenance device 120 generates and charges power by using surrounding environmental factors, and thus does not require a separate power supply device such as a battery.
  • the predictive maintenance device 120 is shielded from the outside to secure waterproof, dustproof, impact resistance, and heat resistance.
  • the integrated control monitoring device 130 may be implemented, for example, in the form of a server.
  • the integrated control monitoring device 130 may receive a defect diagnosis result from the predictive maintenance device 120 attached to the industrial facility 110 and display the result on the screen for the administrator to see. Can be.
  • the integrated control monitoring device 130 receives the defect diagnosis result from the predictive maintenance device 120 and records it in the storage device so that it can be used for post management.
  • the integrated control monitoring device 130 is a programmable logic controller (PLC), distributed process control system (DCS), which is built by factory automation, for fault diagnosis of the industrial facility 110.
  • PLC programmable logic controller
  • DCS distributed process control system
  • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition System
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the functional block of the predictive maintenance device in the independent power-type industrial equipment predictive maintenance system according to an embodiment of the present invention.
  • the predictive maintenance device 120 in the independent power type industrial equipment predictive maintenance system according to the present invention, power generation unit 210, independent power supply unit 220, defect diagnosis unit 230, communication unit 240 ), And a control unit 250.
  • the power generator 210 detects light, temperature, vibration, or a magnetic field from the surroundings of the industrial facility 110 to generate electric energy.
  • the power generation unit 210 includes an optical power unit 310 for receiving light from the surroundings of the industrial equipment to generate electrical energy.
  • the power generation unit 210 includes a temperature difference power unit 320 for generating electrical energy according to the temperature difference when the temperature difference is generated by measuring the ambient temperature of the industrial equipment.
  • the power generation unit 210 includes a vibration power unit 330 for detecting the vibration generated in the industrial facility to generate electrical energy.
  • the power generation unit 210 includes a magnetic field power unit 340 for generating magnetic energy by detecting a magnetic field generated in an industrial facility or surroundings.
  • the power generation unit 210 includes a thermal image power unit 350 for generating heat as electric energy by sensing heat around the industrial facility 110.
  • FIG. 3 is a view illustrating a power generation unit generating light, temperature, vibration, and a magnetic field from electrical energy around an industrial facility according to an embodiment of the present invention to generate electrical energy.
  • the optical power unit 310 includes a light receiving sensor that receives light.
  • the temperature difference power unit 320 includes a temperature sensor that detects an ambient temperature.
  • the vibration power unit 330 is provided with a vibration sensor for detecting the vibration of the industrial equipment.
  • the magnetic field power unit 340 includes a magnetic field sensor for detecting a magnetic field.
  • the thermal imager 350 includes a thermal imager that senses heat in the vicinity of an industrial facility and expresses the color temperature.
  • the vibration sensor may be, for example, a micro-electromechanical system (MEMS) sensor based on a 3-axis accelerometer semiconductor process of X, Y, and Z.
  • MEMS micro-electromechanical system
  • the predictive maintenance device 120 may include a power measurement sensor for measuring the power required for the operation of the industrial facility 110, that is, a change in voltage and current, and the amount or color of lubricant required for the operation of the industrial facility 110. It may further include an oil measurement sensor for measuring the change.
  • the independent power supply unit 220 charges the electrical energy generated by the power generation unit 210 with the independent power supply, and supplies the charged independent power supply to the device when the charged independent power supply becomes higher than the minimum power level.
  • the defect diagnosis unit 230 diagnoses a defect by analyzing a change in vibration, a change in temperature, a change in power, and a change in state of the lubricating oil detected from the industrial facility 110.
  • the change in power includes a change in voltage value or a change in current value.
  • the state change of the lubricating oil includes, for example, a change in the color of the lubricating oil and a change in the amount of the lubricating oil.
  • the defect diagnosis unit 230 may analyze the change in the vibration (for example, the sensed vibration, the amplitude change of the vibration frequency, the change in the period, and the shape of the waveform through the time waveform analysis function). As another example, the defect diagnosis unit 230 may determine a degree of a defect according to individual frequency characteristics through a Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analysis function. As another example, the defect diagnosis unit 230 may diagnose a defect according to a corresponding frequency component and a magnitude of amplitude through a peak analysis function, and may display the spectrum peak analysis graph through a side band analysis function.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the defect state may be analyzed by selecting a center frequency and analyzing a defect state through side bands that appear to the left and right, or by setting a reference warning line for each frequency component through a reference line setting function for each line. That is, the defect diagnosis unit 230 analyzes the machine condition or installation defect of the industrial facility through the time waveform analysis function, and unbalance, bearing wear, and shaft misalignment of the industrial facility through the fast Fourier transform (FFT) spectrum analysis function. Diagnose fault conditions for bearing defects, resonance, rotor eccentricity, looseness, motor rotor eccentricity, and uneven voids.
  • FFT fast Fourier transform
  • the communication unit 240 transmits the defect diagnosis result of the industrial facility 110 to the integrated control monitoring device 130 as a wireless signal.
  • the controller 250 may adjust the communication power strength of the communication unit 240 when the independent power supplied from the independent power supply unit 220 falls within a predetermined range of the lowest power level. As another example, the controller 250 adjusts the communication frequency range or controls the vibration detection period of the defect diagnosis unit 230 to control the power consumption to a minimum.
  • the controller 250 checks the power state of the independent power supply unit and the transmission pattern of the communication unit at predetermined time intervals to recognize the communication power consumption pattern, and based on the recognized communication power consumption pattern, the current power of the independent power supply unit. Predict communication consumption by understanding supply status. Then, the power consumption is controlled to the minimum by adjusting the communication power strength of the communication unit, the communication frequency range, or the vibration detection cycle of the defect diagnosis unit according to the expected communication consumption.
  • FIG. 5 is a view showing an example of implementing a predictive maintenance device according to an embodiment of the present invention in the form of a small smart device.
  • the predictive maintenance device 120 may be implemented in the form of a mini smart device as shown in FIG. 5 to be attached to the industrial facility 110.
  • the predictive maintenance device 120 illustrated in FIG. 5 may implement various sensors such as a light receiving sensor, a temperature sensor, a vibration sensor, and a thermal image sensor provided in the power generator 210 in the form of a small chip, and various sensors Can be configured to operate at very low power.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a method for predicting and maintaining an independent power type industrial facility according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • industrial equipment requires equipment maintenance in order to maintain the equipment in a complete or best condition.
  • the key to plant conservation is to make plant improvements inexpensive and to improve the use of energy and material resources. This maintenance can reduce downtime loss due to equipment failure, reduce maintenance costs and manufacturing defects, and improve the utilization rate.
  • the present invention can realize such predictive maintenance of industrial equipment through the system proposed as follows.
  • the power generation unit 210 generates at least one of light, temperature, vibration, and magnetic field from the surroundings of the industrial equipment 110 as electrical energy. (S410).
  • the power generator 210 may receive light from the surroundings of the industrial facility 110 through the optical power unit 310 to generate electric energy.
  • the electrical energy may be generated according to the temperature difference.
  • the vibration generated by the industrial facility 110 through the vibration power unit 330 may be generated as electrical energy.
  • the magnetic field power unit 340 detects a magnetic field generated in or around the industrial facility 110 to generate electrical energy.
  • the independent power supply unit 220 charges the electric energy generated by the power generation unit 210 with the independent power supply (S420).
  • the independent power source charged by the independent power source unit 220 becomes the minimum power level or higher, the charged independent power source is supplied (S430).
  • the defect diagnosis unit 230 diagnoses a defect by analyzing a change in vibration, a change in temperature, a change in power, and a change in state of the lubricating oil detected from the industrial facility (S440).
  • the defect diagnosis unit 230 analyzes an amplitude change, a cycle change, and a waveform shape of the vibration frequency through the time waveform analysis function as shown in FIG. 6 with respect to the vibration detected by the vibration sensor.
  • 6 is a view showing examples of analyzing the vibration frequency detected in the industrial facility according to an embodiment of the present invention through a predictive maintenance device.
  • time waveform analysis, FFT spectrum analysis, side band analysis, and line-by-line reference warning line setting function correspond to a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
  • the defect diagnosis unit 230 detects the degree of defects according to individual frequency characteristics through a Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analysis function as shown in FIG. 6, or the corresponding frequency through a peak analysis function. Defects are diagnosed according to the magnitude of the component and amplitude.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the defect diagnosis unit 230 is shown as a spectral peak analysis graph through the side band analysis function as shown in FIG.
  • the defect state may be analyzed by selecting a center frequency and analyzing a defect state through side bands that appear to the left and right, or by setting a reference warning line for each frequency component through a reference line setting function for each line. That is, the defect diagnosis unit 230 analyzes the machine condition or installation defect of the industrial facility through the time waveform analysis function, and unbalance, bearing wear, and shaft misalignment of the industrial facility through the fast Fourier transform (FFT) spectrum analysis function. Diagnose fault conditions for bearing defects, resonance, rotor eccentricity, looseness, motor rotor eccentricity, and uneven voids.
  • FFT fast Fourier transform
  • the temperature state change of the industrial equipment, the operating voltage of the industrial equipment Defect status of industrial equipment can be diagnosed by detecting and analyzing the change of electric power related to over current or the change of state of lubricating oil.
  • the communication unit 240 transmits the defect diagnosis result of the industrial facility to the integrated control monitoring device 130 as a wireless signal (S450).
  • the controller 250 may adjust the communication power strength of the communication unit 240 when the independent power supplied from the independent power supply unit 220 falls within a predetermined range of the lowest power level.
  • the controller 250 may adjust the communication frequency range when the independent power supplied from the independent power supply 220 is within a predetermined range of the lowest power level.
  • the controller 250 may adjust the vibration detection period of the vibration sensor provided in the power generation unit 210. Control to minimize the power consumption (S460).
  • the controller 250 may reduce the power consumption of the communication unit 240 to reduce the power consumption.
  • 5 watts (W) can be adjusted to 3 W or 2 W.
  • controller 250 may adjust the kilohertz (KHz) band of low power consumption when using the gigahertz (GHz) band, which consumes a lot of power during normal operation, with respect to the communication frequency range of the communicator 240.
  • KHz kilohertz
  • GHz gigahertz
  • control unit 250 detects the second vibration after a predetermined time, for example, 10 minutes after the vibration detection is performed once to reduce the power consumption required for the vibration detection of the vibration sensor provided in the power generating unit 210 By adjusting the vibration detection cycle to reduce the power consumption.
  • the controller 250 checks the power state of the independent power supply unit 220 and the transmission pattern of the communication unit 240 at predetermined time intervals to recognize the communication power consumption pattern, and based on the recognized communication power consumption pattern.
  • the current power supply state of the independent power supply unit 220 is grasped to predict the communication consumption.
  • the controller 250 adjusts the communication power strength of the communication unit 240, adjusts the data transmission period or the communication frequency range, or adjusts the vibration detection period of the defect diagnosis unit 230 according to the estimated communication consumption. Control the power consumption to a minimum.
  • the power consumption of the power supply unit 220 may be inspected every predetermined time to recognize a communication power consumption pattern.
  • the controller 250 adjusts the communication frequency range from the gigahertz (GHz) band to the kilohertz (KHz) band with less power consumption.
  • the controller 250 adjusts the data amount twice by transmitting 50 kilobytes (Kbytes).
  • the predictive maintenance device 120 attached to the industrial facility 110 may adjust the power consumption according to the power supply state to continuously perform the fault diagnosis operation of the industrial facility without interrupting the power supply.
  • the predictive maintenance device 120 attached to the industrial facility it is possible to diagnose a defect state of the industrial facility according to an independent power supply without an external power supply.
  • Embodiment of the present invention can be carried out by applying to all the equipment that requires maintenance, such as not only the various manufacturing facilities of the industrial site, but also the facilities of the general building.
  • ⁇ in an industrial facility, power is generated and accumulated using light, vibration, temperature difference, magnetic field, etc., and used as an independent power source, and vibration is detected through a MEMS (Micro Electro Mechanical System) sensor.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • Independent power supply type industrial equipment predictive maintenance systems and methods can be realized by performing waveform, frequency waveform, and peak analysis to reconfirm and predict by additional measurement when an abnormality occurs in the facility.

Abstract

본 발명은 빛이나 진동, 온도차, 자기장 등을 이용해 전원을 생성 및 축적하여 독립 전원으로 사용하고, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서로 진동을 감지해 시간 파형, 주파수 파형, 피크 분석을 수행하여 설비의 이상 발생 시 예지보전할 수 있도록 하는, 사물인터넷 기반 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

사물인터넷 기반 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법
본 발명은 사물인터넷 기반 센서 네트워크에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 빛이나 진동, 온도차, 자기장 등을 이용해 전원을 생성 및 축적하여 독립 전원으로 사용하고, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서로 진동을 감지해 시간 파형, 주파수 파형, 피크 분석을 수행하여 설비의 이상 발생 시 예지보전할 수 있도록 하는, 사물인터넷 기반 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
영국 표준 학회에서는 설비 상태 관측 데이터를 바탕으로 장비를 진단하고, 진단 결과를 근거로 보전의 필요 및 시기를 결정하는 것을 CBM(Condition Based Maintenance)이라고 정의하고 있다.
CBM은 TBM(Time Based Maintenance)과 함께 예방 보전의 일종으로, TBM은 장비의 신뢰성에 기반을 둔 보전 정책이며 CBM은 예지 기법이 주가 되는 보전 정책이다.
시간 기준 예방 보전인 TBM은 어느 일정 기간을 정해 놓고 주기적으로 점검ㆍ교체 등 수리를 실시하는 방식으로, 설비의 운전 조건에 따른 열화도 차이를 고려해, 본래의 수명보다 더 짧은 간격으로 정기적 수리를 실시하거나 주기를 너무 길게 할 때 설비 열화도 차이에 의한 고장발생 우려가 있어 결과적으로 수리주기가 단축되고 정비 물량이 많아지게 되며, 수리할 때마다 설비 초기 불량조건을 갖게 되므로 설비의 신뢰성이 문제시 되며 설비 신뢰성이나, 정비량을 감소시켜 정비비를 절감한다는 측면에서도 결점을 가지고 있다.
예측보전인 PM(Predictive Maintenance)은 장비 상태에서 물리적인 변화가 나타나고 있는지를 측정 및 모니터링(Monitoring)하여 고장을 예측해 유지보수를 하는 방법이며 엔진오일의 검사 시 색상 변화를 관찰 후 보전하는 정비 정책이다.
예지보전 혹은 상태기준 예방보전, CBM은 일정한 기간을 정하지 않고 설비 진단이나 CMS(Control Management System)에 의해 설비의 열화 상태를 정량적으로 관측, 이상 징후가 발견되었을 시 수리를 실시하는 방법이다.
그리고 TBM의 정기적 수리가 정기적 진단으로 대체, 즉 정기적으로 실시하는 수리 대신에 설비 진단 또는 컨디션 모니터링(Condition Monitoring)을 실시, 설비 상태를 정량적으로 모니터링하여 과도한 보전에 의한 정비 비용 상승을 억제하고 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하지만 진단에 필요한 장비와 시스템 도입에 적지 않은 투자가 필요하므로 도입에 대한 비용을 낮추기 위해서 ICT(Information Communication Technology) 기술이 수반되어야 한다.
그런데, 종래의 산업 설비 예지보전에 있어서는 설비 라인을 순찰하는 작업자가 설비의 이상 상태를 직접 눈으로 파악하거나, 현장 컴퓨터의 모니터를 통해 결함 상태를 발견하고 이를 처리하는 개념이었다.
또한, 산업 설비의 결함 측정 장치가 설치된 경우에는 측정 동작을 위해 해당 결함 측정 장치에 전원이 계속적으로 공급되어야 하지만, 정전 등으로 전원 공급이 중단되는 경우에는 산업 설비의 결함 상태를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 산업 설비의 결함 상태를 자동으로 측정해 해당 담당자에게 자동으로 알려주거나, 전력 공급이 중단되더라도 산업 설비의 결함 상태를 계속적으로 측정하여 모니터링 할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
특허문헌: 한국 등록특허공보 제1518720호(등록일자: 2015년 05월 01일)
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 빛이나 진동, 온도차, 자기장 등을 이용해 전원을 생성 및 축적하여 독립 전원으로 사용하는 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각종 센서를 통해 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화 등을 분석하고 산업 설비의 결함 발생 시 추가 측정을 통해 재확인하여 산업설비를 예지보전 할 수 있도록 한 산업설비 예지보전 시스템 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템은, 산업 설비에 부착되어 하나 이상의 요인에 따라 에너지를 생성하여 축적하는 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템으로서, 전력 생성부, 독립 전원부, 결함 진단부, 통신부 및 제어부를 포함한다. 상기 전력 생성부는 상기 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성한다. 상기 독립 전원부는 상기 전력 생성부에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하고, 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 공급한다. 상기 결함 진단부는 상기 산업 설비로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단한다. 상기 통신부는 상기 산업 설비의 결함 진단 결과를 무선 신호로 전송한다. 상기 제어부는 상기 독립 전원부에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
또한, 상기 전력 생성부는, 상기 산업 설비의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성하는 광전력부와, 상기 산업 설비의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성하는 기온차 전력부와, 상기 산업 설비에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 진동 전력부와, 상기 산업 설비나 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 자기장 전력부를 포함한다.
또한, 상기 결함 진단부는, X, Y, Z의 3축 가속도(Accelerometer) 반도체 공정 기반 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Eletro Mechanical System) 센서를 통해 감지된 진동에 대해, 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양을 분석하거나, 또는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악하거나, 또는 피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단하며, 사이드 밴드 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타내고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 또는 라이별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악한다.
또한, 상기 결함 진단부는, 상기 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 상기 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 독립 전원부의 전력 상태와 상기 통신부의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 상기 독립 전원부의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측하고, 예측된 통신 소비량에 따라 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법은, (a) 전력 생성부가 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 단계와, (b) 독립 전원부가 상기 전력 생성부에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하는 단계와, (c) 독립 전원부가 상기 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 공급하는 단계와, (d) 결함 진단부가 상기 산업 설비로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단하는 단계와, (e) 통신부가 상기 산업 설비의 결함 진단 결과를 무선 신호로 전송하는 단계와, (f) 제어부가 상기 독립 전원부에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 전력 생성부가 광전력부를 통해 상기 산업 설비의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성하거나, 또는 기온차 전력부를 통해 상기 산업 설비의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성하거나, 또는 진동 전력부를 통해 상기 산업 설비에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성하거나, 또는 자기장 전력부를 통해 상기 산업 설비나 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성한다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 결함 진단부는, X, Y, Z의 3축 가속도(Accelerometer) 반도체 공정 기반 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Eletro Mechanical System) 센서를 통해 감지된 진동에 대해, 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양을 분석하거나, 또는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악하거나, 또는 피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단하며, 사이드 밴드 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타내고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 또는 라이별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악한다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 결함 진단부는, 상기 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 상기 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단한다.
또한, 상기 (f) 단계에서 상기 제어부는, 상기 독립 전원부의 전력 상태와 상기 통신부의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 상기 독립 전원부의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측하고, 예측된 통신 소비량에 따라 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법은, 산업 설비에 부착된 예지보전 장치를 통해 전원공급 장치 없이도 독립된 전원에 따라 동작하여 산업 설비의 결함 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법은, 산업 설비의 결함 상태를 진단함에 있어 별도의 전원 공급이 없이 빛이나 온도차, 진동, 자기장 등을 전원으로 활용하여 예지보전 동작을 수행함으로써 산업 설비를 지속적으로 진단 감시할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법은, 각종 센서를 통해 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화 등을 분석하고 산업 설비의 결함 발생 시 추가 측정을 통해 재확인하여 산업 설비를 지속적으로 진단 감시할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템의 전체적인 구성 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템에서 예지 보전 장치의 기능 블록을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 전력 생성부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예지 보전 장치를 소형 스마트 장치 형태로 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산업 설비에서 감지한 진동 주파수를 예지 보전 장치를 통해 분석하는 예들을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템의 전체적인 구성 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템(100)은, 산업 설비(110), 예지 보전 장치(120) 및 통합관제 모니터링 장치(130)를 포함한다.
산업 설비(110)는 결함 진단이 필요한 크레인, 승강기, 발전기, 펌프, 모터, 엔진, 자동차, 선박 등 회전하는 기기가 들어 간 모든 설비를 포함한다.
예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)에 부착되어, 산업 설비(110)의 결함 상태를 감지하여 진단하고, 진단 결과를 통합관제 모니터링 장치(130)에 전송해 주는 기능을 수행한다. 즉, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)에서 발생되는 진동을 감지하고, 진동 주파수를 분석하여 산업 설비(110)의 결함 상태를 진단한다. 그리고, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)에 대한 결함 진단 결과를 유선 또는 무선 신호로 통합관제 모니터링 장치(130)에 전송해 준다.
또한, 예지 보전 장치(120)는 이러한 기능을 수행하는데 필요한 전원을 독립 전원으로 충전하여 사용한다. 구체적으로, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)의 주변 빛을 감지하여 전기 에너지로 변환한다. 또한, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)로부터 발생하는 온도 및 주변 온도를 감지하여 전기 에너지로 변환한다. 또한, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)로부터 발생하는 진동 및 주변에서 발생하는 진동을 감지하여 전기 에너지로 변환한다. 또한, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)로부터 발생하는 자기장 및 주변에서 발생하는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 변환한다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)의 주변 빛이나 온도, 진동 및 자기장 중에서 적어도 2개 이상을 감지하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이러한, 예지 보전 장치(120)는 변환된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하였다가, 충원된 독립 전원으로 산업 설비(110)의 결함 진단 동작을 실행한다.
따라서, 예지 보전 장치(120)는 자체적으로 주변 환경 요인들을 이용하여 전원을 발생시켜 충전하였다가 사용하게 되므로, 배터리 등 별도의 전원 공급 장치가 필요하지 않다. 그리고, 예지 보전 장치(120)는 외부와 차폐되어 방수, 방진, 내충격성, 내열성을 확보하고 있다.
통합관제 모니터링 장치(130)는 예컨대, 서버 형태로 구현할 수 있으며, 산업 설비(110)에 부착되어 있는 예지 보전 장치(120)로부터 결함 진단 결과를 수신하여 관리자 등이 볼 수 있도록 화면 상에 디스플레이 할 수 있다. 또한, 통합관제 모니터링 장치(130)는 예지 보전 장치(120)로부터 결함 진단 결과를 수신하여 저장 장치에 기록하여 두었다가 사후 관리에 활용할 수 있도록 한다.
또한, 통합관제 모니터링 장치(130)는 산업 설비(110)의 결함 진단을 위해, 공장 자동화로 구축된 자동제어 감시장치(PLC:Programmable Logic Controller), 분산형 공정제어 시스템(DCS:Distributed Control System), 원방 감시제어 시스템(SCADA:Supervisory Control And Data Acquisition System)으로부터 필요 정보를 수집할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템에서 예지 보전 장치의 기능 블록을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템에서 예지 보전 장치(120)는, 전력 생성부(210), 독립 전원부(220), 결함 진단부(230), 통신부(240), 제어부(250)를 포함한다.
전력 생성부(210)는 산업 설비(110)의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성한다. 여기서, 전력 생성부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 산업 설비의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성하는 광전력부(310)를 포함한다. 또한, 전력 생성부(210)는 산업 설비의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성하는 기온차 전력부(320)를 포함한다. 또한, 전력 생성부(210)는 산업 설비에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 진동 전력부(330)를 포함한다. 또한, 전력 생성부(210)는 산업 설비나 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 자기장 전력부(340)를 포함한다. 또한, 전력 생성부(210)는 산업 설비(110)의 주변에서 열을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 열화상 전력부(350)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 전력 생성부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 광전력부(310)는 빛을 수광하는 수광센서를 구비한다. 기온차 전력부(320)는 주변 온도를 감지하는 온도센서를 구비한다. 진동 전력부(330)는 산업 설비의 진동을 감지하는 진동센서를 구비한다. 자기장 전력부(340)는 자기장을 감지하기 위한 자기장 센서를 구비한다. 열화상 전력부(350)는 산업 설비의 주변에서 열을 감지하여 색온도로 표출하는 열화상 센서를 구비한다. 여기서, 진동 센서는 예를 들면, X, Y, Z의 3축 가속도(Accelerometer) 반도체 공정 기반 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Eletro Mechanical System) 센서를 예로 들 수 있다.
또한, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)의 동작에 소요되는 전력, 즉, 전압 및 전류의 변화를 측정하는 전력 측정 센서와, 산업 설비(110)의 동작에 필요한 윤활유의 양이나 색상 변화를 측정하는 오일 측정 센서도 추가로 포함할 수 있다.
독립 전원부(220)는 전력 생성부(210)에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하고, 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 장치 내에 공급한다.
결함 진단부(230)는 산업 설비(110)로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단한다. 여기서, 전력의 변화는 전압값의 변화나 전류값의 변화를 포함한다. 그리고, 윤활유의 상태 변화는 예를 들면, 윤활유의 색상 변화나 윤활유의 양의 변화를 포함한다.
결함 진단부(230)는 진동의 변화를 (예로 들면, 감지된 진동에 대해, 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양)을 분석할 수 있다. 다른 예로서, 결함 진단부(230)는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악할 수 있다. 또 다른 예로서, 결함 진단부(230)는 피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단하며, 사이드 밴드 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타낼 수 있다. 그리고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 라이별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악할 수 있다. 즉, 결함 진단부(230)는, 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단할 수 있다.
통신부(240)는 산업 설비(110)의 결함 진단 결과를 무선 신호로 통합관제 모니터링 장치(130)에 전송한다.
제어부(250)는 독립 전원부(220)에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 통신부(240)의 통신 전력 강도를 조절할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(250)는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 결함 진단부(230)의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
그리고, 제어부(250)는, 독립 전원부의 전력 상태와 통신부의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 독립 전원부의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측한다. 그리고, 예측된 통신 소비량에 따라 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예지 보전 장치를 소형 스마트 장치 형태로 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 예지 보전 장치(120)는 산업 설비(110)에 부착할 수 있도록 도 5에 도시된 바와 같이 소형(Mini) 스마트 장치 형태로 구현할 수 있다. 도 5에 도시된 예지 보전 장치(120)는 전력 생성부(210)에 구비된 수광센서나 온도센서, 진동센서, 열화상 센서 등 각종 센서들을 초소형 칩(Chip) 형태로 구현할 수 있으며, 각종 센서들이 초저전력으로 동작하도록 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 산업 설비는 설비가 완전한 상태 또는 가장 좋은 상태를 유지하기 위해 설비 보전이 필요하다. 설비 보전의 핵심은 설비 개량을 저렴하게 실시하고, 에너지와 재료 자원의 사용 효율이 향상되도록 해야 한다. 이러한 설비 보전을 통해 설비 고장으로 인한 정지 손실을 감소시키고, 보전비와 제작 불량도 감소시킬 수 있으며, 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 예비 설비의 필요성이 감소되어 자본 투자를 감소시키고, 예비품 관리가 좋아져 재고품을 감소시키며, 제조 원가도 절감할 수 있다. 본 발명은 이러한 산업 설비의 예지 보전을 다음과 같이 제시된 시스템을 통해 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템(100)은, 전력 생성부(210)가 산업 설비(110)의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장 중에서 적어도 하나를 감지하여 전기 에너지로 생성한다(S410).
즉, 전력 생성부(210)는 광전력부(310)를 통해 산업 설비(110)의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성할 수 있다. 또한, 기온차 전력부(320)를 통해 산업 설비(110)의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성할 수 있다. 또한, 진동 전력부(330)를 통해 산업 설비(110)에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성할 수 있다. 또한, 자기장 전력부(340)를 통해 산업 설비(110)나 그 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성할 수 있다.
이어, 독립 전원부(220)는 전력 생성부(210)에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전한다(S420).
이어, 독립 전원부(220)가 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 공급한다(S430).
이어, 결함 진단부(230)는 산업 설비로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단한다(S440).
예를 들면, 결함 진단부(230)는, 진동센서를 통해 감지된 진동에 대해, 도 6에 도시된 바와 같이 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양을 분석한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산업 설비에서 감지한 진동 주파수를 예지 보전 장치를 통해 분석하는 예들을 나타낸 도면이다. 도 6에서, 시간 파형 분석이나 FFT 스펙트럼 분석, 사이드 밴드 분석, 라인별 기준 경고선 설정 기능 등은 이미 공지되어 있는 기술에 해당하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 결함 진단부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악하거나, 피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단한다.
또한, 결함 진단부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이 사이드 밴드(Side Band) 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타낸다. 그리고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 또는 라인별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악할 수 있다. 즉, 결함 진단부(230)는, 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 진동 센서를 통해 감지된 진동의 변화를 통해 산업 설비의 결함 상태를 진단하는 것으로 설명하였으나, 여기에 한정되지 않고 전술한 바와 같이 산업 설비의 온도 상태 변화, 산업 설비의 동작 전압과 전류에 관한 전력의 변화나, 윤활유의 상태 변화 등을 감지하고 분석하여 산업 설비의 결함 상태를 진단할 수 있다.
이어, 통신부(240)는 산업 설비의 결함 진단 결과를 무선 신호로 통합관제 모니터링 장치(130)에 전송한다(S450).
이어, 제어부(250)는 독립 전원부(220)에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 통신부(240)의 통신 전력 강도를 조절할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(250)는 독립 전원부(220)에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 통신 주파수 범위를 조절할 수 있다. 또 다른 예로서, 제어부(250)는 독립 전원부(220)에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 전력 생성부(210)에 구비된 진동센서의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다(S460).
예를 들면, 최저 전원 레벨이 0.5 V인 경우에, 현재 전원 레벨이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내인 0.7 ~ 0.6 V이면, 제어부(250)는 전력 소모를 줄이기 위해 통신부(240)의 통신 전력 강도를 평상적인 동작 시 5 와트(W)이면 3 W나 2 W로 줄여 조절할 수 있다.
또한, 제어부(250)는 통신부(240)의 통신 주파수 범위에 대해, 평상적인 동작 시 전력 소모량이 많은 기가 헤르츠(GHz) 대역을 사용한다면 전력 소모량이 적은 킬로 헤르츠(KHz) 대역으로 조절할 수 있다.
또한, 제어부(250)는 전력 생성부(210)에 구비된 진동센서가 진동 감지에 필요한 전력 소비를 줄이기 위해, 진동 감지를 1회 실시한 후 일정 시간, 예컨대, 10분이 경과한 후에 2번째 진동 감지를 실시하는 방식으로 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량을 줄이게 된다.
여기서, 제어부(250)는 독립 전원부(220)의 전력 상태와 통신부(240)의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 독립 전원부(220)의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측한다. 그리고, 제어부(250)는 예측된 통신 소비량에 따라 통신부(240)의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 데이터 전송 주기나 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 결함 진단부(230)의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어한다.
즉, 제어부(250)는 결함 진단부(230)를 통해 분석된 결함 진단 결과가 통신부(240)를 통해 데이터로 통합관제 모니터링 장치(130)에 전송될 때, 전송에 필요한 전력이 얼마나 소모되는지 독립 전원부(220)의 전력 소모량을 일정 시간마다 검사하여 통신전력 소모 패턴을 인식할 수 있다.
예를 들면, 결함 진단 결과에 대한 데이터를 25 킬로바이트(Kbyte) 전송할 때마다 25 밀리와트(mW)가 소모되는 경우에, 현재 전송할 데이터량이 100 킬로바이트(Kbyte)이고, 독립 전원부(220)의 공급 가능 전력이 5 W인 경우에, 제어부(250)는 통신 주파수 범위를 기가 헤르츠(GHz) 대역에서 전력 소모량이 적은 킬로 헤르츠(KHz) 대역으로 조절한다. 그리고, 제어부(250)는 데이터 전송 주기도 원래는 25 킬로바이트(Kbyte)씩 4회 전송해야 하지만, 데이터량을 50 킬로바이트(Kbyte)로 하여 2회 전송하는 것으로 조절한다.
따라서, 산업 설비(110)에 부착된 예지 보전 장치(120)가 전력 공급 상태에 따라 전력 소모량을 조절하여 전원 공급이 끊기지 않고 계속적으로 산업 설비의 결함 진단 동작을 수행할 수 있다.
그리고, 산업 설비에 부착된 예지 보전 장치(120)를 통해 외부의 전원 공급 없이도 독립된 전원에 따라 산업 설비의 결함 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예는 산업 현장의 각종 제조 설비뿐만 아니라 일반 건축물의 시설 등 유지보수가 필요한 모든 설비에 적용하여 실시할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 산업 설비에 있어서 빛이나 진동, 온도차, 자기장 등을 이용해 전원을 생성 및 축적하여 독립 전원으로 사용하고, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서를 통해 진동을 감지해 시간 파형이나 주파수 파형, 피크 분석을 수행하여 설비의 이상 발생 시 추가 측정을 통해 재확인하여 예지 보전할 수 있도록 하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 것은 하나 이상의 실시 예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시 예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당 업자들은 다양한 실시 예의 많은 추가 조합 및 치환이 가능함을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시 예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다. 더욱이, 상세한 설명 또는 청구범위에서 "포함한다"라는 용어가 사용되는 범위에 대해, 이러한 용어는 "구성되는"이라는 용어가 청구범위에서 과도적인 단어로 사용될 때 해석되는 것과 같이 "구성되는"과 비슷한 식으로 포함되는 것이다.

Claims (10)

  1. 산업 설비에 부착되어 하나 이상의 요인에 따라 에너지를 생성하여 축적하는 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템으로서,
    상기 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 전력 생성부;
    상기 전력 생성부에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하고, 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 공급하는 독립 전원부;
    상기 산업 설비로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단하는 결함 진단부;
    상기 산업 설비의 결함 진단 결과를 무선 신호로 전송하는 통신부;
    상기 독립 전원부에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 생성부는,
    상기 산업 설비의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성하는 광전력부;
    상기 산업 설비의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성하는 기온차 전력부;
    상기 산업 설비에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 진동 전력부; 및
    상기 산업 설비나 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 자기장 전력부;
    를 포함하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 진단부는, X, Y, Z의 3축 가속도(Accelerometer) 반도체 공정 기반 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Eletro Mechanical System) 센서를 통해 감지된 진동에 대해, 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양을 분석하거나, 또는
    고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악하거나, 또는
    피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단하며, 사이드 밴드 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타내고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 또는
    라이별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결함 진단부는, 상기 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 상기 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 독립 전원부의 전력 상태와 상기 통신부의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 상기 독립 전원부의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측하고, 예측된 통신 소비량에 따라 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는
    통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는
    상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 시스템.
  6. (a) 전력 생성부가 산업 설비의 주위로부터 빛이나 온도, 진동, 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는 단계;
    (b) 독립 전원부가 상기 전력 생성부에서 생성된 전기 에너지를 독립 전원으로 충전하는 단계;
    (c) 독립 전원부가 상기 충전된 독립 전원이 최저 전원 레벨 이상이 되면 충전된 독립 전원을 공급하는 단계;
    (d) 결함 진단부가 상기 산업 설비로부터 감지된 진동의 변화, 온도의 변화, 전력의 변화, 윤활유의 상태 변화를 분석하여 결함을 진단하는 단계;
    (e) 통신부가 상기 산업 설비의 결함 진단 결과를 무선 신호로 전송하는 단계; 및
    (f) 제어부가 상기 독립 전원부에서 공급되는 독립 전원이 최저 전원 레벨의 일정 범위 이내로 되는 경우에, 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는 통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는 상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어하는 단계;
    를 포함하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 전력 생성부가 광전력부를 통해 상기 산업 설비의 주위로부터 빛을 수광하여 전기 에너지로 생성하거나, 또는
    기온차 전력부를 통해 상기 산업 설비의 주위 온도를 측정해 온도차가 발생될 때, 온도차에 따라 전기 에너지를 생성하거나, 또는
    진동 전력부를 통해 상기 산업 설비에서 발생되는 진동을 감지하여 전기 에너지로 생성하거나, 또는
    자기장 전력부를 통해 상기 산업 설비나 주변에서 발생되는 자기장을 감지하여 전기 에너지로 생성하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 결함 진단부는, X, Y, Z의 3축 가속도(Accelerometer) 반도체 공정 기반 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Eletro Mechanical System) 센서를 통해 감지된 진동에 대해, 시간 파형 분석 기능을 통해 진동 주파수의 진폭 변화, 주기 변화, 파형 모양을 분석하거나, 또는
    고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석 기능을 통해 개별 주파수 특성에 따라 결함의 정도를 파악하거나, 또는
    피크 분석 기능을 통해 해당 주파수 성분과 진폭의 크기에 따라 결함을 진단하며, 사이드 밴드 분석 기능을 통해 스펙트럼 피크 분석 그래프로 나타내고, 중심 주파수를 선택하여 좌우로 나타나는 사이드 밴드(Side Band)를 통해 결함 상태를 분석하거나, 또는
    라이별 기준 경고선 설정 기능을 통해 주파수 성분별 기준 경고선을 설정하여 결함 상태를 파악하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 결함 진단부는, 상기 시간 파형 분석 기능을 통해 산업 설비의 기계 상태나 설치 결함을 분석하고, 상기 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석 기능을 통해 산업 설비의 불평형, 베어링 마모, 축정렬 불량, 베어링 결함, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 전동기 회전자 편심, 불균일한 공극에 대한 결함 상태를 진단하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 상기 제어부는, 상기 독립 전원부의 전력 상태와 상기 통신부의 전송 패턴을 일정 시간 간격마다 검사(Check)하여 통신전력 소모 패턴을 인식하고, 인식된 통신전력 소모 패턴에 근거해 상기 독립 전원부의 현재 전력 공급 상태를 파악하여 통신 소비량을 예측하고, 예측된 통신 소비량에 따라 상기 통신부의 통신 전력 강도를 조절하거나, 또는
    통신 주파수 범위를 조절하거나, 또는
    상기 결함 진단부의 진동 감지 주기를 조절하여 전력 소비량이 최소가 되도록 제어하는, 독립 전원형 산업설비 예지보전 방법.
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