KR101427618B1 - 피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템은, 부품의 온도를 측정하기 위한 온도센서부, 상기 온도센서부를 이용하여 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하고 디스플레이부에 디스플레이 신호를 보내는 제어부, 부품의 잔여 수명을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 방법은, 부품의 온도를 측정하는 단계, 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하는 단계, 부품의 잔여 수명을 디스플레이부에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러한 구성의 결과, 부품의 잔여 수명을 예측함에 있어서 온도에 따른 영향을 감안하여 더 정확한 예측이 가능하다.

Description

피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING LIFE CYCLE OF PARTS OF PLC}

본 발명은 피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도의 영향을 감안하여 부품의 수명 예측을 하는 피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.

피엘시(Programmable Logic Controller)에는 릴레이, 솔레노이드 밸브, 모터 등의 부품이 사용되고 있다. 이 부품들의 수명이 다하여 피엘시 장비가 제대로 동작하지 않을 경우, 서비스 업체나 전문업체에 해당 부품의 결함내용을 알리고 수명이 다한 부품을 교체하게 된다. 그러나 이러한 방법은 해당 부품의 구매, 교체, 시운전 등의 과정에서 상당한 시간 동안 피엘시 장비가 가동불능의 상태에 있게 되므로 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 특허문헌 1에는 피엘시 릴레이 수명 감지방법 및 그 장치에 관한 발명이 공개되어 있고, 특허문헌 2에는 퍼지기법을 이용한 공작기계 부품의 수명 예측 시스템 및 그 제어방법에 관한 발명이 공개되어 있고, 특허문헌 3에는 공작기계 부품의 수명 예측시스템 및 그 제어방법에 관한 발명이 공개되어 있다.

그러나 이러한 종래의 기술들은 온도요소를 고려하지 않아서 부품의 잔여수명에 대한 오차가 크다.

KR 10-1996-0025182 A 1996. 07. 20. KR 10-2002-0050828 A 2002. 06. 28. KR 10-2012-0064888 A 2012. 06. 20.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하려는 과제는 피엘시 부품의 수명의 예측하여 알려줌에 있어서 온도에 따른 영향을 감안하여 잔여 수명을 예측하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하려는 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템은, 부품의 온도를 측정하기 위한 온도센서부, 상기 온도센서부를 이용하여 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하고 디스플레이부에 디스플레이 신호를 보내는 제어부, 부품의 잔여 수명을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수명 예측 시스템은 경보를 발생하기 위한 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는 다음의 수학식에 의해 잔여 수명을 계산하는 것을 특징으로 한다

{L_{n +1} = L_n - (t_{n +1} - t_n ) · L₀ / L( T_{n +1} )}

또한 상기 수명 예측 시스템은 데이터 전송을 위한 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 과제를 해결하려는 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 방법은, 부품의 온도를 측정하는 단계, 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하는 단계, 부품의 잔여 수명을 디스플레이부에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수명 예측 방법은, 부품의 초기 기대수명 대비 사용 수명이 일정 범위를 초과한 것을 감지한 경우, 경보부가 경보를 하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 부품의 잔여 수명을 계산하는 단계는 다음의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 한다.

L_{n +1} = L_n - (t_{n +1} - t_n ) · L₀ / L( T_{n +1} )

또한 상기 수명 예측 방법은, 부품의 잔여 수명 정보 데이터를 송신부를 통해 중앙 통제 시스템이나 서비스 센터 서버에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법은 부품의 잔여 수명을 예측함에 있어서 온도에 따른 영향을 감안하여 더 정확한 예측이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템의 블록 구성도

아래에서는 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 피엘시 부품의 수명 예측 시스템의 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피엘시 부품의 수명 예측 시스템은 각 부품의 온도를 측정하는 온도센서부(10), 제어부(20), 각 부품의 잔여 수명을 표시하는 디스플레이부(30), 경보를 발생하기 위한 경보부(40)를 포함한다.

온도센서부는 하나 이상의 온도센서를 포함하며, 각각의 센서는 각각의 부품의 온도를 측정한다.

상기 경보부(40)는 스피커를 이용하여 경보음을 발생시킬 수도 있고, LED와 같은 조명기구를 이용하여 경보 불빛 등을 발생시킬 수도 있다.

상기 제어부(20)는 각 부품의 잔여수명을 계산함에 있어 온도센서부(10)를 통해 파악한 각 부품의 온도를 감안한다.

제어부(20), 디스플레이부(30), 경보부(40) 등은 피엘시 장치의 내부에 있을 수도 있고 외부에 있을 수도 있으며, 각각의 온도센서는 온도를 측정하려는 부품과 인접한 위치에 설치된다.

(실시예 1)

피엘시 부품 중 릴레이의 수명을 온도를 감안하여 구한 실시예는 다음과 같다.

릴레이의 수명은 다음의 수학식 1과 같이 모델링할 수 있다.

수학식 1 : L(T,I) = c ·I ^-n · e ^{k /T}

T는 온도, I는 전류, L(T,I) 는 온도 T와 전류 I에 따른 수명, c, n, k는 계수

릴레이의 수명을 위의 수학식 1과 같이 모델링한 후, 온도와 전류를 변화시키면서 시험을 반복하면, 계수 c, n, k의 값을 구할 수 있고, 릴레이의 초기 기대수명 L₀ 를 알 수 있다. 여기서 L₀ 는 가장 통상적인 온도값 T₀, 전류값 I₀ 일때의 릴레이의 기대수명이다.

본 실시예에서는 주기적으로(예를 들면, 30분) 릴레이의 온도 T와 릴레이에 공급되는 전류 I를 측정한다. t_n 과 t_{n +1} 사이의 시간동안 온도와 전류가 각각 T_{n +1} , I_{n +1} 으로 유지되는 것으로 간주하면, 잔여 수명의 근사값을 다음의 수학식 2에 의해 구할 수 있다. 잔여 수명의 근사값은 초기 기대수명 L₀ 에서 사용에 따른 수명 감소의 근사값을 연속적으로 빼서 구한다.

수학식 2 : L _{n +1} = L _n - ( t _{n +1} - t _n ) · L ₀ / L( T _{n +1} , I _{n +1} )

n= 0, 1, 2, 3 ..., L₀ 는 가장 통상적인 온도값 T₀ 와 전류값 I₀ 일때의 수명(초기 기대수명), L(T, I) 는 온도 T 와 전류 I 에서의 수명, L_n 은 t = t_n 일때의 잔여 수명, T_n 은 t = t_n 일때의 온도, I_n 은 t = t_n 일때의 전류

여기서 온도 T와 전류 I를 측정하는 시간 간격을 짧게 할수록 정확한 수명 예측이 가능하다.

수학식 2에서는 t_n 과 t_{n +1} 사이의 시간동안 온도와 전류가 각각 T_{n +1} , I_{n +1} 으로 유지되는 것으로 간주하고 근사값을 구하고 있다. 그러나 t_n 과 t_{n +1} 사이의 시간동안 온도와 전류가 각각 T_n , I_n 으로 유지되는 것으로 간주하고 근사값을 구할 수 있고, (T_{n +1} + T_n)/2, (I_{n +1} + I_n )/2 로 유지되는 것으로 간주하고 근사값을 구할 수도 있다. 또한 시간 t_n 에서의 온도 T_n , 전류 I_n 가 시간 t_{n +1} 까지 T_{n +1} , I_{n +1} 으로 시간에 비례하여 선형적으로 변화하는 것으로 간주하고 잔여 수명을 구하면, 수식은 더 복잡해지지만 더욱 정확한 근사값을 구할 수 있다.

도 1에는 릴레이에 공급되는 전류 I를 측정하는 장치에 대해서는 도시되어 있지 않지만, 릴레이에 공급되는 전류를 측정하는 장치는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 만들 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

또한 온도는 동작 조건과 주변 대기 온도에 따라 변하지만 릴레이에 흐르는 전류는 비교적 일정한 값을 가지므로, 전류값은 초기에 측정된 값을 고정된 상수로서 적용할 수도 있다.

(실시예 2)

피엘시 부품 중 BLCD 모터의 수명을 온도를 감안하여 구한 실시예는 다음과 같다.

BLCD 모터의 수명은 다음의 수학식 3과 같이 모델링할 수 있다.

수학식 3 : ln L(T) = - k + c / (273 + T)

T는 (모터 운전) 온도, L(T) 는 온도 T에 따른 수명, c, k는 계수

BLCD 모터의 수명을 수학식 3과 같이 모델링한 후, 온도를 변화시키면서 시험을 반복하면, 계수 c, k의 값을 구할 수 있고, BLCD 모터의 초기 기대수명 L₀ 를 알 수 있다. 여기서 L₀ 는 가장 통상적인 온도값 T₀ 일 때의 BLCD 모터의 수명이다.

본 실시예에서는 주기적으로 BLCD 모터의 온도 T를 측정한다. t_n 과 t_{n +1} 사이의 시간동안 온도가 T_{n +1} 으로 유지되는 것으로 간주하면, 잔여 수명의 근사값을 다음의 수학식 4에 의해 구할 수 있다. 잔여 수명의 근사값은 초기 기대수명 L₀ 에서 사용에 따른 수명 감소의 근사값을 연속적으로 빼서 구한다.

수학식 4 : L _{n +1} = L _n - ( t _{n +1} - t _n ) · L ₀ / L( T _{n +1} )

n= 0, 1, 2, 3 ..., L₀ 는 가장 통상적인 온도값 T₀ 일때의 수명(초기 기대수명), L(T) 는 온도 T 에서의 수명, L_n 은 t = t_n 일 때의 잔여 수명, T_n 은 t = t_n 일 때의 온도

여기서 온도 T를 측정하는 시간 간격을 짧게 할수록 정확한 수명 예측이 가능하다.

수학식 4에서는 t_n 과 t_{n +1} 사이의 시간동안 온도가 T_{n +1} 으로 유지되는 것으로 간주하고 있다. 그러나 t_n 과 t_n+1 사이의 시간동안 온도가 각각 T_n 으로 유지되는 것으로 간주하고 근사값을 구할 수 있고, (T_{n +1} + T_n)/2 로 유지되는 것으로 간주하고 근사값을 구할 수도 있다. 또한 시간 t_n 에서의 온도 T_n , 전류 I_n 가 시간 t_{n +1} 까지 T_{n +1} , I_{n +1} 으로 시간에 비례하여 선형적으로 변화하는 것으로 간주하고 잔여 수명을 구하면, 수식은 더 복잡해지지만 더욱 정확한 근사값을 구할 수 있다.

솔레노이드 밸브는 전자기 방식으로 작동하는 액츄에이터의 일종이다. 솔레노이드 밸브도 온도에 따라 동작 수명이 달라진다. 따라서 솔레노이드 밸브도 온도에 따른 수명을 수학식으로 모델링할 수 있다면, 수학식 4를 이용하여 잔여 수명을 근사적으로 구할 수 있다.

결론적으로 말하면, 각 부품의 예상 수명을 온도의 함수 L(T) 로 수식화할 수 있다면, 각 부품의 잔여 수명은 위의 수학식 4에 의해 근사적으로 구할 수 있다.

제어부(20)는 위의 방법에 의한 각 부품의 잔여 수명을 디스플레이부(30)로 전송하고 디스플레이부(30)는 해당 부품의 잔여 수명을 표시한다.

부품의 초기 기대수명 대비 사용 수명이 일정 범위(예를 들면, 95%)를 초과한 것을 감지한 경우, 제어부(20)는 디스플레이부(30)로 해당 부품의 정보(예를 들면, 종류 및 번호)를 전송하고 디스플레이부(30)는 해당 부품의 잔여 수명이 얼마 남지 않았음을 표시한다. 또한 부품의 초기 기대수명 대비 사용 수명이 일정 범위(예를 들면, 98%)를 초과한 것을 감지한 경우, 제어부(20)는 디스플레이부(30)로 해당 부품의 정보를 전송함과 동시에 경보부(40)가 경보를 하도록 제어한다. 경보를 하는 방법은 스피커를 통해 경보음을 발생시키는 것일 수도 있고, LED를 이용하여 경보 불빛을 발생시키는 것일 수도 있다.

본 발명에 따른 수명 예측 시스템는 송신부를 추가적으로 더 포함하여, 제어부(20)는 부품의 잔여 수명 정보 데이터를 송신부를 통해 중앙 통제 시스템이나 서비스 센터 서버 등에 전송할 수도 있다.l 중앙 통제 시스템은 피엘시 장비가 있는 공장의 모든 피엘시 장치를 통제하는 시스템을 의미하고, 서비스 센터 서버는 피엘시 장비의 고장 신고시 수리를 하는 서비스 센터의 서버를 의미한다. 중앙 통제 시스템이 부품의 잔여 수명 정보를 수신 받을 경우 중앙 통제 시스템은 각 피엘시의 부품의 교체 시기를 예상할 수 있는 장점이 있다. 서비스 센터 서버에서 부품의 잔여 수명 정보를 수신 받을 경우 서비스 센터는 각 부품의 주문 시기를 예상할 수 있어 필요한 부품을 필요한 시기에 준비할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 피엘시 부품의 수명 예측 시스템에 있어서,
   부품의 온도를 측정하기 위한 온도센서부(10);
   상기 온도센서부(10)를 이용하여 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하고 디스플레이부(30)에 디스플레이 신호를 보내는 제어부(20);
   부품의 잔여 수명을 표시하는 디스플레이부(30)를 포함하고,
   피엘시 부품 중 릴레이의 수명은 다음의 수학식으로 모델링한 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 시스템.
   L(T,I) = c ·I ^-n · e^k/T
   T는 온도, I는 전류, L(T,I) 는 온도 T와 전류 I에 따른 수명, c, n, k는 계수
   
2. 피엘시 부품의 수명 예측 시스템에 있어서,
   부품의 온도를 측정하기 위한 온도센서부(10);
   상기 온도센서부(10)를 이용하여 측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하고 디스플레이부(30)에 디스플레이 신호를 보내는 제어부(20);
   부품의 잔여 수명을 표시하는 디스플레이부(30)를 포함하고,
   피엘시 부품 중 BLCD 모터의 수명은 다음의 수학식으로 모델링한 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 시스템.
   ln L(T) = - k + c / (273 + T)
   T는 (모터 운전) 온도, L(T) 는 온도 T에 따른 수명, c, k는 계수
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   경보를 발생하기 위한 경보부(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 시스템.
   
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   데이터 전송을 위한 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 시스템.
   
5. 피엘시 부품의 수명 예측 방법에 있어서,
   부품의 온도를 측정하는 단계;
   측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하는 단계;
   부품의 잔여 수명을 디스플레이부(30)에 표시하는 단계를 포함하고,
   피엘시 부품 중 릴레이의 수명은 다음의 수학식으로 모델링한 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 방법.
   L(T,I) = c ·I ^-n · e^k/T
   T는 온도, I는 전류, L(T,I) 는 온도 T와 전류 I에 따른 수명, c, n, k는 계수
   
6. 피엘시 부품의 수명 예측 방법에 있어서,
   부품의 온도를 측정하는 단계;
   측정된 부품의 온도를 감안하여 부품의 잔여 수명을 계산하는 단계;
   부품의 잔여 수명을 디스플레이부(30)에 표시하는 단계를 포함하고,
   피엘시 부품 중 BLCD 모터의 수명은 다음의 수학식으로 모델링한 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 방법.
   ln L(T) = - k + c / (273 + T)
   T는 (모터 운전) 온도, L(T) 는 온도 T에 따른 수명, c, k는 계수
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   부품의 초기 기대수명 대비 사용 수명이 일정 범위를 초과한 것을 감지한 경우, 경보부(40)가 경보를 하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 방법.
   
8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   부품의 잔여 수명 정보 데이터를 송신부를 통해 중앙 통제 시스템이나 서비스 센터 서버에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피엘시 부품의 수명 예측 방법.

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