KR102109337B1 - Remote monitoring system for submersible motor pump - Google Patents

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KR102109337B1
KR102109337B1 KR1020180140133A KR20180140133A KR102109337B1 KR 102109337 B1 KR102109337 B1 KR 102109337B1 KR 1020180140133 A KR1020180140133 A KR 1020180140133A KR 20180140133 A KR20180140133 A KR 20180140133A KR 102109337 B1 KR102109337 B1 KR 102109337B1
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이영석
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Abstract

The present invention relates to a land-based monitoring system for a submersible motor pump, which is capable of detecting even a cause of a failure in a motor with a simple structure. The land-based monitoring system for a submersible motor pump includes: a submersible motor pump installed under water and driven by high voltage power applied through a power line; a sensing unit sensing a leakage of the submersible motor pump, a winding temperature, a vibration value, and a temperature value of a bearing; a submersible power line communication unit transmitting a sensing signal of the sensing unit through the power line by a power line communication method; a land-based power line communication unit coupled to the power line and receiving the sensing signal transmitted through the power line by the power line communication method; and a land-based monitoring unit guiding a user by visualizing and audioizing the sensing signal, and guiding the user by additionally detecting the cause of the failure in the motor based on the temperature value of the bearing and the vibration value included in the sensing signal. The cause of the failure in the motor is one among mass imbalance, alignment of a rotation shaft, and a connection failure.

Description

수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템{Remote monitoring system for submersible motor pump}Ground monitoring system for submersible motor pumps

본 발명은 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 보다 간단한 구성으로 모터 고장 원인까지 검출할 수 있도록 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a ground monitoring system for a submersible motor pump, and more particularly to a ground monitoring system for a submersible motor pump capable of detecting the cause of a motor failure with a simpler configuration.

수중 모터 펌프는 하수처리장, 상수도 공급을 위한 가압장, 농촌의 양배수장 등에서 물을 펌핑하여 배수를 처리하는 기능을 수행한다.The submersible motor pump performs the function of pumping water from a sewage treatment plant, a pressurization plant for supply of water supply, and a drainage plant in rural areas.

이러한 수중 모터 펌프는 고장을 미연에 방지 또는 예측하지 못하게 된다면 홍수 등과 같은 재난 상황시 신속한 조치를 하지 못하게 되어, 이로 인해 발생되는 피해가 상당히 커지는 문제가 발생된다. If the underwater motor pump is unable to prevent or predict a failure in advance, it is impossible to promptly act in a disaster situation such as a flood, resulting in a problem in which the damage caused by this is significantly increased.

이에 수중 모터 펌프의 동작 상태를 지상에서 모니터링하고자 하는 기술이 많이 제안되고 있다. Accordingly, many techniques have been proposed to monitor the operation state of the underwater motor pump from the ground.

다만, 이러한 장치 대부분은 온도센서 및 누수감지 센서로부터의 값이 규정된 값 이상이 되면, 조작 판넬의 인디케이터에 이를 표시하는 수준에 머물러있다는 한계가 있다. However, most of these devices have a limitation in that when the values from the temperature sensor and the leak detection sensor exceed a prescribed value, they remain at a level indicating this on the indicator of the operation panel.

국내실용신안 등록 제2004-54775호Domestic Utility Model Registration No. 2004-54775

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 인공신경망에 기반하여 수중 모터의 기계적인 고장 원인까지 진단할 수 있도록 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide a ground monitoring system for a submersible motor pump that can diagnose the cause of mechanical failure of a submersible motor based on an artificial neural network.

또한 원격 모니터링을 위한 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 송.수신함으로써, 보다 간단한 구성으로 원격 모니터링 동작이 수행될 수 있도록 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템을 제공하고자 한다. In addition, by sending and receiving a sensing signal for remote monitoring by a power line communication method, it is intended to provide a ground monitoring system for an underwater motor pump that allows a remote monitoring operation to be performed with a simpler configuration.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 수중에 설치되어, 전력선을 통해 인가되는 고압 전원에 의해 구동되는 수중 모터 펌프; 상기 수중 모터 펌프의 누수 여부, 권선 온도, 진동값과 베어링 온도값을 센싱하는 센싱부; 상기 센싱부의 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 상기 전력선을 통해 전송하는 수중 전력선 통신부; 상기 전력선에 커플링되어, 상기 전력선을 통해 전송되는 상기 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 수신하는 지상 전력선 통신부; 및 상기 센싱 신호를 시각화하여 사용자에게 안내하되, 상기 센싱 신호에 포함된 진동값 및 베어링 온도값을 기반으로 모터 고장 원인을 추가 파악하고 사용자 안내하는 지상 모니터링부를 포함하며, 상기 모터 고장 원인은 질량 불평형과 회전축 정렬 및 결합 불량 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템을 제공한다. As a means for solving the above problems, according to an embodiment of the present invention, an underwater motor pump installed in the water and driven by a high voltage power applied through a power line; A sensing unit for sensing whether the underwater motor pump is leaking, winding temperature, vibration value, and bearing temperature value; An underwater power line communication unit transmitting the sensing signal of the sensing unit through the power line in a power line communication method; A ground power line communication unit coupled to the power line and receiving the sensing signal transmitted through the power line by a power line communication method; And a ground monitoring unit that visualizes the sensing signal and guides the user to further understand the cause of the motor failure and guide the user based on the vibration value and the bearing temperature value included in the sensing signal, wherein the cause of the motor failure is mass unbalance. It provides a ground monitoring system of the submersible motor pump, characterized in that any one of the rotational axis and the misalignment.

상기 센싱부는 상기 수중 모터 펌프의 전원 인입실과 모터실 중 적어도 하나에 설치되어 누수 여부를 센싱하는 적어도 하나의 누수 감지 센서; 상기 수중 모터 펌프내 모터의 3상 권선 각각의 주위에 설치되어 권선 온도를 센싱하는 다수의 권선 온도 센서; 상기 모터의 상부 베어링과 하부 베어링 중 적어도 하나에 인접 설치되어 베어링 온도를 측정하는 적어도 하나의 베어링 온도 센서; 및 상기 모터의 회전 반경방향으로 설치되어 진동값을 측정하는 진동 센서를 포함할 수 있다. The sensing unit is installed in at least one of the power inlet chamber and the motor chamber of the submersible motor pump at least one leak detection sensor for sensing whether a leak; A plurality of winding temperature sensors installed around each of the three phase windings of the motor in the submersible motor pump to sense the winding temperature; At least one bearing temperature sensor installed adjacent to at least one of the upper and lower bearings of the motor to measure bearing temperature; And a vibration sensor installed in a radial direction of rotation of the motor to measure vibration values.

상기 지상 모니터링부는 고장 원인별로 변화되는 진동 세기 및 방향에 대한 정보를 가지는 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터를 통해 인공 신경망을 학습시키는 인공 신경망 학습부; 상기 인공 신경망을 통해 상기 센싱 신호에 포함된 진동값에 대응되는 고장 원인을 파악하는 진동값 분석부; 및 상기 고장 원인에 따른 베어링 예상 온도와 상기 센싱 신호에 포함된 베어링 온도를 비교하고, 일치하는 경우에 한해 상기 고장 원인을 사용자 안내하는 고장 원인 검출부;를 포함할 수 있다. The ground monitoring unit generates learning data having information on vibration intensity and direction that is changed for each cause of failure, and an artificial neural network learning unit for learning an artificial neural network through the learning data; A vibration value analysis unit to identify a cause of a failure corresponding to the vibration value included in the sensing signal through the artificial neural network; And a failure cause detection unit comparing the expected bearing temperature according to the cause of the failure with the bearing temperature included in the sensing signal, and guiding the user to the cause of the failure only if they match.

상기 지상 모니터링부는 상기 센싱 신호를 기반으로 수중 모터 펌프의 누수 여부, 모터의 3상 권선(R, S, T) 각각의 온도, 베어링 온도, 진동값을 파악하고, 사용자 안내하는 동작 상태 확인부를 더 포함할 수 있다. The ground monitoring unit detects whether the underwater motor pump is leaking based on the sensing signal, the temperature of each of the three-phase windings of the motor (R, S, T), bearing temperature, vibration value, and further checks the operation status to guide the user. It can contain.

상기 지상 모니터링부는 사용자 제어값 또는 상기 센싱 신호를 통해 파악된 수중 모터 펌프 동작 상태를 기반으로 상기 수중 모터 펌프를 원격 제어하는 펌프 제어부를 더 포함할 수 있다. The ground monitoring unit may further include a pump control unit for remotely controlling the underwater motor pump based on a user control value or an operating state of the underwater motor pump identified through the sensing signal.

상기 수중 전력선 통신부와 상기 지상 전력선 통신부 각각은 상기 전력선에 연결되어 전력선의 선로전압은 차단하고 통신 신호만을 추출하는 전력선 커플러; 상기 전력선 커플러에 의해 추출된 통신 신호의 전력을 저압으로 변환하거나, 전력 증폭된 캐리어 신호를 전력선 통신에 대응하는 고압으로 변압하여 상기 전력선 커플러에 전송하는 고압 트랜스포머; 상기 고압 트랜스포머에 의해 저압 변환된 통신 신호의 특정주파수를 여과 및 동조 증폭하여 출력하는 필터 및 증폭기; 상기 필터 및 증폭기의 출력단에 연결되어 신호를 분석하고 처리하는 프로세서; 상기 프로세서에 연결되어 외부로부터의 신호를 입력받거나 외부로 신호를 출력하는 인터페이스부; 상기 프로세서의 제어에 의해 통신 신호의 캐리어를 제어하여 출력시키는 캐리어 컨트롤러; 상기 캐리어 컨트롤러의 캐리어 신호를 전압 증폭하는 캐리어 증폭기; 및 상기 캐리어 증폭기의 캐리어 신호를 전력 증폭한 후, 상기 고압 트랜스포머에 제공하는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. A power line coupler which is connected to the power line to block the line voltage of the power line and extracts only the communication signal; A high voltage transformer that converts power of a communication signal extracted by the power line coupler into low voltage or transforms a power amplified carrier signal into a high voltage corresponding to power line communication and transmits it to the power line coupler; A filter and amplifier for filtering and tuning amplification and outputting a specific frequency of the low-voltage-converted communication signal by the high-voltage transformer; A processor connected to the output terminal of the filter and amplifier to analyze and process a signal; An interface unit connected to the processor to receive a signal from the outside or to output a signal to the outside; A carrier controller for controlling and outputting a carrier of a communication signal under the control of the processor; A carrier amplifier for amplifying the carrier signal of the carrier controller; And a power amplifier that amplifies the carrier signal of the carrier amplifier and then provides it to the high-voltage transformer.

본 발명은 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템은 진동 센서를 채택하고, 인공 신경망을 통해 진동 패턴에 따른 모터 고장 원인을 사전 학습함으로써, 진동 센서를 통해 모터의 기계적인 고장 원인을 진단할 수 있도록 한다. In the present invention, the ground monitoring system of the submersible motor pump adopts a vibration sensor, and by learning the cause of the motor failure according to the vibration pattern through an artificial neural network, it is possible to diagnose the cause of the mechanical failure of the motor through the vibration sensor.

또한 모터 고장 원인에 따라 베어링 온도가 상이해짐을 고려하여, 인공 지능망 분석 결과와 베어링 온도 센싱 결과를 중복 체크하여 모터 고장 원인을 확인 및 통보하도록 함으로써, 시스템 동작 신뢰성이 보다 증대될 수 있도록 한다. In addition, considering that the bearing temperature is different depending on the cause of the motor failure, the system operation reliability can be further increased by checking and notifying the cause of the motor failure by repeatedly checking the AI network analysis result and the bearing temperature sensing result.

그리고 원격 모니터링을 위한 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 전송하도록 함으로써 연결선 개수를 줄이고, 이를 통해 수중 모터 펌프의 방수 문제도 보다 효과적으로 해결할 수 있도록 한다. In addition, by transmitting a sensing signal for remote monitoring by a power line communication method, the number of connecting lines is reduced, and through this, the waterproof problem of the underwater motor pump can be solved more effectively.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 모터 펌프의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 전력선 통신부 및 지상 전력선 통신부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 모니터링부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지능망 학습 및 분석 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 원인 분석 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 1 is a view for explaining the structure of an underwater motor pump according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a ground monitoring system of an underwater motor pump according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a detailed configuration of the underwater power line communication unit and the ground power line communication unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a detailed configuration of the ground monitoring unit according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are diagrams for explaining the principles of artificial intelligence network learning and analysis according to an embodiment of the present invention.
8 is an operation flowchart for explaining a failure cause analysis method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.The objectives and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them, will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. Only the present examples are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the scope of the invention being defined by the scope of the claims. It just works. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 모터 펌프의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the structure of an underwater motor pump according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 수중 모터 펌프(100)는 전력선(140)을 인입하는 전원 인입실(110), 상기 전원 인입실(110)로부터 전원을 공급받는 모터(150)가 내장된 모터실(120), 및 상기 모터(150)의 회전축(160)에 연결된 임펠러(impeller)(또는 프로펠러)(160)로 주위의 물을 펌핑하는 펌프실(130)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the underwater motor pump 100 of the present invention includes a power inlet chamber 110 through which a power line 140 is drawn, and a motor in which a motor 150 supplied with power is supplied from the power inlet chamber 110. It includes a seal chamber 120 and a pump chamber 130 for pumping surrounding water into an impeller (or propeller) 160 connected to the rotating shaft 160 of the motor 150.

이와 같은 전원 인입실(110), 모터실(120), 펌프실(130)은 구분되어 있고, 물 속에 잠기거나 물 유입구를 통해 펌프실(130)로 유입된 물을 임펠러(170)을 회전시켜 배수할 때, 외부의 물 또는 펌프실의 물이 모터실(120)과 전원 인입실(110)로 누수되어 물이 들어오지 않도록, 전원 인입실(110)과 모터실(120)은 커버로 둘러싸여 있으며 펌프실(130)과 모터실(120) 사이 및 모터실(120)과 전원 인입실(110) 사이가 각각 소정 봉함 재료로 실링(sealing)되어 있다. The power inlet chamber 110, the motor chamber 120, and the pump chamber 130 are separated, and the water flowing into the pump chamber 130 through the water inlet or through the water inlet is rotated to drain the water. At this time, the water inlet chamber 110 and the motor chamber 120 are surrounded by a cover so that water from outside or water in the pump chamber leaks into the motor chamber 120 and the power inlet chamber 110 so that water does not enter, and the pump chamber 130 ) And between the motor chamber 120 and between the motor chamber 120 and the power inlet chamber 110 are respectively sealed with a predetermined sealing material.

즉, 펌프실(130)과 모터실(120) 사이 및 모터실(120)과 전원 인입실(110) 사이에 각 실로 연장되는 전력선(140)이나 회전축(160) 등을 제외하고 수지 등의 봉함 재료로 실링되며 봉함 재료는 상기 커버와도 측면에서 고착되어 측면을 통하여도 물이 유입될 수 없도록 되어, 전원 인입실(110)과 모터실(120)은 누수 방지되도록 고립되어 있다.That is, sealing material such as resin, except for the power line 140 or the rotating shaft 160, which extends to each chamber between the pump chamber 130 and the motor chamber 120 and between the motor chamber 120 and the power inlet chamber 110, The sealing material is sealed with the cover so that water cannot flow through the side, and the power inlet chamber 110 and the motor chamber 120 are isolated to prevent leakage.

모터(150)에 전원을 공급하기 위하여 수중 모터 펌프(10)는 지상의 전원 공급장치(800)와 연결되어 있으며, 전원 공급장치(800)와 연결된 전력선(140)은 물속에 수중 모터 펌프(10)가 잠겨도 방수되는 수중 전력선을 사용해 전원 인입실(110)로 인입시키고, 전원 인입실(110)로 인입된 전력선(140)은 소정 제어회로에 전원을 공급하며 모터실(120)의 모터(150)로 전원을 공급한다. To supply power to the motor 150, the submersible motor pump 10 is connected to the ground power supply 800, and the power line 140 connected to the power supply 800 is submerged motor pump 10 in water. ) Is inserted into the power inlet chamber 110 using an underwater power line that is waterproof even when locked, and the power line 140 introduced into the power inlet chamber 110 supplies power to a predetermined control circuit, and the motor ( 150).

전원 인입실(110)의 제어회로는 수중 모터 펌프(10) 밖의 소정 위치에 설치된 워터 레벨 센서로 신호를 받아 물의 높이가 일정 높이 이상이면 모터실(120)의 모터(150)로 전원을 공급하여 모터(150)의 회전축(160)이 회전하도록 하고 회전축 끝에 장착된 임펠러(170)을 회전시켜서 물이 펌핑되도록 하고, 일정 높이 이하이면 모터(150)로의 전원 공급을 차단하여 대기 상태가 되도록 한다. The control circuit of the power inlet chamber 110 receives a signal from a water level sensor installed at a predetermined position outside the underwater motor pump 10, and when the water level is higher than a certain height, power is supplied to the motor 150 in the motor room 120. The rotating shaft 160 of the motor 150 is rotated, and the impeller 170 mounted at the end of the rotating shaft is rotated so that water is pumped. If it is below a certain height, the power supply to the motor 150 is cut off to be in a standby state.

이와 같이 전원 인입실(110)을 통해 전원을 공급받는 모터실(120)의 모터(150)에는 3상 전원이 공급되어 모터(150)의 회전축(160)을 회전시키며 펌프실(130)까지 연장된 회전축(160)의 끝에 장착된 임펠러(170)을 회전시켜 물을 펌핑하게 된다. As described above, three-phase power is supplied to the motor 150 of the motor chamber 120 that is supplied with power through the power inlet chamber 110 to rotate the rotation shaft 160 of the motor 150 and extends to the pump chamber 130. The impeller 170 mounted at the end of the rotating shaft 160 is rotated to pump water.

이에 더하여, 본 발명의 수중 모터 펌프(10)는 다음과 같이 수중 모터 펌프(10)의 현재 상태를 센싱 및 통보하기 위한 센서들을 더 구비할 수 있도록 한다. In addition, the underwater motor pump 10 of the present invention can further include sensors for sensing and notifying the current state of the underwater motor pump 10 as follows.

먼저, 수중 모터 펌프(10)의 전원 인입실(110)과 모터실(120) 중 적어도 하나에 누수 감지 센서(211,212)를 설치하고, 이를 통해 해당 위치에서의 누수 여부를 실시간 센싱하도록 한다. First, leak detection sensors 211 and 212 are installed in at least one of the power inlet chamber 110 and the motor chamber 120 of the submersible motor pump 10, thereby real-time sensing whether there is a leak at the corresponding location.

그리고 3상 전원을 받는 모터(150)의 3상 권선(R, S, T)에는 모터 동작 시에 일정한 전류가 흐르며 과부하 또는 단락 등의 원인 등으로 고전류가 발생하여 과열될 수 있음을 고려하여, 모터실(120)내의 모터(150)에 근접하여 3상 권선(R, S, T) 각각의 주위에 권선 온도 센서(221, 222, 223)를 설치하고, 이를 통해 3상 권선(R, S, T) 각각의 온도를 실시간 센싱하도록 한다. In addition, taking into account that a constant current flows in the three-phase windings R, S, and T of the motor 150 receiving the three-phase power supply, and high current may be generated due to overload or short circuit, and may cause overheating. The winding temperature sensors 221, 222, and 223 are installed around each of the three-phase windings R, S, and T close to the motor 150 in the motor room 120, and through this, the three-phase windings R, S , T) Each temperature is to be sensed in real time.

그리고 모터의 회전축은 모터실 내의 하부 베어링(181)과 상부 베어링(182)에 의하여 지지되어 회전되는데, 윤활유가 부족하거나 누수 또는 과부하에 의해 과열될 수 있음을 고려하여, 하부 베어링(181)과 상부 베어링(182) 중 적어도 하나에 베어링 온도 센서(231,232)를 설치하고, 이를 통해 베어링 온도를 실시간 센싱하도록 한다. In addition, the rotating shaft of the motor is supported and rotated by the lower bearing 181 and the upper bearing 182 in the motor chamber. Considering that lubricant may be insufficient or overheated due to leakage or overload, the lower bearing 181 and the upper The bearing temperature sensors 231 and 232 are installed on at least one of the bearings 182 to sense the bearing temperature in real time.

더하여 임펠라 등에 이물질 끼임으로 인한 질량 불평형이 발생하거나, 회전축 정렬 불량 및 결합 불량이 발생하는 경우, 수중 모터 펌프에 구비된 모터가 비정상적인 진동을 발생함을 고려하여, 모터의 진동값(특히, 회전 반경 방향의 진동값)을 센싱 및 통보할 수 있는 진동 센서(240)를 설치하고, 이를 통해 진동값을 실시간 센싱하도록 한다. 이러한 진동 센서(240)는 가속도센서, 지자기센서, 자이로 센서 등으로 구현될 수 있으며, 모터 진동을 감지할 수 있는 범위 내에서 수중 모터 펌프(10)의 모든 부위에 설치가능하나, 모터 회전축의 반경방향으로 설치되는 것이 가장 바람직할 것이다. In addition, when mass imbalance occurs due to foreign matter jamming in the impeller or the like, and rotational shaft misalignment and misalignment occur, the vibration value of the motor (especially, the radius of rotation), considering that the motor provided in the underwater motor pump generates abnormal vibration. The vibration sensor 240 capable of sensing and notifying the vibration value in the direction) is installed, and the vibration value is sensed in real time. The vibration sensor 240 may be implemented as an acceleration sensor, a geomagnetic sensor, a gyro sensor, and the like, and can be installed in all parts of the underwater motor pump 10 within a range capable of detecting motor vibration, but the radius of the motor rotation axis It would be most desirable to be installed in a direction.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a ground monitoring system of an underwater motor pump according to an embodiment of the present invention.

도 2을 참고하면, 본 발명의 시스템은 앞서 설명된 수중 모터 펌프(100) 및 센싱부(200) 이외에, 수중 제어부(300), 수중 전력선 통신부(400), 지상 전력선 통신부(500), 지상 모니터링부(600), 조작 패널(700) 및 전원 공급장치(800) 등을 더 포함하도록 한다. 2, the system of the present invention, in addition to the above-described underwater motor pump 100 and the sensing unit 200, the underwater control unit 300, the underwater power line communication unit 400, the ground power line communication unit 500, ground monitoring To further include the unit 600, the operation panel 700 and the power supply 800.

먼저, 수중 모터 펌프(100)는 도 1에서와 같이 구현되어, 임펠러 회전을 통해 펌프실로 유입된 물을 외부로 배수하도록 한다. First, the submersible motor pump 100 is implemented as shown in FIG. 1 to drain water flowing into the pump chamber through the impeller rotation to the outside.

센싱부(200)는 앞서 설명된 바와 같이, 수중 모터 펌프(100) 내부에 위치되는 누수 감지 센서(211,212), 권선 온도 센서(221, 222, 223), 베어링 온도 센서(231,232), 및 진동 센서(240) 등을 구비하고, 이들을 통해 수중 모터 펌프의 누수 여부, 모터의 3상 권선(R, S, T) 각각의 온도, 베어링 온도, 진동값을 실시간 센싱하고 통보하도록 한다. As described above, the sensing unit 200 has a leak detection sensor 211,212 located inside the underwater motor pump 100, winding temperature sensors 221, 222, 223, bearing temperature sensors 231,232, and vibration sensors. (240), and through them, to detect whether the underwater motor pump leaks, the temperature of each of the three-phase windings of the motor (R, S, T), bearing temperature, vibration value in real time and to be notified.

수중 제어부(300)는 수중 모터 펌프(100)의 전원 인입실(110)에 삽입되어, 수중 모터 펌프(100)에 구비된 각종 센서를 통해 획득된 센싱 신호를 수집하여 지상 모니터링부(600)에 제공함과 더불어, 지상 모니터링부(600)로부터 전송되는 제어 신호를 응답하여 수중 모터 펌프의 동작 전반을 제어하도록 한다. The underwater controller 300 is inserted into the power inlet chamber 110 of the underwater motor pump 100, collects sensing signals obtained through various sensors provided in the underwater motor pump 100, and collects the sensing signals to the ground monitoring unit 600. In addition, in response to the control signal transmitted from the ground monitoring unit 600 to control the overall operation of the underwater motor pump.

수중 전력선 통신부(400)는 수중 제어부(300)에 인접 배치되어, 전력선 통신 방식으로 지상 전력선 통신부(500)와의 통신을 수행하고, 지상 전력선 통신부(500)는 지상에 위치하여, 전력선 통신 방식으로 수중 전력선 통신부(400)와의 통신을 수행하도록 한다. The underwater power line communication unit 400 is disposed adjacent to the underwater control unit 300 to perform communication with the ground power line communication unit 500 by a power line communication method, and the ground power line communication unit 500 is located on the ground, and is underwater by the power line communication method. The communication with the power line communication unit 400 is performed.

즉, 본 발명은 수중 모터 펌프(100)측에 위치되는 수중 전력선 통신부(400)와 지상에 위치되는 지상 전력선 통신부(500)를 구비하고, 이를 통해 수중 모터 펌프(100)에 연결되는 전력선을 통해 수중과 지상간 데이터 통신을 지원하도록 한다. That is, the present invention includes an underwater power line communication unit 400 located on the side of the underwater motor pump 100 and a ground power line communication unit 500 located on the ground, through which the power line connected to the underwater motor pump 100 Support for data communication between underwater and ground.

이러한 수중 전력선 통신부 및 지상 전력선 통신부는 동일 구조로 구현 가능하며, 도 3에서와 같이 3상 전력선(140) 중 어느 하나에 연결되어 전력선의 선로전압은 차단하고 통신 신호만을 추출하거나, 고압 트랜스포머(420)의 출력을 전력선에 인가하는 전력선 커플러(410), 전력선 커플러(410)가 추출한 통신 신호를 고압에서 저압으로 변환하거나, 전력 증폭기(480)가 출력하는 통신 신호를 저압에서 고압으로 승압한후 상기 전력선 커플러(410)에 제공하는 고압 트랜스포머(420), 고압 트랜스포머(420)에 의해 저압 변환된 통신 신호의 특정주파수를 여과 및 동조 증폭하여 출력하는 필터 및 증폭기(430)와, 필터 및 증폭기(430)의 출력단에 연결되어 신호를 분석하고 처리하는 프로세서(440)와, 상기 프로세서(440)에 연결되어 외부로부터의 신호를 입력받거나 외부로 신호를 출력하는 인터페이스부(450), 상기 프로세서(440)의 제어에 의해 통신 신호의 캐리어를 제어하여 출력시키는 캐리어 컨트롤러(460)와, 상기 캐리어 컨트롤러(460)로부터 출력되는 캐리어 신호를 전압 증폭하는 캐리어 증폭기(470)와, 상기 캐리어 증폭기(470)로부터 출력되는 캐리어 신호를 전력 증폭한 후, 고압 트랜스포머(420)에 제공하는 전력 증폭기(480) 등을 포함할 수 있다. The underwater power line communication unit and the ground power line communication unit may be implemented with the same structure, and connected to any one of the three-phase power lines 140 as shown in FIG. 3 to cut off the line voltage of the power line and extract only the communication signal, or high voltage transformer 420 ) The power line coupler 410 applying the output of the power line to the power line, the communication signal extracted by the power line coupler 410 is converted from a high voltage to a low voltage, or after a communication signal output from the power amplifier 480 is boosted from a low voltage to a high voltage. A high-voltage transformer 420 provided to the power line coupler 410, a filter and amplifier 430 for filtering and tuning-amplifying and outputting a specific frequency of a low-voltage converted communication signal by the high-voltage transformer 420, and a filter and amplifier 430 ) Is connected to the output terminal of the processor 440 for analyzing and processing signals, and is connected to the processor 440 to receive signals from the outside or to the outside The interface unit 450 for outputting a signal, a carrier controller 460 for controlling and outputting a carrier of a communication signal under the control of the processor 440, and a voltage amplifying the carrier signal output from the carrier controller 460 It may include a carrier amplifier 470, a power amplifier 480 for amplifying the carrier signal output from the carrier amplifier 470, and then providing it to the high-voltage transformer 420.

다만, 본 발명의 전력선은 3300V/6600V 정도의 고압선에서의 전력선통신을 수행하는 특징이 있으므로, 본 발명의 전력선 통신부(400, 500)는 고압 트랜스포머(420)와 같은 전력 변환 수단을 추가 구비하고, 이를 통해 전력선의 고압을 전력선 통신부(400, 500)의 내부 회로가 이용 가능한 저압으로 변환하고, 또한 그 반대 방향의 전압 역변환 동작을 수행할 수 있도록 한다. However, since the power line of the present invention has a feature of performing power line communication in a high voltage line of about 3300V / 6600V, the power line communication units 400 and 500 of the present invention further include a power conversion means such as a high voltage transformer 420, Through this, the high voltage of the power line is converted into a low voltage that can be used by the internal circuits of the power line communication units 400 and 500, and a voltage reverse conversion operation in the opposite direction can be performed.

지상 모니터링부(600)는 지상 전력선 통신부(500)를 통해 전력선을 경유하여 전송되는 수중 모터 펌프(100)의 센싱 신호를 수신 및 분석함으로써, 누수 여부, 권선 온도 이상 여부, 베어링 온도 이상 여부 등을 실시간 파악하고 사용자 안내하도록 한다. The ground monitoring unit 600 receives and analyzes the sensing signal of the underwater motor pump 100 transmitted via the power line through the ground power line communication unit 500, thereby determining whether there is a leak, an abnormality in the winding temperature, an abnormality in the bearing temperature, and the like. Real-time grasp and guide the user.

또한, 지상 모니터링부(600)는 센싱 신호를 기반으로 한 수중 모터 펌프(100)의 동작 제한 동작도 수행하도록 한다. 즉, 누수 발생을 확인한 경우에는 수중 모터 펌프(100)으로의 전원 공급을 즉각 차단하여 누수에 의해 수중 모터 펌프가 파손되는 것을 방지하거나, 권선 온도 또는 베어링 온도에 따라 모터 회전 속도를 조정함으로써 과열로 인해 수중 모터 펌프가 파손되는 것을 방지하도록 한다. In addition, the ground monitoring unit 600 also performs the operation limiting operation of the underwater motor pump 100 based on the sensing signal. That is, when the occurrence of leakage is confirmed, the power supply to the underwater motor pump 100 is immediately cut off to prevent the underwater motor pump from being damaged by leakage, or by adjusting the motor rotation speed according to the winding temperature or the bearing temperature to overheat the furnace. This is to prevent damage to the underwater motor pump.

더하여, 본 발명의 지상 모니터링부(600)는 수중 모터 펌프의 진동값과 베어링 온도값을 기반으로 수중 모터 펌프(100)의 기계적 고장 원인까지 파악 및 안내할 수 있도록 한다. 이에 대한 설명은 이하의 도 8을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. In addition, the ground monitoring unit 600 of the present invention enables to grasp and guide the cause of mechanical failure of the underwater motor pump 100 based on the vibration temperature and the bearing temperature value of the underwater motor pump. This will be described in more detail through FIG. 8 below.

조작 패널(700)은 터치 스크린, 모니터, 버튼, 경광등과 같은 각종 데이터 입출력 수단을 구비할 수 있으며, 데이터 출력 수단을 통해 지상 모니터링부(600)의 제어하에 수중 모터 펌프의 현재 동작 상태를 시청각적으로 안내하거나, 데이터 입력 수단을 통해 사용자의 각종 제어값을 입력받도록 한다. The operation panel 700 may be provided with various data input / output means such as a touch screen, a monitor, a button, a warning light, etc., and through the data output means, the current operating state of the underwater motor pump under the control of the ground monitoring unit 600 is audiovisual. Or to receive various control values of the user through the data input means.

전원 공급장치(800)는 지상 모니터링부(600)의 제어하에 전력선에 수중 모터 펌프 구동을 위한 고압의 3상 전원을 공급한다. The power supply 800 supplies high-voltage three-phase power for driving the underwater motor pump to the power line under the control of the ground monitoring unit 600.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에서는 수중 모터 펌프는 센서들을 통해 자신의 현재 동작 상태를 센싱 및 통보하되, 기존의 고압의 전력선(140)을 활용하도록 함을 알 수 있다. 그 결과, 수중 모터 펌프(100)의 연결선 개수가 최소화되고, 연결선 실링에 따른 방수 문제 발생 가능성도 자연스럽게 감소되게 된다. As described above, in the present invention, it can be seen that the underwater motor pump senses and notifies its current operating state through sensors, but utilizes the existing high-voltage power line 140. As a result, the number of connecting lines of the submersible motor pump 100 is minimized, and the possibility of a waterproof problem caused by sealing the connecting lines is naturally reduced.

뿐 만 아니라, 본 발명은 누수 여부, 권선 온도, 베어링 온도 이외에 진동값 까지 센싱하고, 진동값을 통해서는 모터의 고장 원인까지 분석할 수 있도록 한다. 또한 회전축 정렬 불량으로 인한 모터 고장시에는 베어링에 큰 진동이 발생되며, 진동 에너지가 열 에너지로 변환되어 베어링 온도까지 증가되는 특징이 있음을 고려하여, 진동값 이외에 베어링 온도까지 추가 고려하여 모터 고장 원인을 분석할 수 있도록 함으로써, 분석 신뢰도가 보다 향상될 수 있도록 한다. In addition, the present invention is to detect the leakage, winding temperature, bearing temperature up to the vibration value, and through the vibration value to analyze the cause of the motor failure. In addition, when the motor fails due to the misalignment of the rotating shaft, a large vibration is generated in the bearing, and considering that the vibration energy is converted into thermal energy and increased to the bearing temperature, the bearing temperature in addition to the vibration value is considered to cause the motor failure. By making it possible to analyze, the reliability of analysis can be further improved.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 모니터링부의 상세 구성을 도시한 도면이다. 4 is a view showing a detailed configuration of the ground monitoring unit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 지상 모니터링부(600)는 센싱 신호 수신부(610), 동작 상태 확인부(620), 인공 신경망(630), 인공 신경망 학습부(640), 진동 분석부(650), 고장 원인 검출부(660) 및 펌프 제어부(670) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the ground monitoring unit 600 of the present invention includes a sensing signal receiving unit 610, an operation status checking unit 620, an artificial neural network 630, an artificial neural network learning unit 640, and a vibration analysis unit 650 ), A failure cause detection unit 660 and a pump control unit 670.

센싱 신호 수신부(610)는 지상 전력선 통신부(500)로부터 제공되는 센싱 신호를 수신하고 전처리(예를 들어, 필터 및 증폭)하여 동작 상태 확인부(620)와 고장 원인 검출부(660)이 인식 가능한 신호 형태로 변환한다. The sensing signal receiving unit 610 receives the sensing signal provided from the ground power line communication unit 500 and preprocesses (eg, filters and amplifies) the signal that can be recognized by the operation state checking unit 620 and the failure cause detection unit 660 To form.

동작 상태 확인부(620)는 센싱 신호를 기반으로 수중 모터 펌프의 현재 동작 상태(즉, 전원 인입실과 모터실으로의 누수 여부, 모터의 3상 권선(R, S, T) 각각의 온도, 베어링 온도, 진동값)를 파악하고, 이를 조작 패널(700)을 통해 시청각적으로 안내하도록 한다. The operating state check unit 620 is based on the sensing signal, the current operating state of the submersible motor pump (that is, whether there is a leak to the power inlet chamber and the motor chamber, the temperature of each of the three phase windings (R, S, T) of the motor, the bearing Temperature, vibration values), and guides them visually through the operation panel 700.

인공 신경망 학습부(640)는 고장 원인별로 변화되는 진동값에 대한 정보를 가지는 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터를 통해 인공 신경망을 학습시킨다. The artificial neural network learning unit 640 generates learning data having information on vibration values that are changed for each cause of failure, and trains the artificial neural network through the learning data.

참고로, 수중 모터 펌프와 같이 모터를 통해 임펠러를 회전시키는 경우, 질량 불평형과 회전축 불량으로 인한 고장이 발생할 수 있다. For reference, when the impeller is rotated through a motor, such as an underwater motor pump, a failure may occur due to mass imbalance and rotation axis failure.

1. 질량 불평형1. Mass imbalance

모터의 회전 모델은 도 5와 같이 표현될 수 있다. 임펠러의 3개 지점의 질량과 무게 중심이 각각 r1,m1, r2,m2, 및 r3,m3이고, 임펠러가 ω 로 회전할 경우, 완벽한 질량 평형이 이루어 졌다면 수학식 1의 관계가 성립되어, 임펠러 3개 지점에서의 원심력의 합은 수학식 2와 같이 0이 된다.The rotation model of the motor can be expressed as shown in FIG. 5. If the mass and center of gravity of the three points of the impeller are r 1 , m 1 , r 2 , m 2 , and r 3 , m 3 , respectively, and the impeller rotates at ω, the equation of equation 1 can be The relationship is established, and the sum of the centrifugal forces at the three impeller points becomes 0 as shown in Equation (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018113355898-pat00001
Figure 112018113355898-pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018113355898-pat00002
Figure 112018113355898-pat00002

그러나 임펠러에 이물질이 삽입되어, 특정 지점 i에서의 질량 mi 및 로터축에서 무게중심까지의 거리 ri가 변하게 되면 질량 불평형이 발생하게 된다. 이러한 질량 불평형은 가상의 거리 rR에 존재하는 가상의 질량 mR의해 표현되며, 이는 회전축으로부터 ????

Figure 112018113355898-pat00003
크기의 원심력을 발생하게 되고, 그 결과 모터의 반경방향(radial)의 진동을 발생시킨다.However, the foreign material into the impeller, is the mass imbalance occurs when the distance r i from the center of gravity changes in mass m i and the rotor shaft at a certain point i. This mass imbalance is represented by the imaginary mass m R present at the imaginary distance r R , which is from the axis of rotation ????
Figure 112018113355898-pat00003
A centrifugal force of magnitude is generated, and as a result, radial vibration of the motor is generated.

2. 회전축 불량2. Poor rotation axis

회전축 불량은 도 6와 같이 회전축이 평행한 방향으로 놓여 있지 않고 서로 다른 각도를 갖게 되어 발생되는 회전축 정렬 불량과 회전축 결합이 느슨해져 회전축의 높이가 어긋나게 되는 회전축 결합 불량으로 구분된다. 이는 과도한 진동을 발생하여 베어링, 커플링 등 주변 요소들의 추가적인 고장의 원인이 되기도 한다. 이들의 진동 주파수는 기본 회전주파수 이외에도 하모닉 성분을 갖는 특징이 있다. Rotational axis defects are divided into rotational axis misalignment caused by misalignment of the rotational shaft caused by having different angles, and rotational shaft coupling failure due to loose rotation of the rotational shaft, as shown in FIG. 6. This can cause excessive vibration and cause additional failures of surrounding elements such as bearings and couplings. Their vibration frequency is characterized by having a harmonic component in addition to the basic rotation frequency.

이와 같이 모터 고장 원인에 따라 진동 발생 패턴이 달라짐을 고려하여, 본 발명에서는 모터 고장 원인별 진동 발생 패턴을 통해 인공 신경망을 학습시킴으로써, 차후 인공 신경망을 이용하여 진동 값에 대응되는 모터 고장 원인을 손쉽게 파악할 수 있도록 한다. Considering that the vibration occurrence pattern varies according to the cause of the motor failure, in the present invention, by learning the artificial neural network through the vibration occurrence pattern for each cause of the motor failure, the cause of the motor failure corresponding to the vibration value can be easily determined using the artificial neural network. So that they can grasp.

이를 위해, 인공 신경망 학습부(640)는 질량 불평형 및 회전축 불량 상태에서 모터 진동을 센싱하여 회전 반경방향의 진동값을 획득하고, 이에 대한 웨이블릿(Wavelet) 다분해 트리 변환을 수행하여 근사계수(A) 및 상세계수(D)를 획득한다. 그리고 근사계수(A) 및 상세계수(D)에 대한 실효값(Root Mean Square, RMS) 및 표준편차(standard deviation)를 산출하고, 이들을 각 고장이 발생되었을 경우의 학습 데이터로 사용한다. 그리고 학습 데이터를 통해 도 7에서와 같이 입력층, 은닉층, 및 출력층으로 구성되는 인공 신경망(630)을 반복 학습시킴으로써, 오차 최소화를 위한 층간의 연결 강도(가중치)를 최종 결정한다. To this end, the artificial neural network learning unit 640 senses the motor vibration in the state of mass imbalance and rotation axis failure, obtains a rotational radial vibration value, and performs wavelet multi-decomposition tree transformation on this to approximate the coefficient (A ) And the detail coefficient (D). Then, the effective values (Root Mean Square, RMS) and standard deviation for the approximate coefficient (A) and the detailed coefficient (D) are calculated, and these are used as learning data when each failure occurs. And by repeatedly learning the artificial neural network 630 composed of an input layer, a hidden layer, and an output layer as shown in FIG. 7 through learning data, the connection strength (weight) between layers for minimizing errors is finally determined.

진동값 분석부(650)는 센싱 신호에 포함된 진동값에 대한 웨이블릿 다분해 트리 변환을 수행하여 근사계수(A) 및 상세계수(D)를 획득한 후, 이에 대한 실효값 및 표준편차를 산출한다. 그리고 이를 학습 완료된 인공 신경망(630)에 입력함으로써, 진동값에 대응되는 고장 원인을 파악하도록 한다. The vibration value analysis unit 650 obtains an approximate coefficient (A) and a detailed coefficient (D) by performing a wavelet multi-decomposition tree transformation on the vibration value included in the sensing signal, and then calculates the effective value and standard deviation therefor. do. Then, by inputting this into the artificial neural network 630, the cause of failure corresponding to the vibration value is determined.

고장 원인 검출부(660)은 고장 원인에 따른 베어링 예상 온도에 대한 정보를 사전 획득 및 저장한다. 그리고 진동값 분석부(650)를 통해 파악된 고장 원인에 따른 베어링 예상 온도와 센싱 신호에 포함된 베어링 온도를 비교하고, 일치하는 경우에 한해 고장 원인을 사용자 안내하도록 한다. The failure cause detection unit 660 obtains and stores information about the expected bearing temperature according to the failure cause. In addition, the predicted bearing temperature according to the cause of the failure identified through the vibration value analysis unit 650 is compared with the bearing temperature included in the sensing signal, and the user is guided to the cause of the failure only if they match.

즉, 회전축 불량의 경우에는 베어링 온도가 비정상적으로 증가하나, 질량 불평형의 경우에는 베어링 온도가 크게 변화하지 않는 특징이 있음을 고려하여, 현재 센싱되는 베어링 온도를 기반으로 인공 신경망(630)의 분석 결과가 정확한 것인지 한 번 더 체크한 후, 사용자 안내하도록 한다. That is, in the case of a rotating shaft failure, the bearing temperature is abnormally increased, but in the case of mass imbalance, the analysis result of the artificial neural network 630 based on the currently sensed bearing temperature, considering that the bearing temperature does not change significantly Check if is correct once more, and guide the user.

펌프 제어부(670)는 사용자 또는 외부 장치가 수중 모터 펌프 구동을 요청하면, 이에 응답하여 전원 공급장치(800)를 통해 고압 전원을 전력선을 통해 제공하도록 한다. When the user or the external device requests to drive the underwater motor pump, the pump control unit 670 provides high-voltage power through the power line through the power supply 800 in response thereto.

그리고 펌프 제어부(670)는 조작 패널(700)을 통해 입력되는 사용자 제어값 또는 센싱 신호를 기반으로 수중 모터 펌프를 동작 제어하기 위한 각종 제어 신호를 생성 및 제공한다. In addition, the pump control unit 670 generates and provides various control signals for operating and controlling the underwater motor pump based on a user control value or a sensing signal input through the operation panel 700.

예를 들어, 누수 발생을 확인한 경우에는 수중 모터 펌프(100)으로의 전원 공급을 즉각 차단하여 누수에 의해 수중 모터 펌프가 파손되는 것을 방지하고, 권선 온도 또는 베어링 온도가 기 설정된 허용치를 벗어나는 경우 모터 회전 중지시키거나, 또는 권선 온도 또는 베어링 온도에 비례하여 모터 회전 속도를 감소시키도록 한다. For example, when leakage is confirmed, the power supply to the underwater motor pump 100 is immediately cut off to prevent the underwater motor pump from being damaged by leakage, and when the winding temperature or the bearing temperature is outside a preset allowable value, the motor Stop rotation or reduce the motor rotation speed in proportion to the winding temperature or bearing temperature.

도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 원인 분석 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 8 is an operation flowchart for explaining a failure cause analysis method according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 본 발명의 고장 원인 분석 방법은 학습 데이터 생성 단계(S1), 인공 신경망 학습 단계(S2), 인공 신경망을 기반으로 한 고장 원인 분석 단계(S3), 베어링 온도를 기반으로 한 고장 원인 재확인 단계(S4) 등을 포함한다. 8, the failure cause analysis method of the present invention is a learning data generation step (S1), an artificial neural network learning step (S2), an artificial neural network based failure cause analysis step (S3), based on the bearing temperature And a step of re-checking the cause of the failure (S4).

먼저, 단계 S1의 학습 데이터 생성 단계에서는, 질량 불평형 및 회전축 불량 상태에서 모터 진동을 센싱하여 진동 신호를 획득하고, 이에 Wavelet 다분해 트리 변환을 수행하여 A(근사계수) 및 D(상세계수)를 획득한다. 그리고 A 및 D에 대한 RMS(Root Mean Square) 및 표준편차(standard deviation)를 산출하고, 이를 각 고장이 발생되었을 경우의 학습 데이터로 사용한다. First, in the learning data generation step of step S1, a vibration signal is obtained by sensing motor vibration in a state of mass imbalance and rotation axis failure, and wavelet multi-decomposition tree transformation is performed to perform A (approximate coefficient) and D (normal world number). To acquire. Then, RMS (Root Mean Square) and standard deviation for A and D are calculated, and used as learning data when each failure occurs.

또한 모터 회전 속도가 수시로 변경될 수 있음을 고려하여, 웨이블릿 변환을 통해 얻어진 근사 및 상세계수 이외에도 회전축의 회전수를 인공 신경망의 입력으로 사용하도록 한다. In addition, considering that the motor rotation speed may be changed at any time, in addition to the approximate and detailed coefficients obtained through wavelet transformation, the rotational speed of the rotating shaft is used as an input of the artificial neural network.

단계 S2의 인공 신경망 학습 단계에서는, 단계 S1을 통해 획득된 학습 데이터를 통해 도 7에서와 같이 입력층, 은닉층, 및 출력층으로 구성되는 인공 신경망을 반복 학습시킴으로써, 층간의 연결 강도(가중치)를 최적화시킨다. In the artificial neural network learning step of step S2, the artificial neural network composed of the input layer, the hidden layer, and the output layer is repeatedly trained as shown in FIG. 7 through the learning data obtained through the step S1 to optimize the connection strength (weight) between the layers. Order.

단계 S3의 고장 원인 분석 단계에서는, 수중 모터 펌프(100)측에서 전송하는 진동 신호를 웨이블릿 변환하여 A(근사계수) 및 D(상세계수)를 획득한 후, 이들에 대한 RMS 및 표준편차(standard deviation)를 구한다. 그리고 RMS 및 표준편차를 학습 완료된 인공 신경망에 입력함으로써, 인공 신경망을 통해 모터가 정상 상태인지, 모터 질량 불평형 상태인지, 또는 회전축 정렬 불량 상태인지를 고장 원인을 파악하도록 한다. In the failure cause analysis step of step S3, the vibration signal transmitted from the submersible motor pump 100 is wavelet transformed to obtain A (approximate coefficient) and D (real world number), then RMS and standard deviation (standard) for these deviation). Then, by inputting the RMS and the standard deviation into the artificial neural network that has been learned, it is determined whether the motor is in a normal state, a motor mass imbalance state, or a misalignment of the rotating shaft through the artificial neural network.

단계 S4의 고장 원인 재확인 단계에서는, 베어링 온도를 추가 확인한다. 이는 회전축 정렬 불량이 발생되었을 경우, 불평형 고장에 비해 베어링에 큰 진동이 발생되고 이로 인해 진동에너지가 열에너지로 변환되어 온도가 높아지는 현상이 발생하는 특징이 있기 때문이다. In the step of rechecking the cause of the failure in step S4, the bearing temperature is further checked. This is because, when a misalignment of the rotating shaft occurs, a large vibration is generated in the bearing compared to an unbalanced failure, and as a result, vibration energy is converted into thermal energy, and thus a temperature is increased.

이에 단계 S3을 통해 모터 질량 불평형으로 인한 고장 발생이 확인되며, 베어링 온도가 기 설정값 이하인 경우에는 모터 질량 불평형으로 인한 고장 발생을 통보하고, 반면 단계 S3을 통해 모터 회전축 정렬 불량으로 인한 고장 발생이 확인되며, 베어링 온도가 기 설정값 보다 큰 경우에는 모터 회전축 정렬 불량으로 인한 고장 발생을 통보하도록 한다. Accordingly, a failure due to motor mass imbalance is confirmed through step S3, and when the bearing temperature is lower than a preset value, a failure due to motor mass imbalance is reported, while a failure due to motor shaft misalignment occurs through step S3. If it is confirmed, and the bearing temperature is greater than the preset value, the failure caused by the misalignment of the rotating shaft of the motor should be notified.

즉, 본 발명에서는 모터 진동값 및 베어링 온도값을 기반으로 고장 원인을 두 번에 걸쳐 중복 체크함으로써, 보다 신뢰성있는 고장 원인 진단이 수행될 수 있도록 한다. That is, in the present invention, the cause of the failure is repeatedly checked twice based on the motor vibration value and the bearing temperature value, so that more reliable cause diagnosis can be performed.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (6)

수중에 설치되어, 전력선을 통해 인가되는 고압 전원에 의해 구동되는 수중 모터 펌프;
상기 수중 모터 펌프의 누수 여부, 권선 온도, 진동값과 베어링 온도값을 센싱하는 센싱부;
상기 센싱부의 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 상기 전력선을 통해 전송하는 수중 전력선 통신부;
상기 전력선에 커플링되어, 상기 전력선을 통해 전송되는 상기 센싱 신호를 전력선 통신 방식으로 수신하는 지상 전력선 통신부; 및
상기 센싱 신호를 시청각화하여 사용자 안내하되, 상기 센싱 신호에 포함된 진동값 및 베어링 온도값을 기반으로 모터 고장 원인을 추가 파악하고 사용자 안내하는 지상 모니터링부를 포함하며,
상기 지상 모니터링부는
고장 원인별로 변화되는 진동 세기 및 방향에 대한 정보를 가지는 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터를 통해 인공 신경망을 학습시키는 인공 신경망 학습부;
상기 인공 신경망을 통해 상기 센싱 신호에 포함된 진동값이 정상 상태에 해당하는지, 모터 질량 불평형 상태에 해당하는, 또는 회전축 정렬 불량 상태에 해당하는지 파악하는 진동값 분석부; 및
모터 질량 불평형으로 인한 고장 발생이 확인되면, 베어링 온도가 기 설정값 이하인지 확인한 후 모터 질량 불평형으로 인한 고장 발생을 사용자 안내하고, 모터 회전축 정렬 불량으로 인한 고장 발생이 확인되면, 베어링 온도가 기 설정값 보다 큰지 확인한 후 모터 회전축 정렬 불량으로 인한 고장 발생을 사용자 안내하는 고장 원인 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템. An underwater motor pump installed in the water and driven by a high-voltage power source applied through a power line;
A sensing unit for sensing whether the underwater motor pump is leaking, winding temperature, vibration value, and bearing temperature value;
An underwater power line communication unit transmitting the sensing signal of the sensing unit through the power line in a power line communication method;
A ground power line communication unit coupled to the power line and receiving the sensing signal transmitted through the power line by a power line communication method; And
Audio-visualizing the sensing signal to guide the user, based on the vibration value and the bearing temperature value included in the sensing signal to further identify the cause of the motor failure and includes a ground monitoring unit to guide the user,
The ground monitoring unit
An artificial neural network learning unit that generates learning data having information on vibration intensity and direction that is varied for each cause of failure, and trains an artificial neural network through the learning data;
A vibration value analyzer configured to determine whether the vibration value included in the sensing signal corresponds to a normal state, a motor mass imbalance state, or a rotation axis misalignment state through the artificial neural network; And
If a failure occurs due to unbalanced motor mass, the bearing temperature is set to a value below the preset value, and then the user is guided to the failure caused by unbalanced motor mass. After checking whether it is greater than the value, the fault cause detection unit for guiding the user to the occurrence of a malfunction due to the motor shaft misalignment; Ground monitoring system of the underwater motor pump comprising a. 제1항에 있어서, 상기 센싱부는
상기 수중 모터 펌프의 전원 인입실과 모터실 중 적어도 하나에 설치되어 누수 여부를 센싱하는 적어도 하나의 누수 감지 센서;
상기 수중 모터 펌프내 모터의 3상 권선 각각의 주위에 설치되어 권선 온도를 센싱하는 다수의 권선 온도 센서;
상기 모터의 상부 베어링과 하부 베어링 중 적어도 하나에 인접 설치되어 베어링 온도를 측정하는 적어도 하나의 베어링 온도 센서; 및
상기 모터의 회전 반경방향으로 설치되어 진동값을 측정하는 진동 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템. The method of claim 1, wherein the sensing unit
At least one leak detection sensor installed in at least one of the power inlet chamber and the motor chamber of the underwater motor pump to sense whether there is a leak;
A plurality of winding temperature sensors installed around each of the three phase windings of the motor in the submersible motor pump to sense the winding temperature;
At least one bearing temperature sensor installed adjacent to at least one of the upper and lower bearings of the motor to measure bearing temperature; And
Ground monitoring system of the underwater motor pump, characterized in that it comprises a vibration sensor installed in the radial direction of rotation of the motor to measure the vibration value. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 지상 모니터링부는
상기 센싱 신호를 기반으로 수중 모터 펌프의 누수 여부, 모터의 3상 권선(R, S, T) 각각의 온도, 베어링 온도, 진동값을 파악하고, 사용자 안내하는 동작 상태 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템. According to claim 1, The ground monitoring unit
Based on the sensing signal, whether the water motor pump is leaking, the temperature of each of the three-phase windings of the motor (R, S, T), bearing temperature, vibration value is identified, and further comprising an operation status checking unit to guide the user Ground monitoring system of underwater motor pump. 제1항에 있어서, 상기 지상 모니터링부는
사용자 제어값 또는 상기 센싱 신호를 통해 파악된 수중 모터 펌프 동작 상태를 기반으로 상기 수중 모터 펌프를 원격 제어하는 펌프 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템. According to claim 1, The ground monitoring unit
Ground control system of the submersible motor pump further comprises a pump control unit for remotely controlling the submersible motor pump based on the user control value or the operating state of the submersible motor pump identified through the sensing signal. 제1항에 있어서, 상기 수중 전력선 통신부와 상기 지상 전력선 통신부 각각은
상기 전력선에 연결되어 전력선의 선로전압은 차단하고 통신 신호만을 추출하는 전력선 커플러;
상기 전력선 커플러에 의해 추출된 통신 신호의 전력을 저압으로 변환하거나, 전력 증폭된 캐리어 신호를 전력선 통신에 대응하는 고압으로 변압하여 상기 전력선 커플러에 전송하는 고압 트랜스포머;
상기 고압 트랜스포머에 의해 저압 변환된 통신 신호의 특정주파수를 여과 및 동조 증폭하여 출력하는 필터 및 증폭기;
상기 필터 및 증폭기의 출력단에 연결되어 신호를 분석하고 처리하는 프로세서;
상기 프로세서에 연결되어 외부로부터의 신호를 입력받거나 외부로 신호를 출력하는 인터페이스부;
상기 프로세서의 제어에 의해 통신 신호의 캐리어를 제어하여 출력시키는 캐리어 컨트롤러;
상기 캐리어 컨트롤러의 캐리어 신호를 전압 증폭하는 캐리어 증폭기; 및
상기 캐리어 증폭기의 캐리어 신호를 전력 증폭한 후, 상기 고압 트랜스포머에 제공하는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 모터 펌프의 지상 모니터링 시스템. The method of claim 1, wherein each of the underwater power line communication unit and the ground power line communication unit
A power line coupler connected to the power line to block line voltage of the power line and extract only communication signals;
A high voltage transformer that converts power of a communication signal extracted by the power line coupler into low voltage or transforms a power amplified carrier signal into a high voltage corresponding to power line communication and transmits it to the power line coupler;
A filter and amplifier for filtering and tuning amplification and outputting a specific frequency of the low-voltage-converted communication signal by the high-voltage transformer;
A processor connected to the output terminal of the filter and amplifier to analyze and process a signal;
An interface unit connected to the processor to receive a signal from the outside or to output a signal to the outside;
A carrier controller for controlling and outputting a carrier of a communication signal under the control of the processor;
A carrier amplifier for amplifying the carrier signal of the carrier controller; And
And a power amplifier for amplifying the carrier signal of the carrier amplifier and providing it to the high-voltage transformer.
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