KR102221051B1

KR102221051B1 - 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템

Info

Publication number: KR102221051B1
Application number: KR1020200069635A
Authority: KR
Inventors: 이영주
Original assignee: (주)세종오토메이션
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-02-26

Abstract

본 발명이 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템은 적어도 하나 이상의 전동기 모터들의 상태정보를 수집하고, 수집된 상태정보에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 동작을 분산제어하는 복수 개의 MCC; 상기 복수 개의 MCC와 이중화 네트워크 통신하여 각 MCC에서 수집된 전동기 모터 및 상기 MCC의 동작상태를 진단하고, 진단결과에 따른 상기 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 분산제어신호를 각 MCC로 제공하는 PLC; 및 상기 진단결과 및 상기 분산제어신호에 따른 동작되는 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 운용상태를 플랫폼으로 제공하는 모니터링 웹 서버를 포함하고, 상기 복수 개의 MCC는 인접한 MCC 및 상기 PLC와 링 네트워크로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템{Intelligent Smart Motor Diagnosis/Control System Based on Dual Communication Network}

본 발명은 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전동기제어반(MCC: Motor Control Center)이라 함은 상하수 처리시설, 각종 건축물 등과 같은 곳에서 전동기 또는 기계설비의 전동기 모터를 안정적으로 운전하기 위해 필수적으로 요구되는 전력 관리 설비이다.

상기와 같은 종래 전동기제어반은 수요처별 사용량에 따라 설계도에 의해 전력기기의 규격만 변경되어지고 제어 및 계측회로는 어떠한 용도에도 똑같은 구조로 이루어진다.

그럼에도 불구하고 전동기제어반 제조회사의 설계자 의도에 따라 동일한 회로가 규격화되어 있지 않고 있으며 그 설계도와 일치시켜 반복되는 결선작업을 해야 하기 때문에 제조회사 역시 전문 인력란에 시달리고 있을 뿐만 아니라, 원자재 손실이 많아 비용 상승의 원인이 될수 있으며, 전문가의 제품 이해도와 설계도의 숙지 상태 등 향후 유지보수에 어려움을 겪게 되는 문제점 있다.

대한민국등록특허번호 10-1429952호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템은 적어도 하나 이상의 전동기 모터들의 상태정보를 수집하고, 수집된 상태정보에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 동작을 분산제어하는 복수 개의 MCC; 상기 복수 개의 MCC와 링 네트워크 통신하여 각 MCC에서 수집된 전동기 모터 및 상기 MCC의 동작상태를 진단하고, 진단결과에 따른 상기 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 분산제어신호를 각 MCC로 제공하는 PLC; 및 상기 진단결과 및 상기 분산제어신호에 따른 동작되는 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 운용상태를 플랫폼으로 제공하는 모니터링 웹 서버를 포함하고, 상기 복수 개의 MCC 각각은 과전류가 검출되면 전동기 모터에 공급되는 전력을 차단하는 주 전원 차단기; 복수 개의 전동기 모터들 각각에 할당된 전원을 공급 및 일정하게 공급되도록 유지하는 전원 공급 제어부; 상기 복수 개의 전동기 모터의 과부하로 인해 전류가 증가하면 상기 주 전원 차단기 내의 전자 접촉기를 개방시켜 상기 전동기 모터에 공급하는 전력을 릴레이 방식으로 차단하는 전자식 과부하 릴레이부; 상기 전동기 모터의 트립 시간, 리셋 시간, 전류 RMS, 접지 폴트 전류, 전압 RMS, 전력, 이력 및 에너지 진단 정보를 수집한 후, 상기 PLC의 분산제어신호에 기초하여 상기 주 전원 차단기의 전자 접촉기 및 전자식 부하 릴레이부의 동작을 제어하는 운영동작부; 및 상기 PLC로부터 어드레스(address)를 할당받고, Ethernet/IP 통신을 통해 상기 운영동작부에서 수집한 복수 개의 전동기 모터의 상태정보를 상기 PLC로 전송하고, 상기 PLC로부터 상기 전동기 모터의 상태정보에 따른 동작제어정보를 수신하여 운영동작부로 전달하는 이중화 통신부를 포함하되, 인접한 MCC 및 상기 PLC와 링 네트워크로 연결되고, 상기 모니터링 플랫폼은 상기 전동기 모터의 과부하에 따른 현재 전류 %, 모터출력전압, 모터출력전류, 모터출력전류 불균형 %, 인버터 설정 주파수값, 인버터 운전 주파수값, 인버터 출력전압, 인버터 출력전류, 인버터 내부 방열판 온도, 모터 평균부하 전력값 그래프, 모터의 열이용률%, 역률%, 모터의 가장 최근의 트립코드, 알람코드 표시, 모터의 평균전류, 평균라인간 전압, 현태 불륜형값 %, 총 피상전력, 무효전력 합계, 실전력 합계, 제어모듈이 존재여부, 감시모듈의 존재여부, 모터의 트립발생 여부, 모터의 각 상(phase)별 전압, 전류, 접지전류, 원격선택, 동작 피드백, 폴트 피드백, 폴트 리셋, 동작신호에 대한 상태진단, 폴트신호에 대한 상태진단을 표시 및 설정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

일 실시예에서, 상기 진단결과는 상기 복수 개의 MCC와 연결된 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 전류, 전압, 전력, 에너지, 외부 아날로그 값에 따른 동작상태결과 및 예측보전정보를 포함하고, 상기 예측보전정보는 전동기 모터의 다운타임(down-time)을 미리 막기위한 상태이상 예측정보로서, 각 전동기 모터의 과전류 값, 트립(Fault)/경고 이력, 열용량 활용도(%), 트립까지의 예상시간(현재 상태의 과부하 지속시일 경우), 누적 운전 시간, 기동 횟수, 전압&전력값을 기초로 산출되는 정보인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템 및 방법을 이용하면, 전동기의 고장 진단을 다양한 고장 유형별 진동과 전류 및 전압의 패턴 분석을 통해 구현함으로써 정확성을 크게 향상시킬 수 있으며, 판단 결과를 실시간으로 도출할 수 있는 신속성을 제공하게 된다.

이를 위해, 모터제어를 구성하는 스위치와 릴레이 등의 장치를 모듈화하고 제어 로직을 통해 동작을 하도록 함으로써, 장치의 구현을 단순화할 수 있고, 이로 인해 장치의 제작 시간 및 제작 인원을 줄일 수 있다.

또한, 개별 전동기의 고장을 조기에 인지하고, 고장유형별 위험 상황이 지속될 경우에 스스로 응급조치를 수행하여 고장의 악화로 시스템이 돌연 정지하는 상황을 방지할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 전동기 및 연결된 시스템의 고장을 진단하기 위한 기계적, 전기적 방식을 결합하여 고장진단의 정확성을 높일 뿐만 아니라 고장 유형별 진동과 전류 및 전압의 패턴 분석에 따른 원인을 명확히 구분할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 생산현장의 주요자산인 모터를 보호하고 표준 이더넷을 활용한 예측보전을 가능케하여 다운타임을 최소화할 수 있다.

또한, 각 모터 기동반 단위의 상세한 원격 모니터링 및 알람이 가능하고, 다양한 진단정보를 제공함으로써, 모터의 정확한 운용상태 모니터링을 가능케하고 보전요원에게 발생할 수 있는 문제상황에 대해 사전에 주의를 기울이게 할 수 있다는 이점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 MCC(Motor Control Center)의 세부 구성도를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 PLC의 세부구성의 일 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1에 도시된 모니터링 웹 서버에서 제공하는 전동기 진단 모니터링 플랫폼의 일 예시도이다.
도 7은 본원의 MCC와 종래의 MCC 간의 비용편익을 비교한 그래프이다.
도 8은 복수 개의 MCC와 PLC 간의 링 기반 네트워크 상태를 보여준 예시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 MCU와 외부 디바이스들 간의 연결상태를 보여준 예시도이다.
도 10은 도 1에 도시된 MCC의 회도로이다.
도 11은 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시한 도이다.

이하, 본 명세서의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하는 것이 아니며, 본 명세서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 명세서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 명세서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 명세서에서 정의된 용어일지라도 본 명세서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하, 첨부된 도면들에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기반의 지능형 모터 제어 시스템 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 스마트 모터 진단/제어 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 MCC(Motor Control Center)의 세부 구성도를 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 1에 도시된 PLC의 세부구성의 일 예시도이고, 도 4 내지 도 6은 도 1에 도시된 모니터링 웹 서버에서 제공하는 전동기 진단 모니터링 플랫폼의 일 예시도이고, 도 7은 본원의 MCC와 종래의 MCC 간의 비용편익을 비교한 그래프이고, 도 8은 복수 개의 MCC와 PLC 간의 링 기반 네트워크 상태를 보여준 예시도이고, 도 9는 도 1에 도시된 MCU와 외부 디바이스들 간의 연결상태를 보여준 예시도이고, 도 10은 도 1에 도시된 MCC의 회도로이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 제어/진단 시스템(100)은 MCC(200), 로직 제어기(300) 및 모니터링 웹 서버(400)를 포함한다.

상기 MCC(200)는 다수의 전선과 설비가 필요했던 LOP반 및 배선 등이 제거된 네트워크 기반의 지능형 모터 제어 장치로서, 케이블로 연결된 적어도 하나 이상의 전동기 모터들의 상태정보를 수집한 후, 링 네트워크 통신을 통해 후술하는 로직 제어기(PLC: Programmable logic Controller)((300)로 전송하고, 상기 로직 제어기의 제어신호에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 전동기 모터들의 동작을 분산 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 MCC(200)는 주 전원/배선 차단기(MCCB)(210), 전원 공급 제어부(220), 전자식 과부하 릴레이부(230), 운영동작부(240), 이중화 통신부(250), 전원공급부(260)을 포함한다.

상기 주 전원/배선 차단기(MCCB)(210)는 과전류가 검출되면 부하에 공급되는 전력을 차단하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 주 전원/배선 차단기(210)는 계기용변환기(Potential Transformer, 이하 PT), 변류기(Current Transformer, 이하 CT), 그리고 차단기(Circuit Breaker, 이하 CB)를 포함할 수 있다.

상기 전원 공급 제어부(220)는 복수 개의 전동기 모터들 각각에 할당된 전원을 공급 및 일정하게 공급되도록 유지하는 기능을 수행한다.

상기 전자식 과부하 계전부 (Electronic Overload Relays: EOCR)(230)는 복수 개의 전동기 모터의 과부하로 인해 전류가 증가하면 상기 로직 제어기의 제어신호에 따라 주 전원 차단기 내의 전자 접촉기를 개방시켜 전동기 모터에 공급하는 전력을 차단하는 역할을 수행한다.

아울러, 전자 접촉기는 전자식 과부하 계전부(230)를 통과한 전력을 모터에 공급하거나 차단하는 역할을 한다.

다음으로, 운영동작부(240)는 전동기 모터의 트립 시간, 리셋 시간, 전류 RMS, 접지 폴트 전류, 전압 RMS, 전력, 이력 및 에너지 진단 정보를 수집한 후, 후술하는 로직 제어기(300)로 전송하는 기능을 수행하고, 로직 제어기(240)의 제어신호에 기초하여 상기 주 전원 차단기(MCCB)(210)의 전자 접촉기 및 전자식 부하 릴레이부의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.

상기 이중화 통신부(250)는 후술하는 로직 제어기(300)로부터 어드레스(Mac address)를 할당받고, Ethernet/IP 통신을 통해 운영 동작부(240)에서 수집한 복수 개의 전동기 모터의 상태정보를 로직 제어기로 전송하고, 로직 제어기(300)로부터 상태정보에 따른 동작제어정보를 수신하여 운영동작부(240)로 전달하는 기능을 한다.

추가적으로 상기 이중화 통신부(250)는 CAN(Controller Area Network), RS-485 와 같이 드롭 다운 네트워크 구성이 가능한 통신 방식을 지원하며, 필요한 경우 USB, IEC-61850 등의 유선 네트워크 방식이나 지그비(Zigbee), 블루투스, WLAN과 같은 무선 네트워크도 지원할 수 있다.

다음으로, 상기 로직 제어기(PLC)(300)는 복수 개의 MCC(200)와 링 기반 네트워크 통신(Ethernet/IP)을 수행하고, 복수 개의 MCC(200)에서 수집된 전동기 모터의 상태정보를 진단하고, 진단결과에 따른 분산제어신호를 해당 MCC(200)로 제공한다. 또한, 진단결과를 후술하는 모니터링 웹 서버(400)로 제공한다.

여기서, 진단결과는 복수 개의 MCC(200)와 연결된 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 전류, 전압, 전력, 에너지, 외부 아날로그 값에 따른 동작상태결과일 수 있다. 또한, 진단결과는 복수 개의 MCC(200)와 연결된 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 예측보전정보를 더 포함할 수 있다.

상기 예측보전정보는 전동기 모터의 다운타임(down-time)을 미리 막기위한 상태이상 예측정보로서, 각 전동기 모터의 과전류 값, 트립(Fault)/경고 이력, 열용량 활용도(%), 트립까지의 예상시간(현재 상태의 과부하 지속시일 경우), 누적 운전 시간, 기동 횟수, 전압&전력값을 기초로 산출되는 정보일 수 있다.

부가적으로, 로직 제어기(300)는 열화진단부(310), 누설전력 진단부(320), 절연저항 상태 진단부(330), 결함진단부(340)를 더 포함할 수 있다.

상기 열화진단부(310)는 각 전동기(M)의 상태변화에 따른 전력주파수의 변화를 이용하여 열화를 진단한다. 예컨대, 상기 열화진단부(310)는 상기 전동기의 상태변화에 따른 특정 주파수의 발생여부를 기준으로 상기 전동기의 열화 진행정보를 진단하고, 상기 특정주파수는 상기 전동기의 전력주파수, 고정자의 슬롯(slot)수 및 극수, 회전자 바(bar) 수, 회전 주파수에 의해 산출되고, 특정 주파수의 에너지 크기에 따라 전동기의 열화에 따른 양호 및 불량 상태를 판단하게 된다. 이를 위하여, 각 분기별 전류에 포함된 고조파를 분석하여 분기별 전력 부하의 상태를 판단할 수 있다.

다음으로, 상기 누설전력 진단부(320)는 상기 누설전력에 따른 전류-전압을 이용하여 상기 전동기의 차전압, 차전류, 접지전류의 이상 발생여부를 판단한다.

다음으로, 상기 절연저항 상태 진단부(330)는 상기 열화 및 상기 누설전력에 기초하여 상기 전동기의 절연저항 상태를 예측진단하고, 상기 전동기의 선로에서 검출된 누설전류 및 상기 전동기의 출력전류를 이용하여 계산한 실효 절연저항값과 상기 열화진행정보를 이용하여 산출한 절연저항의 합산값을 이용하여 상기 전동기의 절연저항상태를 진단한다.

다음으로, 상기 결함진단부(340)는 전류-전압, 진동값을 이용하여 유도전동기의 슬립(slip) 및 회전주파수를 계산하고, 계산된 유도전동기의 슬립 및 회전주파수와 기 설정된 주파수 영역 결함별 진단 파라미터를 이용하여 전력주파수에 따른 결함요인을 진단한다.

다음으로, 상기 교체시점 예측부(350)는 각 진단부의 결과값을 이용하여 상기 전동기의 교체시점을 예측한다.

이때, 상기 교체시점 예측부(350)는 MLR(Multiple Linear Regression), PLS(Partial Least Sqaures), RIDGE, LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator), SCAD(Smoothly Clipped Absolute Deviation), MCP(Minimax Concave Penalty), SVM(Support Vector Machine), Bagging, Boosting 및 Random Forest 중 어느 하나의 예측모델을 이용하여 상기 수명 및 교체시점을 예측할 수 있다.

다음으로, 상기 통신부(360)는 상술한 MCC(200)로 IP 어드레스(address)를 제공하고, 이중 네트워크(Ethernet/IP) 통신(예컨대, 링 네트워크)을 통해 MCC(200)의 운영 동작부(240)로부터 복수 개의 전동기 모터의 상태정보 및 MCC(200)의 상태정보에 따른 동작제어정보를 수신하여 각 진단 구성에 해당하는 정보를 전달한다.

참고로, 도 8 참조, 본원에서 언급하는 이중(링) 네트워크는 루핑(Looping) 차단 및 빠른 복수가 가능한 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol) 또는 MRP(Media Redundancy Protocol), DLR(Device Level Ring) 중 어느 하나를 채용한 네트워크일 수 있다.

또한, 이중(링) 네트워크를 구성하는 특정 노드(예를 들어, MCC))는 링 테스트 패킷을 양 방향으로 전송하고, 양 방향으로 전송된 패킷이 모두 자신에게 돌아오는지를 확인함으로써 링 네트워크 상태를 확인할 수 있다.

추가적으로 상기 통신부(360)는 CAN(Controller Area Network), RS-485 와 같이 드롭 다운 네트워크 구성이 가능한 통신 방식을 지원하며, 필요한 경우 USB, IEC-61850 등의 유선 네트워크 방식이나 지그비(Zigbee), 블루투스, WLAN과 같은 무선 네트워크도 지원할 수 있다.

한편, 상기 로직 제어기(300)는 진단결과를 도출하는 데 있어, 데이터 마이닝 알고리즘, 예컨대, 데이터 집합의 다른 특성을 기반으로 하나 이상의 불연속 변수를 예측하는 분류 알고리즘, 데이터 집합의 다른 특성을 기반으로 수익 또는 손실과 같은 하나 이상의 연속 변수를 예측하는 회귀 알고리즘, 데이터를 속성이 유사한 항목의 그룹 또는 클러스터로 나누는 세그먼트화 알고리즘, 데이터 집합에 있는 여러 특성 사이의 상관관계를 찾는 연결 알고리즘을 이용할 수 있다.

또한, 의사결정트리(Decision Tree) 알고리즘, 인공신경망 (Artificial Neural Network) 알고리즘, 군집분석 알고리즘을 이용할 수 있다.

참고로, 데이터 마이닝이란 대용량의 데이터로부터 이들 데이터 내에 존재하는 관계, 패턴, 규칙 등을 탐색하고 찾아내어 모형화함으로써 유용한 지식을 추출하는 일련의 분석과정을 의미한다.

데이터 마이닝의 기능으로는 분류(Classification), 추정(Estimation), 예측(Predecation), 유사집단화(Affinity Grouping), 군집화(Clustering), 기술(Descriotion) 등이 있다. 데이터 마이닝에서 데이터를 추출하는 과정은 ①샘플링(sampling) →②탐색(exploration) →③수정/변환(modification) →④모델링(modeling) →⑤평가(assessment)로 나눌 수 있다. ①샘플링(sampling)은 적절한 양의 표본을 원 자료로부터 추출하는 과정이고, ②탐색(exploration)은 여러 가지의 자료의 탐색을 통해 기초통계자료, 도수분포표, 평균, 분산, 비율 등과 같은 기본적인 정보를 획득하는 과정이고, ③수정/변환(modification)는 데이터의 효율적인 사용을 위한 변수의 변환, 수량화, 그룹화 등을 통하여 데이터를 변환하는 과정이고, ④모델링(modeling)은 분석목적에 따라 적절한 기법을 사용하여 예측모형을 만드는 과정이고, ⑤평가(assessment)는 모형화의 결과에 대한 신뢰성, 유용성 등을 평가하는 과정이다.

상기 모니터링 웹 서버(400)는 상기 로직 제어기(300)의 진단결과에 따른 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 운영상태를 표시한다.

보다 구체적으로, 상기 모니터링 웹 서버(400)는 웹 브라우저를 통해 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 진단결과(상태, 트립 알림 등)를 SMTP 메시지 형태로 표시할 수 있다.

여기서, 진단결과는 적어도 하나 이상의 전동기 모터 각각의 과전류 값, 트립(Fault)/경고 이력, 열용량 활용도(%), 트립까지의 예상시간(현재 상태의 과부하 지속시일 경우), 누적 운전 시간, 기동 횟수, 전압&전력 등을 포함하는 정보일 수 있다.

또한, 진단결과는 전류, 전압, 전력, 에너지, 외부 아날로그 값을 포함할 수 있다. 예컨대, 전류는 3상 전류, 상 불평형, 지락 등이고, 전압은 3상 전압, 상간전압, 상 불평형, 주파수, Phase rotation 등이고, 전력/에너지는 KW, kVAR, kVA, Power Factor 등이고, 외부 아날로그 값은 온도, 유량, 수위 등일 수 있다.

상기 모니터링 웹 서버(400)는 전동기 진단 플랫폼을 이용하여 관리자에게 복수 개의 MCC에서 제어하는 복수 개의 전동기 모터의 운영상태정보를 설정하기 위한 설정수단을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 전동기 진단 모니터링 플랫폼은 전동기 모터의 과부하에 따른 전류/전압/인버터 주파수/평균부하/역률%/무효전력/피상전력/트립발생여부 등을 설정 및 표시하는 기능을 제공한다.

가령, 모터정격전류기준으로 현재 전류 %로 표시, 모터출력전압 표시, 모터출력전류 표시, 모터출력전류 불균형 % 표시, 인버터 설정 주파수값, 인버터 운전 주파수값, 인버터 출력전압, 인버터 출력전류, 인버터 내부 방열판 온도, 모터 평균부하 전력값 그래프, 모터의 열이용률%, 역률%, 모터의 가장 최근의 트립코드, 알람코드 표시, 모터의 평균전류, 평균라인간 전압, 현태 불륜형값 %, 총 피상전력, 무효전력 합계, 실전력 합계, 제어모듈이 존재여부, 감시모듈의 존재여부, 모터의 트립발생 여부, 모터의 각 상(phase)별 전압, 전류, 접지전류, 원격선택, 동작 피드백, 폴트 피드백, 폴트 리셋, 동작신호에 대한 상태진단, 폴트신호에 대한 상태진단을 표시하는 기능을 제공할 수 있다.

부가적으로, 본원에 개시한 MCC(200)는 입출력 디바이스, 보조전원 모듈, 디스플레이 스페이션, 제어 스테이션 들과 추가 확장 연결이 가능할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시에에 따른 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템을 이용하면, 전동기 모터의 고장 진단을 다양한 고장 유형별 진동과 전류 및 전압의 패턴 분석을 통해 구현함으로써 정확성을 크게 향상시킬 수 있으며, 판단 결과를 실시간으로 도출할 수 있는 신속성을 제공하게 된다.

도 11은 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시하는 도면으로, 상술한 하나 이상의 실시예를 구현하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스(1100)를 포함하는 시스템(1000)의 예시를 도시한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

컴퓨팅 디바이스(1100)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛(1110) 및 메모리(1120)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세싱 유닛(1110)은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리(1120)는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 추가적인 스토리지(1130)를 포함할 수 있다. 스토리지(1130)는 자기 스토리지, 광학 스토리지 등을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다.

스토리지(1130)에는 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시예를 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령이 저장될 수 있고, 운영 시스템, 애플리케이션 프로그램 등을 구현하기 위한 다른 컴퓨터 판독 가능한 명령도 저장될 수 있다. 스토리지(1130)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령은 프로세싱 유닛(1110)에 의해 실행되기 위해 메모리(1120)에 로딩될 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 입력 디바이스(들)(1140) 및 출력 디바이스(들)(1150)을 포함할 수 있다.

여기서, 입력 디바이스(들)(1140)은 예를 들어 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 또는 임의의 다른 입력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력 디바이스(들)(1150)은 예를 들어 하나 이상의 디스플레이, 스피커, 프린터 또는 임의의 다른 출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 다른 컴퓨팅 디바이스에 구비된 입력 디바이스 또는 출력 디바이스를 입력 디바이스(들)(1140) 또는 출력 디바이스(들)(1150)로서 사용할 수도 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 컴퓨팅 디바이스(1100)가 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1300))와 통신할 수 있게 하는 통신접속(들)(1160)을 포함할 수 있다.

여기서, 통신 접속(들)(1160)은 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속 또는 컴퓨팅 디바이스(1100)를 다른 컴퓨팅 디바이스에 접속시키기 위한 다른 인터페이스를 포함할 수 있다. 또한, 통신 접속(들)(1160)은 유선 접속 또는 무선 접속을 포함할 수 있다. 상술한 컴퓨팅 디바이스(1100)의 각 구성요소는 버스 등의 다양한 상호접속(예를 들어, 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조 등)에 의해 접속될 수도 있고, 네트워크(1200)에 의해 상호접속될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 "구성요소", "시스템" 등과 같은 용어들은 일반적으로 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭하는 것이다.

예를 들어, 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 하나 이상의 구성요소는 프로세스 및/또는 실행의 스레드 내에 존재할 수 있으며, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

100: 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템
200: MCC
210: 주 전원 차단기
220: 전원 공급 제어부
230: 전자식 과부하 릴레이부
240: 운영동작부
250: 이중화 통신부
300: 로직 제어기(PLC)
310: 열화진단부
320: 누설전력 진단부
330: 절연저항 상태 진단부
340: 결합진단부
350: 교체시점 예측부
360: 통신부
400: 모니터링 웹 서버

Claims

적어도 하나 이상의 전동기 모터들의 상태정보를 수집하고, 수집된 상태정보에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 동작을 분산제어하는 복수 개의 MCC;
상기 복수 개의 MCC와 링 네트워크 통신하여 각 MCC에서 수집된 전동기 모터 및 상기 MCC의 동작상태를 진단하고, 진단결과에 따른 상기 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 분산제어신호를 각 MCC로 제공하는 PLC; 및
상기 진단결과 및 상기 분산제어신호에 따른 동작되는 상기 적어도 하나 이상의 모터들의 운용상태를 플랫폼으로 제공하는 모니터링 웹 서버를 포함하고,
상기 복수 개의 MCC 각각은
과전류가 검출되면 전동기 모터에 공급되는 전력을 차단하는 주 전원 차단기;
복수 개의 전동기 모터들 각각에 할당된 전원을 공급 및 일정하게 공급되도록 유지하는 전원 공급 제어부;
상기 복수 개의 전동기 모터의 과부하로 인해 전류가 증가하면 상기 주 전원 차단기 내의 전자 접촉기를 개방시켜 상기 전동기 모터에 공급하는 전력을 릴레이 방식으로 차단하는 전자식 과부하 릴레이부;
상기 전동기 모터의 트립 시간, 리셋 시간, 전류 RMS, 접지 폴트 전류, 전압 RMS, 전력, 이력 및 에너지 진단 정보를 수집한 후, 상기 PLC의 분산제어신호에 기초하여 상기 주 전원 차단기의 전자 접촉기 및 전자식 부하 릴레이부의 동작을 제어하는 운영동작부; 및
상기 PLC로부터 어드레스(address)를 할당받고, Ethernet/IP 통신을 통해 상기 운영동작부에서 수집한 복수 개의 전동기 모터의 상태정보를 상기 PLC로 전송하고, 상기 PLC로부터 상기 전동기 모터의 상태정보에 따른 동작제어정보를 수신하여 운영동작부로 전달하는 이중화 통신부를 포함하되, 인접한 MCC 및 상기 PLC와 링 네트워크로 연결되고,
상기 모니터링 플랫폼은
상기 전동기 모터의 과부하에 따른 현재 전류 %, 모터출력전압, 모터출력전류, 모터출력전류 불균형 %, 인버터 설정 주파수값, 인버터 운전 주파수값, 인버터 출력전압, 인버터 출력전류, 인버터 내부 방열판 온도, 모터 평균부하 전력값 그래프, 모터의 열이용률%, 역률%, 모터의 가장 최근의 트립코드, 알람코드 표시, 모터의 평균전류, 평균라인간 전압, 형태 불균형값 %, 총 피상전력, 무효전력 합계, 실전력 합계, 제어모듈이 존재여부, 감시모듈의 존재여부, 모터의 트립발생 여부, 모터의 각 상(phase)별 전압, 전류, 접지전류, 원격선택, 동작 피드백, 폴트 피드백, 폴트 리셋, 동작신호에 대한 상태진단, 폴트신호에 대한 상태진단을 표시 및 설정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 진단결과는
상기 복수 개의 MCC와 연결된 적어도 하나 이상의 전동기 모터의 전류, 전압, 전력, 에너지, 외부 아날로그 값에 따른 동작상태결과 및 예측보전정보를 포함하고,
상기 예측보전정보는 전동기 모터의 다운타임(down-time)을 미리 막기위한 상태이상 예측정보로서, 각 전동기 모터의 과전류 값, 트립(Fault)/경고 이력, 열용량 활용도(%), 트립까지의 예상시간(현재 상태의 과부하 지속시일 경우), 누적 운전 시간, 기동 횟수, 전압&전력값을 기초로 산출되는 정보인 것을 특징으로 하는 이중 네트워크 기반의 지능형 모터 진단/제어 시스템.
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