KR102265395B1 - 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템 - Google Patents
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Abstract
각 사이트별 복수의 회전기기의 동작상태에 대한 이상유무를 실시간으로 자가진단하는 것이 가능하도록 설계된 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 회전기기에 각각 장착되어, 상기 복수의 회전기기 각각의 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 복수의 자가진단 모듈; 상기 복수의 자가진단 모듈에 장착된 복수의 무선통신 모듈; 상기 복수의 무선 통신 모듈과의 무선 통신으로 상기 복수의 자가진단 모듈에 의해 측정된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받는 IoT 게이트웨이; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 디스플레이하는 LED 전광판; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 저장하기 위한 DB 서버; 및 상기 DB 서버에 연결되어, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태를 실시간으로 각각 모니터링하기 위한 원격 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 회전기기에 각각 장착되어, 상기 복수의 회전기기 각각의 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 복수의 자가진단 모듈; 상기 복수의 자가진단 모듈에 장착된 복수의 무선통신 모듈; 상기 복수의 무선 통신 모듈과의 무선 통신으로 상기 복수의 자가진단 모듈에 의해 측정된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받는 IoT 게이트웨이; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 디스플레이하는 LED 전광판; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 저장하기 위한 DB 서버; 및 상기 DB 서버에 연결되어, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태를 실시간으로 각각 모니터링하기 위한 원격 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 자가진단 모듈에 복수의 무선통신 모듈을 장착하여 외부에서 IoT 게이트웨이를 통해 각 노드에서 측정되는 온도 및 진동 주파수를 수집하여 LED 전광판에 디스플레이하는 것에 의해 복수의 회전기기의 동작상태에 대한 이상유무를 실시간으로 자가진단하는 것이 가능하도록 설계된 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템에 관한 것이다.
에너지 하베스팅 기술은 태양광 발전, 열전소자의 지백(Zeeback) 효과를 이용하여 온도 차로부터 전기 에너지를 얻는 열전 발전 및 압전체를 이용하여 주변의 진동이나 충격으로부터 전기 에너지를 얻는 압전 발전으로 구분될 수 있다.
이 중, 압전체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 압전체에 기계적 변형이 인가될 경우, 전기 에너지가 발생하는 효과를 이용하여 주위의 버려지는 힘, 압력, 진동 등의 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것을 말한다.
압전체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 다른 발전 방식 보다 작은 진동을 전기 에너지로 변환하는데 용이할 뿐만 아니라, 에너지의 변환 효율 또한 높은 장점을 갖는다. 또한, 압전체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 태양광이 없는 어두운 곳이나 밤에도 발전을 할 수 있는 이점을 가지고 있다.
따라서, 항상 진동이 있거나, 압력이나 힘이 작용하는 곳, 그리고 물의 흐름이 있거나 바람이 부는 곳에서도 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 회전기기에 대한 진단 과정에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 회전기기에 대한 진단 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 회전기기(10)는 설치범위가 너무 넓어 동작상태 및 점검을 위한 접근이 용이하지 않았다.
이에 따라, 회전기기(10)에 문제가 발생할 시, 회전기기(10)를 운전하는 작업자(P)의 주관적인 판단 후 작업 관리자에게 연락하여 진동 및 이음 등을 측정기(T)를 이용하여 직접 측정하고 있었다.
이로 인해, 인력 및 시간 낭비의 비효율성이 발생되고, 발전소의 효과적인 운전에 방해가 되는 문제점이 있었다.
따라서, 회전기기(10)의 이상 진동 발생 시, 작업자(P) 및 작업 관리자가 직접적으로 관찰하여 이상유무를 확인할 수 있는 감시 장치의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 복수의 자가진단 모듈에 복수의 무선통신 모듈을 장착하여 외부에서 IoT 게이트웨이를 통해 각 노드에서 측정되는 온도 및 진동 주파수를 수집하여 LED 전광판에 디스플레이하는 것에 의해 복수의 회전기기의 동작상태에 대한 이상유무를 실시간으로 자가진단하는 것이 가능하도록 설계된 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 회전기기에 각각 장착되어, 상기 복수의 회전기기 각각의 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 복수의 자가진단 모듈; 상기 복수의 자가진단 모듈에 장착된 복수의 무선통신 모듈; 상기 복수의 무선 통신 모듈과의 무선 통신으로 상기 복수의 자가진단 모듈에 의해 측정된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받는 IoT 게이트웨이; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 디스플레이하는 LED 전광판; 상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 저장하기 위한 DB 서버; 및 상기 DB 서버에 연결되어, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태를 실시간으로 각각 모니터링하기 위한 원격 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 무선통신 모듈은 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 및 로라(RoLa) 원거리 통신 방식 중 선택된 어느 하나가 이용된다.
상기 자가진단 모듈은 상기 회전기기의 회전시 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 압전 하베스터; 상기 압전 하베스터에 전기적으로 연결되어, 상기 압전 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지를 정류하기 위한 정류 회로부; 상기 정류 회로부에 연결되어, 상기 정류 회로부에 의해 정류된 직류 전류를 충전하기 위한 충전 회로부; 상기 압전 하베스터에 전기적으로 연결되어, 상기 회전기기의 회전시 발생하는 열 및 진동에 의한 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 센싱 회로부; 상기 정류 회로부에 의해 정류된 직류 전류를 공급받아 구동하는 적어도 하나의 LED를 구비하는 LED 표시부; 및 상기 센싱 회로부로부터 측정된 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 LED 표시부의 구동을 제어하기 위한 제어 회로부;를 포함한다.
여기서, 상기 자가진단 모듈은 상기 회전기기에 설치하고 나서, 설정시간 동안 회전기기에서 발생하는 진동 주파수를 측정하여 정상 주파수 범위를 설정할 수 있다.
또한, 상기 자가진단 모듈은 정상 범위의 진동 주파수 범위를 미리 설정하고, 상기 회전기기에 부착할 수도 있다.
상기 원격 모니터링부는 상기 DB 서버에서 실시간으로 수집되는 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 모니터링하여, 각 사이트별 복수의 회전기기에 대한 동작 상태 정보 및 변화 추이를 실시간으로 하는 감시한다.
본 발명에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 자가진단 모듈에 복수의 무선통신 모듈을 장착하여 외부에서 IoT 게이트웨이를 통해 각 노드에서 측정되는 온도 및 진동 주파수를 수집하여 LED 전광판에 디스플레이하는 것에 의해 복수의 회전기기의 동작상태에 대한 이상유무를 실시간으로 자가진단하는 것이 가능해질 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 IoT 게이트웨이와 유선 또는 무선으로 연결된 DB 서버 및 DB 서버에 연결된 원격 모니터링부를 통하여 원격지에서도 각 위치별 회전기기에 대한 상태 정보 확인 및 변화 추이를 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 회전기기에 대한 동작 감시를 위해 자가발전 기능을 탑재하고도 소형화 및 일체화가 가능하여 별도의 전선 케이블 없이도 설치가 가능하기 때문에 설치비용을 최소화할 수 있고, 간단한 유지보수 기능으로 발전소, 플랜트 현장 등의 효율적인 운전에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 종래의 회전기기에 대한 진단 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 개략적으로 나타낸 회로도.
도 3은 회전기기에 자가진단 모듈을 장착한 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 구체적으로 나타낸 모식도.
도 5는 도 4의 자가진단 모듈을 확대하여 나타낸 사시도.
도 6은 도 4의 자가진단 모듈의 배면을 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 개략적으로 나타낸 회로도.
도 3은 회전기기에 자가진단 모듈을 장착한 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 구체적으로 나타낸 모식도.
도 5는 도 4의 자가진단 모듈을 확대하여 나타낸 사시도.
도 6은 도 4의 자가진단 모듈의 배면을 나타낸 평면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 개략적으로 나타낸 회로도이고, 도 3은 회전기기에 자가진단 모듈을 장착한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템(700)은 복수의 자가진단 모듈(100), 복수의 무선통신 모듈(200), IoT 게이트웨이(300), LED 전광판(400), DB 서버(500) 및 원격 모니터링부(160)를 포함한다.
복수의 자가진단 모듈(100)은 복수의 회전기기(10)에 각각 장착되어, 복수의 회전기기(10) 각각의 온도 및 진동 주파수를 측정하는 역할을 한다.
일반적으로, 회전기기(10)는 발전소, 정유공장 등의 플랜트 현장에서 필수적으로 사용되는 전동기, 모터, 펌프 등일 수 있다. 이러한 회전기기(10)는 발전소, 플랜트 등의 현장 주변의 소음으로 인하여 회전기기(10)의 정확한 동작 상태를 감지, 감시 및 점검하는 것이 어려운 상황이다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템(700)은 복수의 회전기기(10)의 온도 및 진동 주파수를 복수의 자가진단 모듈(100)을 통하여 실시간으로 수집하여 복수의 회전기기(10)의 각 작동 상태에 따라 상이한 색상의 광을 발광시키는 LED 표시부(도 5의 150) 및 LED 전광판(400)에 의해 복수의 회전기기(10)에 대한 동작상태를 작업자가 실시간 육안으로 자가진단하는 것이 가능해질 수 있다.
이때, 도 2에서는 복수의 자가진단 모듈(100) 4개가 설치된 것을 일 예로 나타내었다. 여기서, 4개의 자가진단 모듈(100), 즉 제1 자가진단 모듈(101), 제2 자가진단 모듈(102), 제3 자가진단 모듈(103) 및 제4 자가진단 모듈(104)은 서로 간이 상이한 사이트(site)에 각각 설치된 복수의 회전기기(10)에 부착되어 있을 수 있다.
이를 위해, 복수의 자가진단 모듈(100)은 복수의 자가진단 모듈(100) 각각의 내부 바닥면에 자석 부재가 배치되어 있을 수 있으며, 이러한 자석 부재에 의해 복수의 회전기기(10)에 탈 부착된다.
여기서, 진동 주파수는 자동 설정 방식 또는 수동 설정 방식으로 기준 값이 정해질 수 있다.
진동 주파수 자동 설정시에는 복수의 회전기기(10)에 복수의 자가진단 모듈(100)을 각각 부착한 후, 설정 시간 동안(일 예로, 1분)에 복수의 회전기기(10)의 회전으로 발생하는 진동 주파수를 측정하여 정상 범위의 진동 주파수를 자동으로 설정하여 자가진단하게 된다.
또한, 진동 주파수 수동 설정시에는 복수의 자가진단 모듈(100)을 복수의 회전기기(10)에 부착하기 전에 정상 범위의 진동 주파수를 미리 설정한 후, 복수의 회전기기(10)에 각각 부착하여 자가진단하게 된다.
위의 2가지 방법은 복수의 자가진단 모듈(100) 내의 자동 및 수동 설정 버튼을 통하여 수행될 수 있다.
이러한 방식으로 정상 범위의 진동 주파수를 설정한 후, 복수의 회전기기(10)에 설치된 복수의 자가진단 모듈(100)을 통해 수집된 온도 및 진동 주파수를 통하여 복수의 회전기기(10)의 정상 상태 또는 비정상 상태 별로 상이한 색상의 광을 발광시키도록 LED 표시부 및 LED 전광판(400)의 LED를 선택적으로 각각 점등시키게 된다.
일 예로, LED는 저진동 상태, 정상 상태 및 과진동 상태 별로 서로 상이한 색상의 광을 각각 발산하도록 설정되어 있을 수 있다. 이때, 저진동 상태 및 과진동 상태는 비정상 상태에 해당된다.
정상 상태는 진동 주파수 범위가 기준 값 ± 10Hz에 해당할 수 있고, 저전력 상태는 기준 값 미만의 진동 주파수 범위에 해당할 수 있으며, 과진동 상태는 기준 값을 초과하는 진동 주파수 범위에 해당할 수 있다.
이때, LED 표시부 및 LED 전광판(400)의 LED는 적색(R)-노란색(Y)-파란색(B)-노란색(Y)-적색(R)의 순서로 서로 상이한 색상의 광을 발산할 수 있다.
즉, 저진동 상태에서 적색 광(R)의 LED를 점등하고, 저진동 상태와 정상 상태의 사이 구간에는 노란색 광(Y)의 LED를 점등하며, 정상 상태에서는 파란색 광(B)의 LED를 점등하고, 정상 상태와 과진동 사이 구간에는 노란색 광(Y)의 LED를 점등하며, 과진동 상태에서는 적색 광(R)의 LED를 점등하도록 설정되어 있을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 자가진단 모듈(100)은 내부에 장착되는 자석 부재에 의해 손쉽게 복수의 회전기기(10)에 탈부착시키는 것이 가능하며, 작업자가 LED 표시부 및 LED 전광판(400)을 통하여 각 사이트별로 장착되어 있는 복수의 회전기기(10)에 대한 동작 상태를 육안으로 자가진단하는 것이 가능한 알림 서비스를 제공한다.
복수의 무선통신 모듈(200)은 복수의 자가진단 모듈(100)에 장착된다. 이러한 복수의 무선통신 모듈(200)은 복수의 자가진단 모듈(100)의 내부에 장착되거나, 또는 복수의 자가진단 모듈(200)의 외부에 장착되어 있을 수 있다. 이때, 복수의 무선통신 모듈(200)은 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 및 로라(RoLa) 원거리 통신 방식 중 선택된 어느 하나를 이용하여 무선 통신이 이루어질 수 있다.
IoT 게이트웨이(300)는 복수의 무선 통신 모듈(200)과의 무선 통신으로 복수의 자가진단 모듈(100)에 의해 측정된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받는다. 이를 위해, IoT 게이트웨이(300)는 복수의 무선통신 모듈(200)과의 무선 통신으로 복수의 회전기기(10)의 동작시의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받기 위한 무선 수신기와, 무선 수신기로부터 전달받은 온도 및 진동 주파수 데이터를 수집 및 저장하기 위한 데이터 수집기를 구비할 수 있다.
LED 전광판(400)은 IoT 게이트웨이(300)에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 복수의 회전기기(10)의 동작 상태 정보를 디스플레이한다.
이에 따라, 복수의 회전기기(10)에 장착되는 복수의 자가진단 모듈(100)로부터 측정된 복수의 회전기기(10) 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 복수의 무선통신 모듈(200)과의 무선 통신을 통하여 IoT 게이트웨이(300)로 전달되고, IoT 게이트웨이(300)와 전기적으로 연결된 LED 전광판(400)으로 각 사이트별로 설치되어 있는 복수의 회전기기(10)에 대한 작동 상태를 디스플레이하는 것에 의해 작업자가 실시간으로 복수의 회전기기(10)에 대한 작동 상태의 이상 여부를 육안으로 확인할 수 있게 된다.
DB 서버(Data Base server, 500)는 IoT 게이트웨이(300)에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 저장하기 위해 장착된다. 이를 위해, DB 서버(500)는 무선 수신기를 구비하며, 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
원격 모니터링부(600)는 DB 서버(500)에 연결되어, 복수의 회전기기(10)의 동작 상태를 실시간으로 각각 모니터링하는 역할을 한다. 이때, 원격 모니터링부(600)에는 다수의 작업 관리자들이 모니터 화면을 통하여 복수의 회전기기(10)의 작동 상태를 원격으로 감시하게 된다.
이에 따라, 원격 모니터링부(600)는 DB 서버(500)에서 실시간으로 수집되는 복수의 회전기기(10)의 동작 상태 정보를 모니터링하여, 각 사이트별 복수의 회전기기(10)에 대한 동작 상태 정보 및 변화 추이를 실시간으로 하는 감시하는 것이 가능해질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템을 구체적으로 나타낸 모식도이고, 도 5는 도 4의 자가진단 모듈을 확대하여 나타낸 사시도로, 도 3과 연계하여 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템(700)은 복수의 회전기기(10)의 온도 및 진동 주파수를 복수의 자가진단 모듈(100)을 통하여 실시간으로 수집하여 복수의 회전기기(10)의 각 작동 상태에 따라 상이한 색상의 광을 발광시키는 LED 표시부(140) 및 LED 전광판(400)에 의해 복수의 회전기기(10)에 대한 동작상태를 작업자(W)가 실시간 육안으로 자가진단할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명의 자가진단 모듈(100)은 압전 하베스터(110), 정류 회로부(120), 충전 회로부(130), 센싱 회로부(140), LED 표시부(150) 및 제어 회로부(160)를 포함한다.
압전 하베스터(110)는 회전기기(10)의 회전시 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 역할을 한다. 즉, 압전 하베스터(110)는 회전기기(10)의 회전시 발생하는 자체적인 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것에 의해 자가발전이 가능하여 자체적인 전력 확보가 가능해질 수 있다.
이를 위해, 압전 하베스터(110)는 한쪽 금속면이 고정되는 캔틸레버 타입 및 양쪽 금속면이 고정되는 벤더 타입의 압전 하베스터 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 회전기기(10)의 회전시 발생하는 자체적인 진동 에너지로부터 전기 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅이 가능한 압전 하베스터(110)가 장착되어 있다. 이에 따라, 별도의 전선 케이블을 설치할 필요가 없으므로 전선 케이블을 설치하는데 소요되는 비용 및 인력이 필요 없으며, 2차 배터리를 사용하지도 않기 때문에 배터리 설치 및 교체를 위한 비용, 시간 및 인력이 필요 없게 된다.
정류 회로부(120)는 압전 하베스터(110)에 전기적으로 연결되어, 압전 하베스터(110)에 의해 생성된 전기 에너지를 정류하기 위해 장착된다. 즉, 정류 회로부(120)는 압전 하베스터(110)에 전기적으로 연결되어 교류 전류를 직류 전류로 정류하게 된다.
충전 회로부(130)는 정류 회로부(120)에 연결되어, 정류 회로부(120)에 의해 정류된 직류 전류를 충전하기 위해 장착된다. 이러한 충전 회로부(130)에는 직류 전류를 저장하기 위한 커패시터나 슈퍼 커패시터 등의 충전 소자가 탑재되어 있을 수 있다.
센싱 회로부(140)는 압전 하베스터(110)에 전기적으로 연결되어, 회전기기(10)의 회전시 발생하는 열 및 진동에 의한 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위해 장착된다.
이를 위해, 센싱 회로부(140)는 회전기기(10)의 작동시 발생하는 열에 의한 온도를 측정하기 위한 온도 센서와, 회전기기(10)의 작동시 발생하는 진동에 의한 진동 주파수를 측정하기 위한 진동 센서를 포함할 수 있다. 이때, 온도 센서로는 비접촉식 온도 센서가 이용될 수 있고, 진동 센서로는 폴리머 소재나 압전 캔틸레버가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
LED 표시부(150)는 정류 회로부(120)에 의해 정류된 직류 전류를 공급받아 구동하는 적어도 하나의 LED를 구비한다.
LED 표시부(150)는 회전기기(10)의 동작시, 정상 상태 및 비정상 상태 별로 상이한 색상의 광을 발광시켜 자가진단을 실시하게 된다. 상술한 바와 같이, LED는 저진동 상태, 정상 상태 및 과진동 상태 별로 서로 상이한 색상의 광을 각각 발산하도록 설정되어 있을 수 있다.
제어 회로부(160)는 센싱 회로부(140)로부터 측정된 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, LED 표시부(150)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
이러한 제어 회로부(160)는 센싱 회로부(140)에 의해 측정된 온도 및 진동 주파수를 측정한 측정 값이 정상 범위일 시에는 제1 색상의 광을 발광하도록 LED를 점등시키고, 정상 범위를 벗어날 경우에는 제1 색상의 광과 상이한 제2 색상의 광을 발광하도록 LED를 점등시킬 수 있다.
이를 위해, 제어 회로부(160)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
한편, 도 6은 도 4의 자가진단 모듈의 배면을 나타낸 평면도로, 도 4와 연계하여 설명하도록 한다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자가진단 모듈(100)은 케이스(105) 및 충격 흡수 테이프(180를 더 포함할 수 있다.
이때, 자가진단 모듈의 케이스(105)는 압전 하베스터(110), 정류 회로부(120), 충전 회로부(130), 센싱 회로부(140), LED 표시부(150) 및 제어 회로부(160)를 수납한다. 또한, 자가진단 모듈의 케이스(105)는 무선통신 모듈(200)을 더 수납할 수 있다.
이러한 자가진단 모듈의 케이스(105) 내부 바닥면에는 자석 부재(170)가 부착된다. 이때, 자석 부재(170)는 자가진단 모듈의 케이스(105) 내부 바닥면의 중앙 부분에 배치되어 있을 수 있다. 이때, 자석 부재(170)는 복수개가 서로 이격되는 형태로 배열되는 것이 바람직하다.
충격 흡수 테이프(180)는 자가진단 모듈의 케이스(105) 외측 배면에 부착된다. 이러한 충격 흡수 테이프(180)는 자가진단 모듈의 케이스(105) 외측 배면에 부착되어, 자가진단 모듈(100)을 회전기기에 부착할 시, 회전기기와 자가진단 모듈의 케이스(105)가 직접적으로 맞닿는 것을 방지한다. 이에 따라, 충격 흡수 테이프(180)는 회전기기에 부착되는 자가진단 모듈(100)의 장기간 사용으로 자가진단 모듈(100)에 스크래치나 크랙이 가해지는 것을 방지한다.
이를 위해, 충격 흡수 테이프(180)는 자석 부재(170)와 중첩되지 않도록 자가진단 모듈(100)의 네측 가장자리를 둘러싸는 사각테 형태로 부착되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 충격 흡수 테이프(180)는 자석 부재(170)와는 일정 간격 이격되는 형태로 부착된다.
이때, 충격 흡수 테이프(180)는 300 ~ 1,000㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 충격 흡수 테이프(180)의 두께가 300㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇아 충격 흡수 기능을 제대로 발휘하지 못할 우려가 크다. 반대로, 충격 흡수 테이프(180)의 두께가 1,000㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 회전기기로부터의 진동이 자가진단 모듈(100)로 원활히 전달되지 못할 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
이러한 충격 흡수 테이프(180)는 바인더 수지 20 ~ 40 중량%, 흑색 착색제 5 ~ 10 중량%, 필러 1 ~ 10 중량% 및 나머지 고분자 수지를 포함할 수 있다.
이때, 바인더 수지로는 우레탄 수지를 이용하고, 고분자 수지로는 에폭시 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 흑색 착색제는 카본블랙, 흑연, 아닐린블랙, 시아닌블랙, 티탄블랙, 흑색 산화철, 산화크롬, 산화망간 등에서 선택된 1종 이상의 흑색 안료가 이용될 수 있다. 필러는 실리카, 알루미나, 수산화알루미늄, 탈크(Talc) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 자가진단 모듈에 복수의 무선통신 모듈을 장착하여 외부에서 IoT 게이트웨이를 통해 각 노드에서 측정되는 온도 및 진동 주파수를 수집하여 LED 전광판에 디스플레이하는 것에 의해 복수의 회전기기의 동작상태에 대한 이상유무를 실시간으로 자가진단하는 것이 가능해질 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 IoT 게이트웨이와 유선 또는 무선으로 연결된 DB 서버 및 DB 서버에 연결된 원격 모니터링부를 통하여 원격지에서도 각 위치별 회전기기에 대한 상태 정보 확인 및 변화 추이를 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템은 복수의 회전기기에 대한 동작 감시를 위해 자가발전 기능을 탑재하고도 소형화 및 일체화가 가능하여 별도의 전선 케이블 없이도 설치가 가능하기 때문에 설치비용을 최소화할 수 있고, 간단한 유지보수 기능으로 발전소, 플랜트 현장 등의 효율적인 운전에 크게 기여할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
700 : 일체형 감시 시스템 100 : 자가진단 모듈
110 : 압전 하베스터 120 : 정류 회로부
130 : 충전 회로부 140 : LED 표시부
150 : 센싱 회로부 160 : 제어 회로부
200 : 무선통신 모듈 300 : IoT 게이트웨이
400 : LED 전광판 500 : DB 서버
600 : 원격 모니터링부 10 : 회전기기
110 : 압전 하베스터 120 : 정류 회로부
130 : 충전 회로부 140 : LED 표시부
150 : 센싱 회로부 160 : 제어 회로부
200 : 무선통신 모듈 300 : IoT 게이트웨이
400 : LED 전광판 500 : DB 서버
600 : 원격 모니터링부 10 : 회전기기
Claims (6)
- 복수의 회전기기에 각각 장착되어, 상기 복수의 회전기기 각각의 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 복수의 자가진단 모듈;
상기 복수의 자가진단 모듈에 장착된 복수의 무선통신 모듈;
상기 복수의 무선 통신 모듈과의 무선 통신으로 상기 복수의 자가진단 모듈에 의해 측정된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받는 IoT 게이트웨이;
상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 디스플레이하는 LED 전광판;
상기 IoT 게이트웨이에 의해 수집된 각각의 온도 및 진동 주파수 데이터를 저장하기 위한 DB 서버; 및
상기 DB 서버에 연결되어, 상기 복수의 회전기기의 동작 상태를 실시간으로 각각 모니터링하기 위한 원격 모니터링부;를 포함하며,
상기 자가진단 모듈은 상기 회전기기의 회전시 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 압전 하베스터와, 상기 압전 하베스터에 전기적으로 연결되어, 상기 압전 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지를 정류하기 위한 정류 회로부와, 상기 정류 회로부에 연결되어, 상기 정류 회로부에 의해 정류된 직류 전류를 충전하기 위한 충전 회로부; 상기 압전 하베스터에 전기적으로 연결되어, 상기 회전기기의 회전시 발생하는 열 및 진동에 의한 온도 및 진동 주파수를 측정하기 위한 센싱 회로부와, 상기 정류 회로부에 의해 정류된 직류 전류를 공급받아 구동하는 적어도 하나의 LED를 구비하는 LED 표시부와, 상기 센싱 회로부로부터 측정된 온도 및 진동 주파수 데이터를 전달받아, 상기 LED 표시부의 구동을 제어하기 위한 제어 회로부와, 상기 압전 하베스터, 정류 회로부, 충전 회로부, 센싱 회로부, LED 표시부 및 제어 회로부를 수납하기 위한 케이스와, 상기 케이스의 외측 배면에 부착된 충격 흡수 테이프를 포함하고,
상기 케이스는 내부 바닥면에 자석 부재가 부착되고,
상기 충격 흡수 테이프는 자석 부재와 중첩되지 않도록 자가진단 모듈의 네측 가장자리를 둘러싸는 사각테 형태로 부착되며, 상기 충격 흡수 테이프는 300 ~ 1,000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 무선통신 모듈은
와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 및 로라(RoLa) 원거리 통신 방식 중 선택된 어느 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자가진단 모듈은
상기 회전기기에 설치하고 나서, 설정시간 동안 회전기기에서 발생하는 진동 주파수를 측정하여 정상 주파수 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 자가진단 모듈은
정상 범위의 진동 주파수 범위를 미리 설정하고, 상기 회전기기에 부착하는 것을 특징으로 하는 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 원격 모니터링부는
상기 DB 서버에서 실시간으로 수집되는 복수의 회전기기의 동작 상태 정보를 모니터링하여, 각 사이트별 복수의 회전기기에 대한 동작 상태 정보 및 변화 추이를 실시간으로 감시하는 것을 특징으로 하는 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템.
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| KR1020190138315A KR102265395B1 (ko) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템 |
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| KR1020190138315A KR102265395B1 (ko) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | 회전기기에 대한 실시간 동작 상태 모니터링을 위한 자가발전 기반의 일체형 감시 시스템 |
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