VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 2017

2017년 12월 31일 일요일

상태감시의 개요 (Condition Monitoring)

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상태감시(Condition Monitoring)란? 설비의 상태를 나타내는 정보나 데이터를 검출 및 수집하는 것으로서 사후보전(고장이 난 후 수리하는 유지보수방법)과 시간보전(계획된 강제시간간격으로 수리하는 유지보수방법)에 비교된 용어라고 할 수 있다. 최근 이슈되고 있는 PHM, 빅데이터, IOT의 활용은 모두 이러한 상태감시시스템으로부터 수집된 데이터 또는 수집하는 수단, 결과의 활용에 언급된 용어로 본다면 결국 애초의 시작은 ‘측정’이라고 할 수 있는 것이다.

상태감시와 설비진단

산업 플랜트는 많은 설비에 의해 구성된다. 적어도 중요기기는 상호연관을 가지고 컴퓨터에 의해 운전, 제어되고 아울러 온라인으로 감시되고 있다. 어떻게 보면 고도로 최적화된 하나의 컴퓨터 응용시스템이다. 또한 주변의 보조기기들은 정기적으로 오프라인으로 감시된다. 일련의 결함에 의해 플랜트 전체가 운전불능 상태에 빠지는 경우도 있으므로 아주 중요한 임무라고 할 수 있다.

총체적으로 항상 건강한 상태에서 운전되는 것이 요망된다. 그러나 운전하는 설비에는 항상 고장의 원인이 되는 여러 스트레스의 상태, 설비의 열화나 고장, 운전상태에 문제가 있기 마련이다. 이러한 건강하지 않은 부위를 조기에 발견하여 플랜트의 치명적인 사고를 사전에 방지하며 설비의 신뢰성을 극대화시킬 수 있는 정기적인 검진기술로서 기계의 상태감시가 요구되는데 예를 들어 보건소에서 행하는 정기 간이건강진단서비스가 이에 해당한다고 할 수 있다. (간이진단)

한편 설비진단이라함은 현재의 상태를 평가하고 이상상태의 징후를 미리 판단하는 컨설팅으로서 이상상태를 알아내는 것은 진단기술로 진동, 열화상, 초음파, 윤활, 온도 등이 있으며 그 ‘상태’는 결국 모니터링을 통해서 측정 및 수집이 되므로 상태감시와 설비진단은 서로 떼어 놓을 수 없이 밀접한 관계라 할 수 있다.

다시 말하면 시스템을 통하여 필요한 상태를 잘 모니터링하는 방법이 상태감시이고 이 방법을 통해 얻은 적절한 상태파라미터를 이용하여 진단을 내린 결과를 이용하여 위험의 가능성을 줄이고 설비의 수명을 늘리며 궁극적으로 위험모니터링과 생산성의 수준을 높인다는 것이다.

키워드	온라인 모니터링시스템, VMS

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2017년 12월 16일 토요일

에일리어싱(Aliasing)

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자동차를 타고 가다가 옆에서 같이 주행하고 있는 차량 바퀴 휠이 움직이는 모습이 보이는가 싶더니 어느 순간 주행방향과 달리 거꾸로 돌고 있거나 또는 천천히 움직이는 것처럼 보일 때가 있다 또는 영화의 필름을 빨리 움직일 때 끈어진 영상이 보이는 것, 나이트클럽에서 강하게 점멸하는 불빛으로 상대의 움직임이 마치 그림같을 때, 그리고 Stroboscope로 회전체의 회전형상을 정지하게 하여 회전수(RPM)을 측정하거나 표면을 검사할 때 어떤 한계를 느끼는데 이를 Aliasing이라는 용어로 설명할 수 있다.

Aliasing

물리적인 현상 또는 신호를 Analogue로 끈어짐이 없이 이루어진 선이라 설명한다면 신호를 빠르게 분석하고 데이터화하기 위해서 수많은 점으로 끈어진(설명할 수 있는)Digital화하는 절차를 AD변환(ADconverter)이라고 한다. 이 AD변환시 샘플링하는 주파수, 즉 초당 샘플수에 이상이 생기면 샘플링이 부족하여 제대로된 파형을 읽지 못하는 또는 시간영역의 그래프를 촘촘히 표현하지 못해서 고주파의 거짓신호를 생성하는 현상을 말한다. 하지만 이 거짓신호를 걱정하지 않아도 된다. 최근의 진동계측기는 거짓고주파를 차단하는 low pass filter를 통해 이를 방지하고 있기 때문이다.

Nyquist cutoff주파수란 Fs/2.56과 같으며 Aliasing오류가 생기지 않는 주파수를 의미하며 대체로 계측기에서의 최대주파수(Fmax)를 의미한다. 이때 Fs는 2.56* Fmax보다 커야 이론상으로 Aliasing을 피할 수 있다. 보통 진동FFT계측기에서는 2.56을 2로 선정하고 대신 AD컨버터 앞에 Anti-aliasing 필터인 Low pass filter를 사용하여 이를 방지하도록 설계되어 있다. 또한 Sampling rate는 1초당 Fs를 의미하므로 Fmax를 설정하기 위해 sampling rate의 입력창에 원하는 Fmax의 2배를 넣어주어야 할 때도 있다.

키워드	Aliasing, 에일리어싱, 샘플링, AD컨버터, 나이키스트

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2017년 12월 2일 토요일

Ski slope현상

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현실적인 진동측정방법에서 저주파의 진동을 측정하는 것에는 많은 물리적인 장애사항이 있고 계측기나 센서의 특성에서 그 한계를 경험할 수 있다. 특히 일반적인 피에조형 가속도센서를 이용하여 측정한 값을 변위로 환산하려 하는 경우에 저주파를 제대로 확인할 수 있다고 하는 것은 매우 특별한 기술(고감도 센서사용, 아날로그 적분회로, SST기술 등)을 요구하며 진동계에서 이를 환산하여 확인한다는 것은 그 만큼 부정확하다고 할 수 있다. 문제는 가속도를 측정하여 속도로 적분한 다음 물체의 진동을 평가하는 점인데 이는 매우 보편적이므로 저주파의 한계를 알고 설정해야 하는 방법을 알고 주의해야 할 것이다.

저주파 display한계-ski slope

Spectrum의 Ski slope현상이란 저주파의 대역에 활강스키출발대처럼 큰 진폭으로 형성되어 있는 측정오류 구간을 말한다. 대부분의 계측기 화면은 Auto ranging되어 있으므로 자동으로 진폭의 최대값을 최적으로 맞추어 보게 하는데 이 ski-slope현상으로 인해서 원하는 주파수의 진폭이 너무 작아서 제대로 보기어렵고 전체 진동량(Overall)에도 합산의 오류가 생기게 된다. 따라서 계측기별로 기본적으로 그 표현의 한계를 한정하거나 수동으로 설정할 수 있는데 이 한계선을 Low frequency cutoff 주파수라고 한다. 이 것을 설정하고 측정하면 화면에 오류가 표기되지 않고 진동량에 합산되지도 않게 된다. 그러나 그 이하 저주파는 볼 수 없다.

Ski-slpoe현상의 발생원인은 다음과 같이 정리할 수 있다.

1. 가속도센서의 특성(저주파 한계)와 적분(Integration)상수 환산 오류로 인해 발생(매우 적은 진폭이나 그 만큼 작은 진폭의 주파수를 확인할 경우 구분이 불가함, 가속도센서의 감도를 높은 것으로 사용하고 아날로그 적분을 수행할 것)

2. 충격파형의 혼입으로 인한 Overload-기어박스의 과도한 충격이나 유체의 Cavitation 등이 크게 발생하는 경우에 충격파형은 신호의 내부변조(Intermodulaton)에 의해 주파수의 Floor noise를 형성한다. 매우 큰 값의 Ski slope 진폭이 발생한다. 이 때에는 cut off freq설정으로High pass filter를 사용한다.

3. 외부의 신호가 함입될 수 있다. 저주파를 포함한 외부신호가 혼입되어 측정이 되면 이렇게 나타날 수 있다. 케이블의 고정불량에 의한 노이즈 등도 측정시 반드시 확인해보아야 한다.

키워드	스키슬로프효과, 저주파측정오류, 가속도센서의한계, 주파수스펙트럼

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2017년 11월 18일 토요일

계측편람- 초음파 음향방출 가스누출카메라 및 설비 진단기 – Leak Shooter V3(strap shooter)

계측편람- 초음파 음향방출 가스누출카메라 및 설비 진단기

– Leak Shooter V3(strap shooter)

TEL: 02-6480-9991 mail: sales@astint.co.kr

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진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, vshooter, 발란싱 EI Digivib MX30, IOG shock recorder, Ronds, vwd, 진동램프

초음파 음향방출 누출 진단기, 설비진단기, 카메라형

- 초음파(AE)+ 카메라+ 온도 발생위치 및 발생량 표기

- LCD화면에 발생위치표식(스트랩 오류확인 전용S/W)

- 발생위치 및 실사화면 저장 및 출력

- 초음파 발생량 표식 (dB; 50~110, RMS & Max)

- 헤드폰으로 필터링된(34~40kHz~46) 초음파 청음.

- 가스누출량 (20m, 3bar, 0.1mm)

- -10~+50℃

- PC 소프트웨어 연동 파일관리

- Flexible probe 및 기계측정 및 관리용 탐침봉(option)

- 화면과 청음 그리고 온도를 동시계측(LCD, 헤드폰, 적외선)

- 스팀트랩 전용 S/W내장

- 가스누출감지기와 설비진단기에 활용 (초음파발생의 원리)

- 진보된 버젼 업그레이드, 합리적인 가격

- 편리하고 사용하기 쉬운 계측방법

- 다양한 개인취향에 따른 사용도

- 정비위치 파악에 의한 사전예측 및 예지보전에 활용

- 검사신뢰성 및 돌발고장 방지에 의한 운행률 증가

- 누출검사 (가스, 에너지, 스팀사용 공정플랜트, 압축기제조, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 실내기밀, 가스이송, 조선, 누수누유 관련 사업체)

- 설비진단 (회전기계 구름베어링수명검사, 마찰검사, 기어검사, 저속회전기계검사 , 공작기계 및 반도체시험 장치 , 전기계전판넬, 송전탑 및 변전 코로나 검지 등에 활용)

2017년 11월 11일 토요일

하모닉과 사이드밴드 (진동에서 Harmonics과 Sidebands가 발생하는 이유)

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기계가 진동이 문제가 되어 설비진단에서 진동의 원인을 밝히고자 할 때 진동의 신호분석은 반드시 필요한 과정이다. 센서와 FFT(Machinery analyzer, Data collector 등으로 불리우기도 함)를 통해 측정된 신호는 기본적으로 시간파형(Waveform)과 주파수파형(Spectrum)으로 분석하게 되고 이 때 설비의 결함분석을 위한 첫 번째 과정이 있다. 바로 하모닉 성분을 확인하는 절차이다.

Harmonic & Sidebands

하모닉(동기성분, 조화파, Harmonics)은 설비진단에서 공공으로 명명된 ‘1X’(Order)의 정수배의 성분을 말하며 스펙트럼에서 나란히 회전주파수의 간격을 두고 피크로 확인된다. 즉, 회전주파수(Turning Speed)가 30Hz일 때60Hz는 2X가 되고 180Hz는 6X가 되는 것이다. 예를 들어 회전하는 축에 부착된 날개의 수가 6개가 있다면 한 번 회전시 6번의 이벤트가 발생하므로 6X의 주파수가 그 회전기계에서 잘 관찰된다. 하모닉이 발생하는 원인은 여러 가지가 있으나 주로 비선형, 비대칭파형일 경우, 정현파가 아닌 삼각파, 사각파에 가까울 경우에 발생한다.

반면에 사이드밴드(측대파, Sidebands)는 근접 주파수 간의 간섭, 보강현상을 의미하며 주요주파수 전후에 간섭주파수의 간격을 두고 확인되는 다른 작은 주파수를 말한다. 발생원인은 변조(Amplitude Modulation)에 의한다. 즉, 두 개의 파형이 서로 변조(간섭하여 에너지가 전달되는 현상)하면 저주파에 고주파가 동승하여 타고 전송되는데 기계의 기어나 베어링과 회전수간의 문제가 있을 경우, 모터의 전기적 결함이 있을 경우 자주 목격할 수 있다. 이 신호를 이용하여 진동의 원인을 밝혀내는데 중요한 증거자료로서 활용된다.

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기어진동, 베어링진동, 하모닉, 사이드밴드, 설비진단

2017년 11월 4일 토요일

계측편람- 신개념 설비관리 – Vshooter(진동,온도,RPM,소리,사진)

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진동설비진단, 설비진동관리 (간편 설비관리 및 진단방식)

- Route 측정(정기측정, 진동저장 설비진단관리)

- 간편 자동진단기능(Imbal, Misalign, Bearing, Loose)

- Overall 자동 진동평가(ISO)

- 카메라 동시측정 (측정포인트 저장)

- Stroboscope측정 (RPM 저장)

- 적외선 온도계측정 (온도 저장)

- Stereo sound측정 (발생소음 저장)

- 연속 8hour battery

- Micro usb output to PC

- 100mV/g accelerometer with magnetic

- IP54방수

- 이해하기 쉬운 원리, 간편한 측정(Route)

- Easy 설비관리(ISO진동기준)

- Multi tech저장(진동+온도+RPM+사진+소음)

- 자동진단결과 (간편한 설비관리, 주요 고장원인의 간편분석)

- 소출력 다량설비의 관리에 최적

- 자동차관련 제조사, 전기전자 제품 제조사 유틸리티 관리

- 실무. 실용적 설비관리툴의 구현

- 합리적인 가격대(1천만원 이하)

- Made in FRANCE

- 설비진단, 설비관리 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire 기타 분야)

- 설비관리분야 (유틸리티 관리 최적, 자동차, 전기전자, 정유 중화학공장, 제지, 전력,가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 조립생산, 조선 관련 사업체)

- 설비진단자격 미보유자도 쉽게, 설비관리자 활용, 온라인모니터링시스템의 이상진단용. 예측진단팀, 정비팀, Reliability팀, 설비보전팀, 공무팀, 생산지원팀, 시설팀. 설비진단엔지니어링컨설팅사

2017년 10월 28일 토요일

진동의 단위 dB(V) –(수직방향 가중 진동 가속도레벨)

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사람은 소리에는 20~20,000Hz까지 느낄 수 있지만 진동에는 0.1~500Hz까지 반응한다. 보통 진동의 공해 범위는 1~90Hz까지로 구분하는데 이 구역이 바로 사람이 민감하게 반응하는 주파수영역이기 때문이다. 특히, 수평방향에서는 1~2Hz가 수직방향으로는 4~8Hz이 매우 민감하다. 또한 이와는 예외적으로 수직방향 1Hz이하에서 배멀미 같은 초저주파수가 발생할 수 있는데 이 또한 진동과 관련이 있다. 주파수 이외에 신경을 써야 할 부분은 공해에 해당되는 주파수이더라도 진동진폭이 커야 비로소 공해이고 고통스러움을 느낀다는 것이다. 반면에 진폭진폭이 크면 공해로 구분되어 있지 않더라도 인간에 해로울 수 있다.

dB(V) 진동가속도 수직방향레벨

일반적으로 소음은 ‘데시벨(dB)’라고 하여 dB(A)로 사람이 민감한 부분을 가중(Weighted)감안한 A가중을 사용하지만, 진동은 “dB(디비)”라고 보통 호칭하며 dB(V)로 표현한다. 이 단위는 ‘진동레벨’로서 진동가속도레벨에 가중한 것으로 아래처럼 산출된다.

이때 가속도 a[m/s²]는 rms의 값을 입력해야 하며 α는 수직방향가중치로서 첨부 표처럼 주파수마다 그 식이 다르다. 대한민국 소음진동관리법 중 진동은 dB(V), L10 값으로 측정하여 관리하고 있으며65dB(V)가 보통 상한선이며 90dB(V)는 8시간 한계기준으로 권장하고 있다. 감각의 예를 들면50dB(V)에서 사람이 감각하고 자동차엔지 140~150, 핸들 100~110정도가 된다. 그러나 과거에는 진폭의 단위로 dB를 많이 사용하였으나 최근에는 변위, 속도, 가속도의 값을 직접 읽어주며 특히 가속도센서를 많이 사용하므로 G, 이 값을 속도로 적분 변환한 mm/s, 변위센서(대형기기감시용)가 많이 사용되는 곳은 µm를 보편적으로 사용한다.

키워드	수직진동보정곡선, 진동레벨, dB(V), 진동가속도레벨, VL, VAL

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2017년 10월 21일 토요일

발전소터빈의 진동과 철도차량진동의 차이

발전소터빈의 진동과 철도차량진동의 차이

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당연한 이해로 생각이 들 수 도 있지만 발전소 또는 일반산업플랜트의 진동과 철도차량의 진동을 비교하자면 에어컨 실외기모터의 진동과 자동차의 주행시 진동을 예를들면 잘 맞을 것이다. 큰 차이는 작고 크고를 떠나서 또는 얼마나 자주, 빨리를 떠나서 가장 다른 것은 속도(회전주파수)의 변동여부이다. 즉, 에어컨 실외기의 모터는 시동 후 즉시 정속가동하고 속도는 변하지 않지만 자동차(철도)는 움직일 때 엑셀을 밟을때마다 속도가 수시로 변동한다.

정상운전상태와 과도운전상태의 진동의 차이

대형연속생산공정에서 흔히 사용하는 원동기(모터, 터빈)등은 급속도의 시간에 정해진 속도를 주어 팬, 펌프, 압축기, 롤 등을 가동한다. 변속이 필요한 경우는 기어, 벨트, 체인 등으로 변속을 하고 VVV시스템으로 원동기의 속도를 변동할 수 있지만 대부분의 대형공장은 같은 속도로 회전하는 기계들로 구성된 정상운전상태(Steady state operating)의 진동이다.

반면에 과도운전상태진동(Transient operating)은 수시로 원동기의 속도가 변하면서 가동하는 철도, 자동차 등의 수송기계와 가공공작기계, 연속운반기계(크레인) 등을 예로 들 수 있다. 이는 설비의 수명과 두 시스템 간에는 진동의 모니터링 방법에 큰 차이를 보이는데 설비의 수명측면에서 공진효과의 반복에 의한 수명감소를 간과할 수 없다. 즉, 속도가 계속 변동한다는 것은 위험속도(Critical speed)에 머물 가능성이 더 크다는 뜻으로 진동이 더욱 커지는 공진구역에서 빈번한 공진에 의한 부분적인 피로파괴(fatigue failure)가 유도된다. 또한 모니터링관점에서 살펴보면 속도가 변한다고 설비의 모니터링 방법이 불가능한 것은 아니다. 과도운전상태의 진동현상이 변수가 많아서 더 어려울 뿐이다. 이 때에 일정한 공정속도에서 취득한 신호(주파수) 또는 진동량 간의 상대, 상호비교나 통계적인(일간, 주간, 월간) 진동량 비교가 실제로 적용이 가능하다. 모든 것을 다 모니터링한다는 것은 많은 데이터만을 축적할 수 있다면 뭐든지 가능하다는 이론이지만 실제로 모니터링은 저장공간이 무한하지 않기 때문에 그렇게 비효율적으로 진행되지 않는다. 다만 과도운전상태에서 주의할 점은 예지보전(PdM)이 불가능하지 않다는 점이며 모니터링 할 시점과 통계량의 비교가 될 것이라는 점이다. 양 시스템의 모니터링시스템을 구성할 때 이를 참고하기 바란다.

키워드	철도진동, 수송기계진동, 진동측정, 온라인 모니터링시스템, VMS, trend, transient, resonance

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2017년 10월 14일 토요일

모니터링과 에너지하베스팅(Energy harvesting)

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Energy harvesting(에너지 수확기술, 에너지 재생산)은 국제학회에서 사용해왔던 말을 그대로 국내에서 사용하고 있는 외래기술용어로서 정말 원천적인 새로움은 아니지만 항상 그래왔던 과거처럼 기존의 많은 분야와 기술 및 용어들을 하나로 대표하여 호명하면서 새로운 가치를 창출하게 되는 의미를 가지는 분야 중에 하나이다. 기존의 에너지관련 수집기술은 사용하기만 했던 화석연료가 지구온난화 및 환경에 위해하면서 생긴 ‘친환경’ 용어로서 태양열, 태양광, 풍력발전 등에서 간단한 과거용어들을 확인할 수 있을 것이다. 아무튼 이러한 에너지 하베스팅 기술로 불려지는 분야는 모두 상태모니터링에 왜 연관성이 있는지 간단히 정리해 보기로 한다.

Energy harvesting은 모니터링시스템의 자가생명화 기술

에너지 수확은 장치가 있어야 하고 발전을 하거나 또는 직접 액츄에이팅(Actuating)을 할 수 있어야 한다. 따라서 IoT에서 에너지하베스팅이 중요하듯이 무선으로 설치되면 매우 효율적인 시스템이 된다. 수많은 모니터링시스템에서 전기를 공급하지 않고 스스로 이상신호를 전송해 오는 독립송신장치가 있다면 이 것은 매우 획기적인 제품을 생산할 수 있기 때문에 모니터링시스템을 자가 생명화할 수 있는 매우 중요한 모듈이 되는 것이다. 여기에 에너지하베스팅으로 불리우는 기술분야를 정리해 보면 다음과 같다.

1. 태양열, 태양광 –태양광을 전기로 직접 변환하는 소자(셀)을 이용하는 것과 태양열을 이용하여 집중장치 등을 통해 중간매개(물, 스팀)를 분사하여 발전기를 구동시키는 것.

2. 풍력에너지 –풍력을 원심회전력으로 변환하여 발전기를 구동시키는 것.

3. 진동-Piezo(압전소자)의 특성 또는 공진반복에 의한 발전(발전용량이 매우 작은 편), 전자기력(자석의 탄성-운동에너지)와 공진에 의한 유도기전력 유도기술을 이용하여 발전.

4. 나노 및 생화학기술, 수소-열 또는 변형능력을 이용하지만 최초매개체는 대체로 전기를 사용하므로 엄밀히 구분하면 제외

5. 기존의 발전에너지원- 화력에너지,수력에너지, 지열, 원자력, 수소에너지

불규칙성과 발전장치로부터 에너지 충전효율이 한정적이고 기존의 원자력 및 화력에 비해서 발전량이 작은 이유로 여전히 한참 연구중인 기술이며 이 기술이 더 이상 발전할 가능성이 없더라도 만약 충전기술에 획기적인 진척이 있다면 이것이 바로 인류의 과학 100년 전환점이 될 것이라고 생각한다. 이 생산기술과 충전기술의 조합은 공상과학에서 나왔던 것을 가능하게 할 수 있는 키워드가 될 것으로 예측한다. 왜냐하면 에너지는 많지만 축전하기에 벅찬 것이 지금 기술의 숨겨진 한계이기 때문이다.

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상태모니터링, 설비진단, CMS, 설비상태 모니터링시스템, 진동모니터링, 에너지수확장치,Energy harvesting

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