상태감시의 개요 (Condition Monitoring)

상태감시의 개요 (Condition Monitoring)

-----------------------------------------------------------------

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

All copyright  한국CBM(주)  written by BISOPE , vs72@naver.com, 070-4388-0415,  www.kCBM.kr

에일리어싱(Aliasing)

에일리어싱(Aliasing)

-------------------------------------------------------------------------------------

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

All copyright  한국CBM(주)  written by BISOPE , vs72@naver.com, 070-4388-0415,  www.kCBM.kr

Ski slope현상

Ski slope현상

-----------------------------------------------------------------

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

All copyright  한국CBM(주)  written by BISOPE , vs72@naver.com, 070-4388-0415,  www.kCBM.kr