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Smart Multi Sensor 회전기기 결함탐지 및 수명예측 시스템

US Patent : US006393373B1. Smart Multi Sensor 회전기기 결함탐지 및 수명예측 시스템. 본사 : 전남 광양시 중동 1617-8 / 전화 : 061-793-9597~8 / 팩스 : 061-793-9599 E-Mail : jomyung@teravis.net. Motor Modeling. There is a very complicated mathematical model behind the simple electrical motors.

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Smart Multi Sensor 회전기기 결함탐지 및 수명예측 시스템

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Presentation Transcript

  1. US Patent : US006393373B1 Smart Multi Sensor회전기기 결함탐지 및 수명예측 시스템 본사 : 전남 광양시 중동 1617-8 / 전화 : 061-793-9597~8 / 팩스 : 061-793-9599 E-Mail : jomyung@teravis.net

  2. Motor Modeling There is a very complicated mathematical model behind thesimple electrical motors.

  3. Basic Principle Voltage Current Time (msec) Time (msec) Fourier Transform Fast Fourier Transform Frequency (Hz) Frequency (Hz) Power Spectral Density

  4. Motor 고장 요인 분류 사유 모든 Motor의 주 고장 원인은 권선,Rotor,,Bearing그리고 축 등의 복합적인 Stress에 의한다.

  5. Motor 고장의 원인

  6. Stator 고장 Shorting Shorting

  7. Rotor & Bearing 고장 Corrosion Impact Loading Bearing Current Water Intrusion

  8. 진단 기술 유도전동기의 고장 검출 및 진단 기술 • Artesis Model Based Fault Detection • Vibration Monitoring • Motor Current Signature Analysis (MCSA) • Electromagnetic Field Monitoring using search coils • Chemical Analysis(Lubricating oil debris; cooling gas) • Infrared Temperature Measurement • Acoustic Noise Measurement • Radio Frequency Emission Monitoring • Partial Discharge Measurement

  9. 진단 기술

  10. Smart Multi Sensor 정의 전압(PT), 전류(CT)를 이용하여 3상 전동기의 전기적인 상태 및결함 그리고기계적인 결함 상태를 동시에 진단하는 스마트 센서 IEEE - Motor 내, 외부 전기적인 문제 진단 및 알람  - 기계적인 Unbalance, Misalignment, Rotor이상, Bearing Housing이상 예지  - 전기 역율, 유효/무효전력, 3상간 전압.전류 실효치, 전압. 전류불균형, 하모닉스 진단 - 모터의 상태 평가 및 Warning MCM RCM

  11. Smart Multi Sensor 기술 • 미국 NASA에서 17년간 300만 가지의 고장 case를 연구하여 Model Base화,상용화 성공 (NASA특허 소유) • 개발자: Dr. Ahmet (국적:터어키) • 前 미국 Florida 공과대학 기계공학장 • 前 NASA 책임연구원 • 現 ISTANBUL 대학 교수 • 現 ㈜ ARTESIS 대표이사 • 로켓, 우주선 결함예측 감시장치 개발 등 다수 업적

  12. Σ Smart Sensor Fault Detection원리 모터 및 부하.회전장치에 이상이 발생하면 전류 Analog 출력이 변하게 되고, 그 신호를 주파수 변환하여 정상 주파수 변환 값과의차이를 Sensor의 알고리즘을 통해 17년간 NASA에서 축적한 D/B와 분석하여 이상상태를 감지하는 기술임. Current 1 Normal Fault + Voltage Diff Current 2 - Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz) 모터는 설비를 모니터링하는 센서!!! 50 100 150 200 250

  13. Smart Sensor Fault Detection원리 • 상태감시 검출 기법 • MBFD (Model Based Fault Detection) ”모델기반 고장검출 기법” 적용 • 다양한 형태의 기준 값(Model) 학습 • 현재 입력 값을 기준 값(Model)과 비교하여 변화상태(e)를 파악 • 변화요인을 Monitoring • 모델링을 하기 위한 학습시간이 필요 STOP Perform Maintenance Watch Load Watch Line OK System (Motor) e = ys - ym u Σ Model Θ • 수학적 모델(Model Θ)과 실제 시스템 출력의 차이(e)를 Monitoring e = ys – ym (여기서, ys는 변화, ym은 고정) 따라서, e가 증감하면 회전기기 설비에 이상이 진행되고 있음을 의미

  14. Model Based Fault Detection원리 Power Factor Motor Operating Curve C3 MOTOR LOAD C4 Smart Sensor Input Data 1. Motor 용량 (Kw) 2. Motor 정격전류 (A) 3. Motor 회전수 (RPM) 4. 결선방법 (Y-Δ) 5. 설비코드 (No) C2 C1 Gain (Current / Voltage) MOTOR LOAD Frequency (Hz) Check Learn (4000 ) Improve (8000) Monitor

  15. Model Base Fault Detection 원리 u Model Θ y • 모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장비 Y=f(Θ,u) • MCM 모델링 입출력 요소 : 3상 전압, 전류 • MCM 은 22개의 모델 파라메터가 있다. • 22개의 모델 파라메터는 3개의 그룹으로 구성 • Electrical Parameters (8) • Mechanical Parameters (12) • Fit Parameters (2) • Physical Parameters - 운전상태(20) • (Vrms, Irms, power factor, power, • Harmonics, etc.)

  16. SCADA with Diagnostics 기계적 변수(mechanical parameter) Unbalance, Coupling, Misalignment, Bent Shaft, Eccentric Rotor (Looser Rotor), Loose Foundation, Oil Whirl, Belt/Transmission Element, Motor Bearing, Cavitation, Fan Unbalance, Gear Defects 시스템 변수(Fit parameter) : 모델링 파라메터 셋트와 실제로 측정되는 값 사이에 표준편차의 현격한 차이(관리 레벌 초과) 발생시 모터 기반 시스템에 문제가 있다고 판단 전기적 변수(electrical parameter) : E1& E2 Stator Insulation, Rotor Bar, Voltage Imbalance, Isolation Problem of Cabling, Motor Connector, Terminal Slackness, Defective Contactors. Stator Short (Loose winding)

  17. 진단 기술 – 사용 간편, 취해야 할 정보 제공 설비명 및 Motor정격 data 고장진단 및 심각성 정도 Level 표시창 실측 Data (운전상태) Motor 운전 상태표시 Motor전류의 Harmonic 함유량 고장 상태 Report 상태진단 시작일과 완료일 표시 취해야 할 행동 요령 (언제 까지 사용 가능 하다는 정보 포함) Advanced analysis Report출력

  18. Ease of Use • It is not required to specialize in order to analyse complicated graphs. Simply press the "report" key to get the report. ( Thats all !.... ) • In the report; • Equipment name • Date • Report summary • Fault risk level • Energy mangement • Current and voltage • Harmonic distortions • Current and voltage balance • Electrical fault indicators • Mechanical fault indicators • Other faults • and other information regarding the fault can be reached.

  19. SCADA software S/W:MCM SCADA General Fault Information Fault Analysis Trend Monitoring Reporting PSD Analysis Work Order Request Fault Urgency Information

  20. MCM고장 검출 실적

  21. Smart Multi Sensor Product • Model : MCM series • 단독설비에 유리 • Input: 3phase I,V • Output: 22parameters • Stand-Alone Type • 원천 제조사 : Artesis • Model : Smart RCM series • 다수 설비에 유리 • Input: 3phase I,V • Output: 22parameters • Rack & Slot Type • 제조사 : TFS Global

  22. Smart Multi Sensor 제품 사양

  23. Connection 현장(Local) 전기실 CT/PT MCC CT/PT MOTOR 설비 MCMSCADA RS485 Serial I/O, Modbus, OPC

  24. Smart RCM System 구성 MCMSCADA 포스코 장비명: F121BC CT PT Notebook LAN Smart RCM

  25. Benefit • 전기Panel의전력 공급 선에서 전압, 전류를 직접 인출 회전기기에 진동, 온도계 Sensor 설치 및 Cable공사가 필요 없어 경제적인진단시스템 • 전압, 전류 분석만으로 전기적 결함과 기계적 결함을 동시에 진단 작업자의 회전기기 접근이 불필요하여 작업자의 안전 효율성 제고 • 실시간으로 Motor 전압, 전류치를 감시하고 Solution을 제공하여 전력비 10%를 절감할 수 있음. • 무선통신망을 구축하여 전체 설비를 통합관리 가능 • 설치가 용이하고 전문가 없이 운용이 가능함

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