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기획특집 <특집: 공정 자동화 분야의 무선 기술 최신 동향> 무선 센싱 시스템

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작성자 댓글 0건 조회 377회 작성일 21-09-03 10:45

본문

표 1.


서론

최근 프로세스 산업에서는 유지 보수 최적화를 위해 설비에 대한 상태 감시에 나서고 있다. 상태 감시를 통해 설비의 이상 징후를 조기에 발견함으로써 돌발적인 고장으로 인한 다운타임을 줄이고 계획적인 메인터넌스를 할 수 있게 된다. 지금까지 상시 감시 대상이 아니었던 펌프나 모터, 송풍기 등 중소규모의 회전 기계에서는 휴대용 진동 측정기를 이용한 순회 점검을 통해 진동 속도 오버올의 RMS값(이하 O.A.값)을 사용한 경향 감시가 이루어져 왔다. 그러나 설비의 상태 감시를 수행하는 진동의 요인을 파악할 필요가 있다. 이를 위해서는 O.A.값뿐만 아니라 주파수 분석(FFT 분석) 결과, 더 나아가서는 진동 파형의 엔빌로프 처리 후에 FFT 해석을 하는 엔빌로프 해석을 이용한 변동 주기의 특정이 필요하다. 또한, 상세한 진동 현상의 분석에는 진동 파형을 수집하고 취득한 파형에 대하여 각종 해석을 하는 것이 유익하다.


포터블 진동 측정기로 이들 데이터의 수집과 진동 해석을 하는 경우에 취득한 데이터의 처리와 분석, 관리가 별도로 이루어져야 하며 막대한 노력이 필요하다. 이 때문에 일반적으로는 유선 센서 및 계측 시스템을 이용하여 데이터 수집과 분석이 이루어지고 있다. 그러나 플랜트에서 수치가 다르긴 하지만 100~1,000대 정도 설치되어 있다고 생각되는 회전 기계에 유선 센서를 신규로 설치하려면 막대한 공사, 배선 등이 비용이 필요하여 장벽이 높아진다.


무선 센서를 사용하는 가장 큰 장점은 그 이름처럼 케이블 설치가 필요 없다는 점이다. 이 때문에 앞서 이야기한 공사, 배선에 의한 비용 절감뿐만 아니라 설치 및 증설, 이설이 용이하기 때문에 필요한 만큼만 사용할 수 있어 유연한 운용이 가능해진다. 이런 특징에서 무선 시스템은 슬레이브 기기 2~3대의 소규모 시스템으로 구축이 가능하며, 보조 기기 설비에 대하여 매우 효과적이라고 할 수 있다.


그래서 회전 기계에 진동을 측정하는 무선 센서를 설치하고 이 센서에서 진동의 파형, O.A. 값, 주파수 분석, 더 나아가 엔빌로프 처리 후의 주파수 분석을 실시하고 이 결과를 무선으로 데이터 수집 시스템에 무선으로 전송하는 시스템을 소개한다.

또한, 여기에서 소개하는 무선 시스템은 신카와센서기술㈜ 에서 개발・제조하고 신카와전기㈜에서 판매하고 있다.


무선 센싱 시스템 e-SWiNS

순회 점검에서는 경향 감시의 관점에서 휴대용 진동 측정기를 이용하여 ISO 진동 평가 기준인 진동 속도의 O.A.값만을 측정하는 경우가 많다. 이에 따라 설비가 현재 양호한 상태인지 또는 위험한 상태인지를 판단하고 있다. 이 시스템의 센서는 경향 감시에 사용하는 진동의 O.A.값 이외에 설비의 상태 감시에 유용한 진동 주파수를 분석할 수 있으며, 전용의 경향 감시 데이터 수집 소프트웨어 infiSYS Lite를 사용함으로써 경향 감시뿐만 아니라 이상한 진동이 발생한 경우에 요인을 파악할 수 있다.


e-SWiNS에는 ISA100 타입 및 920MHz 타입의 두 가지 시리즈가 있다. ISA100 타입은 무선 통신의 경우 500m(전망)의 통신 거리를 가지며, 2.4GHz 대역의 무선 주파수를 이용하기 때문에 아래와 같이 920MHz 타입보다 데이터 전송 속도가 빠르다. 920MHz 타입의 특징으로 최대 1.2km(전망)의 통신 거리가 있으며, 전파의 회절성이 높기 때문에 장애물에 대하여 강한 특징이 있다. 또한, 측정 주기가 짧고 장거리 통신이 가능한 전원공급형과 설치 장소를 가리지 않는 배터리 구동형을 선택할 수 있으며, 사용 환경에 따라 적절한 센서를 선택할 수 있다.(표 1)


(1) e-SWiNS (ISA100 타입)

ISA100 타입은 국제 표준 규격이며 강격한 보안과 높은 신뢰성을 가지는 ISA100.11a 공업 무선 규격에 준거한 무선 진동 센서이며, 석유나 석유화학 플랜트 등에서 사용하기 위하여 필요한 본질 안전 방폭 구조(Ex ia IIB T4 Ga X)를 갖추었다. 1개의 센서로 가속도 진동과 온도를 동시에 측정할 수 있으며 필드 무선용 액세스 포인트와 관리 스테이션을 거쳐 infiSYS Lite를 탑재한 PC에 데이터를 송신한다.(그림 1)

ISA100 타입은 각종 슬레이브 기기 중에서 유일하게 진동 가속도 파형의 취득이 가능하며, infiSYS Lite를 이용하여 O.A. 값에 의한 경향 감시(그림 2), 진동 가속도 파형에 의한 FFT 해석(그림 3)과 엔빌로프 해석 등 다양한 해석이 가능하다. FFT 해석에서는 센서에 의해 취득한 진동 가속도 파형을 주파수 분석함으로써 진동의 주성분을 판단하고 진동의 요인 해석이 가능하다. 또한, 엔빌로프 해석은 취득한 파형에 엔빌로프(포물선) 처리를 실시한 후 FFT 해석을 실시하는 방법이다. 이를 통해 베어링이나 기어에 흠집 등의 이상이 있는 경우에 발생하는 충격 파형의 주기를 파악하여 이상에 대한 요인 분석이 가능하다.


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그림 1. ISA100타입 시스템 구성 


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그림 2. 경향 감시 화면(왼쪽: 진동 속도 트렌드, 오른쪽: 온도 트렌드)  




..(후략) 


吉田 雄揮 / 신카와센서테크놀로지

  본 기사는 2021년 9월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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