기계의 미세한 변화를 감지할 때 사용하는 컨디션 모니터링 센싱 기술

개요

컨디션 모니터링 시스템은 기계의 성능 저하를 모니터링하는 시스템입니다. 일반적으로 기계장비의 위험도 및 신뢰성 평가는 중요 장비를 점검하고 고장이 발생하는 일반적인 모드를 파악함으로써 진행됩니다. 점검하고자 하는 중요 장비와 고장 모드를 파악한 후에는 특정 부품을 모니터링할 센서를 결정하여 성능 저하와 고장 모드의 원인을 파악할 수 있습니다.

목차

  1. 컨디션 모니터링 어플리케이션에 사용하는 측정 기술 및 센서
  2. 하드웨어 선택
  3. 다음 단계

컨디션 모니터링 어플리케이션에 사용하는 측정 기술 및 센서

여러 센서는 장비 구성요소의 변화를 감지합니다. 진동 센서는 회전 기계를 모니터링할 때 가장 일반적으로 사용되는 센서입니다. 진동 센서는 장비의 고장이 발생하기 약 2달 전에 고장 예후를 감지할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.(그림 1)

 

그림 1. 회전 기계 부품 성능 저하

 

기계의 컨디션 모니터링에 사용되는 다른 종류의 센싱 기술로는 모터 전류, 윤활유 분석, 서모그래피, 동적 압력 및 상태 센서 등이 있습니다. (그림 2)

 

 

 

그림 2. 컨디션 모니터링에 사용되는 여러 센싱 기술

 

표 1은 컨디션 모니터링에 사용 가능한 센서 종류와 판매 업체를 나타낸 표입니다.

 

 

측정 센서 주파수 범위 필요한 신호 컨디셔닝 제공업체
진동 가속도계 >100 Hz

IEPE

AC/DC 커플링

±24 V 입력 또는 AC 커플링

앨리어스 제거 필터

IMI Sensors

Connection Technology Corporation

Endevco/Wilcoxon

진동 속도 20 Hz 이상~2 kHz 이하

IEPE

AC/DC 커플링

±24 V 입력 또는 AC 커플링

앨리어스 제거 필터

IMI Sensors

Connection Technology Corporation

Endevco/Wilcoxon

진동 근접 탐침기 (변형) 300 Hz 이하

변조/복조 앨리어스 제거 필터

±30 V 입력 범위

Connection Technology Corporation
속도 근접 프로브 300 Hz 이하

변조/복조 앨리어스 제거 필터

±30 V 입력 범위

Connection Technology Corporation
속도 자기장 제로 속도 최고 15 kHz

24 V DC 전원

±20 V

Honeywell

SPECTEC

모터 전류

전류 분기

전류 클램프

최고 50 kHz ±333 mV 또는 ±5 V Magnelab
온도

RTD

열전쌍

최고 10 Hz 노이즈 제거, 구동, 냉접점 보상 NI
온도 적외선 카메라 초당 여러 프레임 GigE Vision over EtherNet 연결 FLIR Systems
압력 동적 압력 100 Hz 이상

AC/DC 커플링

IEPE (일부 모델)

±24 V 또는 AC 커플링

앨리어스 제거 필터

Endevco

PCB

Kulite

Kistler

윤활유 품질

오일 미립자

점도

오염

미립자

최고 10 Hz

mA 전류 입력

±10 V 입력

50/60 Hz 노이즈 제거

Kittiwake

Honeywell

HYDAC

Poseidon Systems

고주파수 "노이즈" 초음파 20 kHz 이상

AC/DC 커플링

±24 V 입력 범위

앨리어스 제거 필터

UE Systems

 

표 1. 측정, 센서, 주파수, 신호 컨디셔닝 및 판매 업체 

 

그림 3은 일반적인 센서와 센서에서 발생하는 고장의 예를 보여줍니다.

 

 

그림 3. 일반적인 센서 

 

각 센서는 회전하는 기계 장비 내의 기계 부품 및 전기 부품의 성능 저하를 모니터링합니다.

  1. 진동 센서는 롤러 베어링의 마모, 변속기의 마모, 축 비정렬, 불균형, 기계의 느슨함 등을 감지하기 위해 사용됩니다.
  2. 속도 센서를 진동 센서와 함께 사용하면 회전 속도와 축의 각도를 진동과 연관지어 살펴볼 수 있습니다.
  3. 모터 전류 센서는 일반적으로 모터 컨트롤 센터(MCC)에 배치됩니다. 모터 전류 센서는 비정상적인 로터, 느슨한 도선, 로터바 균열 및 전기 공급 불균형을 감지합니다.
  4. 동적 압력 센서는 연소 압력 측정, 난류 및 캐비테이션을 파악할 때 사용됩니다.
  5. 온도 센서는 마찰로 인한 열을 감지할 때 주로 사용됩니다. 온도 센서는 주로 진동 센서와 함께 사용되어 성능 저하를 파악할 때 사용됩니다.
  6. 온도 영상 센서는 카메라의 시야각 내에서 수 백 종류의 온도를 감지합니다.
  7. 초음파 센서는 코로나(corona), 트래킹(tracking), 아킹(arcing) 등 전기적인 문제를 파악합니다. 또한 롤러 베어링 마모의 초기 증상을 파악할 때 초음파 센서를 사용할 수 있습니다.
  8. 오일 센서는 베어링과 기어의 마모편을 감지하는 센서입니다. 또한 오일의 윤활 기능을 감소시키는 오일 내의 오염 물질을 감지합니다.

 

기계장비, 고장 모드, 센서 등을 파악한 후 다음으로 해야할 일은 측정 하드웨어를 선택하는 것입니다. 측정 하드웨어를 선택할 때에는 주파수 범위, 전압 범위, 신호 컨디셔닝 요구 등 센서의 특징을 살펴봐야 합니다.

 

주파수 범위를 고려할 때 정적 센서와 동적 센서 중 선택할 수 있습니다. 동적 센서는 2 Hz 이상의 주파수 범위를 측정합니다. 예를 들어, 일반적인 가속도계의 주파수 범위는 1, 2 Hz~15, 20 kHz입니다. 초음파 센서 주파수의 범위는 수백 Hz~40 kHz의 헤테로다인 기법을 사용하면 100 kHz 또는 그 이상으로 확장됩니다. 이와 대조적으로, 정적 센서는 모니터링된 물리적인 프로퍼티를 1 Hz~10, 20 Hz로 전기 신호로 변환합니다.

 

센서를 선택할 때 전압 범위와 신호 컨디셔닝 요구도 고려해야 합니다. 일부 센서는 높게는 30 V의 전압을 생성하며, 몇 밀리볼트만을 생성하는 센서도 있습니다. 몇몇 센서는 IEPE 파워와 같은 센서 파워가 필요할 수 있고 냉접점 보상이 필요한 센서도 있을 것입니다. 표 1은 각 측정 및 센서에 어떤 신호 컨디셔닝이 필요한지 나타냅니다.

 

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하드웨어 선택

NI InsightCM™ Enterprise 시스템에 범용 다이나믹 입력 모듈인 NI 9232를 사용할 수 있습니다.(표 2) NI 9232는 가속도계, 속도, 변형, 속도센서, 동적 압력 등의 센서 출력을 디지털화하는 데에 사용됩니다. NI 9232는 NI 컨디션 모니터링 시스템에 주로 사용되는 모듈입니다.

 

분해능: 24비트 델타-시그마 ADC
전압 범위: ±30 V
센서 상태 (오픈/쇼트/OK)
3개 채널
최대 샘플링 속도: 102.4 kHz  

IEPE 구동: 4 mA, 24 VCOMPLIANCE

ON/OFF 선택 가능

 

AC 커플링 컷오프: 0.1 Hz

ON/OFF 선택 가능

나사 터미널

(3X 2핀 COMBICON)

뱅크 절연

60 Vrms CAT II 채널-지상 절연

 

표 2. NI 9232 측정 모듈의 기능

 

CMS-9068 디바이스 노드에 여러 개의 NI 9232 모듈을 탑재하여 섀시당 최대 24개 채널을 얻을 수 있습니다. 그림 4는 CMS-9068에 6개의 NI 9232 모듈이 탑재된 모습입니다.

 

 

그림 4. 6개의 NI 9232 모듈이 탑재된 CMS-9068

 

여러 정적 측정의 경우, 0 V~10 V 출력 또는 4 mA~20 mA 출력이 있는 센서를 사용할 수 있습니다. 이같은 출력은 일반적인 제어 시스템에 입력될 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 "프로세스" 센서 출력은 오일 및 가스, 화학 공정, 발전과 같은 산업 프로세스에 일반적으로 사용됩니다. NI 9207 모듈은 8개의 ±10 V 입력과 8개의 -21 mA~20 mA 입력을 제공하며, 50/60 Hz 노이즈 제거 옵션을 포함합니다. NI 9205는 ±10 V의 16개 차동 입력을 제공하며, NI 9208은 ±21 mA의 16개 입력을 제공합니다. 전압 및 밀리암페어 입력 모듈은 표 1에서 확인할 수 있는 것처럼 CMS-9068을 위한 입력을 제공합니다. 표 3은 CMS-9068에 사용할 수 있는 모든 모듈을 나타냅니다.

 

다이나믹 가속도, 속도, 근접 탐침기
및 전압 웨이브폼 모듈

NI 9232

3 채널 DSA, ±30 V

정적 전압

NI 9205

16 채널 차동 입력

NI 9207

8개 전압/8개 전류

NI 9229

높은 절연, 4채널 아날로그 입력, ±60 V

NI 9239

높은 절연, 4채널 아날로그 입력, ±10 V

전류

NI 9207

8개 전압/8개 전류

NI 9208

16채널, 4 mA~2 mA

온도

NI 9211

4채널 열전쌍

NI 9213

16채널 열전쌍

NI 9214

16채널 고정밀 열전쌍

NI 9217

4채널 RTD

디지털 입력

NI 9425

32채널 싱킹 디지털 입력 (접점 폐쇄)

NI 9426

32채널 소싱 디지털 입력 (접점 폐쇄)

범용 입력

NI 9219

여러 센서 (V, mA, Ω, 개방 접점, DI, 열전쌍, RTD)에 대한 4채널 범용 지원

 

표 3. CMS-9068용 NI 측정 모듈

 

표 3에 기재된 추가 모듈로는 열전쌍 모듈, RTD 모듈, 절연된 전압 입력 모듈 및 접점 폐쇄 모니터링 모듈이 있습니다. 열전쌍 모듈은 냉접점 보상 및 추가적인 노이즈 제거를 제공합니다. RTD 모듈은 센서 구동 및 추가 노이즈 제거를 제공합니다. 디지털 입력 모듈은 기계 또는 프로세스 제어시 사용되는 접점을 모니터링합니다. NI 9219 모듈은 다양한 정적 입력 모듈을 위한 개별적인 채널 설정을 제공합니다. CMS-9068 설정 페이지를 방문하여 시스템을 설정하십시오.

 

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