진동 모니터링이란?

진동은 기준점에 대해 상대적으로 움직이거나 진동하는 현상입니다. 이 움직임의 주파수는 헤르츠(Hz) 단위로 측정됩니다. 진동은 많은 기계가 작동할 때 정상적인 현상이지만, 정의된 한계를 넘어서면 문제가 될 수 있습니다. 진동 모니터링은 기계에 문제가 생기기 전에 작업자가 문제점을 파악할 수 있도록 도와줍니다. 예측 유지보수는 비용이 많이 드는 수리, 손상 및 부상을 예방할 수 있습니다.

^{그림 1: 진동 센서}

다음 목록은 진동 모니터링에 사용되는 여러 종류의 센서를 설명합니다.

• 가속도계—진동은 일반적으로 가속도계로 측정되며, 이들 중 다수는 압전 효과를 이용해 진동을 감지합니다. 압전 효과는 특정 유형의 결정체가 힘을 받으면 전압을 발생시키는 현상입니다. 발생하는 전압은 가해진 힘에 비례하여 가속도계가 진동을 정확히 측정할 수 있게 합니다.
• 접점 프로브—접점 프로브는 대상과의 거리를 측정하며, 주로 회전하는 기계 컴포넌트의 변위를 측정하는 데 사용됩니다. 비접촉식 근접 프로브는 유연한 유체막 베어링이나 무거운 하우징으로 인해 가속도계가 요구하는 진동이 차단될 때 특히 유용합니다.
• 속도 센서—속도 트랜스듀서로 알려진 이 디바이스는 가속도계와 유사하게 작동하지만, 가속도를 속도로 변환하는 적분 회로를 내장하고 있습니다. 속도 센서는 노이즈나 왜곡에 민감할 수 있는 다른 측정 디바이스 대신 낮은 주파수 진동을 모니터링하는 데 자주 사용됩니다.

^{그림 2: 무선 진동 모니터링 프로세스}

모든 기계 컴포넌트는 정상 작동 시 고유한 진동 특성을 가지고 있습니다. 진폭 증가, 주파수 변화 또는 불규칙한 패턴과 같은 이 기준점에서의 변동은 고장의 초기 신호일 수 있습니다. 진동 모니터링 시스템은 센서, 데이터 수집(DAQ) 하드웨어 및 분석 소프트웨어를 결합하여 이러한 변화를 리얼타임으로 감지하고, 중요한 고장 발생 전에 예측 유지보수를 가능하게 합니다. 여러 종류의 센서뿐만 아니라 진동 데이터를 수집하고 분석할 수 있는 다양한 설정 방법도 존재하며, 다음은 일반적으로 사용되는 몇 가지 옵션입니다.

• 무선 진동 모니터링—장비에 부착된 센서가 분석을 위해 컴퓨터에 연결된 데이터 수집 디바이스로 정보를 전송합니다. 무선 진동 센서는 기계를 통과하는 케이블 걱정 없이 접근하기 어렵거나 위험한 장소에 설치할 수 있으며, 장비 작동 중에도 기술자가 수동으로 측정할 필요가 없습니다. 또한 센서는 케이블을 제거하거나 옮길 필요 없이 위치를 변경할 수 있습니다. 하지만 무선 방식에는 무선 데이터 보안이나 신호 범위 제한과 같은 잠재적 단점이 있습니다.
• 유선 진동 모니터링—진동 센서는 케이블이나 와이어를 통해 데이터 수집 디바이스 및 컴퓨터에 연결됩니다. 유선 설정은 무선에 비해 데이터가 간섭이나 도청에 덜 민감하며, 센서는 리얼타임 데이터를 제공합니다. 하지만 설치가 복잡하고 케이블이 물리적으로 손상될 수 있습니다. 센서를 다른 위치로 옮길 때는 케이블을 분리하고 다시 설치해야 합니다.

무선과 유선 진동 모니터링 방법 모두 데이터를 지속해서 수집하는 온라인 모니터링의 예입니다.

• 오프라인 진동 모니터링—휴대용 센서를 들고 다니는 기술자가 각 컴포넌트의 진동 수준을 측정합니다. 이 방법은 진동 모니터링에 유연성을 제공하지만, 지속적이기보다는 주기적이며 작동 중인 기계 주변에서 작업자가 위험에 노출될 수 있습니다.

진동 분석은 특수 소프트웨어를 통해 센서 데이터를 검토하는 과정을 의미합니다. 신호는 고속 푸리에 변환(FFT), 차수 분석, 시간-주파수 분석, 엔벨로프 분석, 웨이블릿 분석 등 다양한 방식으로 처리됩니다. 이러한 방법들을 조합하여 보다 포괄적인 분석도 가능합니다. 문제의 잠재적 징후는 사람이 검토할 수 있도록 표시됩니다. 진동 모니터링 시스템은 상황이 충분히 심각할 경우 기계 정지와 같은 자동 조치를 수행하도록 설정할 수도 있습니다. 

진동 모니터링은 자동차, 항공우주, 에너지 등 다양한 산업 분야의 장비에 적용됩니다. 다음과 같은 곳에서 진동 모니터링 센서를 자주 찾을 수 있습니다.

• 회전축
• 모터
• 가스터빈
• 왕복 압축기
• 펌프
• 베어링
• 팬
• 엔진

진동 모니터링은 새로운 컴포넌트를 설계하고 테스트하는 데 중요합니다. 예를 들어, 엔지니어들은 로켓이나 제트 엔진 부품이 실제 환경에서 경험할 극한의 힘과 조건에서도 안전하게 작동하는지 확인해야 합니다.

진동 모니터링은 다음과 같은 잠재적 이점을 제공합니다.

• 예기치 않은 가동 중단 시간 감소
• 예측 유지보수 비용 절감
• 작업자의 안전 확보
• 기계 수명 연장
• 유지보수 일정 최적화
• 기계 신뢰성 향상
• 효율성 증대

NI 사운드 및 진동 하드웨어는 가속도계와 인터페이스하여 기계 상태 모니터링과 노이즈, 진동, 거칠기(NVH) 응용 분야에 대한 진동 신호를 획득합니다. 우리는 DAQ를 넘어서 소프트웨어도 제공하며, NI LabVIEW Sound and Vibration Toolkit을 통해 강력하고 널리 사용되는 프로그램 내에서 진동 분석을 수행할 수 있습니다.

NI의 진동 모니터링 솔루션은 다른 방법에 비해 여러 장점을 제공합니다.

• 수많은 응용 분야에서의 측정 경험을 바탕으로, NI 장비를 통한 측정은 상태 모니터링용으로 특별히 설계된 하드웨어보다 품질이 높은 결과를 내놓습니다. NI 제품은 더욱 정확하고 안정적인 타이밍과 믿을 수 있는 측정 결과를 제공합니다.
• NI 플랫폼은 모듈화 개념을 바탕으로 설계되어 시스템을 보다 효율적으로 구성하고 장기간 쉽게 유지관리할 수 있습니다. 고정된 퍼스낼리티 시스템과 달리, 모듈을 추가하여 새로운 채널이나 측정을 쉽게 확장할 수 있습니다.
• NI의 고속 시스템은 단순한 주기적 데이터 버스트가 아니라 모든 데이터를 캡처할 수 있습니다. 이는 다른 시스템이 놓치는 이벤트도 기록할 수 있다는 의미입니다.