[논문]3축 가속도 센서를 이용한 엘리베이터 진동측정시스템 설계 및 구현

최성현; 김종수; 김태석; 유윤식

doi:10.9717/kmms.2013.16.2.226

3축 가속도 센서를 이용한 엘리베이터 진동측정시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of an Elevator Vibration Measuring System using 3-Axis Acceleration Sensor 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.16 no.2, 2013년, pp.226 - 233

최성현 (한국승강기대학교 승강기시스템관리과) , 김종수 (동의대학교 산업기술개발연구소) , 김태석 (동의대학교 컴퓨터소프트웨어공학과) , 유윤식 (동의대학교 부산IT융합부품연구소)

초록
AI-Helper

엘리베이터의 자체점검과 정기검사, 완성검사, 정밀안전검사 등은 엘리베이터 운행을 위한 중요 검사로써 엘리베이터의 성능 및 안정성을 평가하는 기초 자료다. 자체점검 및 안전검사항목에 엘리베이터의 진동에 관한 사항에 대해서는 특별히 명시되어 있지 않으나 진동은 여러 가지 분석 자료를 제공해 줄 수 있는 필수요소로 되어있다. 엘리베이터의 진동을 측정하기 위한 "EVA-625"라는 장비는 컴퓨터로 데이터를 읽어 숙련된 엔지니어에 의해 측정된 값을 분석할 수 있다. 본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 엘리베이터의 진동을 측정하여 데이터를 송신 받을 수 있는 하드웨어와 시스템 설계 플랫폼 및 개발환경인 LabVIEW의 G 그래픽 프로그래밍 언어를 이용하여 수집되는 데이터를 분석할 수 있는 소프트웨어를 설계하고 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Self-diagnosis, regular examination, completion examination and precise safety examination on an elevator offer primary sources for evaluating performance and stability of the elevator. as critical examination for operating the elevator. The items on vibration of an elevator in the self-diagnosis and safety examination are not especially specified but vibration itself is considered as essential element to provide diverse analysis data. There is the equipment "EVA-625" for measuring vibration of an elevator. It is operated by reading data via computer and analyzing data by skilled engineer. This study aims to design and realize software to analyze data collected through the LabVIEW, a graphic program language and hardware for receiving data measuring vibration of an elevator by using 3-Axis acceleration sensor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서 엘리베이터의 진동 측정을 위하여 기존에 사용되었던 외국산 EVA-625 장비를 대체할 수 있는 3축 가속도 센서 모듈을 설계하고 LabVIEW를 이용한 소프트웨어 구현방법을 보였다.
본장에서는 기존 연구와 관련된 내용과 가속도센서와 LabVIEW를 사용하여 진동을 체크하는 일반적인 방법에 대해서 살펴본다.
엘리베이터의 진동과 소음을 측정하는 전용 측정 기는 EVA-625인데, 논문에서는 초소형 3축 가속도 센서를 이용하여 진동을 측정하는 것이 주요 목적이다. 시스템의 구현에 필요한 가속도 센서의 정밀도와 형상에 따라서 기존의 엘리베이터 진동측정 장비인 “EVA-625”와 근접한 성능 또는 동일 및 우수한 측정 장비를 제작할 수도 있다.
이러한 요구를 바탕으로 본 논문에서는 현재 사용 하고 있는 엘리베이터 진동소음측정 장비인 “EVA625”와 같은 성능을 가지며, 진동을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 4mm×4mm 크기의 소형 3축 아날 로그 가속도 센서를 이용하여 진동을 측정하는 모듈과 측정된 자료를 송신하기 위한 유무선 통신 모듈을 제작하여 원격지에서 진동을 측정하고 분석할 수 있는 방법에 대해 연구하였다.

제안 방법

3축 가속도 가속도센서로부터 취득된 데이터를 분석하기 위하여 LabVIEW의 그래픽 언어를 사용하여 프론트 패널과 블록다이어그램을 설계하고 구현하였다.
3축 가속도센서를 이용한 엘리베이터 진동 모니터링을 위하여 ±4G의 측정 범위를 가지며, 4mm x 4mm의 외형을 가지는 표준 LGA(lang grid array) 패키지인 16-pin 모듈을 사용하였다.
엘리베이터의 상승과 상승 시 비상정시 상황을 테스트 하였다. LabVIEW의 그래프 컨트롤을 이용하여 엑 셀파일로 송출된 데이터를 이용하여 감속과 가속이 일어난 구간을 분석할 수 있었다.
본 논문에서는 엘리베이터의 진동을 정밀하게 측정하기 위해서 3축 가속도센서를 이용하여 자료를 수집하기위한 모듈을 설계하였고, 수집되는 정보를 실시간으로 모니터링하기 위해서 LabVIEW를 사용 하였다.
실제 운행되고 있는 9층 엘리베이터를 운행하고 있는 건물에서 논문에서 구현된 3축 가속도 측정 센서 모듈과 엘리베이터 점검원들이 현재 사용하고 있는 진동 소음 측정 장비인 EVA-625를 동시에 사용 하여 데이터를 수집하고 성능을 비교 분석하였다. 그림 10은 성능 비교 테스트 화면을 보여준다.
시스템의 평가를 위하여 실제 운행 중인 9층 엘리베이터를 이용하여 설계된 모듈과 EVA-625모듈의 측정 데이터를 수집하여 성능을 비교분석하였다. 엘리베이터의 상승과 상승 시 비상정시 상황을 테스트 하였다. LabVIEW의 그래프 컨트롤을 이용하여 엑 셀파일로 송출된 데이터를 이용하여 감속과 가속이 일어난 구간을 분석할 수 있었다.
전용기기인 EVA-625를 이용한 진동 측정은 상승 과 하강을 2번 측정하여, x, y, z축의 진동 데이터를 수집하고, 상승구간과 하강 구간의 중간 지점에서 비상정지를 테스트 한다. EVA-625와 자체 제작한 3축 가속도 센서 모듈을 이용하여 1～9층의 상승과 하강의 진동 데이터를 동시에 수집하였다.

대상 데이터

9층 건물에 설치되어 실제 운행 중인 L사의 승객용 엘리베이터를 테스트 베드로 사용하였는데, 운행 속도는 90m/min으로, 24인승인 엘리베이터이며, 최대 중량은 1,600kg이다.
전용기기인 EVA-625를 이용한 진동 측정은 상승 과 하강을 2번 측정하여, x, y, z축의 진동 데이터를 수집하고, 상승구간과 하강 구간의 중간 지점에서 비상정지를 테스트 한다. EVA-625와 자체 제작한 3축 가속도 센서 모듈을 이용하여 1～9층의 상승과 하강의 진동 데이터를 동시에 수집하였다. 그림 11은 엘리베이터 성능 테스트 중에서 1층에서 9층으로 운행 되는 상승 테스트 화면으로 EVA-625와 LabVIEW를 통하여 출력된 3축가속도 센서를 이용한 모듈의 성능 비교화면을 보여준다.
설계를 바탕으로 구현된 측정 모듈과 엘리베이터 점검원들이 사용하고 있는 장비인 EVA-625를 동시에 사용하여 측정 자료를 수집하였다. 가속도센서와의 통신은 NI-MAX에서 인식된 장비인 NI cDAQ9191에 디바이스를 추가한 후, WiFi를 통하여 Windows XP 운영체제를 사용하는 노트북으로 측정값을 받아들였다. 그림 8은 NI사에서 제공하는 cDAQ 9191 AP(Access Point)의 환경을 설정하여 아날로 그 입력을 테스트한 화면을 보여준다.
설계를 바탕으로 구현된 측정 모듈과 엘리베이터 점검원들이 사용하고 있는 장비인 EVA-625를 동시에 사용하여 측정 자료를 수집하였다. 가속도센서와의 통신은 NI-MAX에서 인식된 장비인 NI cDAQ9191에 디바이스를 추가한 후, WiFi를 통하여 Windows XP 운영체제를 사용하는 노트북으로 측정값을 받아들였다.

데이터처리

시스템의 평가를 위하여 실제 운행 중인 9층 엘리베이터를 이용하여 설계된 모듈과 EVA-625모듈의 측정 데이터를 수집하여 성능을 비교분석하였다. 엘리베이터의 상승과 상승 시 비상정시 상황을 테스트 하였다.

이론/모형

미국 NI사에서 제공하는 LabVIEW는 시스템 설계 플랫폼 및 개발환경으로 컴퓨터를 이용한 계측과 제어를 위해 많은 분야에서 활용되고 있다[5-7]. 본 논문에서도 시스템에 필요한 임베디드 소프트웨어의 효율적인 개발과 유지보수를 이용하여 LabVIEW 2010을 이용하였다.

성능/효과

EVA-625는 가속도 센서의 데이터 샘플링 주기가 0.125sec 이지만, 본 논문에서 구현된 3축 가속도 센서 모듈의 데이터 샘플링 주기는 3ms여서 같은 시간 대에 더 많은 데이터를 취득할 수 있다는 장점이 있다.

후속연구

향후 설계된 모듈의 지속적인 성능 최적화를 통하여 외산 측정 장비를 대체하여 무역 수지를 개선할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엘리베이터의 카와 균형추가 가이드레일을 이탈하여 서로 충돌하는 사고의 조짐을 조기에 발견하기 위해 중요한 것은 무엇인가?	엘리베이터의 안전사고 중 승객이 사망에 이르는 사고는 여러 유형이 있는데, 이 중 엘리베이터의 카와 균형추가 가이드레일을 이탈하여 서로 충돌하는 경우도 발생할 수 있다. 이러한 사고의 조짐을 조기에 발견하기 위해서는 엘리베이터의 진동을 측정하 여 분석하는 것이 중요하다. 또한 사고 발생시, 안전한 인명 구조를 위해 엘리베이터의 진동을 실시간으로 파악할 수 있고, 진도의 범위가 임계값을 벗어나는 경우 승객의 안전을 위한 즉각적인 엘리베이터 피난운전을 실시할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다.
	엘리베이터의 진동과 소음을 측정하는 전용 측정기는 무엇인가?	엘리베이터의 진동과 소음을 측정하는 전용 측정 기는 EVA-625인데, 논문에서는 초소형 3축 가속도 센서를 이용하여 진동을 측정하는 것이 주요 목적이다. 시스템의 구현에 필요한 가속도 센서의 정밀도와 형상에 따라서 기존의 엘리베이터 진동측정 장비인 “EVA-625”와 근접한 성능 또는 동일 및 우수한 측정 장비를 제작할 수도 있다.
	EzSen-Accl은 어떤 센서인가?	EzSen-Accl은 레고 마인드스톰(LEGO Mindstorm)의 NXT(Next generation)와 연결 가능한 가속도 센서 모듈로서 I2C 방식의 디지털 센서이다. 가속도의 측정 범위는 ±4G이며, 주소변경이 가능하여 다수의 센서를 연결하여 사용 가능하다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
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강준환, 김선형, "LabView를 이용한 자동차 제동시험 S/W 구현," 한국정보통신학회, 제12권, 제4호, pp. 752-757, 2008.
황성주, 이경현, "가상 모의 실험을 통한 개별학습 프로그램 개발," 멀티미디어학회 춘계학술발표논문집, pp. 386-389, 2001.
박상국, "휴대폰과 Labview를 활용한 원격제어," 한국정보통신학회 춘계학술대회지, pp. 797-801, 2008.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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