[논문]철강회사에서 기계 고장 진단 사례연구

홍태용; 박수홍

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.2.195

철강회사에서 기계 고장 진단 사례연구
A Case Study of the Breakdown Evaluation to the Machine at the Steel Company 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.2, 2015년, pp.195 - 202

초록
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회전기계에서는 예후 신호 없이 고장되는 경우는 거의 없으며, 따라서 설비고장은 신호를 감시함으로서 고장을 예측, 회피할 수 있다. 본 연구에서는 회전기계에서 발생할 수 있는 고장에 대한 안전진단에 대한 사례연구이다. 각각의 회전기계에 대하여 진동분석을 통한 고장발생유무를 각종의 측정 데이터를 이용하여 분석하여 향후에 발생할 수 있는 고장에 대한 안전진단에 대한 방법을 연구하였다. 결과에서 보는 바와 같이 제안된 측정방법으로 안정한 상태 감시 및 진단 결과를 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Rotating equipment seldom fails without notice, so breakdowns can usually be predicted and avoided by watching for signs of failure. In this paper, We study case for rotary machine with a breakdown analysis. Also We analyze the solution of the safety and the future breakdown of the each rotary machine through vibration analysis using measurement data. The implementation of the measurement and the test results are discussed. The result with suggested method showed netter stable Condition Monitoring & Diagnostics.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 국내의 모 기업 생산설비에서 CMS (CMS : Condition Monitoring System) 설비들의 초기 상태를 점검하고자 위함이며 측정한 진동 데이터를 근거로 정리하였다..
생산현장에서의 산업 설비 중에서 특히 회전기계에서의 지속적인 고장관리를 위해서는 기기가 작동할 경우, 센서를 이용하여 측정한 데이터를 처리하여 추후에 고장유무를 예측하는 고장진단프로그램이 정례화가 필요하다. 본 연구는 이에 따른 회전기기의 고장 진단의 실제 국내 생산설비에서의 측정 데이터를 처리하여 그 고장가능 유무를 판별하였다.

제안 방법

DC 모터(슬리브 베어링)로서 모터 회전속도: 최대 600 rpm이며, 기어박스(1단 감속기, Double 헬리컬 기어, 구름 베어링)와 진동 센서 3개, 모터 스피드 센서 1개로 구성하였다.
공장에서 측정하는 포인터는 철강회사에서의 밀링머신은 좌우측 회전체에서 진동센서 14군데, 스피드센서 3군데를 측정하여 서버PC를 통하여 사무실에 있는 프로그램으로 분석을 실시하였다.
이를 회로화한 PCB를 통하여 보드를 제작하고, 센서신호를 통해 들어온 신호를 분석하였다. 또한 진동 모니터링 시스템에 사용되는 센서들은 아래의 특징들을 가지는 센서를 사용한다.

대상 데이터

분석 보고서는 감속기 교체 전 후의 진동 데이터를 분석하여 설비의 상태 점검 및 신형 감속기의 초기데이터 수집에 의해 작성되었다. 감속기의 데이터 수집 기간은 감속기 교체 전은 2013년 10월 10일에서 25일까지이며, 감속기 교체 후는 2014년 9월 18일에서 30일까지이다. 주요설비는 DC모터, 기어박스이고 회전속도는 0[RPM]에서 400[RPM] 정도의 가변속의 저속설비이다.
밀링머신의 설치 정보는 DC 모터, 기어박스, 밀 스탠드, 진동센서 8개, 그리고 모터의 속도 센서 1개로 구성된다. DC모터는 슬리브 베어링이 있으며 최대 회전속도는 700 [RPM]이다.

이론/모형

측정한 속도 총진동 값에 대한 평가 기준은 ISO 10816-1 의 Class1 및 Class2에 해당하는 설비로 평가하였다.

성능/효과

기어박스의 대표적인 결함을 나타내는 기어 맞물림 주파수(GMF)의 진동 값이 좌측 릴과 우측 릴 양측 모두 사라지거나 낮아진 것으로 나타났다.
좌측 릴과 우측 릴 기어박스 교체 작업 이후, 기어박스 속도 진동이 모두 감소하였고, 특히 좌측 릴쪽의 입력축의 가속도 엔빌로핑 진동이 큰 폭으로 낮아졌으며 이는 국부적인 베어링 결함이 교체 작업으로 사라진 것으로 볼 수 있었다.
측정결과를 분석하면 DC 모터는 기어박스 교체 전후의 진동 값을 비교 결과 크게 변경되지 않았으며 전체적으로 진동 상태는 양호한 것으로 나타났고, 기어박스는 기어박스 신형으로의 교체 이후, 입력축 & 출력축 속도 진동 다소 감소하여 특히 과거 GMF로 의심되는 진동값이 낮아졌다.
측정결과를 분석하면 DC 모터는 기어박스 교체 전후의 진동 값을 비교 결과 크게 변경되지 않았으며 전체적으로 진동 상태는 양호한 것으로 나타났고, 기어박스는 기어박스 신형으로의 교체 이후, 입력축과 출력축의 속도 진동이 다소 감소하였고, 특히 과거 의심되는 진동 값이 사라졌음을 알 수 있어 고장진단의 효용성을 볼 수 있었다.

후속연구

생산현장에서의 산업 설비 중에서 특히 회전기계에서의 지속적인 고장관리를 위해서는 기기가 작동할 경우, 센서를 이용하여 측정한 데이터를 처리하여 추후에 고장유무를 예측하는 고장진단프로그램이 정례화가 필요하다. 본 연구는 이에 따른 회전기기의 고장 진단의 실제 국내 생산설비에서의 측정 데이터를 처리하여 그 고장가능 유무를 판별하였다.
추후 다채널의 경제성 있고 더 정밀한 기기 개발과 그 응용을 위한 소프트웨어를 자양한 예를 통하여 개발할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	진동모니터링은 어디에 유용한가?	회전 장비는 예고 없이 고장을 발생하는 경우는 거의 없고, 고장징후에 대하여 여러 가지 로 미리 신호를 보내주고 있다. 진동모니터링은 이러한 신호를 통하여 기계진단 기능을 가지고 생산시설 설비에 대한 이상 유무를 추적하는데 유용하다. 이러한 고장진단은 당연히 기계설비 유지에 도움이 될뿐더러 필수적인 기어, 펌프, 커플링, 컴프레서 등이 고장을 발생하기 전에 고장의 징후를 검출하고 파악하기 위한 올바른 모니터링 장비와 훈련받은 인력과 소프트웨어 패키지가 요구된다.
	진동모니터링을 이용한 고장진단은 무엇이 요구되는가?	진동모니터링은 이러한 신호를 통하여 기계진단 기능을 가지고 생산시설 설비에 대한 이상 유무를 추적하는데 유용하다. 이러한 고장진단은 당연히 기계설비 유지에 도움이 될뿐더러 필수적인 기어, 펌프, 커플링, 컴프레서 등이 고장을 발생하기 전에 고장의 징후를 검출하고 파악하기 위한 올바른 모니터링 장비와 훈련받은 인력과 소프트웨어 패키지가 요구된다. 연구에 따르면 산업유지관련 50%이상이 고장발생이후 장비수리에 소요되는 반면 장비의 고장 가능성 판별과 적절한 대응에는 18%미만의 시간만을 투자되고 있다고 조사되었다.
	회전 장비 고장의 특성은 무엇인가?	회전 장비는 예고 없이 고장을 발생하는 경우는 거의 없고, 고장징후에 대하여 여러 가지 로 미리 신호를 보내주고 있다. 진동모니터링은 이러한 신호를 통하여 기계진단 기능을 가지고 생산시설 설비에 대한 이상 유무를 추적하는데 유용하다.

참고문헌 (8)

Dan Nower, The Signal of Failer, REM Fall, 2010.
KTM Enginnering , Evaluation to the Rotary Machine, http://blog.naver.com/vs72/10019907666, 2012
VMS, Method of Evaluation to the Rotary Machine, 2014.
D.C. Chun, Research of a Diagnostic monitoring System Utilizing Vibration Sensor Data for Rotational Equipments, Ulsan University, Master Thesis, Ulsan, 2014.
H.C. Kim, "Development of Monitoring System for Safety Operation of Crane," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 11, 2014, pp. 1305-1310.

원문보기 상세보기
Y. C. Bae, "Development of Monitoring System for Safety Operation of Crane," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 11, 2014, pp. 1305-1310.

원문보기 상세보기
S.H. Bae ,J. G. Han "Object Oriented Fault Detection for Fault Models of Current Testing," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 5, no. 4, 2010, pp. 443-449
B.S.Yang, Condition monitoring & Diagnostics, Intervision Co. Press, 2006.

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