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드론을 활용하고 음성 FFT분석에 기반을 둔 컨베이어 시스템의 원격 고장 검출
Remote Fault Detection in Conveyor System Using Drone Based on Audio FFT Analysis 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.9 no.10, 2019년, pp.101 - 107  

염동주 (세명대학교 전기전자공학과) ,  이보희 (세명대학교 전기공학과)

초록
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본 논문은 화력 발전소 및 시멘트 산업에서 필요한 원자재의 운송 수단에 사용되는 컨베이어 시스템에서의 고장을 검출하는 방법을 제안하였다. 산업현장에서 사람이 접근하기가 힘들고 넓은 공간에 시스템이 동작 하는 점을 고려하여 소형 드론을 설계하였고 컨베이어의 이상을 감지하기 위하여 컨베이어에 내장된 모터의 이상 소음을 감지하는 방법을 임베디드 환경으로 설계하여 드론에 장착하는 구조로 제안하였다. 시스템을 임베디드 마이크로프로세서에 적용하기 위하여 제한된 메모리와 수행 시간을 고려한 하드웨어 및 알고리즘을 제안하였으며 주파수 분석을 통해 고장의 경향을 파악하여 알고리즘 화 하였다. 이때 고장 판별 방식은 측정을 통하여 피크주파수를 측정하고 고주파수의 연속성을 감지하는 방식으로 고장에 의한 소음의 높은 주파수를 분석하여 고장진단을 시행할 수 있었다. 제안된 시스템은 실제 화력 발전소에서 취득한 데이터를 바탕으로 실험 환경을 구성하였으며 드론에 설계된 시스템을 탑재하여 가상 환경 실험을 하여 제안된 시스템의 유용성을 확인하였다. 향후에는 드론의 비행 안정성 향상과 고장 주파수에 대한 좀 더 정밀한 방법을 사용하여 판별성능을 향상 시키는 연구가 요구된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a method for detecting faults in conveyor systems used for transportation of raw materials needed in the thermal power plant and cement industries. A small drone was designed in consideration of the difficulty in accessing the industrial site and the need to use it in wide indust...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 진동 측정은 컨베이어벨트 구동 모터의 진동을 측정하여 고장진단을 하는 방법으로써 컨베이어벨트 부근에 각각 시스템을 부착해 주어야 하는 단점이 있다. 소음 주파수 측정은 모터의 소리로부터 고주파를 감지하는 방법으로써 다소 원거리로부터 측정할 수 있는 장점이 있어 본 논문은 이를 방식으로 고장진단 시스템을 설계하였다. 원거리 측정 방법에는 발전소 내부의 컨베이어 시스템에 접근하기 어려우므로 비행체인 드론에 장착하는 방식을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
드론은 어느 분야에 사용되는가? 오늘날 하늘을 비행하는 이동체로서의 드론에 대한 연구와 이를 적용하여 다양한 환경 및 영역에서 활용되고 있다. 현장에서 드론에 탑재된 카메라를 이용하여 작업 공간을 촬영을 하거나 데이터를 취득하여 원격에 송부하여 현장 상황을 감시하는 용도의 측정용 드론으로 사용하기도 하며, 레저 활동으로 드론을 이용하여 게임을 하기도 하고 전쟁에서 군사용으로 사용되기도 한다. 드론이 가지고 있는 하늘에서 이동할 수 있는 장점을 이용하여 주로 접근이 불가능한 장소에 이동하여 측정하는 측량 시스템에 사용함으로써 광대한 영역에서의 측정을 가능하게 함은 물론이거니와 사람이 접근하지 않고서도 원격에서 카메라로 현장을 촬영[1-3]하기도 하고 지형구조 탐사[4]나 수질 체크[5], 센서를 이용한 가스 측정[6] 등에도 사용되고 있다.
모터 고장 검사 방법 중 소음 주파수 측정의 장점은 무엇인가? 진동 측정은 컨베이어벨트 구동 모터의 진동을 측정하여 고장진단을 하는 방법으로써 컨베이어벨트 부근에 각각 시스템을 부착해 주어야 하는 단점이 있다. 소음 주파수 측정은 모터의 소리로부터 고주파를 감지하는 방법으로써 다소 원거리로부터 측정할 수 있는 장점이 있어 본 논문은 이를 방식으로 고장진단 시스템을 설계하였다. 원거리 측정 방법에는 발전소 내부의 컨베이어 시스템에 접근하기 어려우므로 비행체인 드론에 장착하는 방식을 제안하였다.
고장 난 컨베이어의 고장 판별 알고리즘은 어떤 방식으로 구성되어 있는가? 7은 고장 판별 알고리즘을 나타내었다. 우선 마이크에서 측정된 소리 데이터를 FFT 분석하고 분석된 주파수의 고주파 측정횟수를 체크하며 고장을 감지하거나 측정횟수가 일정량을 넘어서면 초기화 하도록 되어있다. 고장횟수도 측정하는 데 일정량 이상의 고장횟수를 감지하였을 때 고장이라고 판별하여 순간적인 이음이 들리더라도 연속성을 판단하여 고장을 진단하도록 설계하였다.
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참고문헌 (14)

  1. S. Paramanik, P. S. Sarkar, K. K. Mondol, A. Chakraborty, S. Chakraborty & K. Sarker. (2019). Survey of Smart Grid Network Using Drone & PTZ Camera. Devices for Integrated Circuit (DevIC). DOI : 10.1109/DEVIC.2019.8783610 

  2. Y. S. Cho, H. M. Lim, S. G. Choi & S. H. Jung. (2014). High Resolution Spatial Information Acquisition using UAV Photogrammetry. Korean Review of Crisis & Emergency Management, 10(2), 273-287. 

  3. H. G. Park. (2014). Reservoir Disaster Monitoring using Unmanned Aerial Photogrammetry. Journal of the Korean Society for Geospatial Information System. 22(4), 143-149. 

  4. G. D. Hong. (2017). Topographic Survey at Small-scale Open-pit Mines using a Popular Rotary-wing Unmanned Aerial Vehicle (Drone). Tunnel & Underground Space. 25(5), 462-469. 

  5. H. G. Kim & Y. H. KIM. (2019). Design of Water Surface Hovering Drone for Underwater Stereo Photography. Journal of Convergence for Information Technology, 9(6), 7-12. 

  6. M. Degner & H. Ewald. (2018). Mobile gas sensing system for detection of combustion pollutants -suitable for drone based measurements. Twelfth International Conference on Sensing Technology (ICST), 9(6), 7-12. 

  7. M. Lorgulescu, M. Alexandru & R. Beloui. (2012). Noise and vibration monitoring for diagnosis of DC motor's faults. 2012 13th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM). 

  8. H. G. Kim & Y. H. KIM. (2013). Fault Diagnosis of the Surface Mounted Permanent Magnet Motor using Sound and Vibration. Korean Society for Noise and Vibration Engineering(KSNVE), 559-563. 

  9. Y. C. Na, B. N. Hee, J. S. Lee & S. K. Hong. (2014). A study of motor fault diagnostics using measured vibration and noise data Korean Institute of Electrical Engineers Summer Conference(KIEE), 1394-1395. 

  10. S. K. Kang, Y. J. Park & K. Y. Chung (2012). Real-Time Landmark Detection using Fast Fourier Transform in Surveillance. The Journal of digital policy & management. DOI : 10.1109/ICSensT.2018.8603635 

  11. Y. J. Kim, H. H. Kim & H. S. Lee. (2019). Design of a Radix-8/4/2 variable FFT processor for OFDM systems. Journal of digital policy & management, 11(2), 287-297. 

  12. L. Wenqiu & C. Peng. (2013). GHz wideband real-time FFT algorithm based on FPGA. International Conference on Information and Network Security (ICINS). DOI : 10.1049/cp.2013.2475 

  13. D. V. Ratnam, A. Pasha, P. Swathi & M. V. G. Rao (2013). Acquisition of GPS L1 signals using Cooley-tukey FFT algorithm. IEEE International Conference on Signal Processing, Computing and Control (ISPCC) DOI : 10.1109/ISPCC.2013.6663397 

  14. R. Shirbhate, T. Panse & C. Ralekar (2015). Design of parallel FFT architecture using Cooley Tukey algorithm. International Conference on Communications and Signal Processing (ICCSP) DOI : 10.1109/ICCSP.2015.7322551 

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