많은 산업용 모터는 장시간 작동합니다. 예를 들어, 화학, 식품 가공, 발전소에서 모터는 일반적으로 연속 생산 애플리케이션에서 20년 이상 가동됩니다. 불행하게도 일부 모터는 예상 기능 수명을 다하지 못하고 고장납니다. 그러한 조기 고장은 부족한 모터 작동, 조잡한 유지보수 프로그램, PdM 시스템에 대한 투자 부족 또는 심지어 PdM 시스템의 부재 때문에 발생할 수 있습니다.

PdM은 유지보수 엔지니어가 기계 고장을 식별하고 예측하도록 도와줍니다. 이 기법은 유지보수 팀이 수리 일정을 잡고 비계획 다운타임을 피할 수 있게 합니다. 유지보수 인력은 PdM을 사용해 비효율적인 모터를 찾고 수리하여 성능, 생산성, 자산 가용성, 수명을 늘릴 수 있습니다.

예측 유지보수
그림1: 예측 유지보수 솔루션

PdM 구현에 성공하려면 적절한 센서의 선택이 필수입니다. 구체적인 센서 선택을 위해서는 기계의 잠재적 고장 모드를 이해할 필요가 있습니다. 또한 이러한 모드와 연결된 경고 사인도 알아야 합니다. 균형 상실, 베어링 손상, 공동 발생(펌프), 기계 진동 수준 상승, 기계 부품의 온도 증가, 윤활 유량 및 냉각수 유량의 상실 또는 감소는 회전 부품이 포함된 장비의 일반적인 경고 신호입니다.

적절한 센서 기술은 각각의 경고 신호를 모니터링할 수 있습니다. 다음 내용에서는 새로운 계측 플랜에 포함시킬 만한 몇 가지 센서를 설명합니다.

모션, 위치, 근접 센서

생산 라인에는 모션 기반의 프로브가 장착되어 있습니다. 이러한 프로브나 위치/동작 센서는 유도, 광학, 광전, 전위차(저항 기반) 방식 및 기타 감지 방식을 사용하여 제품 또는 기계 위치를 모니터링합니다. 모션 감지 센서는 적절한 작동을 위해 여러 기준을 충족해야 합니다. 이러한 센서는 내구성이 좋고, 에너지 소비가 낮으며, 최종 사용자 요구에 맞추어 양산에 적합해야 합니다. 의료 시스템의 모션 기반 센서는 자이로스코프, 선형 가속, 가속도계, 자력계의 조합을 사용합니다. 근접 센서는 물리적 접촉 없이 물체의 존재를 감지합니다. 이러한 센서들은 자기식, 정전식, 유도식이 있습니다. 유도 근접 센서는 자기 손실을 감지합니다. 이 손실은 전도성 표면의 외부 자기장에 의해 생성된 와전류에 의해 발생합니다. AC 자기장은 감지 코일에서 생성되며 금속 물체에서 생성된 와전류로 인해 임피던스의 변화를 감지할 수 있습니다. 다른 방법으로는 알루미늄 감지 센서(주파수의 상 구성 요소가 감지됨), 올 메탈 센서(작동 코일이 임피던스의 충전된 구성 요소만 감지함), 펄스 응답 센서(펄스에서 와전류가 생성되고 코일에 유도된 전압으로 와전류의 시간 변화를 감지함) 등이 있습니다.

유도 근접 센서
그림2: 유도 근접 센서

정전 용량 근접 센서는 센서와 감지하는 물체 사이의 정전 용량의 변화를 감지합니다. 정전 용량은 거리와 감지하는 물체의 크기에 따라 달라집니다. 정전 용량 근접 센서는 두 개의 플레이트 용량을 감지하는, 두 개의 병렬 플레이트를 갖는 커패시터와 유사합니다. 플레이트 하나는 측정되는 물체이고(가상 접지 포함), 다른 플레이트는 센서의 감지 표면입니다. 이 두 플레이트 사이에 생성된 정전 용량의 변화가 감지됩니다. 물체의 유전상수가 감지될 수 있는지의 여부를 결정합니다. 물체 목록에는 금속, 물, 수지가 포함됩니다.

정전 용량 근접 센서
그림 3: 정전 용량 근접 센서

자석이 스위치의 리드 엔드(reed end)를 작동하는 것이 자기 근접 센서입니다. 리드 스위치가 켜지면 센서가 켜집니다.

자기 근접 센서
그림 4: 자기 근접 센서

진동 및 토크 센서

진동 센서는 가속 및 기계 진동을 모니터링하여 잠재적인 기계의 문제를 표시합니다. 일부 센서는 최신 고속 퓨리에 변환 신호 처리를 탑재하여 기계 부품의 고장을 감지합니다. 진동 센서는 예방 유지보수의 핵심이며 디바이스의 상태를 판단하는 데 도움을 줍니다.

토션(토크, 회전) 센서는 토크 반응 및 회전을 전기 신호로 변환하여 정적/동적 변수를 측정합니다. 이 센서는 모터, 터빈, 발전기 등에 사용됩니다.다음 그림은 베어링 고장에 사용될 수 있는 진동 센서를 보여줍니다.

진동 센서
그림 5: 진동 센서

음향 센서

음향 감지 기술은 새로운 응용 분야이며 저소음 MEMS(마이크로 일렉트로 미케니컬 시스템) 및 소형 음향 센서에 대한 수요를 자극하였습니다.

다음 그림은 MEMS 음향 센서 모듈의 구성 요소를 보여줍니다. 기판은 사운드 감지용 MEMS 센서 칩과 신호 판독용 IC 칩을 지원합니다. 뚜껑은 전체 장치를 덮습니다.

MEMS 음향 센서
그림 6: MEMS 음향 센서

이 센서 그룹은 사운드 감지를 위해 마이크 장치를 사용합니다. 사운드 센서가 사운드를 감지하면 전류 또는 전압을 생성합니다. 이 전압은 사운드 레벨에 비례합니다. 사운드 센서는 기계 학습(ML) 기술을 사용하여 적절한 정보(예: 물체의 성질 및 위치)를 추정합니다.

초음파 센서

초음파 센서는 비접촉 디바이스이며 인간의 가청 범위보다 높은 음파(일반적으로 40KHz 이상)를 사용합니다. 초음파 송신/수신은 압전 세라믹을 사용합니다. 세라믹 물질이 생성하는 초음파의 크기와 시간 지연을 측정하여 물체의 존재를 감지하고 센서와 측정되는 물체 간의 거리를 측정합니다.

초음파를 사용하면 스루 빔 또는 반사 센서를 활용해 플레이트 유리와 투명 필름과 같은 투명 물체를 안정적으로 감지할 수 있습니다.

압력, 포스, 터치, 장력 센서

압력 센서는 측정하는 물체 또는 환경의 압력 차이를 측정합니다. 기압, 압전, 정전 용량, 광학, 공명 감지 원리에 기초해 변화를 감지합니다. Bourdon 튜브, 다이어프램, 압력 게이지, 나노미터 등이 이러한 유형의 센서입니다.

장력 센서는 자동화된 재료 처리 시스템에서 벨트의 변형이나 이동을 모니터링하는 데 유용합니다. 이러한 센서는 지능형 상태 기반 유지보수에 도움이 됩니다. 포스 센서는 인장력 및 압축력 신호를 모니터링하여 이를 출력 전기 신호로 변환합니다. 로드 셀, 스트레인 게이지, 감지 레지스터에서 포스 센서를 사용합니다. 압전 및 자기저항 기술이 널리 사용됩니다. 포스 센서는 공압과 유압도 모니터링할 수 있습니다.

광학, 조명, 머신 비전 센서

머신 비전 기술은 고급 자율주행차, 지능형 시스템, 로보틱스의 발전을 가능하게 했습니다. 광학 센서 입력을 시스템에 포함시키면 양질의 의사 결정에 도움이 됩니다. 이미지는 캡처된 시각 데이터를 나타내며 ML 알고리즘이 디지털화 과정을 주도합니다. 3차원(3D) 센서는 기술 정보를 소싱하는 새로운 방법을 대표합니다. 이러한 센서는 대상 재료의 마모 정도를 판단하고 계산할 수 있습니다. 3차원 데이터는 더욱 풍부한 정보를 제공하며 대상의 최초 측정치와의 차이를 감지합니다.

적외선(IR) 센서는 광학 원리에 의해 작동하며 반사 IR 센서와 투과 IR 센서로 나눌 수 있습니다. 반사 IR 센서에서는 트랜스미터와 감지기가 물체를 향하여 인접해 있습니다. 투과 센서는 LED 및 광다이오드를 사용해 센서 사이를 통과하는 모든 것을 감지합니다.

온도 센서

온도 센서는 기계 상태의 변화나 공장의 중요한 상태를 감지합니다(특히 위험한 환경에서). 이 센서는 온도 정보를 직접적(저항 온도 감지기, 서미스터, 써모커플) 또는 간접적(적외선 센서)으로 획득할 수 있습니다. 일부 센서에는 온도 디스플레이가 내장되어 있습니다. 또 다른 센서 그룹으로는 온도 및 습도 측정 프로브가 있습니다. 이런 독특한 센서들은 재료 구성 덕분에 일회용 웨어러블 디바이스 및 의료 임플란트에 사용할 수 있습니다. 다른 응용 분야로는 내부 장기 및 생체 조직의 정확한 스캔이 있습니다. 이러한 센서들은 식품/섬유 업계에서도 사용됩니다.

액체, 유량, 가스, 화학물질 센서

유량 센서는 analyse 냉각수 및 윤활유 유속을 측정할 수 있습니다. 이 센서들은 자기, 초음파, 열 감지기를 사용해 파이프라인 내부의 흐름 강도를 모니터링합니다. 오일 입자 센서는 윤활 시스템(예를 들어, 기어박스) 내부의 오염 수준을 모니터링할 수 있습니다. 이러한 센서는 처리된 물질의 수를 기준으로 오염 수준을 변경합니다. 이 센서는 레이저빔 및 광검출기를 사용하여 analyse 광도를 측정합니다.

습도(수분) 센서는 오일 내 수분 함량을 진단하며 일반적으로 윤활 또는 유압 탱크 내부에 설치됩니다. 이러한 센서는 기계의 부식을 방지합니다. 습도 센서는 자동화 제조 공정에서 중요한 기능을 합니다. 변동이 심한 조건에서 습도의 감지, 모니터링, 조절을 통해 바람직한 환경을 달성하도록 도와줍니다. 수분 감지 센서는 농업에서 모니터링 디바이스로 사용됩니다. 관개 중 토양 수분을 측정하는 도구입니다. 이러한 센서는 인프라와 건설에서 부식 진단에 유용합니다.

그림 7은 E8FC 유량 및 온도 센서를 사용해 유량과 온도를 측정하여 냉각수와 유압 오일의 이상 징후를 감지하는 것을 보여줍니다.

유량 센서
그림7: 유량 센서

전류 및 에너지 센서

에너지 및 전류 측정 센서의 목적은 기계가 끌어당기는 전류의 양을 측정하는 것입니다. 이러한 센서는 산업 전반에서 사용됩니다. 와이어를 따라 흐르는 전류의 양을 측정하는 방법 중 하나는 전류 트랜스포머(CT)를 사용하는 것입니다. CT는 트랜스포머의 원리를 적용합니다.

전류 트랜스포머에서 기본 CT는 일반적으로 하나의 턴만 있으며 전류를 운반하는 도체가 중심 코어를 통과하여 지나갑니다. 기본 CT에는 1차 측에 턴이 거의 없습니다. 트랜스포머의 2차 측에는 스텝 다운될 전류의 크기에 따라 많은 턴이 포함됩니다. 2차 코일은 적층식 강자성 코어 주변에 감겨 있으며 측정 디바이스는 단자에 연결할 수 있습니다.그림 8은 “종합적 전류 진단”에 사용되는 전류 센서 디바이스를 보여줍니다. 모터 문제뿐 아니라 비정상 로드 측 상태를 모니터링할 수 있습니다.

전류 진단
그림8: 전류 진단
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