㈜NEX-D - 다이나모미터 데이터 수집 & 컨트롤 시스템

Author(s):
김진수 대리 - ㈜NEX-D

Industry:
Electromechanics/ Electrotechnics

Products:
Sound and Vibration Toolkit, LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
B/L 모터의 경우 내부에 있는 영구자석의 감자현상으로 모터의 토크가 떨어지는 현상이 발생한다. 모터의 감자현상은 모터의 성능을 나타내는 아주 중요한 문제이며 다이나모를 통해 모터의 특성변화를 알아낼 수 있다.

The Solution:
다이나모미터는 모터의 특성에 해당하는 RPM, 토크, 소비전력, 진동, 소음 등의 Data를 그래프와 수치로 실시간 기록하고 이를 분석하기 위한 시스템이다.

요약:
다이나모미터는 모터의 특성에 해당하는 RPM, 토크, 소비전력, 진동, 소음 등의 Data를 그래프와 수치로 실시간 기록하고 이를 분석하기 위한 시스템이다.

개발 배경 :
1. 20,000 ~ 100,000 RPM으로 고속 회전하는 대용량의 B/L 모터 및 고주파 모터의 특성을 알아내고 대용량의 고속 브로워, FAN, 고속 차져, TURBO, 고속 가공기(조각기) 등에 적합한 모터를 개발, 양산한다. 개발 배경이 된 모터(국내외 제품)의 특성을 비교하여 제품의 국산화, 기존 제품의 개선 및 양산 모터의 주기적인 특성 점검을 통하여 제품의 품질 관리 내구성 확보에 있다.

2. B/L 모터의 경우 내부에 있는 영구자석의 감자현상으로 모터의 토크가 떨어지는 현상이 발생한다. 모터의 감자현상은 모터의 성능을 나타내는 아주 중요한 문제이며 다이나모를 통해 모터의 특성변화를 알아낼 수 있다. 그리고, 회전속도 및 부하량에 따라 모터내의 온도를 측정하며, 온도에 따른 영구자석의 감자 정도를 측정하여 모터의 성능 개선 및 내구성을 확보할 수 있으며, 진동 및 소음의 측정을 통하여 모터의 수명을 연장시킬 수 있는 기준이 되는 데이터를 만들 수 있다.
이전 양산제품은 불합 판정의 기준이 되는 외형의 변화, 소음 진동의 변화, 모터 특성의 변화 등을 생산 관리자에 의하여 진행하였으나, 계측기의 도입을 통해 정확한 근거를 마련하며, 공정 시 발생할 수 있는 문제를 최소화 함으로써 불량률을 줄이며, 신뢰성도 갖게 되었다.
고속으로 회전하는 모터의 특성을 알아내기 위해 각종 위험 요소를 측정하는 사람이 부담하였으나 장치의 설치만으로 외부에서 특성의 점검이 가능하며 이상 발생시 인명 상해의 부담을 줄일 수 있다.

본론 :
하드웨어
NI 제품을 통해 얻어낸 가장 큰 문제의 해결은 하드웨어에 있다.
여러 형태의 모터를 점검하기 위하여 모터에 맞는 외부 하드웨어를 설치해야 하는 부담이 있다. 그러나 LabVIEW를 이용한 프로그램과 측정 레인지의 조절 등을 통하여 한대의 다이나모로 여러 종류의 모터를 시험할 수 있게 되었다. 또한 외부 설비의 부담을 줄일 수 있는 이점이 있다.
NI 에서 제공하는 그래픽과 인디케이터를 통하여 하드웨어의 설치 공간마련 및 설치비용 등을 줄일 수 있었다. 측정 방식도 여러 가지로 나누어서 측정할 수 있다. 토크 측정, 전류 측정, 속도 측정 모드를 통하여 모터의 용도에 맞는 특성을 점검할 수 있다.

그림 1. 시스템 구성

소프트웨어

  

그림 2. E.C형 다이나모미터 실험 프로그램

1. 자동/수동 설정으로 통신을 통하여 다른 장소에서도 실험을 실시할 수 있으며 데이터를 받아볼 수 있도록 설정 가능하다.
2. 각 모드의 선택(토크, 전류, 속력)을 통하여 모터의 특성실험을 할 수 있다.
3. 로드셀에서 얻어지는 값과, 전류센서, 속도센서 등에서 얻어지는 값들을 디스플레이 할 수 있으며, 데이터 값들을 각각의 차트와 그래프로 변환하여 볼 수 있다.
4. PID 설정을 통하여 설정 값을 정한 후 다이나모를 운전하며 모터의 기동 중에서 얻어지는 값들을 설정 값과 비교하여 분석할 수 있다.
5. 모터의 속도를 증감시켜가며 모터의 공진점 (진동 및 소음) 및 최대 토크점 등을 찾아낼 수 있다.
6. 모터에서 얻어지는 모든 데이터를 한 화면에서 확인할 수 있다.
7. 모터의 상태 및 다이나모미터의 상태를 확인하면서 실험계측을 할 수 있다.
8. 화면에서 나타나는 값들을 Report Generation Toolkit으로 엑셀에 문서화할 수 있으며, 모니터에 나타나는 값들을 모두 저장할 수 있다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
LabVIEW를 이용하여 다양한 사용자 인터페이스 구성을 할 수 있었으며, 설계 변경 시 복잡한 하드웨어를 만들지 않고 충분한 제어를 가능하게 하였다. 또한, 여러 측정장비와의 통신이 가능하여 버리거나 놓치기 쉬운 중요한 데이터들을 저장할 수 있게 되었고 프로그래밍에 소요되는 시간을 줄일 수 있었으며, 간단한 기능의 추가를 통하여 장비들의 보호하고 고속 회전하는 제품에서 발생할 수 있는 인명의 상해를 줄일 수 있었다.

NI 솔루션의 이점을 정리하면 다음과 같다.
1. 원하는 사양을 구성할 수 있도록 기술지원이 잘 되었다.
2. 처음 LabVIEW를 사용하여 제품을 구성하였는데, 기술 지원부의 서포트로 문제를 해결할 수 있었으며, 도움이 되는 제품 안내를 많이 받을 수 있었다.
3. 분석기, 오실로스코프와 같은 외부장치를 연결할 수 있는 많은 예제가 지원되어, 다양한 하드웨어와의 호환성 유지가 용이하였다.
4. 여러 종류의 하드웨어를 구비하여, 속도 및 사용자 전원구성에 맞추어 비교하여 선택할 수 있는 폭이 넓었다.
5. 세미나 등을 통해 도움이 되는 정보를 많이 제공해 주었다.

 

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김진수 대리
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