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KR20210108168A - A diagnosis method of malfunction of pumps that is based on machine-learning - Google Patents

A diagnosis method of malfunction of pumps that is based on machine-learning Download PDF

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Publication number
KR20210108168A
KR20210108168A KR1020200023036A KR20200023036A KR20210108168A KR 20210108168 A KR20210108168 A KR 20210108168A KR 1020200023036 A KR1020200023036 A KR 1020200023036A KR 20200023036 A KR20200023036 A KR 20200023036A KR 20210108168 A KR20210108168 A KR 20210108168A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pump
sensor
abnormal
normal
failure
Prior art date
Application number
KR1020200023036A
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Korean (ko)
Inventor
박상혁
김강휘
김대연
양성모
박승환
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method that generates learning result information for fault diagnosis that can determine whether a diagnostic target pump is normal or abnormal and diagnoses the failure of the diagnostic target pump by using the generated learning result information, but accurately diagnoses even a specific failure part in a diagnostic target pump through the precise diagnosis of the diagnostic target pump using various sensors.

Description

머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법{A diagnosis method of malfunction of pumps that is based on machine-learning}A diagnosis method of malfunction of pumps that is based on machine-learning}

본 발명은 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성한 후 생성된 학습결과 정보를 이용하여 진단 대상 펌프의 고장을 진단하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a method for monitoring a pump failure diagnosis based on machine learning, and more particularly, to a pump for diagnosis using the generated learning result information after generating failure diagnosis learning result information that can determine whether the pump is normal or abnormal. It is an invention related to a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method for diagnosing the failure of

특히, 본 발명은 다양한 센서들을 이용하여 진단 대상 펌프를 정밀하게 진단하는 것을 통해 진단 대상 펌프의 특정 고장 부위까지 정확하게 진단하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법에 관한 발명이다.In particular, the present invention relates to a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method for accurately diagnosing even a specific faulty part of a diagnosis target pump through precise diagnosis of a diagnosis target pump using various sensors.

일반적으로 우리가 실생활에서 매일 사용하는 물은 대부분이 상수도 시설에서 공급받는 수돗물이고, 한정된 일부 지역에서 아직도 지하수를 사용하고 있다.In general, most of the water we use every day in real life is tap water supplied from a water supply facility, and groundwater is still used in some limited areas.

우리나라의 산업화가 시작되기 전에는 환경오염이 심하지 않았기 때문에, 자연 상태의 물을 그냥 마셔도 문제가 되지 않았지만, 현재는 환경오염이 심해 상수도 시설은 전부 소독처리를 한 후 공급되고 있는 실정이다.Since environmental pollution was not severe before the start of industrialization in Korea, drinking water in its natural state was not a problem.

한편, 펌프는 지하에 있는 물을 지상으로 끌어올려서 사용하도록 하거나 물탱크 같은 곳에 저장된 물을 외부로 공급하도록 작동하는 장치로서 양수기라고도 부르며, 생활용 펌프부터 각종 산업용 펌프까지 다양하게 사용되고 있다.On the other hand, the pump is a device that works to pull up water from the underground to the ground or to supply water stored in a water tank to the outside.

이때, 펌프의 종류는 회전력을 이용한 원심펌프와 피스톤 왕복운동을 이용한 용적식 펌프로 크게 구분되며, 용도와 작동방식에 따라 세분하게 구분되고 있으며 그 중에서 원심펌프가 가장 널리 사용되고 있다. At this time, the types of pumps are largely divided into a centrifugal pump using rotational force and a positive displacement pump using a piston reciprocating motion, and are subdivided according to use and operation method. Among them, the centrifugal pump is the most widely used.

하지만, 장기간 원심펌프를 사용하다 보면 주로 베어링 결함, 축 휨, 정렬불량, 누수 등의 고장이 일어날 수 있으며, 고장난 부품을 교체하지 않고 계속 사용하면 원심펌프의 고장뿐만 아니라 연결된 다른 설비의 고장으로 이어질 수 있는 가능성도 발생한다.However, if the centrifugal pump is used for a long period of time, failures such as bearing defects, shaft bending, misalignment, and water leakage may occur. possibility arises.

따라서 원심펌프는 주기적으로 성능검사를 수행하여 고장부위를 진단하고, 고장부위가 발견되면 해당 부품을 교체하는 유지보수정비를 통해 원심펌프의 신뢰성을 유지해야 할 필요성이 있는 것이다.Therefore, there is a need to maintain the reliability of the centrifugal pump through maintenance and repair by periodically performing a performance test to diagnose a faulty part, and to replace the part when a faulty part is found.

다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.The following are prior art related to this.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1247337호 진공펌프 시험장치1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1247337 Vacuum pump testing device 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0030823호 원전 펌프 신뢰성 평가 시험장치 및 방법2. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0030823 Nuclear power plant pump reliability evaluation test apparatus and method 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1745103호 고압펌프 시험장치3. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1745103 High-pressure pump test device

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,The present invention is to solve the above problems,

본 발명은 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성한 후 생성된 학습결과 정보를 이용하여 진단 대상 펌프의 고장을 진단하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method for diagnosing a failure of a diagnostic target pump using the generated learning result information after generating failure diagnosis learning result information that can determine whether the pump is normal or abnormal. aim to

또한, 본 발명은 다양한 센서들을 이용하여 진단 대상 펌프를 정밀하게 진단하는 것을 통해 진단 대상 펌프의 특정 고장 부위까지 정확하게 진단하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method for accurately diagnosing even a specific faulty part of the diagnosis target pump through precise diagnosis of the diagnosis target pump using various sensors.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법은,In order to achieve the above object, the present invention's machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method,

펌프 데모 시스템을 이용해 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 학습결과정보 생성단계(S1000)와;a learning result information generation step (S1000) of generating learning result information for fault diagnosis that can determine whether the pump is normal or abnormal using the pump demonstration system;

생성된 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단을 하고자 하는 대상 펌프의 고장을 진단하는 고장 진단단계(S2000)를 포함하는 것을 특징으로 한다.and a failure diagnosis step (S2000) of diagnosing a failure of a target pump for failure diagnosis by using the generated failure diagnosis learning result information.

본 발명은 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성한 후 생성된 학습결과 정보를 이용하여 진단 대상 펌프의 고장을 진단하기 때문에, 신속하고 정확하게 진단 대상 펌프의 고장을 파악하여 시기적절하게 유지보수를 진행하도록 한다.Since the present invention diagnoses the failure of the diagnostic target pump by using the generated learning result information after generating the failure diagnosis learning result information that can determine whether the pump is normal or abnormal, the failure of the diagnostic target pump is quickly and accurately identified. so that maintenance can be carried out in a timely manner.

또한, 본 발명은 다양한 센서들을 이용하여 진단 대상 펌프를 정밀하게 진단하는 것을 통해 진단 대상 펌프의 특정 고장 부위까지 정확하게 진단하기 때문에, 펌프의 고장 부위를 정확하게 파악하지 못해 필요 이상으로 빈번하게 펌프를 점검하거나, 고장 부위를 몰라 펌프 전체를 교체하는 비용 손실을 방지한다.In addition, the present invention accurately diagnoses even a specific faulty part of the diagnostic target pump through precise diagnosis of the diagnostic target pump using various sensors. Otherwise, it avoids the cost of replacing the entire pump without knowing the part of the failure.

도 1은 본 발명의 순서도
도 2는 본 발명의 학습결과정보 생성단계 순서도
도 3은 본 발명의 정상적인 펌프 데모 시스템 계통도
도 4는 본 발명의 정상적인 펌프 데모 시스템 구성 블록도
도 5는 본 발명의 정상적인 펌프 데모 시스템에 각 센서들이 설치된 상태도
도 6은 본 발명의 비정상적인 펌프 데모 시스템 계통도
도 7은 본 발명의 비정상적인 펌프 데모 시스템 구성 블록도
도 8은 본 발명의 고장 진단단계 순서도
1 is a flowchart of the present invention;
2 is a flowchart of the learning result information generation step of the present invention;
3 is a schematic diagram of a normal pump demonstration system of the present invention;
4 is a block diagram of a normal pump demo system of the present invention;
5 is a state diagram in which each sensor is installed in a normal pump demonstration system of the present invention;
6 is a schematic diagram of an abnormal pump demonstration system of the present invention;
7 is an abnormal pump demonstration system configuration block diagram of the present invention
8 is a flowchart of the fault diagnosis step of the present invention;

본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying Figures 1 to 8.

본 발명의 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법(이하 방법)은, 펌프(20)의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성한 후 생성된 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단 대상 펌프(20)의 고장을 진단하는 머신러닝 기반의 펌프(20) 고장 진단 모니터링 방법이기 때문에, 신속하고 정확하게 대상 펌프(20)의 고장을 파악하여 시기적절하게 펌프(20)의 유지보수를 진행하도록 하는 발명이어서 부분별한 유지보수를 방지할 수 있는 발명이다.The machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method (hereinafter the method) of the present invention generates failure diagnosis learning result information that can determine whether the pump 20 is normal or abnormal, and then diagnoses the failure using the generated learning result information. Since it is a machine learning-based pump 20 failure diagnosis monitoring method for diagnosing the failure of the target pump 20, the maintenance of the pump 20 is performed in a timely manner by quickly and accurately identifying the failure of the target pump 20. It is an invention that can prevent partial maintenance because it is an invention to do so.

따라서 본 발명의 방법은, 도 1과 같이, 크게 학습결과정보 생성단계(S1000)와 고장 진단단계(S2000)를 포함한다.Therefore, the method of the present invention, as shown in Fig. 1, largely includes a learning result information generation step (S1000) and a failure diagnosis step (S2000).

구체적으로, 본 발명의 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법은,Specifically, the machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method of the present invention comprises:

펌프 데모 시스템을 이용해 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 학습결과정보 생성단계(S1000)와;a learning result information generation step (S1000) of generating learning result information for fault diagnosis that can determine whether the pump is normal or abnormal using the pump demonstration system;

생성된 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단을 하고자 하는 대상 펌프의 고장을 진단하는 고장 진단단계(S2000)를 포함하는 것을 특징으로 한다.and a failure diagnosis step (S2000) of diagnosing a failure of a target pump for failure diagnosis by using the generated failure diagnosis learning result information.

도 1을 참조하면, 상기 학습결과정보 생성단계(S1000)는 펌프 데모 시스템(10)을 이용해 펌프(20)의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 단계로서, 생성된 고장 진단용 학습결과 정보는 고장 진단단계(S2000)에서 고장 진단 대상 펌프의 고장을 진단하는데 이용된다.Referring to FIG. 1 , the learning result information generation step ( S1000 ) is a step of generating learning result information for fault diagnosis that can determine whether the pump 20 is normal or abnormal using the pump demonstration system 10 . The failure diagnosis learning result information is used to diagnose the failure of the failure diagnosis target pump in the failure diagnosis step (S2000).

상기 학습결과정보 생성단계(S1000)는 세부적으로 제1단계(S100), 제2단계(S200), 제3단계(S300)를 포함한다.The learning result information generation step (S1000) includes a first step (S100), a second step (S200), and a third step (S300) in detail.

구체적으로, 학습결과정보 생성단계(S1000)는,Specifically, the learning result information generation step (S1000) is,

정상적인 펌프 데모 시스템을 구축한 후, 정상적인 펌프의 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 제1단계(S100)와,After building a normal pump demonstration system, a first step (S100) of acquiring normal raw data for each sensor of a normal pump;

비정상적인 펌프 데모 시스템을 구축한 후, 비정상적인 펌프의 센서별 비정상 원시 데이터를 고장 부위별로 획득하는 제2단계(S200)와,After building the abnormal pump demonstration system, the second step (S200) of acquiring abnormal raw data for each sensor of the abnormal pump for each failure part;

획득된 센서별 정상 원시 데이터와 고장 부위별로 획득된 센서별 비정상 원시 데이터를 이용하여 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 펌프 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 제3단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A third step (S300) of generating learning result information for diagnosing pump failure that can determine whether the pump is normal or abnormal using the acquired normal raw data for each sensor and the abnormal raw data for each sensor acquired for each failed part characterized.

도 2를 참조하면, 상기 제1단계(S100)는 정상적인 펌프 데모 시스템을 구축한 후, 정상적인 펌프(20)의 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 단계로서, 제1-1단계(S110)와 제1-2단계(S120)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the first step (S100) is a step of acquiring normal raw data for each sensor of a normal pump 20 after building a normal pump demonstration system. Step 1-1 (S110) and the first step 1-2 steps (S120) are included.

구체적으로, 상기 제1단계(S100)는,Specifically, the first step (S100) is,

정상적인 펌프 데모 시스템의 각 위치에 센서들을 설치하는 제1-1단계(S110)와,Step 1-1 (S110) of installing sensors at each position of the normal pump demonstration system;

센서 설치 후, 펌프 데모 시스템을 동작시켜 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 제1-2단계(S120)를 포함한다.After the sensor is installed, the pump demo system is operated to obtain normal raw data for each sensor ( S120 ).

상기 제1-1단계(S110)는 정상 펌프(20)의 정상 원시 데이터를 획득할 수 있도록 하기 위한 정상적인 펌프 데모 시스템(10)을 구축하는 단계이다.Step 1-1 ( S110 ) is a step of constructing a normal pump demonstration system 10 to obtain normal raw data of the normal pump 20 .

여기서, 상기 정상적인 펌프 데모 시스템(10)은 정상적인 펌프(20) 작동 시, 발생되는 진동, 배관을 통과하는 유량, 정상 펌프(20)의 전단과 후단의 압력차(차압), 모터의 전류를 측정하는 정상인 펌프(20)의 성능과 작동 상태를 확인 할 수 있도록 하는 시스템이다.Here, the normal pump demonstration system 10 measures the vibration generated during normal pump 20 operation, the flow rate passing through the pipe, the pressure difference (differential pressure) between the front and rear ends of the normal pump 20, and the current of the motor. It is a system that allows to check the performance and operating state of the normal pump 20 .

따라서 상기 정상적인 펌프 데모 시스템(10)은, 도 3, 4와 같이, 정상 펌프(20), 가속도센서(100), 유량센서(200), 압력센서(300), 전류센서(400), 수조(500), 데이터 수집부(600), 배관(700)을 포함하도록 구성된다. Therefore, the normal pump demonstration system 10, as shown in FIGS. 3 and 4, includes a normal pump 20, an acceleration sensor 100, a flow sensor 200, a pressure sensor 300, a current sensor 400, and a water tank ( 500 ), a data collection unit 600 , and a pipe 700 .

즉, 정상적인 펌프 데모 시스템(10)은 정상 펌프(20)를 수조(500)에 배관(700)을 이용해 연결하고, 배관 및 정상 펌프의 각 해당 위치에 가속도센서(100), 유량센서(200), 압력센서(300), 전류센서(400)들을 설치한 것이다.That is, the normal pump demonstration system 10 connects the normal pump 20 to the water tank 500 using a pipe 700 , and an acceleration sensor 100 and a flow rate sensor 200 at each corresponding position of the pipe and the normal pump. , the pressure sensor 300 and the current sensor 400 are installed.

구체적으로, 가속도센서(100)는 펌프의 진동을 측정하기 위해 펌프의 임펠러 케이스에 설치되고, 상기 유량센서(200)는 작동 유량을 측정하기 위해 펌프 토출구로부터 충분히 이격된 상부 배관에 설치되고, 상기 압력센서(300)는 차압 측정을 위해 펌프 흡입구와 토출구 근처의 배관에 설치되고, 상기 전류센서(400)는 펌프가 소모하는 전력을 측정하기 위해 전선의 핫라인에 설치되는 것을 특징으로 한다.Specifically, the acceleration sensor 100 is installed in the impeller case of the pump to measure the vibration of the pump, and the flow sensor 200 is installed in the upper pipe sufficiently spaced apart from the pump outlet to measure the operating flow rate, and the The pressure sensor 300 is installed in the piping near the pump inlet and outlet for measuring the differential pressure, and the current sensor 400 is installed in the hotline of the electric wire to measure the power consumed by the pump.

센서들의 설치 위치에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.The installation positions of the sensors will be described in more detail.

도 5의 1번 그림을 참조하면, 상기 가속도센서(100)는 펌프(20)가 작동하면 발생되는 진동을 측정하기 위한 센서로서, 가속도센서(100)의 설치위치는 3단 임펠러가 위치하여 진동이 크게 발생되는 펌프(20)의 임펠러 케이스의 외부이고, 상기 임펠러 케이스의 외부에 X, Y, Z축 방향으로 총 3개의 가속도센서(100)가 부착된다.Referring to Figure 1 of FIG. 5 , the acceleration sensor 100 is a sensor for measuring vibration generated when the pump 20 operates. This is the outside of the impeller case of the pump 20 that is generated greatly, and a total of three acceleration sensors 100 are attached to the outside of the impeller case in the X, Y, and Z axis directions.

이때, 상기 가속도센서(100)는 높은 주파수의 응답을 얻도록 1축 Stud Mount 방식이 적용되었기 때문에, 펌프(20)가 작동하면 복수의 가속도센서(100)에서 측정한 데이터가 데이터 수집부(600)로 전송되고, 상기 데이터 수집부(600)는 펌프(20)의 각 축별 진동 데이터를 용이하게 수집하게 된다.At this time, since the uniaxial stud mount method is applied to the acceleration sensor 100 to obtain a high frequency response, when the pump 20 operates, the data measured by the plurality of acceleration sensors 100 is transferred to the data collection unit 600 . ), and the data collection unit 600 easily collects vibration data for each axis of the pump 20 .

도 5의 2번 그림을 참조하면, 상기 유량센서(200)는 배관을 통과하는 유량을 측정하는 센서로서, 유량센서(200)의 설치위치는 펌프(20)가 작동한 후 유속이 배관내에서 충분히 발현되도록 펌프(20)의 토출구(outlet)에서 일정하게 이격된 거리에 위치한 상부 배관이다.5, the flow sensor 200 is a sensor for measuring the flow rate passing through the pipe, and the installation position of the flow sensor 200 is that the flow rate is within the pipe after the pump 20 operates. It is an upper pipe located at a predetermined distance from the outlet of the pump 20 so as to be sufficiently expressed.

따라서 펌프(20)가 작동하면 상기 유량센서(200)는 배관을 통과하는 유량을 측정한 데이터가 데이터 수집부(600)로 전송된다.Therefore, when the pump 20 is operated, the flow sensor 200 transmits data measuring the flow rate passing through the pipe to the data collection unit 600 .

도 5의 3번 그림을 참조하면, 상기 압력센서(300)는 펌프(20)가 작동하고 배관에서 발생되는 압력을 측정하기 위한 센서로서, 좀 더 상세하게 설명하면, 펌프(20)의 전단 인입구(inlet)에서 발생되는 흡입압과 펌프(20)의 후단 토출구에서 발생되는 토출압의 차이(이하 '차압')를 측정하도록 압력센서(300)는 펌프(20)의 인입구(inlet)측 배관에 설치되는 제1 압력센서(310)와, 토출구측 배관에 설치되는 제2 압력센서(320)를 포함하여 구성된다.Referring to the third figure of FIG. 5 , the pressure sensor 300 is a sensor for measuring the pressure generated in the pipe while the pump 20 operates, and in more detail, the front end inlet of the pump 20 . The pressure sensor 300 is installed at the inlet side of the pump 20 to measure the difference between the suction pressure generated at the inlet and the discharge pressure generated at the discharge port at the rear end of the pump 20 (hereinafter, 'differential pressure'). It is configured to include a first pressure sensor 310 to be installed, and a second pressure sensor 320 to be installed in the discharge port side pipe.

이때, 상기 제1 압력센서(310)와 제2 압력센서(320)는, 도면과 같이, 정확한 측정을 위해 바닥으로부터 수직인 선을 기준으로 45도 각도이하로 배관에 설치된다.At this time, as shown in the drawing, the first pressure sensor 310 and the second pressure sensor 320 are installed in the pipe at an angle of 45 degrees or less from the vertical line from the floor for accurate measurement.

도 5의 4번 그림을 참조하면, 상기 전류센서(400)는 펌프(20)가 작동할 때 발생되는 모터의 전류를 측정하는 센서로서, 전류센서(400)는 펌프(20)(구체적으로는 모터)에 연결된 외부전원의 핫라인(110v, 220V, 380V, 440V 전원선) 일측에 설치된다.5, the current sensor 400 is a sensor that measures the current of the motor generated when the pump 20 operates, and the current sensor 400 is the pump 20 (specifically, It is installed on one side of the external power hotline (110v, 220V, 380V, 440V power line) connected to the motor).

도 5의 5번 그림을 참조하면, 상기 데이터 수집부(600)는 각 센서들과 연결되어, 정상 펌프(20)가 작동하면 각 센서들로부터 각종 측정 데이터를 수집 저장하는 일종의 DAQ(Data Acquisition) 장치이다.Referring to Figure 5 of FIG. 5 , the data acquisition unit 600 is connected to each sensor, and when the normal pump 20 operates, a type of DAQ (Data Acquisition) that collects and stores various measurement data from each sensor it is a device

상기 제1-2단계(S120)는 정상 펌프(20)와 센서들(100, 200, 300, 400)이 설치된 정상적인 펌프 데모 시스템(10)을 작동시켜 정삭적인 펌프(20)가 작동할 때의 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 단계이다.The first and second steps (S120) operate the normal pump 20 and the normal pump demonstration system 10 in which the sensors 100, 200, 300, and 400 are installed to operate the normal pump 20. This is the step of acquiring normal raw data for each sensor.

이때, 상기 제1-2단계(S120)에서의 정상 원시 데이터 획득은 획득된 데이터의 측정 오차를 줄여 신뢰도를 높이도록 설정된 횟수만큼 반복하여 수행된다.In this case, the normal raw data acquisition in step 1-2 ( S120 ) is repeatedly performed a set number of times to increase reliability by reducing a measurement error of the acquired data.

상기 제2단계(S200)는 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)을 구축한 후, 비정상적인 펌프의 센서별 비정상 원시 데이터를 고장 부위별로 획득하는 과정이다.The second step (S200) is a process of acquiring the abnormal raw data for each sensor of the abnormal pump for each faulty part after building the abnormal pump demonstration system 11 .

비정상적인 펌프 데모 시스템(11) 구축이란 상술한 정상적인 펌프 데모 시스템(10)에 설치된 정상 펌프(20)의 특정 부위를 고장 시키는 것을 의미한다.The abnormal construction of the pump demonstration system 11 means that a specific part of the normal pump 20 installed in the above-described normal pump demonstration system 10 is broken.

예를 들어, 정상 펌프(20)의 특정 부위에 설치된 부품을 비정상 부품으로 교체하여 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)을 구축하는 것이다.For example, an abnormal pump demonstration system 11 is constructed by replacing a part installed in a specific part of the normal pump 20 with an abnormal part.

상기 제2단계(S200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)를 포함한다.The second step (S200) includes a step 2-1 (S210) and a step 2-2 (S220), as shown in FIG. 2 .

구체적으로 상기 제2단계(S200)는,Specifically, the second step (S200) is,

정상적인 펌프 데모 시스템을 구성하는 펌프의 특정 부위를 인위적으로 고장 시켜 비정상적인 펌프 데모 시스템을 구축하는 제2-1단계(S210)와,Step 2-1 (S210) of artificially malfunctioning a specific part of the pump constituting the normal pump demonstration system to build an abnormal pump demonstration system;

구축된 비정상적인 펌프 데모 시스템을 동작시켜 센서별 비정상 원시 데이터를 획득하는 제2-2단계(S220)를 포함하되,Including the second-2 step (S220) of acquiring the abnormal raw data for each sensor by operating the built-up abnormal pump demonstration system,

상기 제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)는 고장 시킬 펌프의 특정 부위를 달리하여 반복 수행되고, 상기 제2-2단계(S220)는 고장 부위별로 설정된 횟수만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.Step 2-1 (S210) and step 2-2 (S220) are repeatedly performed by changing a specific part of the pump to be broken, and step 2-2 (S220) is repeated as many times as set for each failure part. characterized by being

상기 제2-1단계(S210)는 제1단계(S100)를 통해 구축된 정상적인 펌프 데모 시스템에 설치된 정상 펌프(20)의 특정 부위를 인위적으로 고장시켜 비정상 펌프(21)를 만들어 도 6과 같이 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)을 구축하는 단계로서, 인위적으로 고장시키는 정상 펌프(20)의 부위는 메카니컬 씰(mechanical seal), 베어링, 임펠러, 축 등과 같이 고장이 빈번히 발생하는 부위일 수 있다.The step 2-1 (S210) artificially malfunctions a specific part of the normal pump 20 installed in the normal pump demonstration system built through the first step (S100) to make the abnormal pump 21, as shown in FIG. As a step of building the abnormal pump demonstration system 11, the part of the normal pump 20 that is artificially broken may be a part where failure frequently occurs, such as a mechanical seal, a bearing, an impeller, a shaft, and the like.

예를 들어, 정상 펌프(20)에 설치된 메카니컬 씰(mechanical seal)을 분리한 후, 마모시켜 파손한 다음 다시 정상 펌프(20)에 설치하여 비정상 펌프(21)를 만드는 것이다.For example, after detaching the mechanical seal installed in the normal pump 20 , it is worn and damaged, and then installed in the normal pump 20 again to make the abnormal pump 21 .

여기서, 상기 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)은 비정상 펌프(20) 작동 시, 발생되는 진동, 배관을 통과하는 유량, 비정상 펌프(21)의 전단과 후단의 압력차(차압), 모터의 전류를 측정하는 비정상인 펌프(21)의 성능과 작동 상태를 확인 할 수 있도록 하는 시스템이다.Here, the abnormal pump demonstration system 11 measures the vibration generated when the abnormal pump 20 operates, the flow rate passing through the pipe, the pressure difference (differential pressure) between the front and rear ends of the abnormal pump 21, and the current of the motor. It is a system that allows to check the performance and operating state of the abnormal pump 21 .

따라서 상기 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)은, 도 6, 7과 같이, 비정상 펌프(21), 가속도센서(100), 유량센서(200), 압력센서(300), 전류센서(400), 수조(500), 데이터 수집부(600), 배관(700)을 포함하도록 구성된다. Therefore, the abnormal pump demonstration system 11 is, as shown in FIGS. 6 and 7, an abnormal pump 21, an acceleration sensor 100, a flow sensor 200, a pressure sensor 300, a current sensor 400, a water tank ( 500 ), a data collection unit 600 , and a pipe 700 .

즉, 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)은 상술한 정상적인 펌프 데모 시스템(10)을 구성하는 정상 펌프(10)를 비정상 펌프(21)로 대체한 것이어서, 배관 및 비정상 펌프의 각 해당 위치에 설치되는 가속도센서(100), 유량센서(200), 압력센서(300), 전류센서(400)들의 설치 위치는 정상적인 펌프 데모 시스템(10)과 동일하다.That is, the abnormal pump demonstration system 11 replaces the normal pump 10 constituting the above-described normal pump demonstration system 10 with the abnormal pump 21, so that the acceleration installed at each corresponding position of the pipe and the abnormal pump. The installation positions of the sensor 100 , the flow sensor 200 , the pressure sensor 300 , and the current sensor 400 are the same as in the normal pump demonstration system 10 .

상기 제2-2단계(S220)는 제2-1단계(S210)를 통해 구축된 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)에 설치된 비정상적인 펌프(21)를 작동시켜 센서별 비정상 원시 데이터를 획득하는 단계이다.Step 2-2 (S220) is a step of acquiring abnormal raw data for each sensor by operating the abnormal pump 21 installed in the abnormal pump demonstration system 11 built through the step 2-1 (S210).

특히, 상기 제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)는 고장 시킬 펌프의 특정 부위를 달리하여 반복 수행되며, 상기 제2-2단계(S220)는 고장 부위별로 설정된 횟수만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.In particular, the step 2-1 (S210) and the step 2-2 (S220) are repeatedly performed by changing a specific part of the pump to be broken, and the step 2-2 (S220) is performed by the number of times set for each failed part. It is characterized in that it is performed repeatedly.

예를 들어, A 부위가 고장난 비정상 펌프를 포함하는 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)을 구축한 후, A 부위가 고장난 비정상 펌프를 동작시켜 센서별 비정상 원시 데이터를 획득하되, 설정된 횟수만큼 반복해 획득한다. 이때 반복해서 획득되는 센서별 비정상 원시 데이터는 고장 부위 A에 매칭 된 센서별 비정상 원시 데이터가 되는 것이다.For example, after constructing an abnormal pump demonstration system 11 including an abnormal pump in which part A is malfunctioning, the abnormal pump in part A is operated to acquire abnormal raw data for each sensor, but repeatedly for a set number of times. . At this time, the abnormal raw data for each sensor that is repeatedly acquired becomes the abnormal raw data for each sensor matched to the faulty part A.

이어서, B 부위가 고장난 비정상 펌프를 포함하는 비정상적인 펌프 데모 시스템(11)을 구축한 후, B 부위가 고장난 비정상 펌프를 동작시켜 센서별 비정상 원시 데이터를 획득하되, 설정된 횟수만큼 반복해 획득한다. 이때 반복해서 획득되는 센서별 비정상 원시 데이터는 고장 부위 B에 매칭 된 센서별 비정상 원시 데이터가 되는 것이다.Next, after building the abnormal pump demonstration system 11 including the abnormal pump in which part B is malfunctioning, the abnormal pump in part B is operated to acquire abnormal raw data for each sensor, but repeatedly acquired by a set number of times. At this time, the abnormal raw data for each sensor that is repeatedly acquired becomes the abnormal raw data for each sensor matched to the faulty part B.

이와 같은 과정을 고장부위 C, 고장부위 D, 고장부위 E 등과 같이 고장 부위를 달리하여 수행하는 것이다.This process is performed with different faulty parts such as faulty part C, faulty part D, and faulty part E.

이때, 제2-2단계(S220)를 고장 부위별로 설정된 횟수만큼 반복 수행하는 이유는 획득된 데이터의 측정 오차를 줄여 신뢰도를 높이기 위함이다.In this case, the reason for repeating step 2-2 ( S220 ) for the number of times set for each faulty part is to increase reliability by reducing measurement error of acquired data.

상기와 같이 제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)를 수행하면 고장 부위별로 센서별 비정상 원시 데이터를 획득할 수 있게 된다.If step 2-1 (S210) and step 2-2 (S220) are performed as described above, it is possible to acquire abnormal raw data for each sensor for each defective part.

정리하면, 상술한 제1단계(S100)의 목적은 정상적인 펌프 데모 시스템을 통해 센서들의 정상 원시 데이터를 획득하는 것이고, 상술한 제2단계(S200)의 목적은 비정상적인 펌프 데모 시스템을 통해 고장 부위별 센서들의 비정상 원시 데이터를 획득하는 것이어서, 후술할 제3단계(S300)에서 센서별 정상 원시 데이터와 비정상 원시 데이터를 통해 펌프 고장 진단용 학습결과 정보를 생성할 수 있게 되는 것이다.In summary, the purpose of the above-described first step (S100) is to acquire normal raw data of the sensors through a normal pump demonstration system, and the purpose of the above-described second step (S200) is to use an abnormal pump demonstration system for each failure part. Since the abnormal raw data of the sensors is acquired, learning result information for diagnosing pump failure can be generated through the normal raw data and the abnormal raw data for each sensor in a third step (S300), which will be described later.

상기 제3단계(S300)는 제1단계(S100)를 통해 획득한 센서별 정상 원시 데이터와, 제2단계(S200)를 통해 고장 부위별로 획득한 센서별 비정상 원시 데이터를 이용하여 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 펌프 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 단계로서, 상기 제3단계(S300)를 통해 생성된 펌프 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단단계(S2000)에서 펌프(20)의 고장을 진단하게 된다.The third step (S300) is performed using the normal raw data for each sensor acquired through the first step (S100) and the abnormal raw data for each sensor acquired for each faulty part through the second step (S200). As a step of generating learning result information for diagnosing a pump failure that can determine an abnormality, the pump 20 in the failure diagnosis step (S2000) using the learning result information for diagnosing a pump failure generated through the third step (S300). to diagnose the fault.

특히, 제2단계(S200)를 통해 획득한 센서별 비정상 원시 데이터는 고장 부위별로 생성되는 센서별 비정상 원시 데이터인 것을 특징으로 하며, 센서별 비정상 원시 데이터가 고장 부위별로 생성되는 특징은 제2단계(S200) 설명 부분에서 상세히 설명(제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)는 고장 시킬 펌프의 특정 부위를 달리하여 반복 수행되고, 제2-2단계(S220)는 고장 부위별로 설정된 횟수만큼 반복 수행됨)된바 구체적 설명은 생략하기로 한다.In particular, the abnormal raw data for each sensor obtained through the second step (S200) is characterized in that the abnormal raw data for each sensor is generated for each defective part, and the characteristic that the abnormal raw data for each sensor is generated for each defective part is characterized in that the second step (S200) Detailed description in the description part (Step 2-1 (S210) and Step 2-2 (S220) are repeatedly performed by changing a specific part of the pump to be broken, and Step 2-2 (S220) is a failure repeated as many times as set for each part), a detailed description thereof will be omitted.

상기 제3단계(S300)는 도 2를 참조하면, 제3-1단계(S310), 제3-2단계(S320), 제3-3단계(S330), 제3-4단계(S340)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the third step (S300) includes steps 3-1 (S310), 3-2 (S320), 3-3 (S330), and 3-4 (S340). consists of including

구체적으로, 상기 제3단계(S300)는,Specifically, the third step (S300) is,

획득된 센서별 정상 원시 데이터로부터 정상 센서별 특성값을 추출하는 제3-1단계(S310)와,Step 3-1 (S310) of extracting characteristic values for each normal sensor from the acquired normal raw data for each sensor;

고장 부위별로 획득된 센서별 비정상 원시 데이터로부터 고장 부위별로 비정상 센서별 특성값을 추출하는 제3-2단계(S320)와,Step 3-2 (S320) of extracting characteristic values for each abnormal sensor for each faulty part from the abnormal raw data for each sensor acquired for each faulty part (S320);

추출된 정상 센서별 특성값과 고장 부위별로 추출된 비정상 센서별 특성값을 이용하여, 센서별 정상 특성값 범위를 결정하고, 고장 부위별로 센서별 비정상 특성값 범위를 결정하는 제3-3단계(S330)와,Step 3-3 of determining the normal characteristic value range for each sensor using the extracted characteristic value for each normal sensor and the characteristic value for each abnormal sensor extracted for each faulty part, and determining the abnormal characteristic value range for each sensor for each faulty part ( S330) and

결정된 센서별 특성값 범위들을 이용해 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 제3-5단계(S340)를를 포함한다.and a step 3-5 of generating learning result information for fault diagnosis by using the determined characteristic value ranges for each sensor (S340).

상기 제3-1단계(S310)는 제1단계(S100)를 통해 획득된 센서별 정상 원시 데이터로부터 센서별 특성값을 추출하는 단계이다.The step 3-1 (S310) is a step of extracting a characteristic value for each sensor from the normal raw data for each sensor obtained through the first step (S100).

즉, 상기 제3-1단계(S310)는 정상 상태의 펌프(20)를 작동시킬 때 가속도센서(100)가 측정한 펌프의 진동(구체적으로는 임펠러 케이스의 진동) 데이터, 유량센서(200)가 측정한 배관의 유량 데이터, 압력센서(300)가 측정한 흡입압과 토출압의 차압 데이터, 전류센서(400)가 측정한 모터의 전류 데이터를 포함한 센서별 정상 원시 데이터로부터 센서별 특성값을 추출하는 단계이다.That is, in the 3-1 step (S310), the pump vibration (specifically, the vibration of the impeller case) measured by the acceleration sensor 100 when the pump 20 in a steady state is operated, data, the flow sensor 200 The characteristic value for each sensor is obtained from the normal raw data for each sensor including the flow data of the pipe measured by This is the extraction step.

이때, 정상 원시 데이터로부터 추출되는 특성값은 정상 원시 데이터의 설정된 시간 구간별 첨두-첨두값(Peak-to-Peak), 표준편차(Standard Variation), 평균(Mean), 제곱 평균 제곱(Root Mean Square), 파고율(crest factor), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis), 최대 진폭의 주파수(frequency of max amplitude) 중에 어느 하나 일 수 있는데, 본 발명은 분류 정확도가 가장 높은 모델인 설정된 시간 구간별 표준편차를 이용한다.At this time, the characteristic values extracted from the normal raw data are Peak-to-Peak, Standard Variation, Mean, and Root Mean Square for each set time interval of the normal raw data. ), crest factor, skewness, kurtosis, and frequency of max amplitude, the present invention provides a model with the highest classification accuracy for each set time interval Standard deviation is used.

시간 구간별 첨두-첨두값(Peak-to-Peak), 표준편차(Standard Variation), 평균(Mean), 제곱 평균 제곱(Root Mean Square), 파고율(crest factor), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis), 최대 진폭의 주파수(frequency of max amplitude)를 특성값으로 사용하는 이유는 실시간으로 수신되는 센서별 정상 원시 데이터는 그 데이터량이 방대하기 때문에 모든 데이터를 비교하는 것은 현실적으로 용이치 않다.Peak-to-Peak, Standard Variation, Mean, Root Mean Square, crest factor, skewness, kurtosis ( kurtosis) and the frequency of max amplitude are used as characteristic values. Because the data volume of normal raw data for each sensor received in real time is huge, it is not practically easy to compare all data.

따라서 실시간으로 수신되는 센서별 정상 원시 데이터를 설정된 시간 구간별로 샘플링하고, 샘플링 된 시간 구간별 데이터의 첨두-첨두값(Peak-to-Peak), 표준편차(Standard Variation), 평균(Mean), 제곱 평균 제곱(Root Mean Square), 파고율(crest factor), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis), 최대 진폭의 주파수(frequency of max amplitude)를 특성값으로 하여 비교하면, 방대한 데이터 비교 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, normal raw data for each sensor received in real time is sampled for each set time section, and peak-to-peak values, standard deviation, mean, and square of the sampled data for each time section are sampled. Comparing the root mean square, crest factor, skewness, kurtosis, and frequency of max amplitude as characteristic values, it is possible to shorten the time to compare massive data. can have an effect.

특히, 본 발명에서는 특성값으로 설정된 시간 구간별 표준편차를 이용하게 되는데, 이는 첨두-첨두값(Peak-to-Peak), 평균(Mean), 제곱 평균 제곱(Root Mean Square), 파고율(crest factor), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis), 최대 진폭의 주파수(frequency of max amplitude)보다 데이터 비교 시, 비교 정확도가 가장 높아 결국 고장 진단을 위한 고장 진단용 학습결과 정보를 이용해 고장 진단 시, 분류 정확도가 높아져 진단 정확도가 높아지게 된다.In particular, in the present invention, the standard deviation for each time section set as a characteristic value is used, which is a peak-to-peak value, a mean, a root mean square, and a crest factor. ), skewness, kurtosis, and frequency of max amplitude when comparing data, the comparison accuracy is the highest. The higher the accuracy, the higher the diagnostic accuracy.

상기 제3-2단계(S320)도 제3-1단계(S310)와 동일한 방식으로 제2단계(S200)를 통해 고장 부위별로 획득된 센서별 비정상 원시 데이터로부터 고장 부위별로 비정상 센서별 특성값을 추출하는 과정이다.In step 3-2 (S320), in the same manner as in step 3-1 (S310), the characteristic value of each abnormal sensor for each faulty part is obtained from the abnormal raw data for each sensor acquired for each faulty part through the second step (S200) in the same manner as in step 3-1 (S310). It is an extraction process.

제3-2단계(S320)에서 고장 부위별로 추출되는 비정상 센서별 특성값 역시 표준편차이며, 이에 대한 구체적 특징은 제3-1단계(S310)에서 설명된 바, 구체적 설명은 생략하기로 한다.The characteristic value for each abnormal sensor extracted for each faulty part in step 3-2 (S320) is also a standard deviation, and the specific characteristic thereof has been described in step 3-1 (S310), and detailed description thereof will be omitted.

상기 제3-3단계(S330)는 추출된 정상 센서별 특성값과 고장 부위별로 추출된 비정상 센서별 특성값을 이용하여 센서별 정상 특성값 범위를 결정하고 고장 부위별로 센서별 비정상 특성값 범위를 결정하는 과정이다.In step 3-3 (S330), the normal characteristic value range for each sensor is determined using the extracted characteristic value for each normal sensor and the characteristic value for each abnormal sensor extracted for each faulty part, and the abnormal characteristic value range for each sensor is determined for each faulty part. It is a decision-making process

제3-3단계(S330)를 통해 결정되는 센서별 정상 특성값 범위는 예를 들어, 가속도 센서의 정상 특성값 범위 1~5, 유량 센서의 정상 특성값 범위 2~7, 압력 센서의 정상 특성값 범위 10~20, 전류 센서의 정상 특성값 범위 0.5~1 등일 수 있다.The normal characteristic value range for each sensor determined through step 3-3 (S330) is, for example, the normal characteristic value range of 1 to 5 of the acceleration sensor, 2-7 of the normal characteristic value of the flow sensor, and the normal characteristic of the pressure sensor. It may be a value range of 10 to 20, a normal characteristic value range of a current sensor of 0.5 to 1, and the like.

또한, 제3-3단계(S330)를 통해 고장 부위별로 결정되는 센서별 비정상 특성값 범위는 예를 들어, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시 가속도 센서의 비정상 특성값 범위 6~10, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시 유량 센서의 비정상 특성값 범위 8~15, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시 압력 센서의 비정상 특성값 범위 20~30, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시 전류 센서의 비정상 특성값 범위 1~2, 베이링 고장 시 가속도 센서의 비정상 특성값 범위 8~13, 베어링 고장 시 유량 센서의 비정상 특성값 범위 10~18, 베어링 고장 시 압력 센서의 비정상 특성값 범위 25~33, 베어링 고장 시 전류 센서의 비정상 특성값 범위 1.5~2.7 등일 수 있다.In addition, the range of abnormal characteristic values for each sensor determined for each faulty part through step 3-3 (S330) is, for example, the range of abnormal characteristic values of the acceleration sensor when a mechanical seal fails, 6-10, mechanical seal ( The abnormal characteristic value range of the flow sensor in case of mechanical seal failure 8~15, the abnormal characteristic value range of the pressure sensor in case of mechanical seal failure 20~30, the abnormal characteristic value range of the current sensor in case of mechanical seal failure 1~2, the abnormal characteristic value range of the acceleration sensor in case of bearing failure 8~13, the abnormal characteristic value range of the flow sensor in case of bearing failure 10~18, the abnormal characteristic value range of the pressure sensor in the case of bearing failure 25~33, in case of bearing failure The abnormal characteristic value range of the current sensor may be 1.5 to 2.7, and the like.

상기 제3-4단계(S340)는 결정된 센서별 특성값 범위를 이용해 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 과정이다.Steps 3-4 ( S340 ) are a process of generating learning result information for fault diagnosis by using the determined characteristic value range for each sensor.

제3-4단계(S340)를 통해 생성되는 고장 진단용 학습결과 정보는 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보와 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보를 포함한다.The learning result information for fault diagnosis generated through steps 3-4 ( S340 ) includes information on the characteristic value range for each sensor of the normal pump and information on the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each faulty part.

따라서 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보와 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보를 포함하는 고장 진단용 학습결과 정보와 진단 대상인 펌프의 센서별 특성값을 비교하여 후술할 고장 진단단계(S2000)를 통해 진단 대상인 펌프의 정상, 비정상을 진단하게 된다. Therefore, it will be described later by comparing the characteristic value of each sensor of the pump to be diagnosed with the learning result information for fault diagnosis, which includes information on the characteristic value range for each sensor of the normal pump and the information on the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each failure part. Through the failure diagnosis step (S2000), the normal or abnormality of the pump, which is a diagnosis target, is diagnosed.

도 1을 참조하면, 본 발명의 고장 진단단계(S2000)는 학습결과정보 생성단계(S1000)를 통해 생성된 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단을 하고자 하는 대상 펌프(20)의 고장을 진단하는 단계로서, 제4-1단계(S2100), 제4-2단계(S2200), 제4-3단계(S2300)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the failure diagnosis step ( S2000 ) of the present invention diagnoses the failure of the target pump 20 for failure diagnosis by using the failure diagnosis learning result information generated through the learning result information generation step ( S1000 ). Step 4-1 (S2100), step 4-2 (S2200), and includes a step 4-3 (S2300).

구체적으로, 상기 고장 진단단계(S2000)는 도 8에 도시된 바와 같이,Specifically, the fault diagnosis step (S2000) is as shown in FIG. 8,

고장 진단 펌프 시스템을 구축하고, 구축된 시스템의 각 위치에 센서들을 설치하는 제4-1단계(S2100)와,Step 4-1 (S2100) of building a fault diagnosis pump system and installing sensors at each location of the built system;

고장 진단 펌프 시스템을 동작시켜 센서별 고장 진단용 데이터를 획득하는 제4-2단계(S2200)와,Step 4-2 (S2200) of operating the fault diagnosis pump system to obtain data for fault diagnosis for each sensor;

획득된 센서별 고장 진단용 데이터와 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단 대상인 펌프의 고장을 진단하는 제4-3단계(S2300)를 포함한다.and a 4-3 step (S2300) of diagnosing the failure of the pump, which is a failure diagnosis target, by using the acquired failure diagnosis data for each sensor and the failure diagnosis learning result information.

특히, 상기 제4-1단계(S2100)에서 설치되는 센서들은 가속도센서, 유량센서, 압력센서, 전류센서를 포함하고, 상기 가속도센서는 펌프의 진동을 측정하기 위해 임펠러 케이스에 설치되고, 상기 유량센서는 작동 유량을 측정하기 위해 토출구로부터 충분히 이격된 상부 배관에 설치되고, 상기 압력센서는 차압 측정을 위해 흡입구와 토출구에 설치되고, 상기 전류센서는 펌프가 소모하는 전력을 측정하기 위해 전선의 핫라인에 설치되는 것을 특징으로 한다.In particular, the sensors installed in step 4-1 (S2100) include an acceleration sensor, a flow sensor, a pressure sensor, and a current sensor, and the acceleration sensor is installed in the impeller case to measure the vibration of the pump, and the flow rate The sensor is installed in the upper pipe sufficiently spaced apart from the outlet to measure the operating flow, the pressure sensor is installed at the inlet and the outlet to measure the differential pressure, and the current sensor is a hotline of the electric wire to measure the power consumed by the pump. It is characterized in that it is installed in

상기 제4-1단계(S2100)는 고장 진단 펌프 시스템을 구축하고, 구축된 시스템의 각 위치에 센서들을 설치하는 단계이다.The step 4-1 ( S2100 ) is a step of constructing a fault diagnosis pump system and installing sensors at each position of the built system.

즉, 상기 제4-1단계(S2100)를 통해 구축되는 고장 진단 펌프 시스템은 학습결과정보 생성단계(S1000)의 제1단계(S100)에서 구축한 정상적인 펌프 데모 시스템과 동일한 시스템으로서, 단지 차이점은 제1단계(S100)에서 구축한 정상적인 펌프 데모 시스템을 구성하는 정상 펌프(20)가 고장을 진단하고자 하는 진단 대상 펌프로 대체된다는 점이다.That is, the failure diagnosis pump system built through the step 4-1 (S2100) is the same system as the normal pump demonstration system built in the first step (S100) of the learning result information generation step (S1000), only the difference is The point is that the normal pump 20 constituting the normal pump demonstration system built in the first step ( S100 ) is replaced with a diagnosis target pump for which a failure is to be diagnosed.

즉, 제4-1단계(S2100)를 통해 구축되는 고장 진단 펌프 시스템은 고장 진단 대상 펌프, 가속도센서(100), 유량센서(200), 압력센서(300), 전류센서(400), 수조(500), 데이터 수집부(600), 배관(700)을 포함하도록 구성된다.That is, the failure diagnosis pump system constructed through step 4-1 (S2100) is a failure diagnosis target pump, acceleration sensor 100, flow sensor 200, pressure sensor 300, current sensor 400, water tank ( 500 ), a data collection unit 600 , and a pipe 700 .

상기 제4-2단계(S2200)는 제4-1단계(S2100)을 통해 구축된 고장 진단 펌프 시스템을 작동시켜 센서별 고장 진단용 데이터를 획득하는 과정이다.Step 4-2 (S2200) is a process of acquiring fault diagnosis data for each sensor by operating the fault diagnosis pump system built through step 4-1 (S2100).

상기 제4-3단계(S2300)는 제4-2단계(S2200)를 통해 획득된 센서별 고장 진단용 데이터와 학습결과정보 생성단계(S1000)에서 생성한 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단 대상 펌프의 고장을 진단하는 단계로서, 제4-3-1단계(S2310), 제4-3-2단계(S2320)를 포함한다.The 4-3 step (S2300) is a failure diagnosis target using the fault diagnosis data for each sensor acquired through the 4-2 step (S2200) and the fault diagnosis learning result information generated in the learning result information generation step (S1000). As a step of diagnosing the failure of the pump, it includes a 4-3-1 step (S2310) and a 4-3-2 step (S2320).

구체적으로, 상기 제4-3단계(S2300)는 도 8에 도시된 바와 같이,Specifically, the 4-3 step (S2300) is as shown in FIG. 8,

획득된 센서별 고장 진단용 데이터로부터 센서별 특성값을 추출하는 제4-3-1단계(S2310)와,Step 4-3-1 (S2310) of extracting a characteristic value for each sensor from the acquired fault diagnosis data for each sensor;

추출된 센서별 특성값을 고장 진단용 학습결과 정보와 비교하여, 고장 진단 대상 펌프의 정상, 비정상을 판단하는 제4-3-2단계(S2320)를 포함하고,Comprising the 4-3-2 step (S2320) of comparing the extracted characteristic values for each sensor with the learning result information for fault diagnosis, and determining whether the pump is normal or abnormal for diagnosis of a fault;

상기 고장 진단용 학습결과 정보는 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보와 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.The learning result information for fault diagnosis is characterized in that it includes information on the characteristic value range for each sensor of the normal pump and information on the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each faulty part.

상기 제4-3-1단계(S2310)는 획득된 센서별 고장 진단용 데이터로부터 센서별 특성값을 추출하는 단계로서, 추출되는 센서별 특성값은 학습결과정보 생성단계(S1000)에서와 마찬가지로 센서별 고장 진단용 데이터의 설정된 시간 구간별 표준편차인 것을 특징으로 한다.The step 4-3-1 ( S2310 ) is a step of extracting a characteristic value for each sensor from the acquired fault diagnosis data for each sensor. It is characterized in that it is the standard deviation for each set time section of the data for fault diagnosis.

표준편차를 특성값으로 하는 이유는 학습결과정보 생성단계(S1000)에서 설명한 바와 동일하다.The reason for using the standard deviation as the characteristic value is the same as described in the learning result information generation step (S1000).

상기 제4-3-2단계(S2320)는 추출된 센서별 특성값을 고장 진단용 학습결과 정보와 비교하여, 고장 진단 대상 펌프의 정상, 비정상을 판단하는 과정이다.The step 4-3-2 ( S2320 ) is a process of comparing the extracted characteristic values for each sensor with the learning result information for fault diagnosis to determine whether the pump to be diagnosed is normal or abnormal.

상기 고장 진단용 학습결과 정보는 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보와 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에, 추출된 센서별 특성값을 고장 진단용 학습결과 정보와 비교한다는 것은 추출된 센서별 특성값을 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위와 비교하는 것과 추출된 센서별 특성값을 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위와 비교하는 것을 의미한다.Since the failure diagnosis learning result information includes information on the characteristic value range for each sensor of a normal pump and information on the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each failure part, the extracted characteristic value for each sensor is used for failure diagnosis. Comparing with the result information means comparing the extracted characteristic value for each sensor with the characteristic value range for each sensor of a normal pump, and comparing the extracted characteristic value for each sensor with the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each faulty part. .

예를 들어, 고장 진단용 학습결과 정보가 가속도 센서의 정상 특성값 범위가 1~5, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위가 6~10, 베이링 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위가 8~13이라고 가정하는 경우, 고장 진단 펌프 시스템으로부터 획득한 고장 진단용 데이터로부터 추출한 가속도 센서의 특성값을 상기 가속도 센서의 정상 특성값 범위 1~5, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위 6~10, 베이링 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위 8~13과 비교하는 것이다.For example, the learning result information for fault diagnosis indicates that the normal characteristic value range of the acceleration sensor is in the range of 1 to 5, the abnormal characteristic value range of the acceleration sensor in case of mechanical seal failure is 6 to 10, and the acceleration sensor in the case of bearing failure. If it is assumed that the abnormal characteristic value range of is 8 to 13, the characteristic value of the acceleration sensor extracted from the failure diagnosis data obtained from the failure diagnosis pump system is in the normal characteristic value range of the acceleration sensor 1 to 5, mechanical seal This is compared with the abnormal characteristic value range of 6 to 10 of the acceleration sensor in case of failure, and the abnormal characteristic value range of 8 to 13 of the acceleration sensor in the case of bearing failure.

비교 결과, 고장 진단용 데이터로부터 추출한 가속도 센서의 특성값이 가속도 센서의 정상 특성값 범위인 1~5에 속하면 정상, 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위인 6~10에 속하면 메카니컬 씰(mechanical seal) 고장, 베이링 고장 시의 가속도 센서의 비정상 특성값 범위인 8~13에 속하면 베이링 고장으로 판단한다.As a result of comparison, if the characteristic value of the acceleration sensor extracted from the fault diagnosis data falls within the normal characteristic value range of the acceleration sensor, 1-5, it is normal, and when the mechanical seal fails, the acceleration sensor's abnormal characteristic value range is 6-10. If it belongs to mechanical seal failure, and if it belongs to 8~13, which is the abnormal characteristic value range of the acceleration sensor in case of bearing failure, it is judged as bearing failure.

상기의 경우라면 고장 진단용 펌프는 메카니컬 씰(mechanical seal)과 베이링 이 고장난 것으로 판단하는 것이다.In the above case, it is determined that the mechanical seal and bearing of the pump for fault diagnosis are faulty.

이를 통해, 본 발명은 사용자가 고장 진단 대상 펌프의 특정 고장 부위를 정확히 파악하여 신속하게 조치하도록 하므로, 종래처럼 이상 여부를 판단하기 위해 불필요 또는 무분별하게 펌프를 점검하거나 특정 고장 부위를 판단할 수 없어 펌프 전체를 교체하는 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.Through this, the present invention allows the user to accurately identify a specific faulty part of the pump to be diagnosed and promptly take action, so as in the prior art, it is not possible to check the pump unnecessarily or indiscriminately to determine whether there is an abnormality or to determine a specific faulty part. It is possible to solve problems such as replacing the entire pump.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the present invention has been described together with the accompanying drawings, the preferred embodiment of the present invention is exemplarily described, and the present invention is not limited thereto. In addition, it is a clear fact that anyone with ordinary skill in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

10 : 정상적인 펌프 데모 시스템
11 : 비정상적인 펌프 데모 시스템
20 : 정상 펌프
21 : 비정상 펌프
S1000 : 학습결과정보 생성단계
S2000 : 고장 진단단계
10: Normal Pump Demo System
11: Abnormal Pump Demo System
20: normal pump
21: Abnormal pump
S1000: Learning result information generation step
S2000: Troubleshooting stage

Claims (7)

펌프의 이상 진단을 위한 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법에 있어서,
펌프 데모 시스템을 이용해 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 학습결과정보 생성단계(S1000)와;
생성된 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단을 하고자 하는 대상 펌프의 고장을 진단하는 고장 진단단계(S2000)를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
In a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method for diagnosing a pump abnormality,
a learning result information generation step (S1000) of generating learning result information for fault diagnosis that can determine whether the pump is normal or abnormal using the pump demonstration system;
A machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, comprising: a failure diagnosis step (S2000) of diagnosing a failure of a target pump for failure diagnosis using the generated failure diagnosis learning result information.
청구항 1에 있어서,
상기 학습결과정보 생성단계(S1000)는,
정상적인 펌프 데모 시스템을 구축한 후, 정상적인 펌프의 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 제1단계(S100)와,
비정상적인 펌프 데모 시스템을 구축한 후, 비정상적인 펌프의 센서별 비정상 원시 데이터를 고장 부위별로 획득하는 제2단계(S200)와,
획득된 센서별 정상 원시 데이터와 고장 부위별로 획득된 센서별 비정상 원시 데이터를 이용하여 펌프의 정상, 비정상을 판단할 수 있는 펌프 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 제3단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
The learning result information generation step (S1000) is,
After building a normal pump demonstration system, a first step (S100) of acquiring normal raw data for each sensor of a normal pump;
After building the abnormal pump demonstration system, the second step (S200) of acquiring abnormal raw data for each sensor of the abnormal pump for each failure part;
A third step (S300) of generating learning result information for diagnosing pump failure that can determine whether the pump is normal or abnormal using the acquired normal raw data for each sensor and abnormal raw data for each sensor acquired for each faulty part A machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method.
청구항 2에 있어서,
상기 제1단계(S100)는,
정상적인 펌프 데모 시스템의 각 위치에 센서들을 설치하는 제1-1단계(S110)와,
센서 설치 후, 펌프 데모 시스템을 동작시켜 센서별 정상 원시 데이터를 획득하는 제1-2단계(S120)를 포함하되,
상기 제1-1단계(S110)에서 설치되는 센서들은 가속도센서, 유량센서, 압력센서, 전류센서를 포함하고,
상기 제1-2단계(S120)에서의 센서별 정상 원시 데이터 획득은 설정된 횟수만큼 반복하여 획득하고,
상기 가속도센서는 펌프의 진동을 측정하기 위해 임펠러 케이스에 설치되고, 상기 유량센서는 작동 유량을 측정하기 위해 토출구로부터 충분히 이격된 상부 배관에 설치되고, 상기 압력센서는 차압 측정을 위해 흡입구와 토출구에 설치되고, 상기 전류센서는 펌프가 소모하는 전력을 측정하기 위해 전선의 핫라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
3. The method according to claim 2,
The first step (S100) is,
Step 1-1 (S110) of installing sensors at each position of the normal pump demonstration system;
After the sensor is installed, including the first and second steps (S120) of operating the pump demonstration system to obtain normal raw data for each sensor,
The sensors installed in step 1-1 (S110) include an acceleration sensor, a flow sensor, a pressure sensor, and a current sensor,
The acquisition of normal raw data for each sensor in step 1-2 (S120) is repeatedly acquired for a set number of times,
The acceleration sensor is installed in the impeller case to measure the vibration of the pump, the flow sensor is installed in the upper pipe sufficiently spaced apart from the outlet to measure the operating flow, and the pressure sensor is installed at the inlet and outlet to measure the differential pressure. installed, and the current sensor is a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, characterized in that it is installed on a hotline of a wire to measure the power consumed by the pump.
청구항 2에 있어서,
상기 제2단계(S200)는,
정상적인 펌프 데모 시스템을 구성하는 펌프의 특정 부위를 인위적으로 고장 시켜 비정상적인 펌프 데모 시스템을 구축하는 제2-1단계(S210)와,
구축된 비정상적인 펌프 데모 시스템을 동작시켜 센서별 비정상 원시 데이터를 획득하는 제2-2단계(S220)를 포함하되,
상기 제2-1단계(S210)와 제2-2단계(S220)는 고장 시킬 펌프의 특정 부위를 달리하여 반복 수행되고, 상기 제2-2단계(S220)는 고장 부위별로 설정된 횟수만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
3. The method according to claim 2,
The second step (S200) is,
Step 2-1 (S210) of artificially malfunctioning a specific part of the pump constituting the normal pump demonstration system to build an abnormal pump demonstration system;
Including the second-2 step (S220) of acquiring the abnormal raw data for each sensor by operating the built-up abnormal pump demonstration system,
Step 2-1 (S210) and step 2-2 (S220) are repeatedly performed by changing a specific part of the pump to be broken, and step 2-2 (S220) is repeated as many times as set for each failure part. Machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, characterized in that.
청구항 2에 있어서,
상기 제3단계(S300)는,
획득된 센서별 정상 원시 데이터로부터 정상 센서별 특성값을 추출하는 제3-1단계(S310)와,
고장 부위별로 획득된 센서별 비정상 원시 데이터로부터 고장 부위별로 비정상 센서별 특성값을 추출하는 제3-2단계(S320)와,
추출된 정상 센서별 특성값과 고장 부위별로 추출된 비정상 센서별 특성값을 이용하여, 센서별 정상 특성값 범위를 결정하고, 고장 부위별로 센서별 비정상 특성값 범위를 결정하는 제3-3단계(S330)와,
결정된 센서별 특성값 범위들을 이용해 고장 진단용 학습결과 정보를 생성하는 제3-4단계(S340)를 포함하되,
상기 특성값은 설정된 시간 구간별 표준편차인 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
3. The method according to claim 2,
The third step (S300) is,
Step 3-1 (S310) of extracting characteristic values for each normal sensor from the acquired normal raw data for each sensor;
Step 3-2 (S320) of extracting characteristic values for each abnormal sensor for each faulty part from the abnormal raw data for each sensor acquired for each faulty part (S320);
Step 3-3 of determining the normal characteristic value range for each sensor using the extracted characteristic value for each normal sensor and the characteristic value for each abnormal sensor extracted for each faulty part, and determining the abnormal characteristic value range for each sensor for each faulty part ( S330) and
Steps 3-4 (S340) of generating learning result information for fault diagnosis using the determined characteristic value ranges for each sensor,
The characteristic value is a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, characterized in that the standard deviation for each set time section.
청구항 1에 있어서,
상기 고장 진단단계(S2000)는,
고장 진단 펌프 시스템을 구축하고, 구축된 시스템의 각 위치에 센서들을 설치하는 제4-1단계(S2100)와,
고장 진단 펌프 시스템을 동작시켜 센서별 고장 진단용 데이터를 획득하는 제4-2단계(S2200)와,
획득된 센서별 고장 진단용 데이터와 고장 진단용 학습결과 정보를 이용하여 고장 진단 대상인 펌프의 고장을 진단하는 제4-3단계(S2300)를 포함하되,
상기 제4-1단계(S2100)에서 설치되는 센서들은 가속도센서, 유량센서, 압력센서, 전류센서를 포함하고,
상기 가속도센서는 펌프의 진동을 측정하기 위해 임펠러 케이스에 설치되고, 상기 유량센서는 작동 유량을 측정하기 위해 토출구로부터 충분히 이격된 상부 배관에 설치되고, 상기 압력센서는 차압 측정을 위해 흡입구와 토출구에 설치되고, 상기 전류센서는 펌프가 소모하는 전력을 측정하기 위해 전선의 핫라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
The fault diagnosis step (S2000) is,
Step 4-1 (S2100) of building a fault diagnosis pump system and installing sensors at each location of the built system;
Step 4-2 (S2200) of operating the fault diagnosis pump system to obtain data for fault diagnosis for each sensor;
Including the 4-3 step (S2300) of diagnosing the failure of the pump, which is a failure diagnosis target, using the acquired failure diagnosis data for each sensor and the failure diagnosis learning result information,
The sensors installed in step 4-1 (S2100) include an acceleration sensor, a flow sensor, a pressure sensor, and a current sensor,
The acceleration sensor is installed in the impeller case to measure the vibration of the pump, the flow sensor is installed in the upper pipe sufficiently spaced apart from the outlet to measure the operating flow, and the pressure sensor is installed at the inlet and outlet to measure the differential pressure. installed, and the current sensor is a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, characterized in that it is installed on a hotline of a wire to measure the power consumed by the pump.
청구항 6에 있어서,
상기 제4-3단계(S2300)는,
획득된 센서별 고장 진단용 데이터로부터 센서별 특성값을 추출하는 제4-3-1단계(S2310)와,
추출된 센서별 특성값을 고장 진단용 학습결과 정보와 비교하여, 고장 진단 대상 펌프의 정상, 비정상을 판단하는 제4-3-2단계(S2320)를 포함하고,
센서별 고장 진단용 데이터로부터 추출되는 상기 센서별 특성값은 설정된 시간 구간별 표준편차이고,
상기 고장 진단용 학습결과 정보는 정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보와 고장 부위별 비정상인 펌프의 센서별 특성값 범위에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 펌프 고장 진단 모니터링 방법.
7. The method of claim 6,
The 4-3 step (S2300) is,
Step 4-3-1 (S2310) of extracting characteristic values for each sensor from the acquired data for fault diagnosis by sensor;
Comprising the 4-3-2 step (S2320) of comparing the extracted characteristic values for each sensor with the learning result information for fault diagnosis, and determining whether the pump is normal or abnormal for diagnosis of a fault;
The characteristic value for each sensor extracted from the data for fault diagnosis for each sensor is the standard deviation for each set time section,
The failure diagnosis learning result information is a machine learning-based pump failure diagnosis monitoring method, characterized in that it includes information on the characteristic value range for each sensor of the normal pump and information on the characteristic value range for each sensor of the abnormal pump for each failure part. .
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