KR102410123B1 - Real-time monitoring system including Iot smart device using vibro-piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동압전소자를 이용한 IoT(Internet of Things) 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 회전 및 진동 설비들에 부착되는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스를 이용하여, 원격지에서 대상설비들을 실시간으로 모니터링하고 그 결과를 시각정보로 디스플레이함으로써, 관리자가 대상설비의 이상상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 대상설비들에서 발생되는 진동을 이용하여 전기에너지를 생산하는 자가발전형 진동압전소자를 설치함으로써, 대상설비에 대한 설치의 제약이 없이 다양한 설비에 설치가 가능함은 물론 다양한 진동주파수에 대응하여 IoT 스마트 디바이스를 동작시킬 수 있는 전기를 생산하도록 하고, 상기 IoT 스마트 디바이스의 측정 데이터를 무선 송신해 통합관리서버에서 실시간으로 모니터링하여 대상설비를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
따라서, 다양한 진동주파수에 대응하여 IoT 스마트 디바이스를 동작시킬 수 있는 전기를 생산함으로써 다양한 설비들에 범용적으로 활용할 수 있으며, 이를 통해 다양한 분야에서 적극적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to an IoT (Internet of Things) smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element, and more particularly, to an IoT smart using a vibro-piezoelectric element attached to rotating and vibrating facilities in an industrial plant site such as a power plant. By using the device to monitor the target facilities in real time from a remote location and display the results as visual information, the manager can easily check the abnormal state of the target facilities.
In particular, the present invention installs a self-powered vibrating piezoelectric element that produces electric energy using vibrations generated in target facilities, so that it can be installed in various facilities without restrictions on the installation of the target facilities as well as various vibration frequencies. In response, electricity that can operate the IoT smart device is produced, and the measurement data of the IoT smart device is wirelessly transmitted and monitored in real time by the integrated management server, so that the target facility can be stably maintained.
Therefore, by producing electricity that can operate IoT smart devices in response to various vibration frequencies, it can be used universally in various facilities, and there is an advantage that it can be actively used in various fields.
Description
본 발명은 진동압전소자를 이용한 IoT(Internet of Things) 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 회전 및 진동 설비들에 부착되는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스를 이용하여, 원격지에서 대상설비들을 실시간으로 모니터링하고 그 결과를 시각정보로 디스플레이함으로써, 관리자가 대상설비의 이상상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an IoT (Internet of Things) smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element, and more particularly, to an IoT smart using a vibro-piezoelectric element attached to rotating and vibrating facilities in an industrial plant site such as a power plant. By using the device to monitor the target facilities in real time from a remote location and display the results as visual information, the manager can easily check the abnormal state of the target facilities.
특히, 본 발명은 대상설비들에서 발생되는 진동을 이용하여 전기에너지를 생산하는 자가발전형 진동압전소자를 설치함으로써, 대상설비에 대한 설치의 제약이 없이 다양한 설비에 설치가 가능함은 물론 다양한 진동주파수에 대응하여 IoT 스마트 디바이스를 동작시킬 수 있는 전기를 생산하도록 하고, 상기 IoT 스마트 디바이스의 측정 데이터를 무선 송신해 통합관리서버에서 실시간으로 모니터링하여 대상설비를 안정적으로 유지시킬 수 있는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.In particular, the present invention installs a self-powered vibrating piezoelectric element that produces electric energy using vibrations generated in target facilities, so that it can be installed in various facilities without restrictions on the installation of the target facilities as well as various vibration frequencies. Using a vibro-piezoelectric element that can generate electricity to operate an IoT smart device in response to, and wirelessly transmit the measurement data of the IoT smart device and monitor it in real time in an integrated management server to keep the target facility stable It relates to IoT smart devices and real-time monitoring systems.
일반적으로, 발전소 등의 산업플랜트 현장에는 수 많은 설비들이 운용되고 있으며, 특히 전동기와 같이 일정한 운동을 지속적으로 하는 설비나, 반복운동을 통해 일정한 패턴의 진동이 발생되는 설비들이 다수 운용되고 있다.In general, a number of facilities are being operated at industrial plant sites such as power plants, and in particular, facilities that continuously perform a constant motion, such as an electric motor, or facilities that generate a certain pattern of vibration through repetitive motion are being operated.
이와 같은 설비들은 대부분 연동하여 동작되는데, 어느 하나의 설비에 이상이 발생되면 전체 설비가 중단되거나 위험한 상황을 초래할 수 있다.Most of these facilities are operated in conjunction, and when an error occurs in any one facility, the entire facility may be stopped or a dangerous situation may occur.
이 때문에 해당 현장에는 각각의 설비들이 정상적으로 동작되는지를 지속적으로 확인해야 할 필요가 있다.For this reason, it is necessary to continuously check whether each facility operates normally at the site.
그러나, 앞서 설명한 발전소 등의 산업현장은 설비의 운용 특성상 넓은 공간에 다수의 설비들이 밀집되어 구성되어 있을 뿐만 아니라, 많은 수의 설비들로부터 상당한 소음이 발생되므로, 특정 설비가 제대로 동작을 하고 있는지 확인하기 위해서는 관리자가 넓은 지역에 설치된 대상설비들을 일일이 찾아 다니면서 동작 상태를 확인해야만 하는 불편함이 있었다.However, in industrial sites such as power plants described above, not only are a large number of facilities densely configured in a wide space due to the operational characteristics of facilities, but also significant noise is generated from a large number of facilities, so check whether specific facilities are operating properly In order to do this, it was inconvenient that the manager had to visit the target facilities installed in a wide area one by one and check the operation status.
이러한 불편함을 해소하기 위하여, 현재 발전소 등에는 VMS(Vibration Monitoring System, 진동감지시스템)를 설치하여 HMI(Human Machine Interface)로 감시를 하고 있지만 VMS 장비 자체가 고가이기 때문에 중요한 몇몇 설비에 한정하여 운용하고 있다.In order to solve this inconvenience, VMS (Vibration Monitoring System) is currently installed in power plants, etc., and monitoring is performed using HMI (Human Machine Interface). However, since VMS equipment itself is expensive, operation is limited to some important facilities. are doing
이와 같이, 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 고압전동기 등을 제외한 저압진동기 및 펌프 등의 설비는 동작여부 등은 감시를 하고 있지 않은 실정이지만, 진동감시설비가 적용되지 않은 진동설비도 실시간 감시체계가 이루어지지 않으면, 전체 설비의 운용에 영향을 줄 수 있다.As described above, in industrial plant sites such as power plants, the operation of low-voltage vibrators and pumps, except for high-voltage motors, is not monitored. Failure to do so may affect the operation of the entire facility.
결과적으로, 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 각종 설비들을 효율적으로 운용하기 위해서는, 필요한 모든 설비 및 장치들에 대한 모니터링이 필요하므로, 설치비용이 저가이며 운용 및 유지보수가 쉬운 모니터링 장치 및 시스템의 개발이 요구되었다.As a result, in order to efficiently operate various facilities at industrial plant sites such as power plants, monitoring of all necessary facilities and devices is required, so the development of monitoring devices and systems with low installation costs and easy operation and maintenance is difficult. was requested
이를 해결하기 위한 기술로는, 하기의 선행기술문헌인 대한민국 공개실용신안공보 제20-2017-0002137호 '진동압전센서를 이용한 전동기 동작상태 확인장치'(이하 '선행기술'이라 한다)가 있다.As a technique for solving this problem, there is the following prior art document, Republic of Korea Utility Model Publication No. 20-2017-0002137 'a device for checking the operating state of a motor using a vibrating piezoelectric sensor' (hereinafter referred to as 'prior art').
선행기술은 진동압전센서를 이용하여 발생된 전기에너지를 이용하여 전동기 동작상태를 확인할 수 있도록 한 장치에 관한 것으로, 앞서 설명한 요구를 대체로 만족하고는 있으나, 몇 가지 아쉬운 부분이 있다.The prior art relates to a device capable of confirming the operating state of an electric motor using electric energy generated by using a vibrating piezoelectric sensor, and although it generally satisfies the above-mentioned requirements, there are several disadvantages.
첫째, 모든 설비나 장치들은 고유의 진동주파수를 가지게 되는데, 선행기술의 경우 해당 장치가 특정 진동주파수에만 동작되므로, 현장에 설치된 많은 수의 설비들을 모니터링 하기 위해서는, 각각의 설비에서 발생되는 진동주파수를 확인하고, 해당 진동주파수에 동작하는 장치를 각각 제작하여 설치해야 한다.First, all facilities or devices have their own vibration frequency. In the case of the prior art, since the device operates only at a specific vibration frequency, in order to monitor a large number of facilities installed in the field, the vibration frequency generated by each facility is After checking, each device that operates at the relevant vibration frequency should be manufactured and installed.
둘째, 대부분의 설비들은 운용되는 과정에서 진동주파수가 지속적으로 변화될 수 있으며, 특히 특정 부품을 교체하는 등 유지보수를 진행하게 되면, 해당 설비의 동작시 진동주파수가 확연히 달라질 수 있기 때문에, 해당 설비가 정상적으로 동작되고 있음에도 불구하고, 설치된 선행기술의 장치가 동작되지 못하여 해당설비에 이상이 있는 것으로 오인하는 경우가 발생할 수 있다.Second, the vibration frequency of most facilities can be continuously changed in the process of operation, and in particular, when maintenance is performed, such as replacing specific parts, the vibration frequency can be significantly different during operation of the facility. Even though the device is operating normally, the installed prior art device fails to operate, and thus, it may be mistakenly mistaken for an abnormality in the corresponding facility.
셋째, 이를 해결하기 위해서는 해당 설비에 설치된 선행기술의 장치를 교체해야만 하는데, 교체시 해당 설비의 진동주파수를 재측정하고 그에 따라 새로운 장치를 제작하여 설치해야 하며, 이로 인해 해당 설비에 대한 유지보수 이외의 추가적인 노력이 요구되므로, 비용과 시간의 낭비를 초래하여 원활한 운영이 이루어지지 못하게 된다는 문제점이 있다.Third, in order to solve this problem, it is necessary to replace the device of the prior art installed in the facility. When replacing, the vibration frequency of the facility must be re-measured, and a new device must be manufactured and installed accordingly. Since additional effort is required, there is a problem in that smooth operation is not achieved due to waste of money and time.
넷째, 해당 설비가 안정적으로 유지된다 하더라도, 선행기술의 장치 자체의 노후화로 인한 성능변화로 인해 동일한 진동주파수에 대응하지 못하는 현상이 발생할 수 있으며, 이 경우에도 해당 설비는 정상적으로 동작됨에도 불구하고 선행기술의 장치가 이를 오인하는 문제점이 발생할 수 있다.Fourth, even if the corresponding facility is stably maintained, a phenomenon may occur that cannot respond to the same vibration frequency due to performance change due to deterioration of the device itself of the prior art. There may be a problem that the device of the device misunderstands it.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 회전 및 진동 설비들에 부착되는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스를 이용하여, 원격지에서 대상설비들을 실시간으로 모니터링하고 그 결과를 시각정보로 디스플레이함으로써, 관리자가 대상설비의 이상상태를 쉽게 확인할 수 있는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention monitors target facilities in real time from a remote location using an IoT smart device using a vibrating piezoelectric element attached to rotating and vibrating facilities in an industrial plant site, such as a power plant. The purpose of this is to provide an IoT smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element that allows an administrator to easily check the abnormal state of a target facility by displaying the data as visual information.
특히, 본 발명은 대상설비들에서 발생되는 일정한 패턴의 진동을 이용하여 전기에너지를 생산 및 충전하고, 진동주파수, 온도, CO값, 센서구동 및 감지, 실시간 측정 데이터 등을 무선 송신하는 IoT 스마트 디바이스를 부착방식으로 설치할 수 있도록 함으로써, 설치의 제약이 없이 다양한 설비에 설치할수 있는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In particular, the present invention is an IoT smart device that produces and charges electric energy using vibration of a certain pattern generated in target facilities, and wirelessly transmits vibration frequency, temperature, CO value, sensor driving and sensing, and real-time measurement data. The purpose of this is to provide an IoT smart device and real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element that can be installed in various facilities without installation restrictions by allowing them to be installed in an attached manner.
또한, 본 발명은 IoT 스마트 디바이스에서 무선송신된 실시간 데이터를 중계기에서 수집하여 통합관리서버에 저장하며, 해당 설비 및 모니터링 장치 등의 운용도중에 발생되는 부품 교체 및 노후화 등에 따른 진동주파수의 변경에 이상운전 알림을 웹(World Wide Web) 및 앱(APP:어플리케이션)을 통해 적극적으로 제공하여 대상설비의 안정적인 운용이 지속적으로 가능하도록 하는 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In addition, the present invention collects real-time data wirelessly transmitted from the IoT smart device from the repeater and stores it in the integrated management server, and abnormal operation in the change of vibration frequency due to parts replacement and aging occurring during the operation of the corresponding facility and monitoring device, etc. The purpose of this is to provide an IoT smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element that actively provides notifications through the web (World Wide Web) and apps (APP: application) to enable stable operation of target facilities continuously. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템은, In order to achieve the above object, a real-time monitoring system using a vibrating piezoelectric element according to the present invention,
산업플랜트에 구성된 각 대상설비의 일측에 부착되도록 구성되며, 진동압전소자(80)에서 해당 대상설비의 운전 시 발생되는 진동에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 이용하여 해당 대상설비의 실시간데이터를 전송하는 다수개의 IoT 스마트 디바이스(10); 및 상기 IoT 스마트 디바이스(10)로부터 전송된 각 대상설비의 실시간데이터를 수신하는 중계기(20); 및 상기 중계기(20)를 통해 해당 산업플랜트 전체 대상설비에 대한 실시간데이터를 수집하여 사전데이터와 비교해 운용을 관리하는 통합관리서버(30);를 포함한다.It is configured to be attached to one side of each target facility configured in an industrial plant, and the vibratory
또, 상기 통합관리서버(30)는, 관리자에 의해 제어되는 관리자단말기(40)와 연동하며, 중계기(20)를 통해 수집된 IoT 스마트 디바이스(10)의 실시간데이터를 설정된 진단알고리즘 데이터와 비교해 정상범위를 판단하여 상기 IoT 스마트 디바이스(10)를 제어할 수 있다.In addition, the integrated
또한, 상기 통합관리서버(30)는, IoT 스마트 디바이스(10)내에 포함된 진동압전소자(80)에서 변환된 전기에너지의 양을 지속적으로 모니터링하고, 전기에너지의 양이 최소요구전력 이하로 감소되면 이를 상기 관리자단말기(40)에 디스플레이하며, 설정된 진단알고리즘 및 상기 관리자단말기(40)로부터 전송된 관리자제어정보 중 어느 하나에 따라 해당대상설비의 진동주파수에 맞춰 상기 진동압전소자(80)의 진동주파수를 조절하여, 상기 최소요구전력 보다 많은 양의 전기에너지 또는 최대 전기에너지를 생산하는 진동주파수로 변경할 수 있다.In addition, the integrated
그리고, 상기 통합관리서버(30)는, 상기 IoT 스마트 디바이스(10)의 진동압전소자(80)에서 전기에너지의 양이 최소요구전력을 충족하도록 증가하지 않을 경우, 해당 정보를 상기 관리자단말기(40)에 디스플레이하고 설정된 경고절차를 수행할 수 있다.And, the integrated
또, 상기 IoT 스마트 디바이스(10)에는, 해당 대상설비의 진동주파수, 내부온도, CO값을 측정하는 센서구동 및 센서감지 등의 실시간 데이터를 IoT기반으로 중계기(20)와 무선통신을 수행하도록 구성될 수 있다.In addition, the IoT
또한, 상기 IoT 스마트 디바이스(10)에는, 진동압전소자(80)에서 변환된 전기에너지의 적어도 일부를 저장하는 ESS(Energy Storage System) 캐피시터;를 더 포함하여, IoT 스마트 디바이스(10)내에 포함된 무선통신부와 센서구동부, 센서감지부에 전기에너지를 공급하도록 제어할 수 있다.In addition, in the IoT
그리고, 상기 진동압전소자(80)는, 복수개의 압전부재(81)가 상호 엮여 일부가 적층된 발판형태로 구성되며, 기계적 응력에 따라 분극을 일으켜 전하를 발생시켜 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환될 수 있다.In addition, the vibrating
또, 상기 압전부재(81)는, 복수개의 오메가 형상을 갖게 절곡 형성된 제1 압전체(81-1) 및 상기 제1 압전체(81-1)의 일단과 다른 제1 압전체(81-1)의 타단이 연결된 제2 압전체(81-2)가 연속 배치될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 압전부재(81)는, 제1 압전체(81-1)의 최대폭(a)에 해당하는 곡선부는 제2 압전체(81-2)의 내측폭(c)에 해당하는 직선부 보다 넓게 형성하고, 제1 압전체(81-1)의 일단과 타단 사이의 하단(b)은 제2 압전체(81-2)의 내측폭(c)에 해당하는 직선부 보다 좁게 형성될 수 있다.In addition, in the
그리고, 상기 압전부재(81)는, 제1압전부재(81a)의 하단(b)을 제2압전부재(81b)의 제1 압전체(81-1)와 제1 압전체(81-1) 사이에 삽입하여 제2 압전체(81-2)에 끼워지도록 구성하여, 복수개의 압전부재(81)를 상호 엮어 적층 결합되게 구성할 수 있다.In addition, the
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 보다 상세하게는 발전소 등의 산업플랜트 현장에서 회전 및 진동 설비들에 부착되는 IoT 스마트 디바이스를 이용하여, 원격지에서 대상설비들을 실시간으로 모니터링하고 그 결과를 시각정보로 디스플레이함으로써, 관리자가 대상설비의 이상상태를 쉽게 확인할 수 있는 장점이 있다.By means of the above solution, the present invention is more specifically, by using an IoT smart device attached to rotation and vibration facilities in an industrial plant site such as a power plant, to monitor target facilities in real time from a remote location and visualize the results By displaying the information, there is an advantage that the manager can easily check the abnormal state of the target facility.
특히, 본 발명은 대상설비들에서 발생되는 진동을 이용하여 전기에너지를 생산하는 자가발전형 진동압전소자를 설치함으로써, 대상설비에 대한 설치의 제약이 없이 다양한 설비에 설치가 가능하므로, 설치의 제약이 없어 편리하게 운용할 수 있다는 장점이 있다.In particular, the present invention installs a self-powered vibrating piezoelectric element that produces electric energy using vibrations generated in target facilities, so that installation is possible in various facilities without installation restrictions on target facilities, so installation restrictions It has the advantage of being convenient to operate.
또, 본 발명은 다양한 진동주파수에 대응하여 IoT 스마트 디바이스를 동작시킬 수 있는 전기를 생산함으로써 다양한 설비들에 범용적으로 활용할 수 있으며, 이를 통해 다양한 분야에서 적극적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that it can be used universally in various facilities by producing electricity capable of operating an IoT smart device in response to various vibration frequencies, and can be actively utilized in various fields through this.
결과적으로, 본 발명은 친환경 에너지를 이용한 모니터링 장치의 시장을 크게 확장시킬 수 있으며, 산업 전반에 걸쳐 녹색에너지의 활용을 적극적으로 활성화시키고, 이를 통해 대기오염 및 수질오염 등의 환경오염문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.As a result, the present invention can greatly expand the market for monitoring devices using eco-friendly energy, and actively activate the use of green energy throughout the industry, thereby solving environmental pollution problems such as air pollution and water pollution. There is something that can help.
또, 상기 IoT 스마트 디바이스의 측정 데이터를 무선 송신해 통합관리서버에서 실시간으로 모니터링하여 대상설비를 안정적으로 유지시킬 수 있어 안정적인 운용이 지속적으로 가능한 장점이 있다.In addition, by wirelessly transmitting the measurement data of the IoT smart device and monitoring it in real time in the integrated management server, the target facility can be stably maintained, which has the advantage that stable operation is continuously possible.
또한, 본 발명은 간단한 조작이나 자동제어를 통해 전기에너지를 발생시키는데 필요한 진동주파수를 능동적으로 변경할 수 있도록 하여, 해당 설비 및 모니터링 장치의 운용도중에 발생되는 진동주파수의 변경에 적극적으로 대응하여 동작되도록 함으로서, 하나의 장치로도 안정적인 운용이 지속적으로 가능하도록 하는 장점이 있다.In addition, the present invention enables to actively change the vibration frequency required to generate electric energy through simple operation or automatic control, so that it is operated in response to the change of the vibration frequency generated during the operation of the corresponding facility and monitoring device. , it has the advantage of continuously enabling stable operation even with a single device.
또한, 본 발명은 해당설비를 운용하는 과정에서 모니터링 장치를 통해 발생되는 친환경 에너지를 ESS(Energy Storage System) 캐피시터 등에 충전한 후, 예비전력으로 활용하거나, 중계기에 실시간 데이터를 송신하여 통합관리서버에서 수집하여 모니터링하는데 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention charges the eco-friendly energy generated through the monitoring device in the process of operating the facility, and then uses it as a reserve power or transmits real-time data to the repeater in the integrated management server. It has the advantage that it can be used for collection and monitoring.
또한, 본 발명은 해당 설비에서 발생되는 진동을 이용하여 전기에너지를 생산해 IoT 스마트 디바이스를 가동해 발전소 등의 해당 산업플랜트 내의 설비 전체에 대한 실시간 모니터링 시스템의 구축비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of significantly reducing the construction cost of a real-time monitoring system for the entire facility in the corresponding industrial plant, such as a power plant, by operating an IoT smart device by producing electric energy using vibration generated from the facility. .
따라서, 발전소 등의 산업플랜트 설비에 대한 모니터링 분야와 더불어, 신재생에너지 분야, 녹색에너지 분야, 자가발전 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.Therefore, in addition to the monitoring field for industrial plant facilities such as power plants, reliability and competitiveness can be improved in the field of new and renewable energy, green energy, self-generation, as well as similar or related fields.
도 1은 본 발명에 의한 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 IoT 스마트 디바이스의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템의 실시예를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 진동압전소자를 이용한 IoT 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템의 실시예를 설명하는 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 진동압전소자의 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 진동압전소자의 결합구성도.1 is a block diagram of an IoT smart device and a real-time monitoring system using a vibrating piezoelectric element according to the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of an IoT smart device according to the present invention.
3 is a block diagram showing an embodiment of an IoT smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating an embodiment of an IoT smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element according to the present invention.
5 is a configuration diagram of a vibrating piezoelectric element according to the present invention.
6 is a view showing a coupling configuration of a vibrating piezoelectric element according to the present invention.
본 발명에 따른 진동압전소자를 이용한 IoT(Internet of Things; 사물인터넷) 스마트 디바이스와 실시간 모니터링 시스템에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.Examples of an IoT (Internet of Things) smart device and a real-time monitoring system using a vibro-piezoelectric element according to the present invention can be variously applied. Hereinafter, the most preferred embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. decide to do
도 1 내지 도 3에서와 같이 IoT 스마트 디바이스(10)는 발전소 등의 산업프랜트에 구성된 각 대상설비의 일측에 부착되도록 구성되며, 내부에 포함된 진동압전소자(80)를 이용하여 해당 대상설비의 운전시 발생되는 진동에너지를 전기에너지로 변환한다.1 to 3, the IoT
또한, IoT 스마트 디바이스(10)는 변환된 전기에너지를 이용하여 해당 대상설비의 운전여부 및 진동주파수, 내부온도, CO값 등을 측정하는 센서의 구동 및 센서의 감지에 따른 실시간 데이터를 블루투스(Bluetooth) 기반의 IoT통신부에서 무선 송신하여 라우터(router) 기능을 갖는 중계기(20)에서 수신받도록 한다.In addition, the IoT
상기 중계기(20)는, 해당 대상설비들에 설치된 각각의 IoT 스마트 디바이스(10)와 무선 송,수신이 가능하도록 구성하며, 송,수신방식 및 구체적인 구성에 대해서는 당업자의 요구에 따라 다양하게 적용할 수 있으므로 특정한 것에 한정하지는 않는다.The
또, 상기 중계기(20)는, 대상설비들에 부착된 IoT 스마트 디바이스(10)에서 무선 송신이 용이한 최적의 위치에 설치되며, 통합관리서버(30)에는 무선 와이파이(WiFi) 및 인트라넷 케이블로 연결가능하며, 주로 유선 인트라넷 케이블과 전원선을 연결시켜 통합관리서버(30)에서 실시간테이터를 안정적으로 수집할 수 있도록 한다.In addition, the
통합관리서버(30)는 IoT 스마트 디바이스(10)의 실시간테이터를 중계기(20)에서 각각 수신되어 수집된 각 대상설비의 운전여부를 확인하고, 해당 산업플랜트 전체 설비에 대한 운용을 관리한다. 예를 들어, 통합관리서버(30)는 IoT 스마트 디바이스(10)에서 전기에너지가 생산되어 해당 IoT 스마트 디바이스(10)가 부착된 대상설비의 실시간데이터를 중계기(20)를 통해 수집해 자체 설정된 진단알고리즘 데이터와 비교해 정상범위를 판단하여 상기 IoT 스마트 디바이스(10)를 제어할 수 있다.The
한편, 통합관리서버(30)는 관리자가 사용하는 관리자단말기(40)와 웹(World Wide Web) 및 앱(APP:어플리케이션)을 통해 연동될 수 있다. 여기서, 관리자단말기(40)는 PC, 노트북, PDA, 스마트폰, 테블릿 등을 포함할 수 있다.On the other hand, the
이에, 통합관리서버(30)는 관리자에 의해 제어되며, 관리자단말기(40)와 연동하여 해당설비의 IoT 스마트 디바이스(10)에서 송신된 실시간데이터를 모니터링하고 이를 원격제어할 수 있다.Accordingly, the
구체적으로, 통합관리서버(30)는 IoT 스마트 디바이스(10)들로부터 해당 대상설비의 진동주파수, 내부온도, CO값을 측정하는 센서구동 및 센서감지 등에서 적어도 하나를 포함하는 실시간 데이터를 중계기(20)를 통해 수집하여 관리자단말기(40)에 디스플레이 되도록 전송할 수 있다. Specifically, the
한편, 앞서도 설명한 바와 같이 해당 대상설비에 발생되는 진동의 진동주파수는 대상설비를 사용하는 과정에서, 유지보수에 따른 부품의 교체, 특정 부품들의 노후화 등에 의해 변화될 수 있다.On the other hand, as described above, the vibration frequency of the vibration generated in the target facility may be changed by replacement of parts according to maintenance, deterioration of specific parts, etc. in the process of using the target facility.
이와같이 진동주파수가 변경되면, 특정 진동주파수에 공진하여 전기에너지를 생산하는 IoT 스마트 디바이스(10)내부의 진동압전소자(80)의 특성으로 인해, 생산되는 전기에너지의 양이 감소할 수 있다.When the vibration frequency is changed in this way, due to the characteristics of the vibrating
이와 같이, 전기에너지의 양이 감소하게 되면, 대상설비가 정상적으로 동작되고 있음에도 불구하고, IoT 스마트 디바이스(10)가 정지되어 통합관리서버(30)는 해당 대상설비가 동작되지 않는 것으로 오판하는 경우가 발생할 수 있다.As such, when the amount of electrical energy is reduced, even though the target facility is operating normally, the IoT
따라서, 해당 설비의 동작여부를 지속적으로 확인하기 위해서는 변경되는 진동주파수를 확인하고 그에 따라 IoT 스마트 디바이스(10)내의 진동압전소자(80)를 조정할 필요가 있다.Therefore, in order to continuously check whether the facility is operating, it is necessary to check the changed vibration frequency and adjust the
그러므로, 관리자는 관리자단말기(40)에 디스플레이된 IoT 스마트 디바이스(10)의 실시간데이터를 확인하고, 필요시 특정 명령 등을 입력하며, 통합관리서버(30)는 관리자단말기(40)로 입력된 관리자 제어정보에 대응하여 IoT 스마트 디바이스(10)를 제어하는 것도 가능하다.Therefore, the manager checks the real-time data of the IoT
이하에서는 이러한 IoT 스마트 디바이스(10)의 실시간데이터 수집하는 통합관리서버(30)에 대해 도 4를 참조해 살펴보기로 한다.Hereinafter, the
먼저, 통합관리서버(30)는, IoT 스마트 디바이스(10)의 작동으로 전기에너지가 생산되어(S110), 그 실시간테이터를 IoT 기반으로 송신하고(S120), 상기 실시간데이터를 수신한 중계기(20)로부터 각각의 대상설비에 대한 실시간데이터를 수집하여(S130) 설정된 진단알고리즘 데이터와 비교해 정상범위를 판단하여(S140) 상기 IoT 스마트 디바이스(10)를 제어할 수 있다.First, the
상기 통합관리서버(30)에 설정된 진단알고리즘 데이터는 이전에 확인된 전기에너지의 양 또는 과거 일정기간 동안 축적된 전기에너지의 평균값과 현재의 전기에너지의 양을 비교할 수 있다.The diagnostic algorithm data set in the
비교결과, 현재의 전기에너지의 양이 IoT 스마트 디바이스(10)의의 구동을 위한 최소요구전력 이하로 감소되면, 통합관리서버(30)는 이를 관리자단말기에 디스플레이하여 관리자에게 이상운전알림을 웹(Web), 앱(App)을 이용해 통보할 수 있다(S150). As a result of comparison, if the current amount of electrical energy is reduced to less than the minimum required power for driving the IoT
이후, 통합관리서버(30)는 관리자의 제어에 의해 해당 대상설비를 정지시키거나 설정된 진단알고리즘 데이터 또는 관리자단말기로부터 전송된 관리자제어정보에 따라 IoT 스마트 디바이스(10)에 포함된 진동압전소자(80)의 진동주파수를 조절하며(S160), 진동압전소자(80)에서 변환된 전기에너지의 양이 최소요구전력보다 많아지도록 변경할 수 있다(S170).Thereafter, the
만약, 현재 전기에너지의 양이 최소요구전력보다 큰 경우에는 통합관리서버(30)는 진동압전소자(80)의 진동주파수를 변경하지 않고 현재 상태를 유지할 수 있다.If the amount of current electrical energy is greater than the minimum required power, the
한편, IoT 스마트 디바이스(10)의 진동압전소자(80)에서 변환된 전기에너지의 양이 감소하는 이유로는 대상설비가 동작되지 않거나, 이상이 발생한 경우도 포함할 수 있다.On the other hand, the reason for the decrease in the amount of electrical energy converted in the vibro-
따라서, 통합관리서버(30)는 IoT 스마트 디바이스(10)에 포함된 진동압전소자(80)의 진동주파수를 조절하는 과정에서, 전기에너지의 양이 최소요구전력을 충족하도록 증가하지 않을 경우, 다시 말해 대상설비로부터 진동이 발생되지 않는 경우에 해당 실시간데이터를 관리자단말기(40)에 디스플레이하고 설정된 경고절차를 수행할 수 있다. 여기서, 설정된 경고절차는 경보음 및 알람 동작, 경고메세지 전송 등을 포함할 수 있다.Therefore, the
한편, IoT 스마트 디바이스(10)는 내부에 진동압전소자(80)가 구비되어 대상설비의 진동에 의해 친한경 전기에너지를 생산할 수 있고, 이러한, 친환경 전기에너지는 IoT 스마트 디바이스(10) 내의 센서구동부, 센서감지부, 무선통신부를 가동시킬 수 있고 적어도 일부를 ESS 캐피시터에 저장하여, 상기 센서구동부, 센서감지부, 무선통신부의 비상발전용 목적으로 활용할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the IoT
이하에서, 진동압전소자(80)를 이용하여 진동에너지를 전기에너지로 변환화여 친환경에너지를 생산하는 구성에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, a configuration for converting vibration energy into electrical energy using the vibrating
본 발명의 IoT 스마트 디바이스(10)는 대상벌비의 일측 예를 들어 해당 대상설비를 지지하는 지지프레임 또는 케이스 등에 부착하여 고정설치할 수 있다.The IoT
이후, 대상설비를 가동하게 되면 대상설비의 진동이 지지프레임 또는 케이스를 통해 IoT 스마트 디바이스(10)로 전달되며, IoT 스마트 디바이스(10)는 진동압전소자(80)를 이용하여 이러한 진동에너지로 전기에너지를 생산하여 센서구동부, 센서감지부, 무선통신부, ESS 캐피시터에 공급시켜 작동시킴으로써, 상기 IoT 스마트 디바이스(10)의 작동여부를 중계기(20)를 통해 통합관리서버(30)가 수집해 관리자가 해당 대상설비의 동작여부를 먼거리에서도 시각적으로 쉽게 확인할 수 있다.Thereafter, when the target facility is operated, the vibration of the target facility is transmitted to the IoT
상기 진동압전소자(80)는 적어도 하나의 압전부재(81)를 이용하여 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로, 대상설비의 운전시 발생되는 특정 진동주파수에 의해 발생되는 일정한 패턴의 진동에 대응하여 전기에너지를 발생시킨다.The vibrating
상기 진동압전소자(80)는 다수의 압전부재(81)를 구성하고, 진동주파수가 변화하더라도 다수의 압전부재(81) 중 적어도 하나를 이용하여 전기에너지를 생산함으로써, 대상설비의 노후화나 부품교체, 진동압전소자의 노후화 등에 의한 진동주파수가 변화하더라도 대상설비의 모니터링이 지속적이고 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.The vibrating
그리고, 상기 진동압전소자(80)는, 도 5 및 도 6에서와 같이 복수개의 압전부재(81)가 상호 엮여 일부가 적층된 발판형태로 구성되며, 기계적 응력에 따라 분극을 일으켜 전하를 발생시켜 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환될 수 있다.And, the vibrating
상기 압전부재(81)는 복수개의 오메가 형상으로 형성되며, 구체적으로는 절곡되어 형성된 제1압전체, 제1 압전체(81-1)의 일단과 다른 제1 압전체(81-1)의 타단이 연결되어 형성된 제2 압전체(81-2)로 구성될 수 있다.The
특히, 압전부재(81)의 제1 압전체(81-1)의 최대폭(a)에 해당하는 곡선부는 제2 압전체(81-2)의 내측폭(c)에 해당하는 직선부 보다 넓게 형성되며, 제1 압전체(81-1)의 일단과 타단사이(이하, 제1 압전체(81-1)의 하단(b)이라고 한다.)의 폭은 제2압전체의 내측폭(c)에 해당하는 직선부 보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 복수개의 압전부재(81)를 제1 압전체(81-1)와 제2 압전체(81-2)를 통해 상호 엮기 위한 것이다.In particular, the curved portion corresponding to the maximum width a of the first piezoelectric body 81-1 of the
이와 같이 구성된 압전부재(81)는 도 4에서 도시된 바와 같이 결합이 가능하다. 먼저, 제1압전부재(81a)의 제1 압전체(81-1)의 하단(b)을 제2압전부재(81b)의 제1 압전체(81-1)와 제1 압전체(81-1) 사이에 삽입하여 제2 압전체(81-2)에 끼워지도록 한다.The
이는, 상기 제1 압전체(81-1)의 하단(b)은 제2 압전체(81-2)의 내측폭(c) 보다 좁게 형성되기 때문에 끼워짐이 가능하게 된다.This is because the lower end b of the first piezoelectric body 81-1 is formed to be narrower than the inner width c of the second piezoelectric body 81-2, so that fitting is possible.
상기 제2압전부재(81b)의 제2 압전체(81-2)에 끼워진 제1압전부재(81a)는 제1 압전체(81-1)의 최대폭(a)에 해당하는 곡선부가 제2 압전체(81-2)의 내측폭(c)에 해당하는 직선부 보다 넓게 형성되기 때문에 결합이 가능하게 되며, 제1압전부재(81a)의 제1 압전체(81-1)는 제2압전부재(81b)의 제1 압전체(81-1)의 후면에 위치하게 된다.The first
또한, 제1 압전체(81-1)와 제2압전부재(81b)는 각각의 제1 압전체(81-1)와 제2 압전체(81-2)의 일부가 겹쳐지게 되며, 압전부재(81)가 더 결합될수록 적층되는 구조로 형성된다.In addition, in the first piezoelectric body 81-1 and the second
복수개의 압전부재(81)가 엮여져 형성된 진동압전소자(80)는 해당 대상설비에서 진동이 가장 심한 지지프레임, 하부, 케이스 중 어느하나에 설치되어 진동에너지를 전기에너지로 변환하여 대상설비의 센서구동부, 센서감지부, 무선통신부를 가동시킬 수 있고 적어도 일부를 ESS 캐피시터에 저장한다.The vibrating
이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Such technical configuration of the present invention will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains can be practiced.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10 : IoT 스마트 디바이스 20 : 중계기
30 : 통합관리서버 40 : 관리자단말기
80 : 진동압전소자 81 : 압전부재
81-1 : 제1 압전체 81-2 : 제2 압전체
a : 최대폭 b : 하단
c : 내측폭10: IoT smart device 20: repeater
30: integrated management server 40: administrator terminal
80: vibrating piezoelectric element 81: piezoelectric member
81-1: first piezoelectric body 81-2: second piezoelectric body
a : maximum width b : bottom
c: inner width
Claims (10)
상기 진동압전소자는, 복수개의 압전부재가 상호 엮여 일부가 적층된 발판형태로 구성되고, 기계적 응력에 따라 분극을 일으켜 전하를 발생시켜 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하며,
상기 압전부재는,
복수개의 오메가 형상을 갖게 절곡 형성된 제1압전체 및 상기 제1압전체의 일단과 다른 제1압전체의 타단이 연결된 제2압전체가 연속 배치된 것을 특징으로 하고,
제1압전체의 최대폭에 해당하는 곡선부는 제2압전체의 내측폭에 해당하는 직선부 보다 넓게 형성하며, 제1압전체의 일단과 타단 사이의 하단은 제2압전체의 내측폭에 해당하는 직선부 보다 좁게 형성되는 것을 특징하고,
제1압전부재의 하단을 제2압전부재의 제1압전체와 제1압전체 사이에 삽입하여 제2압전체에 끼워지도록 구성하여, 복수개의 압전부재를 상호 엮어 적층 결합되게 구성하는 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
It is configured to be attached to one side of each target facility configured in an industrial plant, and the vibratory piezoelectric element converts vibration energy generated during operation of the target facility into electrical energy, and uses the converted electrical energy to store real-time data of the target facility. A plurality of IoT smart devices to transmit; and a repeater for receiving real-time data of each target facility transmitted from the IoT smart device. and an integrated management server that collects real-time data on the entire target facility of the industrial plant through the repeater and compares it with prior data to manage operation;
The vibrating piezoelectric element is configured in the form of a scaffold in which a plurality of piezoelectric members are intertwined and partially laminated, and is polarized according to mechanical stress to generate electric charge to convert mechanical energy into electrical energy,
The piezoelectric member is
A first piezoelectric body bent to have a plurality of omega shapes and a second piezoelectric body connected to one end of the first piezoelectric body and the other end of the other first piezoelectric body are continuously arranged,
The curved part corresponding to the maximum width of the first piezoelectric body is formed wider than the straight part corresponding to the inner width of the second piezoelectric body, and the lower end between one end and the other end of the first piezoelectric body is narrower than the straight part corresponding to the inner width of the second piezoelectric body. characterized by being formed,
Vibration piezoelectric, characterized in that the lower end of the first piezoelectric member is inserted between the first piezoelectric member and the first piezoelectric member of the second piezoelectric member to be fitted into the second piezoelectric body, and a plurality of piezoelectric members are interwoven to be laminated. Real-time monitoring system using devices.
상기 통합관리서버는,
관리자에 의해 제어되는 관리자단말기와 연동하며, 중계기를 통해 수집된 IoT 스마트 디바이스의 실시간데이터를 설정된 진단알고리즘 데이터와 비교해 정상범위를 판단하여 상기 IoT 스마트 디바이스를 제어하는 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
The method of claim 1,
The integrated management server,
Using a vibrating piezoelectric element, characterized in that it controls the IoT smart device by linking with the manager terminal controlled by the manager, and determining the normal range by comparing real-time data of the IoT smart device collected through the repeater with the set diagnostic algorithm data Real-time monitoring system.
상기 통합관리서버는
IoT 스마트 디바이스내에 포함된 진동압전소자에서 변환된 전기에너지의 양을 지속적으로 모니터링하고, 전기에너지의 양이 최소요구전력 이하로 감소되면 이를 상기 관리자단말기에 디스플레이하며,
설정된 진단알고리즘 및 상기 관리자단말기로부터 전송된 관리자제어정보 중 어느 하나에 따라 해당대상설비의 진동주파수에 맞춰 상기 진동압전소자의 진동주파수를 조절하여, 최소요구전력 보다 많은 양의 전기에너지 또는 최대 전기에너지를 생산하는 진동주파수로 변경하는 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
3. The method of claim 2,
The integrated management server is
Continuously monitors the amount of electric energy converted by the vibrating piezoelectric element included in the IoT smart device, and displays it on the manager terminal when the amount of electric energy is reduced below the minimum required power,
By adjusting the vibration frequency of the vibrating piezoelectric element according to the vibration frequency of the target facility according to any one of the set diagnostic algorithm and the manager control information transmitted from the manager terminal, an amount of electrical energy greater than the minimum required power or the maximum electrical energy A real-time monitoring system using a vibrating piezoelectric element, characterized in that it is changed to a vibration frequency that produces
상기 통합관리서버는,
상기 IoT 스마트 디바이스의 진동압전소자에서 전기에너지의 양이 최소요구전력을 충족하도록 증가하지 않을 경우, 해당 정보를 상기 관리자단말기에 디스플레이하고 설정된 경고절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
4. The method of claim 3,
The integrated management server,
When the amount of electrical energy in the vibrating piezoelectric element of the IoT smart device does not increase to meet the minimum required power, the corresponding information is displayed on the manager terminal and a set warning procedure is performed. monitoring system.
상기 IoT 스마트 디바이스에는,
해당 대상설비의 진동주파수, 내부온도, CO값을 측정하는 센서구동 및 센서감지 등의 실시간 데이터를 IoT기반으로 중계기와 무선통신을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
The method of claim 1,
In the IoT smart device,
A real-time monitoring system using a vibrating piezoelectric element, characterized in that it is configured to perform wireless communication with a repeater based on IoT based on real-time data such as sensor operation and sensor detection that measure the vibration frequency, internal temperature, and CO value of the target facility.
상기 IoT 스마트 디바이스에는,
진동압전소자에서 변환된 전기에너지의 적어도 일부를 저장하는 ESS(Energy Storage System) 캐피시터;를 더 포함하여,
IoT 스마트 디바이스내에 포함된 무선통신부와 센서구동부, 센서감지부에 전기에너지를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 진동압전소자를 이용한 실시간 모니터링 시스템.
The method of claim 1,
In the IoT smart device,
ESS (Energy Storage System) capacitor for storing at least a portion of the electrical energy converted by the vibrating piezoelectric element; further including,
A real-time monitoring system using a vibrating piezoelectric element, characterized in that it controls to supply electric energy to the wireless communication unit, the sensor driving unit, and the sensor sensing unit included in the IoT smart device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210085629A KR102410123B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Real-time monitoring system including Iot smart device using vibro-piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210085629A KR102410123B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Real-time monitoring system including Iot smart device using vibro-piezoelectric element |
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KR1020210085629A KR102410123B1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Real-time monitoring system including Iot smart device using vibro-piezoelectric element |
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-
2021
- 2021-06-30 KR KR1020210085629A patent/KR102410123B1/en active IP Right Grant
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