CbM용 무선 진동 모니터링 플랫폼, ADI의 ‘보이저 3(Voyager 3)’
미국의 록 밴드 비치 보이스(Beach Boys)는 1966년에 ‘굿 바이브레이션즈(Good Vibrations)’를 히트시켰습니다. 이 노래의 제목과 가사에는 사랑의 불꽃이 튀는지 아닌지를 남자는 정상적인 오감이 아닌 다른 감각, 즉 육감으로 알아챌 수 있다는 내용이 들어 있습니다. 이 육감이 진동 즉, 바이브레이션이라는 것입니다. 가사에서는 소녀로부터 전해지는 울림(진동)이 좋고, 따라서 그들은 서로 마주칠 운명이라고 말합니다.
CbM용 무선 진동 모니터링 플랫폼, ADI의 ‘보이저 3’ (출처: Login/Shutterstock.com)
진동 포착
초감각적으로는 좋은 진동을 어떻게 인지하는지 잘 모르겠지만, 엔지니어라면 진동을 감각이나 과학 도구를 통해 감지하는 데 익숙할 것입니다. 물리학에서 진동은 주파수, 진폭, 위상, 모양으로 설명할 수 있는 기계적 진동을 뜻합니다. 진동은 잠재적(저장된) 에너지를 ‘키네틱(운동)’ 에너지로 전달할 수 있습니다. 아나로그디바이스(Analog Devices)는 세계적인 정밀 신호 체인 반도체 공급회사입니다. ADI가 제공하는 탁월한 기술 중 하나로 관성 MEMS 센서를 들 수 있습니다. 이번 포스트에서는 설계자가 Voyager 3 플랫폼을 MEMS 가속도계 기반 진동 모니터링을 위한 무선 신호 체인용 시스템 평가 솔루션으로서 ADI의 ‘보이저 3(Voyager 3)’ 플랫폼을 사용하는 방법에 대해 알아보겠습니다(그림 1).
그림 1: 아나로그디바이스(Analog Devices)의 EV-CBM-VOYAGER3-1Z는 MEMS 가속도계 기반 진동 모니터링을 위한 무선 신호 체인용 평가 도구입니다. (출처: 아나로그디바이스)
상태 기반 모니터링(CbM)
엔지니어는 산업 장비의 상태에 대해 알고 싶어합니다. 여기에는 모터나 펌프의 상태에서부터 베어링과 인코더의 상태에 이르기까지 다양한 상태들이 포함됩니다. 물리적 진동을 감지하고 측정하는 것은 기계적 노이즈와 전기적 노이즈를 구별하고 기계 진단을 개선하는 데 도움이 되는 데이터 소스입니다. 상태 기반 모니터링(CbM)을 활용하면 이러한 기계 및 시스템의 상태를 실시간으로 파악함으로써 상태 이상 유무를 조기에 감지 및 진단할 수 있습니다. 이는 교체 부품 재고를 최적화하고, 예방 정비를 위해 가동 중지 시간을 계획한 일정대로 예약하고, 장비의 유효 수명을 연장할 수 있는 런타임 프로세스 조정을 수행할 수 있는 기회를 제공합니다. 기계 상태에 대한 이 같은 통찰력은 생산성 향상, 효율 개선, 가동 시간 극대화로 이어져 인더스트리 4.0으로의 전환을 가속화합니다.
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보이저 3: 무선 진동 모니터링 플랫폼
바로 이것이 아나로그디바이스(Analog Devices)가 제공하는 CbM 시스템 솔루션이 필요한 이유입니다. 이 CbM 솔루션을 활용함으로써 사용자는 기계 또는 테스트 설정에 무선 솔루션을 신속하게 배포할 수 있습니다. 또한 엔지니어는 진동 모니터링을 위한 ADI의 MEMS 센서 기술과 산업용 무선 네트워킹을 위한 ADI의 SmartMESH 기술을 평가할 수 있습니다.
이는 기계적 부착, 하드웨어, 펌웨어, PC 소프트웨어를 결합하고 있어 3축 진동 모니터링 솔루션의 신속한 배포 및 평가가 가능합니다. 이 모듈은 ¼"-28(M6-0.75) 스터드를 이용해 모터나 그 밖에 다른 고정 장치에 직접 연결할 수 있습니다. 또한 동일한 무선 메시 네트워크의 다른 모듈과 결합하면 상태 기반 모니터링(CbM) 시스템의 일부로서 더 넓은 영역에 대응이 가능해, 해당 플랫폼을 신속하게 평가할 수 있습니다.
솔루션 구성
CbM 하드웨어 신호 체인은 이 모듈의 베이스에 장착된 3축, 초저전력, ADXL356 MEMS 가속도계로 구성됩니다. ADXL356의 출력은 3개의 저전력 AD7685 16-bit 데이지체인 ADC를 통해 조절 및 디지털 변환됩니다. 이 ADC 출력은 버퍼링되고 ADuCM4050 저전력 마이크로컨트롤러의 주파수 도메인으로 변환되며, 거기에서 SmartMESH IP 모트로 스트리밍됩니다(그림 2).
그림 2: 무선 진동 모니터링 플랫폼 내부 모습. (출처: 아나로그디바이스)
SmartMESH 칩으로부터, 시간 도메인 및 FFT 데이터가 SmartMESH IP 매니저로 무선 스트리밍됩니다. 관리자는 PC에 접속하여 데이터를 시각화 및 저장할 수 있습니다. 데이터는 원시 시간 영역 데이터 및 FFT 데이터로 표시됩니다.
시간 집계 데이터에 대한 추가적인 요약 통계 정보도 활용할 수 있습니다. PC 측 GUI의 완전한 파이썬 코드(Python code)와 이 모듈에 배포된 C 펌웨어를 활용하면 고객 맞춤화가 가능합니다. 최대 1.5kHz 대역폭의 기계적 장착 및 측정 기능을 제공합니다.
산업용 CbM을 고려하는 엔지니어라면 자산 모니터링 및 솔루션 개발을 가속화하기 위한 MEMS 기반 무선 진동 모니터링 키트가 필요할 것입니다. 아나로그디바이스의 보이저3(Voyager 3) 플랫폼은 사용자가 수신하는 모든 진동을 좋은 용도로 활용할 수 있게 해줍니다. 그리고 이러한 ‘굿 바이브레이션즈(good vibrations)’는 장비의 사용 수명을 연장할 수 있는 가동 시간 및 작동 효율성을 최적화하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.