000 스핀들 및 서보 000 모니터링 시스템 제작 사양서

샘플

2022. 3.

스마트제조ICT사업단(경남대학교)

구매 시방서

I. 적용범위

본 시방서는 스마트제조ICT사업단(경남대학교)에서 수행하고 있는 주요사업인 “000 가공 스마트공장용 IoT 기반 핵심기기 및 응용 S/W 개발”과제와 관련하여 CNC용 000 및 서보 전동기의 감시진단 시스템 개발을 위해 실제 CNC 머신에 장착하여 전압, 전류, 진동 등의 신호 취득, 저장 및 디스플레이를 위한 장치 및 프로그램 제작에 적용한다.

II. 일반사항

1. 사용환경

CNC 머신 장착용 스핀들 및 서보 전동기 모니터링 시스템은 다음의 조건 하에서 정상운전이 가능하도록 제작되어야 한다.

1) 온도범위 : - 20 ∼ 80 ℃

2) 습도범위 :  0 ∼ 75 %

3) 작동조건

- Application : 모터 진단 시스템

- Input Signal : Sensor signals [14 channels, (전류 3상, 전압 3상, 진동 1개) × 2 EA]

2. 납품범위

가. 납품목록

제작자는 당원에 다음을 공급하여야 한다.

1) CNC 머신 장착용 스핀들 및 서보 전동기 모니터링 시스템 장치 1 Set

2) 모니터링 시스템 구성요소의 회로도 및 동작설명서 (상세 제작도면 포함)

3) 측정 프로그램 1식

4) 사용지침서 또는 운용 매뉴얼 1부

나. 납품방법

1) 납품기간은 계약일로부터 2개월 이내로 하고, 납품장소는 당 연구원 시스템제어연구센터 실험실로 한다.

2) 납품된 제품은 다음의 검사를 수행하여 검수를 완료하여야 한다.

가) 시스템 동작 검사

- 담당자가 시스템을 실행시켜 기본 동작 확인

- 구현된 각종 기능을 실행시켜 동작 확인

나) 측정 정밀도 : [eqn: ±]1% (측정범위 전 영역에서 최대오차 허용한도가 [eqn: ±]1% 이하)

3) 상기의 검사를 통과하면 납품된 것으로 한다.

4) 납품완료시까지 제품에 대한 책임과 제품 인도까지의 제반 경비는 계약자가      부담한다.

3. 하자보증 및 기타사항

1) 하자보증 기간은 납품한 날로부터 1년으로 한다.

2) 하자보증 기간 내에 하자가 발생한 경우에는 무상으로 수리 또는 교체하여야 하며, 수리 또는 교체한 부분의 하자보증 기간은 수리나 교체한 날로부터 1년으로 한다.

3) 고장 및 사고의 원인이 제작 결함에 의한 경우일 때는 무상으로 수리 또는 대체 제작을 하여야 하며, 사고로 인한 손실은 제작자가 부담한다.

4) 본 시방서와 관련된 모든 사항들을 외부에 유출할 수 없으며, 사업단의 승인없이 다른 목적으로 사용할 수 없다.

5) 본 시방서에 해석상의 이견이 있을 경우에는 사업단의 해석에 따른다.

III. CNC 머신 장착용 스핀들 및 서보 전동기 모니터링 시스템 중요 사양

1. 일반사양

본 시스템은 스핀들 전동기 및 서보 전동기 2종의 각 전동기별 전류(3상, 3Channel), 전압(3상, 3Channel), 진동(1 Channel)의 총 14채널 신호 측정을 위한 장치로서, 센서로 부터의 입력 신호를 왜곡없이 연속적으로 측정하도록 구성되어야 하며, 고속 A/D 변환을 통하여 디지털 데이터화하고, 이를 유선으로 전송하여 전용 프로그램에서 전동기의 전압, 전류 및 진동 신호를 측정 및 분석할 수 있는 계측진단 시스템이다.

2. 기술사양

본 시스템은 전동기에 장착된 각종 센서(전압, 전류, 진동 등) 신호들을 정확하게 측정하여야 하며, 이를 유선으로 전송할 수 있도록 한다. 전동기 진단 시스템의 하드웨어의 해당 항목별 기술 요구사양들은 다음과 같으며, 하드웨어 구성도는 그림 1과 같다.

그림 1. 모니터링 시스템의 구성도

① 입력 채널은 스핀들 전동기 입력 7채널과, 서보 전동기 입력 7채널로 총 14채널이며,  Channel Selector를 통하여 각의 전동기별 전류 3CH, 전압 3CH, 진동 1CH을 모두 동기 취득(7CH 동시 측정이 가능해야 함)해야 한다.

② Signal conditioning circuit는 입력신호들을 ADC로 변환하기에 앞서, 게인 조절 및 필터회로 등을 포함한다. 채널별 게인값을 참고로 각 채널의 게인값들을 구성해야 한다. 그리고 필터회로 및 과전압 보호회로를 내장하도록 구성해야 한다. 필터는 Low pass filter (fcut = 40kHz)이다.

③ ADC는 시스템의 분해능과 관련된 매우 중요한 부품으로서, 측정신호의 주파수 분석 동적범위를 증가시키기 위하여 16 bit를 사용하며 DSP와의 통신 속도 향상을 위하여 Parallel type을 사용할 것을 권고한다. 7채널 동시 측정을 위해 8채널 이상 ADC 사용을 권장한다. ( AD7656 : 8ch )

- 본 시스템은 전동기 운전 상태에서 신호 측정이 가능해야 함.

- 채널별 샘플링은 7개의 채널(전류 3상, 전압 3상, 진동 1개)에 대하여 100kS/s에서 10초의 측정 시간으로 신호를 측정할 수 있어야 한다.

- 전류, 전압, 진동 신호의 측정 Range는 2개의 모드로 사용자가 선택 가능해야 한다.

▪ 전류 신호: Mode 1([eqn: ±]1V까지 측정), Mode 2([eqn: ±]5V까지 측정)

▪ 전압 신호: Mode 1([eqn: ±]1V까지 측정), Mode 2([eqn: ±]5V까지 측정)

▪ 진동 신호: Mode 1([eqn: ±]0.5V까지 측정), Mode 2([eqn: ±]5V까지 측정)

④ Digial Signal Processor (DSP)는 소수점 이하 연산이 가능한 TMS320F28335-150을 이용하며, Digital filter를 (Low pass filter (fc = 40kHz))를 구현해야 한다.

⑤ LCD display는 4 Line 20 characters LCD로서 기능동작 정상 및 오류 램프 표시등 및 시스템 동작 단계를 데이터 수집 진행 중, 데이터 수집완료의 2단계를 표시함으로서 데이터 취득 유무를 확인할 수 있도록 한다.

⑥ SRAM은 32 Mbit (default) 용량으로 구성하며, 이는 측정 데이터의 임시 저장용 메모리로서 최근 측정결과만을 기록한다.

⑦ SD Card는 2Gbyte (default)로 구성하며, 이는 측정 데이터의 최종 10회분의  측정  Data 메모리로서 측정 데이터만을 기록한다.

⑧ Computer는 시스템과 유선통신을 이용하여 데이터를 주고받고, 측정데이터를 출력하기 위한 것으로서, 당 연구원 실험실 컴퓨터를 이용하는 것으로 한다.

⑨ 전류, 전압, 진동 센서는 연구원에서 제공하며 시스템은 센서의 신호를 왜곡없이 측정해야 한다.

⑩ 전동기 모니터링 시스템 내부에 구현될 모든 알고리즘의 수식은 당 연구원에서 제공한다.

⑪ 측정 프로그램은 아래와 같이 구성하여야 한다.

- 측정 프로그램은 채널 및 데이터를 설정하여 원하는 데이터를 확인할 수 있어야 한다. 테스트 단계의 데이터는 별도의 파일명으로 저장할 수 있도록 구성한다. 프로그램은 측정된 결과들에 관한 저장이 용이하며, 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 C-언어로 구성된다.

- 측정 프로그램 화면은 그림 2의 예와 같이 구성한다.

▪ 메인화면에서 “START”, “STOP” 버튼을 두어 신호 측정 제어가 가능하도록 해야 한다.

▪ 전류, 전압, 진동 도시화 영역은 특정 도시화 영역에 여러 신호를 표현해야 할 경우 각 신호마다 색을 달리하여 구분할 수 있어야 한다. 또한 마우스를 이용하여 측정 신호를 확대(우측 드래그) 및 축소(좌측 드래그) 할 수 있어야 한다.

▪ 메인화면에서 데이터 저장 시 폴더 및 파일이름을 설정하여 측정 데이터를 txt 또는 csv 형태로 저장할 수 있어야 한다.

그림 2. 측정 프로그램 메인 화면 예

- 측정 프로그램의 FFT 변환 화면은 그림 3의 예와 같이 구성한다.

▪ 메인화면에서 Data 취득이 완료되면 FFT 버튼을 활성화 한다.

▪ 7개의 DATA 중 1개의 DATA를 선택할 수 있고, 또한 마우스를 이용하여 측정 신호를 확대(우측 드래그) 및 축소(좌측 드래그) 할 수 있어야 한다.

그림 3. FFT 변환 화면 예

기타 필요 기능으로는 리셋 기능(시스템 및 컴퓨터 프로그램 연동)으로서 시스템 이상시 초기화 기능버튼, 전원 off 또는 재 테스트 시작시의 측정 시작 버튼(시스템 및 컴퓨터 프로그램 연동)에 의해 지령함으로 동작하도록 한다.

⑫ 측정 시스템의 외함은 판넬 등에 설치가 용이하도록 아래 그림 4와 같은 형태로 제작되어야 한다. (협의 하에 변경 가능)

그림 . 외함 예시

⑬ 전압, 전류 단자는 설치가 용이하도록 모듈 형태로 제공하여야 한다.

3. 기타 요구 사항

① 본 시방서에 따른 계측진단 시스템 제작에 있어서 변경사항이 발생하거나, 기타 애로사항이 있을 경우 및 본 시방서에 언급되지 않은 사항은 반드시 당 연구원 담당자와 반드시 협의를 통하여 진행해야 한다.