진동분석

진동데이터 취득 과정 뽀개기_1. MCM 파해치기 ②

패션공대생 2021. 3. 30. 14:37

프로젝트 생성 과정

 

1. Discrete input

  • 이산 데이터(Discrete data) 수집을 위한 구성을 할 수 있는 페이지이다. 해당 페이지에는 현재 사용 중인 모든 Slave machine(MCM PC 하위에 있는 모든 PC 및 디바이스를 통칭)를 자동으로 List up 할 수 있다.

 

  • 사용자는 각각의 장치에 대한 기본 속성 매게 변수들을 설정할 수 있다. Data define page에서는 Polling과 Event를 설정할 수 있다.  
    • Polling : 아날로그 입력 또는 디지털 입력에 의한 Discrete data 수집에 사용됨.
    • Event : Pushed tag에서 Trigger 모드(일정 조건이 충족되면 시작하는 기능) 설정이 가능하며,
      Interrupt, Status Change, Pattern Match 등의 기능과 함께 사용 가능하다.

 

  • 등록한 각각의 데이터 혹은 특성 값을 계산할 수 있고, 데이터를 인덱스로 사용해서 데이터를 전송, 입력 조건과 제어 작업의 구현을 구현할 수 있다.

 

2. Continuous Input

 

  • 시계열 데이터 수집을 위한 구성이 가능한 페이지이다. 현재 Slave machine들의 모든 고속 데이터 수집 장치들은 장치 구성 목록에 자동으로 열거된다.

 

  • 사용자는 장치를 선택하여 다음과 같은 설정을 진행할 수 있다.
    • Data Section(각 계산에 대한 Section size)
      • 사용자에게 "DataReady" 이벤트를 보내기 전에 sampling 해야 하는 샘플 수를 결정하는 DAQNavi의 Section Length. 
    • Conversion Clock source and Clock speed   *Clock Rate = Sampling Rate
    • 취득 channel의 ticking 및 enabling  *advanced config. 에서 변경 가능.
    • Connection Type 및 Value Range 같은 채널 매개 변수
    • 데이터 취득을 위한 기본 속성 매개 변수

 

  • Advanced setting에서는 다양한 추가 설정을 할 수 있다.
    • Connection Type : Single-ended/differential 설정
    • Value Range : 장치에서 지원한 Value Range는 Drop-down list에 나열돼있음
    • Coupling : AC-Coupling, DC-Coupling 설정 가능. (PCIE-1802 / PCIE-1840 only)
    • IEPE : (PCIE-1802 / PCIE-5801 only)
    • Impedance : PCIE-1840 only
    • Filter Type
    • CutoffFreq : Left cutoff frequency
    • CutoffFreq1 : Right cutoff frequency

 

  • 특히 트리거 기능을 지원하는 DAQ card는 아래와 같은 기능을 설정할 수 있다.
    • Trigger Source
    • Trigger Action
    • Trigger Edge
    • Trigger Delay Clock Count
    • Trigger Hysteresis

 

 

  • 활성화된 채널은 디스플레이 영역에서 line graph 형태로 모니터링할 수 있다. 각 channel의 설정에서 line color를 설정할 수 있으며, 채널에 있는 line 부분을 선택하여 모니터링 on/off를 할 수 있다. 그래프는 우측 하단 부분에 포인터를 가져가서 zoom과 pan 기능을 사용해 확인할 수 있다.
    X축은 주파수, Y축은 db로 표현된 power spectrum이다.

 

  • 하단의 One shot으로 한 section을 획득하거나, Free Run으로 지속적인 값의 변화를 확인할 수도 있다.

 

3. Time Domain Pre-process

 

  • 지정된 채널에 대해 MCM에 내장된 시간 도메인 전처리 알고리즘을 선택하고 해당 매개 변수를 구성할 수 있는 페이지. 또한 구성 변경에 따른 데이터 처리 결과를 실시간으로 확인할 수 있다.

 

  • 해당 페이지는 아래와 같은 기능을 제공한다.
    • Moving average와 weighted moving average 설정 가능.
    • Moving Average : 필터링은 측정 신호에서 중복 신호 노이즈를 제거할 수 있는 신호처리기술이다. 예로 느리게 변하는 low frequency signal에서 high frequence signal를 제거한다. Moving Average는 평균을 구하되, 구하고자 하는 전체 데이터에 대한 평균이 아니라, 전체 데이터의 일부분씩 순차적으로 평균을 구하는 것을 의미한다. 구하는 방법을 예로 들자면 일정구간의 평균을 구하고 그 첫 번째 값을 제외한 뒤 다음 값을 추가하여 평균을 내는 과정을 반복하는 것이 있다. MCM은 두 가지 유형의 Moving Average를 제공한다. 하나는 unweighted filtering이고 하나는 weighted filtering이다. 
    • Filtering algorithm은 단순히 인접 지점의 평균값을 지점의 새 값으로 사용한다. 인접한 포인트의 양은 window의 너비다. window를 정의하는 방법에는 두 가지가 있다. 하나는 window width, 나머지 하나는 MCM에서 2 * width + 1로 정의하는 것이다.
    • Moving Average Algorithm은 low-pass filter 역할을 할 수도 있다. 이는 이 알고리즘이 고주파 신호를 필터링하는 것과 유사하게 인접 지점의 값을 평균화해서 가장 활동적인 지점의 진폭을 줄일 수 있기 때문이다.
    • Weighted Moving Average Algorithm은 평균화 중에 삼각 계수의 가중치를 더하는 것을 의미한다.
    • FIR filter : Butterworth filter 계수를 사용해서 일반적인 filter 사용 가능(High-pass, Low-pass, Band-pass, Band-stop)

 

  • Frequency Domain Filtering에 비교하여 Time Domain Filtering은 특수한 계산 방법으로 signal noise를 빠르게 filtering 할 수 있다. 하지만 Frequency Domain Filtering만큼 효과적이진 않다.

 

4. Frequency Domain Pre-processing

 

  • Time Domain에서 전 처리한 Signal을 Frequency Domain으로 전 처리하는 페이지. 

 

  • 취득 구성에 따라 FFT(Fast Fourier Transform) 또는 DFT(Discrete Fourier Transform)을 자동으로 선택해서 주파수 신호로 변환한다.

 

  • Frequency preprocessing을 위해 아래와 같은 Filtering을 지원한다.
    • Low-pass
    • High-pass (기본 유형)
    • Band-pass
    • Band-stop
  • Sampling 하는 동안 Sampling 된 파형에 정수 주기가 포함되지 않은 경우 Spectral Leakage가 발생하므로(측정된 spectral energy가 한 주파수에서 다른 주파수로 leakeage) 신호처리 과정에서 Time Domain 파형에 대한 windowing은 Spectral Leakage를 줄여준다.

 

  • FFT와 DFT는 Sin과 Cos의 합으로 주어진 신호를 나타낼 수 있다.

 

  • 정수가 아닌 주기(ex. 5.5)에 대해 sampling 할 때, FFT는 데이터가 주기적으로 반복하는 파형이라고 가정하므로 DFT/FFT로 반환된 스펙트럼은 한 주파수에서 다른 주파수로 누출되는 에너지(Spectral Leakage)로 표현될 수 있다.
    이 누출 에너지에는 원래 신호에서 존재하지 않았던 고주파 성분이 나타난다.

 

  • Frequency0, Frequency1은 차단 주파수(cutoff Frequency)이다. Filter 유형이 Low-pass 혹은 High-pass인 경우 Frequency0가 cutoff Frequency가 된다. Filter 유형이 Band-pass 혹은 Band-stop인 경우 둘 중 더 작은 값이 lower cutoff Frequency가 되고 더 높은 값이 higher cutoff Frequency가 된다.
    Frequency0,1의 범위는 [1, ConvertClockRate/2 - 1]로 설정할 수 있다.

 

  • Order는 filter order를 의미함. 범위는 [1, 10]으로 설정 가능하다.

 

  • Filtering 외에도 DC Remove 기능과 아래의 Window function을 지원한다.
    수집된 Signal의 유형에 따라 사용자가 Windowing을 선택한다.
    * Window Function은 FFT와 DFT 보다 선행하여 적용된다.
    • Hann Window
    • 4-term Blackman-Harris Window
    • 7-term Blackman-Harris Window

 

5. Feature Extraction

 

  • Time Domain Preprocessing 결과와 Frequency Domain Preprocessing 후 Frequency 에너지 분포 다이어그램을
    모니터링할 수 있다.

 

  • MCM 분할 기능은 데이터 값을 Time & Frequency Domain 두 가지 유형으로 분류하고 각각의 값에 대한 내장 plug-in을 제공한다.
    1. Plug-in list : 플러그인을 전환하거나 선택할 수 있도록 사용 가능한 feature list가 표시됨
    2. Signal Option : 선택한  모든 channel의 list.
    3. Feature value option : 나열될 feature를 선택할 수 있으며, 값은 실시간으로 계산된다.

 

  • Time 혹은 Frequency Domain Preprocessing 결과로 내장된 계산식에 적용해 다양한 feature를 계산할 수 있다.

 

  • 적용 가능한 Feature는 아래와 같다.

 

Mean

 평균값

Y of Maximum

 Y축 최대값

Y of Minimum

 Y축 최소값
Peak-to-peak |Y축 최대값 - Y축 최소값|. 파형의 최대 양수값과 최대 음수값 간의 차이.
Median 값을 정렬한 후 중앙값을 사용. 확률 분포의 상위 절반과 하위 절반을 구분하는 값.
RMS Root-Mean-Square. 평균 제곱의 제곱근
Positive Pulse Width 차단된 signal의 첫 번째 rising edge에서 첫 번째 falling edge까지의 시간 차이
Negative Pulse Width 차단된 signal의 첫 번째 falling edge에서 첫 번째 rising edge까지의 시간 차이
Positive Duty Cycles Positive Pulse Width와 주기(Period)의 비율을 사용해서 계산
Negative Duty Cycles Negative Pulse Width와 주기(Period)의 비율을 사용해서 계산
X of Maximum Y축의 최대값이 있는 X값. Frequency Domain에선 signal의 기본 주파수로 간주
X of Minimum Y축의 최소값이 있는 X값.
Frequency 주파수. 시간 단위당 발생 횟수
Standard Deviation 표준편차. 분산의 산술 제곱근
Variance 분산
Coefficient of Variation 변동 계수. 그룹 데이터의 표준 편차를 평균으로 내린 다음 백분율 변환으로 변환한 값
Kurtosis 첨도. 실제 랜덤 변수 확률 분포의 첨도를 측정한다.
Skewness 웨곡도. sample의 분산
Crest Factor 파형의 진폭을 파형 RMS로 나눈 값
Range of Maximum 최대 범위. 지정된 범위 내에서 최대 값을 찾는다.
Local Maximum Input range에서 해당 영역의 최대값을 찾는다.
Local Minimum Input range에서 해당 영역의 최소값을 찾는다.
Percentile 백분위 수. 데이터 집합을 소규모에서 대규모로 정렬하고 해당 누적 백분위 수를 계산한다.
Shape Factor RMS를 절대 평균(absolute mean)으로 나눈 값.
Impulse Factor Peak 값을 절대 평균으로 나눈 값.
Clearance Factor 간극 계수. 일반적으로 기계 장비의 마모를 감지하는데 사용함. enthalpy 지수가 많이 변하지 않으면 평균값에 대한 유효값의 비율이 증가하여 마모로 인해 간극이 증가한다. 이를 통해 진동 에너지 지수의 유효값이 평균값보다 빠르게 증가하고 간극 계수 또한 증가한다.

 

6. Calculator

 

  • 데이터 취득 중 특정한 상황에서 처리방법을 판단하기 위한 조건을 설정하는 페이지. 평균이 설정한 조건 값보다 클 때 처리방안이 적용된다.

 

7. Output / Dashboard

 

  • 결과물을 확인하는 페이지.

 

참고 : Advantech 社 MCM User_Manual을 번역&정리한 내용입니다.