자동화 공정의 실시간 이상 탐지를 위한 제어로직 기반의 공정 패턴 생성 방법
Control Logic-Based Process Pattern Generation Method for Real-Time Abnormal Detection of Automation Process
초록/요약
자동화 공정은 설비 및 센서의 노후화, 작업 환경, 원자재의 미세한 변동 등 매우 다양한 문제로 이상이 발생된다. 이러한 이상으로 인해 공정이 멈추게 되면 매우 막대한 손해를 입게 된다. 공정이 멈추지 않더라도 반복되는 지연구간은 생산성 저하를 야기하여 손해가 발생된다. 현재 대부분의 공정은 PLC 래더 프로그램에 이상접점을 등록하여 간단한 모니터링 시스템이 이 이상접점이 On상태가 되면 작업자에게 알려주어 이상이 발생되었음을 인지한다. 하지만 이러한 방법은 이상접점을 등록되어 있지 않은 이상을 발견하기 어려우며 이상 구간을 파악하기 어렵다. 본 연구에서는 PLC 래더 프로그램을 분석하여 해당 공정에서 사용된 접점 간 관계를 ‘포함(Include)’, ‘포함 가능(Includable)’, ‘비포함(Exclude)’, ‘비포함 가능(Excludable)’로 정의 및 생성한다. 이 접점 간 관계와 접점의 On, Off상태에 대한 로그 데이터를 기반으로 하여 ‘마스터 패턴(해당 공정의 일반적인 정상 패턴)’을 생성하여 실시간으로 공정 사이클의 이상을 판단하고 이상원인 및 지연구간을 빠르게 파악하는 것을 목표로 한다. 마스터 패턴은 설득력을 높이기 위해 간트 차트로 가시화 한다. 접점의 상태를 Bar로 표현하며 관계가 존재하는 접점 간 간격은 Link로 표현한다. 사이클 이상은 Bar이상과 Link이상으로 정의하며 Bar이상은 ‘Missing’, ‘Over Count’, ‘Start Time Range Over’, ‘Duration’으로 정의하고 Link 이상은 ‘Sequence’, ‘Interval’로 정의한다.
more초록/요약
The automation process is caused by a wide variety of problems such as aging facilities and sensors, working environment, and minute fluctuations in raw materials. If the process is stopped due to this abnormality, it will cause very enormous damage. Even if the process does not stop, repeated delay periods cause productivity degradation, resulting in damage. Most of the current processes register abnormal contacts in the PLC ladder program, and a simple monitoring system informs the operator when the abnormal contacts are on to recognize abnormalities. However, in this method, it is difficult to find an abnormality point unless it is registered, and it is difficult to identify the abnormality section. In this study, the PLC ladder program is analyzed to define and create the relationship between contacts used in the process as 'Include', 'Includable', 'Exclude', and 'Excludable'. Based on the relationship between these contacts and log data on and off states of the contacts, the goal is to generate a "master pattern (general normal pattern of the process)" to determine abnormalities in real time and quickly identify abnormal causes and delays. The master pattern is visualized into a gantt chart to increase persuasive power. The state of the contact is expressed by Bar, and the interval between the contacts where the relationship exists is expressed by Link. Cycle abnormalities are defined as Bar abnormalities and Link abnormalities. Bar abnormalities are defined as 'Missing', 'Over Count', 'Start Time Range Over', and 'Duration', and Link abnormalities are defined as 'Sequence' and 'Interval'.
more목차
제1장. 서론 1
제1절. 연구 배경 1
제2절. 연구 목적 2
제2장. 관련 연구 3
제1절. PLC 정의 및 특징 3
제2절. 기존 연구 4
제3장. 연구 방법 6
제1절. 데이터 수집 6
1. OPC UA 기반 데이터 수집 6
2. 전용 통신 프로토콜 기반 데이터 수집 7
제2절. 접점 간 관계 생성 방법 8
1. 접점의 출력 조건 분석 9
2. 접점 간 관계 정의 및 생성 11
3. 접점 간 관계 확장 12
제3절. 구조화 된 사이클 생성 13
1. 신호 데이터 기반 Bar 생성 14
2. 접점 간 관계 기반 Link 생성 15
제4절. 마스터 패턴 생성 방법 18
1. 구조화 된 사이클 전처리 18
2. 마스터 패턴 생성 20
제5절. 마스터 패턴 기반 실시간 이상 탐지 방법 22
1. Bar 이상 정의 22
2. Link 이상 정의 25
제4장. 결과 및 결론 27
제 1절. 연구 결과 및 해석 27
제 2절. 향후 연구 35
제5장. 참고문헌 36
