산업별 어플리케이션

개요

이상 신호는 언제 어디서 일어날지 모르는 경우가 많이 있습니다. 모터 인버터의 연속 시험등에서는 어떠한 원인으로 인해 순간적으로 진폭이 작은 파형이나 정확하게 제어된 보통의 파형과는 다른 신호가 발생할 수 있습니다. 오실로스코프의 파형 중첩 기능 또는 히스토리 기능*을 사용하면 이상 파형을 측정하는 것은 가능하지만 어떠한 이상 파형인지 사전에 알지 못하는 경우에는 트리거로는 측정할 수 없는 경우도 많이 있습니다. 
또한 이상 파형의 신호 변화는 극히 미미할 수도 있습니다. 이상 파형의 발생 원인을 알고 싶기 때문에 파형 뿐만 아니라 이상 파형 발생 순간에서의 전압, 전류, 유효 전력, 피크, 역률, 주파수 등도 영향을 주는지를 알고 싶은 경우도 있습니다. 고정밀 파워 아날라이저의 데이터를 확인함으로써 다양하게 발생 원인을 유추해 볼 수 있습니다.
*히스토리 기능：YOKOGAWA 오실로스코프는 지나간 파형을 어퀴지션 메모리에 저장하여 측정 종료 후에 지나간 파형을 확인할 수 있습니다.

과제

이상 파형이 아주 드물게 발생하는 경우가 많아 이상 파형을 파악하기 위해서는 많은 시간이 걸릴 수도 있습니다. 또 그 신호 변화가 작으면 작을 수록 육안으로는 인식할 수 없습니다 . 발생하는 타이밍도 특정할 수 없고 트리거 조건의 설정에 의해 파형을 파악하는 것도 곤란합니다. 이상 파형을 측정했다고 해도 오실로스코프에서는 측정하는 시간이 매우 ㅉ?짧은 것이 많습니다. 예를 들어 인버터에서 PWM 신호는 고속으로 스위칭하는 전압 파형을 보다 정확하게 측정하고자 하면 고속 샘플링이 필요합니다. 오실로스코프는 고속 샘플링으로 파형을 측정해도 내장 메모리(어퀴지션 메모리) 제한이 있기 때문에 비교적 짧은 시간 밖에 측정할 수 없고 파형 전체 혹은 긴 시간에 걸쳐 파형을 측정할 수 밖에 없습니다. 따라서 PWM 파형의 기본파 신호를 기초로 연산되는 전압, 전류, 전력 등의 전력 파라미터를 산출하는 것이 곤란할 경우가 있습니다. 
예를 들어 PWM 파형의 기본파 신호가 10Hz이면 최저 100ms의 측정 시간이 필요하며 오실로스코프에서 이 신호 전체를 측정하기 위해서는 메모리 길이를 길게 설정해야 하지만 메미리 길이에도 제한이 있습니다. 이에 샘플링한 데이터를 직접 PC에 저장하면 되지만 10MS/s의 샘플링 데이터를 실시간으로 PC 전송하는 것은 통신 인터페이스의 제한으로 어려울 수 있습니다. 이러한 방법으로 1주기 이상의 신호 전체를 측정했다 하더라도 오실로스코프의 경우 파형은 정확히 측정했을지 모르지만 이상 파형에 대한 연산 데이터는 확도를 보증할 수 없기 때문에 이 데이터가 정확하다고는 말할 수는 없습니다.  
이러한 경우 파워 아날라이저를 동시에 측정하는 것이 필요하지만 파형 데이터와 같은 타이밍에 전력 데이터를 측정하는 것은 간단하지 않습니다 .PC에서 장시간 연속 해서 복수의 파형 데이터와 전력 데이터를 동기시키면서 데이터를 취득하는 것이 과제입니다.

IS8000 솔루션

IS8000의 제안

1. DL950 10Gbit 고속 전송에 따른 작업 효율 향상
스코프코더 DL950은 10G 이더넷 인터페이스 옵션(/C60)에 의해 10Gbps의 고속 데이터 전송*이 가능합니다 .기존 DL850에서는 100kS/s (16ch)으로 PC에 데이터를 연속으로 전송가능했지만  DL950은 100배인 20MS/s (8ch)의 고속 데이터 전송*이 가능해져 PC 소프트웨어에서 실시간으로 측정 데이터를 표시할 수 있습니다. 특히 인버터 측정에서는 스위칭 주파수가 고속인 신호이므로 빠른 샘플링 속도로 데이터를 취득할 필요가 있습니다. 최대 20MS/s의 PC전송 데이터 전송은 테스트를 중단하지 않고 데이터 출력이 가능합니다. 데이터 전송을 위해 몇 분 동안 기다릴 필요가 없습니다. 게다가 고정밀 파워 아날라이저 WT5000과 조합하면 고속 파형 데이터와 전력 데이터를 동기 시켜 측정할 수 있습니다.

*HiSLIP 통신 ：High-Speed LAN Instrument Protocol
　1000BASE-T (1Gbps)에 비해 이론상 10배 고속으로 데이터 전송 가능
* DL950 10Gbps 이더넷(/C60 옵션)이 필요하며 옵션이 없을 시 200kS/s(16ch)
*USB3.0 통신에서의 전송 속도는 64MB/ｓ

그림 1 DL850E과 DL950의 데이터 전송 비교

그림 2 DL950과 PC와의 연결

2. DL 소프트웨어와 WT 소프트웨어의 통합

오실로스코프와 파워 아날라이저의 소프트웨어는 별도의 소프트웨어로 데이터를 수집하기 때문에 일반적으로 파형 형식이 다릅니다. 이번에 새로 개발한 통합측정소프트웨어 IS8000은 파형 데이터와 파워 아날라이저의 동기 측정이라는 측정 요구에 맞추어 하나의 통합측정 소프트웨어로 사용할 수 있습니다. 데이터 수집 소프트웨어를 통합함으로써 오실로스코프와 파워 아날라이저의 설정 방법을 가능한 한 동일한 방법으로 하고 있습니다. 지금까지 별도로 측정하고 저장했던 방법에 비해 파일 정리나 관리 업무를 대폭 삭감하는 것이 가능해집니다.

그림 3 파형 채널과 전력 데이터의 표시 및 저장 설정

그림 4 DL950과 WT5000의 복합 측정 데이터 표시

3. IEEE1588 규격*의 WT / DL 시각 동기 표시
파형 측정기의 파형 연산 기능을 사용하여 전력값을 측정하고 검증하는 경우가 있지만 측정 파형과 고정밀로 측정한 전력값을 동시에 구할 수는 없습니다. IS8000 통합 측정 소프트웨어는 IEEE1588 시각 동기화를 통해 DL950과 WT5000을 동시에 연결*함으로써 동기화 측정이 쉽게 가능합니다. DL950과 WT5000의 동기 오차는 약 10us*입니다. DL950으로 취득할 수 있는 샘플링 20MS/s의 8채널 연속 파형 데어터와 함께 WT5000의 전력 측정 데이터를 PC의 동일 시간축 상에 표시할 수 있습니다. 따라서 파워 아날라이저 데이터는 파형 데이터와 함께 시계열의 트렌드 표시를 할 수 있으므로 미묘한 전력 변동을 확이할 수 있습니다.
예를 들어 실제로 발생하고 있는 전력 변동으로부터 이상 파형 데이터를 확인해 문제를 발견하는 것도 가능합니다. 

* IEEE1588 규격 : 네트워크 상에서 연결되는 기기 간의 시각 동기화에 사용되는 고정밀 시간 프로토콜(PTP) 
　PTP=Precision Time Protocol
* DL950 IEEE1588 마스터 기능(시각 동기화) (/C40 옵션) 필요
* DL950 2대의 IEEE1588 동기 오차는 ±150ns
* DL950 10Gbps 이더넷 (/C60 옵션) 필요
* 2대의 동기 측정은 IS8000 동기 옵션 (/SY1) 필요

그림 5 파형과 전력의 동기 측정(오프라인 분석)

그림 6 DL / WT의 온라인 표시

4. 온라인 모니터를 통한 데이터 확인 및 조작
온라인 모니터링 조작은 통신을 통해 계측기를 PC에서 원격 조정을 할 수 있습니다.
스코프코더 DL950 또는 파워 아날라이저 WT5000 본체의 터치 스크린(제어 화면)이 PC 화면에 표시됩니다. 계측기 본체와 멀리 떨어진 장소에 있는 PC에서 설정을 자유롭게 변경할 수 있고 측정 파형이나 파워 아날라이저 데이터도 확인할 수 있습니다. 따라서 제품 본체와 다른 소프트웨어의 조작을 새롭게 기억할 필요가 없습니다.*
2대를 접속하였을 대도 동시에 2화면을 PC에서 표시할 수 있습니다. 설정에 문제가 없으면 그 후 파형 데이터와 파워 아날라이저의 데이터를 수집할 수 있습니다. 
제어실에서 떨어진 장소에 있는 DL950의 파형을 PC에서 확인할 수 있기 때문에 시험실과 제어실을 왕복하면서 파형 데이터의 저장이나 설정 조건 변경등을 하지 않아도 되어 효율 적인 데이터 수집이 가능합니다. 
*본체의 터치 스크린 조작과 일부 기능만 가능, 하드키 조작은 제외합니다.

그림 7 DL950 원력 제어 화면(2대 표시 가능)

그림 8 WT5000의 원격 제어 화면(2대 표시 가능)

5. 연속 파형 저장 중인 파일 분할과 프로젝트 파일
일반적으로 파형 데이터 저장은 연속해서 파일을 저장하고 잇지만 장시간 시험을 계속하면서 측정이 끝난 파형을 화면에 표시하고 싶을 경우가 있습니다 .데이터의 신뢰성이나 데이터 분석을 병행해서 진행하고 싶은 것이 있을 때면 시험이 완전히 끝날때까지 기다려야 하는 경우가 있어 업무 효율이 낮아집니다. 통합 측정 소프트웨어 IS8000은 이러한 불편함을 해소하고 있습니다. 보통 1개의 파일로 측정 데이터를 저장하지만 IS8000은 측정은 계속 하면서 데이터 파일을 분할해 저장할 수 있습니다. 따라서 측정 중에도 분할된 파일을 오프라인 분석으로 확인할 수 있고 측정 완료 후에는 링크 파일로서 데이터를 관리할 수 있습니다. 링크 파일의 우수한 점은 파일을 분할하는 시간을 설정 또는 수동으로 할 수 있으므로 측정  도중에 분석해야 할 경우가 생기더라도 그 시점에서 파일을 바로 분할 할 수 있습니다. 측정 완료 후에는 분할 파일로서는 사용할 수 없고 전체 파일을 하나의 파일로 관리해야 합니다. DL950을 2대 사용했을 경우나 DL950과 WT5000을 같이 사용했을 때에도 하나의 파일로 관리할 수 있어 매우 편리합니다.
또한 편리한 프로젝트 파일 기능도 있습니다 .일반적으로 파형 측정기와 파워 아날라이저로 측정하는 경우 각각의 파일 형식으로 측정 데이터를 저장합니다 따라서 각각 저장한 데이터를 동시에 표시하고 싶은 경우 시각이나 시간축 정보를 맞추어 표시하는 것은 간단하지 않습니다. IS8000 통합 측정 소프트웨어는 각각의 파일을 가지면서 하나의 프로젝트 파일로 관리할 수 있습니다. 

그림 9 링크 파일과 분할 파일의 통합 이미지

6. 정확도가 보장된 신뢰성 높은 전력 데이터 활용
파형 측정기 안에 파워 아날라이저 데이터를 연산하는 기능을 탑재하는 기기가 늘고 있습니다. 과도적인 현상에 있어서도 데이터의 동시성을 확보할 수 있기 때문에 파형 측정기로 전력 연산을 할 수 있는 것은 매우 편리하지만 조심해야 할 점이 있습니다. 그것은 국가 표준으로 연결된 파워 아날라이저의 전력 데이터의 확실도 보증입니다. 
파형 측정기는 전압 프로브, 전류 프로브를 사용하여 고대역・고샘플링으로 측정 신호의 모양을 보다 정확하게 측정하는 것이 주요 목적입니다. 따라서 파형 측정기를 사용하여 전력 연산한 결과는 파워 아날라이저로 측정한 데이터와 달리 확도 보증이 없어 신회성에 대해서는 신중하게 검증할 필요가 있습니다.  한편 YOKOGAWA 파워 아날라이저는 국가 표준과 연결되는 측정 표준을 높은 정밀도로 확립・유지하고 있으며 파워 아날라이저의 전압, 전류, 유효 전력 등에서 신뢰성이 높은 데이터를 제공하고 있습니다.
통합 측정 소프트웨어 IS8000은 전력 트레이서빌리티*가 있는 WT5000에 의한 전력 측정과 함께 DL950으로 최대  20MS/s,  8ch의 데이터 전송을 가능하게 해 신뢰성 높은 파워 아날라이저의 데이터와 파형 데이터를 동일 시간축 상에서 동시에 표시할 수 있습니다.
*전력의 트레이서빌리티：고정밀도 파워 아날라이저 WT5000의 성능을 지지하는 교정 기술에 대해서
「고정밀 파워 아날라이저를 지원하는 YOKOGAWA의 전력 교정 기술」

그림 10 파워 아날라이저의 트레이서빌리티의 체계