게재년월: 2004년 6월호
부제목 : 승차감·성능 측정 및 정밀진단까지 가능

이제 승강기의 승차감, 성능 측정뿐만 아니라 회전체의 상태를 평가·분석하는 정밀 진단이 가능해질 전망이다.
승강기 검사기관 한국승강기안전센타(이사장 장선식, www.kesc.or.kr, 이하 센타)는 승강기의 안전도와 성능, 품질 등의 정량적 관리가 가능한 종합 진단 분석 시스템 ‘닥터 엘리베이터(Dr. Elevator)’를 출시해 지난 4월부터 몇몇 테스트 현장을 대상으로 진단성 검사를 실시하고 있다.
이 시스템은 진동 소음 온도 압력 등 4채널 실시간 신호 분석기, Hand Held 컴퓨터에 내장된 다양한 프로그램과 인터넷 기능을 활용해 승강기의 안전성, 성능, 승차감 및 진동 소음 등을 측정하고 정밀 진단을 통해 승강기의 설계, 제조 및 설치 품질 상태를 평가하는 장비로, 그동안 정확한 성능 평가가 이루어지지 않았던 승강기 업계로서는 간만에 들려오는 희소식이 아닐 수 없다.
이제까지 승강기는 안전도나 성능, 품질과 관계없이 저가입찰 등 가격만으로 결정돼 불량 승강기나 덤핑 사례가 빈번하게 발생했던 것이 사실이다. 이용자 또한 승강기가 설치되어 있기 때문에 무작정 이용한 것이지, 승차감이나 흔들림 등을 파악할 만한 기본적인 데이터가 없었고, 제조사나 보수사도 경쟁력 평가의 주요 요소인 이러한 부분들을 객관적·정량적으로 평가할 만한 장비가 없어 형식적인 측정과 유지보수를 해왔다.
그동안 승강기 성능 평가 방법에 대해서 학자와 전문가들 사이에 많은 연구와 학술발표가 있었고 ISO/DIS 16738(Measurement of Ride Quality)가 발표 단계에 있는 등 학술상으로는 어느 정도 정립된 상태지만, 그 구현은 고가 장비와 전문가가 동원되어야 하는 문제로 감각적이고 추상적으로 관리되어 왔다.

기존 장비의 복잡성으로 활용범위 ‘제한적’
실제적으로 이를 적용하고 활용하는 장비는 미국 PTM사의 ‘EVA-625’와 독일의 ‘Lift Pc-Diagnosis System’이 개발돼 사용되고 있지만, 승차감 측정 외에 분석은 장비의 복잡성으로 쉽지 않고 측정영역 또한 120Hz대로 좁아 정밀 분석이 되지 않아 국내 제조업체와 검사기관 대부분이 이를 소장은 하고 있으나 활용 범위는 극히 제한적이었다.
일반 산업계에서 약 30년 이전부터 설비 예지 보전 기술로 활용된 ‘고주파수 측정 및 FFT 분석기’는 분석 기술의 전문성과 난이성으로 현재 승강기 업계에서는 거의 이용하지 않는다.
안전성에 대한 표준화 및 평가를 위해 ISO TC 178에서도 수년간의 작업 결과 안전성 평가를 위한 승강기 필수안전요건(Global Essential Safety Requirements)과 위험성 분석 방법론(Risk Analysis Methodology)을 발간하고 있는 현실에서, 센타는 일반인과 기술자 사이에서 어느 정도의 안전성을 구비하는 것이 적절한 지 판단하는 척도를 마련하기 위해 설비 예지 보전 장비 전문회사인 NADA S&V와 공동으로 일반 기술자도 적은 비용으로 쉽게 승강기의 안전성과 성능을 종합적으로 평가·분석할 수 있는 닥터 엘리베이터를 개발하게 된 것이다.
이는 고주파수 분석이 가능해 승강기의 승차감뿐만 아니라 정밀 진단을 할 수 있으며 카 이외에도 기계실을 측정할 수 있어 감속기, 모터 등의 세밀한 부분까지 문제점을 잡아내는 단순한 ‘점검’이 아닌 ‘예방정비’의 개념을 실현화시켰다.

Dr. Elevator! ‘점검’ 아닌 ‘예방정비’ 실현
닥터 엘리베이터는 승차감 및 성능 측정과 정밀 진단 2가지로 나눠 검사가 가능한데 전자는 엘리베이터 카 안에서, 후자는 기계실에서 측정할 수 있다.
먼저 승차감과 성능 측정은 최하층의 카 안에서 닥터 엘리베이터와 PDA를 연결하고 소음센서를 부착해 최상층으로 이동하기만 하면 사운드(Sound)와 이동거리(Distence), 수직 진동으로 인한 속도 패턴(Velocity) 및 가속도 패턴(Acceleration), 충격정도(Jerk), 주파수에 따른 진폭 파형 등을 손쉽게 진단할 수 있어 유지보수뿐만 아니라 설계, 제조, 이용상에서 나타나는 모든 결함들을 파악할 수 있다.
특히 수직 진동 측정 후 이상 진동이 발생된 지점을 찾아내 FFT를 실행하면 주파수에 따른 진폭 파형이 그래프로 나타나고 이를 이용해 회전 주파수나 구동 도르래 주파수, 가이드 레일 주파수, 가이드 롤러 주파수, 로프 주파수 등에 대한 이상 진동을 보완할 수 있으며, ISO 그래프로는 탑승자의 불안감을 초래하는 요인을 제거할 수 있다. 이는 가속 진동 데이터를 인간의 진동 응답 특성에 적합하도록 주파수를 필터링한 후 ISO 8041에 규제된 곡선에 따라 인간이 가장 민감하게 반응하는 주파수 영역을 그래프로 나타낸 것이다.
측정을 마치면 보고서와 통계자료로 출력 가능하며 승강기 종류별, 제조사별, 연도별로 수직 진동, 수평 진동, 소음 등의 기준을 정립해 경향 관리 및 분석 자료로 활용할 수 있다.
타 진단 장비와 닥터 엘리베이터와의 차별화인 정밀 진단은 기본적으로 시간 파형과 FFT 스펙트럼으로 측정할 수 있으며 Envelope 및 사이드 밴드, 옥터브 밴드 등의 분석도 가능하다. 정밀 진단도 승차감 측정과 마찬가지로 진단 센서를 기계실의 감속기 또는 베어링 부분 등 측정 부위에 부착한 뒤 검사를 시작하면 고유 주파수를 기준으로 10~30초 이내에 바로 결과가 도출되는 간편한 프로세스를 자랑한다.
시간 파형 분석은 연속적으로 나타나는 시간 신호 파형의 진폭 및 주기 변화에 따라 모양을 분석해 전동기와 감속기의 불평행과 축정렬 불량, 베어링 결함, 하우징 마모, 공진, 회전자 편심, 헐거움, 회전자 편심, 불균일한 공극, 기어 결함, 냉각팬 소손 등을 조기에 발견해 효율적 관리를 하는데 활용된다. FFT 스펙트럼 역시 시간 파형과 마찬가지지만 주파수에 따른 진폭 파형으로 표시된다는 점에서 구별된다.

높은 이용 편의성, ‘상용화’ 기대
이 외에도 ENvelope는 진동 신호의 주기적 성분을 Low Pass 필터 처리한 후 확대해 기계 상태를 조기에 검측하는 방법으로 회전체의 베어링, 기어 맞물림 이상을 조기에 발견하는데 사용되며, 결함 주파수의 측대역 진폭을 파악하는 사이드 밴드, 진폭 파형의 기준경고선을 설정해 파악하는 옥터브 밴드, 라인별로 기준 경고선을 설정해 연속적으로 나타남으로 이상 진폭을 파악하는 기능 등이 있다.
진동 크기 정도를 제대로 알 수 없다면 주파수와 시간대역에 따라 진폭 크기를 입체적으로 표시해 주는 워터폴 그래프를 이용하면 된다. 정밀 진단 또한 ISO 10816 평가 기준에 따라 총 진동값과 베어링 및 기어, 불평형, 축정렬 상태 등을 파악할 수 있으며 통계표는 연도별 경향 분석이 가능하다.
센타 관계자는 “닥터 엘리베이터는 물체가 지니는 고유 주파수를 이용, 진폭 소음 등을 정밀 측정해 이를 수치화시켜, 필수안전요건의 체크 리스트와 통계적 데이터를 바탕으로 불량 승강기 운행을 방지하고 수명이 다한 부품 교체 및 운용을 파악할 수 있는 진단장비”라며, “이 장비를 통해 이제 이용자도 승강기 상태 정도를 인식하고 탈 권리를 찾아야 하며, 제조·보수사도 소를 잃기 전에 외양간을 고쳐야 하는 것과 같이 ‘예방 진단’ 차원의 검사를 시급히 행해야 할 것”임을 강조했다.
센타는 지난 4월 말 대전 과학기술표준원에 기존의 미국 EVA-625 장비와의 신뢰 차이 측정을 위해 이미 의뢰를 신청한 상태이며, 향후에는 1천만원을 호가하는 이 진단 장비를 지사마다 2대 이상씩 배포해 시범적인 사용에 들어갈 예정으로, 닥터 엘리베이터 상용화로 ‘위험하지 않은 좋은 승강기’ 의 비율이 높아지길 기대하고 있다(문의 : 한국승강기안전센타 / 전화. 031-382-3600). ▣
■글·신영주 기자 / yjshin@liftasia.com