Monitorowanie stanu (CbM) pomaga zapobiegać awariom urządzeń poprzez konserwację predykcyjną, ale zaprojektowanie skutecznego systemu zazwyczaj wymaga zoptymalizowanej integracji precyzyjnych czujników, łańcuchów sygnałowych o niskim poziomie szumów, zarządzania energią i łączności bezprzewodowej. Są to złożone funkcje, które mogą opóźnić wdrożenie CbM i zwiększyć koszty. Projektanci również dostrzegają zalety analizy sztucznej inteligencji brzegowej (AI), ale to także sprawia, że CbM jest bardziej złożone. Musimy znaleźć bardziej bezpośrednie i skuteczne rozwiązanie.
W tym artykule najpierw krótko przedstawiono czujniki zbliżeniowe, a następnie rozwiązania typu plug and play firmy Analog Devices. To rozwiązanie umożliwia natychmiastowe wdrożenie bezprzewodowego CbM z funkcjami brzegowej sztucznej inteligencji.
Znaczenie monitorowania państwa
Nieplanowane przestoje pozostają poważnym wyzwaniem w utrzymaniu wysokiej wydajności operacyjnej sprzętu. Gdy wystąpi nieoczekiwana awaria krytycznego sprzętu, może to doprowadzić do paraliżu całej linii produkcyjnej, przerwania łańcucha dostaw i kosztownych usług serwisowych. Tradycyjne metody konserwacji obejmują pasywną naprawę po awarii lub ścisłą konserwację okresową, ale metody te mają swoje wady: konserwacja pasywna może prowadzić do kosztownych przestojów, podczas gdy konserwacja okresowa może zwiększyć koszty zasobów poprzez niepotrzebną wymianę wciąż działających komponentów.
Zastosowanie CbM umożliwia wdrożenie bardziej opłacalnych metod konserwacji predykcyjnej. Monitorując wibracje, temperaturę, prąd i inne wskaźniki wydajności, operatorzy sprzętu mogą zidentyfikować sygnały ostrzegawcze o pogorszeniu wydajności podzespołów, zanim wystąpią awarie. To podejście oparte na danych może ograniczyć nieplanowane przestoje, wydłużyć żywotność sprzętu i obniżyć całkowity koszt posiadania.
Pomimo licznych zalet CbM, jego wdrożenie może zostać zatrzymane ze względu na złożone wymagania i potrzebę interdyscyplinarnej wiedzy specjalistycznej. W przemyśle i motoryzacji pokonanie tych wyzwań stanowi główne wyzwanie w skutecznym stosowaniu konserwacji predykcyjnej opartej na CbM.
Wyzwania i wymagania, jakie niesie ze sobą monitoring państwowy
Aby w pełni wykorzystać potencjalne zalety CbM, rozwiązania CbM muszą działać niezawodnie w trudnych warunkach przemysłowych i motoryzacyjnych, jednocześnie przeprowadzając terminowe analizy w oparciu o dokładne dane pomiarowe. Jednak nawet podczas normalnej pracy monitorowanego sprzętu te specyficzne warunki pracy mogą narazić sprzęt pomiarowy na ogromne obciążenia środowiskowe i mechaniczne. Silniki przemysłowe, układy przeniesienia napędu i ciężki sprzęt obrotowy mogą w sposób ciągły narażać urządzenia monitorujące na wibracje, wstrząsy, ekstremalne temperatury i wysoki poziom zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).
Aby zapewnić niezawodną konserwację zapobiegawczą, czujniki drgań w urządzeniach CbM muszą być w stanie wykryć drobne zmiany, które często są najwcześniejszymi oznakami niewyważenia wału, niewspółosiowości lub zużycia łożysk. Aby zapewnić precyzyjny pomiar drgań w trudnych warunkach środowiskowych, wymagany jest podsystem akwizycji sygnału czujnika o dużej przepustowości i niskim poziomie szumów, który może utrzymać stabilną wydajność w trudnych warunkach pracy.
Jako rdzeń metody CbM, analiza drgań stanowi podstawę do identyfikacji wzorców, które pozwalają odróżnić normalne działanie od wczesnych oznak awarii. W przeszłości systemy czujników wibracji przesyłały wyniki pomiarów do centralnego hosta lub zasobów w chmurze w celu analizy. Jednak zaawansowane rozwiązania CbM zaczęły w coraz większym stopniu przenosić możliwości analityczne na brzeg. Analizując dane w systemie czujników lub w ich pobliżu, wyniki można uzyskać w najkrótszym możliwym czasie i zmniejszyć ruch w wrażliwych czasowo sieciach przemysłowych i motoryzacyjnych.
W szczególności wnioskowanie brzegowej sztucznej inteligencji oparte na modelach splotowych sieci neuronowych (CNN) może zapewnić interpretację zmian wibracji w czasie rzeczywistym. Jednak używanie CNN do wnioskowania wymaga znacznej ilości obliczeń, co utrudnia osiągnięcie celów CbM bez przekraczania ograniczeń mocy, rozmiaru lub kosztów systemu.
Wraz z rosnącym wykorzystaniem CbM w urządzeniach obrotowych, urządzeniach zdalnych lub mobilnych oraz niepraktyczności połączeń przewodowych, minimalizacja zużycia energii stała się pilniejsza. Aby spełnić wymagania dotyczące połączenia bezprzewodowego w takich sytuacjach, technologia Low Energy Bluetooth (BLE) może osiągnąć wymaganą kombinację odległości transmisji, mocy i niezawodności w porównaniu z innymi opcjonalnymi technologiami połączeń (Tabela 1).
Jednakże, podobnie jak w przypadku przetwarzania brzegowej sztucznej inteligencji, wyzwaniem, przed którym stoimy, jest znalezienie rozwiązania w zakresie łączności BLE, które mogłoby normalnie działać w ramach ograniczeń mocy bezprzewodowych systemów czujników. W rzeczywistości zapewnienie dłuższej żywotności baterii pozostaje wyzwaniem dla każdego projektanta systemów czujników bezprzewodowych. Jest to jednak szczególnie ważne w zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych, gdzie dostęp do czujników może być utrudniony. W systemach CbM wymagających wnioskowania CNN zarządzanie baterią i energią staje się coraz ważniejsze. Wyzwaniem w tym zakresie jest koordynacja wielu regulatorów napięcia, sekwencerów i systemów ładowania, aby zmniejszyć zużycie energii, zapewniając jednocześnie stabilną pracę.
Zestaw ewaluacyjny zapewnia wbudowane bezprzewodowe rozwiązanie CbM z funkcjonalnością brzegowej sztucznej inteligencji
Zestaw EV-CBM-VOYAGER4-1Z Voyager 4 firmy Analog Devices zapewnia kompletną platformę monitorowania wibracji zasilaną akumulatorowo, umożliwiającą ciągłą ocenę technologii CbM lub natychmiastowe wdrożenie w zastosowaniach konserwacji predykcyjnej, rozwiązując różne wyzwania stojące podczas wdrażania bezprzewodowego CbM z funkcjami brzegowej sztucznej inteligencji. Zestaw ten wykorzystuje pionowy wspornik (rysunek 1, góra), który mocno mocuje główną płytkę drukowaną (płytkę PC) po jednej stronie i akumulator po drugiej stronie, aby wyeliminować wpływ trudnych warunków. Płytka drukowana zasilania i czujnik znajdują się w dolnej części wspornika, w pobliżu monitorowanego źródła wibracji. Aby ułatwić montaż, elementy wspornika pionowego umieszczono wewnątrz aluminiowej osłony ochronnej o średnicy 46 mm i wysokości 77 mm (rysunek 1 na dole). Górna część pokrywy ochronnej wyposażona jest w akrylową osłonę ABS, którą można wykorzystać do podłączenia BLE.