狀態(tài)監(jiān)測的智能方法

預(yù)測性維護(hù)的第一步是創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)來監(jiān)控設(shè)備的狀況。通常，機(jī)器會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損；這導(dǎo)致可測量的規(guī)格或參數(shù)逐漸變化。原則上，我們?cè)皆绨l(fā)現(xiàn)缺陷，維護(hù)成本就越低，生產(chǎn)時(shí)間損失的風(fēng)險(xiǎn)也就越低。直到最近，設(shè)備專家和維護(hù)人員幾乎完全使用基于壓電或超聲波傳感原理的離散便攜式傳感器探頭來監(jiān)測振動(dòng)和聲音發(fā)射等故障指標(biāo)。然而，基于這些技術(shù)的診斷設(shè)備相對(duì)復(fù)雜且昂貴，并且在可重復(fù)性、數(shù)據(jù)管理和分析方面也存在局限性。

最先進(jìn)的電子設(shè)備和先進(jìn)的算法使一種新方法成為可能。我們現(xiàn)在可以直接在機(jī)器上應(yīng)用小型、低功耗傳感設(shè)備來監(jiān)控多個(gè)參數(shù)，對(duì)獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到本地、遠(yuǎn)程或基于云的分析和控制設(shè)施。這些緊湊型智能傳感器節(jié)點(diǎn)通常由傳感器、微控制器、電源管理電路和有線或無線連接組成，與傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備相比具有顯著優(yōu)勢。

智能傳感器節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢

首先，有一個(gè)很好的經(jīng)濟(jì)論據(jù)。具有自主操作的智能傳感器節(jié)點(diǎn)的成本遠(yuǎn)低于便攜式壓電探頭和操作它們所需的熟練技術(shù)人員。其次，具有可重復(fù)、可靠和及時(shí)的數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。這要?dú)w功于機(jī)器運(yùn)行期間的持續(xù)測量和分析，并且不僅限于可能錯(cuò)過早期或嚴(yán)重故障跡象的維護(hù)計(jì)劃。下一個(gè)好處是能夠使用智能算法在節(jié)點(diǎn)本地分析數(shù)據(jù)并立即觸發(fā)本地操作以保護(hù)設(shè)備并確保工人安全。傳感器節(jié)點(diǎn)還可以配置為通過隨時(shí)間自動(dòng)調(diào)整監(jiān)控參數(shù)來解決老化設(shè)備的容差增加。

除了本地傳感器節(jié)點(diǎn)在監(jiān)控單個(gè)機(jī)器方面提供的優(yōu)勢之外，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)連接到云并能夠收集大量數(shù)據(jù)以進(jìn)行更深入的預(yù)測維護(hù)分析時(shí)，還有更多好處。

開始使用預(yù)測系統(tǒng)

建立基于智能傳感器系統(tǒng)的預(yù)測性維護(hù)解決方案可能需要一到兩年的時(shí)間，包括幾個(gè)重要步驟：

定義系統(tǒng)架構(gòu)。

以合適的成本和可用性尋找具有合適精度和穩(wěn)定性的傳感器。

定義微控制器所需的規(guī)范，包括計(jì)算能力、內(nèi)存和接口。

選擇連接技術(shù)。

設(shè)計(jì)電源管理級(jí)和合適的外形尺寸。

實(shí)施所需的分析以及表征系統(tǒng)。

在真實(shí)的應(yīng)用場景中驗(yàn)證一切。

ST 設(shè)計(jì)了一個(gè)專門的生態(tài)系統(tǒng)，以促進(jìn)對(duì)預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能需要的產(chǎn)品的評(píng)估，并使用預(yù)先驗(yàn)證的工具加快現(xiàn)場測試表征的部署。意法半導(dǎo)體為有線傳感器節(jié)點(diǎn)參考設(shè)計(jì)套件和與云數(shù)據(jù)連接的無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供振動(dòng)分析工具。

具有 IO-Link 功能的有線傳感器節(jié)點(diǎn)參考設(shè)計(jì)套件

STEVAL-BFA001V1B是一款小型工業(yè)參考設(shè)計(jì)套件，用于基于有線連接的狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)。

硬件開發(fā)套件包括一個(gè)帶有多個(gè)傳感器的工業(yè)傳感器板、一個(gè)微控制器和一個(gè)用于通過有線連接發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備控制器、一個(gè)用于 ST-LINK/V2-1 編程和調(diào)試工具的適配器，以及必要的電纜和連接器。

固件包 STSW-BFA001V1在 STM32F4 微控制器上運(yùn)行。它包含基于 3D 加速度計(jì)庫的完整演示示例，具有用于預(yù)測性維護(hù)的高級(jí)信號(hào)處理，包括時(shí)間分析（速度 RMS、加速度峰值）、頻率分析（可編程 FFT 大小、平均、重疊和開窗）、聲音分析（PDM 到 PCM ，聲壓，音頻 FFT）。該軟件包包括氣壓傳感器驅(qū)動(dòng)程序以及相對(duì)濕度和溫度傳感器。

具有云連接的無線傳感器節(jié)點(diǎn)

軟件包 （ X-CUBE-WATSON ） 在無線連接的 IoT 節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?IBM Watson IoT，可用于傳輸傳感器數(shù)據(jù)和接收來自遠(yuǎn)程應(yīng)用程序的命令。

該軟件包讓開發(fā)人員能夠快速啟動(dòng)端到端物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，讓他們專注于附加功能，而不是開發(fā)基本功能。

該軟件包進(jìn)一步擴(kuò)展了用于處理加速度計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)集成算法，可用于檢測來自電機(jī)、風(fēng)扇和泵等設(shè)備的振動(dòng)。被測設(shè)備的最大頻率和磨損狀況與原始傳感器數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)?IBM Watson IoT，從而能夠快速開發(fā)用于工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)的解決方案。

預(yù)測性維護(hù)是智能工廠的關(guān)鍵推動(dòng)因素之一，實(shí)現(xiàn)它的技術(shù)已經(jīng)在這里：傳感、連接、安全、電源管理和具有人工智能功能的嵌入式處理。添加云計(jì)算和連接，您就擁有了創(chuàng)建復(fù)雜、高性能系統(tǒng)的所有要素，這些系統(tǒng)可以提供預(yù)測性維護(hù)應(yīng)用程序的全部優(yōu)勢。

審核編輯：郭婷