Мониторинг на основе состояния (CbM) помогает предотвратить сбои устройств посредством профилактического обслуживания, но для разработки эффективной системы обычно требуется оптимизированная интеграция прецизионного измерения, малошумящих сигнальных цепочек, управления питанием и беспроводной связи. Это сложные функции, которые могут задержать развертывание CbM и увеличить затраты. Проектировщики также признают преимущества анализа искусственного интеллекта (ИИ), но это также усложняет CbM. Нам необходимо найти более прямое и эффективное решение.
В этой статье сначала кратко описываются датчики приближения, а затем — решения Plug and Play от Analog Devices. Это решение обеспечивает немедленное развертывание беспроводного CbM с возможностями периферийного искусственного интеллекта.
Важность государственного мониторинга
Незапланированные простои остаются серьезной проблемой в поддержании высокой эксплуатационной эффективности оборудования. Неожиданный сбой в критически важном оборудовании может привести к параличу всей производственной линии, прерыванию цепочки поставок и дорогостоящим услугам по техническому обслуживанию. Традиционные методы обслуживания включают пассивный ремонт после отказа или строгое периодическое обслуживание, но эти методы имеют свои недостатки: пассивное обслуживание может привести к дорогостоящему простою, тогда как периодическое обслуживание может увеличить затраты ресурсов за счет ненужной замены все еще работающих компонентов.
Внедрение CbM позволяет реализовать более экономичные методы профилактического обслуживания. Контролируя вибрацию, температуру, ток или другие показатели производительности, операторы оборудования могут выявлять предупреждающие сигналы о снижении производительности компонентов до того, как возникнут неисправности. Такой подход, основанный на данных, может сократить время незапланированных простоев, продлить срок службы оборудования и снизить общую стоимость владения.
Несмотря на многочисленные преимущества CbM, его внедрение может зайти в тупик из-за сложных требований и необходимости междисциплинарного опыта. Для промышленности и автомобилестроения преодоление этих проблем является серьезной проблемой в успешном применении профилактического обслуживания на основе CbM.
Проблемы и требования, предъявляемые государственным мониторингом
Чтобы в полной мере использовать потенциальные преимущества CbM, решения CbM должны надежно работать в суровых промышленных и автомобильных условиях, одновременно проводя своевременный анализ на основе точных данных измерений. Однако даже при нормальной работе контролируемого оборудования эти особые условия эксплуатации могут подвергать измерительное оборудование огромным экологическим и механическим нагрузкам. Промышленные двигатели, системы передачи и тяжелое вращающееся оборудование могут постоянно подвергать устройства мониторинга вибрации, ударам, экстремальным температурам и высоким уровням электромагнитных помех (ЭМП).
Чтобы обеспечить надежное профилактическое обслуживание, датчики вибрации в устройствах CbM должны обнаруживать более мелкие изменения, которые часто являются самыми ранними признаками дисбаланса вала, смещения или износа подшипников. Для обеспечения высокоточного измерения вибрации в суровых условиях окружающей среды требуется подсистема сбора сигналов датчиков с широкой полосой пропускания и низким уровнем шума, которая может поддерживать стабильную работу в суровых рабочих условиях.
Являясь основой метода CbM, анализ вибрации закладывает основу для выявления закономерностей, которые позволяют отличить нормальную работу от ранних признаков неисправности. Раньше системы датчиков вибрации передавали результаты измерений на центральный хост или в облачные ресурсы для анализа. Однако передовые решения CbM начали все больше смещать возможности анализа на передний план. Анализируя данные внутри сенсорной системы или рядом с ней, результаты можно получить в кратчайшие сроки и снизить трафик в чувствительных ко времени промышленных и автомобильных сетях.
В частности, вывод краевого ИИ на основе моделей сверточной нейронной сети (CNN) может обеспечить интерпретацию изменений вибрации в реальном времени. Однако использование CNN для вывода требует значительного объема вычислений, что усложняет достижение целей CbM без превышения ограничений по мощности, размеру или стоимости системы.
С ростом использования CbM во вращающихся устройствах, удаленных или мобильных устройствах, а также с непрактичностью проводных соединений минимизация энергопотребления становится все более актуальной. Чтобы удовлетворить требования к беспроводному соединению в таких ситуациях, Low Energy Bluetooth (BLE) может обеспечить необходимое сочетание расстояния передачи, мощности и надежности по сравнению с другими дополнительными технологиями подключения (таблица 1).
Однако, как и в случае с периферийной обработкой искусственного интеллекта, перед нами стоит задача найти решение для подключения BLE, которое могло бы нормально работать в пределах ограничений мощности беспроводных сенсорных систем. Фактически, обеспечение продления срока службы батареи остается проблемой для любого разработчика беспроводной сенсорной системы. Однако это особенно важно в промышленности и автомобилестроении, где до датчиков может быть трудно добраться. В системах CbM, требующих вывода CNN, управление батареями и питанием становится все более важным. Проблема в этом отношении заключается в том, как скоординировать работу нескольких регуляторов напряжения, секвенсоров и систем зарядки, чтобы снизить энергопотребление и одновременно обеспечить стабильную работу.
Оценочный комплект представляет собой встроенное беспроводное решение CbM с периферийными функциями искусственного интеллекта.
Комплект EV-CBM-VOYAGER4-1Z Voyager 4 от Analog Devices представляет собой полноценную платформу мониторинга вибрации с питанием от батареи для непрерывной оценки технологии CbM или немедленного развертывания в приложениях прогнозного обслуживания, решая различные проблемы, возникающие при развертывании беспроводного CbM с возможностями периферийного искусственного интеллекта. В этом комплекте используется вертикальная опора (рис. 1, вверху), надежно фиксирующая основную печатную плату (PC Board) с одной стороны и батарею с другой стороны, чтобы исключить воздействие суровых условий окружающей среды. Плата силовой цепи и датчик расположены в нижней части опоры, рядом с контролируемым источником вибрации. Для удобства развертывания вертикальные опорные компоненты размещены внутри алюминиевого защитного кожуха диаметром 46 мм и высотой 77 мм (рис. 1, внизу). Верхняя часть защитной крышки оснащена акриловой крышкой из АБС-пластика, которую можно использовать для подключения BLE.