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采用遠程監控傳感器確保設備安全

振動傳感器 2020-06-01 317 0

遠程監控傳感器數據使企業能夠保護其底線,防止未經授權篡改遠程安裝的資產,以及確定制造設備需要調整的最初跡象。振動傳感可以提供任何角色的寶貴智能,無論是簡單地觸發警報還是能夠詳細分析機器的磨損。

許多技術可用于振動監測。只需在金屬銷周圍纏繞彈簧即可創建低成本的閾值傳感器。當受到振動時,彈簧接觸銷并關閉開關。另一方面,多軸MEMS運動傳感器具有大帶寬和寬動態范圍,適用于監控機器健康狀況。

基本防盜

可以使用簡單的防拆檢測器低成本硬件,如MikroElektronika Vibra Sense點擊板,其中包含一個簡單的閾值傳感器。該板具有數字輸出,能夠指示檢測到的振動強度,并可設置為中斷。板載電位器使用戶可以調整中斷閾值。 Vibra Sense板提供了一種經濟有效的方法來實現防篡改或防盜機制,能夠啟動對游戲或自動售貨機傾斜等事件的響應,或試圖移除幾乎任何類型的無人監督的網絡設備。這可能包括安裝在室外的設備,如交通柜臺,空氣質量監測器,氣象記錄儀或任何其他用于遠程監控的設備。

Vibra Sense傳感器通過標準MikroBus直接連接到嵌入式處理器板頭。基于Atmel,賽普拉斯,Microchip,恩智浦,意法半導體和德州儀器等制造商的知名微控制器,提供各種MikroElektronika計算板。所有MikroElektronika編譯器的代碼示例均可從MikroElektronika的Libstock網站獲得。

監控設備性能

如果目標是監控工業機械的健康狀況,則需要更詳細的振動數據。振動可能由于過度磨損,不平衡或配件松動等缺陷造成,需要在過程控制變得不可接受之前進行糾正,或者最終導致機器無法使用。為了避免任何一種情況導致的生產率損失,可以在短時間內進行糾正性維護,但這可能是昂貴且具有破壞性的。最近,設備操作員已開始采用振動監測來定制維護活動以滿足各個設備的需求。將振動數據與軸承,齒輪,鏈條,皮帶,電刷,軸,線圈或閥門等機構的典型磨損行為相關聯,使設備操作員能夠在檢測到警告條件時快速采取措施。

現在,通常使用安裝在機器上的簡單壓電傳感器或使用手持式數據采集器來執行振動監測。兩種方法都有缺點:低噪聲壓電傳感器價格昂貴且僅捕獲有限的信息,而手持設備引入了操作人員的費用,并且如果探針每次都沒有放置在完全相同的位置,則可以損害測試的可重復性。工業物聯網(IIoT)以及經濟實惠的高精度多軸MEMS慣性傳感器的出現,現在可以使用永久固定在機器上的振動傳感設備實現經濟高效的遠程監控。

MEMS及更多模塊

ADI公司的振動傳感解決方案可解決直接在機器上實施振動監測的本地處理和連接挑戰。 ADIS16227和ADIS16228是完整的振動感應系統模塊,結合了三軸MEMS加速度傳感和所需的所有功能(圖1),可捕獲和分析MEMS信號,并通過SPI提供結果,從而可輕松傳輸到主機系統。緊湊的尺寸使模塊可以安裝在機器上合適的位置。使用SPI或定時器信號或其他外部觸發,可以使系統定期喚醒,在兩個軸上記錄運動數據,生成光譜記錄,提供對數據和結果的訪問,然后返回休眠狀態。顯然,這種類型的傳感器比前面描述的簡單傾斜/閾值傳感器更復雜,能夠生成詳細的量化數據以及簡單的通過/未通過閾值結果。

采用遠程監控傳感器確保設備安全

圖1:在傳感器中進行完整的光譜振動分析

能夠執行時域分析,包括抽取濾波和選擇性窗口,以及隨后的頻域,包括每個軸的512點快速傅里葉變換(FFT),通過FFT平均來最小化噪聲影響,系統能夠跟蹤隨時間的變化,從而監控機器的健康狀況。系統的頻率響應使得危險的振動模式能夠與機器的正常操作引起的其他振動隔離,例如銑削或切削過程。從安裝在任何給定機器上的傳感器捕獲和存儲基線數據有助于識別機器性能的重大變化或趨勢。

由于所有信號分析都在設備本地進行,因此傳輸噪聲等影響無法實現污染感測的運動數據,從而降低準確性。該模塊的嵌入式功能還減少了系統開發人員的設計負擔,并減輕了主機系統的計算負擔。在大多數情況下,任務簡化為識別正常,警告或關鍵狀態的過程。

傳感器集成了多個用戶可配置的設置,例如動態范圍,靈敏度和比例,以及窗口選項包括漢寧,矩形和平頂窗戶,常用于振動監測。 FFT平均可最小化振動噪聲基底,以便測量低幅度振動。這允許識別振動輪廓的甚至微妙變化。圖2說明了如何處理原始數據以生成光譜記錄。

采用遠程監控傳感器確保設備安全

圖2:光譜分析有助于區分感興趣的振動模式。

ADIS16228/PCBZ評估板使用ADIS16228幫助加速機器健康應用的開發。該板通過16針雙排傳感器提供對傳感器模塊的訪問,并具有安裝孔,使電路板可以固定到要監控的系統框架上。評估軟件允許通過PC與傳感器系統模塊進行交互,并允許訪問設備以讀取寄存器內容,設置警報以及寫入和捕獲數據。教程和視頻說明也可用于協助項目開發。

采用遠程監控傳感器確保設備安全

圖3:ADIS16228評估套件簡化了機器健康監測應用的開發。

結論

高度集成易于使用的智能傳感器將MEMS設備與信號處理相結合,簡化了工業中振動監測的應用,有可能提高設備可靠性和使用壽命,同時還可降低維護成本并提高生產率。此外,通過方便和免許可的RF通信遠程訪問來自多個通道的數據,可以將振動監控作為IIoT應用實現。

需要簡單的閾值監控,例如傾斜或者篡改檢測,像Vibra Sense這樣的低成本解決方案可以有效,經濟且易于實施。

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