預(yù)測(cè)性維護(hù)是一項(xiàng)真正的戰(zhàn)略，由智能物聯(lián)網(wǎng)傳感器和嵌入式控制解決方案提供支持，這些解決方案提供先進(jìn)的商業(yè)模式，在公司和客戶之間創(chuàng)造額外價(jià)值，并顯著節(jié)省維護(hù)成本。傳感器可用于連續(xù)監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可被記錄并實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)分析，以優(yōu)化流程并增強(qiáng)安全性。咨詢公司 McKinsey & Co. 估計(jì)，在工廠中有效使用預(yù)測(cè)性維護(hù)可以減少高達(dá) 50% 的停機(jī)時(shí)間，并節(jié)省 10% 到 40% 的設(shè)備維護(hù)成本。

預(yù)測(cè)性維護(hù)環(huán)境包括一個(gè)用于建模、模擬、測(cè)試和部署解決方案的平臺(tái)。這些工具包括用于檢測(cè)機(jī)器數(shù)據(jù)模式的工業(yè)數(shù)據(jù)集成和分析算法，以及用于確定要采取的糾正措施的根本原因分析工具。

振動(dòng)、溫度和壓力只是可以指示設(shè)備狀態(tài)和識(shí)別潛在故障的部分參數(shù)(圖 1)。監(jiān)測(cè)技術(shù)通常用于壓縮機(jī)和泵等設(shè)備。

圖 1：用于故障檢測(cè)的振動(dòng)頻率分析(圖片：Analog Devices)

由于振動(dòng)是不平衡、不對(duì)中和其他異常的最常見癥狀，因此預(yù)測(cè)性維護(hù)通?；谛D(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)分析。與此同時(shí)，溫度傳感器監(jiān)控關(guān)鍵機(jī)器部件，以檢測(cè)運(yùn)行條件的變化。

油顆粒傳感器監(jiān)測(cè)潤滑系統(tǒng)中的顆粒污染程度;顆粒數(shù)量的增加可能表明機(jī)械磨損。電流傳感器監(jiān)控機(jī)器組件的功耗。一個(gè)典型的應(yīng)用是監(jiān)控電機(jī)的電流消耗以測(cè)量磨損。

圖 2：預(yù)測(cè)性維護(hù)(圖片：博世)

除了復(fù)雜的工業(yè)傳感器外，預(yù)測(cè)性維護(hù)模型的實(shí)施還需要控制技術(shù)(通常通過生產(chǎn)控制軟件)。獲取的數(shù)據(jù)通過 IO-Link 或其他控制系統(tǒng)發(fā)送到可編程邏輯控制器 (PLC)，目的是智能管理當(dāng)前和未來的機(jī)器操作(圖 2)。讓我們回顧一下與 Arrow 合作的 Shiratech iCOMOX 板。

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精美呈現(xiàn)的 iCOMOX 套件提供了兩種設(shè)備：用于 SmartMesh 無線通信的實(shí)板和控制集線器(加密狗)。包括用于固件升級(jí)的連接電纜和用于最佳安裝的支撐結(jié)構(gòu)(圖 3和圖4)。

圖 3：iCOMOX 套件(圖片：EE Times Europe)

圖 4：用于 SmartMesh 控制的卡(頂部)和無線集線器(圖片：EE Times Europe)

該平臺(tái)配備了振動(dòng)、磁場(chǎng)、溫度和音頻傳感器(圖 5)。它為振動(dòng)分析提供了寬廣的動(dòng)態(tài)范圍和出色的信噪比 (SNR)。此外，它還支持電機(jī)中的噪聲發(fā)射檢測(cè)和電流分析，以避免過熱。SmartMesh 通信支持低功耗無線通信。該板能夠?yàn)槊總€(gè)傳感器配置警告和警報(bào)級(jí)別。緊湊的外形尺寸以及 CE 和 FCC 認(rèn)證完善了這些功能。

圖 5：iCOMOX 板上傳感器和組件的排列(圖片：Shirtech)

該系統(tǒng)的核心是 Analog Devices ADuCM4050 超低功耗 Arm Cortex-M4F 處理器，通過 SensorStrobe 技術(shù)集成電源管理。MCU 還具有一系列數(shù)字外設(shè)、SRAM 和內(nèi)置閃存，以及提供時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理功能的模擬子系統(tǒng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換 (ADC) 子系統(tǒng)配備一個(gè) 12 位逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 和一個(gè)用于數(shù)據(jù)采集的 1.8-Msps、八通道轉(zhuǎn)換器(圖 6)。

圖 6：ADuCM4050 框圖(圖片：Analog Devices)

Arm Cortex-M4F 處理器具有高達(dá) 52 MHz 的性能和 512 KB 內(nèi)置閃存以及糾錯(cuò)碼 (ECC)，提供可選的 4 KB 緩存以降低有功功率和 128 KB 系統(tǒng) SRAM(奇偶校驗(yàn))。ADuCM4050 具有加密硬件，支持高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES)-128 和 AES-256，具有安全散列算法 (SHA)-256 和以下模式：電子密碼本 (ECB)、塊加密 (CBC)、計(jì)數(shù)器 (CTR)和塊加密 (CCM/CCM)。

圖 7：ADXL356 振動(dòng)傳感器的框圖(圖片：Analog Devices)

振動(dòng)傳感器是帶有低噪聲微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 加速度計(jì)的 Analog Devices ADXL356(圖 7)。該 IC 在 –40°C 至 125°C 范圍內(nèi)提供出色的長期穩(wěn)定性。Bosch BMM150 三軸磁場(chǎng)傳感器可提供高精度和動(dòng)態(tài)的絕對(duì)空間方向和運(yùn)動(dòng)矢量。

Infineon Technologies 的 IM69D130 是一款高性能數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)，它使用 Infineon 的雙背板 MEMS 技術(shù)提供 105 dB 的動(dòng)態(tài)范圍和高達(dá) 130 dBSPL 的輸出線性度(圖 8)。結(jié)果是清晰的音頻信號(hào)、延長的接收距離以及對(duì)柔和和響亮信號(hào)的敏感度——從耳語到搖滾音樂會(huì)。

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該平臺(tái)使用的溫度傳感器是 Analog Devices 的 ADT7410，精度為 ±0.5°C，分辨率為 16 位。它測(cè)量的溫度范圍為 –55°C 至 150°C。

審核編輯：湯梓紅