Существенные инсайты в развивающуюся область мониторинга состояния

Новые технологии для мониторинга, диагностики и прогнозирования здоровья машин постоянно появляются. Новые IIoT-вендоры, кажется, появляются на радаре ежемесячно. Сенсорные технологии появляются реже, но новые опции для общих промышленных измеряемых величин стали активной областью инвестиций. И, конечно, вы не можете пропустить все новые заявления, платформы и инструменты в мире искусственного интеллекта, которые появились в той или иной форме.

Эта статья — продолжающееся обсуждение IoT-технологии, технологистом в скромной попытке помочь информировать, прояснить и демыстифицировать новые продукты, специфичные для индустрий мониторинга состояния и предиктивного обслуживания.

За пределами вибрации?

Вопрос был задан: Почему нет больше беспроводных сенсорных опций для общих промышленных датчиков таких как состояние масла?

Это справедливый вопрос. Часть ответа лежит в доступности основных сенсорных трансляторных технологий. Взрыв беспроводных сенсорных опций для вибрации был возможен не только улучшениями в беспроводных протоколах (таких как BLE), но и низкозатратными MEMS-акселерометрами чип-масштаба, улучшившими производительность вибрационного измерения. MEMS помогло компаниям с компетенциями в IoT, но меньшим опытом в традиционном вибрационном измерении войти на рынок промышленного мониторинга состояния.

Хотя сенсорный прорыв для различных индикаторов здорового масла или смазки, таких как присутствие частиц или влаги, кислотность, TAN/TBN, вязкость и т.д., может быть найден в университетской лаборатории, обзор коммерчески доступных датчиков мониторинга состояния масла раскрывает большие корпуса, потребляющие энергию от промышленных источников питания (т.е., 10-30 VDC), которые не особенно поддерживают беспроводную передачу.

Тем не менее, IIoT-вендоры пытаются решить промышленные сенсорные потребности, добавляя сенсорные «хаб» топологии к своему портфолио беспроводных вибрационных продуктов. Эти хабы — по сути беспроводные мосты с портами для принятия аналоговых входов, подходящих для подключения и оцифровки выходов от обычно доступных промышленных датчиков. Эта способность может помочь расширить набор датчиков, доступных для системы мониторинга состояния.

Доступные сегодня IIoT-хабы могут оцифровывать сенсорные сигналы, пропорциональные температуре и влажности масла, давлению, температурному зонду, ультразвуку, току и вращению машины, которые затем передаются и отображаются через ту же сеть в облако или мобильные приложения как вибрационные датчики в портфолио.

Рисунок 1. Беспроводной хаб KCF Technologies (ЛЕВО) предлагает IEPE сенсорные порты а также тах, ультразвук и качество масла / влажность. Petasense WIFI хаб (ПРАВО) предлагает порты, поддерживающие ультразвук, ток, давление, вибрацию (трехосевую и IEPE) и RTD температуру.

Кроме того, IIoT-вендоры могут видеть предлагать инструменты для обслуживания смазки, такие как сбор данных смазки и отметка требуемых действий на существующих дашбордах наряду с вибрацией.

Рисунок 2. UpTimeWorks Ijssel ориентированные на смазку PdM сервисы разработали беспроводное вибрационное сенсирование с данными доступными наряду с обслуживанием масла на тех же дашбордах (ЛЕВО). Недавно выпущенный OPTIME C1 дозатор масла Schaeffler способен на беспроводное подключение для мониторинга уровня, NFC-комиссионирование и информацию о типе масла с данными доступными через те же дашборды, отображающие данные, переданные с вибрационного датчика (ПРАВО).

Несмотря на эти разработки, кажется ясным, что сбор и анализ образцов масла будут продолжать обслуживаться квалифицированными экспертами, в то время как датчики и IIoT-инструменты разрабатываются для повышения эффективности — очень похоже на состояние вибрационного мониторинга состояния сегодня.

Роль ИИ — достигли ли мы уже?

Сложно открыть веб-сайт или платформу соцмедиа сегодня без увидения заголовка об искусственном интеллекте (ИИ). Но что, на этом этапе, эта фраза действительно означает, особенно для промышленного сообщества обслуживания? Несколько IIoT-вендоров, вошедших на рынок мониторинга состояния в последние 5-10 лет, делали это, сильно продвигая ИИ-способности их вибрационных сенсорных систем. Являлась ли эта способность гейм-чейнджером, на который многие надеялись?

Для начала, давайте посмотрим чуть глубже на способности, описанные некоторыми вендорами, вместе с некоторыми кейс-стади, где подходы данных-инженерии фактически применялись к предиктивному обслуживанию.

Рисунок 3. Беспроводные вендоры, предлагающие некоторую форму ИИ-базированной диагностики. СЛЕВА НАПРАВО – Symphony Industrial, Petasense, Nanoprecise и Augury.

Данные-ориентированные подходы могут быть дифференцированы от классической обработки вибрационного сигнала в нескольких отношениях. Базовая статистика может быть применена к вибрационной волновой форме для создания множественных условий «индикаторов», каждый специально чувствительный к определенным аспектам поведения машины.

Инженерия данных также попытается создать индикаторы здоровья, но из множественных источников данных. Диагностика будет эффективна частично путем раскрытия того, какой вкладчик был наиболее ответственен за изменение общего индикатора здоровья.

Сотрудничество между субъектно-экспертами актива и инженерами данных может расширить покрытие отказов до аномалий за пределами тех, общих для вращающегося оборудования. Хорошие результаты также демонстрировались, когда подходы данных-инженерии применялись к существующим сигналам процессного управления, без применения новой инструментации.

Вибрационный спектр, когда рассматривается опытным аналитиком, может раскрыть много о самом слабом компоненте мотора или насоса, но эта высоко визуальная диагностическая практика не легко масштабируется. В противовес, данные-ориентированный подход к машиностроительной диагностике повторяем и масштабируем.

Как только должным образом обучены, различные алгоритмы машинного обучения будут выполняться одинаково день за днем [1].

Рисунок 4. Модель индикатора здоровья, производная из вибрации, давления и объема расхода, используется для мониторинга здоровья насоса. Доминирующие вкладывающие индикаторы будут указывать на разные возникающие аномалии.

Срок службы батареи, на первом плане

Веб-поиск литературы по сроку службы батареи приводит к обширному обсуждению EVs, но только драгоценной малой информации относительно роли и поведения батарей для IIoT.

Сами батареи — сложные устройства, хранящие и доставляющие заряд электрохимически, что не только означает, что способность доставлять заряд зависит от экологических условий таких как температура, но также зависит от других факторов, связанных с применением. Каждый владелец машины в северных США знает, что батареи не любят холодную погоду. Но сколько они знают о способах, которыми ток нагрузки может влиять на емкость батареи, или что происходит с емкостью, если батарее позволено полностью умереть?

Пересматривая спецификации для беспроводных вибрационных сенсорных продуктов и становится ясно, что производительность зависит от операционных условий и специфического применения. Но интерпретация иногда смутных условий, примененных к спецификации срока службы батареи, может быть не легкой.

Рисунок 5. Емкость батареи доставлять заряд зависит от операционных условий таких как температура и средний ток нагрузки. Критерии измерения для тестирования батареи такие как отсекающее напряжение или глубина разряда (DOD) также ключевы для оценки емкости. (Кредит изображения: Saft Batteries)

В общем, для IIoT применений, экологические переменные включают ожидаемое расстояние передачи (радио мощность), множественные металлические препятствия на объекте (повторная передача из-за ошибок приема), эффективность радио протокола и количество переданных данных. Вибрационное измерение в частности — измеряемая величина не как все остальные.

Опытные аналитики хотели бы анализировать волновую форму сами и для машин с более медленными скоростями вращения это может означать высокодефиниционное вибрационное измерение с длинами выборки в секундах, приводящие к гораздо большим переданным данным чем просто текущая температура.

Как ожидается, общий заряд увеличивается с увеличением расстояния передачи из-за больших затрат энергии на установку соединения с шлюзом и передачу данных. Вибрационные датчики часто конфигурируются для ограниченных передач в 24-часовой период, что также означает, что «сон» режим доминирует электрическим током, потребляемым в этот период. Это минимальное потребление тока включает утечку цепи, которая в полупроводниках увеличивается с температурой.

Оба этих эффекта будут сокращать срок службы батареи, требуя больше заряда для каждого периода передачи.

Образцы данных из полевого тестирования беспроводных вибрационных датчиков, показывающие изменчивость срока службы батареи беспроводных датчиков, можно увидеть в данных ниже. Общий заряд, потребленный в 24-часовой период по различным условиям, раскрывает увеличение потребленного заряда как с расстоянием, так и с операционной температурой.

Рисунок 6. Некоторые предварительные результаты из полевого тестирования горсти беспроводных вибрационных датчиков. Общий заряд, потребленный, как ожидалось, увеличивается как с расстоянием передачи, так и с операционной температурой.

Резюме

Добавление IIoT-возможностей в инструментарий PdM предлагает провайдеру сервисов более частые измерения для помощи в близком мониторинге машин, небезопасных или труднодоступных для ручного мониторинга. Данные, собранные через IIoT, также более доступны удаленно и удобно для анализа и могут быть поданы в передовые платформы обработки данных для комбинации с данными от других датчиков, результатом в более всестороннем диагностическом видении.

Как с любым сложным инструментом, это виртуально невозможно понять, как любая из этой технологии будет выполняться в вашей среде без пилотного исследования некоторой области. Курирование доступных систем с бумажным изучением системных спецификаций перед покупкой любого оборудования может быть хорошей инвестицией, особенно если вы не все так знакомы с силами и ограничениями новой технологии.

[1] Предполагая, что базовый операционный режим машины не меняется. Последовательные условия необходимы для эффективного трендинга вибрационных индикаторов состояния также.