Беспроводной мониторинг состояния: повышение производства и сокращение простоев

Механические отказы в двигателях, приводах и другом электромеханическом оборудовании — самая частая причина производственных остановов. Современные системы мониторинга состояния на основе вибрации обнаруживают проблемы до отказа, сокращая затратные остановки и максимизируя выпуск.

Почему беспроводной?

Блоки мониторинга состояния обычно соединены в сеть с центральным компьютером для анализа данных и алармов. Во многих объектах машины находятся в удаленных или движущихся локациях, где проводная связь непрактична или слишком дорога. Беспроводная коммуникация предлагает более низкие затраты на установку, более быстрое развертывание и в некоторых случаях улучшенную надежность.

Проблемы стоимости сети

Когда сетевая инфраструктура недоступна, дополнительные расходы на волоконно‑оптический кабель, инженерные тракты, ровокопку и аренду телефонных линий могут выдвинуть ROI за приемлемые пределы. Например, средняя стоимость прокладки кабеля в химическом заводе — $40 за фут ($120 за метр), в то время как на АЭС может достигать $2000 за фут ($6000 за метр). Аренда телефонных линий для объектов в нескольких милях добавляет сборы за активацию и ежемесячные платежи, которые должны поддерживать высокоскоростные непрерывные потоки вибрационных данных.

Сотовые услуги иногда используются для удаленных объектов, но они ограничены покрытием и полосой пропускания, а стоимость подписки может быть высокой.

Варианты беспроводных технологий

Наиболее распространенный подход к беспроводному Ethernet — RF передача в безлицензионных диапазонах 2.4 и 5.8 ГГц. Доступны две техники spread‑spectrum: direct sequence и frequency hopping.

Direct sequence использует широкий канал для передачи сложных схем модуляции, предлагая самые высокие скорости данных (до 54 Мбит/с с IEEE 802.11g). Однако широкая полоса более восприимчива к интерференциям, когда многие системы работают вблизи. В большинстве стран только три из 13 доступных 2.4‑ГГц каналов не перекрываются, создавая потенциальную перегрузку.

Frequency hopping делит спектр на множество малых каналов и быстро переключается между ними. Хотя медленнее (обычно <1 Мбит/с) и с большей латентностью, оно обеспечивает превосходную помехоустойчивость и надежность. Системы frequency hopping проприетарны, позволяя производителям реализовать уникальную аутентификацию и шифрование, и изолировать промышленную сеть от корпоративного IT.

Интеграция беспроводной связи с мониторингом состояния

Большинство систем мониторинга состояния используют Ethernet для связи. При развертывании беспроводной сети два ключевых фактора должны быть учтены: скорость данных (пропускная способность) и латентность. Для множества удаленных машин может потребоваться выделенная RF сеть или отдельные RF системы для поддержания производительности. Промышленное RF оборудование должно обладать высокой выходной мощностью, широким температурным диапазоном, встроенной диагностикой, сертификациями для опасных зон и поддержкой инженеров, опытных в промышленном нетворкинге.

Практические применения

Беспроводной мониторинг состояния полезен практически каждой отрасли, полагающейся на электромеханическое оборудование. Типовые варианты использования включают:

• Насосы очистных вод
• Приводы буровых установок нефти/газа
• Приводы автосборочных линий
• Крановые балки в горячих металлургических цехах
• Охлаждающие вентиляторы электростанций

Кейс: Охлаждающие вентиляторы электростанции

Угольная ТЭЦ должна была мониторить охлаждающие вентиляторы у основания охлаждающих башен. Суровая среда и отсутствие Ethernet инфраструктуры делали прокладку волокна запретительной — оценка более $100 000 и шестимесячный график. Развертывая беспроводное Ethernet решение, завод установил систему за три недели и надежно эксплуатирует её более пяти лет.

Заключение

Прогресс в вибрационном анализе теперь обеспечивает надежный мониторинг состояния в реальном времени. Когда проводное нетворкинг дорог или непрактичен, беспроводные технологии могут доставить те же выгоды с меньшими капитальными затратами и быстрее развертывания. Выбор подходящего беспроводного метода и оборудования критичен для обеспечения долгосрочной надежности и производительности.

Рисунок 1. Форма волны direct sequence.

Рисунок 2. Каналы 802.11b direct sequence.

Рисунок 3. Неперекрывающиеся каналы 802.11b.

Рисунок 4. Каналы frequency hopping.

Рисунок 5. Применение беспроводной связи на охлаждающей башне.