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采用远程监控传感器确保设备安全

出处:电子发烧友 发布于:2019-02-28 13:49:51 | 1870 次阅读

远程监控传感器数据使企业能够保护其底线,防止未经授权篡改远程安装的资产,以及确定制造设备需要调整的最初迹象。振动传感可以提供任何角色的宝贵智能,无论是简单地触发警报还是能够详细分析机器的磨损。

许多技术可用于振动监测。只需在金属销周围缠绕弹簧即可创建低成本的阈值传感器。当受到振动时,弹簧接触销并关闭开关。另一方面,多轴MEMS运动传感器具有大带宽和宽动态范围,适用于监控机器健康状况。

基本防盗

可以使用简单的防拆检测器低成本硬件,如MikroElektronika Vibra Sense点击板,其中包含一个简单的阈值传感器。该板具有数字输出,能够指示检测到的振动强度,并可设置为中断。板载电位器使用户可以调整中断阈值。 Vibra Sense板提供了一种经济有效的方法来实现防篡改或防盗机制,能够启动对游戏或自动售货机倾斜等事件的响应,或试图移除几乎任何类型的无人监督的网络设备。这可能包括安装在室外的设备,如交通柜台,空气质量监测器,气象记录仪或任何其他用于远程监控的设备。

Vibra Sense传感器通过标准MikroBus直接连接到嵌入式处理器板头。基于Atmel赛普拉斯Microchip,恩智浦,意法半导体德州仪器等制造商的知名微控制器,提供各种MikroElektronika计算板。所有MikroElektronika编译器的代码示例均可从MikroElektronika的Libstock网站获得。

监控设备性能

如果目标是监控工业机械的健康状况,则需要更详细的振动数据。振动可能由于过度磨损,不平衡或配件松动等缺陷造成,需要在过程控制变得不可接受之前进行纠正,或者最终导致机器无法使用。为了避免任何一种情况导致的生产率损失,可以在短时间内进行纠正性维护,但这可能是昂贵且具有破坏性的。最近,设备操作员已开始采用振动监测来定制维护活动以满足各个设备的需求。将振动数据与轴承,齿轮,链条,皮带,电刷,轴,线圈或阀门等机构的典型磨损行为相关联,使设备操作员能够在检测到警告条件时快速采取措施。

现在,通常使用安装在机器上的简单压电传感器或使用手持式数据采集器来执行振动监测。两种方法都有缺点:低噪声压电传感器价格昂贵且仅捕获有限的信息,而手持设备引入了操作人员的费用,并且如果探针每次都没有放置在完全相同的位置,则可以损害测试的可重复性。工业物联网(IIoT)以及经济实惠的高精度多轴MEMS惯性传感器的出现,现在可以使用永久固定在机器上的振动传感设备实现经济高效的远程监控。

MEMS及更多模块

ADI公司的振动传感解决方案可解决直接在机器上实施振动监测的本地处理和连接挑战。 ADIS16227和ADIS16228是完整的振动感应系统模块,结合了三轴MEMS加速度传感和所需的所有功能(图1),可捕获和分析MEMS信号,并通过SPI提供结果,从而可轻松传输到主机系统。紧凑的尺寸使模块可以安装在机器上合适的位置。使用SPI或定时器信号或其他外部触发,可以使系统定期唤醒,在两个轴上记录运动数据,生成光谱记录,提供对数据和结果的访问,然后返回休眠状态。显然,这种类型的传感器比前面描述的简单倾斜/阈值传感器更复杂,能够生成详细的量化数据以及简单的通过/未通过阈值结果。

采用远程监控传感器确保设备安全

图1:在传感器中进行完整的光谱振动分析。

能够执行时域分析,包括抽取滤波和选择性窗口,以及随后的频域,包括每个轴的512点快速傅里叶变换(FFT),通过FFT平均来最小化噪声影响,系统能够跟踪随时间的变化,从而监控机器的健康状况。系统的频率响应使得危险的振动模式能够与机器的正常操作引起的其他振动隔离,例如铣削或切削过程。从安装在任何给定机器上的传感器捕获和存储基线数据有助于识别机器性能的重大变化或趋势。

由于所有信号分析都在设备本地进行,因此传输噪声等影响无法实现污染感测的运动数据,从而降低准确性。该模块的嵌入式功能还减少了系统开发人员的设计负担,并减轻了主机系统的计算负担。在大多数情况下,任务简化为识别正常,警告或关键状态的过程。

传感器集成了多个用户可配置的设置,例如动态范围,灵敏度和比例,以及窗口选项包括汉宁,矩形和平顶窗户,常用于振动监测。 FFT平均可最小化振动噪声基底,以便测量低幅度振动。这允许识别振动轮廓的甚至微妙变化。图2说明了如何处理原始数据以生成光谱记录。

采用远程监控传感器确保设备安全

图2:光谱分析有助于区分感兴趣的振动模式。

ADIS16228/PCBZ评估板使用ADIS16228帮助加速机器健康应用的开发。该板通过16针双排传感器提供对传感器模块的访问,并具有安装孔,使电路板可以固定到要监控的系统框架上。评估软件允许通过PC与传感器系统模块进行交互,并允许访问设备以读取寄存器内容,设置警报以及写入和捕获数据。教程和视频说明也可用于协助项目开发。

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图3:ADIS16228评估套件简化了机器健康监测应用的开发。

结论

高度集成易于使用的智能传感器将MEMS设备与信号处理相结合,简化了工业中振动监测的应用,有可能提高设备可靠性和使用寿命,同时还可降低维护成本并提高生产率。此外,通过方便和免许可的RF通信远程访问来自多个通道的数据,可以将振动监控作为IIoT应用实现。

需要简单的阈值监控,例如倾斜或者篡改检测,像Vibra Sense这样的低成本解决方案可以有效,经济且易于实施。

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