工业4.0智能状态监测平台

预测性维护是一项真正的战略，由智能物联网传感器和嵌入式控制解决方案提供支持，这些解决方案提供先进的商业模式，在公司和客户之间创造额外价值，并显着节省维护成本。传感器可用于连续监控关键设备，生产数据可被记录并实时无线传输到云端进行预测性维护分析，以优化流程并增强安全性。咨询公司 McKinsey & Co. 估计，在工厂中有效使用预测性维护可以减少高达 50% 的停机时间，并节省 10% 到 40% 的设备维护成本。

预测性维护环境包括一个用于建模、模拟、测试和部署解决方案的平台。这些工具包括用于检测机器数据模式的工业数据集成和分析算法，以及用于确定要采取的纠正措施的根本原因分析工具。

振动、温度和压力只是可以指示设备状态和识别潜在故障的部分参数(图 1)。监测技术通常用于压缩机和泵等设备。

图 1：用于故障检测的振动频率分析(图片：Analog Devices)

由于振动是不平衡、不对中和其他异常的最常见症状，因此预测性维护通常基于旋转机械的振动分析。与此同时，温度传感器监控关键机器部件，以检测运行条件的变化。

油颗粒传感器监测润滑系统中的颗粒污染程度;颗粒数量的增加可能表明机械磨损。电流传感器监控机器组件的功耗。一个典型的应用是监控电机的电流消耗以测量磨损。

图 2：预测性维护(图片：博世)

除了复杂的工业传感器外，预测性维护模型的实施还需要控制技术(通常通过生产控制软件)。获取的数据通过 IO-Link 或其他控制系统发送到可编程逻辑控制器 (PLC)，目的是智能管理当前和未来的机器操作(图 2)。让我们回顾一下与 Arrow 合作的 Shiratech iCOMOX 板。

董事会详情

精美呈现的 iCOMOX 套件提供了两种设备：用于 SmartMesh 无线通信的实板和控制集线器(加密狗)。包括用于固件升级的连接电缆和用于最佳安装的支撑结构(图 3和图4)。

图 3：iCOMOX 套件(图片：EE Times Europe)

图 4：用于 SmartMesh 控制的卡(顶部)和无线集线器(图片：EE Times Europe)

该平台配备了振动、磁场、温度和音频传感器(图 5)。它为振动分析提供了宽广的动态范围和出色的信噪比 (SNR)。此外，它还支持电机中的噪声发射检测和电流分析，以避免过热。SmartMesh 通信支持低功耗无线通信。该板能够为每个传感器配置警告和警报级别。紧凑的外形尺寸以及 CE 和 FCC 认证完善了这些功能。

图 5：iCOMOX 板上传感器和组件的排列(图片：Shirtech)

该系统的核心是 Analog Devices ADuCM4050 超低功耗 Arm Cortex-M4F 处理器，通过 SensorStrobe 技术集成电源管理。MCU 还具有一系列数字外设、SRAM 和内置闪存，以及提供时钟、复位和电源管理功能的模拟子系统。模数转换 (ADC) 子系统配备一个 12 位逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 和一个用于数据采集的 1.8-Msps、八通道转换器(图 6)。

图 6：ADuCM4050 框图(图片：Analog Devices)

Arm Cortex-M4F 处理器具有高达 52 MHz 的性能和 512 KB 内置闪存以及纠错码 (ECC)，提供可选的 4 KB 缓存以降低有功功率和 128 KB 系统 SRAM(奇偶校验)。ADuCM4050 具有加密硬件，支持高级加密标准 (AES)-128 和 AES-256，具有安全散列算法 (SHA)-256 和以下模式：电子密码本 (ECB)、块加密 (CBC)、计数器 (CTR)和块加密 (CCM/CCM)。

图 7：ADXL356 振动传感器的框图(图片：Analog Devices)

振动传感器是带有低噪声微机电系统 (MEMS) 加速度计的 Analog Devices ADXL356(图 7)。该 IC 在 –40°C 至 125°C 范围内提供出色的长期稳定性。Bosch BMM150 三轴磁场传感器可提供高精度和动态的绝对空间方向和运动矢量。

Infineon Technologies 的 IM69D130 是一款高性能数字 MEMS 麦克风，它使用 Infineon 的双背板 MEMS 技术提供 105 dB 的动态范围和高达 130 dBSPL 的输出线性度(图 8)。结果是清晰的音频信号、延长的接收距离以及对柔和和响亮信号的敏感度——从耳语到摇滚音乐会。

 

该平台使用的温度传感器是 Analog Devices 的 ADT7410，精度为 ±0.5°C，分辨率为 16 位。它测量的温度范围为 –55°C 至 150°C。

审核编辑：汤梓红