作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-08-30

監(jiān)控機(jī)器的振動(dòng)和溫度等參數(shù)可以提供有關(guān)機(jī)器性能和運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并為制造商提供安排主動(dòng)維護(hù)、減少停機(jī)時(shí)間和提高生產(chǎn)率所需的數(shù)據(jù)。

物流設(shè)施或運(yùn)輸過(guò)程中的濕度和溫度監(jiān)測(cè)可以提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效并保存疫苗或新鮮農(nóng)產(chǎn)品等商品。具有有線和無(wú)線連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可滿足各種應(yīng)用，包括企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心。

監(jiān)測(cè)振動(dòng)有助于在潛在的機(jī)器問(wèn)題發(fā)生之前識(shí)別它們。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 10816 可以作為重要參考。它為評(píng)估用于泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)、變速箱、鼓風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)、壓力機(jī)以及在 10 至 1000 Hz 頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的類似機(jī)器的電機(jī)的振動(dòng)嚴(yán)重程度提供了指導(dǎo)。

本文介紹了在監(jiān)控系統(tǒng)的有線和無(wú)線連接之間進(jìn)行選擇的一些關(guān)鍵注意事項(xiàng)，以及如何使用有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不是非此即彼的選擇。然后，它檢查了 ISO 10816 中定義的四類振動(dòng)嚴(yán)重程度。最后討論了實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種選項(xiàng)，包括使用多個(gè)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)振動(dòng)、溫度、濕度和代表性應(yīng)用。

[Banner Engineering提供多種][設(shè)備健康監(jiān)控]EHM 網(wǎng)關(guān)選擇，可輕松訪問(wèn) EHM 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。工業(yè) EHM 設(shè)計(jì)人員可以選擇該公司的[SNAP ID]有線網(wǎng)關(guān)解決方案（帶有用于傳感器讀數(shù)的本地顯示屏或可選的云儀表板）以及旨在直接與云儀表板連接的[CLOUD ID]無(wú)線網(wǎng)關(guān)（圖 1）。這兩種選擇的共同特點(diǎn)包括：

• 一系列傳感器可供選擇以優(yōu)化 EHM 操作
• 自動(dòng)識(shí)別連接的傳感器支持快速部署，無(wú)需額外編程
• 傳感器數(shù)據(jù)可隨時(shí)用于調(diào)整設(shè)備或安排所需的維護(hù)，以最大限度地減少停機(jī)時(shí)間并最大限度地提高生產(chǎn)率
• 兩個(gè)系統(tǒng)均支持云連接
• 預(yù)配置的儀表板可用并可定制，以實(shí)現(xiàn)最佳的數(shù)據(jù)可視化

圖 1：Banner 的 SNAP ID 有線（左）和 CLOUD ID 無(wú)線（右）EHM 網(wǎng)關(guān)有幾個(gè)共同的功能。 （圖片來(lái)源：DigiKey）

有線還是無(wú)線 EHM 網(wǎng)關(guān)？

雖然有線和無(wú)線 EHM 網(wǎng)關(guān)具有一些共同的功能，但它們之間存在本質(zhì)區(qū)別。 AMG [-SNAP-ID]資產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)關(guān) (AMG) 支持最多 20 個(gè)傳感器和轉(zhuǎn)換器的調(diào)試、監(jiān)控和警報(bào)。它支持 Modbus 和 Banner 的 SNAP SIGNAL 連接并掃描單個(gè)傳感器或轉(zhuǎn)換器，自動(dòng)檢測(cè)型號(hào)信息。用戶可以更改和分配 Modbus 服務(wù)器 ID 號(hào)，以構(gòu)建和調(diào)試自定義 EHM 解決方案。連接的設(shè)備可以分組，警報(bào)可以單獨(dú)分配閾值。通過(guò)觸摸屏和外殼頂部指示燈的顏色可以看到警報(bào)狀態(tài)。

當(dāng)需要直接連接到云端時(shí)，EHM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用[DXM1200-X2] IIoT 網(wǎng)關(guān)來(lái)連接來(lái)自 Banner 和第三方的多達(dá) 200 個(gè)設(shè)備，以提供性能和機(jī)器運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)。它可以自動(dòng)檢測(cè)并連接傳感器節(jié)點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)傳送到Banner Cloud軟件。開發(fā)人員可以選擇簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程工具。 IIoT 網(wǎng)關(guān)可以在邊緣處理信息，然后通過(guò)以太網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，以便通過(guò)直觀的云儀表板在世界任何地方進(jìn)行監(jiān)控。

有線和無(wú)線 EHM 架構(gòu)

有線和無(wú)線 EHM 架構(gòu)并不相互排斥。有線系統(tǒng)可以具有無(wú)線元件，無(wú)線架構(gòu)通常包括有線連接。

例如，基本的有線 EHM 架構(gòu)可以包括連接到多個(gè)傳感器的多個(gè)接線盒，例如 4 端口[R50-4M125-M125Q-P]和 8 端口[R95-8M125-M125Q-P]。 Banner 的 Sure Cross R70SR 串行數(shù)據(jù)無(wú)線電（如 900 MHz [R70SR9MQ]和 2.4 GHz [R70SR2MQ]）無(wú)需額外布線即可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍。這些無(wú)線電的特點(diǎn)包括（圖 3）：

• RS-485串行接口
• 支持星形和樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/li>
• 支持多跳自愈、自動(dòng)路由射頻網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍
• 跳頻擴(kuò)頻 (FHSS) 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸

圖 3：基本有線資產(chǎn)監(jiān)控拓?fù)洌ㄗ螅┖蜔o(wú)線連接遠(yuǎn)程傳感器集群示例（右）。 （圖片來(lái)源：DigiKey）

在大型設(shè)施中，許多系統(tǒng)可以分布在廣闊的區(qū)域，包括：

• 空氣壓縮機(jī)
• 泵送系統(tǒng)
• 輸送系統(tǒng)
• 大量的電動(dòng)機(jī)和機(jī)器
• 變速箱
• 空氣過(guò)濾系統(tǒng)
• 儲(chǔ)罐中的液位測(cè)量和監(jiān)控

在這些情況下，可以通過(guò)結(jié)合有線和無(wú)線技術(shù)來(lái)提高 EHM 系統(tǒng)性能。上述 DXM1200-X2 無(wú)線 IIoT 網(wǎng)關(guān)包括 Modbus 有線連接。如果需要以太網(wǎng)，設(shè)計(jì)人員可以轉(zhuǎn)向[DXMR90-X1]。 DXMR90-4K [可以]實(shí)現(xiàn) IO-Link 主站/控制器功能。除了選擇 Modbus、以太網(wǎng)和 IO-Link 之外，設(shè)計(jì)人員還可以使用 R709 串行數(shù)據(jù)無(wú)線電為物理上分散的資產(chǎn)提供無(wú)線連接。

ISO 10816 振動(dòng)嚴(yán)重程度

ISO 10816 是 EHM 系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。它量化了電動(dòng)機(jī)、泵和發(fā)電機(jī)等機(jī)器的振動(dòng)嚴(yán)重程度。該標(biāo)準(zhǔn)使用加速度、位移或振動(dòng)速度的均方根 (rms) 值。 ISO 10816 還包括峰峰值的考慮因素。當(dāng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)參數(shù)時(shí)，振動(dòng)嚴(yán)重程度具有最高的有效值。該標(biāo)準(zhǔn)將振動(dòng)嚴(yán)重程度分為四個(gè)級(jí)別：

• 良好通常表示新調(diào)試的機(jī)器。
• 令人滿意的振動(dòng)表明操作區(qū)域不受限制。
• 不滿意的振動(dòng)表明需要限制操作并安排預(yù)防性維護(hù)。
• 不可接受的振動(dòng)表明機(jī)器可能損壞。

圖 5：IEC 10816 包括四個(gè)振動(dòng)嚴(yán)重程度類別。 （圖片來(lái)源：邦納工程）

振動(dòng)和機(jī)器學(xué)習(xí)

即使是“相同”的機(jī)器也不是精確的復(fù)制品。這就是機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的用武之地。Banner Engineering 提供 VIBE-IQ，這是一種振動(dòng)監(jiān)控軟件包，它使用機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 為每臺(tái)機(jī)器的振動(dòng)建立獨(dú)特的基線操作值。然后，機(jī)器學(xué)習(xí)軟件會(huì)自動(dòng)設(shè)置警告和警報(bào)閾值。它可以自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜的 EHM 計(jì)算和分析。 VIBE-IQ 的一些功能包括：

• 持續(xù)監(jiān)測(cè) 10 至 1,000 Hz 的均方根速度、1,000 至 4,000 Hz 的均方根高頻加速度以及溫度
• 僅監(jiān)控正在運(yùn)行的電機(jī)
• 使用數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析以及實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)識(shí)別以下情況：
  • 系統(tǒng)錯(cuò)位或不平衡
  • 部件磨損或松動(dòng)
  • 軸承過(guò)度磨損
  • 電機(jī)安裝或驅(qū)動(dòng)不當(dāng)
  • 過(guò)溫條件
• 主動(dòng)向主機(jī)控制器或云端發(fā)送警報(bào)

振動(dòng)和溫度

振動(dòng)并不是機(jī)器可能需要預(yù)防性維護(hù)的唯一線索。溫度上升趨勢(shì)還可以向 EHM 系統(tǒng)發(fā)出潛在問(wèn)題的警報(bào)，特別是當(dāng)溫度上升與振動(dòng)增加相關(guān)時(shí)。

結(jié)合這兩個(gè)參數(shù)可以更全面地了解設(shè)備的狀況。它們可以提醒操作員注意不同的情況，并提供多種好處：

• 振動(dòng)可以識(shí)別機(jī)械問(wèn)題，例如不對(duì)中、不平衡、軸承磨損等。
• 溫度升高可以識(shí)別電氣問(wèn)題，例如繞組過(guò)熱或潤(rùn)滑問(wèn)題。
• 當(dāng)檢測(cè)到異常操作時(shí)，將帶外振動(dòng)和溫度關(guān)聯(lián)起來(lái)可以幫助識(shí)別可能的原因。例如，振動(dòng)模式可以幫助識(shí)別根本原因。
• 通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度和振動(dòng)可以幫助規(guī)劃預(yù)防性維護(hù)。溫度逐漸升高并不一定像振動(dòng)增加那樣造成問(wèn)題，需要立即進(jìn)行糾正。
• 了解如何使用傳感器數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)長(zhǎng)期資產(chǎn)選擇和利用，以在潛在的運(yùn)營(yíng)限制成為問(wèn)題之前識(shí)別它們。

當(dāng)需要監(jiān)控溫度和振動(dòng)時(shí)，EHM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用鋁制外殼中的[QM30VT2]傳感器或不銹鋼外殼中的[QM30VT2-SS-QP]，兩者均來(lái)自 Banner Engineering。兩個(gè)傳感器都可以通過(guò) RS-485 作為從設(shè)備連接到 Modbus 無(wú)線電或任何 Modbus 網(wǎng)絡(luò)。它們外形小巧，能夠安裝在狹窄的位置。其他功能包括：

• 高精度溫度和振動(dòng)測(cè)量
• 溫度測(cè)量范圍為-40°C至+105°C，分辨率為1°C，精度為±3°C
• 檢測(cè)帶寬高達(dá) 4 kHz 的雙軸振動(dòng)，25°C 時(shí)精度為 ±10%，默認(rèn)采樣頻率為 20 kHz
• 輸出均方根速度、均方根高頻加速度、峰值速度以及根據(jù)振動(dòng)波形預(yù)處理的其他參數(shù)

振動(dòng)譜帶是一項(xiàng)先進(jìn)的功能。除了 10 至 1,000 Hz 和 1,000 至 4,000 Hz 標(biāo)量數(shù)據(jù)之外，它還允許用戶分割寬帶快速傅立葉變換 (FFT)，以獲得較窄頻帶的均方根速度或加速度數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶的需要，頻段可以手動(dòng)輸入，也可以根據(jù)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)速度輸入自動(dòng)生成。譜帶分析可以幫助更具體地診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)器的問(wèn)題。

溫度和濕度

監(jiān)測(cè)溫度和濕度對(duì)于數(shù)據(jù)中心、倉(cāng)庫(kù)、潔凈室、冰箱或冷水機(jī)組非常重要。[DX80N9Q45THA]等溫度和濕度傳感器可以幫助：

• 保存新鮮農(nóng)產(chǎn)品或疫苗等商品，了解溫度和濕度對(duì)于長(zhǎng)期生存和防止腐敗至關(guān)重要
• 保護(hù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等設(shè)備，因?yàn)檫^(guò)高的溫度或濕度會(huì)干擾正常運(yùn)行或?qū)е鹿收?/li>
• 提高倉(cāng)庫(kù)和其他設(shè)施中人員的健康和安全，因?yàn)楦邼穸葧?huì)使工人難以在高溫下保持涼爽，可能導(dǎo)致中暑

溫度測(cè)量范圍為-40°C至+85°C，分辨率為0.1°C，-40°C至0°C精度為±0.6°C，0°C至+60°精度為±0.4°C C，從 +60°C 到 +85°C ±1.2°C。濕度傳感器可測(cè)量 0% 至 100% RH，+25°C 時(shí)精度為 ±2%，0°C 至 +70°C 時(shí)精度為 ±3%，10% 至 90% RH 時(shí)精度為 ±7%。 0°C 至 +70°C 和 0% 至 10% 或 90% 至 100% 相對(duì)濕度。

當(dāng)設(shè)備打開時(shí)，它以快速采樣模式運(yùn)行，每?jī)擅氚l(fā)送一次數(shù)據(jù)。五分鐘后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入默認(rèn)模式，每隔五分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。用戶可選擇 15 分鐘或 64 秒的采樣率。

具有 900 MHz 無(wú)線電的型號(hào)以 1 W (30 dBm) 或 250 mW（24 dB 用戶可選）傳輸。 250 mW 模式會(huì)縮短短距離應(yīng)用的范圍，但會(huì)延長(zhǎng)電池壽命。對(duì)于 2.4 GHz 型號(hào)，發(fā)射功率固定為約 65 mW (18 dBm)。在存儲(chǔ)模式下運(yùn)行時(shí)，無(wú)線電將關(guān)閉以節(jié)省電池壽命。

結(jié)論

工業(yè) 4.0 工廠中有效的 EHM 系統(tǒng)可監(jiān)控振動(dòng)和溫度，以幫助確保高水平的正常運(yùn)行時(shí)間。濕度和溫度傳感器還可以提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)性能，并在倉(cāng)庫(kù)和物流運(yùn)營(yíng)中保存疫苗或新鮮農(nóng)產(chǎn)品等商品。這些系統(tǒng)可以使用有線或無(wú)線連接來(lái)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)。

審核編輯 黃宇