Bezprzewodowy system do pomiaru wibracji LoRaWAN

02.02.2024 How to / Bezprzewodowy pomiar wibracji
monitorowanie stanu maszyn
Wizerunek autora
Producent: Advantech
  • Zakłady przemysłowe
  • Utrzymanie Ruchu
  • Utrzym

Czujniki wibracji do monitorowania stanu maszyn LoRaWAN pomogą Ci w minimalizacji przestojów produkcyjnych

W artykule przedstawiam procedurę inicjacji monitorowania stanu silników elektrycznych przy użyciu bezprzewodowego systemu pomiaru wibracji opartego na protokole LoRaWAN firmy Advantech. Omawiam też działanie poszczególnych komponentów systemu i opisuję jego zastosowanie w nowoczesnym Utrzymaniu Ruchu.


Na czym polega monitorowanie stanu maszyn w przemyśle?

Monitorowanie stanu technicznego maszyn (z ang. Condition Monitoring) to podejście w Utrzymaniu Ruchu polegające na ocenie aktualnego stanu i degradacji maszyn oraz wczesne wykrycie wszelkich zmian w ich działaniu poprzez analizę danych z czujników drgań i innych parametrów krytycznych w czasie rzeczywistym. Ma to kluczowe znaczenie, bo dzięki temu inżynierowie UR mogą zdalnie monitorować kluczowe parametry każdej maszyny i reagować natychmiastowo na wykryte zmiany, eliminując potencjalne awarie i zatrzymania linii produkcyjnej.

Korzyści wynikające z zastosowania monitorowania stanu maszyn obejmują:

  • zwiększenie bezpieczeństwa pracowników,
  • eliminację nieplanowanych przestojów,
  • optymalizację kosztów konserwacji,
  • zapobieganie niepotrzebnym naprawom.

Strategie Utrzymania Ruchu//


Monitorowanie maszyn z LoRaWAN

LoRaWAN to system komunikacji bezprzewodowej charakteryzujący się niskim zużyciem energii i dużym zasięgiem działania. W warunkach przemysłowych LoRaWAN zapewnia niezawodną komunikację, umożliwiając efektywne zbieranie danych z rozproszonych czujników.

LoRa(ang. Long Range) to technika modulacji bezprzewodowej wykorzystywana w systemie LoRaWAN, korzystająca nielicencjonowanych pasm częstotliwości, np. 868MHz.

Komercyjna architektura LoRaWAN składa się z czterech najważniejszych komponentów do monitorowania stanu maszyn.
Są to:

  • urządzenia końcowe (może to być np. czujnik drgań),
  • bramy (routery LoRa),
  • serwery sieciowe i serwery aplikacyjne, które współpracują w celu przesyłania, przetwarzania i zarządzania danymi IoT.

Urządzenia końcowe(zazwyczaj zasilane bateryjnie) wyposażone w moduły radiowe, komunikują się z bramkami, które przekazują dane do serwera sieciowego, gdzie są one przetwarzane i deszyfrowane. Następnie dane są przekazywane do serwera aplikacyjnego, gdzie są wdrożone odpowiednie aplikacje, umożliwiające analizę i wykorzystanie zebranych informacji wedle konkretnych potrzeb.

Architektura LoRaWAN


Bezprzewodowy system pomiaru drgań w oparciu o czujnik WISE-2410 i bramę LoRaWAN WISE-6610

Architektura systemu

Architektura przekładowego systemu bezprzewodowego monitoringu drgań została przedstawiona na poniższej grafice. Składa się on z urządzeń pomiarowych WISE-2410, bram LoRaWAN WISE-6610 oraz systemu wizualizacji i analizy danych.

Architektura systemu

Czujnik WISE-2410

Czujnik WISE-2410 to zaawansowany inteligentne urządzenie wyposażone w:

  • procesor akcelerometr 3-osiowy,
  • czujnik temperatury,
  • procesor ARM Cortex-M4,
  • moduł radiowy LoRa.


Główne zadania czujnika to pomiar drgań i przyspieszeń za pomocą akcelerometra, lokalne przetwarzanie danych poprzez obliczenie cech drgań (np. widmo przyspieszenia, VRMS, ARMS, przemieszczenie), bezprzewodowa komunikacja LoRaWAN. Czujnik WISE-2410  posiada możliwość zasilania bateryjnego, co eliminuje konieczność instalacji okablowania oraz jest zgodny z normą ISO 10816-1 dotyczącą oceny stanu technicznego maszyn. Proces pomiarowy został szczegółowo przedstawiony poniżej.

Czujnik WISE-2410 proces pomiarowy

Brama LoRaWAN WISE-6610

Brama WISE-6610 w kontekście bezprzewodowego systemu pomiaru wibracji to wielozadaniowe urządzenie, które pełni kluczową funkcję jako brama LoRaWAN, umożliwiająca efektywną i niezawodną komunikację w sieci. Jednak jej rola nie kończy się na prostym przekazywaniu danych. W rzeczywistości, WISE-6610 jest także serwerem sieciowy, co oznacza, że jest zdolna deszyfrować i przetwarzać otrzymane dane. Urządzenie dodatkowo posiada wbudowane oprogramowanie Node-RED, umożliwiające pełnienie przez nie roli w warstwie aplikacyjnej.

Platforma do wizualizacji danych

Dzięki rozległej funkcjonalności bramy WISE-6610, wizualizacja danych może być zrealizowana przy wykorzystaniu różnorodnych technologii.

  • W prostych systemach pomiarowych, środowisko Node-RED pozwala na łatwe tworzenie graficznych reprezentacji zgromadzonych informacji.
  • W zakładach produkcyjnych, gdzie już istnieją systemy umożliwiające monitoring stanu maszyn, na przykład programy CMMS, oprogramowanie Node-RED umożliwia bezproblemową wymianę danych. Wykorzystanie protokołów takich jak Modbus TCP/IP czy MQTT zapewnia nie tylko łatwość integracji, ale także bezpieczną transmisję informacji.
  • W kontekście bardziej zaawansowanego i efektywnego podejścia, warto rozważyć skorzystanie z dedykowanej platformy PHM od firmy Advantech. Platforma ta nie tylko dostarcza kompleksową wizualizację danych, lecz również rozbudowuje funkcjonalność o zaawansowane algorytmy sztucznej inteligencji dokonujące aktualnej oraz przewidywalnej oceny stanu technicznego maszyny.
  • Dodatkowo, platforma PHM pozwala na konfigurację powiadomień w przypadku przekroczenia progów awaryjnych oraz precyzyjne tworzenie harmonogramów napraw. To technologicznie zaawansowane podejście to ni tylko monitoring stanu technicznego maszyn, ale także usprawnia zarządzanie danymi oraz procesami konserwacyjnymi w ramach Utrzymania Ruchu.