Bezprzewodowy system do pomiaru wibracji LoRaWAN

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.

---

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.

---

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.

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.

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.

Analiza danych w czasie rzeczywistym

Wykorzystanie systemu wyświetlającego zarówno aktualne pomiary, jak i dane historyczne zebranych pomiarów pozwala na podejmowanie skutecznych decyzji związanych z konserwacją silników elektrycznych. Poprzez systematyczne odczytywanie danych wibracji w czasie rzeczywistym oraz analizowanie trendów historycznych, inżynierowie nie tylko oceniają bieżący stan techniczny silników, ale również śledzą ewentualne zmiany w czasie. Ten proces umożliwia efektywne wykrywanie degradacji stanu technicznego maszyn i prognozowanie potencjalnych awarii.

---

Wdrożenia rozwiązania 

Krótka instrukcja wdrożenia bezprzewodowego systemu monitorowania wibracji LoRaWAN

1. Konfiguracja połączenia bezprzewodowego

   Na początku odpowiednio parametryzujemy radio LoRa w czujniku WISE-2410 oraz bramie WISE-6610. Następnie konfigurujemy odpowiednio serwer sieciowy znajdujący się w bramie dodając do niego czyjniki wibracji.

2. Przesyłanie danych

   Skonfigurowane urządzenia są teraz gotowe do przesyłania danych. Możemy przekazać zebrane informacje do zewnętrznego serwera aplikacyjnego lub skorzystać z wbudowanego oprogramowania Node-RED w bramie.

3. Umieszczenie czujnika na silniku elektrycznym

   Fizycznie montujemy czujnik WISE-2410 w odpowiednim obszarze na silniku elektrycznym, który jest obiektem monitorowania. Czujnik oferuje różne opcje montażu, takie jak mocowanie kołkowe, uchwyt magnetyczny oraz uchwyt adhezyjny.

   
   

4. Odczyt i wizualizacja danych

   Odczyt i wizualizację danych możemy zrealizować na kilka sposobów.

   Najprostszy: możemy przesłać zebrane dane do zewnętrznych systemów umożliwiających ich wizualizację i automatyczną analizę. Jednym z tych systemów jest wspomniany wcześniej PHM, który oferuje wiele innych możliwości poza samą wizualizacją danych.

   Możemy również wykorzystać zainstalowane w bramie oprogramowanie Node-RED odczytu danych z czujników oraz stworzenia prostej wizualizacji umożliwiających analizę parametrów w czasie rzeczywistym oraz trendów historycznych.

---

Rozwinięcia systemu

Kolejnym etapem rozwoju nowoczesnego Utrzymania Ruchu jest wdrażanie strategii predykcyjnej. Ta innowacyjna praktyka opiera się na zaawansowanej analizie danych, w tym algorytmach sztucznej inteligencji. Dzięki temu podejściu, możliwe staje się automatyczne ocenianie i prognozowanie stanu technicznego maszyn oraz potencjalnych problemów technicznych. To nie tylko usprawnia monitorowanie, ale także umożliwia bardziej precyzyjne planowanie konserwacji, co jest kluczowe dla skutecznego utrzymania ruchu.

Wspomniane wcześniej oprogramowanie PHM stanowi odpowiedź na wyzwania współczesnego utrzymania ruchu. Wykorzystując zaawansowane modele sztucznej inteligencji, program nie tylko ocenia aktualny stopień degradacji maszyny, ale również prognozuje jego ewentualne zmiany na najbliższe 7 dni. To narzędzie pozwala na monitorowanie stanu maszyn, szybką reakcję na potencjalne problemy, minimalizując ryzyko przestojów i zwiększając efektywność całego procesu utrzymania ruchu.

---

Podsumowanie

Kluczowymi zaletami tego systemu są: łatwa i szybka implementacja.

• całkowita bezprzewodowość, dzięki zasilaniu bateryjnemu oraz wykorzystaniu protokołu LoRaWAN,

• uniwersalność, łatwa integracja z systemami zewnętrznymi takimi jak SCADA, CMMS.

• wykorzystanie nowoczesnych technologii dzięki rozwinięciu systemu o oprogramowanie PHM.

Dzięki innowacyjnemu systemowi bezprzewodowego pomiaru wibracji LoRaWAN z wykorzystaniem zaawansowanego czujnika WISE-2410, zyskasz możliwość zwiększenia czasu pracy maszyny bez postojów, znacząco zwiększysz efektywność produkcji, zoptymalizujesz kluczowe procesy produkcyjne, podniesiesz bezpieczeństwo pracy oraz zminimalizujesz ilość przestojów.

Skontaktuj się z nami lub umów na spotkanie
albert.duszak@elmark.com.pl