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新型状态监测应用部署预测性维护功能
[作者 Maurice O’Brien]   2021年07月06日 星期二 浏览人次: [2138]

本文说明新型单对乙太网路技术,如何在状态监测场景中进行高品质资产健康探测以及供电的2线制技术,且透过状态监测应用来提升制造品质和制造工厂的安全性。


随着设备制造商希??透过即时监测设备来提高资产利用率、延长设备的使用寿命,以及透过采用预测性维护技术来降低维护成本和设备停机时间,藉以提高设备的输送量,状态监测应用变得越来越重要。状态监测也被用於提升制造品质和制造工厂的安全性。


有监於计画外停机的成本可能占总制造成本的近四分之一,所以采用预测性维护可??大幅节省成本并提高生产力。关注状态监测的工业市场报告显示,此市场的复合年均成长率预计在25%至40%之间,主要是受到两大成长领域推动。一是增加智慧感测器的部署数量,用於监测资产的运行状况;二是增加人工智慧和进阶分析的使用,将资产运行状况资料转化为可执行的见解,以部署预测性维护功能,创造以服务为基础的新型预测性维护业务模式机遇。


新型状态监测的部署增长涉及各种产业,包含水和废水处理、制造、食品和饮料、制药、金属和采矿、能源、石油和天然气装置等。在这些产业中,状态监测应用不再局限於传统的旋转设备应用(抽水机、压缩机和风机),而是扩展到适合CNC机床、机床、编码器、传送带、机器人和仪器/仪表等新应用。要使状态监测应用不断得到发展,需要解决的一个关键挑战是,实现智慧感测器与更高级别的管理系统之间的连接,後者根据从被监测的资产获取的资讯实施操作。



图1 : 状态监测应用
图1 : 状态监测应用

迄今状态监测应用一直使用有线或无线连接解决方案,具体由终端应用要求决定。无线连接解决方案在部署方面存在优势,但频宽和/或电池寿命通常受到限制。有线连接解决方案有时受到资料频宽限制,在恶劣的工业环境下无法支援长距离传输,且通常需要采用单独的电源线。


基於100BASE-TX/10BASE-T的现有工业乙太网路解决方案,透过具有PoE的CAT-5或CAT-6/e电缆提供高达100-Mb速率的高资料频宽,但覆盖距离在100 M之内,且不能在危险区域内使用,因为它们是高功率解决方案。


状态监测应用需要能够支援潜在的远端感测器,这些感测器需要在一个空间和功率受限的IP66/67外壳中进行远端通讯,因为该外壳被部署在恶劣的工业环境中。这些受限的感测器节点应用需要采用一种低功耗、高资料频宽的通讯解决方案,透过一根低成本、易於安装的电缆(采用小型电缆接头)将电能和资料传输到感测器节点。


由IEEE制定的新型单对乙太网路(SPE)实体层标准为传输资产运行状况资讯,实施状态监测应用提供了新的连接解决方案。10BASE-T1L是在2019年11月7日经过IEEE认证的新型乙太网路实体层标准(IEEE 802.3cg-2019)。这将透过与现场级元件的无缝乙太网路连接,显着提高工厂运营效率,变革自动化产业。


10BASE-T1L解决了迄今一直限制现场使用乙太网路的挑战。这些挑战包含功率、频宽、布线、距离、资料站以及本质安全0区(危险区域)应用。透过解决後装升级以及前装安装的挑战,10BASE-T1L将有助於获得以前无法获取的新资产运行状况资讯,并将它们无缝传送给控制层、云端/私人伺服器。这些新的见解将透过从现场资产到云端或私人伺服器的融合乙太网网路(图2),让资料分析、营运见解和生产力提高成为可能。



图2 : 融合IT/OT网路上的资产运行状况资讯
图2 : 融合IT/OT网路上的资产运行状况资讯

而10BASE-T1L无需采用传统通讯用於连接至控制和管理网路的耗电复杂闸道,可跨资讯技术(IT)和操作技术(OT)网路使能融合乙太网网路。透过此融合网路,可简化安装和元件更换,加速网路调试和配置。最终将加速软体更新,简化根本原因分析和现场级资产维护。


10BASE-T1L实体层与消息传输协定(MQTT)融合,为现场资产提供消息传输协定,其中,低功耗智慧感测器仅占用少量记忆体空间。MQTT将资产运行状况资讯直接与云端或私人伺服器连接,以实施进阶资料分析,进而采用预测性维护技术。


要与支援10BASE-T1L的现场资产通讯,需要具有整合介质存取控制(MAC)的主机处理器、被动介质转换器或具有10BASE-T1L埠的交换机。无需其他软体、自订TCP/IP堆叠和特殊驱动程式(图3)。而这就使10BASE-T1L元件可具有明显的优势:



图3 : 采用10BASE-T1L PHY的现场资产、智慧感测器连接
图3 : 采用10BASE-T1L PHY的现场资产、智慧感测器连接


· 10BASE-T1L是一种功耗极低的实体层技术,可以采用高资料频宽连接解决方案实现极低功耗的智慧感测器部署。


· 透过10BASE-T1L连接的智慧感测器可透过网路浏览,并可随时随地远端更新。感测器变得越来越复杂,软体也更有可能更新。现在透过快速乙太网路连接,可在现实时间段内做到这一点。


· 浏览先进的乙太网路诊断工具简化根本原因分析。


· 透过单条长达或超过1km的双绞线(在单条双绞线上同时传输功率和资料)提高智慧感测器安装的灵活性。


· 现今透过在现场资产上运行的网路伺服器,可以远端获取并随时随地浏览资产运行状况资讯,使得维护人员无需再「四处走动」来监测资产运行状况,大幅节省成本。


ADIN1100(ADI的10BASE-T1L PHY)可以在超过1200m长的单条双绞线上实现更低功耗的乙太网路连接,其功耗仅为39 mW。采用10BASE-T1L之後,可在单条双绞线上同时提供功率和资料。10-Mb资料频宽通讯链路可在同一条电缆上传输大量功率,为现场资产提供智慧感测器、功率和连接频宽,以实现新型状态监测应用。采用10BASE-T1L连接之後,获取资产运行状况资讯变得更加容易,因为这些资讯现在可透过融合IT/OT乙太网路获取。10BASE-T1L可在危险区域内使用(本质安全区域0),用於实施过程自动化部署,有时被称为乙太网路APL。10BASE-T1L/乙太网路APL将提供新的低功耗连接解决方案,将资产运行状况监测智慧感测器连接到用於实施AI和进阶分析的进阶资料管理系统,从而将资产运行状况资料转换为可操作的资讯,以部署新的预测维护服务。



图4 : ADI的状态监测功能
图4 : ADI的状态监测功能

完整的系统级解决方案可实现对现场资产的即时监测和下一代状态监测应用。ADI OtoSense是一款AI驱动的平台,能够即时感测和解译声音、振动、压力、电流或温度等资讯,用於连续状态监测和按需求进行诊断,以在各级客户系统中实现AI整合。它可以即时在终端上的现场资产上运行(线上和离线),以对现场资产实施持续状态监测。


ADI OtoSense可以自行检测异常,透过与状态监测领域专家交互不断学习,可建立数位指纹以协助识别故障,并可以提早预测故障,从而避免发生代价高昂的停机、损坏或重大故障。


将感测、讯号链和系统设计考量等方面的深厚领域知识与AI感测和解译平台融合,使客户能更快部署新状态监测系统;透过浏览更高品质的资料和资讯,从其状态监测解决方案中获取更多价值;改善客户的制程、延长设备的现场使用寿命,减少意外停机时间,同时保持最高水准的品质和安全,进而为部署的设备创建新的、高价值的预测性维护服务。


(本文作者Maurice O’Brien为ADI策略行销经理)


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