村田无线振动传感器在预测性维护中的应用
1 预测性维护的重要性
转动设备被广泛地应用于工业环境中,而由于设备磨损、老化等原因造成的设备停机给企业带来的损失,这不仅仅包括设备的维修成本,而且因为设备停机造成的产线停滞会给企业造成更大的经济损失。通过振动信号的分析,可以在设备故障的早期阶段侦测设备潜在故障,为设备的维修保养做提前预判,大幅度增加企业的生产效率及OEE (Overall Equipment Effectiveness,设备总体效能)。
村田制作所,赛芯电子技术(上海)有限公司,技术市场部,高级硬件工程师,孔德正
转动设备被广泛地应用于工业环境中,而由于设备磨损、老化等原因造成的设备停机给企业带来的损失,这不仅仅包括设备的维修成本,而且因为设备停机造成的产线停滞会给企业造成更大的经济损失。通过振动信号的分析,可以在设备故障的早期阶段侦测设备潜在故障,为设备的维修保养做提前预判,大幅度增加企业的生产效率及OEE (Overall Equipment Effectiveness,设备总体效能)。
在工业物联网产业中,预测性维护是最受全球制造业CEO(首席执行官)关注的一项技术。表1中的数据是由德勤与美国竞争力委员会在2016年做的调查,通过对全球制造业CEO访问,对包括预测性分析在内的多个先进工业技术进行了排序,排序1到11,1为最高排序,11为最低排序。
表1 2016年全球制造业竞争指数
先进制造技术 | 美国 | 中国 | 欧洲 |
预测性分析 | 1 | 1 | 4 |
智能互联IoT | 2 | 7 | 2 |
先进材料 | 3 | 4 | 5 |
智能工厂 | 4 | 2 | 1 |
数字化设计,仿真和集成 | 5 | 5 | 3 |
高性能计算 | 6 | 3 | 7 |
先进机器人技术 | 7 | 8 | 6 |
增材制造(3D打印) | 8 | 11 | 9 |
开源设计/客户直接输入 | 9 | 10 | 10 |
增强现实(改进质量,培训,输出知识) | 10 | 6 | 8 |
增强现实(提升客户服务和体验) | 11 | 9 | 11 |
数据来源:德勤与美国竞争力委员会,《2016年全球制造业竞争力指数》
从表1可见,预测性维护在美国和中国市场均排在首位。其背后的原因在于,每年制造业企业花费在设备维护上的费用开支巨大,但是依旧无法避免设备的停机或是因为设备老化而造成的生产良品率下降。据ISA数据显示,全球制造商每年因停机遭受的损失总计约为6 470 亿美元。而在预测性维护的产业中,占市场份额最大的是振动传感器,66%的预测性维护系统使用振动传感器抓取设备的振动频率,并对振动频谱分析从而做出预判。
2 村田的解决方案
村田电子通过向后一体化整合战略,结合村田电子在压电陶瓷振动敏感元件的技术经验和遍布全球的先进制造能力,推出了可用于工业设备预测性故障维护的无线振动传感器。图1所示是村田电子的无线振动传感器。
村田电子推出的无线振动传感器LBAC0ZZ1LZ使用433 MHz无线通信技术,在工业现场复杂环境下可实现100 m的稳定通信距离。传感器采用电池供电,小巧灵活,易于现场安装,避免了现场布设数据线或电源线的困难。传感器的敏感元件采用的是村田电子的陶瓷压电元件,体积小巧,可检测最高10 kHz的振动信号。结合超低功耗MCU(微控制器),对采集的振动信号在传感器端做快速傅里叶变换(FFT)算法。配合村田电子的智能无线网关使用,可以应对各种复杂的工业现场,在100 m的范围内,可支持多达50个传感器节点接入,为智能化工厂转型助力。表2为村田电子无线振动传感器的详细数据指标。
图1 村田电子无线振动传感器
表2 村田电子无线振动传感器规格指标
产品编号 尺寸(长×宽×高) | LBAC0ZZ1LZ 38 mm×24 mm×38 mm | |
质量 | 约45 g | |
通信 | 无线特性 | 私有低功率无线协议(基于ARIB STD-T108) 中心频率:433 MHz |
测量对象 | 最大5个峰值加速度,RMS,峰度,温度 | |
测量特性 | 振动频率 | 12.5~10 kHz |
振动加速度 | ±30 G,分辨率28 mG | |
检测方向 | 1轴,Z轴方向 | |
温度 | 0 ℃~85 ℃,分辨率0.1 ℃@+25 ℃ | |
电源 | 1/2AA电池 | |
电池寿命 | 5 y | |
防尘防水 | IP等级 | IP65 |
工作环境 | 传感器 | -10 ℃~60 ℃,90% RH以下 |
安装方式 | 磁铁,螺丝固定 |
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