村田無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器在預測性維護中的應用
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轉動(dòng)設備被廣泛地應用于工業(yè)環(huán)境中，而由于設備磨損、老化等原因造成的設備停機給企業(yè)帶來(lái)的損失，這不僅僅包括設備的維修成本，而且因為設備停機造成的產(chǎn)線(xiàn)停滯會(huì )給企業(yè)造成更大的經(jīng)濟損失。通過(guò)振動(dòng)信號的分析，可以在設備故障的早期階段偵測設備潛在故障，為設備的維修保養做提前預判，大幅度增加企業(yè)的生產(chǎn)效率及OEE （Overall Equipment Effectiveness，設備總體效能）。
村田制作所,賽芯電子技術(shù)（上海）有限公司,技術(shù)市場(chǎng)部,高級硬件工程師,孔德正
轉動(dòng)設備被廣泛地應用于工業(yè)環(huán)境中，而由于設備磨損、老化等原因造成的設備停機給企業(yè)帶來(lái)的損失，這不僅僅包括設備的維修成本，而且因為設備停機造成的產(chǎn)線(xiàn)停滯會(huì )給企業(yè)造成更大的經(jīng)濟損失。通過(guò)振動(dòng)信號的分析，可以在設備故障的早期階段偵測設備潛在故障，為設備的維修保養做提前預判，大幅度增加企業(yè)的生產(chǎn)效率及OEE （Overall Equipment Effectiveness，設備總體效能）。
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，預測性維護是最受全球制造業(yè)CEO（首席執行官）關(guān)注的一項技術(shù)。表1中的數據是由德勤與美國競爭力委員會(huì )在2016年做的調查，通過(guò)對全球制造業(yè)CEO訪(fǎng)問(wèn)，對包括預測性分析在內的多個(gè)先進(jìn)工業(yè)技術(shù)進(jìn)行了排序，排序1到11，1為最高排序，11為最低排序。
表1 2016年全球制造業(yè)競爭指數
先進(jìn)制造技術(shù) | 美國 | 中國 | 歐洲 |
預測性分析 | 1 | 1 | 4 |
智能互聯(lián)IoT | 2 | 7 | 2 |
先進(jìn)材料 | 3 | 4 | 5 |
智能工廠(chǎng) | 4 | 2 | 1 |
數字化設計，仿真和集成 | 5 | 5 | 3 |
高性能計算 | 6 | 3 | 7 |
先進(jìn)機器人技術(shù) | 7 | 8 | 6 |
增材制造（3D打?。?/span> | 8 | 11 | 9 |
開(kāi)源設計/客戶(hù)直接輸入 | 9 | 10 | 10 |
增強現實(shí)（改進(jìn)質(zhì)量，培訓，輸出知識） | 10 | 6 | 8 |
增強現實(shí)（提升客戶(hù)服務(wù)和體驗） | 11 | 9 | 11 |
數據來(lái)源：德勤與美國競爭力委員會(huì )，《2016年全球制造業(yè)競爭力指數》
從表1可見(jiàn)，預測性維護在美國和中國市場(chǎng)均排在首位。其背后的原因在于，每年制造業(yè)企業(yè)花費在設備維護上的費用開(kāi)支巨大，但是依舊無(wú)法避免設備的停機或是因為設備老化而造成的生產(chǎn)良品率下降。據ISA數據顯示，全球制造商每年因停機遭受的損失總計約為6 470 億美元。而在預測性維護的產(chǎn)業(yè)中，占市場(chǎng)份額最大的是振動(dòng)傳感器，66%的預測性維護系統使用振動(dòng)傳感器抓取設備的振動(dòng)頻率，并對振動(dòng)頻譜分析從而做出預判。
2 村田的解決方案
村田電子通過(guò)向后一體化整合戰略，結合村田電子在壓電陶瓷振動(dòng)敏感元件的技術(shù)經(jīng)驗和遍布全球的先進(jìn)制造能力，推出了可用于工業(yè)設備預測性故障維護的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器。圖1所示是村田電子的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器。
村田電子推出的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器LBAC0ZZ1LZ使用433 MHz無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在工業(yè)現場(chǎng)復雜環(huán)境下可實(shí)現100 m的穩定通信距離。傳感器采用電池供電，小巧靈活，易于現場(chǎng)安裝，避免了現場(chǎng)布設數據線(xiàn)或電源線(xiàn)的困難。傳感器的敏感元件采用的是村田電子的陶瓷壓電元件，體積小巧，可檢測最高10 kHz的振動(dòng)信號。結合超低功耗MCU（微控制器），對采集的振動(dòng)信號在傳感器端做快速傅里葉變換（FFT）算法。配合村田電子的智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)使用，可以應對各種復雜的工業(yè)現場(chǎng)，在100 m的范圍內，可支持多達50個(gè)傳感器節點(diǎn)接入，為智能化工廠(chǎng)轉型助力。表2為村田電子無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器的詳細數據指標。
圖1 村田電子無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器
表2 村田電子無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器規格指標
產(chǎn)品編號 尺寸（長(cháng)×寬×高） | LBAC0ZZ1LZ 38 mm×24 mm×38 mm | |
質(zhì)量 | 約45 g | |
通信 | 無(wú)線(xiàn)特性 | 私有低功率無(wú)線(xiàn)協(xié)議（基于A(yíng)RIB STD-T108） 中心頻率：433 MHz |
測量對象 | 最大5個(gè)峰值加速度，RMS，峰度，溫度 | |
測量特性 | 振動(dòng)頻率 | 12.5~10 kHz |
振動(dòng)加速度 | ±30 G,分辨率28 mG | |
檢測方向 | 1軸，Z軸方向 | |
溫度 | 0 ℃~85 ℃，分辨率0.1 ℃@+25 ℃ | |
電源 | 1/2AA電池 | |
電池壽命 | 5 y | |
防塵防水 | IP等級 | IP65 |
工作環(huán)境 | 傳感器 | -10 ℃~60 ℃，90% RH以下 |
安裝方式 | 磁鐵，螺絲固定 | |
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