Es gibt viele Möglichkeiten, industriellen Systemen mehr Intelligenz hinzuzufügen, einschließlich der Übereinstimmung analoger und digitaler Komponenten mit Sensoren mit künstlicher Intelligenz (KI) am Rand und in der Cloud.Aufgrund der Vielfalt der KI-Methoden, müssen Sensorentwickler mehrere widersprüchliche Anforderungen berücksichtigen, darunter Entscheidungsverzögerung, Netzwerknutzung, Stromverbrauch/Batterielebensdauer und für die Maschine geeignete KI-Modelle.Dieser Artikel konzentriert sich auf die Einführung intelligenter KI-Wireless-Motorüberwachungssensoren und die damit verbundenen Lösungen von ADI.
Motorische Gesundheitsüberwachung wird mit Hilfe drahtloser industrieller Sensoren durchgeführt
Die Zustandsüberwachung (CbM) von Robotern und rotierenden Maschinen (z. B. Turbinen, Ventilatoren, Pumpen und Motoren) kann Echtzeitdaten über den Zustand und die Leistung der Maschinen erfassen.so gezielte vorausschauende Wartung und optimierte Steuerung ermöglichtZielgerichtete vorausschauende Wartung, die in einem frühen Stadium des Lebenszyklus einer Maschine durchgeführt wird, kann das Risiko von Produktionsunterbrechungen verringern und so die Zuverlässigkeit erhöhen.erhebliche Kosteneinsparungen und Verbesserung der Produktionseffizienz in der WerkstattDie Zustandsüberwachung (CbM) von Industrieanlagen kann eine Reihe von Sensordaten, wie elektrische Messungen, Vibrationen, Temperatur, Ölqualität, Akustik, Magnetfelder,sowie Prozessmessungen wie Durchfluss und DruckDie Vibrationsmessung ist jedoch bei weitem die häufigste, da sie die zuverlässigsten Hinweise auf mechanische Probleme wie Ungleichgewichte und Lagerausfälle liefern kann.
Derzeit funktionieren drahtlose industrielle Sensoren auf dem Markt typischerweise mit extrem niedrigen Arbeitszyklen.Die Sensoren werden geweckt, um Temperatur und Vibrationen zu messen., und dann werden die Daten über Funksignale an den Datenerfassungsgerät des Benutzers zurückgesendet.basierend auf der Einholung von Daten einmal alle 24 Stunden oder mehrmals alle 24 Stunden.
In den meisten Fällen ist der Sensor über 90% der Zeit im Ruhezustand.aber nutzt Edge AI Anomalie-Detektion (mit dem MAX78000 AI Mikrocontroller), um die Verwendung von Radio zu begrenzenWenn der Sensor aufwacht und Daten misst, sendet der Mikrocontroller die Daten nur dann an den Benutzer zurück, wenn er abnorme Daten erkennt.Dies ermöglicht die Diagnose und Wartung der Maschine und die Verlängerung der Lebensdauer des Motors.Durch den Einsatz von KI am Rand kann die Akkulaufzeit um mindestens 50% verlängert werden.
Voyager4 ist eine von Analog Devices (ADI) entwickelte drahtlose Zustandsüberwachungsplattform, die Entwicklern helfen soll, drahtlose Lösungen für Maschinen oder Testgeräte schnell zu implementieren und zu testen.Lösungen zur Überwachung der motorischen Gesundheit wie Voyager4 sind in Robotern weit verbreitet, sowie in rotierenden Maschinen wie Turbinen, Ventilatoren, Pumpen und Motoren.
Das Funktionsprinzip des Voyager4-Sensorsystems
Der Voyager4-Sensor wird in Kombination mit dem dreiachsigen digitalen Mikro-elektromechanischen 8-KHz-System (MEMS) ADXL382 zur Erfassung von Vibrationsdaten verwendet.die Rohvibrationsdaten werden an den Bluetooth® (BLE) Prozessor mit geringer Leistung MAX32666 übertragen. Die Daten können über BLE-Funk oder USB an den Benutzer gesendet werden. Diese rohen Vibrationsdaten werden verwendet, um AI-Algorithmen mit dem MAX78000-Tool zu trainieren.
Verwenden Sie das MAX78000 Tool, um das KI-Modell in C-Code zu synthetisieren.Der Edge-KI-Algorithmus wird über BLE-Wireless-Updates (OTA) an den Voyager4-Sensor gesendet und mit dem MAX78000-Prozessor mit einem Edge-KI-Hardwarebeschleuniger im Speicher gespeichert.Nach der ersten Trainingsphase von Voyager 4 können ADXL382 MEMS-Daten entlang des Weges übertragen werden.Der MAX78000 Edge-KI-Algorithmus wird anhand der gesammelten Vibrationsdaten vorhersagen, ob die Maschine defekt funktioniert oder normal funktioniert.. Wenn die Vibrationsdaten normal sind, ist es nicht notwendig, das MAX32666-Radio zu verwenden, und das MEMS kehrt in den Ruhezustand zurück.Der Benutzer erhält über die BLE einen Anzeichen für abnormale Vibrationen..
Im Hardware-System von Voyager4 ist das übernommene ADXL382 ein 3-Achsen-MEMS-Beschleunigungsmesser mit geringer Geräuschdichte und geringem Stromverbrauch mit einem wählbaren Messbereich.Dieses Gerät unterstützt ± 15g, ± 30 g und ± 60 g Messbereiche sowie eine breite Messbandbreite von 8 kHz. Der ADG1634 ist ein Single-pole Double-Throw (SPDT) CMOS-Switch,mit einer Leistung von mehr als 10 W und einer Leistung von mehr als 100 W,, mit dem zur Steuerung des SPDT-Schalters verwendeten BLE-Mikrocontroller.einschließlich des MAX17262 Batteriezählers für die Überwachung des Batteriestroms und des ADXL367 MEMS-Beschleunigungsmessers mit ultrageringer Leistung. Der ADXL367 wird verwendet, um BLE-Funkgeräte aus dem Tiefschlafmodus während Hochschlagschlagschlagereignissen aufzuwecken.Der BLE-Mikrocontroller kann die Rohdaten von ADXL382 MEMS über BLE oder USB von FTDI FT234XD-R an den Host übertragen.
Der Voyager4-Sensor verwendet die MAX20335 Leistungsmanagement-Integrierte Schaltung (PMIC).mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 100 W,. Die Ausgangsspannungen jedes LDO- und Step-Down-Regulators können unabhängig voneinander aktiviert oder deaktiviert werden, und jeder Ausgangsspannungswert kann über I2C mit Standardvorkonfiguration programmiert werden.Der BLE-Prozessor wird verwendet, um eine einzige PMIC-Leistungsausgabe für verschiedene Voyager4-Arbeitsmodi zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Im Trainingsmodus muss der BLE-Mikrocontroller zunächst seine Anwesenheit im BLE-Netzwerk melden und dann eine BLE-Verbindung mit dem Netzwerkmanager herstellen.Voyager4 überträgt die RAW ADXL382 MEMS Daten über das BLE-Netzwerk, um KI-Algorithmen auf dem PC des Benutzers zu trainierenIm normalen (AI) Modus sind BLE-Funktionen wie Funksignal, Verbindung und Übertragung standardmäßig deaktiviert.Der MAX78000 wird regelmäßig aufwachen und KI-Ergebnisse ziehen.Wenn keine Anomalie erkannt wird, kehrt Voyager 4 in den Tiefschlafmodus zurück.
Das von der ADI eingeführte Auswertungs-Kit Voyager4 (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) umfasst mehrere Komponenten (LED, Pull-up-Widerstand), wodurch es den Kunden bequem ist, Auswertungen durchzuführen.Diese Komponenten erzeugen einen Tiefschlafstrom von 0Der durchschnittliche Stromverbrauch der Auswertungsanlage Voyager4 wird auf der Grundlage des Zeitabstands zwischen Ereignissen im Tiefschlaf, Training und im Normal-/KI-Modus berechnet.
Im Folgenden werden Ihnen die Funktionsmerkmale dieser verwandten Geräte näher vorgestellt.
KI-Mikrocontroller ermöglichen Neuronalen Netzwerken einen extrem niedrigen Stromverbrauch am Rande des Internets der Dinge
Der MAX78000 ist ein KI-Mikrocontroller, der ein ultra-niedrigleistungsfähiges konvolutionsbasiertes neuronales Netzwerk-Beschleunigungsmesser verwendet.Diese neue Art von KI-Mikrocontroller ermöglicht neuronalen Netzwerken, mit ultra-niedriger Leistung am Rande des Internets der Dinge zu arbeiten.Mit diesem Hardware-basierten Convolutional Neural Network (CNN) Beschleuniger,Selbst batteriebetriebene Anwendungen können mit einem Stromverbrauch auf Mikrojoule-Ebene KI-Inferenz durchführenDer MAX78000 ist ein fortschrittliches System-on-Chip, das einen Arm® Cortex®-M4-Kern mit einer FPU-CPU integriert und eine effiziente Systemsteuerung durch einen ultra-niedrigen Leistungs-Deep Neural Network Accelerator erreicht.Dieses Gerät verwendet eine 81-Pin CTBGA (8mm x 8mm, 0,8 mm Abstand) verpackt.
Der MAX32666 ist ein leistungsstarker ARM Cortex-M4-FPU-basierter Mikrocontroller mit Bluetooth 5, geeignet für tragbare Anwendungen.Die Konstruktion dieser neuen Generation von UB MCU ist darauf ausgerichtet, den komplexen Anwendungsanforderungen von batteriebetriebenen und drahtlos verbundenen Geräten gerecht zu werdenDiese intelligente Steuerung verfügt über einen größeren Speicher als andere ähnliche Produkte und übernimmt eine Speicherarchitektur, die in großem Maßstab erweitert werden kann.Das Gerät verwendet tragbare EnergietechnologieDieses Gerät ist in einem 109-Pin-WLP (0,35mm Pitch) und einem 121-Pin-CTBGA (0,65mm Pitch) verpackt.
Das ADXL382 ist ein geräuscharmes, leistungsarmes, breitbandbreitendes, dreiachsiges MEMS-Beschleunigungsmesser mit wählbaren Messbereichen, das Messbereiche von ± 15 g, ± 30 g und ± 60 g unterstützt.Der ADXL382 bietet branchenführende Geräuschniveaus, die eine präzise Anwendung mit minimalem Kalibrieren ermöglichen.Die geringen Geräusche und der geringe Stromverbrauch ermöglichen eine genaue Messung von Audiosignalen oder Herzklängen auch in Hochschwingungsumgebungen. Die multifunktionalen Pinnamen von ADXL382 können ausschließlich durch ihre Funktionen im Zusammenhang mit der seriellen Peripherieoberfläche (SPI) oder der I2C-Schnittstelle verwiesen werden,oder durch ihre Audiofunktionen (Impulsdichte-Modulation (PDM))Die ADXL382 ist in einem 14-Pin-LGA-Paket von 2,9 mm x 2,8 mm x 0,87 mm erhältlich.
Eine vollständige Lösung für die Überwachung des Wireless-Asset-Status mit Edge AI
Voyager4 kann Edge AI für die Überwachung des drahtlosen Asset-Status verwenden.Dieses Design umfasst auch die Mikrocontroller MAX32666 BLE und MAX78000 AIFlexible und platzsparende PMIC-Stromversorgungseinrichtungen wurden als Lastschalter hinzugefügt, um die Energieeinsparungseffekte von drahtlosen Sensoren zu erhöhen.3 Adapter mit Antenne. Voyager4 verwendet BLE, so dass es mit jedem PC mit einem Bluetooth-Funkgerät kompatibel ist. Um jedoch die beste Leistung und Reichweite zu gewährleisten, empfiehlt es sich, einen Adapter zu verwenden, wenn man mit Voyager4 kommuniziert.
Der ADG1633/ADG1634 ist ein 4,5Ω RON-Schalter mit drei/vierkantigem Einpolar-Doppelschalter (SPDT), ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3.3V.Sowohl der ADG1633 als auch der ADG1634 sind einzelchipgesteuerte industrielle CMOS (iCMOS®) -AnalogschalterEs ist mit drei bzw. vier unabhängigen bzw. wählbaren Single-pole Double-Throw-Switches ausgestattet.Alle Kanäle sind mit Schaltern zum Ersten Öffnen und zum Letzten Schließen ausgestattet, um sofortige Kurzschlüsse beim Öffnen oder Schließen der Kanäle zu verhindern. Die ADG1633 (LFCSP und TSSOP Pakete) und ADG1634 (nur LFCSP Pakete) liefern EN-Eingänge zur Aktivierung oder Deaktivierung von Geräten. Die iCMOS-Struktur kann einen extrem niedrigen Stromverbrauch gewährleisten,Diese Geräte eignen sich also sehr gut für tragbare, batteriebetriebene Instrumente..
Das ADXL367 ist ein MEMS-Beschleunigungsmesser mit Nanometer-Level-Stromverbrauch, 3-Achse, ± 2g /± 4g /± 8g digitale Ausgabe. Bei einer Ausgabe Datenrate von 100Hz verbraucht es nur 0,89 μA,und im Aktionsauslöser-Erweckungsmodus, verbraucht er nur 180 nA. Im Gegensatz zu Beschleunigungsmessern, die durch den Einsatz eines Leistungszyklus einen geringen Stromverbrauch erzielen,Der ADXL367 wird nicht durch Unterproben aus dem Eingangssignal abgeleitet, sondern erfasst die gesamte Bandbreite des Sensors bei allen DatenratenDie ADXL367 ist in einer Verpackung von 2,2 mm x 2,3 mm x 0,87 mm erhältlich.
Der MAX17262 ist ein 5,2 μA, ModelGauge m5 EZ Einzelzellen-Batterieniveau-Messgerät mit integrierter Stromerkennung.mit integriertem Strommelder und dem Algorithmus ModelGauge m5 EZDer MAX17262 kann eine einzelne Batteriezelle überwachen, einen internen Stromdetektor integrieren und Pulsströme von bis zu 3,1 A erkennen.Das IC ist für die Batteriezähler mit Kapazitäten von 100mAhr bis 6Ahr optimiertDie MAX17262 verfügt über eine winzige, bleifreie, 0,4mm Lötfläche, 1,5mm x 1,5mm, 9-Pin-Wafer-Level-Paket (WLP).
Der MAX20335 ist ein kleiner PMIC für Lithium-Ionen-Systeme, ausgestattet mit einem ultra-niedrigen IQ-Spannungsregler und einem Batterieladegerät.Es verfügt über eine optimierte Strommanagement-Lösung und unterstützt 7 x 24-Stunden-Überwachungssysteme für Wearables und IoTDie MAX20335 Batterie-Ladungsmanagement-Lösung eignet sich hervorragend für Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch.Das Gerät umfasst ein lineares Batterieladegerät mit einem intelligenten Leistungsauswahlgerät und eine Vielzahl von Leistung optimierten PeripheriegerätenDer MAX20335 verwendet 36 Lötkugeln, einen 0,4 mm großen Lötkugelstand und ein Wafer-Level-Paket (WLP) von 2,72 mm x 2,47 mm.
Schlussfolgerung
Der Mikrocontroller mit einem integrierten KI-Hardware-Beschleuniger bietet drahtlosen Sensorknoten überlegene Entscheidungsfähigkeit und eine längere Akkulaufzeit.Die Akkulaufzeit kann um mindestens 50% verlängert werdenDie im Vibrationssensor enthaltenen Modalanalysen können den Sensorentwicklungszyklus beschleunigen und die Erfassung hochwertiger Vibrationsdaten aus den überwachten Anlagen gewährleisten.Die von ADI gestartete drahtlose Zustandsüberwachungsplattform Voyager4, in Kombination mit entsprechenden Komponentenlösungen, wird Ihr bester Assistent sein, um Intelligenz in industrielle Systeme zu integrieren.
Ihre Nachricht muss zwischen 20 und 3.000 Zeichen enthalten!