Endüstriyel sistemlere, kenar ve bulut yapay zekası (YZ) özellikli sensörlerle analog ve dijital bileşenlerin eşleştirilmesi dahil olmak üzere, daha fazla zeka katmanın birçok yolu vardır. YZ yöntemlerinin çeşitliliği nedeniyle, sensör tasarımcılarının karar gecikmesi, ağ kullanımı, güç tüketimi/pil ömrü ve makineye uygun YZ modelleri dahil olmak üzere, birbiriyle çelişen birçok gereksinimi göz önünde bulundurması gerekir. Bu makale, akıllı YZ kablosuz motor izleme sensörlerinin uygulamasına ve ADI tarafından başlatılan ilgili çözümlere odaklanacaktır.
Motor sağlığı izleme, kablosuz endüstriyel sensörler kullanılarak gerçekleştirilir
Robotlar ve dönen makineler (türbinler, fanlar, pompalar ve motorlar gibi) üzerindeki durum izleme (CbM), makinelerin sağlığı ve performansı ile ilgili gerçek zamanlı verileri kaydedebilir, böylece hedeflenen tahmini bakımı ve optimize edilmiş kontrolü mümkün kılar. Bir makinenin yaşam döngüsünün erken aşamasında gerçekleştirilen hedeflenen tahmini bakım, üretim kesintisi riskini azaltabilir, böylece güvenilirliği artırır, maliyetlerden önemli ölçüde tasarruf sağlar ve fabrika atölyesinde üretim verimliliğini artırır. Endüstriyel makinelerin durum izlemesi (CbM), elektriksel ölçümler, titreşim, sıcaklık, yağ kalitesi, akustik, manyetik alanlar ve ayrıca akış ve basınç gibi proses ölçümleri gibi bir dizi sensör verisini kullanabilir. Ancak, titreşim ölçümü, dengesizlik ve yatak arızası gibi mekanik sorunların en güvenilir göstergesini sağlayabildiği için en yaygın olanıdır.
Şu anda, piyasadaki kablosuz endüstriyel sensörler tipik olarak son derece düşük görev döngülerinde çalışır. Kullanıcılar sensörlerin uyku süresini ayarlar. Uyku süresi sona erdikten sonra, sensörler sıcaklık ve titreşimi ölçmek için uyandırılır ve ardından veriler radyo sinyalleri aracılığıyla kullanıcının veri toplayıcısına geri gönderilir. Ticari olarak temin edilebilen sensörler, 24 saatte bir veya 24 saat içinde birden fazla kez veri toplayarak beş yıllık bir pil ömrü iddia eder.
Çoğu durumda, sensör zamanın %90'ından fazlasında uyku modundadır. ADI'nin Voyager4 sensörünü örnek olarak ele alalım. Benzer bir şekilde çalışır, ancak radyo kullanımını sınırlamak için kenar YZ anomali tespiti (MAX78000 YZ mikrodenetleyici ile) kullanır. Sensör uyandırılıp veri ölçtüğünde, yalnızca mikrodenetleyici anormal veri algıladığında verileri kullanıcıya geri gönderir, böylece makine teşhisini ve bakımını tetikler ve motorun hizmet ömrünü uzatır. Kenarda YZ kullanılarak, pil ömrü en az %50 uzatılabilir.
Voyager4, Analog Devices (ADI) tarafından geliştirilen, geliştiricilerin makineler veya test ekipmanları için kablosuz çözümleri hızla dağıtmasına ve test etmesine yardımcı olmak üzere tasarlanmış bir kablosuz durum izleme platformudur. Voyager4 gibi motor sağlığı izleme çözümleri, robotların yanı sıra türbinler, fanlar, pompalar ve motorlar gibi dönen makinelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Voyager4 sensör sisteminin çalışma prensibi
Voyager4 sensörü, ADXL382 üç eksenli 8 kHz dijital mikro-elektromekanik sistem (MEMS) ile birlikte titreşim verilerini toplamak için kullanılır. İlk olarak, ham titreşim verileri MAX32666 düşük güçlü Bluetooth ® (BLE) işlemcisine iletilir. Veriler, BLE radyo veya USB aracılığıyla kullanıcıya gönderilebilir. Bu ham titreşim verileri, MAX78000 aracıyla kenar YZ algoritmalarını eğitmek için kullanılır.
YZ modelini C koduna sentezlemek için MAX78000 aracını kullanın. Kenar YZ algoritması, BLE kablosuz (OTA) güncellemeleri aracılığıyla Voyager4 sensörüne gönderilir ve bir kenar YZ donanım hızlandırıcısı ile MAX78000 işlemci kullanılarak bellekte saklanır. Voyager4'ün ilk eğitim aşamasından sonra, ADXL382 MEMS verileri yol boyunca iletilebilir. MAX78000 kenar YZ algoritması, toplanan titreşim verilerine göre makinenin arızalanıp arızalanmadığını veya normal çalışıp çalışmadığını tahmin edecektir. Titreşim verileri normalse, MAX32666 radyosunu kullanmaya gerek yoktur ve MEMS uyku moduna dönecektir. Ancak, tahmin edilen titreşim verileri yanlışsa, kullanıcıya BLE aracılığıyla anormal bir titreşim uyarısı gönderilecektir.
Voyager4'ün donanım sisteminde, benimsenen ADXL382, seçilebilir bir ölçüm aralığına sahip, düşük gürültü yoğunluğuna ve düşük güç tüketimine sahip 3 eksenli bir MEMS ivmeölçerdir. Bu cihaz, ± 15g, ± 30g ve ± 60g ölçüm aralıklarının yanı sıra 8 kHz'lik geniş bir ölçüm bant genişliğini destekler. ADG1634, MEMS ham titreşim verilerini MAX32666 BLE radyosuna veya MAX78000 YZ mikrodenetleyicisine yönlendirmek için kullanılan, tek kutuplu çift atımlı (SPDT) bir CMOS anahtarıdır; BLE mikrodenetleyici, SPDT anahtarını kontrol etmek için kullanılır. MAX32666'ya, pil akımını izlemek için MAX17262 pil göstergesi ve ultra düşük güçlü ADXL367 MEMS ivmeölçer dahil olmak üzere birkaç başka çevre birimi bağlanır. ADXL367, yüksek titreşimli şok olayları sırasında BLE radyolarını derin uyku modundan uyandırmak için kullanılır. Hareketle etkinleştirilen uyandırma modunda, güç tüketimi yalnızca 180 nA'dir. BLE mikrodenetleyici, ADXL382 MEMS'in ham verilerini BLE veya FTDI FT234XD-R'nin USB'si aracılığıyla ana bilgisayara aktarabilir.
Voyager4 sensörü, iki ultra düşük sessiz akımlı düşürme regülatörü ve üç ultra düşük sessiz akımlı düşük bırakmalı (LDO) lineer regülatör içeren MAX20335 güç yönetimi entegre devresini (PMIC) benimser. Her LDO ve düşürme regülatörünün çıkış voltajları bağımsız olarak etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir ve her çıkış voltaj değeri, varsayılan ön yapılandırma ile I2C aracılığıyla programlanabilir. BLE işlemcisi, farklı Voyager4 çalışma modları için tek bir PMIC güç çıkışını etkinleştirmek veya devre dışı bırakmak için kullanılır.
Eğitim modunda, BLE mikrodenetleyici önce BLE ağındaki varlığını bildirmeli ve ardından ağ yöneticisiyle bir BLE bağlantısı kurmalıdır. Daha sonra, Voyager4, kullanıcının PC'sinde YZ algoritmalarını eğitmek için BLE ağı aracılığıyla ham ADXL382 MEMS verilerini iletir. Bundan sonra, Voyager4 sensörü derin uyku moduna döner. Normal (YZ) modunda, BLE radyo sinyalleme, bağlantı ve iletim işlevleri varsayılan olarak devre dışı bırakılır. MAX78000 düzenli olarak uyanacak ve YZ çıkarımı çalıştıracaktır. Herhangi bir anomali algılanmazsa, Voyager4 derin uyku moduna dönecektir.
ADI tarafından başlatılan Voyager4 değerlendirme kiti (EV-CBM-VOYAGER4-1Z), müşterilerin değerlendirmeler yapmasını kolaylaştıran çoklu bileşenler (LED, çekme direnci) içerir. Bu bileşenler, LDO1OUT voltaj rayında 0,3 mW'lık bir derin uyku akımı üretir. Voyager4 değerlendirme paketinin ortalama güç tüketimi, derin uyku, eğitim ve normal/YZ modlarındaki olaylar arasındaki zaman aralığına göre hesaplanır.
Aşağıdakiler, bu ilgili cihazların işlevsel özelliklerini size daha fazla tanıtacaktır.
YZ mikrodenetleyiciler, sinir ağlarının Nesnelerin İnterneti'nin kenarında ultra düşük güç tüketimiyle çalışmasını sağlar
MAX78000, ultra düşük güçlü bir evrişimsel sinir ağı ivmeölçerini benimseyen bir YZ mikrodenetleyicidir. Bu yeni tip YZ mikrodenetleyici, sinir ağlarının Nesnelerin İnterneti'nin kenarında ultra düşük güçte çalışmasını sağlar ve yüksek verimli YZ işlemesini kanıtlanmış Maxim ultra düşük güçlü mikrodenetleyici ile birleştirir. Bu donanım tabanlı evrişimsel sinir ağı (CNN) hızlandırıcısı ile, pille çalışan uygulamalar bile mikrojul seviyesinde güç tüketimiyle YZ çıkarımı gerçekleştirebilir. MAX78000, bir FPU CPU'lu bir Arm® Cortex®-M4 çekirdeğini entegre eden ve ultra düşük güçlü derin sinir ağı hızlandırıcısı aracılığıyla verimli sistem kontrolü sağlayan gelişmiş bir sistem çipidir. Bu cihaz, 81 pinli CTBGA (8 mm x 8 mm, 0,8 mm aralık) paketini benimser.
MAX32666, giyilebilir uygulamalar için uygun, Bluetooth 5'e sahip, düşük güçlü bir ARM Cortex-M4 FPU tabanlı mikrodenetleyicidir. Bu yeni nesil UB MCU'nun tasarımı, pille çalışan ve kablosuz olarak bağlı cihazların karmaşık uygulama gereksinimlerini karşılamayı amaçlamaktadır. Bu akıllı denetleyici, benzer ürünler arasında daha büyük bir belleğe sahiptir ve büyük ölçekte genişletilebilen bir bellek mimarisi benimser. Cihaz, uzun süre çalışabilen, dayanıklı ve yüksek seviyeli siber saldırılara dayanabilen giyilebilir güç teknolojisini benimser. Bu cihaz, 109 pinli WLP (0,35 mm aralık) ve 121 pinli CTBGA (0,65 mm aralık) içinde paketlenmiştir.
ADXL382, ± 15g, ± 30g ve ± 60g ölçüm aralıklarını destekleyen, seçilebilir ölçüm aralıklarına sahip, düşük gürültülü, düşük güçlü, geniş bant genişliğine sahip, 3 eksenli bir MEMS ivmeölçerdir. ADXL382, endüstri lideri gürültü seviyeleri sunarak, minimum kalibrasyonla hassas uygulamalar sağlar. Düşük gürültü ve düşük güç tüketimi özellikleri, yüksek titreşimli ortamlarda bile ses sinyallerinin veya kalp seslerinin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar. ADXL382'nin çok işlevli pin adları, yalnızca Seri çevre Birimi Arabirimi (SPI) veya I2C arabirimi ile ilgili işlevlerine veya ses işlevlerine (darbe yoğunluğu Modülasyonu (PDM), I2S veya Zaman Bölmeli çoğullama (TDM)) göre referans alınabilir. ADXL382, 2,9 mm x 2,8 mm x 0,87 mm'lik 14 pinli LGA paketinde mevcuttur.
Kenar YZ kullanarak kablosuz varlık durumu izleme için eksiksiz bir çözüm
Voyager4, kablosuz varlık durumu izleme için kenar YZ kullanabilir. ADXL382 ve ADXL367 dahil olmak üzere üç eksenli dijital çıkış MEMS sensörleri kullanır. Bu tasarım ayrıca MAX32666 BLE ve MAX78000 YZ mikrodenetleyicilerini de içerir. Kablosuz sensörlerin enerji tasarrufu etkisini artırmak için yük anahtarları olarak esnek ve PCB'den tasarruf sağlayan PMIC güç kaynağı cihazları eklenmiştir. Her Voyager4 kiti, bir antenli bir BLE 5.3 adaptörü içerir. Voyager4 BLE kullandığından, Bluetooth radyosu olan herhangi bir PC ile uyumludur. Ancak, en iyi performansı ve menzili sağlamak için, Voyager4 ile iletişim kurarken bir adaptör kullanmanız önerilir.
ADG1633/ADG1634, 4,5Ω RON, üç/dört kanallı tek kutuplu çift atımlı (SPDT), ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3,3V anahtardır. Hem ADG1633 hem de ADG1634, tek çipli endüstriyel CMOS (iCMOS®) analog anahtarlardır. Sırasıyla üç veya dört bağımsız ve seçilebilir tek kutuplu çift atımlı anahtarla donatılmıştır. Tüm kanallar, kanalları açarken veya kapatırken anlık kısa devreleri önlemek için ilk açma ve son kapatma anahtarlarıyla donatılmıştır. ADG1633 (LFCSP ve TSSOP paketleri) ve ADG1634 (yalnızca LFCSP paketi), cihazları etkinleştirmek veya devre dışı bırakmak için EN girişleri sağlar. iCMOS yapısı, son derece düşük güç tüketimi sağlayabilir, bu nedenle bu cihazlar taşınabilir pille çalışan cihazlar için çok uygundur.
ADXL367, nanometre seviyesinde güç tüketimine sahip bir MEMS ivmeölçerdir, 3 eksenli, ± 2g /± 4g /± 8g dijital çıkış. 100Hz'lik bir çıkış veri hızında, yalnızca 0,89 µA tüketir ve hareketle tetiklenen uyandırma modunda, yalnızca 180 nA tüketir. Düşük güç tüketimi elde etmek için güç görev döngüsü kullanan ivmeölçerlerin aksine, ADXL367, giriş sinyalini alt örnekleme yoluyla taklit etmez, bunun yerine sensörün tam bant genişliğini tüm veri hızlarında örnekler. ADXL367, 2,2 mm x 2,3 mm x 0,87 mm'lik bir pakette mevcuttur.
MAX17262, yerleşik akım algılamalı, 5,2µA, ModelGauge m5 EZ tek hücreli pil seviyesi göstergesidir. Entegre bir akım dedektörüne ve ModelGauge m5 EZ algoritmasına sahip, endüstrideki en düşük IQ'ya sahip pil seviyesi göstergesidir ve pil karakteristik analizine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. MAX17262, tek bir pil hücresini izleyebilir, dahili bir akım dedektörünü entegre eder ve 3,1A'ya kadar darbe akımlarını algılayabilir. IC, 100mAhr ila 6Ahr arasında değişen kapasitelerde pil ölçümü için optimize edilmiştir. MAX17262, küçük, kurşunsuz, 0,4 mm lehim aralığına sahip, 1,5 mm x 1,5 mm, 9 pinli gofret seviyesinde bir pakete (WLP) sahiptir.
MAX20335, ultra düşük IQ voltaj regülatörü ve pil şarj cihazı ile donatılmış, lityum iyon sistemler için küçük bir PMIC'dir. Optimize edilmiş bir güç yönetimi çözümüne sahiptir ve giyilebilir cihazlar ve IoT için 7 x 24 saat izleme sistemlerini destekler. MAX20335 pil şarj yönetimi çözümü, düşük güçlü giyilebilir uygulamalar için idealdir. Cihaz, akıllı bir güç seçiciye sahip bir lineer pil şarj cihazı ve çeşitli güç optimize edilmiş çevre birimleri içerir. MAX20335, 36 lehim topu, 0,4 mm lehim topu aralığı ve 2,72 mm x 2,47 mm'lik bir gofret seviyesinde paket (WLP) benimser.
Sonuç
Entegre bir YZ donanım hızlandırıcısına sahip mikrodenetleyici, kablosuz sensör düğümlerine üstün karar verme yetenekleri ve daha uzun pil ömrü sağlar. Kenarda YZ kullanılarak, pil ömrü en az %50 uzatılabilir. Titreşim sensörüne dahil edilen modal analiz, sensör geliştirme döngüsünü hızlandırabilir ve izlenen varlıklardan yüksek kaliteli titreşim verilerinin yakalanmasını sağlayabilir. ADI tarafından başlatılan Voyager4 kablosuz durum izleme platformu, ilgili bileşen çözümleriyle birlikte, endüstriyel sistemlere zeka katmak için en iyi yardımcınız olacaktır.
Mesajınız 20-3.000 karakter arasında olmalıdır!