Có nhiều cách để thêm trí thông minh vào các hệ thống công nghiệp, bao gồm việc kết hợp các thành phần analog và kỹ thuật số với các cảm biến có trí thông minh nhân tạo (AI) cạnh và đám mây.Do sự đa dạng của các phương pháp AI, các nhà thiết kế cảm biến cần xem xét nhiều yêu cầu mâu thuẫn, bao gồm sự chậm trễ quyết định, sử dụng mạng, tiêu thụ năng lượng / tuổi thọ pin và các mô hình AI phù hợp với máy.Bài viết này sẽ tập trung vào việc giới thiệu các ứng dụng cảm biến giám sát động cơ không dây AI thông minh và các giải pháp liên quan do ADI tung ra.
Giám sát sức khỏe động cơ được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến công nghiệp không dây
Theo dõi tình trạng (CbM) trên robot và máy quay (như tuabin, quạt, máy bơm và động cơ) có thể ghi lại dữ liệu thời gian thực liên quan đến tình trạng và hiệu suất của máy,do đó cho phép bảo trì dự đoán có mục tiêu và kiểm soát tối ưuBảo trì dự đoán được thực hiện trong giai đoạn đầu của vòng đời máy có thể làm giảm nguy cơ thời gian ngừng hoạt động sản xuất, do đó tăng độ tin cậy.tiết kiệm đáng kể chi phí và cải thiện hiệu quả sản xuất trong xưởng sản xuấtGiám sát tình trạng (CbM) của máy công nghiệp có thể sử dụng một loạt dữ liệu cảm biến, chẳng hạn như đo lường điện, rung động, nhiệt độ, chất lượng dầu, âm thanh, từ trường,cũng như các phép đo quy trình như dòng chảy và áp suấtTuy nhiên, đo rung là phổ biến nhất bởi vì nó có thể cung cấp chỉ báo đáng tin cậy nhất về các vấn đề cơ khí, chẳng hạn như mất cân bằng và thất bại vòng bi.
Hiện nay, các cảm biến công nghiệp không dây trên thị trường thường hoạt động ở chu kỳ hoạt động cực kỳ thấp. Người dùng đặt thời gian ngủ của các cảm biến. Sau khi thời gian ngủ kết thúc, các cảm biến sẽ hoạt động trong khoảng thời gian tối đa.các cảm biến được đánh thức để đo nhiệt độ và rung động, và sau đó dữ liệu được gửi trở lại bộ tổng hợp dữ liệu của người dùng thông qua tín hiệu vô tuyến.dựa trên việc thu thập dữ liệu một lần mỗi 24 giờ hoặc nhiều lần mỗi 24 giờ.
Trong hầu hết các trường hợp, cảm biến nằm trong chế độ ngủ trong hơn 90% thời gian.nhưng sử dụng phát hiện bất thường AI (với máy vi điều khiển MAX78000 AI) để hạn chế việc sử dụng radioKhi cảm biến được đánh thức và đo dữ liệu, chỉ khi bộ vi điều khiển phát hiện dữ liệu bất thường nó sẽ gửi dữ liệu trở lại người dùng,do đó kích hoạt chẩn đoán và bảo trì máy và kéo dài tuổi thọ của động cơBằng cách sử dụng AI ở cạnh, tuổi thọ pin có thể được kéo dài ít nhất 50%.
Voyager4 là một nền tảng giám sát tình trạng không dây được phát triển bởi Analog Devices (ADI), được thiết kế để giúp các nhà phát triển nhanh chóng triển khai và thử nghiệm các giải pháp không dây cho máy móc hoặc thiết bị thử nghiệm.Các giải pháp giám sát sức khỏe động cơ như Voyager4 được sử dụng rộng rãi trong robot, cũng như trong máy quay như tuabin, quạt, máy bơm và động cơ.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cảm biến Voyager4
Bộ cảm biến Voyager4, kết hợp với hệ thống vi điện tử kỹ thuật số ba trục 8 kHz ADXL382 (MEMS), được sử dụng để thu thập dữ liệu rung.dữ liệu rung động thô được truyền đến bộ xử lý Bluetooth ® (BLE) năng lượng thấp MAX32666Dữ liệu có thể được gửi đến người dùng qua radio BLE hoặc USB. Dữ liệu rung động thô này được sử dụng để đào tạo các thuật toán AI cạnh với công cụ MAX78000.
Sử dụng công cụ MAX78000 để tổng hợp mô hình AI thành mã C.Các thuật toán AI cạnh được gửi đến cảm biến Voyager4 thông qua cập nhật không dây BLE (OTA) và được lưu trữ trong bộ nhớ bằng cách sử dụng bộ xử lý MAX78000 với một gia tốc phần cứng AI cạnhSau giai đoạn huấn luyện ban đầu của Voyager4, dữ liệu MEMS ADXL382 có thể được truyền dọc theo đường dẫn.Các MAX78000 cạnh AI thuật toán sẽ dự đoán nếu máy đã bị trục trặc hoặc đang hoạt động bình thường dựa trên dữ liệu rung thu thập. Nếu dữ liệu rung động là bình thường, không cần phải sử dụng đài MAX32666, và MEMS sẽ trở lại chế độ ngủ. Tuy nhiên, nếu dữ liệu rung động dự đoán không chính xác,một cảnh báo rung động bất thường sẽ được gửi đến người dùng thông qua BLE.
Trong hệ thống phần cứng của Voyager4, ADXL382 được áp dụng là một máy đo tốc độ MEMS 3 trục với mật độ tiếng ồn thấp và tiêu thụ điện năng thấp, có phạm vi đo lường có thể chọn.Thiết bị này hỗ trợ ± 15g, ± 30g và ± 60g phạm vi đo lường cũng như băng thông đo lường rộng 8 kHz. ADG1634 là một chuyển đổi CMOS hai cực (SPDT),được sử dụng để định tuyến dữ liệu rung động MEMS thô đến đài phát thanh MAX32666 BLE hoặc vi điều khiển MAX78000 AIMột số thiết bị ngoại vi khác được kết nối với MAX32666,bao gồm máy đo pin MAX17262 để theo dõi dòng pin và máy đo tốc độ MEMS cực thấp ADXL367. ADXL367 được sử dụng để đánh thức các đài phát thanh BLE từ chế độ ngủ sâu trong các sự kiện sốc rung động cao. Trong chế độ thức tỉnh được kích hoạt bởi chuyển động, mức tiêu thụ điện của nó chỉ là 180 nA.Bộ vi điều khiển BLE có thể chuyển dữ liệu thô của ADXL382 MEMS sang máy chủ qua BLE hoặc USB của FTDI FT234XD-R.
Cảm biến Voyager4 áp dụng mạch tích hợp quản lý năng lượng MAX20335 (PMIC),được trang bị hai bộ điều chỉnh dòng điện tĩnh cực thấp và ba bộ điều chỉnh tuyến tính dòng điện tĩnh cực thấp (LDO). Các điện áp đầu ra của mỗi LDO và bộ điều chỉnh bước xuống có thể được bật hoặc vô hiệu hóa độc lập, và mỗi giá trị điện áp đầu ra có thể được lập trình thông qua I2C với cấu hình trước mặc định.Bộ vi xử lý BLE được sử dụng để bật hoặc vô hiệu hóa một đầu ra năng lượng PMIC duy nhất cho các chế độ hoạt động Voyager4 khác nhau.
Trong chế độ đào tạo, bộ vi điều khiển BLE phải báo trước sự hiện diện của nó trong mạng BLE và sau đó thiết lập kết nối BLE với người quản lý mạng.Voyager4 truyền dữ liệu MEMS ADXL382 thô qua mạng BLE để đào tạo các thuật toán AI trên máy tính của người dùng. Sau đó, cảm biến Voyager4 quay trở lại chế độ ngủ sâu. Trong chế độ bình thường (AI), tín hiệu vô tuyến BLE, chức năng kết nối và truyền tải bị vô hiệu hóa theo mặc định.Máy MAX78000 sẽ thức dậy thường xuyên và chạy kết luận AINếu không phát hiện bất thường, Voyager 4 sẽ quay lại chế độ ngủ sâu.
Bộ dụng cụ đánh giá Voyager4 (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) do ADI ra mắt bao gồm nhiều thành phần (LED, kháng cự kéo lên), giúp khách hàng dễ dàng tiến hành đánh giá.Những thành phần này tạo ra một dòng chảy giấc ngủ sâu 0.3 mW trên đường sắt điện áp LDO1OUT. Chi tiêu điện trung bình của bộ đánh giá Voyager4 được tính dựa trên khoảng thời gian giữa các sự kiện trong chế độ ngủ sâu, đào tạo và chế độ bình thường / AI.
Sau đây sẽ giới thiệu thêm các đặc điểm chức năng của các thiết bị liên quan này cho bạn.
Máy vi điều khiển AI cho phép mạng thần kinh hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng cực thấp ở rìa Internet of Things
MAX78000 là một bộ vi điều khiển AI sử dụng một máy đo tốc độ mạng thần kinh cong cực thấp.Loại vi điều khiển AI mới này cho phép mạng thần kinh hoạt động ở mức năng lượng cực thấp ở rìa Internet of Things, kết hợp xử lý AI hiệu quả cao với bộ điều khiển siêu năng lượng thấp Maxim đã được chứng minh.ngay cả các ứng dụng chạy bằng pin cũng có thể thực hiện suy luận AI với mức tiêu thụ năng lượng ở mức microjouleMAX78000 là một hệ thống trên chip tiên tiến tích hợp một lõi Arm® Cortex®-M4 với CPU FPU và đạt được kiểm soát hệ thống hiệu quả thông qua một máy gia tốc mạng thần kinh sâu năng lượng cực thấp.Thiết bị này áp dụng một CTBGA 81 pin (8mm x 8mm, 0, 8mm pitch) gói.
MAX32666 là một bộ điều khiển vi mô dựa trên ARM Cortex-M4 FPU năng lượng thấp với Bluetooth 5, phù hợp cho các ứng dụng đeo.Thiết kế của UB MCU thế hệ mới này nhằm đáp ứng các yêu cầu ứng dụng phức tạp của các thiết bị chạy bằng pin và kết nối không dâyBộ điều khiển thông minh này được trang bị bộ nhớ lớn hơn trong số các sản phẩm tương tự và áp dụng kiến trúc bộ nhớ có thể được mở rộng trên quy mô lớn.Thiết bị áp dụng công nghệ năng lượng đeo, có thể hoạt động trong một thời gian dài, bền và có khả năng chịu được các cuộc tấn công mạng cấp cao. Thiết bị này được đóng gói trong một WLP 109 pin (0,35mm pitch) và một CTBGA 121 pin (0,65mm pitch).
ADXL382 là một máy đo tốc độ MEMS 3 trục có độ ồn thấp, năng lượng thấp, băng thông rộng, có phạm vi đo lường có thể chọn, hỗ trợ phạm vi đo ± 15g, ± 30g và ± 60g.ADXL382 cung cấp các mức độ tiếng ồn hàng đầu trong ngành, cho phép các ứng dụng chính xác với hiệu chuẩn tối thiểu.Tính năng tiếng ồn thấp và tiêu thụ điện năng thấp cho phép đo chính xác các tín hiệu âm thanh hoặc âm thanh tim ngay cả trong môi trường rung động caoCác tên pin đa chức năng của ADXL382 chỉ có thể được tham chiếu bởi các chức năng của chúng liên quan đến giao diện thiết bị ngoại vi hàng loạt (SPI) hoặc giao diện I2C,hoặc bằng các chức năng âm thanh của chúng (Pulse Density Modulation (PDM)), I2S, hoặc Time Division multiplexing (TDM). ADXL382 có sẵn trong gói LGA 14 chân kích thước 2,9mm x 2,8mm x 0,87mm.
Một giải pháp hoàn chỉnh để giám sát trạng thái tài sản không dây bằng cách sử dụng AI cạnh
Voyager4 có thể sử dụng AI cạnh để giám sát trạng thái tài sản không dây. Nó sử dụng cảm biến MEMS đầu ra kỹ thuật số ba trục, bao gồm ADXL382 và ADXL367.Thiết kế này cũng bao gồm các bộ điều khiển vi mô MAX32666 BLE và MAX78000 AICác thiết bị cung cấp điện PMIC linh hoạt và tiết kiệm không gian PCB đã được thêm vào như các công tắc tải để tăng hiệu quả tiết kiệm năng lượng của các cảm biến không dây.3 bộ điều hợp với ăng ten. Voyager4 sử dụng BLE, vì vậy nó tương thích với bất kỳ PC nào có vô tuyến Bluetooth. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu suất và phạm vi tốt nhất, nên sử dụng bộ điều hợp khi giao tiếp với Voyager4.
ADG1633 / ADG1634 là một 4.5Ω RON, ba/bốn kênh đơn cực hai ném (SPDT), ± 5V / + 12V / + 5V / + 3.3V chuyển đổi.Cả ADG1633 và ADG1634 đều là các công nghệ CMOS công nghiệp (iCMOS®) đơn chipNó được trang bị ba hoặc bốn tự do và lựa chọn đơn cực chuyển đổi đôi lần lượt.Tất cả các kênh được trang bị đầu tiên mở và cuối cùng đóng công tắc để ngăn chặn mạch ngắn ngay lập tức khi mở hoặc đóng các kênh. ADG1633 (các gói LFCSP và TSSOP) và ADG1634 (chỉ gói LFCSP) cung cấp đầu vào EN để bật hoặc tắt thiết bị.Vì vậy, những thiết bị này rất phù hợp cho các thiết bị cầm tay chạy bằng pin.
ADXL367 là một máy đo tốc độ MEMS với mức tiêu thụ năng lượng nano, 3-trục, đầu ra kỹ thuật số ± 2g / ± 4g / ± 8g. Ở tốc độ dữ liệu đầu ra 100Hz, nó chỉ tiêu thụ 0,89 μA,và trong chế độ đánh thức kích hoạt hành động, nó chỉ tiêu thụ 180 nA. Không giống như máy đo tốc độ đạt được mức tiêu thụ điện năng thấp bằng cách sử dụng chu kỳ công việc điện,ADXL367 không thay thế tín hiệu đầu vào thông qua việc lấy mẫu nhưng thay vào đó lấy mẫu toàn bộ băng thông của cảm biến ở tất cả các tốc độ dữ liệu. ADXL367 có sẵn trong một gói 2,2mm x 2,3mm x 0,87mm.
MAX17262 là A 5.2μA, ModelGauge m5 EZ đồng bào pin mức đo với tích hợp trong phát hiện hiện hiện tại.có cảm biến điện dòng tích hợp và thuật toán ModelGauge m5 EZMAX17262 có thể theo dõi một tế bào pin duy nhất, tích hợp một máy dò dòng điện nội bộ và có thể phát hiện dòng xung lên đến 3.1A.IC được tối ưu hóa cho việc đo pin với dung lượng từ 100mAhr đến 6Ahr. MAX17262 có một gói cấp wafer 9-pin (WLP) nhỏ, không có chì, 0,4mm, 1,5mm x 1,5mm.
MAX20335 là một PMIC nhỏ cho hệ thống lithium-ion, được trang bị bộ điều chỉnh điện áp IQ cực thấp và bộ sạc pin.Nó có một giải pháp quản lý năng lượng tối ưu và hỗ trợ các hệ thống giám sát 7 x 24 giờ cho thiết bị đeo và IoTGiải pháp quản lý sạc pin MAX20335 là lý tưởng cho các ứng dụng đeo năng lượng thấp.Thiết bị bao gồm một bộ sạc pin tuyến tính với một bộ chọn năng lượng thông minh và một loạt các thiết bị ngoại vi tối ưu hóa năng lượng. MAX20335 áp dụng 36 quả bóng hàn, độ cao của quả bóng hàn 0,4mm và gói cấp wafer (WLP) có kích thước 2,72mm x 2,47mm.
Kết luận
Máy vi điều khiển với bộ gia tốc phần cứng AI tích hợp cung cấp các nút cảm biến không dây với khả năng ra quyết định vượt trội và tuổi thọ pin dài hơn.Thời lượng pin có thể được kéo dài ít nhất 50%Phân tích phương thức bao gồm trong cảm biến rung có thể tăng tốc chu kỳ phát triển cảm biến và đảm bảo thu thập dữ liệu rung chất lượng cao từ các tài sản được giám sát.Nền tảng giám sát tình trạng không dây Voyager4 do ADI ra mắt, kết hợp với các giải pháp thành phần liên quan, sẽ là trợ lý tốt nhất của bạn để thêm trí thông minh cho các hệ thống công nghiệp.
Người liên hệ: Mr. Sun
Tel: 18824255380
