作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-08-30

監控機器的振動和溫度等參數可以提供有關機器性能和運行狀況的實時數據，并為制造商提供安排主動維護、減少停機時間和提高生產率所需的數據。

物流設施或運輸過程中的濕度和溫度監測可以提高運營績效并保存疫苗或新鮮農產品等商品。具有有線和無線連接的環境監測系統可滿足各種應用，包括企業和云數據中心。

監測振動有助于在潛在的機器問題發生之前識別它們。國際標準化組織 (ISO) 10816 可以作為重要參考。它為評估用于泵、風扇、壓縮機、變速箱、鼓風機、干燥機、壓力機以及在 10 至 1000 Hz 頻率范圍內運行的類似機器的電機的振動嚴重程度提供了指導。

本文介紹了在監控系統的有線和無線連接之間進行選擇的一些關鍵注意事項，以及如何使用有線和無線網絡不是非此即彼的選擇。然后，它檢查了 ISO 10816 中定義的四類振動嚴重程度。最后討論了實現有線和無線狀態監測系統的各種選項，包括使用多個傳感器來監測振動、溫度、濕度和代表性應用。

[Banner Engineering提供多種][設備健康監控]EHM 網關選擇，可輕松訪問 EHM 網絡數據。工業 EHM 設計人員可以選擇該公司的[SNAP ID]有線網關解決方案（帶有用于傳感器讀數的本地顯示屏或可選的云儀表板）以及旨在直接與云儀表板連接的[CLOUD ID]無線網關（圖 1）。這兩種選擇的共同特點包括：

• 一系列傳感器可供選擇以優化 EHM 操作
• 自動識別連接的傳感器支持快速部署，無需額外編程
• 傳感器數據可隨時用于調整設備或安排所需的維護，以最大限度地減少停機時間并最大限度地提高生產率
• 兩個系統均支持云連接
• 預配置的儀表板可用并可定制，以實現最佳的數據可視化

圖 1：Banner 的 SNAP ID 有線（左）和 CLOUD ID 無線（右）EHM 網關有幾個共同的功能。 （圖片來源：DigiKey）

有線還是無線 EHM 網關？

雖然有線和無線 EHM 網關具有一些共同的功能，但它們之間存在本質區別。 AMG [-SNAP-ID]資產監控網關 (AMG) 支持最多 20 個傳感器和轉換器的調試、監控和警報。它支持 Modbus 和 Banner 的 SNAP SIGNAL 連接并掃描單個傳感器或轉換器，自動檢測型號信息。用戶可以更改和分配 Modbus 服務器 ID 號，以構建和調試自定義 EHM 解決方案。連接的設備可以分組，警報可以單獨分配閾值。通過觸摸屏和外殼頂部指示燈的顏色可以看到警報狀態。

當需要直接連接到云端時，EHM 系統設計人員可以使用[DXM1200-X2] IIoT 網關來連接來自 Banner 和第三方的多達 200 個設備，以提供性能和機器運行狀況數據。它可以自動檢測并連接傳感器節點，并將數據傳送到Banner Cloud軟件。開發人員可以選擇簡單或復雜的編程工具。 IIoT 網關可以在邊緣處理信息，然后通過以太網和蜂窩網絡發送信息，以便通過直觀的云儀表板在世界任何地方進行監控。

有線和無線 EHM 架構

有線和無線 EHM 架構并不相互排斥。有線系統可以具有無線元件，無線架構通常包括有線連接。

例如，基本的有線 EHM 架構可以包括連接到多個傳感器的多個接線盒，例如 4 端口[R50-4M125-M125Q-P]和 8 端口[R95-8M125-M125Q-P]。 Banner 的 Sure Cross R70SR 串行數據無線電（如 900 MHz [R70SR9MQ]和 2.4 GHz [R70SR2MQ]）無需額外布線即可擴展網絡范圍。這些無線電的特點包括（圖 3）：

• RS-485串行接口
• 支持星形和樹形網絡拓撲
• 支持多跳自愈、自動路由射頻網絡，進一步擴展網絡范圍
• 跳頻擴頻 (FHSS) 技術可實現可靠的數據傳輸

圖 3：基本有線資產監控拓撲（左）和無線連接遠程傳感器集群示例（右）。 （圖片來源：DigiKey）

在大型設施中，許多系統可以分布在廣闊的區域，包括：

• 空氣壓縮機
• 泵送系統
• 輸送系統
• 大量的電動機和機器
• 變速箱
• 空氣過濾系統
• 儲罐中的液位測量和監控

在這些情況下，可以通過結合有線和無線技術來提高 EHM 系統性能。上述 DXM1200-X2 無線 IIoT 網關包括 Modbus 有線連接。如果需要以太網，設計人員可以轉向[DXMR90-X1]。 DXMR90-4K [可以]實現 IO-Link 主站/控制器功能。除了選擇 Modbus、以太網和 IO-Link 之外，設計人員還可以使用 R709 串行數據無線電為物理上分散的資產提供無線連接。

ISO 10816 振動嚴重程度

ISO 10816 是 EHM 系統的重要標準。它量化了電動機、泵和發電機等機器的振動嚴重程度。該標準使用加速度、位移或振動速度的均方根 (rms) 值。 ISO 10816 還包括峰峰值的考慮因素。當測量兩個或多個參數時，振動嚴重程度具有最高的有效值。該標準將振動嚴重程度分為四個級別：

• 良好通常表示新調試的機器。
• 令人滿意的振動表明操作區域不受限制。
• 不滿意的振動表明需要限制操作并安排預防性維護。
• 不可接受的振動表明機器可能損壞。

圖 5：IEC 10816 包括四個振動嚴重程度類別。 （圖片來源：邦納工程）

振動和機器學習

即使是“相同”的機器也不是精確的復制品。這就是機器學習 (ML) 的用武之地。Banner Engineering 提供 VIBE-IQ，這是一種振動監控軟件包，它使用機器學習 (ML) 為每臺機器的振動建立獨特的基線操作值。然后，機器學習軟件會自動設置警告和警報閾值。它可以自動執行復雜的 EHM 計算和分析。 VIBE-IQ 的一些功能包括：

• 持續監測 10 至 1,000 Hz 的均方根速度、1,000 至 4,000 Hz 的均方根高頻加速度以及溫度
• 僅監控正在運行的電機
• 使用數據進行趨勢分析以及實時監控來識別以下情況：
  • 系統錯位或不平衡
  • 部件磨損或松動
  • 軸承過度磨損
  • 電機安裝或驅動不當
  • 過溫條件
• 主動向主機控制器或云端發送警報

振動和溫度

振動并不是機器可能需要預防性維護的唯一線索。溫度上升趨勢還可以向 EHM 系統發出潛在問題的警報，特別是當溫度上升與振動增加相關時。

結合這兩個參數可以更全面地了解設備的狀況。它們可以提醒操作員注意不同的情況，并提供多種好處：

• 振動可以識別機械問題，例如不對中、不平衡、軸承磨損等。
• 溫度升高可以識別電氣問題，例如繞組過熱或潤滑問題。
• 當檢測到異常操作時，將帶外振動和溫度關聯起來可以幫助識別可能的原因。例如，振動模式可以幫助識別根本原因。
• 通過監測溫度和振動可以幫助規劃預防性維護。溫度逐漸升高并不一定像振動增加那樣造成問題，需要立即進行糾正。
• 了解如何使用傳感器數據來改進長期資產選擇和利用，以在潛在的運營限制成為問題之前識別它們。

當需要監控溫度和振動時，EHM 系統設計人員可以使用鋁制外殼中的[QM30VT2]傳感器或不銹鋼外殼中的[QM30VT2-SS-QP]，兩者均來自 Banner Engineering。兩個傳感器都可以通過 RS-485 作為從設備連接到 Modbus 無線電或任何 Modbus 網絡。它們外形小巧，能夠安裝在狹窄的位置。其他功能包括：

• 高精度溫度和振動測量
• 溫度測量范圍為-40°C至+105°C，分辨率為1°C，精度為±3°C
• 檢測帶寬高達 4 kHz 的雙軸振動，25°C 時精度為 ±10%，默認采樣頻率為 20 kHz
• 輸出均方根速度、均方根高頻加速度、峰值速度以及根據振動波形預處理的其他參數

振動譜帶是一項先進的功能。除了 10 至 1,000 Hz 和 1,000 至 4,000 Hz 標量數據之外，它還允許用戶分割寬帶快速傅立葉變換 (FFT)，以獲得較窄頻帶的均方根速度或加速度數據。根據用戶的需要，頻段可以手動輸入，也可以根據動態或靜態速度輸入自動生成。譜帶分析可以幫助更具體地診斷旋轉機器的問題。

溫度和濕度

監測溫度和濕度對于數據中心、倉庫、潔凈室、冰箱或冷水機組非常重要。[DX80N9Q45THA]等溫度和濕度傳感器可以幫助：

• 保存新鮮農產品或疫苗等商品，了解溫度和濕度對于長期生存和防止腐敗至關重要
• 保護數據中心內的服務器和存儲設備等設備，因為過高的溫度或濕度會干擾正常運行或導致故障
• 提高倉庫和其他設施中人員的健康和安全，因為高濕度會使工人難以在高溫下保持涼爽，可能導致中暑

溫度測量范圍為-40°C至+85°C，分辨率為0.1°C，-40°C至0°C精度為±0.6°C，0°C至+60°精度為±0.4°C C，從 +60°C 到 +85°C ±1.2°C。濕度傳感器可測量 0% 至 100% RH，+25°C 時精度為 ±2%，0°C 至 +70°C 時精度為 ±3%，10% 至 90% RH 時精度為 ±7%。 0°C 至 +70°C 和 0% 至 10% 或 90% 至 100% 相對濕度。

當設備打開時，它以快速采樣模式運行，每兩秒發送一次數據。五分鐘后，節點進入默認模式，每隔五分鐘發送一次數據。用戶可選擇 15 分鐘或 64 秒的采樣率。

具有 900 MHz 無線電的型號以 1 W (30 dBm) 或 250 mW（24 dB 用戶可選）傳輸。 250 mW 模式會縮短短距離應用的范圍，但會延長電池壽命。對于 2.4 GHz 型號，發射功率固定為約 65 mW (18 dBm)。在存儲模式下運行時，無線電將關閉以節省電池壽命。

結論

工業 4.0 工廠中有效的 EHM 系統可監控振動和溫度，以幫助確保高水平的正常運行時間。濕度和溫度傳感器還可以提高數據中心的運營性能，并在倉庫和物流運營中保存疫苗或新鮮農產品等商品。這些系統可以使用有線或無線連接來監測多個參數。

審核編輯 黃宇