深入洞察不断进步的状态监测领域

用于监测、诊断、预测机器健康的新技术不断涌现。新IIoT供应商似乎每月出现在雷达上。传感器技术出现频率较低，但常见工业测量指标的新选项已成为活跃投资领域。当然，您也无法忽视人工智能世界中以各种形式涌现的新声称、平台和工具。

本文是一位技术专家谦逊尝试，旨在帮助告知、澄清、揭秘状态监测和预测性维护行业特定新产品的IoT技术持续探讨。

超越振动？

问题被问到：为什么常见工业传感器如油液状况没有更多无线传感器选项？

这是公平问题。部分答案在于核心传感器换能器技术可用性。振动无线传感器选项的爆发不仅得益于无线协议（如BLE）改进，还得益于低成本、芯片级MEMS加速度计，其振动测量性能已改进。MEMS帮助具备IoT能力但缺乏传统振动测量经验的公司进入工业状态监测市场。

虽然各种健康油液或润滑指标（如颗粒或水分存在、酸度、TAN/TBN、粘度等）的传感器突破可能在大学实验室找到，但商用油液状况监测传感器调查显示大型外壳、从工业级电源（即10-30VDC）消耗功率，不特别支持无线传输。

尽管如此，IIoT供应商正尝试通过在无线振动产品组合中增加传感器“枢纽”拓扑来满足行业传感需求。这些枢纽基本上是无线网桥，带有端口接受适合连接和数字化常见工业传感器输出的模拟输入。这种能力可帮助扩展状态监测系统可用传感器套件。

目前可用的IIoT枢纽可数字化与油温湿度、压力、温度探头、超声波、电流和机器转速成比例的传感器信号，随后通过与振动传感器相同网络传输并显示到云端或移动应用。

图1. KCF Technologies无线枢纽（左）提供IEPE传感器端口以及转速、超声波和油质/湿度。Petasense WiFi枢纽（右）支持超声波、电流、压力、振动（三轴和IEPE）和RTD温度端口。

此外，可见IIoT供应商提供润滑维护工具，如在现有仪表盘上与振动数据一起收集润滑数据、记录所需行动。

图2. Ijssel的UpTimeWorks润滑导向PdM服务开发无线振动感测，数据与油液维护在同一仪表盘可用（左）。Schaeffler新发布的OPTIME C1加油器具备无线连接液位监测、NFC调试和油类信息，数据通过显示振动传感器传输数据的相同仪表盘可用（右）。

尽管有这些发展，显然油样数据收集和分析将继续由合格专家服务，而传感器和IIoT工具开发旨在提升效率——很像今天振动状态监测的状态。

今天难打开网站或社交媒体平台不见人工智能（AI）标题。但此时这个短语真正意味着什么，特别是对工业维护社区？过去五到十年进入状态监测市场的几家IIoT供应商大力宣传其振动感测系统AI能力。这能力是否成为许多人期望的游戏规则改变者？

首先，让我们更深入看看一些供应商描述的能力，以及数据工程方法实际应用于预测性维护的案例研究。

图3. 提供某种形式AI诊断的无线供应商。从左至右——Symphony Industrial、Petasense、Nanoprecise和Augury。

数据驱动方法可在几个方面与经典振动信号处理区分。基本统计可应用于振动波形创建多个状况“指标”，每个专门敏感于机器行为某些方面。

数据工程也将尝试从多数据源创建健康指标。诊断有效部分归因于揭示哪个贡献者对整体健康指标变化责任最大。

资产主题专家与数据工程师协作可将故障覆盖扩展至旋转设备常见之外的异常。当数据工程方法应用于现有过程控制信号、无新增仪表时，也展示良好结果。

经验丰富分析师查看振动频谱可揭示电机或泵最弱部件信息，但这种高度可视化诊断实践不易规模化。相反，机器诊断数据驱动方法可重复、可扩展。

一旦妥善训练，各种机器学习算法将日复一日以相同方式执行[1]。

图4. 从振动、压力、流量导出的健康指标模型用于监测泵健康。主要贡献指标将指示不同新兴异常。

网络搜索电池寿命文献导致大量关于电动汽车讨论，但关于IIoT电池角色和行为的信息寥寥无几。

电池本身是复杂设备，电化学方式存储和释放电荷，这不仅意味着电荷释放能力取决于温度等环境条件，还取决于与应用相关其他因素。美国北部每个车主都知道电池不喜欢寒冷天气。但他们知道负载电流如何影响电池容量、电池完全耗尽时容量会发生什么吗？

查看无线振动传感器产品规格，性能取决于运行条件和特定应用显而易见。但应用于电池寿命规格有时模糊条件的解读可能不易。

图5. 电池释放电荷能力取决于温度、平均负载电流等运行条件。电池测试测量标准如截止电压或放电深度（DOD）也是估算容量关键。（图片来源：Saft Batteries）

一般而言，对IIoT应用，环境变量包括预期传输距离（无线电功率）、设施内众多金属障碍物（因接收错误重传）、无线电协议效率、传输数据量。振动测量特别是一种与其他测量指标不同的测量指标。

经验丰富分析师想自己分析波形，对转速较慢机器，这意味着高分辨率振动测量、秒级采样长度，导致传输数据远超仅当前温度。

正如预期，总电荷随传输距离增加而增加，因建立网关连接和传输数据消耗更多能量。振动传感器常配置为24小时内有限传输，这也意味着“休眠”模式主导该期间电流消耗。这种最小电流消耗包括电路漏电，半导体中随温度升高增加。

这两种效应都将通过要求每传输周期释放更多电荷来减少电池寿命。

现场测试无线振动传感器样本数据显示无线传感器电池寿命变异性。24小时周期内各条件下总电荷消耗显示随距离和运行温度增加电荷消耗增加。

图6. 现场测试少量无线振动传感器初步结果。总电荷消耗符合预期随传输距离和运行温度增加而增加。

将IIoT能力加入PdM工具箱为服务提供商提供更频繁测量，帮助密切监测手动难以或不安全接近的机器。通过IIoT收集数据也更易远程便捷访问分析，可馈送高级数据处理平台与其他传感器数据结合，产生更全面诊断视图。

与任何复杂工具一样，不进行一定范围试点研究，几乎不可能理解这些技术在您环境中将如何表现。在购买任何设备前，通过系统规格纸面研究筛选可用系统可以是良好投资，特别是如果您不太熟悉新技术优势和局限。

[1] 假设机器基本运行模式不变。一致条件对振动状况指标有效趋势也必要。

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