通过软件驱动的安全电机预测性维护提高生产率

作者：Shankar Malladi、Jason Griffin和Sebastien Christian

为什么要进行预测性维护？

在当今的工厂中，仅在美国，由于系统故障就发生了1400万小时的计划外停机，导致数十亿美元的损失。挨次 为了防止此类事件，工厂通常采用昂贵的基于路线的 专家收集数据以评估设备运行状况的方法 或者利用一系列次优的传感解决方案，这些解决方案不能可靠地检测所有 这些系统中可能发生的潜在故障。

现在工业4.0（也称为工业物联网或IIoT） 浪潮如火如荼，工业客户更专注于部署 增加设备正常运行时间、降低运营成本、扩展的解决方案 设备使用寿命长，提高工人生产力。预测性维护 解决方案结合传感技术来收集设备数据并采用 高级分析和算法，可对 设备。因此，这种方法有望提高整体工业水平。 生产率提高 30% 以上。

一个常见的需求是完整的交钥匙无线解决方案，该解决方案结合了 硬件和软件，易于安装和使用。行业需要 不需要专家手动收集和/或安装的解决方案 并维护专用网络。

智能电机传感器 （SMS） 及其工作原理

智能电机传感器（SMS）是一种灵活的、开箱即用的端到端安全无线预测性维护（PdM）解决方案，它结合了ADI 电机方面的软件、硬件和领域专业知识，以创建安全的 用于电机预测性维护的可扩展产品。

智能电机传感器 （SMS） 可与 Android 和 iOS 移动应用程序配合使用，可轻松设置传感器、查看部署数据和应用内 有关关键事件的通知和警报。云托管仪表板提供 机器健康诊断和故障检测的完整概述 每个电机状态的详细信息和可视化以及 基于 AI 的分析，用于检测电动机中常见的故障。

电池供电的SMS器件集成了ADI公司的MEMS传感器、精密转换器和信号链。嵌入在SMS设备中的固件捕获各种 电机参数（如振动、温度、速度和磁性） flux），并通过Wi-Fi连接将此数据安全地发送到后端云 用于处理。在云上运行的人工智能 （AI） 引擎，并且 集成到 Web 应用程序中，分析数据并监控 电机。

该系统可以预测九种不同的电气和机械故障， 通常发生在电机中，一旦检测到，就会发送推送通知 或电子邮件，以通知用户要采取的适当操作。聪明的 电机传感器产品套件可作为端到端直接提供给客户 解决方案或通过 REST API。

传感器到云的软件构建块

图3显示了ADI的传感器到云软件框架，该框架用于构建SMS解决方案所需的软件。从传感器到云 安全的软件框架有助于满足对完整解决方案的需求， 没有将一个完整的系统放在一起的挫败感和复杂性 从真实数据中获取切实可行的见解。

图3.传感器到云的安全软件框架。

该框架还支持更高的可重用性，这有助于缩短 市场，并允许软件团队专注于交付特定于领域的产品 任何给定产品的解决方案。

除了功能和可扩展性外，规范性最佳实践和流程 是确保最强大和安全解决方案的框架的关键部分 已交付。软件框架是推荐最好的体现 实践和经过验证的流程，从从以用户为中心的角度处理每个新客户参与到DevOps原则的自动化 实现效率和合规性。

短信云和网络

OtoSense SMS云后端建立在安全软件之上并扩展了安全软件 框架。图 4 描述了云基础架构的组件。这 应用程序是多租户的，以支持加入多个客户和 确保数据隔离，如图 5 所示。独特的定制标签合作伙伴 版本还允许电机维修车间、电机分销商等客户轻松添加他们的徽标和品牌，并将短信直接出售给 他们的客户。合作伙伴只需 点击几下，所有必要的架构都会自动生成，同时 载入电子邮件邀请将发送给客户。

图4.来自安全软件框架的 SMS 云组件。

图5.多租户确保客户数据隔离。

短信移动应用程序

ADI OtoSense SMS移动应用的架构具有代码重用功能 作为优先事项。核心应用程序由多个模块组成，包括短信 通信模块、API 通信模块和核心应用 模块（视图和导航），如图 6 所示。

图6.移动应用程序体系结构。

这些模块表示可以在所有自定义标签中重复使用的所有内容 合作伙伴应用程序。对于每个新的自定义标签应用程序，都会创建一个新的配置集，其中包含合作伙伴的品牌 UI 组件和 API 配置。此软件架构使移动应用程序开发团队能够快速轻松地创建新的合作伙伴应用程序，以及 高效地向所有合作伙伴应用程序发布新功能和更新。

短信人工智能引擎

ADI OtoSense AI平台可以解决任何检测解释挑战。 该平台已被用于实现智能电机传感器解决方案的机器学习组件。

ADI在电机方面的深入了解已被用于创建数字 电动机在所有负载、转速和温度范围内的最佳行为蓝图。但是，一旦出售的每台电机都偏离了这一点 初始模型。它的环境、使用和维护操作使其独一无二。

安装在电机上后，ADI OtoSense SMS首先采集数据进行学习 这款电机与蓝图有何不同，并创造了独特的数字孪生 对于 SMS 边缘设备连接到的电机。从那里，OtoSense SMS 将来自该电机的数据与在 完全相同的操作条件。如果行为存在实质性差异 在物理电机及其数字孪生之间，OtoSense SMS对此进行了分析。 差异，以确定这种差异的最可能根本原因，以及 通知用户故障的存在、其来源以及 执行以解决它。

系统能够检测以下九个常见问题：

电机动力系统中可能导致不对称的故障 电机电流。

由于任何电机旋转部件的重心位移而导致机器转子不平衡。

电机和电机负载之间失去对准。

电机定子故障，导致电机不对称 电流。

定子与定子同心度时电机故障 转子未维护。

电机冷却系统出现问题，例如通风受阻 出口或风扇停止，在电机独立通风的情况下。

转子故障，例如转子有源部分的不连续性，例如 转子棒或短路环，或铜转子焊接问题。

轴承故障，例如缺乏润滑或内部和外部缺陷 比赛、保持架或滚动体。

电机固定系统与操作台上的问题，如脚软/松。

短信固件

SMS中嵌入的固件捕获电机的各种参数 它附着并发送的（振动、温度、速度、磁通量） 这些数据通过Wi-Fi连接到后端云安全地进行处理。短信固件通过Wi-Fi与iOS或Android智能手机连接 用于启用设备安装和预配的接口。固件提供 用于在部署期间和之后对设备进行故障排除的诊断信息，并且可以通过无线方式安全地更新。

SMS 固件是利用基于可移植服务的基于架构的框架构建的。该框架由模块化、可重用的功能组成 包装在与应用程序无关的服务 API 中的块，以实现其他 IoT 的重用 应用。它还使应用程序开发人员能够轻松集成特定于应用程序的信号处理功能和算法以及服务 API 进入产品。图 7 显示了框架的功能块。

图7.安全固件框架功能块。

端到端安全性

ADI OtoSense SMS采用端到端设计，具有业界最佳的安全性 协议和控制，确保 SMS 数据和见解保持其 准确性和精密度，经过可靠的处理，不间断地传输，并且始终且仅由授权的OtoSense SMS用户访问。

每个SMS客户在OtoSense云上都有一个专用帐户，所有数据 （传感器数据、见解、帐户信息等）使用客户进行分区 ID 作为顶级分区键。对客户数据的访问仅限于会员 客户帐户，并通过身份和 主要云服务提供商提供的访问管理服务。

用户帐户创建、管理和用户名/密码登录安全性 （包括密码重置功能）利用受信任的用户管理 以及来自主要身份和登录服务提供商的身份验证服务， 确保用户从两个移动应用程序安全可靠地登录 和网络仪表板。

SMS 设备和 Web 应用程序之间的会话是独占的 通过相互认证的 TLS 建立。进出短信设备的所有数据都是 通过 MQTT-over-TLS 协议加密和传输。这包括传感器 数据、发送到 SMS 设备的命令以及传输到 已部署短信设备。

结论

所有软件构建模块，结合ADI的先进技术，如 MEMS传感器、精密转换器和信号链以及电气专业知识 电机，为电机的预测性维护提供了完整的开箱即用解决方案。端到端安全解决方案旨在提供 值得信赖的见解，可延长设备正常运行时间、降低运营成本、扩展 设备使用寿命长，提高工人生产力。

审核编辑：郭婷