Bezprzewodowe czujniki drgań
Nowoczesne technologie wkroczyły w ostatnich latach w rozwiązania do monitorowania drgań i diagnostyki wibracyjnej, szczególnie w związku z rozwojem tzw. Przemysłu 4.0. Wśród nich dużą popularnością cieszą się bezprzewodowe czujniki drgań.
Konieczne jest jednak dobre zrozumienie ich możliwości i ograniczeń, na które zwrócimy uwagę prezentując ten artykuł.
Parametry pomiarowe bezprzewodowych czujników drgań
Parametry pomiarowe, pod kątem możliwości diagnostyki drgań, w większości oferowanych rozwiązań bezprzewodowych można uznać za dobre, lub bardzo dobre. Większość rozwiązań opiera się o rozwiązania akcelerometrów MEMS, ale sporadycznie spotyka się rozwiązania oparte o czujniki piezoelektryczne. Przewaga rozwiązań MEMS związana jest z ich stosunkowo łatwą aplikacją elektroniczną, tanią zabudową mechaniczną i niskim zapotrzebowaniem na energię, co jest kluczowe, w przypadku rozwiązań zasilanych bateryjnie. Ograniczeniem przeważnie jest pasmo przenoszonych częstotliwości, które sięga najczęściej kilku kiloherców, co do pomiaru ogólnego stanu maszyny jest wystarczające, ale przy wczesnym wykrywaniu uszkodzeń łożysk tocznych jest często ograniczeniem. Kolejną słabością rozwiązań MEMS jest zakres przetwarzanej amplitudy, do kilku lub kilkunastu g. Niejednokrotnie zużyte łożyska generują wyższe poziomy drgań, co może powodować nasycanie czujnika. Akcelerometry piezoelektryczne pod tym kątem dają szersze możliwości, zarówno jeśli chodzi o pasmo częstotliwości, sięgające najczęściej 10 kHz lub więcej. Także amplitudy drgań, w standardowych czujnikach piezoelektrycznych sięgają 80 g przy czułości 100 mV/g. Przy niższej czułości mogą osiągać nawet 800g przyspieszenia, bez przesycenia. Ograniczeniem w stosowaniu akcelerometrów piezoelektrycznych, w czujnikach zasilanych bateryjnie, jest ich większa energochłonność, wynikająca z konieczności kondycjonowania sygnału ładunkowego.
Na co zwrócić uwagę wybierając bezprzewodowy czujnik drgań
Kluczowym parametrem, na jaki trzeba zwrócić uwagę jest żywotność baterii. Wykonywanie przez czujnik pomiarów, zawsze wiąże się z pobraniem porcji energii, więc gęściej zbierane dane potrafią szybko zużyć baterię. O ile jest ona wymienna, możemy przedłużyć życie czujnika, jednak szereg rozwiązań, po wyczerpaniu niewymiennej baterii, nadaje się wyłącznie do utylizacji. Typowe czasy pracy czujników bezprzewodowych drgań, zasilanych bateryjnie to 2, 3 lub 5 lat. Należy koniecznie zwrócić uwagę, przy jakich interwałach pomiarowych producent podaje żywotność baterii, ponieważ częste pomiary mogą zużyć baterię w kilka miesięcy. Dodatkowo praca w niskich lub wysokich temperaturach może ten czas jeszcze ograniczyć.
Pomiar drgań czujnikiem bezprzewodowym
Sam pomiar wykonany przez czujnik bezprzewodowy to jedno, ale kluczowa jest możliwość wykorzystania danych w raporcie diagnostycznym. Ważne jest, aby czujniki posiadały przyjazną w obsłudze aplikację i czytelny interfejs prezentacji wyników analiz drganiowych. Trzeba też pamiętać, że opomiarowanie parku maszynowego, często wiąże się z instalacją kilkudziesięciu lub kilkuset czujników i sprawne poruszanie się w danych diagnostycznych, pozwala na znaczące skrócenie czasu wykonywania prawidłowej diagnostyki uszkodzeń maszyn. Niejednokrotnie platformy diagnostyczne nie mają rozbudowanych narzędzi analitycznych i zebrane dziesiątki danych są trudne w interpretacji i późniejszym raportowaniu.
Instalacja czujników bezprzewodowych
Instalacja czujników bezprzewodowych ma na celu redukcję kosztów instalacji kablowej, jednak ważne jest aby czujniki działały stabilnie i dane przesyłane bezprzewodowo nie były tracone. W obecnych czasach istnieje szereg standardów komunikacji, dających dość dobre i efektywne energetycznie możliwości komunikacji, jak Bluetooth lub LoRaWAN, jednak większe odległości, w środowisku przemysłowym mogą powodować komplikacje w komunikacji i wtedy redukcja kosztów instalacji kablowej może ograniczyć również zdolności sygnalizowania awarii maszyn.
Bezprzewodowe czujniki drgań mogą pracować jako pojedyncze jednostki, do których dostęp zyskujemy po połączeniu się na przykład z wykorzystaniem telefonu komórkowego. Łapanie zasięgu z rozproszonych w zakładzie czujników i łączenie z poszczególnymi lokalizacjami jest jednak czasochłonne. Bardziej funkcjonalnym rozwiązaniem jest komunikacją czujników z bazą, tzw. bramką. Bramka ma najczęściej postać urządzania montowanego w zasięgu pracy kilku, lub kilkudziesięciu czujników bezprzewodowych, jest stale zasilana kablowo i ma możliwość kablowej transmisji danych, do systemów nadrzędnych, z dodatkowym dostępem do danych z czujników bezprzewodowych, poprzez sieć Ethernet./WiFi. Daje to możliwość elastycznej transmisji wyników do lokalnych systemów automatyki oraz platformy diagnostycznej, która może być umieszczona na serwerze wewnątrzzakładowym lub w tzw. chmurze.
Czujniki bezprzewodowe drgań są więc ciekawym rozwiązaniem, dającym nowe możliwości diagnostyczne dla maszyn, których opomiarowanie tradycyjną instalacją kablową jest trudne lub wręcz niemożliwe. Trzeba jednak pamiętać, alby bezprzewodowe czujniki drgań zapewniały dobre parametry diagnostyczne, duża amplitudę mierzonych drgań, solidny montaż do maszyny, długotrwałą baterię oraz łatwą analizę danych transmitowanych do platformy i możliwość integracji z tradycyjnymi systemami nadzoru maszyn. Firma VIMS oferuje szereg sprawdzonych rozwiązań w tym zakresie, więc jeśli zamierzasz zastosować czujniki bezprzewodowe drgań do monitorowania i diagnostyki Twoich maszyn skontaktuj się z nami, a zaproponujemy optymalne rozwiązanie.
