오픈 소스 키트는 예측 유지 관리를 지원합니다.

iCOMOX(지능형 상태 모니터링 상자)는 장비, 자산 및 산업 시설의 상태 기반 모니터링을 위한 오픈 소스 개발 플랫폼입니다. 보드의 목표는 장비 표면의 작동 조건을 모니터링하여 잠재적인 오류를 식별하고 장비 작동 및 유지 관리와 관련된 위험을 줄이는 것입니다. 상태 기반 모니터링은 계획되지 않은 가동 중지 시간과 유지 관리 비용을 최소화하면서 장비 작동 수명을 연장합니다. 따라서 오픈 소스 플랫폼은 인더스트리 4.0 자동화의 목표를 발전시켜 디지털 솔루션을 통해 생산 효율성을 높입니다.

인더스트리 4.0을 위한 예측 유지보수

예측 유지 보수는 지능형 IoT 센서와 내장형 제어 솔루션이 지원하는 진정한 전략으로, 고급 비즈니스 모델을 제공하여 회사와 고객 사이에 부가 가치를 창출하고 상당한 유지 보수 비용 절감을 달성합니다. 센서를 사용하여 주요 장비를 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 생산 데이터를 실시간으로 기록하고 클라우드에 실시간으로 무선 전송하여 예측 유지 관리 분석을 통해 흐름을 최적화하고 보안을 강화할 수 있습니다. 컨설팅 회사인 McKinsey &Co.는 공장에서 예측 유지 관리를 효과적으로 사용하면 가동 중지 시간을 최대 50%까지 줄이고 장비 유지 관리 비용을 10~40% 절약할 수 있다고 추정합니다.

예측 유지 관리 환경에는 솔루션을 모델링, 시뮬레이션, 테스트 및 배포하는 플랫폼이 포함됩니다. 이 도구에는 기계 데이터의 패턴을 감지하기 위한 산업 데이터 통합 ​​및 분석 알고리즘과 취해야 할 시정 조치를 결정하기 위한 근본 원인 분석 도구가 포함됩니다.

진동, 온도 및 압력은 장비 상태를 표시하고 잠재적인 오류를 식별할 수 있는 매개변수 중 일부일 뿐입니다(그림 1). 모니터링 기술은 일반적으로 압축기 및 펌프와 같은 장비에 사용됩니다.

그림 1:오류 감지를 위한 진동 주파수 분석(이미지:Analog Devices)

진동은 불균형, 오정렬 및 기타 이상 현상의 가장 흔한 증상이기 때문에 예측 유지보수는 회전 기계의 진동 분석을 기반으로 하는 경우가 많습니다. 한편 온도 센서는 중요한 기계 부품을 모니터링하여 작동 조건의 변화를 감지합니다.

오일 입자 센서는 윤활 시스템의 입자 오염 수준을 모니터링합니다. 입자 수의 증가는 기계 마모를 나타낼 수 있습니다. 그리고 전류 센서는 기계 구성 요소의 전력 소비를 모니터링합니다. 일반적인 애플리케이션은 마모를 측정하기 위해 모터의 전류 소비를 모니터링하는 것입니다.

그림 2:예측 유지보수(이미지:Bosch)

정교한 산업용 센서 외에도 예측 유지보수 모델을 구현하려면 제어 기술(종종 생산 제어 소프트웨어를 통해)이 필요합니다. 수집된 데이터는 현재 및 미래의 기계 작동을 지능적으로 관리하기 위해 IO-Link 또는 기타 제어 시스템을 통해 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)로 전송됩니다(그림 2). Arrow와 공동으로 Shiratech iCOMOX 보드를 살펴보겠습니다.

보드 세부정보

우아하게 표현된 iCOMOX 키트는 실제 보드와 SmartMesh 무선 통신을 위한 제어 허브(동글)의 두 가지 장치를 제공합니다. 펌웨어 업그레이드를 위한 연결 케이블과 최적의 장착을 위한 지지 구조가 포함되어 있습니다(그림 3, 4).

그림 3:iCOMOX 키트
(이미지:EE Times Europe)

그림 4:SmartMesh 제어용 카드(상단) 및 무선 허브(이미지:EE Times Europe)

플랫폼에는 진동, 자기장, 온도 및 오디오 센서가 장착되어 있습니다(그림 5). 넓은 동적 범위와 진동 분석을 위한 탁월한 신호 대 잡음비(SNR)를 제공합니다. 또한 과열을 방지하기 위해 모터의 소음 방출 감지 및 전류 분석이 가능합니다. SmartMesh 통신은 저전력 무선 통신을 가능하게 합니다. 보드는 각 센서에 대한 경고 및 경보 수준을 구성하는 기능을 제공합니다. 컴팩트한 폼 팩터와 CE 및 FCC 인증이 기능을 완성합니다.

그림 5:iCOMOX 보드의 센서 및 구성 요소 배열
(이미지:Shiratech)

시스템의 중심에는 SensorStrobe 기술을 통한 통합 전원 관리 기능이 있는 Analog Devices ADuCM4050 초저전력 Arm Cortex-M4F 프로세서가 있습니다. 또한 MCU에는 디지털 주변 장치, SRAM 및 내장 플래시 메모리 모음, 그리고 클로킹, 재설정 및 전원 관리 기능을 제공하는 아날로그 하위 시스템이 있습니다. ADC(아날로그-디지털 변환) 하위 시스템에는 12비트 SAR(연속 근사화 레지스터) ADC와 데이터 수집을 위한 1.8Msps, 8채널 변환기가 제공됩니다(그림 6).

그림 6:ADuCM4050의 블록 다이어그램(이미지:Analog Devices)

Arm Cortex-M4F 프로세서는 최대 52MHz 성능과 오류 수정 코드(ECC)가 포함된 512KB 내장 플래시를 통해 활성 전력을 낮추기 위한 4KB 캐시와 패리티가 있는 128KB 시스템 SRAM을 제공합니다. ADuCM4050은 SHA(Secure Hash Algorithm)-256 및 다음 모드와 함께 AES(Advanced Encryption Standard)-128 및 AES-256을 지원하는 암호화 하드웨어를 제공합니다. 전자 코드북(ECB), 블록 암호화(CBC), 카운터(CTR) 및 블록 암호화(CCM/CCM).

그림 7:ADXL356 진동 센서의 블록 다이어그램(이미지:Analog Devices)

진동 센서는 저잡음 MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 가속도계가 있는 Analog Devices ADXL356입니다(그림 7). IC는 -40°C ~ 125°C에서 탁월한 장기 안정성을 제공합니다. Bosch BMM150 3축 자기장 센서는 높은 정확도와 역학으로 절대 공간 방향 및 모션 벡터를 제공합니다.

Infineon Technologies의 IM69D130은 Infineon의 이중 백플레이트 MEMS 기술을 사용하여 105dB의 동적 범위와 최대 130dBSPL의 출력 선형성을 제공하는 고성능 디지털 MEMS 마이크입니다(그림 8). 그 결과 수정처럼 맑은 오디오 신호, 확장된 수신 거리, 속삭이는 연설에서 록 콘서트에 이르기까지 부드럽고 큰 신호에 대한 감도가 향상되었습니다.

그림 8:IM69D130 디지털 마이크(이미지:Infineon Technologies)

플랫폼에 사용된 온도 센서는 ±0.5°C 정확도와 16비트 분해능을 갖춘 Analog Devices의 ADT7410입니다. -55°C ~ 150°C 범위의 온도를 측정합니다.

이 보드는 동글과 Analog Devices의 LTC5800을 통해 SmartMesh 네트워크를 통해 데이터 공유 및 관리를 제공합니다. Dust Networks의 고집적 저전력 무선 설계와 32비트 Arm Cortex-M3 마이크로프로세서를 갖춘 LTC5800-IPM 시스템 온칩을 통해 SmartMesh IP 네트워킹 소프트웨어를 실행할 수 있습니다. 보드에 통합된 LTC5800-IPM SoC는 칩 전력 증폭기(PA)와 트랜시버를 갖추고 있어 전원, 수정 및 안테나를 매칭 회로로 분리하는 것만으로 완전한 무선 노드를 생성할 수 있습니다.

>> 자매에 대한 전체 기사에서 지원되는 연결 및 펌웨어에 대해 계속 읽기 사이트, EE Times Europe.