Comprensione del monitoraggio wireless
Definizione: Che cos'è il monitoraggio wireless?
Monitoraggio wireless (chiamate anche reti di sensori wireless o WSN) si riferisce a monitoraggio delle condizioni sistemi che utilizzano sensori alimentati a batteria che trasmettono vibrazione, temperatura e altri dati tramite comunicazione a radiofrequenza (RF) ai ricevitori centrali, eliminando la necessità di cavi di segnale tra i sensori e l'hardware di monitoraggio. I sistemi wireless combinano sensore, elaborazione locale, trasmettitore radio e batteria in pacchetti compatti montati direttamente sull'apparecchiatura, comunicando le misurazioni a gateway/ricevitori che inoltrano i dati al software di monitoraggio tramite le reti dell'impianto.
Il monitoraggio wireless riduce drasticamente i costi di installazione (nessuna posa di cavi), consente il monitoraggio di apparecchiature rotanti, installazioni temporanee e luoghi difficili da raggiungere e consente una rapida espansione della copertura di monitoraggio. I progressi tecnologici nell'elettronica a basso consumo e nell'energy harvesting stanno rendendo il wireless sempre più praticabile per applicazioni permanenti. monitoraggio online applicazioni.
Architettura del sistema
Nodi sensore wireless
- Sensore: MEMS o piezoelettrici accelerometro, sensore di temperatura
- Processore: Microcontrollore per l'elaborazione del segnale e la compressione dei dati
- Radio: Trasmettitore a bassa potenza (tipicamente 2,4 GHz, sub-GHz)
- Energia: Batteria (tipicamente 3-5 anni) o raccolta di energia
- Misurare: Pacchetto compatto (dalla carta di credito al mazzo di carte)
Infrastruttura di rete
- Gateway/Ricevitori: Raccogli dati da più nodi sensore
- Rete mesh: I sensori si trasmettono tra loro estendendo la portata
- Connettività cloud: Connessione Internet per l'accesso remoto
- Software: Tendenze, analisi, allarmanti, report
Vantaggi
Semplicità di installazione
- Nessun cavo da tirare (notevole risparmio sui costi)
- Montare il sensore, configurare la rete, operativo
- Tempo di installazione: minuti contro ore per i cablati
- Manodopera qualificata minima richiesta
Flessibilità
- Facile da aggiungere o riposizionare i sensori
- Monitoraggio temporaneo semplice
- Programmi pilota a basso rischio
- Scalabile in modo incrementale
Attrezzature difficili da raggiungere
- Posizioni remote (serbatoi, torri, aerei)
- Apparecchiature rotanti (difficili da cablare)
- Aree pericolose (ridurre al minimo le intrusioni)
- Asset distribuiti (oleodotti, parchi eolici)
Costo-efficacia
- Costi di installazione inferiori rispetto al cablaggio
- Consente il monitoraggio di apparecchiature precedentemente antieconomiche
- Ampliare la copertura con lo stesso budget
Limitazioni e sfide
Durata della batteria
- Vita operativa finita (tipicamente 1-5 anni)
- È richiesta la sostituzione della batteria
- È necessario monitorare lo stato della batteria
- La raccolta di energia aiuta ma aggiunge complessità
Risoluzione dei dati
- Potenza di elaborazione limitata (risparmio della batteria)
- Frequenze di campionamento inferiori rispetto ai sistemi cablati
- Dettaglio spettrale ridotto
- Potrebbero mancare contenuti ad alta frequenza
Affidabilità della comunicazione
- Interferenze RF da apparecchiature elettriche
- Limitazioni di portata (le strutture metalliche attenuano i segnali)
- Potenziale perdita di dati in caso di interruzione della comunicazione
- Complessità della gestione della rete
Problemi di sicurezza
- Wireless vulnerabile ad hacking/interferenze
- Crittografia e autenticazione necessarie
- Considerazioni sulla sicurezza informatica
Applicazioni
Copertura generale delle attrezzature
- Estendere il monitoraggio ad apparecchiature precedentemente non monitorate
- Monitorare in modo conveniente grandi popolazioni di apparecchiature
- Attrezzatura di bilanciamento dell'impianto
Monitoraggio temporaneo
- Campagne diagnostiche a breve termine
- Attrezzatura in prestito/noleggio
- Attrezzature da costruzione
- Attrezzatura stagionale
Risorse remote
- turbine eoliche
- Attrezzatura per condotte
- Attrezzature minerarie
- Strutture distribuite
Tendenze tecnologiche
Raccolta di energia
- La raccolta di energia dalle vibrazioni prolunga la durata della batteria
- Raccolta del gradiente termico
- Solare per applicazioni esterne
- Avvicinandosi all'operazione autosufficiente
Elaborazione dei bordi
- Ulteriori analisi sul nodo sensore
- Trasmettere solo allarmi o dati compressi
- Riduce il fabbisogno energetico e di larghezza di banda
Integrazione IIoT
- Piattaforme industriali dell'Internet delle cose
- Analisi basate sul cloud
- Apprendimento automatico su larga scala
- Interfacce smartphone/tablet
Criteri di selezione
Utilizzare la modalità wireless quando:
- Costi di cablaggio proibitivi o poco pratici
- È necessario monitorare molte macchine con priorità moderata
- Monitoraggio temporaneo o di prova
- Apparecchiature remote o distribuite
- Analisi delle vibrazioni standard adeguata (protezione non critica)
Utilizzare Wired quando:
- Apparecchiature critiche che richiedono un monitoraggio continuo ad alta fedeltà
- Protezione della macchina (arresto automatico) richiesta
- Sono necessarie frequenze di campionamento o risoluzione spettrale molto elevate
- Obbligo normativo per i sistemi cablati
Il monitoraggio wireless delle vibrazioni rappresenta una tecnologia abilitante che rende il monitoraggio delle condizioni economicamente conveniente per apparecchiature precedentemente escluse dai programmi a causa dei costi di cablaggio. Pur non sostituendo i sistemi cablati per applicazioni critiche, il wireless amplia notevolmente la copertura di monitoraggio, offre un monitoraggio temporaneo flessibile e consente nuove applicazioni in asset remoti e distribuiti, democratizzando il monitoraggio delle condizioni in tutti gli impianti industriali.
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