オープンソースキットは予知保全をサポートします

Intelligent Condition Monitoring Box（iCOMOX）は、機器、資産、および産業施設の状態ベースの監視のためのオープンソース開発プラットフォームです。ボードの目的は、機器表面の動作状態を監視して、潜在的な障害を特定し、機器の動作と保守に関連するリスクを軽減することです。状態ベースの監視により、計画外のダウンタイムとメンテナンスコストを最小限に抑えながら、機器の動作寿命を延ばすことができます。したがって、オープンソースプラットフォームは、インダストリー4.0の自動化の目標を前進させ、デジタルソリューションを通じて生産効率を向上させます。

インダストリー4.0の予知保全

予知保全は真の戦略であり、インテリジェントなIoTセンサーと組み込みの制御ソリューションによってサポートされます。これらのソリューションは、企業と顧客の間に付加価値を生み出し、大幅な保守コストの節約を実現する高度なビジネスモデルを提供します。センサーを使用して主要な機器を継続的に監視でき、生産データを記録してリアルタイムでクラウドに送信し、予知保全分析を行ってフローを最適化し、セキュリティを強化できます。コンサルティング会社のMcKinsey＆Co。は、工場で予知保全を効果的に使用することで、ダウンタイムを最大50％削減し、機器の保守コストを10％から40％節約できると見積もっています。

予知保全環境には、ソリューションをモデル化、シミュレーション、テスト、および展開するためのプラットフォームが含まれます。ツールには、マシンデータのパターンを検出するための産業用データ統合および分析アルゴリズムと、実行する修正措置を決定するための根本原因分析ツールが含まれています。

振動、温度、および圧力は、機器のステータスを示し、潜在的な障害を特定できるパラメータのほんの一部です（図1）。監視技術は通常、コンプレッサーやポンプなどの機器で使用されます。

図1：障害検出のための振動周波数分析（画像：Analog Devices）

振動は、不均衡、不整合、およびその他の異常の最も一般的な症状であるため、予知保全は、多くの場合、回転機械の振動分析に基づいています。一方、温度センサーは重要な機械部品を監視して、動作条件の変化を検出します。

油粒子センサーは、潤滑システムの粒子汚染レベルを監視します。粒子数の増加は、機械の摩耗を示している可能性があります。また、電流センサーは機械部品の消費電力を監視します。典型的なアプリケーションは、摩耗を測定するためにモーターの消費電流を監視することです。

図2：予知保全（画像：Bosch）

高度な産業用センサーに加えて、予知保全モデルの実装には、制御技術が必要です（多くの場合、生産管理ソフトウェアを使用）。取得したデータは、現在および将来のマシン操作をインテリジェントに管理することを目的として、IO-Linkまたはその他の制御システムを介してプログラマブルロジックコントローラー（PLC）に送信されます（図2）。 Arrowと共同でShiratechiCOMOXボードを確認しましょう。

ボードの詳細

エレガントに提示されたiCOMOXキットは、SmartMeshワイヤレス通信用の実際のボードとコントロールハブ（ドングル）の2つのデバイスを提供します。ファームウェアアップグレード用の接続ケーブルと最適な取り付けのためのサポート構造が含まれています（図3および4）。

図3：iCOMOXキット
（画像：EE Times Europe）

図4：SmartMesh制御用のカード（上）とワイヤレスハブ（画像：EE Times Europe）

プラットフォームには、振動、磁場、温度、およびオーディオセンサーが装備されています（図5）。広いダイナミックレンジと優れた信号対雑音比（SNR）を振動解析に提供します。さらに、モーターのノイズ放出検出と電流分析が可能になり、過熱を回避できます。 SmartMesh通信により、低電力のワイヤレス通信が可能になります。ボードには、各センサーの警告レベルとアラームレベルを構成する機能があります。コンパクトなフォームファクタとCEおよびFCC認定により、機能が完成します。

図5：iCOMOXボード上のセンサーとコンポーネントの配置
（画像：Shiratech）

システムの中心となるのは、SensorStrobeテクノロジーによる統合された電力管理を備えたAnalog DevicesADuCM4050超低電力ArmCortex-M4Fプロセッサです。また、MCUには、デジタル周辺機器、SRAM、内蔵フラッシュメモリのコレクション、およびクロッキング、リセット、および電力管理機能を提供するアナログサブシステムがあります。アナログ-デジタル変換（ADC）サブシステムには、12ビットの逐次比較レジスタ（SAR）ADCと、データ取得用の1.8 Mspsの8チャネルコンバータが用意されています（図6）。

図6：ADuCM4050のブロック図（画像：Analog Devices）

Arm Cortex-M4Fプロセッサは、最大52MHzのパフォーマンスと512KBのエラー訂正コード（ECC）を備えた内蔵フラッシュを備えており、オプションの4 KBキャッシュを提供して、より少ない有効電力と128KBのパリティ付きシステムSRAMを提供します。 ADuCM4050は、Advanced Encryption Standard（AES）-128およびAES-256とSecure Hash Algorithm（SHA）-256、および次のモードをサポートする暗号化ハードウェアを備えています：電子コードブック（ECB）、ブロック暗号化（CBC）、カウンター（CTR） 、およびブロック暗号化（CCM / CCM）。

図7：ADXL356振動センサーのブロック図（画像：Analog Devices）

振動センサーは、低ノイズの微小電気機械システム（MEMS）加速度計を備えたAnalog Devices ADXL356です（図7）。このICは、–40°Cから125°Cまでの優れた長期安定性を提供します。 Bosch BMM150 3軸磁場センサーは、絶対的な空間方向と動きベクトルを高精度でダイナミクスで提供します。

インフィニオンテクノロジーズのIM69D130は、インフィニオンのデュアルバックプレートMEMSテクノロジーを使用して、105dBのダイナミックレンジと最大130dBSPLの出力直線性を提供する高性能デジタルMEMSマイクロフォンです（図8）。その結果、非常にクリアなオ​​ーディオ信号、拡張された受信距離、およびささやき声からロックコンサートまでの小信号と大信号の両方に対する感度が得られます。

図8：IM69D130デジタルマイク（画像：Infineon Technologies）

プラットフォームで使用されている温度センサーは、アナログ・デバイセズのADT7410で、精度は±0.5°C、解像度は16ビットです。 –55°Cから150°Cの範囲の温度を測定します。

このボードは、ドングルとアナログ・デバイセズのLTC5800を介したSmartMeshネットワークを介したデータ共有と管理を提供します。 LTC5800-IPMシステムオンチップは、DustNetworksの高度に統合された低電力無線設計と32ビットのArmCortex-M3マイクロプロセッサを備えており、SmartMeshIPネットワーキングソフトウェアを実行できます。ボードに統合されたLTC5800-IPMSoCは、チップパワーアンプ（PA）とトランシーバーを備えているため、完全なワイヤレスノードを作成するために必要なのは、電源、水晶、アンテナをマッチング回路で切り離すだけです。

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