基于物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)的工業(yè)設(shè)備健康檢測

趙 杰，鐘 茗，張 騰，包明杰，李 遠

（深圳市海納微傳感器技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷普及，物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)受到研發(fā)人員和工業(yè)企業(yè)的青睞。在工業(yè)的發(fā)展過程中，對于設(shè)備的健康檢測一直是重點。好的檢測手段既能夠防止資源的浪費，也可以提高生產(chǎn)效率。目前對于工業(yè)設(shè)備的健康檢測，從業(yè)者普遍采用人工檢測的方法，然而這樣容易遺漏細微處，造成安全隱患。而且前后數(shù)據(jù)可比性差，難以形成可視化數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的處理方面存在很大不足。而物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)，可以通過諸如紅外感應(yīng)器、激光掃描器等輸入輸出設(shè)備進行數(shù)據(jù)的獲取，并且依照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)隨時隨地萬物互聯(lián)，從而更加方便進行信息交換，這對于信息獲取與處理是極其有利的，而對數(shù)據(jù)進行精細化處理更是物聯(lián)網(wǎng)的強項。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前提下，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連通，這無疑能夠?qū)I(yè)設(shè)備的健康檢測起到較大幫助。

1 物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的工業(yè)設(shè)備檢測的應(yīng)用背景

工業(yè)設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的部分，也是工業(yè)生產(chǎn)效率的直接影響因素。當今工業(yè)發(fā)展速度日益加快，設(shè)備也逐漸專業(yè)化、高效化，其復雜程度不斷增加。而在通常情況下，設(shè)備的維修主要形式是通過修理工作使設(shè)備恢復正常。這樣顯然是對于設(shè)備的監(jiān)測力度不夠大，若因此出現(xiàn)意外狀況，則有可能對工作者的生命造成威脅。當今，設(shè)備的維修與處理應(yīng)當偏向于自動化方向，通過對設(shè)備的自動化監(jiān)測，可以大大減少工作過程中的意外狀況，從而使得工作效率和工作開展的安全性得到保障。

而且當今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在政策的支持以及生產(chǎn)者的需求之下得到了迅猛發(fā)展，如何在工業(yè)領(lǐng)域進行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是開發(fā)人員的研究重點。物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域進行應(yīng)用的重頭戲，其可以通過輸入設(shè)備與輸出設(shè)備對外部環(huán)境進行監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進行輸出，從而得到設(shè)備或是其他生產(chǎn)要素的具體狀態(tài)，這恰好與工業(yè)生產(chǎn)中的需求相對應(yīng)。而利用物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)進行工業(yè)設(shè)備檢測，既能夠?qū)ν獠凯h(huán)境進行監(jiān)測，從而確定各類影響因素的影響情況，也能夠?qū)ο鄳?yīng)影響因素進行指標式分析，從而建立更為精細的檢測指標，以對設(shè)備進行更加系統(tǒng)精密的分析。圖1為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展歷程。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展歷程

2 對物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)元件的簡要介紹

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近年來才開始發(fā)展的新興技術(shù)，而傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所依賴的重要組件。物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)是通過輸入設(shè)備中的電路，包括編碼器和譯碼器等，將外界信號轉(zhuǎn)換為能夠被電子設(shè)備識別的二進制數(shù)形式，然后又轉(zhuǎn)化回能夠被讀懂的形式并進行輸出，從而實現(xiàn)敏感地對信息進行獲取和采集。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依賴許多硬件設(shè)備的使用，如射頻識別裝置、掃描儀、激光感應(yīng)裝置，抑或是基于GPS 的全球定位系統(tǒng)等，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對傳感器的要求并不高，只需能夠接收信號并進行輸出即可。

物聯(lián)網(wǎng)在自動控制系統(tǒng)中的運用具有廣泛實例，如智能化生產(chǎn)車間等。物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)中最常用的是RFID 射頻識別傳感器，該傳感器使用廣泛且效果好，這種傳感器的基本原理是通過電磁場以及電平信號的改變從而對外部信息進行表述，以實現(xiàn)信息的讀取與處理，這種傳感器在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。該傳感器通過對自身優(yōu)勢的充分理解與深入運用，可以大大提升工作效率，在許多行業(yè)中發(fā)揮著其他設(shè)備難以比擬的作用。而且這種物聯(lián)網(wǎng)智能傳感器具有高精度的特點，能夠進行敏感識別，從而為使用者提供獨一無二的應(yīng)用體驗，并且可以與GPS 系統(tǒng)相結(jié)合，從而實現(xiàn)物品位置的確定，這對于各行各業(yè)都具有一定的價值。而其他品種的物聯(lián)網(wǎng)傳感器在對應(yīng)領(lǐng)域也都發(fā)揮著各種各樣不可替代的積極作用，為工業(yè)生產(chǎn)效率的提高起到很好的效果。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)在工業(yè)設(shè)備健康檢測中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)在工業(yè)設(shè)備健康檢測中的技術(shù)鋪陳

工業(yè)設(shè)備健康檢測的實質(zhì)是對工業(yè)設(shè)備的損壞程度進行檢測，其并非是進行“健康檢測”，而實質(zhì)上是在進行“損壞檢測”。因此，對工業(yè)設(shè)備健康檢測的過程中，可以先制定好損壞標準，并通過物聯(lián)網(wǎng)智能檢測技術(shù)對損壞狀況進行檢測，并將損壞單位進行精細化處理，盡量確定一個較為精細的檢測單位，從而對設(shè)備的損壞程度進行深度檢測，精準把握其損壞情況。

在此基礎(chǔ)上可以通過自動化設(shè)備來實現(xiàn)自動化檢測。將物聯(lián)網(wǎng)智能傳感裝置通過程序進行控制，通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所依仗的總網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)時鐘，每5min 執(zhí)行一次程序，從而進行一次檢測，并將所得信息傳輸?shù)娇刂浦行?。若有設(shè)備的損壞程度低于最大容忍限度，則顯示紅色數(shù)據(jù)，其余設(shè)備狀態(tài)顯示綠色數(shù)據(jù)，從而確定損壞程度較大的生產(chǎn)設(shè)備并進行適時更換，以保證生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性。

而對于指標的制定，例如通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對輪廓進行檢驗，從而識別物體的體積。假設(shè)原體積應(yīng)為300個單位，若因使用損耗降至280個單位以下則視為損耗，某設(shè)備第一次檢測時體積單位為283個，為綠色數(shù)據(jù)，視為可以正常使用；而第二次檢測時體積單位降為278，則顯示紅色數(shù)據(jù)，視為異常，應(yīng)當派遣人員進行更換或維修。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)智能傳感器的實際應(yīng)用方式

3.2.1 檢測器智能傳感開關(guān)的應(yīng)用

在生產(chǎn)停止或是員工下班時，應(yīng)當關(guān)閉接近開關(guān)，從而確保生產(chǎn)效率、防止資源的浪費和延長使用壽命。對于某些復雜危險設(shè)備的開關(guān)設(shè)置目前尚且具有一定難度，而對智能傳感器進行逐一打開與關(guān)閉是極其浪費時間的。因此，可以通過智能傳感器的特性來設(shè)計電路連接整個智能傳感工業(yè)設(shè)備檢測網(wǎng)絡(luò)體系，通過對接近開關(guān)進行控制，從而實現(xiàn)對所有或是一部分檢測器開關(guān)的并行控制，以實現(xiàn)檢測器的實時運作。而由于智能傳感開關(guān)的重要性，需要對其進行實時檢測。檢測智能傳感開關(guān)時將接近開關(guān)按照要求固定安裝，并通過指定方式發(fā)出控制信號，通過儀器來接收反饋信號從而確定開關(guān)的使用情況與是否正常工作。

3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)智能傾角傳感器檢測的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備的水平運轉(zhuǎn)是其正常工作的重要原則，一旦設(shè)備出現(xiàn)傾斜，極有可能影響生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)混亂或是其他問題。因此，對于設(shè)備傾角的檢測是設(shè)備健康檢測的重點工程。針對工業(yè)生產(chǎn)中的實際需求，絕大多數(shù)傾角檢測器組成結(jié)構(gòu)為水平檢測臺和驅(qū)動電機，通過水平測試臺進行設(shè)備傾角對比，能夠突出其傾角變化情況，并被智能傳感器接收。而將待測設(shè)備通過驅(qū)動電機的運作來對頂柱進行控制，以靈活操縱升降臺，從而對設(shè)備傾角進行檢測，并通過傳感器進行輸入以及自動處理數(shù)據(jù)后的可視化輸出。

3.2.3 對于超聲波檢驗傳感器的應(yīng)用

對于設(shè)備的體積測量抑或是磨損測量等表面輪廓描摹工作，可以通過超聲波測距的原理來進行檢測。超聲波的反射性極好，當碰到設(shè)備后會反射并被傳感器捕捉，通過聲波頻率的不同以及返回傳感器的時間差可以對空間進行描摹，應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備細致工件的健康檢測方面更是能夠起到較為深遠的作用。而為了提高檢驗效率，可以放入水中進行檢測。設(shè)置水泵來對液面位置進行調(diào)整，并通過超聲波對水面的影響進行深層次信息采集，并通過液位傳感器進行水位測量，對兩種傳感器所得到的信號進行深層次測量，可以更加精確地得出超聲波智能傳感檢測。

3.2.4 基于壓力傳感器的工業(yè)設(shè)備健康檢測

可以通過氣壓的方式接通輸入輸出的管道，并通過傳感器檢測氣壓大小。設(shè)置氣體增壓泵，并通過增壓泵的開關(guān)和增壓措施進行氣壓的增減，根據(jù)氣壓所需測量指標對傳感器進行選擇，從而選擇更符合指標的傳感器設(shè)備進行檢驗。在這之后，將壓力傳感器和所對應(yīng)得出的信息進行收集，從而進行對反饋信息的處理，將多次檢驗信號進行對比來通過壓力傳感器制定氣壓值從而對設(shè)備進行檢測。

3.2.5 通過溫度傳感器的部署進行工業(yè)設(shè)備健康檢測

通過溫度傳感器進行工業(yè)設(shè)備健康檢測主要由加熱電阻、溫度傳感器、液位溫度指示表等設(shè)施所支撐。首先應(yīng)當對裝置進行合理調(diào)度，然后通過溫度傳感器對工業(yè)設(shè)備溫度進行測量，從而確定設(shè)備是否出現(xiàn)過熱或是其他異常情況。若出現(xiàn)異常情況，則應(yīng)當進行零件維修或替換，以保障生產(chǎn)效率和避免安全事故的發(fā)生。

3.2.6 對電路系統(tǒng)的檢測

對于物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)運用于檢測電路系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，可以通過檢測電路對其中的具體情況進行處理與解決?？傊悄軅鞲虚_關(guān)與其他各分路開關(guān)保持串聯(lián)關(guān)系，然后各分路開關(guān)又連通各類型傳感器開關(guān)，從而形成物聯(lián)網(wǎng)總閘體系，其每一單獨層次的電路中存在并聯(lián)關(guān)系，而各不同層級的電閘之間是串聯(lián)關(guān)系，通過這樣串并聯(lián)結(jié)合的方式尋找電路系統(tǒng)，可以從總閘處開始檢測，然后一步步確定是哪個開關(guān)出了問題，并由大及小地進行排查，從而確定電路出現(xiàn)問題的點。在確定出現(xiàn)問題的點之后，判斷具體是那個元件出了問題，進行元件更換，從而進行修復。

4 物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)在工業(yè)設(shè)備健康檢測領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

目前，物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)在工業(yè)設(shè)備技術(shù)檢測領(lǐng)域能夠發(fā)揮極大作用。而且，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的相關(guān)專家和研究人員也在努力將相關(guān)技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域，這無疑推動了物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)在工業(yè)設(shè)備健康檢測領(lǐng)域的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備健康檢測能夠達到高成效，并且消耗更少人力資源，從而起到事半功倍的作用，而且其各種特點也有利于研究人員進行發(fā)掘，從而推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。高性價比的物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)因其易于操作，在業(yè)內(nèi)取得較好的評價，從而獲取更高的普及率。而且目前研究人員正在研發(fā)基于仿真程序的微機化物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，從而取得更好的檢測效果。傳感器的適應(yīng)能力較強，使用壽命也較長，被淘汰的概率也比較小。將來還可以通過更深層次的算法編寫更高效的傳感器，實現(xiàn)更高實用性以及更為強大的功能，從而增加傳感器的使用方式，為傳感器在工業(yè)設(shè)備健康檢測領(lǐng)域的普及打下基礎(chǔ)。圖2為物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)所適用的領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)圖。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)所適用的領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)圖

5 結(jié)束語

當今時代是物聯(lián)網(wǎng)時代，傳感器是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品，它的出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中是彌足輕重的。而當下信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，傳感器也在不斷更新?lián)Q代，實現(xiàn)更高標準、更高要求。物聯(lián)網(wǎng)智能傳感技術(shù)改變著工業(yè)生產(chǎn)，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了嶄新的升級空間，而研究者也在致力于開發(fā)更高層次、更高水平的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，并促進工業(yè)設(shè)備健康檢測領(lǐng)域的進一步發(fā)展。借助傳感器的發(fā)展改變著工業(yè)生產(chǎn)進程，也開辟出工業(yè)發(fā)展的嶄新道路，為工業(yè)設(shè)備健康檢測的進一步發(fā)展提供了新的力量。