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終能暢所欲言

廠區內數以萬計的低壓馬達,並非高額資產,因此常是維修保養服務中的最後一環,更別說為其加裝傳感器以隨時監控運轉狀態。使得馬達即便是「生病」了,也有苦難言。然而整合IT與OT技術的智能傳感器,達成最短停機安裝時間與在既有空間內連線上網的挑戰,讓馬達終能暢所欲言,將運轉數據送上雲端,為工廠達到物物相連湊齊最後一塊關鍵拼圖。

廣泛應用於各種工業領域的低壓馬達,不像高壓馬達那般造價高,也不是大型關鍵設備的運轉心臟,因此即使為數眾多且遍布廠房,都鮮少會為其加裝傳感器,以隨時監測馬達健康狀態。換言之,低壓馬達就如同廠房中的螞蟻雄兵,默默地辛勤工作,但彼此卻無法溝通,要是「生病」了,更是有苦難言。

連歐巴馬與梅克爾都驚艷 

還記得2016年德國漢諾威展,ABB首度向全球展示ABB Ability™低壓馬達智能傳感器,現場迎來各界熱烈的關注,連當時的美國總統歐巴馬與德國總理梅克爾都驚艷。但也有許多不解的疑問,「ABB怎麼轉行賣起傳感器了?」「還是給造價相對便宜的低壓馬達用?」「就這麼個不起眼的小方盒,究竟有什麼特別的?」一時間市場上蔓延著各種聲音。

今年九月初的台北國際自動化展,ABB Ability™低壓馬達智能傳感器(以下簡稱智能傳感器)初次登上台灣舞台,當年的高詢問度同樣在台灣媒體圈與業界延燒。或許是一年過後,市場對其有更深的認識,在台灣,多數的問題圍繞在「傳感器可以量測哪些參數?」「傳感器怎麼安裝?」「數據要怎麼看?」等實務上的技術應用情境。 

壞了再修的廠房黑盒子 

在揭開智能傳感器的神秘面紗之前,先來看看現行的作法又是如何。如同前述,低壓馬達的應用極廣,深入廠區各角落,甚至是難以人工巡檢的地方。加上低壓馬達並非廠內的高額資產,在維保策略上多採用成本相對低的(被動)反應式(reactive)作法。也就是當馬達運轉「怪怪」的時候,才緊急叫修或更換零件。然而,雖然反應式維保策略的成本較低,但無預警的大規模故障或停機事件,卻總能讓管理者與現場人員苦著一張臉。

那麼主動式(proactive)的預測性(predicative)保養服務策略,是個合適的解方嗎?從成本上來看,應該不是。因為以狀態監測(condition monitoring)為核心的預測性保養,固然能確實掌握馬達運轉的即時狀況,並提出最適預保計畫。但除了需要在現場配置有精密的量測儀器外,還需要專業技術人員在場。放眼廠區內數以萬計的低壓馬達,這樣的做法既不明智,也所費不貲。

再者「積少成多」,為數眾多的低壓馬達群的整體功率消耗,幾乎等同於幾個高耗能設備的總和。換言之,即使低壓馬達群能有1%的能效提升,對全廠而言就是相當可觀的節能績效。反之,則是難以忽視的成本增加。

因此如果能夠有一種技術對策,兼具兩者優點,讓低壓馬達能「暢所欲言」,將關鍵運轉資訊傳遞出來,維保人員就可在馬達「生病」之前,對症下藥。更重要的是,可依據負載變化與運轉資訊的比對,提出最適的匹配建議,令低壓馬達不再是廠房內的黑盒子,而是設備優化分析的大數據來源基礎。智能傳感器正是這樣一個劃時代的技術大躍進,為工廠實現物物相連鋪下至勝關鍵的基石。 

低壓馬達上雲端 

「健康手環」是對智能傳感器很貼切的比喻,綜合展現在以下特點:配戴簡便、表面接觸式、不限年齡與人種、即時監測。從尺寸來看,智能傳感器像是稍大一點的名片盒,保護等級達IP66。不需額外配線,可直接加裝在馬達散熱鰭片上,約莫半小時就能完成。不限廠牌,無論新出廠或執勤中的低壓三相鼠籠式感應馬達,都可在安裝後享有運轉狀態的即時監測。ABB認為,目前智能傳感器是低壓馬達的選配組件,但不久的將來就會是標準配備了。

智能傳感器內含多組傳感器,可採集振動參數(含軸向、徑向與切線方向)、運轉參數(如表面溫度、運轉時數、轉速、啟動次數、負載頻率變化、電力消耗等)以及馬達健康狀態參數(如軸承狀態、冷卻狀態、轉子繞組、氣隙偏心等)。採集數據在智能傳感器內初步運算,再送上ABB雲端伺服器,與ABB馬達資料庫內的模型進行比對與深度分析,藉以判別馬達健康狀態,並將結果即時呈現於智慧型裝置app與專屬網頁平台,協助現場人員採取因應行動並評估節能對策。

智能傳感器並非是因為感測技術上的顯著突破,獲得歐巴馬與梅克爾青睞。而是馬達終能暢所欲言後,釋放出的海量數據,將開創前所未有的物聯網新應用與使用者經驗。

使用者情境 

體驗智能傳感器,只要湊齊三個物件--傳感器本身、手機或平版、專屬入口網頁。想像用戶A在iOS或Android手機下載了智能傳感器app,依照平時習慣到廠區巡檢,但今日不用再大包小包。隨身手機扮演中介角色,透過低功耗藍牙(Bluetooth® Low Energy)與馬達相連,將每週自動存取於傳感器中的關鍵參數,以手機連網功能送上雲端。輕輕鬆鬆,一鍵搞定。若是幅員廣闊的大廠區,則新一代智能傳感器將支援以閘道器(gateway)做為傳輸媒介,隨時自動上雲,此外還能與用戶端的私有雲相連。

大約數秒間連線完成,app隨即顯示馬達的基本資訊及健康狀況總覽。若顯示紅色,則代表須立即採取維保行動;若顯示黃色,則是運作正常,但需於下一期進行保養;而綠色表示狀態良好,無須採取行動。假如發生故障事件,位於遠端的ABB工程師可經由入口網頁,即時查照與app同步的即時資訊,緊急提供技術對策予現場人員。避免慌亂中的資訊傳達失誤,以及現場人員對馬達專業知識不足的問題。

「健康手環」是對智能傳感器很貼切的比喻,可直接加裝在馬達鰭片上,不限廠牌,無論新舊,更無需額外拉線,約莫半小時即可完成安裝。

ABB AbilityTM低壓馬達智能傳感器專屬入口網頁平台(左)與智能裝置app介面(右)

熱門問題一次答

自動化展期間,ABB特邀請集團馬達與發電機業務單元的數位技術負責人Bernd Heisterkamp來台,以研討會形式與業界朋友交流。彙整場上討論熱烈的焦點問答,讓未能親臨現場的夥伴,也能同步掌握。

問:智能傳感器可耐受的馬達表面溫度?

答:75℃。當馬達表面溫度超過75℃時,傳感器內的電子裝置會自動關閉,直到表面溫度低於75℃後,才會自動啟動。而傳感器內建的電池則可耐受120℃高溫。

問:第三方有可能駭入智能傳感器,進而遠端操控馬達嗎?

答:不可能。傳感器加裝於馬達表面,沒有額外拉線,與馬達間並無直接的電子串接,且傳感器由內建電池供電,因此不可能將傳感器當作駭入媒介。同理,傳感器損壞也不會對馬達運轉造成影響。

問:運轉資料上雲端的資安防護措施?

答:在未推出智能傳感器之前,ABB已有高於業界標準的雲端資安防護機制,提供多層管控。不僅加密傳輸數據,雲端伺服器裡的資料也都以加密型態儲存。此外,依角色設定的權限分級管理,讓用戶與ABB雙方都有保障。

問:馬達數據的採集頻次?

答:一般情況下,傳感器每小時採集一次馬達數據;建議維保人員每週透過手機或平版將馬達數據傳至雲端一次。單顆馬達每月的資料量約1MB。

問:智能傳感器的感測技術有何獨特之處?

答:智能傳感器內含多組感測器,部分是外購或ABB與技術合作夥伴開發而成。但智能傳感器的技術突破點,主要是奠基在ABB百年來於馬達及電磁學領域的深厚技術底蘊,才能不只是收集數據,而能將數據轉化為馬達健康狀態的鑑別,並提出維保更換建議。

問:智能傳感器的具體用戶效益?

答:依據在美國與德國的先導試行研究,加裝智能傳感器可有效延長馬達用壽命30%;減少70%的故障停機時間;提升10%的能源使用效率,大幅降低營運成本。另一個容易忽略的效益是,降低非廠房人員穿梭於廠區內的機會與停留時間,進而降低管理風險。

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