加速度計付き Lansitec Bluetooth センサーと Lansitec LoRaWAN ゲートウェイの使用
このケーススタディでは、産業環境における動きの監視の重要性について検討します。あらゆる規模の産業アプリケーションは、機械を動かすためにさまざまなモーターに依存しており、それらのモーターを積極的に監視することは、製造プロセスにとって非常に重要です。このケーススタディでは、Lansitecの B005 Bluetoothビーコン 追加の内蔵加速度計と SocketSync Bluetoothゲートウェイ LoRaWAN を使用してポンプとモーター システムを監視します。センサーは振動を測定し、ビーコン技術を介してシステムの動作の異常を検出し、リアルタイム データをクラウドに送信して監視と警告を行います。
モーターの状態を追跡することは、モーターの効果的で信頼性の高いパフォーマンスを保証するために不可欠です。産業システムは摩耗、ずれ、その他の問題の影響を受けやすく、過度の振動を引き起こし、高額なダウンタイムや機器の故障につながる可能性があります。継続的な監視により、問題を早期に検出し、予防保守につなげ、予期しない故障を減らすことができます。Lansitec センサーなどの IoT テクノロジーを使用すると、企業は機器の寿命を延ばし、保守費用を削減し、運用効率を最適化できます。
このユースケースを説明するために使用している典型的なモーター ポンプ セットアップは、配水、HVAC、製造などの業界で使用されており、モーターが電気エネルギーを回転運動に変換します。次に、ポンプがこの機械的エネルギーを伝達して、配管システムを通じて液体を移動させます。このシームレスな相互作用は、さまざまな分野での継続的な運用に不可欠です。たとえば、配水では、ポンプが需要を満たすために一定の流量を確保し、HVAC システムではポンプを使用して加熱と冷却用の流体を循環させます。
モーター ポンプ システムは、運用上のさまざまな課題に頻繁に直面します。摩耗、コンポーネントのずれ、ローターのアンバランスなどの要因により、時間の経過とともに過度の振動が発生する可能性があります。これは、システム劣化の重要な兆候です。振動はベアリング、シール、カップリングに損傷を与える可能性があり、機械的な負担が生じて、最終的には早期の故障につながります。一般的な問題は次のとおりです。
ポンプの状態監視に大きく役立つLansitecデバイスの紹介
この Bluetooth ビーコンは、モーターとポンプの状態を監視するために重要な、微妙な振動と回転速度を検出できる高精度の加速度計と統合できます。
主な機能は次のとおりです。
Bluetooth ビーコンは、設定に従って iBeacon メッセージを継続的にアドバタイズします。2 つの大容量ボタン電池が内蔵されています。アドバタイズ間隔が 500 ミリ秒の場合、バッテリーの最大寿命は約 5 年です。
低エネルギーのワイヤレス通信を提供し、100 メートルの範囲内の近くのゲートウェイへのリアルタイムのデータ転送を可能にします。
3 軸の振動を測定し、位置ずれや機械的摩耗による振動の増加など、通常の動作条件からのわずかな逸脱も検出します。
ビーコンは小型フォームファクタと堅牢なハウジングを備えているため、ポンプ室などの過酷な環境にも設置でき、有線接続を必要とせずに正確なデータ収集が可能です。
小型で設置が簡単なため、センサーはローターやパイプ接続部など、モーターやポンプの重要な部品に直接設置でき、過度の振動を継続的に監視して、システム障害につながる前にユーザーに問題を警告できます。Bluetooth 機能により、複雑な配線なしでデータがゲートウェイにワイヤレスで送信されるため、設置時間とメンテナンスの複雑さが軽減されます。
Socket Sync Gateway はデータ ブリッジとして機能し、Bluetooth センサーから情報を収集して分析のためにクラウドに転送します。
仕様は次のとおりです。
SocketSync Bluetooth ゲートウェイは、BLE および LoRa テクノロジーに基づいて設計されています。高度な LoRa テクノロジーと内蔵 BLE モジュールにより、BLE ゲートウェイは BLE デバイスのメッセージを受信して LoRaWAN ゲートウェイに報告します。ハートビート期間、LoRaWAN 作業モード、BLE メッセージで送信するセンサー データなどのパラメータ設定は、顧客の要件に応じて調整できます。
ゲートウェイが最大 100 メートルの距離にある多数の Bluetooth センサーに同時に接続できるようになります。
クラウドにデータを転送するためのさまざまな接続方法を提供し、さまざまなネットワーク設定にわたる信頼性を保証します。
ゲートウェイは、LoRaWAN プロトコルを介して長距離にわたってデータを送信します。リモートまたは大規模なセットアップに最適です。
ゲートウェイは複数のセンサー接続を処理できるため、複数のモーター ポンプ セットアップを備えたシステムにも拡張できます。LoRaWAN と Wi-Fi バックホールを介して接続して送信できるため、セルラーまたは有線インターネット アクセスがまったくない、または信頼性の低い場所でも、データがスムーズにクラウドに送信されます。これにより、異常なセンサー読み取り値が検出された場合、継続的な監視とアラームの起動が保証されます。
LoRaWAN 通信プロトコルとは何ですか?
LoRaWAN は低電力で長距離の無線通信技術であり、大規模展開の大きな利点の 1 つです。最小限のエネルギー消費で数キロメートルにわたるデータ伝送を可能にします。これは、システムが広いエリアに分散している産業環境で特に役立ちます。
主な機能は次のとおりです:
農村部では最大 15 キロメートル、都市部では数キロメートルの距離をカバーします。
デバイスがバッテリーまたは太陽エネルギーで駆動される IoT 展開に最適で、頻繁なメンテナンスを必要とせずにセンサーとゲートウェイを長期間動作させることができます。
LoRaWAN を使用することで、ポンプ室が離れていても、重要な運用情報をクラウドに送信できます。この機能により、大規模な施設や広範囲に広がる設備に簡単に統合でき、手動チェックの必要性を最小限に抑え、モーターとポンプ システムの一貫した信頼性の高い監視を保証します。
の Bluetoothセンサー モーターのローターとポンプのパイプ接続部に直接取り付けられ、振動によって動作上の問題が発生する可能性が最も高くなります。コンパクトな設計とワイヤレス機能により、既存の機械を妨害することなく、接着剤やクランプを使用して簡単に取り付けることができます。 Lansitec ソケット同期ゲートウェイ ポンプ室の屋根に設置されており、センサーへの見通しがよく、最適な Bluetooth 接続と信号強度が確保されます。
正確な読み取り値を確保するには、加速度計のキャリブレーションが不可欠です。センサーは、通常の動作条件下での基準振動と回転速度に合わせてキャリブレーションする必要があります。この手順により、システムは許容可能な動作振動と潜在的な機械的問題の警告サインを区別できるようになります。キャリブレーションはソフトウェア経由で実行でき、通常は関連するアプリまたは Web プラットフォームを使用します。
インストール後、 加速度計付き Lansitec Bluetooth ビーコン モーターとポンプからの振動、加速度、回転速度に関するデータを継続的に取得します。加速度計は、システムの機械的動作におけるわずかな不規則性も検出します。データ フローの詳細なステップごとの内訳は次のとおりです。
センサーデータキャプチャ:
加速度計は 3 軸の振動を監視し、回転速度を測定して、モーターとポンプの動作の正確なプロファイルを作成します。次のようなデータを取得します。
振動の強さの変化（ずれ、摩耗、または不均衡を示します）。
回転速度の変化は、機械的な負荷の問題を特定するのに役立ちます。
Bluetooth送信:
センサーは、このリアルタイムデータをワイヤレスで送信します。 ブルートゥース5.0このバージョンの Bluetooth は、低消費電力と最大 100 メートルの範囲での安定した接続を保証し、モーター ポンプ システムとポンプ ハウス内またはその近くにあるゲートウェイ間の距離をカバーするのに最適です。
ゲートウェイデータ集約:
Lansitec Socket Sync Bluetooth ゲートウェイは、中間デバイスとして機能します。複数のセンサーから同時に Bluetooth 信号を受信し、データを統合します。ゲートウェイは複数の接続をサポートできるため、複数のモーター ポンプ ペアを同時に監視するための拡張性が確保されます。
クラウドへの LoRaWAN 伝送:
ゲートウェイからクラウドへのデータの送信は LoRaWAN テクノロジを使用して行われるため、データを長距離にわたって正常に送信できます。LoRaWAN の低電力、広域ネットワーク機能は、従来のインターネット接続が不安定または利用できない産業施設や遠隔地のポンプ室でデータを確実に送信するために不可欠です。LoRaWAN は大量の電力を消費することなくデータ パケットを長距離にわたって効果的に送信します。これは、太陽光やバッテリー電源に依存する設備にとって非常に重要です。
クラウド処理とアラート:
次に、情報はクラウドベースのシステムに送信され、そこですぐに保存され、分析されます。機械学習アルゴリズムまたは事前に設定されたしきい値により、振動や回転データの異常なパターンを識別し、問題の可能性を警告します。システムが過度の揺れや突然の速度変化などの異常を検出すると、モバイル アプリまたは Web ダッシュボードを通じてユーザーにすぐに警告を送信します。
通知とメンテナンスタスク: これらの通知は、すべての運用情報とともにユーザーフレンドリーなインターフェースで表示され、実用的な洞察を提供します。ユーザーは傾向を追跡し、過去の情報を分析できるほか、最も重要な点として、起こりうる問題について即座に警告を受け取ることができます。これにより、予防保守の設定や、重大な問題になる前に異常な測定値を調べるなど、迅速な対応が可能になります。
このスムーズなデータ転送により、モーター ポンプ システムの継続的なリアルタイム監視が保証され、保守作業員が早期の警告に対応できるようになり、ダウンタイムが最小限に抑えられ、運用効率が向上します。 監視とメンテナンスのワークフロー
センサーによって収集された情報は、クラウドベースのダッシュボードまたはモバイル アプリを使用してリアルタイムで表示されます。このインターフェイスにより、ユーザーは、振動レベル、加速度、回転速度など、モーターとポンプの動作特性の完全な概要を把握できます。ユーザーは、長期的なパターンを監視し、パフォーマンスを評価し、通常の機能からの逸脱を検出できます。リアルタイムでデータが絶えず流れるため、小さな問題を早期に特定し、重大な機器の故障に発展するのを防ぐことができます。
継続的な監視により、保守チームは次のことが可能になります。
徐々に進行する消耗を識別する: 振動やその他の指標の微妙な増加を観察することによって。
データ駆動型メンテナンスを実行する: 実際のデータによって問題が示唆される場合にのみ、修理または交換を実行します。
このシステムは、過度の振動やモーター速度の突然の変化など、位置ずれ、ベアリングの摩耗、不均衡などの機械的な問題を示す可能性のある異常を自動的に検出するように設計されています。アラーム フローの仕組みは次のとおりです。
アラートはモバイル アプリまたはダッシュボードを通じてリアルタイムでオペレーターに送信されます。通知には詳細なデータ レコードが付属しているため、オペレーターは問題の深刻度を評価し、メンテナンスを手配するか、機械を停止してさらなる被害を回避するなど、迅速に対応できます。このプロアクティブな方法は、停止時間を短縮し、高額な故障の可能性を減らすのに役立ちます。
振動と加速度を継続的に監視することで、システムは位置ずれ、摩耗、不均衡などの機械的な問題を早期に検出します。この早期検出方法により、突然の機器の故障を回避し、保守担当者が事前に問題に対処して、運用の中断を減らすことができます。
問題を早期に特定することでコスト削減が実現し、予期しないメンテナンスやダウンタイムが減り、修理費用や運用の非効率性が軽減されます。また、故障したモーターやポンプは通常、大量のエネルギーを消費するため、機器のメンテナンスが適切に行われることでエネルギーの節約にもつながります。
長距離通信用の Bluetooth センサーや LoRaWAN などのワイヤレス技術を使用することで、複雑で高価な配線が不要になり、導入が容易になります。これにより、インストールに必要な時間と労力が削減され、新規および既存のインフラストラクチャの両方の実装が簡素化されます。
太陽光発電ゲートウェイは再生可能エネルギーを利用してエネルギー消費を削減し、持続可能なシステムを構築して外部電源への依存を減らします。これにより、監視システムが遠隔地や孤立した地域でも効果的に機能することが保証され、運用コストのさらなる節約につながります。
モーターがメインポンプを駆動して周囲の複数の地域に水を供給する配水ポンプ場を想像してください。このポンプ場は自治体に水を供給し、20kW のモーターを駆動して遠心ポンプを駆動します。通常動作中、加速度計付き Lansitec Bluetooth ビーコンは、モーター振動の ISO 10816 規格に従って、0.1～1.5 mm/s の許容範囲内の振動を検出するように調整されています。1 週間にわたって、センサーはモーターのローターの振動が 1.1 mm/s から 2.5 mm/s に着実に増加したことを記録しました。この偏差は Lansitec SocketSync ゲートウェイに送信され、LoRaWAN 経由でクラウドに転送され、リアルタイム データ分析によって異常がフラグ付けされます。モーターの通常動作を監視するように調整されたセンサーは、この偏差を異常として識別します。データはすぐに Lansitec ソケット同期ゲートウェイ Bluetooth 経由で送信され、LoRaWAN を使用してクラウドに転送されます。クラウド プラットフォームのアルゴリズムは、この振動をモーター シャフトの潜在的な位置ずれの兆候としてフラグ付けします。
振動が 1.5 mm/s という事前設定されたしきい値を超えるとアラームが発動します。これは、位置ずれの可能性を示唆する重要な値です。保守スタッフはモバイル アプリを通じてアラートを受信し、直ちに検査を始めました。調査の結果、モーターのカップリングが劣化し始め、位置ずれが生じていることが判明しました。放置すると、モーターがひどく損傷し、高額な修理費用がかかるか、モーターを完全に交換しなければならなくなり、数日間のダウンタイムが発生する可能性がありました。
早期検出のおかげで、メンテナンス チームは、モーターの故障を引き起こす前にカップリングを修理することができ、コストのかかるダウンタイムを回避できました。これにより、チームは $500 というわずかなコストでカップリングを交換でき、最大 $10,000 のコストがかかり、交換に最低 48 時間のダウンタイムを必要とするモーターの故障を回避できました。通常、毎日 500,000 リットルの水を処理するポンプ ステーションは、中断することなく完全な運用能力を維持することができました。この積極的なアプローチにより、修理コストが節約されただけでなく、ポンプ ステーションの運用効率も維持され、長期的には修理コストが 70% 削減され、大幅な給水中断が回避されました。緊急修理の必要がなく、給水中断が最小限に抑えられたため、ステーションは大幅なコスト削減を経験しました。 コスト削減 そして 稼働時間の増加重大なシステム障害を防止するための継続的な監視の価値と、機器の寿命を延ばし、運用効率を最適化し、保守および運用コストを最小限に抑えるためのこのようなシステムの使用の有効性を実証しました。
加速度計とビーコンを備えたセンサーと堅牢な LoRaWAN ゲートウェイを組み合わせることで、モーターとポンプのシステムを監視するための信頼性が高くスケーラブルなソリューションが実現します。実証されたユースケースだけでなく、モーターが関係するあらゆる場所で使用できます。ワイヤレス セットアップによりインストールの複雑さが軽減され、リアルタイム データと早期警告によりプロアクティブなメンテナンスが可能になり、コストのかかる機器の故障やダウンタイムを防止できます。これがインダストリー 4.0 の真髄です。
このシステムは拡張性に優れているため、HVAC システム、産業機械、リモート監視サイトなどのさまざまなアプリケーションに適応できます。LoRaWAN の低電力、長距離機能により、アクセスが困難な場所でも使用できます。
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