Online machine condition monitoring using WSN

Author: 
Watchara Toahngern
Special project Engineer 
Trinergy Instrument Co.,Ltd. 
Bangkok,Thailand 

Product Used 
NI WSN-9791 WSN Ethernet Gateway x 5 
NI WSN-3212 4 Ch, 24-Bit, Thermocouple Input Node x 28 

Abstract 
ระบบการตรวจวัดสภาพเครื่องจักรนั้นเป็นระบบที่ทำให้ผู้ใช้นั้นรู้สภาพเครื่องจักรและสามารถประเมินสภาพเครื่องจักรในขณะนั้นได้ เพื่อที่จะทำการซ่อมบำรุงก่อนที่จะเกิดความเสียหายต่อเครื่องจักรและผลิตภัณฑ์ ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากการวัดแรงสั่นสะเทือนหรืออุณหภูมิที่เกิดขึ้น ในแต่ละวันเครื่องจักรเหล่านี้จะถูกใช้งาน 24 ชม./วัน ทำให้การตรวจสอบสภาพด้วยมนุษย์นั้นทำได้ยากเนื่องจากในบางพื้นที่ๆเครื่องจักรกำลังทำงานนั้นมนุษย์ไม่สามารถเข้าไปได้ ดังนั้นระบบการตรวจสภาพเครื่องจักรแบบออนไลน์นั้นถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน 

The Challenge 
การตรวจวัดอุณหภูมิของตลับลูกปืนเพื่อการตรวจสอบสภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรซึ่งเครื่องจักรเหล่านี้จะเกิดการเคลื่อนที่ตลอดเวลาจึงทำให้ไม่สามารถเดินสายไฟหรือสายสื่อสารไปยังเครื่องจักรได้ ในขณะที่ตลับลูกปืนอยู่ในสภาพใช้งานปกติ อุณหภูมิจะอยู่ในช่วง 40-50 องศาเซลเซียสแต่หากสภาพตลับลูกปืนอยู่ในสภาพที่เกิดการติดขัดหรือฝืดเคืองที่มักมีสาเหตุมาจากตลับลูกปืนเสื่อมสภาพหรือสารหล่อลื่นเสื่อมสภาพจะทำให้เกิดการเสียดสีจนเกิดอุณหภูมิสูงประมาณ 70-80 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจจะทำให้เกิดความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์ได้หากเครื่องจักรเกิดชำรุด 

The Solution 
ใช้ Wireless sensor network ในการสร้างระบบการตรวจสภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรแบบออนไลน์ซึ่งประกอบไปด้วย NI WSN-9791 Ether gateway จำนวน 5 ตัวติดตั้งในแต่ละพื้นที่ของสายการผลิต และ ใช้ NI WSN-3212 4CH thermocouple node จำนวน 28 ตัวติดตั้งบนเครื่องจักร เพื่อตรวจวัดอุณหภูมิของตลับลูกปืนในแต่ละจุดที่ต้องการเพื่อการตรวจสอบสภาพลูกปืนในเครื่องจักรที่มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา 

System Overview 





ระบบการตรวจสภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรแบบออนไลน์นี้จะประกอบไปด้วย NI9791 จำนวน 5 ตัวซึ่งแต่ละตัวจะถูกติดตั้งในแต่ละพื้นที่สายการผลิตและ NI 3212 จะถูกติดตั้งบนเครื่องจักรในแต่ละสายการผลิต และใช้ Thermocouple wire Type K เป็น Tranducer ในการวัด ซึ่งจุดที่ต้องการวัดคือตลับลูกปืนบนเครื่องจักรของแต่ละพื้นที่สายการผลิต และจะถูกตั้ง Sampling Interval ไว้ที่ 60 วินาทีตามความต้องการของโรงงาน

NI9791 ทั้ง 5 ตัวจะเชื่อมต่อเข้ากับระบบ Ethernet ของโรงงาน ซึ่งจะมีคอมพิวเตอร์ Server ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและบันทึกลงในระบบฐานข้อมูลแบบ MySQL และทำหน้าที่แจ้งเตือนด้วยเสียงกรณีที่อุณหภูมิเกินกำหนดและจะทำการส่ง Digital output ไปยัง NI 3212 ที่อยู่ในระบบ Alarm ที่ติดตั้งอยู่ในพื้นที่สายการผลิต เพื่อสั่งให้ Alarm signal tower ทำงาน

ในส่วนของ Software บนเครื่อง Server นั้นหน้า Front panel จะประกอบไปด้วยแผนผังของโรงงาน ซึ่งสามารถเลือกดูเครื่องจักรในแต่ละพื้นที่ได้ โดยการ control ที่อยู่บนแผนผังของโรงงาน ซึ่งจะทำให้มีหน้าต่าง pop-up ขึ้นมาแสดงภาพ Graphic ของเครื่องจักรนั้นและแสดงตำแหน่งของอุณหภูมิในแต่ละจุด โดยสามารถตั้งเวลาในเรียกข้อมูลได้ ข้อมูลจะถูกนำไปเก็บในฐานข้อมูลแบบ MySQL เมื่อถึงเวลาที่กำหนด และเมื่อเกิด Alarm จะมีการ Brinking บนตัว control ที่อยู่บนแผนผังของโรงงานและจุดที่อุณหภูมิเกินกำหนด และจะมีการส่งเสียงออกมาจากลำโพงคอมพิวเตอร์เพื่อแจ้งเตือน นอกจากนี้ยังสามารถเรียกดูข้อมูลย้อนหลังได้ตามวันเวลาที่กำหนด 

ข้อมูลอุณหภูมิและสถานะ Alarm ปัจจุบันจะถูกส่งออกไปทาง shared variable เพื่อให้เครื่อง Client นั้นสามารถ Monitor อุณหภูมิเครื่องจักรในขณะนั้นได้และเครื่อง Client ยังสามารถดูข้อมูลย้อนหลังได้จากฐานข้อมูลบนเครื่อง Server 

ระบบการตรวจสภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรแบบออนไลน์นี้ใช้ระยะเวลา 3 เดือนในการพัฒนาโปรแกรมและติดตั้งอุปกรณ์ สามารถตรวจสภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรได้ 24 ชม.ต่อวัน ทำให้รู้สภาพตลับลูกปืนในเครื่องจักรล่วงหน้าและสามารถซ่อมบำรุงก่อนเกิดความเสียหายในอนาคตได้