在线嵌入式监控 随时掌握厂房状态

国家仪器技术行销工程师叶俊宽。

许多工厂机台的损害，有时只是从一个小小的问题开始，但如果不实时处理，可能就会酿成大问题。NI国家仪器技术行销工程师叶俊宽指出，不管是涡轮、螺旋桨、马达都有轴承(Bearing)协助转动或滚动，当轴承损坏，使用者却不去理会或没有发现，就会带来许多如转子、齿轮、甚至叶片的附带损害，原本只要部分花费就能处理的问题，最后可能得更换全部零件，延长停机时间。

因此，工业系统量测的挑战之一，就是设法在损坏其他物件之前先找到问题，就可以提早治疗，省下一大笔成本。

如位于俄罗斯萨扬舒申斯克水电站，为俄罗斯联邦第一大水电站，在2009年8月17日，只因为没有注意到马达运转有问题，最后导致机组垂直振动加剧，并瞬间爆发，涡轮连同发电机转子，被强大能量弹射出运转位置；近200米高的水压，从机组残破漏洞中喷射而出，不但在瞬间摧毁了发电厂厂房，厂房中的机组运行人员也在瞬间被灌顶洪流吞没。如果水坝因此损毁，甚至可能造成周边居民更严重的伤亡，由此可知状态监控的重要性。

叶俊宽指出，许多状态监控，需要经由传感器提供机器的健康状况，最常见的就是声音与振动的量测，如涡轮在运转时，通常是安全的，但如果出现不正常震动，进而出现噪音、发热、冒烟，最后就可能会烧毁，唯有做好监控，才能及时补救。

值得注意的是，由于监控的对象，小则可能只是一台手机，但大者也可能是汽车、飞机、大楼，甚至大到如桥墩，所以监测产品设计一定要有延伸开发弹性。如大型待测物(Large Dut)可能要装上许多检测器，可以透过分散式的网络来完成监控，系统如何整并，会是主要的考量之一，因为如果系统没有做好整并，线路分布可能非常复杂，不容易管理及维护。

另一个要考虑的问题，则是类比数据(Analog data)的成长速度相当快，工业监控的数据成长速度，也因此会遭遇类似的问题，叶俊宽指出，全球的传感器数量大约超过50亿个，蒐集到的数据数据增加速度非常惊人，如果没有一个可靠的解决方案，很难落实监控目标。

因此，工业监控的主要挑战，首先就是要建立一个可以被信任的嵌入系统。以NI CompactRIO为例，小体积却提供高性能系统，并坚若磐石适合工业环境，甚至可以承受吉普车的辗压。NI CompactRIO搭载的Intel Atom处理器和Xilinx Kintex-7 FPGA，透过小巧耐用的控制系统，可以用单一控制系统整合本端HMI等系统元件，降低开发成本和设计复杂度。

此外，还可运用灵活的开放式NI LabVIEW开发环境，加快系统开发速度，200种以上的模块，让NI CompactRIO接上传感器，就可以做各式各样的量测。

但叶俊宽强调，不同的产品会有不同的特色，大多数工业监控系统的宽温承受力都不错，但在数据同步方面，因为考量应用的对象大小不同，会有特别考量。

如工业监控为了因应巨量数据(Big data)的挑战，NI发展出一款专为状态监控设计的软件「NI InsightCM」。不需程序上的撰写，就可以建立规划，而且档案格式较安全。采用普遍的Web Based，可以让管理人员在网络上就可以进行设定，操作也更容易。

叶俊宽指出，监控工业量测系统的管理功能要做得像操作系统的档案管理员，数据呈现的部分，透过网页形式就可以看到所有数据，如用时间轴分布的方式观察，或是用图形方式呈现，而且可以处理的数据量将近1亿笔，数据还可以存到后端的IT数据库，就是相当可靠的解决方案。

如过去就曾经有风力发电厂的风力发电机，因为安置在海边，一开始是用PLC，无法量测高速信号如震动，后来是在主控端放一台电脑，并用NI CompactRIO透过网络线布署去监控每一台风机，才顺利解决监控需求。

另一个案例则是要确定高电压瞬变源，以防止轻轨车出现故障，解决方案就是运用 NI CompactRIO的 FPGA 或处理器可以重新配置的特色，同时处理管理扩展和远程操作的需求，创建一个坚固的半永久性监测系统，记录并同步多种数据格式和速率，并且执行实时分析远程监测传感器。

另一个案例则是用于取放半导体的机器，因为机器视觉和运动精度非常重要，需要精密的监控解决方案，所幸最后的解决方案，不但增加了机器的稳定性，还能提供控制架构的灵活性，不但简化并可迅速完成机器控制系统的开发，以满足不断变化的机器设计需求，大大缩短了开发时间。

叶俊宽指出，嵌入式监控其实也可以用来控制应用，如马达控制，因为操作系统做得到实时处理，加上运算速度够快，可以很成功的应用在厂房状态的掌控。