利用量测解决方案 确保工业自动化机能恒常运行

茂宣企业专案经理王浚睿。DIGITIMES摄

历经疫情洗礼，许多制造商亟欲打造无人化智能工厂，得以不受封城或隔离影响，维持既定生产效率。在此前提下，举凡厂内机械手臂、PLC、AGV等任何联网的节点，都务求正常运作、以确保工业自动化架构持续转动；足见各节点的信号传感量测，显得十分重要。

身为ADI代理商、也对量测方案着力至深的茂宣企业，其专案经理王浚睿指出，在工业4.0生态系，包括传感、运算处理、逻辑推理判断、反应等皆属重要课题，其中有两个环节格外值得留意，一是液体量测，另一是振动量测。

液体量测方法主要分为电化学量测及光学量测，常用于检测水质参数中的氨氮、亚硝酸盐、PH、磷酸盐，其中可运用的技术也很多，有的走电化学量测，更常见的则是光学量测，只因可量测的参数更多。

电化学量测量的是液体里的电位，因离子浓度高低会影响电位差，可用于量测PH、含氧量、电导等参数，不仅准确度高也行之有年，且架构相对简单。惟缺点是如果电极曝露待测液过久即需校正，且需温度补偿才能达到精密量测，限制条件不少。

至于光学量测法，利用光谱不同的波长特性，利用可见光(波长400~700nm)、及红外线或UV频段等不可见光，达到量测手段，主要是量测水里亚硝酸、氮、氨等等参数；但量测精准度与镜头洁净度相关，倘若镜头长时间部署于户外，恐有遭受污染之虞，这点在设计时应多做考虑。

以光学量测而论，主要是在200~750nm之间不同光谱量测不同物质。例如在200~250nm，适合量测NO2与NO3；至于250~400nm，可量测COD、BOD及TOC。在做双波长光谱设计时，需有光源投射到滤镜及分光镜，经过待测液体的吸收后折射，经由PD-TIA-ADC 信号链的转换 从光学转换为数码信号，完成了一路的取样通道，而另一路光通道经过分光镜产生相差90度后做参考值，最终藉由两路数值的比较，如此方式可以减少噪音及偏移量的误差。

再谈到振动量测，亦是智能工厂的重中之重，因为工厂内太多马达类的设备，需倚靠齿轮或传动轴的带动，但时间一久难免出现损坏情况，故需预知老化的程度。又如培林内的滚珠，若出现异常，会在高频产出特徵；轴承若出现异常则相反，会在低频处产出特徵；此外若平衡未做好，机械的振动就会很大。

欲研判工厂内马达类元件是否失效，可运用多种手法，常见的方式包括热显像、电压/流信号或以超声波进行非破坏式检测，甚至看润滑油中有无碎片，这些都可借助ADI的CbM(Condition-Based Monitoring)解决方案，在机械失效前1~2个月察觉端倪，及早采取因应措施，避免骤然停机酿成重大损失。譬如火车、机械手臂乃至风电系统，都可利用CbM预测健康状态。

值得一提，不论液体或振动量测，ADI皆提供多项参考设计，且已备妥许多信号前处理机制，以利用户减少摸索与试误时间，加速进行智能判断。