Sensorik Am Puls der Maschine

Prototyping mit Eval-Kit

Für die Entwicklung eines eigenen Geräts, das den Zustand von Maschinen überwacht, bietet STMicroelectronics ein Multisensor-Evaluationskit an. Das STEVAL-STWINKT1 vereinfacht das Prototyping und das Testen, indem es den IIS3DWB mit zusätzlichen Sensoren, einem äußerst stromsparend arbeitenden Mikrocontroller, Algorithmen für die Vibrationsauswertung, einem Bluetooth-Funkmodul sowie einer USB-Verbindung kombiniert (Bild 3).

Das Analysieren der erfassten Vibrationsdaten erfolgt entweder direkt vor Ort oder in der Cloud. Eine Hauptanforderung solcher Anwendungen besteht darin, dass die Sensorik sehr nahe an den relevanten Maschinenkomponenten platziert sein muss , damit die Daten zuverlässig erfasst werden. Aus diesem Grund ist der STWIN-Knoten klein, aber robust, batteriebetrieben und zur drahtlosen Kommunikation fähig. Eine weiteres Problem solcher Anwendungen ist die Datenverarbeitung, die vorzugsweise in Echtzeit erfolgen sollte. Das Datenaufkommen, das die Sensoren produzieren, kann den Bandbreitenbedarf einer Übertragung an zentralisierte Überwachungs- und Steuerungssysteme überfordern. Abhilfe schafft die Vorverarbeitung und Analyse der anfallenden Daten direkt im Sensorknoten.

Das STWIN-Kit unterstützt dieses Konzept mit einem Ultra-Low-Power-Mikrocontroller der STM32L4+-Familie. Dieser Controller verfügt über einen Arm-Cortex-M4-Kern, der mit seiner Taktfrequenz von 120 MHz und einer Gleitkommaeinheit gut für die Signalverarbeitung geeignet ist. Insgesamt kann der Mikrocontroller neun Sensordatenströme verarbeiten. Beispielcode im Firmware-Paket des Eval-Boards demonstriert, wie sich das System programmieren lässt.

Diese Sensorausrüstung kann einem sehr breiten Bereich von niederfrequenten (Unwucht oder Ausrichtungsfehler), mittelfrequenten (abgenutzte Zahnräder oder Lager) und hochfrequenten (abgenutzte Kühlerlüfterlager) Schwingungen ausgesetzt sein, weshalb sich auf dem Eval-Board nicht nur der anfangs beschriebene Vibrationssensor IIS3DBW befindet, sondern auch ein 3D-Beschleunigungssensor und eine Inertialeinheit, die in der Lage sind, Bewegungen entlang von neun Achsen mit sehr hoher Empfindlichkeit zu erfassen.

Für sehr hohe Frequenzen in der Größenordnung von einigen zehn Kilohertz wird die Schwingungsanalyse durch Schall- und Ultraschallanwendungen abgedeckt, die auf Daten basieren, die von einem digitalen Mikrofon beziehungsweise einem analogen Hochleistungsmikrofon kommen.

Das Kit befindet sich in einem Kunststoffgehäuse mit Batterie, kann unmittelbar für die Applikationsentwicklung eingesetzt werden und stellt außerdem ein zweckmäßiges Referenzdesign dar. Als Hilfestellung beim Erfassen, Analysieren und Visualisieren der Ergebnisse gehören ferner schnelle Datenlogger- und Cloud-Dashboard-Utilities zur Ausstattung.