Detecção sem Fio com Transmissores de Vibração

Para ativos menos críticos (as chamadas “máquinas de equilíbrio da planta”), como bombas centrífugas e compressores, o caso de negócios para a instalação de tal sistema de monitoramento de condições é menos claro ou até insustentável.  Em alguns casos, a indisponibilidade dessas máquinas, no entanto, é igualmente importante para a operação segura e confiável de uma planta.  Portanto, ainda há a necessidade de monitorar economicamente as máquinas de equilíbrio da planta.

Como solução, os sensores de vibração sem fio foram propostos há mais de uma década. Muitas implementações comerciais têm recebido resultados mistos, por uma série de razões. Porém, a TE Connectivity considera que a tecnologia e as forças de mercado convergiram o suficiente para que esses sensores sejam usados. 

Distinguimos pelo menos quatro impulsionadores que estão moldando esse espaço de mercado:

• Impulsionador 1: aumento da demanda de dados a um preço econômico por operadores de planta
• Impulsionador 2: Melhora drástica no desempenho de baterias pela eletrificação contínua
• Impulsionador 3: a ascensão da IoT melhorou o desempenho do rádio digital
• Impulsionador 4: a computação de borda em dispositivos IoT melhora ainda mais as comunicações sem fio

À medida que a marcha em direção à digitalização continua inabalável, uma lição que fica clara é que a demanda por dados nunca está satisfeita. O fornecimento desses dados, no entanto, deve ser feito economicamente.  O monitoramento das condições dos ativos da planta não é diferente. 

Os sensores sem fio obviamente requerem baterias para funcionar como esperado. O fator mais significativo no sucesso ou fracasso da utilização de sensores sem fio é o desempenho da bateria. Ter que substituir com frequência os chips de baterias esgotadas é o caso de negócios para o uso de sensores sem fio, sem mencionar a perda de dados enquanto o sensor fica sem energia.

A capacidade de conectar dispositivos à internet para que eles possam ser controlados e gerenciados
remotamente impulsionou de maneira significativa melhorias nas comunicações de rádio digital, tanto no hardware de rádio quanto nos protocolos de comunicação. Com o aumento do uso de smartphones, tablets e PCs sempre conectados, os custos de hardware de rádio têm sido continuamente reduzidos. Os requisitos de mobilidade têm exigido chipsets de rádio de ultrabaixa potência para estender a vida útil da bateria. O grande volume de dados gerados por todos esses dispositivos tem exigido um uso eficiente e econômico da largura de banda sem fio.

Os métodos de comunicação por rádio LoRaWAN^TM e Bluetooth Low Energy (BLE) surgiram como os mais promissores das redes de menor potência (LPWAN) disponíveis. 

Vantagens da LoRaWAN^TM:

• Espectro de radiofrequências não licenciado sub-gigahertz
• Consumo de energia ultrabaixo para prolongar a vida útil da bateria
• Recursos de longo alcance entre o sensor e o gateway (5 km ou mais, dependendo das condições locais)
• Implantação flexível e capacidade de penetração profunda em ambientes mistos
• Permite que os dados sejam enviados de forma assíncrona quando necessário, estendendo ainda mais a vida útil da bateria.

Vantagem da BLE:

• Espectro de rádio global não licenciado de 2,4 GHz
• Consumo de energia ultrabaixo que prolonga a vida útil da bateria
• Fácil comunicação devido à grande base de instalação de gateways, smartphones e tablets
• Maior largura de banda de dados para permitir a transferência de dados brutos para análise
• Permite o envio de dados em modo broadcast, permitindo conexão fácil e prolongando ainda mais a vida útil da bateria.

Muitos anos atrás, Gordon Moore previu que o desempenho em dispositivos digitais dobraria aproximadamente a cada 18 meses (conhecido como Lei de Moore). Em geral, essa previsão se manteve verdadeira, ao ponto de agora haver um tremendo poder de computação na palma da sua mão, ou em seu dispositivo vestível (por exemplo, relógio inteligente). Isso permitiu a computação de borda, a capacidade de processar dados no final ou perto da rede (a "borda", ou “edge” da rede), em vez de enviar esses dados de forma bruta todo o caminho de volta para uma estação central para ser processado lá.

Para um sensor de vibração sem fio, uma aplicação talvez óbvia da computação de borda seja calcular a FFT de uma forma de onda de vibração amostrada no próprio sensor. Em um sistema convencional, a forma de onda de vibração bruta seria enviada para a estação central (como um sinal analógico) e a FFT seria calculada lá. Com a computação na borda, é possível calcular a FFT no sensor e enviar os dados processados de volta. Em vez de enviar sinais de vibração bruta de volta, isso reduz a sobrecarga de largura de banda e o uso da energia da bateria. Mas esse é apenas um exemplo simples. Em última análise, muito mais computação poderia ser realizada no sensor. Com os algoritmos apropriados, o sensor poderia "aprender" sobre a máquina em que está instalado e identificar quando está funcionando bem ou não.  Há componentes disponíveis para um sensor de vibração de monitoramento de condições verdadeiramente inteligente.