線上嵌入式監控 隨時掌握廠房狀態

國家儀器技術行銷工程師葉俊寬。

許多工廠機台的損害，有時只是從一個小小的問題開始，但如果不即時處理，可能就會釀成大問題。NI國家儀器技術行銷工程師葉俊寬指出，不管是渦輪、螺旋槳、馬達都有軸承(Bearing)協助轉動或滾動，當軸承損壞，使用者卻不去理會或沒有發現，就會帶來許多如轉子、齒輪、甚至葉片的附帶損害，原本只要部分花費就能處理的問題，最後可能得更換全部零件，延長停機時間。

因此，工業系統量測的挑戰之一，就是設法在損壞其他物件之前先找到問題，就可以提早治療，省下一大筆成本。

如位於俄羅斯薩揚舒申斯克水電站，為俄羅斯聯邦第一大水電站，在2009年8月17日，只因為沒有注意到馬達運轉有問題，最後導致機組垂直振動加劇，並瞬間爆發，渦輪連同發電機轉子，被強大能量彈射出運轉位置；近200公尺高的水壓，從機組殘破漏洞中噴射而出，不但在瞬間摧毀了發電廠廠房，廠房中的機組運行人員也在瞬間被灌頂洪流吞沒。如果水壩因此損毀，甚至可能造成週邊居民更嚴重的傷亡，由此可知狀態監控的重要性。

葉俊寬指出，許多狀態監控，需要經由感測器提供機器的健康狀況，最常見的就是聲音與振動的量測，如渦輪在運轉時，通常是安全的，但如果出現不正常震動，進而出現噪音、發熱、冒煙，最後就可能會燒毀，唯有做好監控，才能及時補救。

值得注意的是，由於監控的對象，小則可能只是一台手機，但大者也可能是汽車、飛機、大樓，甚至大到如橋墩，所以監測產品設計一定要有延伸開發彈性。如大型待測物(Large Dut)可能要裝上許多檢測器，可以透過分散式的網路來完成監控，系統如何整併，會是主要的考量之一，因為如果系統沒有做好整併，線路分布可能非常複雜，不容易管理及維護。

另一個要考慮的問題，則是類比資料(Analog data)的成長速度相當快，工業監控的資料成長速度，也因此會遭遇類似的問題，葉俊寬指出，全球的感測器數量大約超過50億個，蒐集到的數據資料增加速度非常驚人，如果沒有一個可靠的解決方案，很難落實監控目標。

因此，工業監控的主要挑戰，首先就是要建立一個可以被信任的嵌入系統。以NI CompactRIO為例，小體積卻提供高性能系統，並堅若磐石適合工業環境，甚至可以承受吉普車的輾壓。NI CompactRIO搭載的Intel Atom處理器和Xilinx Kintex-7 FPGA，透過小巧耐用的控制系統，可以用單一控制系統整合本端HMI等系統元件，降低開發成本和設計複雜度。

此外，還可運用靈活的開放式NI LabVIEW開發環境，加快系統開發速度，200種以上的模組，讓NI CompactRIO接上感測器，就可以做各式各樣的量測。

但葉俊寬強調，不同的產品會有不同的特色，大多數工業監控系統的寬溫承受力都不錯，但在資料同步方面，因為考量應用的對象大小不同，會有特別考量。

如工業監控為了因應巨量資料(Big data)的挑戰，NI發展出一款專為狀態監控設計的軟體「NI InsightCM」。不需程式上的撰寫，就可以建立規劃，而且檔案格式較安全。採用普遍的Web Based，可以讓管理人員在網路上就可以進行設定，操作也更容易。

葉俊寬指出，監控工業量測系統的管理功能要做得像作業系統的檔案管理員，資料呈現的部分，透過網頁形式就可以看到所有資料，如用時間軸分布的方式觀察，或是用圖形方式呈現，而且可以處理的資料量將近1億筆，資料還可以存到後端的IT資料庫，就是相當可靠的解決方案。

如過去就曾經有風力發電廠的風力發電機，因為安置在海邊，一開始是用PLC，無法量測高速訊號如震動，後來是在主控端放一台電腦，並用NI CompactRIO透過網路線佈署去監控每一台風機，才順利解決監控需求。

另一個案例則是要確定高電壓瞬變源，以防止輕軌車出現故障，解決方案就是運用 NI CompactRIO的 FPGA 或處理器可以重新配置的特色，同時處理管理擴展和遠程操作的需求，創建一個堅固的半永久性監測系統，記錄並同步多種數據格式和速率，並且執行實時分析遠程監測感測器。

另一個案例則是用於取放半導體的機器，因為機器視覺和運動精度非常重要，需要精密的監控解決方案，所幸最後的解決方案，不但增加了機器的穩定性，還能提供控制架構的靈活性，不但簡化並可迅速完成機器控制系統的開發，以滿足不斷變化的機器設計需求，大大縮短了開發時間。

葉俊寬指出，嵌入式監控其實也可以用來控制應用，如馬達控制，因為作業系統做得到即時處理，加上運算速度夠快，可以很成功的應用在廠房狀態的掌控。