-兩個低噪聲、高頻率MEMS加速度計ADXL1002，用于檢測x軸振動和z軸振動。

-兩個高準確度、16位數字溫度傳感器ADT7420，用于檢測電機機殼溫度和環境溫度。

還包括：

-一個磁場傳感器，用于電機轉速檢測和電機電氣故障診斷。

-一個Wi-Fi處理器，借助4GHz Wi-Fi進行數據傳輸，負責數據收集與打包。

表1.OtoSense SMS能夠診斷和預測的電機故障

OtoSense SMS傳感器是市面上用于檢測和解讀機器數據的出色解決方案。表1展示了OtoSense SMS傳感器能夠診斷和預測的常見電機故障：

利用OtoSense SMS提高電機運行效率

妥善維護有助于實現最大的經濟效益，因為這可以減少電機故障的發生，避免計劃外的停機時間。此外，電機效率對于節約每次運行的成本起著至關重要的作用，因為高效電機相比標準效率電機，消耗的電能更少。研究表明，不同類型的故障會對機器效率產生程度各異的影響，具體故障類型包括轉子故障、定子繞組不對稱、絕緣系統故障、不平衡/未對準、通風系統故障等。

圖5.OtoSense SMS使電機運行效率達到最優。

圖5展示了使用OtoSense SMS對電機運行效率進行優化。云平臺能讓用戶深入了解電機的運行狀況和維護需求。

憑借專有的OtoSense SMS預測性維護分析，用戶能夠在早期階段識別出九種最為常見的電機故障，并在故障對電機運行造成影響前完成修復。對于每種電機故障，都會計算出一個故障評分指數(FSI)，用以表示電機故障的嚴重程度。FSI是一個介于0到10之間的數值。當FSI數值高于7時，表明電機正處于良好的運行狀態；而當FSI數值介于5和7之間時，則意味著已在早期階段察覺到電機故障，此時系統會向用戶發送低嚴重程度的預警通知郵件。

處于預警狀態的電機，雖在一定時間內仍可維持正常運轉，但鑒于電機已非健康狀態，運行效率會出現下滑。圖6展示的示例中，電機地腳松動問題在早期便被檢測出來，系統隨即發出了預警通知。用戶收到通知后，建議迅速采取相應的修復舉措，使電機運行狀態恢復至理想水平，從而讓電機能夠持續保持高效運轉。

圖6.示例展示了OtoSense SMS如何保持電機高效運行。 

客戶案例研究1：OtoSense SMS用于壓縮機監控

壓縮機是工廠中最重要的設備之一。在這個用例中，OtoSense SMS器件被安裝于工廠的壓縮機上，用以執行全天候的持續監測。圖7顯示了這個用例，其中OtoSense SMS器件安裝到了一臺壓縮機上。

圖7.OtoSense SMS傳感器安裝在客戶工廠的壓縮機上。

這臺壓縮機功率為400kW，每天24小時持續運轉。通常，每4.5年進行一次大修。在大修之前，出現的電機故障主要是軸承故障，會使電機運行效率降低1.5%。經過試用評估，客戶在所有關鍵壓縮機上全面采用了OtoSense SMS解決方案。OtoSense SMS檢測到了早期的軸承故障，并向客戶發出了預警通知。客戶隨即采取了有效措施，成功避免了軸承受到永久性損壞，并預防了生產線意外停機。同時，由于迅速采取了修復措施，電機僅在預警狀態下運行了極短時間，便恢復至正常運行狀態。

此前，在未安裝OtoSense SMS的情況下，已觀察到能耗和二氧化碳排放均有降低，幅度約為2%，等同于節省了約2%的生產成本。隨著投入使用的壓縮機數量增加，二氧化碳減排效果將愈發顯著。例如，如果對100萬臺相同規格、功率為400 kW的壓縮機進行監測，將使二氧化碳減排量達到約147×109 kgr。圖8展示了使用OtoSense SMS解決方案所取得的成果。

圖8.使用OtoSense SMS實現能源/成本節約及二氧化碳減排：(a) 節約/減排效果（百分比）；(b) 400kW壓縮機數量增加時的二氧化碳減排效果示例。

客戶案例研究2：OtoSense SMS用于物料搬運系統

機場的行李傳送帶是一種高密度電機驅動應用。如圖9所示，一套機場行李傳送帶系統可能由數千臺電機驅動。

一般而言，這些電機的功率大多為5 HP，使用壽命通常是五年。這五年期間的電機使用成本，即總擁有成本(TCO)，主要由電機采購費用、維護費用和用電費用構成（參見圖9）。就具體金額而言，電機采購成本為2000美元，占總擁有成本(TCO)的5%；維護成本為8000美元，占TCO的20%；電費成本則為28,000美元，占TCO的70%。

圖9.傳送帶驅動系統電機的TCO。

在電機使用過程中，最大的成本是電機的能耗。在上例中，如果采用OtoSense SMS使電機使用效率提高2%，并且假設機場行李傳送帶使用3000臺電機，那么在5年時間里節省的電費總額（以美元計）為：

5年節省的電費 = 3000 × 28000 × 2% = 1,680,000美元

換算為每年的節省金額，即1680000/5 = 336,000美元，大致相當于購買168臺新電機的成本。 

結論

OtoSense SMS帶來的顯著經濟效益體現為電機運行效率提升后令成本得到降低。隨著眾多企業將重點放在提高運營效率、減少計劃外停機和實現可持續性發展上，采用狀態監控和預測性維護技術已成為一種必然需求。

OtoSense SMS技術為客戶提供電機狀態實時監控、電機早期故障檢測，并針對早期故障排查給出建議措施。及早發現并排除電機故障，不僅能避免電機意外故障和停機，還能確保電機高效運轉，從而實現節能。企業要想在未來十年內提升運營效率并實現可持續發展目標，就必須落實上述所有建議。 

參考文獻

1 “All Motor Drives Systems Running at Maximum Efficiency”，IEA。

2 “The qGaNDrive Module”，QPT。

3 Jonathan Herrera-Guachamin和Jose Antonino-Daviu，“Laboratory Experiments for the Evaluation of the Efficiency of Induction Motors Operating Under Different Electrical and Mechanical Faults”，ECON，IEEE工業電子學會第45屆學術年會，2019年。

4 Lucia Frosini、Ezio Bassi和Christian Gazzaniga，“Effect of the Bearings Faults on the Efficiency of the Induction Motors”，IEEE工業電子學會第34屆年會，2008年。

5 Maeva Garcia、Panagiotis A. Panagiotou、Jose Alfonso Antonino-Daviu和Konstantinos N. Gyftakis，“Efficiency Assessment of Induction Motors Operating Under Different Fault Conditions”，《IEEE工業電子會刊》，第66卷第10期，2019年10月。

關于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。 

作者簡介

Bin Huo于2000年加入ADI公司，曾參與電機控制器DSP、Blackfin DSP、高速ADC轉換器和OtoSense智能電機傳感器等方面的工作，涉及芯片系統架構設計、應用參考設計和算法開發。他在電機控制器逆變器系統設計、電機閉環控制算法、飛行時間(ToF)相機模塊設計及算法開發等方面擁有豐富經驗。Bin Huo擁有東京大學電氣工程博士學位，在相關研發領域擁有10多項發明專利。