Sensor kan overvåge ledninger i en bygning eller et skib, og signalere, når der er behov for reparationer

Et nyt system udviklet af forskere ved MIT kan overvåge adfærden af ​​alle elektriske enheder i en bygning, skib, eller fabrik, afgøre, hvilke der er i brug på et givet tidspunkt, og om nogle viser tegn på en forestående fejl. Når den er testet på en Coast Guard cutter, systemet lokaliserede en motor med udbrændte ledninger, der kunne have ført til en alvorlig brand ombord.

Den nye sensor, hvis aflæsninger kan overvåges på et letanvendeligt grafisk display kaldet et NILM (non-intrusive load monitoring) dashboard, er beskrevet i martsnummeret af IEEE-transaktioner på industriel informatik , i et papir af MIT professor i elektroteknik Steven Leeb, nyuddannet Andre Aboulian MS '18, og syv andre på MIT, den amerikanske kystvagt, og U.S. Naval Academy. Et andet blad udkommer i april-udgaven af Marine Teknologi , udgivelsen af ​​Society of Naval Architects and Marine Engineers.

Systemet bruger en sensor, der blot er fastgjort til ydersiden af ​​en elektrisk ledning på et enkelt punkt, uden at kræve skæring eller splejsning af ledninger. Fra det eneste punkt, den kan mærke strømstrømmen i den tilstødende ledning, og detekterer de karakteristiske "signaturer" for hver motor, pumpe, eller et stykke udstyr i kredsløbet ved at analysere små, unikke udsving i spændingen og strømmen, når en enhed tænder eller slukker. Systemet kan også bruges til at overvåge energiforbrug, at identificere mulige effektivitetsforbedringer og bestemme, hvornår og hvor enheder er i brug eller står inaktive.

Teknologien er især velegnet til relativt små, indeholdt elektriske systemer som dem, der betjener et lille skib, bygning, eller fabrik med et begrænset antal enheder, der skal overvåges. I en række tests på en kystvagtkutter baseret i Boston, systemet gav en dramatisk demonstration sidste år.

Omkring 20 motorer og enheder blev sporet af et enkelt instrumentbræt, tilsluttet to forskellige sensorer, på kutteren USCGC Spencer. Sensorerne, som i dette tilfælde havde en fastkablet forbindelse, viste, at en unormal mængde strøm blev trukket af en komponent af skibets vigtigste dieselmotorer kaldet en jakkevandvarmer. På det tidspunkt, Leeb siger, Besætningsmedlemmer var skeptiske over for læsningen, men gik alligevel for at tjekke den. Varmerne er skjult under beskyttende metaldæksler, men så snart dækslet blev fjernet fra den mistænkte enhed, røg væltede ud, og alvorlig korrosion og ødelagt isolering blev tydeligt afsløret.

"Skibet er kompliceret, " siger Leeb. "Det er pragtfuldt kørt og vedligeholdt, men ingen vil være i stand til at få øje på alt."

Oberstløjtnant Nicholas Galanti, ingeniørofficer på kutteren, siger "forhåndsadvarslen fra NILM gjorde det muligt for Spencer at anskaffe og udskifte disse varmeapparater under vores vedligeholdelsesperiode i havnen, og implementer med et fuldt missionsegnet jakkevandsystem. Desuden, NILM opdagede en alvorlig stødfare og kan have forhindret en klasse Charlie [elektrisk] brand i vores maskinrum."

Systemet er designet til at være nemt at bruge med lidt træning. Computerens dashboard har skiver til hver enhed, der overvåges, med nåle, der forbliver i den grønne zone, når tingene er normale, men sving ind i den gule eller røde zone, når der opdages et problem.

At opdage uregelmæssigheder, før de bliver til alvorlige farer, er dashboardets primære opgave, men Leeb påpeger, at den også kan udføre andre nyttige funktioner. Ved konstant at overvåge, hvilke enheder der bruges på hvilke tidspunkter, det kunne gøre det muligt for energisyn at finde enheder, der blev tændt unødigt, når ingen brugte dem, eller få øje på mindre effektive motorer, der trækker mere strøm end deres tilsvarende modstykker. Det kan også hjælpe med at sikre, at korrekte vedligeholdelses- og inspektionsprocedurer bliver fulgt, ved at vise, om en enhed er blevet aktiveret som planlagt for en given test.

"Det er en trebenet skammel, " siger Leeb. Systemet giver mulighed for "energiscore, aktivitetssporing, og tilstandsbaseret overvågning." Men det er den sidste evne, der kunne være afgørende, "især for mennesker med missionskritiske systemer, " siger han. Ud over kystvagten og søværnet, han siger, som omfatter virksomheder som olieproducenter eller kemikalieproducenter, som har behov for at overvåge fabrikker og markpladser, der omfatter brændbare og farlige materialer og dermed kræver brede sikkerhedsmarginer i deres drift.

Et vigtigt kendetegn ved systemet, som er attraktivt til både militære og industrielle anvendelser, Leeb siger, er, at al dens beregning og analyse kan udføres lokalt, i selve systemet, og kræver slet ikke en internetforbindelse, så systemet kan være fysisk og elektronisk isoleret og dermed meget modstandsdygtigt over for enhver ekstern manipulation eller datatyveri.

Selvom holdet til testformål har installeret både fast-wired og non-contact versioner af overvågningssystemet - begge typer blev installeret i forskellige dele af Coast Guard cutter - testene har vist, at den ikke-kontakt version sandsynligvis kunne give tilstrækkelig information, gør installationsprocessen meget enklere. Mens den anomali de fandt på den kutter kom fra den kablede version, Leeb siger, "hvis den kontaktfrie version var installeret" i den del af skibet, "vi ville se næsten det samme."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.