เซ็นเซอร์วัดความสั่นสะเทือน (Vibration) จากทาง มูราตะ (Murata)

ชุดอุปกรณ์ตรวจวัด Condition Monitoring Starter Kit ของทาง Murata 

ช่วยให้การวางแผนบำรุงรักษาเครื่องจักรภายในโรงงานของเราง่าย สะดวก และแม่นยำมากยิ่งขึ้น ด้วยเทคโนโลยีในการตรวจวัดค่าความสั่นสะเทือน (Vibration) และขนาดของเซ็นเซอร์ที่เล็ก ทั้งยังเป็นอุปกรณ์ไร้สาย ทำให้ติดตั้งง่าย เชื่อมต่อผ่านระบบไร้สายคลื่นความถี่ 920 MHz ช่วยให้งานวิเคราะห์ความพร้อมใช้งานของเครื่องจักรทำได้ทันที หรือแม้แต่การแจ้งเตือนเมื่อเกิดความผิดปกติให้ทราบเพื่อเร่งดำเนินการแก้ไข ก่อนที่เครื่องจักรของเราจะได้รับความเสียหายรุนแรง


วิธีการบำรุงรักษาตามสภาพ (Condition based maintenance) เป็นหนึ่งในการบำรุงรักษา เครื่องจักร เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายรุนแรงแก่เครื่องจักรของเรา โดยจะมีอุปกรณ์ตรวจวัดคอยเฝ้าระวังในเรื่องของความพร้อมใช้งานของเครื่องจักร ช่วยให้เราสามารถที่จะคาดการณ์ถึงสถานะความพร้อมใช้งานของเครื่องจักรได้ รวมถึงในการวางแผนที่จะซ่อมบำรุงเครื่องจักร เมื่อค่าในการตรวจวัดจากเซ็นเซอร์บ่งบอกถึงความไม่พร้อมใช้งานในด้านต่างๆ ก่อนที่จะเกิดความเสียหายรุนแรงแก่เครื่องจักรของเรา



ภาพ: การตั้งค่าการแจ้งเตือนความสั่นสะเทือนของเครื่องจักรโดยอ้างอิงตาม ISO


โดยทั่วไปโรงงานอุตสาหกรรมที่มีเครื่องจักรประเภท Rotary Machine เช่นชุดมอเตอร์ขับ ชุดปั้มต่างๆ ผู้ปฏิบัติงานดูแลเครื่องจักรก็จะมีการตรวจสอบค่าความสั่นสะเทือนของเครื่องจักร และทำการจดบันทึกลงแบบฟอร์ม หรือนำค่าที่วัดได้นั้นไปเปรียบในตารางขอบเขตของค่าความสั่นสะเทือนของเครื่องจักรตามขนาดกำลังวัตต์ เพื่อบ่งบอกสภาพว่าเครื่องจักรปกติหรือเข้าสู่สภาวะเสี่ยง ถ้าเกินค่าในตาราง (อ้างอิง ISO 10816) หรือค่าที่เราตั้งไว้ ก็ให้ช่างเข้าทำการตรวจสอบและแก้ไข ก่อนที่เกิดความเสียหายแก่เครื่องจักร





ภาพ : ตัวอย่างการนำตัวเซ็นเซอร์วัดค่าความสั่นสะเทือนติดตั้งกับมอเตอร์


แต่หากเครื่องจักรในโรงงานของเรามีจำนวนที่มาก ทำให้ต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานหลายคน และอาจใช้เวลาในการปฏิบัติงานค่อนข้างนาน ระบบของ Murata Wireless Sensing Solution จะมาช่วยแก้ปัญหาในการตรวจวัดค่าต่างๆของเครื่องจักร และหนึ่งในนั้นคือค่าความสั่นสะเทือน




ภาพ : ชุดเซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าไร้สายทั้งหมดที่มี ของทาง Murata

Murata Easy Condition Monitoring Starter Kit 

มีเซ็นเซอร์ตรวจวัดหลากหลายรูปแบบ เพื่อช่วยให้เราวิเคราะห์และตัดสินใจถึงสถานะความพร้อมใช้งานของเครื่องจักร ไม่ว่าจะเป็น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature) เซ็นเซอร์วัดความชื้น (Humidity) เซ็นเซอร์ตรวจวัดกระแสไฟ (Current) และอีกหนึ่งเซ็นเซอร์ที่ผมจะมารีวิวนั้นคือ เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน (Vibration) ช่วยให้งานวิเคราะห์ต่างๆ สะดวกและแม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งระบบของ Murata Wireless Sensing Solution นั้น มีจุดเด่น 3 ข้อหลักๆ คือ

• Easy to Install ติดตั้งง่าย อุปกรณ์ไม่ยุ่งยาก
• Easy to Use ใช้งานง่าย ทั้ง ฮาร์ดแวร์และซอฟแวร์
• Easy to Expand ขยายระบบเพิ่มอุปกรณ์ตรวจวัดได้ง่าย

ภาพ : ขนาดเซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าความสั่นสะเทือน และแม่เหล็กที่ฐานล่าง


เซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าความสั่นสะเทือน มีขนาดเพียง 38 x 24 x 38 mm เท่านั้น ถือว่าเล็กมากๆ แถมยังเป็นการเชื่อมต่อแบบระบบไร้สายด้วยคลื่นความถี่ 920 MHz ด้วยนะ ด้านล่างจะมีแม่เหล็กติดตั้งอยู่ เราสามารถนำตัวเซ็นเซอร์ไปติดที่ Rotary Machine หรือมอเตอร์ของเราได้อย่างง่ายดาย บอกเลยว่า แม่เหล็กเล็กๆ นี้ แรงดูดสูงมากครับ ติดหนึบแน่นอน สะดวกมากๆ







ภาพ : ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติระหว่างรุ่น 1LZ และ 1TF





ภาพ : ความเหมาะสมในการเลือกรุ่นของ เซ็นเซอร์กับรูปแบบลักษณะการใช้งาน


เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร (Vibration Sensor) ของทาง Murata นั้นมีด้วยกัน 2 รุ่น ซึ่งทั้งสองรุ่นนั้นจะวัดได้ทั้ง ค่าความสั่นสะเทือน และ อุณหภูมิพื้นผิว โดยที่จะมีรายละเอียดการวัดค่าความสั่นสะเทือนต่างกันดังนี้


รุ่น 1LZ ที่จะสามารถวัดได้เฉพาะค่าความเร่ง (Acceleration) เท่านั้น ซึ่ง Acceleration model จะเหมาะกับวัดความถี่สูงๆ ตั้งแต่ 1,000 – 10,000 Hz ซึ่งความถี่ที่สูงจะบ่งชี้ถึง ปัญหาของ Bearing ที่เป็นจำพวก Rolling (element) bearing และปัญหาด้าน Gear (Gear Mesh Frequency; GMF)


รุ่น 1TF สามารถวัดได้ทั้งค่าความเร่ง (Acceleration) และ ค่าความเร็ว (Velocity) ซึ่ง Velocity model จะเหมาะกับการวัดความสั่นสะเทือนที่ความถี่ไม่สูงมาก (Frequency 10 – 1,000 Hz) ซึ่งที่ความถี่ประมาณนี้จะสามารถบ่งชี้ปัญหาเรื่องของ Unbalance, Mis-Alignment , Looseness ได้ค่อนข้างดีครับ




ภาพ : แผนผังการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์และเซ็นเซอร์ตรวจวัด


เรามาดูอุปกรณ์ที่ใช้ในการติดตั้งและติดต่อในการส่งสัญญาณการวัดค่าความสั่นสะเทือน (Vibration Sensor) กันดีกว่าครับ โดยอุปกรณ์ที่มีในตอนนี้ จะประกอบไปด้วย


เซ็นเซอร์วัดความสั่นสะเทือน โดยในบทความนี้จะมีทั้งรุ่น 1LZ และรุ่น 1TF เป็นอุปกรณ์ในการตรวจวัดค่าต่างๆ เช่นค่าความสั่นสะเทือน หรือแม้แต่ค่าอุณหภูมิพื้นผิวของอุปกรณ์ที่เราติดตั้งด้วย ทำการส่งข้อมูลผ่านคลื่นความถี่ 920 MHz เพื่อเชื่อมต่อกับตัวอุปกรณ์ Gateway


Gateway ในการเชื่อมต่อสัญญาณ ระหว่างเซ็นเซอร์ตรวจวัด และเครื่องคอมพิวเตอร์ จะทำหน้าที่ในการเชื่อมต่อสัญญาณ เพื่อให้เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีการลงโปรแกรมเอาไว้ ใช้ในการตั้งค่าตัวแปรต่างๆ ของเซ็นเซอร์ตรวจวัด โดยอุปกรณ์จะทำการเชื่อมต่อกันตลอดเวลา แต่เซ็นเซอร์ตรวจวัดจะมีการส่งสัญญาณค่าที่ตรวจวัดได้ เป็นช่วงเวลาตามที่เราตั้งค่าเอาไว้ เช่น ทุกๆ 1นาที 1 ชั่วโมง หรือ ทุกๆ 1 วัน เป็นต้น


คอมพิวเตอร์ในการเชื่อมต่อกับ Gateway ใช้ในการลงโปรแกรมเพื่อทำการปรับตั้งค่าของตัวเซ็นเซอร์ โดยการเชื่อมต่อผ่านตัว Gateway และยังเป็นเครื่องบันทึกที่คอยจัดเก็บค่าข้อมูลการตรวจวัด จากตัวเซ็นเซอร์ ตามช่วงเวลาที่ตั้งค่าไว้ ช่วยให้เราสามารถดูค่าการตรวจวัดย้อนหลังได้ โดยโปรแกรมของทาง Murata นั้นยังมีฟังก์ชันในการใช้งานเพื่อการวิเคราะห์ข้อมูลได้หลากหลายรูปแบบเช่นเดียวกัน




ภาพ : ตัวอย่างหน้าโปรแกรมใช้งานในการดูค่าการตรวจวัดเพื่อวิเคราะห์




ภาพ : การติดตั้งใช้งานของตัวเซ็นเซอร์ตรวจวัดกับมอเตอร์


ในปัจจุบันประเทศไทยมีการอนุญาตให้ใช้คลื่นความถี่ 920 - 925 MHz ในลักษณะการใช้งานเป็นการทั่วไป โดยให้ผู้ใช้งานเข้าใช้คลื่นความถี่ร่วมกัน ซึ่งปัจจุบันรองรับการใช้เครื่องวิทยุคมนาคมหลากหลายประเภท อาทิ เครื่องวิทยุคมนาคมสื่อสารระยะสั้น (Short-Range Radiocommunication Devices: SRD)เครื่องวิทยุคมนาคมประเภท RFID (Radio Frequency Identification) รวมถึงการเชื่อมต่อจากอุปกรณ์ Internet of Things (IoT) ซึ่งอุปกรณ์เซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าความสั่นสะเทือนเครื่องจักรของทาง Murata นั้นก็ถือได้ว่าเป็น IoT ตัวหนึ่ง ใช้คลื่นความถี่ 920 MHz ที่ทำหน้าที่ตรวจวัดและส่งสัญญาณการตรวจวัดเข้าสู่ระบบเน็ตเวิร์คได้

หลังจากการติดตั้งโปรแกรม และทำการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงเซ็นเซอร์เข้าสู่ระบบเรียบร้อย การติดตั้งนั้นทำได้ง่ายมากๆ เพียงนำตัวเซ็นเซอร์ซึ่งที่ฐานด้านล่างเป็นแม่เหล็กแรงสูง ไปติดตั้งวางไว้เฉยๆได้เลย ซึ่งรัศมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ติดตั้งกับเครื่องจักรนั้น ต้องอยู่ระหว่างระยะทางที่ทำให้เซ็นเซอร์สามารถเชื่อมต่อกับตัว Gateway ได้ด้วย แต่ถ้าระยะทางไกลเกินไป สามารถเพิ่มตัว Repeater หรือตัวขยายสัญญาณในการเพิ่มระยะทางได้ ไม่อย่างนั้น Gateway ก็จะไม่สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เพื่อบันทึกค่าการตรวจวัด และโชว์ค่าในคอมพิวเตอร์ได้

จากนั้นใช้โปรแกรมในการอ่านค่าวิเคราะห์จากเซ็นเซอร์ตรวจวัดนั้น ก็มี 4 ฟังก์ชันหลักๆ ด้วยกัน

• แบบ List เป็นการแสดงผลในรูปแบบมุมมองตาราง 
• แบบ Chart เป็นการแสดงผลในรูปแบบของกราฟ 
• แบบ Map เป็นการแสดงผลในรูปแบบของแผนผัง 
• แจ้งเตือนผ่าน E-mail 

แบบ List เป็นการแสดงผลในรูปแบบมุมมองตาราง โดยหน้าจอแสดงผล จะสามารถแสดงผลการวัดจากเซ็นเซอร์ทุกตัว และแสดงค่าในตัวแปรทุกตัวทั้งหมดที่เซ็นเซอร์จะสามารถทำการตรวจวัดได้ , เราสามารถกรองตัวแปรในการแสดงผลได้ เช่น เลือกเฉพาะโซนพื้นในการติดตั้งเซนเซอร์ ได้จากการกำหนดหมวดหมู่ของเซ็นเซอร์ตั้งแต่ช่วงแรกของการปรับตั้งค่าเชื่อมตัวเซ็นเซอร์ก่อนการใช้งาน




แบบ Chart เป็นการแสดงผลในรูปแบบของกราฟ สามารถเลือกค่าที่แสดงตั้งแต่ค่าที่ถูกเก็บย้อนหลังถึงปัจจุบัน ตามตัวแปรต่างๆ ที่เซ็นเซอร์สามารถตรวจวัดได้ เช่นค่าอุณหภูมิ ค่าความสั่นสะเทือน ซึ่งค่าความสั่นสะเทือนยังสามารถแปลงเป็นกราฟ FFT (Fast Fourier Transform) เพื่อทำการวิเคราะห์ค่าการวัดอย่างละเอียด เพื่อใช้ในการวางแผนที่จะบำรุงรักษา หรือแก้ไข ก่อนเกิดความเสียหายได้




แบบ Map เป็นการแสดงผลในรูปแบบของแผนผัง แผนที่ภาพรวม ของเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งทั้งหมด อีกหนึ่งฟังก์ชันที่ช่วยให้การเฝ้าสังเกตการณ์เครื่องจักรของเราง่ายยิ่งขึ้น โดยที่เราไม่ต้องเดินไปในพื้นที่โรงงาน ก็สามารถทราบสถานะเครื่องจักรโดยรวมทั้งหมดที่มีการเชื่อมต่อเอาไว้ โดยแสดงผลในลักษณะของแผนภาพแผนที่ ซึ่งหมุดแต่ละหมุดนั้นจำลองแทนตำแหน่งเครื่องจักรแต่ละตัวที่มีเซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าความสั่นสะเทือนติดตั้งเอาไว้ และสีของหมุดในแผนภาพยังแสดงสถานะเครื่องจักรถึงความพร้อมใช้งานเช่นเดียวกัน เช่น เครื่องจักรอยู่ในสภาวะปกติ (Normal) เครื่องจักรอยู่ในสภาวะใกล้ถึงรอบการบำรุงรักษา (Warning) หรือแม้แต่ เครื่องจักรอยู่ในสภาวะเสี่ยงต่อความเสียหาย (Abnormal) เป็นต้น


ทั้งยังสามารถตั้งค่าการแจ้งเตือนผ่าน E-mail เพื่อเตือนเมื่อค่าที่ตรวจวัดความสั่นสะเทือนสูงกว่าที่เรากำหนดไว้ได้

การตั้งค่าการแจ้งเตือน Alert condition setting

อุปกรณ์ตรวจวัดของทาง Murata นั้นก็เพื่อให้เราทราบถึงสภาพการใช้งานเครื่องจักร ว่าถึงช่วงเวลาที่ต้องตรวจสอบความผิดปกติ หรือถึงจุดที่เครื่องจักรเสี่ยงเกินกว่าจะใช้งานต่อไปแล้ว ซึ่งการตั้งค่าแจ้งเตือนในโปรแกรมมี 2 ระดับด้วยกัน

1. Caution แจ้งเตือนเพื่อระวัง เพื่อแสดงให้ทราบว่าควรเข้าไปตรวจสอบเครื่องจักรเพิ่มเติม ว่ามีความผิดปกติของเครื่องจักรหรือไม่ ที่ทำให้ค่าการวัดนั้นเกิดขอบเขตของ Caution ซึ่งเราสามารถตั้งค่าได้ทั้ง Upper และ Lower ขอบเขตบนและขอบเขตล่าง
2. Warning แจ้งเตือนจุดอันตราย เพื่อแสดงให้ทราบถึงจุดเสี่ยงหรือบ่งบอกถึงจุดอันตรายที่จะก่อให้เครื่องจักรเกิดความเสียหายได้ อาจจะต้องทำการหยุดการทำงานเพื่อตรวจสอบและซ่อมบำรุงอย่างทันที ซึ่ง Warning นั้นสามารถสามารถตั้งค่าได้ทั้ง Upper และ Lower ขอบเขตบนและขอบเขตล่าง

ซึ่งการตั้งค่านั้นเราสามารถตั้งค่าได้ 2 วิธีด้วยกัน คือ

1. กำหนดค่าด้วยตัวเอง เช่นในกรณีที่เป็นค่าความสั่นสะเทือน เราอาจจะใช้ค่ามาตรฐาน (อ้างอิง ISO 10816) มาเป็นตัวกำหนดขอบเขตให้กับการวัดค่าความสั่นสะเทือนของเครื่องจักรได้ โดยการกำหนดค่าเป็นค่าคงที่ลงไปได้เลย
2. กำหนดค่าจากข้อมูล โดยการเรียกข้อมูลการตรวจวัดในที่ผ่านมา อยู่ในช่วงที่เครื่องจักรยังคงสภาพเป็นสภาวะการใช้งานปกติ อาจจะกำหนดค่าการแจ้งเตือนเป็นอัตราส่วนเปอร์เซ็นต์จากค่าใช้งานปกติได้

ภาพ : ตารางเปรียบเทียบการตั้งค่า Report Interval ต่ออายุการใช้พลังงาน


แหล่งจ่ายพลังงานให้กับตัวเซ็นเซอร์เป็นแบตเตอรี่ อายุการใช้งานขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของตัว Report Interval หรือความถี่ในการส่งค่ากลับไปยังตัว Gateway นั้นเองครับ เช่นหากตั้งค่าการส่งข้อมูลทุกๆ 15 วินาที อายุการใช้งานแบตเตอรี่จะได้เพียง 2 สัปดาห์เท่านั้น แต่หากตั้งค่าการส่งข้อมูลเป็นทุกๆ 1 วัน อายุการใช้งานแบตเตอรี่จะได้นานถึง 10 ปีเลยทีเดียว ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมในการใช้งาน หรือความถี่ของเราว่าต้องการเฝ้าระวังหรือทราบค่าการวัดทุกๆช่วงเวลาใด (สามารถขอคำปรึกษากับทาง Murata ในการตั้งค่าต่างๆก่อนการติดตั้งใช้งานได้ครับ) อย่างไรก็ตาม ค่าที่โชว์ในตารางข้างต้นเป็นเพียงค่าอ้างอิงเท่านั้น ประสิทธิภาพและความคงทนของแบตเตอรี่จะขึ้นอยู่กับการใช้งานในสภาพแวดล้อมจริง ซึ่งปัจจัยเรื่องอุณหภูมิจะเป็นอีกตัวแปรสำคัญส่งผลต่อความคงทนของแบตเตอรี่

สรุป

อุปกรณ์ตรวจวัดไร้สาย Wireless Vibration Sensing เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ IOT ที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการเฝ้าระวังติดตามความพร้อมของเครื่องจักร โดยคาดการณ์จากความสั่นสะเทือนจากตัวเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งด้วยแม่เหล็กแรงสูง ทั้งยังเป็นอุปกรณ์ไร้สายจะติดตั้ง หรือย้ายตำแหน่งอุปกรณ์ก็ทำได้ง่าย สื่อสารผ่านคลื่นความถี่ 920 MHz ซึ่งเป็นช่องสัญญาณสำหรับอุปกรณ์ IOT ในอุตสาหกรรม ระบบการทำงานของโปรแกรม เรายังสามารถตั้งค่าการแจ้งเตือนต่างๆ เพื่อคอยเฝ้าระวังสถานะเครื่องจักรได้ล่วงหน้าอีกด้วย


ซึ่งขณะนี้ทางมูราตะยังมีบริการทดสอบให้ฟรีที่โรงงาน หากสนใจสินค้า และต้องการสอบถามข้อมูลติดต่อ สามารถเข้าไปได้ที่ลิงก์เว็บไซต์ด้านล่าง


Murata Website: https://bit.ly/3g0GDE8

หรือติดต่อกับทางมูราตะโดยตรง

ชนาธิป แสนธิการ (วิศวกร) โทร 081-132-4462 chanathip.santhikarn@murata.com

หรือ คุณนฤนาถ Tel. 063-125-6151 email: naruenart.siengloi@murata.com