利用量測解決方案 確保工業自動化機能恆常運行

茂宣企業專案經理王浚睿。DIGITIMES攝

歷經疫情洗禮，許多製造商亟欲打造無人化智慧工廠，得以不受封城或隔離影響，維持既定生產效率。在此前提下，舉凡廠內機械手臂、PLC、AGV等任何連網的節點，都務求正常運作、以確保工業自動化架構持續轉動；足見各節點的信號感測量測，顯得十分重要。

身為ADI代理商、也對量測方案著力至深的茂宣企業，其專案經理王浚睿指出，在工業4.0生態系，包括感測、運算處理、邏輯推理判斷、反應等皆屬重要課題，其中有兩個環節格外值得留意，一是液體量測，另一是振動量測。

液體量測方法主要分為電化學量測及光學量測，常用於檢測水質參數中的氨氮、亞硝酸鹽、PH、磷酸鹽，其中可運用的技術也很多，有的走電化學量測，更常見的則是光學量測，只因可量測的參數更多。

電化學量測量的是液體裡的電位，因離子濃度高低會影響電位差，可用於量測PH、含氧量、電導等參數，不僅準確度高也行之有年，且架構相對簡單。惟缺點是如果電極曝露待測液過久即需校正，且需溫度補償才能達到精密量測，限制條件不少。

至於光學量測法，利用光譜不同的波長特性，利用可見光(波長400~700nm)、及紅外線或UV頻段等不可見光，達到量測手段，主要是量測水裡亞硝酸、氮、氨等等參數；但量測精準度與鏡頭潔淨度相關，倘若鏡頭長時間部署於戶外，恐有遭受汙染之虞，這點在設計時應多做考慮。

以光學量測而論，主要是在200~750nm之間不同光譜量測不同物質。例如在200~250nm，適合量測NO2與NO3；至於250~400nm，可量測COD、BOD及TOC。在做雙波長光譜設計時，需有光源投射到濾鏡及分光鏡，經過待測液體的吸收後折射，經由PD-TIA-ADC 訊號鏈的轉換 從光學轉換為數位信號，完成了一路的取樣通道，而另一路光通道經過分光鏡產生相差90度後做參考值，最終藉由兩路數值的比較，如此方式可以減少噪音及偏移量的誤差。

再談到振動量測，亦是智慧工廠的重中之重，因為工廠內太多馬達類的設備，需倚靠齒輪或傳動軸的帶動，但時間一久難免出現損壞情況，故需預知老化的程度。又如培林內的滾珠，若出現異常，會在高頻產出特徵；軸承若出現異常則相反，會在低頻處產出特徵；此外若平衡未做好，機械的振動就會很大。

欲研判工廠內馬達類元件是否失效，可運用多種手法，常見的方式包括熱顯像、電壓/流訊號或以超音波進行非破壞式檢測，甚至看潤滑油中有無碎片，這些都可借助ADI的CbM(Condition-Based Monitoring)解決方案，在機械失效前1~2個月察覺端倪，及早採取因應措施，避免驟然停機釀成重大損失。譬如火車、機械手臂乃至風電系統，都可利用CbM預測健康狀態。

值得一提，不論液體或振動量測，ADI皆提供多項參考設計，且已備妥許多信號前處理機制，以利用戶減少摸索與試誤時間，加速進行智能判斷。