Ett nytt system som tagits fram av forskare vid MIT kan övervaka beteendet hos alla elektriska enheter i en byggnad, fartyg, eller fabrik, avgöra vilka som används vid varje given tidpunkt och om någon visar tecken på ett nära förestående misslyckande. När den testades på en kustbevakningsfräs, systemet identifierade en motor med utbrända ledningar som kunde ha lett till en allvarlig brand ombord.

Den nya sensorn, vars avläsningar kan övervakas på en lättanvänd grafisk display som kallas en NILM-instrumentpanel (non-intrusive load monitoring), beskrivs i marsnumret av IEEE-transaktioner på industriell informatik , i en artikel av MIT-professorn i elektroteknik Steven Leeb, nyutexaminerad Andre Aboulian MS '18, och sju andra vid MIT, den amerikanska kustbevakningen, och U.S. Naval Academy. En andra tidning kommer att visas i aprilnumret av Marin teknik , publiceringen av Society of Naval Architects and Marine Engineers.

Systemet använder en sensor som helt enkelt är fäst på utsidan av en elektrisk ledning vid en enda punkt, utan att behöva skära eller skarva trådar. Från den enda punkten, den kan känna av strömflödet i den intilliggande ledningen, och upptäcka de distinkta "signaturerna" för varje motor, pump, eller utrustning i kretsen genom att analysera små, unika fluktuationer i spänning och ström närhelst en enhet slås på eller av. Systemet kan också användas för att övervaka energianvändning, för att identifiera möjliga effektivitetsförbättringar och avgöra när och var enheter används eller står stilla.

Tekniken är särskilt väl lämpad för relativt små, innehöll elektriska system som de som betjänar ett litet fartyg, byggnad, eller fabrik med ett begränsat antal enheter att övervaka. I en serie tester på en kustbevakningsfräs baserad i Boston, systemet gav en dramatisk demonstration förra året.

Cirka 20 motorer och enheter spårades av en enda instrumentbräda, ansluten till två olika sensorer, på fräsen USCGC Spencer. Sensorerna, som i det här fallet hade en fast anslutning, visade att en onormal mängd ström drogs av en komponent av fartygets huvuddieselmotorer som kallas en jacket vattenvärmare. Vid det tillfället, Leeb säger, Besättningsmedlemmarna var skeptiska till läsningen men gick för att kontrollera den ändå. Värmaren är gömda under skyddande metallkåpor, men så snart locket togs bort från den misstänkta enheten, rök kom ut, och allvarlig korrosion och trasig isolering avslöjades tydligt.

"Fartyget är komplicerat, " säger Leeb. "Den är fantastiskt skött och underhållen, men ingen kommer att kunna upptäcka allt."

Överstelöjtnant Nicholas Galanti, ingenjörsofficer på kuttern, säger "förhandsvarningen från NILM gjorde det möjligt för Spencer att skaffa och byta ut dessa värmare under vår underhållsperiod i hamnen, och distribuera med ett fullt uppdrags-kapabelt jackvattensystem. Vidare, NILM upptäckte en allvarlig chockrisk och kan ha förhindrat en klass Charlie [elektrisk] brand i vårt maskinrum."

Systemet är designat för att vara lätt att använda med lite träning. Datorns instrumentpanel har rattar för varje enhet som övervakas, med nålar som stannar i den gröna zonen när allt är normalt, men sväng in i den gula eller röda zonen när ett problem upptäcks.

Att upptäcka avvikelser innan de blir allvarliga faror är instrumentpanelens primära uppgift, men Leeb påpekar att den också kan utföra andra användbara funktioner. Genom att ständigt övervaka vilka enheter som används vid vilka tidpunkter, det kan möjliggöra energibesiktningar för att hitta enheter som var påslagna i onödan när ingen använde dem, eller hitta mindre effektiva motorer som drar mer ström än sina liknande motsvarigheter. Det kan också bidra till att korrekt underhåll och inspektionsförfaranden följs, genom att visa om en enhet har aktiverats som planerat för ett givet test.

"Det är en trebent pall, "Säger Leeb. Systemet möjliggör" energibesparing, aktivitetsspårning, och tillståndsbaserad övervakning." Men det är den sista förmågan som kan vara avgörande, "speciellt för personer med verksamhetskritiska system, " säger han. Förutom kustbevakningen och marinen, han säger, som inkluderar företag som oljeproducenter eller kemikalietillverkare, som behöver övervaka fabriker och fältanläggningar som inkluderar brandfarliga och farliga material och därmed kräver breda säkerhetsmarginaler i sin drift.

En viktig egenskap hos systemet som är attraktiv för både militära och industriella tillämpningar, Leeb säger, är att all dess beräkning och analys kan göras lokalt, inom själva systemet, och kräver ingen internetanslutning alls, så att systemet kan isoleras fysiskt och elektroniskt och därmed mycket motståndskraftigt mot extern manipulering eller datastöld.

Även om teamet för teständamål har installerat både hårdkopplade och beröringsfria versioner av övervakningssystemet – båda typerna installerades i olika delar av kustbevakningens skärare – har testerna visat att den kontaktfria versionen sannolikt skulle kunna ge tillräcklig information, gör installationsprocessen mycket enklare. Även om anomalien de hittade på den fräsen kom från den trådbundna versionen, Leeb säger, "om den kontaktfria versionen var installerad" i den delen av fartyget, "vi skulle se nästan samma sak."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.