从外观上看,美国海岸警卫队“斯宾塞”号巡逻舰上的主柴油发动机看起来很正常。但是,新开发的一种传感器系统表明,用于在发动机启动前对其进行预热的一组加热器发生了故障。当船员拆下加热器的金属盖时,他们发现了冒烟、腐蚀的电线。
麻省理工学院教授史蒂文·利布说,加热器不仅失效,“它们的电绝缘层也开始磨损和破裂,几乎要引发火灾了。”利布是3月份发表在《IEEE工业信息学汇刊》上的一项研究的资深作者,该研究描述了这种新系统。“我们的电源监视器能够在一年多的时间里检测到逐渐的变化,并看到了它严重故障的时候。”
该系统依赖于一种称为非侵入式负载监测(NILM)的技术。在船舶和建筑物中,许多设备通常连接到单一电源,每个设备都会在电流中产生独特的变化。安装在电气网络中某一点的NILM传感器可以提取这些独特的“指纹”,以确定每个设备正在使用的能量。尽管NILM可以追溯到20世纪80年代,但实际应用只是在过去几年才出现,因为公用事业公司和独立的初创公司开始开发智能电表,以监测家庭和建筑物的能源使用情况。
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新系统处理NILM数据,并通过海岸警卫队巡逻舰上的仪表板显示信息。“[研究人员]制作了一个可用的工具,”马萨诸塞大学阿默斯特分校电气与计算机工程助理教授大卫·欧文说,他没有参与这项研究。欧文说,虽然许多学术NILM项目可能深奥难懂,但利布的团队专注于实际应用,成功地为商业应用改造了传感器。
类似的仪表板界面可以警告房主家用电器发生故障,并且在工业或军事环境中可能至关重要。“诊断工作旨在检测何时发生故障——甚至更好的是,预测它们可能何时发生故障,”利布说。及早发现“斯宾塞”号的发动机故障部件使海岸警卫队能够在船只仍在码头时更换它。
“几乎没有人喜欢东西坏掉,”他说,但在巡逻舰上——或在炼油厂、化学加工厂、制造工厂或商业建筑中——一个损坏的部件可能会导致更大的系统瘫痪,即所谓的任务瘫痪,造成严重而广泛的后果。