这款新型传感器,其读数可以在一个易于使用的图形显示器上进行监控,称为NILM(非侵入式负载监控)仪表板,MIT的Steven Leeb教授的一篇论文中描述了该传感器的工作原理。
该系统使用的传感器简单地在单个点处连接到电线的外部,而不需要任何切割或拼接电线。从这一点开始,它可以感知相邻导线中的电流,并通过分析电压和电流中微小的,独特的波动来检测电路中每个电机,泵或设备的独特“特征”,以及监控设备的开启或关闭状态。该系统还可用于监控能源使用情况,通过调度设备何时何地使用或闲置来改进效率。
该技术特别适用于监控相对较小的电气系统,例如小型船舶,建筑物或工厂中有有限数量的设备的电气系统。在对位于波士顿的海岸警卫队快艇进行的一系列测试中,该系统去年有一次非常戏剧化的演示。
在海岸警卫队的快艇Spencer上,使用一个仪表板可以监控大约20台电机和设备,这里使用了两个不同的传感器进行监测,传感器在这种情况下使用硬线连接。监测结果表明船舶的主要柴油发动机的部件(称为夹套式热水器)吸收了异常的动力。Leeb说,船员们对监测结果持怀疑态度,但还是去检查了相关部件。加热器被装在保护金属盖下,当从装置上取下盖子,烟就倾泻了出来,加热器被严重的腐蚀和破损的绝缘露了出来。
“船很复杂,”Leeb表示,“它的运行和维护已经非常出色了,但没有人能够洞察一切异常的问题。”
快艇工程师Nicholas Galanti中校表示,“NILM的预警让我们的港口维修期间采购和更换Spencer的这些加热器,并配备了具有完全任务能力的夹套水系统。此外, NILM还发现了一个严重的电击危险,已经阻止了我们机房内的电气火灾。”
该系统易于使用,几乎不需要培训。计算机仪表板为每个被监控的设备配备仪表盘,正常情况下,指针会留在绿色区域,当发现问题时会转入黄色或红色区域。
在异常成为严重危险之前发现异常是仪表板的主要任务,但Leeb指出它还可以执行其他有用的功能。通过不断监控在什么时间使用哪些设备,它可以使能量审计能够找到在没有人使用时不必要地打开的设备,或者发现效率低于同类设备的电机。通过显示设备是否按计划激活给定测试,还可以帮助确保遵循正确的维护和检查程序。
“这个系统有三个功能,”Leeb介绍道,该系统可以进行“能量记分、活动跟踪和基于状态的监控”。这最后一项能力至关重要,“特别是对于拥有关键任务系统的人来说,”他说,除了海岸警卫队和海军外,还包括石油生产商或化学品制造商等公司,他们需要监控包含易燃和有害物质的工厂和现场,因此需要在运营中获得广泛的安全保障。
Leeb说,该系统的一个重要特征是对军事和工业应用都有一定的用处,它的所有计算和分析都可以在本地的系统内完成,并且不需要互联网连接,这可以保持与外部的隔离,这样就能高度抵抗任何外部篡改或数据窃取。
目前为了测试,团队已经安装了监控系统的有线和无线版本,两种类型都安装在Coast Guard快艇的不同部位。测试表明无线版就能获得足够的信息,且安装过程要简单得多。虽然他们在快艇上发现的异常来自有线版本,但Leeb说,“如果安装了无线版本,我们会看到几乎相同的结果。”