麻省理工學院的研究人員設計的新系統(tǒng)可以監(jiān)控建筑物，船舶或工廠內所有電子設備的行為，可以在任何給定時間確定哪些電子設備正在使用以及是否有任何即將發(fā)生故障的跡象的設備。在海岸警衛(wèi)隊的快艇上進行測試時，系統(tǒng)檢測出了一個燒壞的電機，這可能會導致嚴重的機載火災。
這款新型傳感器，其讀數(shù)可以在一個易于使用的圖形顯示器上進行監(jiān)控，稱為NILM（非侵入式負載監(jiān)控）儀表板，MIT的Steven Leeb教授的一篇論文中描述了該傳感器的工作原理。
該系統(tǒng)使用的傳感器簡單地在單個點處連接到電線的外部，而不需要任何切割或拼接電線。從這一點開始，它可以感知相鄰導線中的電流，并通過分析電壓和電流中微小的，獨特的波動來檢測電路中每個電機，泵或設備的獨特“特征”，以及監(jiān)控設備的開啟或關閉狀態(tài)。該系統(tǒng)還可用于監(jiān)控能源使用情況，通過調度設備何時何地使用或閑置來改進效率。
檢查顯示，右側的部分柴油發(fā)動機水加熱線圈嚴重腐蝕，左側為未腐蝕的線圈。圖片來源：麻省理工學院
該技術特別適用于監(jiān)控相對較小的電氣系統(tǒng)，例如小型船舶，建筑物或工廠中有有限數(shù)量的設備的電氣系統(tǒng)。在對位于波士頓的海岸警衛(wèi)隊快艇進行的一系列測試中，該系統(tǒng)去年有一次非常戲劇化的演示。
在海岸警衛(wèi)隊的快艇Spencer上，使用一個儀表板可以監(jiān)控大約20臺電機和設備，這里使用了兩個不同的傳感器進行監(jiān)測，傳感器在這種情況下使用硬線連接。監(jiān)測結果表明船舶的主要柴油發(fā)動機的部件（稱為夾套式熱水器）吸收了異常的動力。Leeb說，船員們對監(jiān)測結果持懷疑態(tài)度，但還是去檢查了相關部件。加熱器被裝在保護金屬蓋下，當從裝置上取下蓋子，煙就傾瀉了出來，加熱器被嚴重的腐蝕和破損的絕緣露了出來。
“船很復雜，”Leeb表示，“它的運行和維護已經(jīng)非常出色了，但沒有人能夠洞察一切異常的問題。”
海岸警衛(wèi)隊快艇spencer內部，麻省理工學院開發(fā)的儀表板在這兒發(fā)現(xiàn)了可能導致電氣火災的問題，及時避免了危險。圖片來源：麻省理工學院
快艇工程師Nicholas Galanti中校表示，“NILM的預警讓我們的港口維修期間采購和更換Spencer的這些加熱器，并配備了具有完全任務能力的夾套水系統(tǒng)。此外， NILM還發(fā)現(xiàn)了一個嚴重的電擊危險，已經(jīng)阻止了我們機房內的電氣火災?！?/p>
該系統(tǒng)易于使用，幾乎不需要培訓。計算機儀表板為每個被監(jiān)控的設備配備儀表盤，正常情況下，指針會留在綠色區(qū)域，當發(fā)現(xiàn)問題時會轉入黃色或紅色區(qū)域。
在異常成為嚴重危險之前發(fā)現(xiàn)異常是儀表板的主要任務，但Leeb指出它還可以執(zhí)行其他有用的功能。通過不斷監(jiān)控在什么時間使用哪些設備，它可以使能量審計能夠找到在沒有人使用時不必要地打開的設備，或者發(fā)現(xiàn)效率低于同類設備的電機。通過顯示設備是否按計劃激活給定測試，還可以幫助確保遵循正確的維護和檢查程序。
監(jiān)控系統(tǒng)提供易于閱讀的顯示，以向機組成員顯示被監(jiān)控的各種電氣設備的狀況。只要針停留在綠色區(qū)域，設備就會正常運行，但如果它進入橙色或紅色部分，則表示存在需要檢查的問題。圖片來源：麻省理工學院
“這個系統(tǒng)有三個功能，”Leeb介紹道，該系統(tǒng)可以進行“能量記分、活動跟蹤和基于狀態(tài)的監(jiān)控”。這最后一項能力至關重要，“特別是對于擁有關鍵任務系統(tǒng)的人來說，”他說，除了海岸警衛(wèi)隊和海軍外，還包括石油生產商或化學品制造商等公司，他們需要監(jiān)控包含易燃和有害物質的工廠和現(xiàn)場，因此需要在運營中獲得廣泛的安全保障。
Leeb說，該系統(tǒng)的一個重要特征是對軍事和工業(yè)應用都有一定的用處，它的所有計算和分析都可以在本地的系統(tǒng)內完成，并且不需要互聯(lián)網(wǎng)連接，這可以保持與外部的隔離，這樣就能高度抵抗任何外部篡改或數(shù)據(jù)竊取。
目前為了測試，團隊已經(jīng)安裝了監(jiān)控系統(tǒng)的有線和無線版本，兩種類型都安裝在Coast Guard快艇的不同部位。測試表明無線版就能獲得足夠的信息，且安裝過程要簡單得多。雖然他們在快艇上發(fā)現(xiàn)的異常來自有線版本，但Leeb說，“如果安裝了無線版本，我們會看到幾乎相同的結果?！?/p>