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西門(mén)子SM336數字量輸出模塊
產(chǎn)品時(shí)間:2023-12-27
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西門(mén)子正是前行路上能共擔風(fēng)雨的伙伴。從一顆葡萄到一滴美酒的美妙變遷能在西門(mén)子數字化平臺上全程追溯。而在2016年漢諾威博覽會(huì )上,也源自西門(mén)子的前沿數字技術(shù)。

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銷(xiāo)售西門(mén)子SM326數字量輸出模塊

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虛擬傳感器為大型電機開(kāi)啟高效之門(mén)

 

西門(mén)子研究人員開(kāi)發(fā)的虛擬傳感器不必借助安裝在電機內部的傳感器,即可計算出電機內部溫度。籍此得到的信息可以避免不必要的停機——這一改進(jìn)將大大降低運營(yíng)成本。

諸如壓縮氣體用的大型電機的轉子,盡管龐大如房間,但卻難以進(jìn)入。這種轉子在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱應力很高,一旦過(guò)熱就會(huì )造成損害。因此,必須監測其溫度。

驅動(dòng)這種轉子的電機是所謂的凸極電機,這些巨大的機器在石油、天然氣及化工行業(yè)常用于驅動(dòng)大功率泵機。由于未配備變頻器,直接連接至電網(wǎng),它們在啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的熱量。若反復啟動(dòng),其內部溫度可能飆升至800°C,從而可能造成嚴重損害。為此,在重新啟動(dòng)之前,必須讓電機冷卻下來(lái)。問(wèn)題是:需要多長(cháng)時(shí)間?電機內部關(guān)鍵區域的溫度無(wú)法直接測量。這樣一來(lái),技術(shù)人員迄今為止只能估計冷卻時(shí)長(cháng)。一般而言,專(zhuān)家會(huì )設定一個(gè)緩沖期,以排除發(fā)生損害的可能性。這樣的停機往往長(cháng)達12小時(shí),比實(shí)際冷卻用時(shí)長(cháng)得多,故而令經(jīng)營(yíng)者蒙受巨大損失。

透過(guò)增強現實(shí)頭盔來(lái)觀(guān)看電機演示器,佩戴者可以看到電機及其內部的逼真模擬,以及疊加于其上的真實(shí)演示器。

虛擬傳感器

現在,得益于西門(mén)子中央研究院(CT)開(kāi)展的工作,研究人員可以利用虛擬傳感器來(lái)測量和監測電機在運行狀態(tài)下的內部溫度。這一發(fā)展有助于顯著(zhù)減少停機時(shí)間,提高設備利用率。虛擬傳感器原型的數學(xué)模型基于數字化雙胞胎——它精確地模擬了真實(shí)的傳感器若能裝入電機內部將如何工作。透過(guò)增強現實(shí)頭盔HoloLens來(lái)觀(guān)看電機演示器,佩戴者可以看到電機及其內部的逼真模擬,以及疊加于其上的真實(shí)演示器。從藍色到紅色的不同顏色表明了溫度水平。

西門(mén)子中央研究院的仿真專(zhuān)家Birgit Obst表示,“我們借鑒了西門(mén)子過(guò)程工業(yè)與驅動(dòng)集團,特別是柏林西門(mén)子電機工廠(chǎng)同事們的工作成果。他們在開(kāi)發(fā)電機時(shí),使用了數學(xué)模型來(lái)捕捉驅動(dòng)裝置的幾何形狀和材料特性,以便創(chuàng )建出每個(gè)組件的數字化雙胞胎。”但這些模型極為廣泛且又復雜,因而通常無(wú)法用于實(shí)時(shí)計算。在解決這一挑戰的過(guò)程中,西門(mén)子研究人員取得了兩個(gè)重大進(jìn)展:他們成功地運用了數學(xué)規約方法,并且成功地推導出抽象模型,盡管這些模型不那么全面,但仍可得出關(guān)鍵的模擬結果。這些模型的計算速度比傳統工程仿真工具快1000倍,并且精度偏差更小、可控。得益于此,西門(mén)子開(kāi)發(fā)出可在運行期間持續進(jìn)行監測的數字化雙胞胎。這些數字化雙胞胎可以隨時(shí)提供現實(shí)的虛擬圖像。通過(guò)將虛擬傳感器生成的數據與非運動(dòng)組件上的傳感器生成的數據進(jìn)行比較,可量化虛擬傳感器的精度。

節省費用

利用西門(mén)子研究人員開(kāi)發(fā)出的新模型,可以得出關(guān)于電機轉子溫度的可靠結論。西門(mén)子中央研究院仿真與數字化雙胞胎核心技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)調員Dirk Hartmann指出,“打個(gè)比喻,這就像是天氣預報?,F在,我們可以測量——換句話(huà)說(shuō),計算出——特定地點(diǎn)的溫度,在本例中亦即轉子的溫度。不僅如此,綜合利用各個(gè)測量點(diǎn)——相當于氣象站——提供的數據,我們可以對所有區域進(jìn)行預測,而不只是被測量的區域。”

這種能力可以為經(jīng)營(yíng)者節省大筆費用。西門(mén)子過(guò)程工業(yè)與驅動(dòng)集團在柏林的開(kāi)發(fā)人員Artur Jungiewicz表示,“這樣的優(yōu)化過(guò)程可以防止電機過(guò)熱,并縮短冷卻階段的停機時(shí)間,由此每小時(shí)節省可多21萬(wàn)歐元。”這種模擬的另一個(gè)特殊特性是其速度:現在溫度變化方向也可以得到實(shí)時(shí)監測并預測。

演示實(shí)踐

一個(gè)桌子大小的演示器展示了西門(mén)子仿真系統的工作方式:一根軸將兩臺小電機連接起來(lái)。左側電機使右側電機減速,并在此過(guò)程中產(chǎn)生持續負荷。傳感器測量電機外部溫度。與此同時(shí),運行時(shí)長(cháng)和負荷的數據就能被收集到。仿真系統應用這些輸入參數和電機的有關(guān)數學(xué)模型,計算出右側驅動(dòng)裝置內部溫度,預測溫度變化。

Hartmann表示,“我們的虛擬傳感器非常精確,近乎于直接測量溫度。原型機測量出當前溫度,并預測未來(lái)可以重新啟動(dòng)電機的時(shí)間點(diǎn)。”源自工程系統的基礎模型為我們“提供了寶貴的技術(shù)專(zhuān)長(cháng)基礎,使我們的方法有別于競爭對手所采用的*基于數據的過(guò)程。”Obst如是說(shuō)。Hartmann補充道,“工程模型集成鏈為在線(xiàn)模擬和校準奠定了基礎,這是的賣(mài)點(diǎn)。”

 

 

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