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西門子研究人員開發(fā)出一款虛擬傳感器，不必借助安裝在電機內(nèi)部的傳感器即可計算出電機內(nèi)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)將大大降低運營成本。

諸如壓縮氣體用的大型電機的轉(zhuǎn)子，盡管龐大如房間，但卻難以進(jìn)入。這種轉(zhuǎn)子在啟動時產(chǎn)生的熱應(yīng)力很高，一旦過熱就會造成損害。因此，必須監(jiān)測其溫度。
 
驅(qū)動這種轉(zhuǎn)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(qū)動大功率泵機。由于未配備變頻器，直接連接至電網(wǎng)，它們在啟動時會產(chǎn)生大量的熱量。若反復(fù)啟動，其內(nèi)部溫度可能飆升至800°C，從而可能造成嚴(yán)重?fù)p害。為此，在重新啟動之前，必須讓電機冷卻下來。問題是：需要多長時間？電機內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域的溫度無法直接測量。這樣一來，技術(shù)人員迄今為止只能估計冷卻時長。一般而言，專家會設(shè)定一個緩沖期，以排除發(fā)生損害的可能性。這樣的停機往往長達(dá)12小時，比實際冷卻用時長得多，故而令經(jīng)營者蒙受巨大損失。
 
透過增強現(xiàn)實頭盔來觀看電機演示器，佩戴者可以看到電機及其內(nèi)部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實演示器。
 
西門子虛擬傳感器
 
現(xiàn)在，得益于西門子中央研究院(CT)開展的工作，研究人員可以利用虛擬傳感器來測量和監(jiān)測電機在運行狀態(tài)下的內(nèi)部溫度。這一發(fā)展有助于顯著減少停機時間，提高設(shè)備利用率。虛擬傳感器原型的數(shù)學(xué)模型基于數(shù)字化雙胞胎——它地模擬了真實的傳感器若能裝入電機內(nèi)部將如何工作。透過增強現(xiàn)實頭盔HoloLens來觀看電機演示器，佩戴者可以看到電機及其內(nèi)部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實演示器。從藍(lán)色到紅色的不同顏色表明了溫度水平。
 
西門子中央研究院的仿真專家Birgit Obst表示，“我們借鑒了西門子過程工業(yè)與驅(qū)動集團，特別是柏林西門子電機工廠同事們的工作成果。他們在開發(fā)電機時，使用了數(shù)學(xué)模型來捕捉驅(qū)動裝置的幾何形狀和材料特性，以便創(chuàng)建出每個組件的數(shù)字化雙胞胎。”但這些模型極為廣泛且又復(fù)雜，因而通常無法用于實時計算。在解決這一挑戰(zhàn)的過程中，西門子研究人員取得了兩個重大進(jìn)展：他們成功地運用了數(shù)學(xué)規(guī)約方法，并且成功地推導(dǎo)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(jié)果。這些模型的計算速度比傳統(tǒng)工程仿真工具快1000倍，并且精度偏差更小、可控。得益于此，西門子開發(fā)出可在運行期間持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)字化雙胞胎。這些數(shù)字化雙胞胎可以隨時提供現(xiàn)實的虛擬圖像。通過將虛擬傳感器生成的數(shù)據(jù)與非運動組件上的傳感器生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可量化虛擬傳感器的精度。