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西門子開發(fā)出可“計算溫度”的虛擬傳感器
閱讀：1910 發(fā)布時間：2018-7-20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——這一改進將大大降低運營成本。
諸如壓縮氣體用的大型電機的轉子,，盡管龐大如房間,，但卻難以進入。這種轉子在啟動時產(chǎn)生的熱應力很高,，一旦過熱就會造成損害,。因此，必須監(jiān)測其溫度,。
驅動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,。若反復啟動,，其內(nèi)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)部關鍵區(qū)域的溫度無法直接測量。這樣一來,，技術人員迄今為止只能估計冷卻時長,。一般而言，專家會設定一個緩沖期,，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,，提高設備利用率。虛擬傳感器原型的數(shù)學模型基于數(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)學模型來捕捉驅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展：他們成功地運用了數(shù)學規(guī)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，但仍可得出關鍵的模擬結果,。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)進行比較,，可量化虛擬傳感器的精度。