西门子MM430 18.5KW变频器380-480V标准版

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浔之漫智控技术（上海）有限公司 上海诗慕自动化设备有限公司
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超长运行时间

由于存储和取回机器等设备全天候运行，任何意外停机都有可能造成数百万美元的损失，因此维持持续的正常运行至关重要。

在这种情况下，预测性维护就有了用武之地。电机与其他关键设备上的传感器可以收集过程与运行数据，之后再借助利用相应算法完成的智能分析就有可能预测出为机器和料场部件进行维护时间。

数字化服务促进可靠运营

西门子研究人员开发的虚拟传感器不必借助安装在电机内部的传感器，即可计算出电机内部温度。籍此得到的信息可以避免不必要的停机——这一改进将大大降低运营成本。

诸如压缩气体用的大型电机的转子，尽管庞大如房间，但却难以进入。这种转子在启动时产生的热应力很高，一旦过热就会造成损害。因此，必须监测其温度。

驱动这种转子的电机是所谓的凸极电机，这些巨大的机器在石油、天然气及化工行业常用于驱动大功率泵机。由于未配备变频器，直接连接至电网，它们在启动时会产生大量的热量。若反复启动，其内部温度可能飙升至800°C，从而可能造成严重损害。为此，在重新启动之前，必须让电机冷却下来。问题是：需要多长时间？电机内部关键区域的温度无法直接测量。这样一来，技术人员迄今为止只能估计冷却时长。一般而言，专家会设定一个缓冲期，以排除发生损害的可能性。这样的停机往往长达12小时，比实际冷却用时长得多，故而令经营者蒙受巨大损失。

透过增强现实头盔来观看电机演示器，佩戴者可以看到电机及其内部的逼真模拟，以及叠加于其上的真实演示器。

虚拟传感器

现在，得益于西门子中央研究院（CT）开展的工作，研究人员可以利用虚拟传感器来测量和监测电机在运行状态下的内部温度。这一发展有助于显著减少停机时间，提高设备利用率。虚拟传感器原型的数学模型基于数字化双胞胎——拟了真实的传感器若能装入电机内部将如何工作。透过增强现实头盔HoloLens来观看电机演示器，佩戴者可以看到电机及其内部的逼真模拟，以及叠加于其上的真实演示器。从蓝色到红色的不同颜色表明了温度水平。

西门子中央研究院的仿真专家Birgit Obst表示，“我们借鉴了西门子过程工业与驱动集团，特别是柏林西门子电机工厂同事们的工作成果。他们在开发电机时，使用了数学模型来捕捉驱动装置的几何形状和材料特性，以便创建出每个组件的数字化双胞胎。”但这些模型极为广泛且又复杂，因而通常无法用于实时计算。在解决这一挑战的过程中，西门子研究人员取得了两个重大进展：他们成功地运用了数学规约方法，并且成功地推导出抽象模型，尽管这些模型不那么全面，但仍可得出关键的模拟结果。这些模型的计算速度比传统工程仿真工具快1000倍，并且精度偏差更小、可控。得益于此，西门子开发出可在运行期间持续进行监测的数字化双胞胎。这些数字化双胞胎可以随时提供现实的虚拟图像。通过将虚拟传感器生成的数据与非运动组件上的传感器生成的数据进行比较，可量化虚拟传感器的精度。

节省费用

利用西门子研究人员开发出的新模型，可以得出关于电机转子温度的可靠结论。西门子中央研究院仿真与数字化双胞胎核心技术领域的协调员Dirk Hartmann指出，“打个比喻，这就像是天气预报。现在，我们可以测量——换句话说，计算出——特定地点的温度，在本例中亦即转子的温度。不仅如此，综合利用各个测量点——相当于气象站——提供的数据，我们可以对所有区域进行预测，而不只是被测量的区域。”

这种能力可以为经营者节省大笔费用。西门子过程工业与驱动集团在柏林的开发人员Artur Jungiewicz表示，“这样的优化过程可以防止电机过热，并缩短冷却阶段的停机时间，由此每小时节省可多21万欧元。”这种模拟的另一个特殊特性是其速度：现在温度变化方向也可以得到实时监测并预测。

演示实践

一个桌子大小的演示器展示了西门子仿真系统的工作方式：一根轴将两台小电机连接起来。左侧电机使右侧电机减速，并在此过程中产生持续负荷。传感器测量电机外部温度。与此同时，运行时长和负荷的数据就能被收集到。仿真系统应用这些输入参数和电机的有关数学模型，计算出右侧驱动装置内部温度，预测温度变化。

Hartmann表示，“我们的虚拟传感器非常乎于直接测量温度。原型机测量出当前温度，并预测未来可以重新启动电机的时间点。”源自工程系统的基础模型为我们“提供了宝贵的技术专长基础，使我们的方法有别于竞争对手所采用的*基于数据的过程。”Obst如是说。Hartmann补充道，“工程模型集成链为在线模拟和

针对中高压应用领域，西门子提供数字化传动系统服务。这一云解决方案可确保相关人员能够持续获得组件状态的信息。在发生重大变化之前，经过认证的服务专家会立即与用户联系，明确故障，并提供故障排除支持。

自动状态报告和通知也为用户提供了便利，帮助他们在早期阶段检测故障。如果采取了这些措施后仍发生了停机，运营商可以直接让服务专家同料场沟通，以迅速作出反应。

在为无齿轮磨机提供的设备健康状况分析中也包含了类似的数字化服务。该解决方案不仅考虑到了无齿轮电机的特定需求和行为，也涵盖了所有相关组件，包括电源和冷却设备、驱动、磨机本身等。

数字化传动系统服务和无齿轮磨机的设备健康状况分析等数字化服务可以帮助设备可靠运行。