Около года назад мой коллега, Eric Bantegnie, рассказал в своей статье о том, как мы вместе с нашими партнерами – компаниями PTC, NI и HPE – создали цифровой двойник насоса и одного из его клапанов. Эта работа была представлена на конференции PTC LiveWorx. Я рад сообщить, что мы с партнерами продолжаем работу над новой версией цифрового двойника и расширили её от насоса и клапана к двигателю и электроприводу.
Почему эта работа является важной и интересной? Этот расширенный цифровой двойник демонстрирует комплексную систему, включающую явления динамики жидкости, электромеханики, электромагнетизма и теплопередачи в связке с удобным интерфейсом «человек-машина» (HMI – Human Machine Interface). Такая модель позволит решить сложную задачу, с которой сталкиваются разработчики и эксплуатанты электродвигателя: определение, контроль и поддержание оптимальной температуры для номинального режима работы двигателя и его компонентов. Почему столь важна эта задача? Дело в том, что каждые 10 градусов повышения рабочей температуры двигателя и его компонентов снижают их долговечность вполовину!
Но как оператору определить, что электродвигатель работает в постоянном режиме с оптимальной температурой и не перегревается? Зачастую на нём нет датчиков температуры. Температуру можно косвенно оценивать по входной мощности, току и напряжению, но этот способ не является точным. Даже если на электродвигателе и есть датчики, измеряющие температуру, их использование во многих условиях эксплуатации оказывается слишком дорогим, а данные часто бывают неточны или обрабатываются с задержкой.
Определение температуры двигателя
Создание цифрового двойника продукта позволяет решить проблемы с определением температуры и повысить долговечность электродвигателя, обеспечив оптимальный температурный режим работы двигателя и работу насоса с параметрами, обеспечивающими наилучшую производительность. Каким образом это можно сделать? Скорости и давление потока оказывают влияние на работу двигателя и на его температуру. Физически, двигатель соединён с насосом и управляется электронным контроллером. С цифровым двойником для моделирования состояния всей системы необходима только информация с двух датчиков положения двух клапанов насоса, определяющих расход. Такая модель позволяет получить полезные сведения о режиме работы насоса и двигателя. При использовании виртуальных датчиков, встроенных в расчётные модели, необходимость в использовании физических датчиков можно резко уменьшить. Благодаря цифровому двойнику и информации с двух датчиков на насосе, мы можем определять температуру двигателя, величины электрического тока, скорости и давления потока жидкости в различных местоположениях и в любой момент времени.
Построение и подключение цифрового двойника
Для создания расчётных моделей, необходимых для построения цифрового двойника и определения температурного режима двигателя, необходимо применить системное моделирование и решить связанные задачи динамики жидкости, электромеханики, электромагнетизма и теплопередачи. При этом необходимо учесть физические связи в системе: нанос присоединен к двигателю, а двигатель управляется контроллером.
