CN113924532A - 用于监测驱动器的状况的方法和*** - Google Patents

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CN113924532A CN202080040053.XA CN202080040053A CN113924532A CN 113924532 A CN113924532 A CN 113924532A CN 202080040053 A CN202080040053 A CN 202080040053A CN 113924532 A CN113924532 A CN 113924532A
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Abstract

本发明涉及一种用于监测一个或多个工业驱动器的状况的方法和***。在一个实施例中，一个或多个工业驱动器与服务器相关联。服务器接收与一个或多个工业驱动器相关联的数据并且将数据传输到与服务器相关联的HiL***。服务器将HiL***配置为生成一个或多个模型，该一个或多个模型复制一个或多个工业驱动器和相关联的组件。在配置之后，对一个或多个工业驱动器进行测试，并且将测试结果提供给站点。将测试结果与工业驱动器的现场数据进行比较以确定和监测工业驱动器的状况。

Description

用于监测驱动器的状况的方法和***
技术领域
本发明总体上涉及监测驱动器的状况，并且更具体地涉及使用云服务器远程检测和监测位于站点处的驱动器的状况。
背景技术
诸如发电单元、变电站、炼油厂等工业站点使用包括多个组件的复杂工业设备。***的组件(例如，电驱动器、电机等)作为***的集成部分进行工作，并且通常直接或间接地相互依赖于***的其他组件的功能。通常，这样的***中可能会出现故障或错误，从而导致关键设备或/和过程出现故障。
根本原因分析(RCA)是用于标识***或子***中的故障的主要原因的一组过程或方法。已经开发和广泛使用了用于执行根本原因分析的大量算法和技术。RCA可以帮助标识设备故障的基本原因，并且可以建议用于克服设备故障的纠正措施，从而防止故障再次发生。
硬件在环(HiL)测试也可以用于使用设备和过程故障的RCA来解决设备故障。HiL测试用于标识故障的根本原因并且防止它们再次发生。HiL测试促进在各种实时使用场景下对装置和设备进行***测试。
通常希望在将设备部署到现场或站点之前测试它们的性能。此外，在设备的整个生命周期中可能会出现故障和错误。为了测试设备或执行RCA，可以设置HiL模拟器。例如，被测设备和装置可以是驱动控制硬件。与被测装置相关联的组件(连接到驱动器的电机、连接到电机的负载、安装在电机上的传感器)通过复制硬件或实时模拟器进行模拟。模拟传感器、模拟电机和模拟负载代表设备或站点模型。这些模型响应驱动控制硬件并且与之交互以实时模拟真实世界事件。实时模拟器提供被测设备通常遇到的环境特性和信号的准确表示。这使得能够对被诊断的***进行准确的测试或根本原因分析。
通常，很多工业站点没有配备HiL测试模拟平台，并且还可能缺乏围绕站点处的问题的适当测量。此外，除非分析了根本原因，否则客户可能不允许访问测试结果。因此，服务工程师必须等待站点的支持团队从根本原因分析中获取解决方案。站点专家可能不可靠，因为规模和***复杂性通常太大以至于根本原因分析无法做到公正和准确。
因此，需要提供新的和改进的***和方法，该***和方法将通过设备及其环境的实时模拟、以来自客户的减少的附加硬件和软件需求来促进远程根本原因分析。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及一种用于监测一个或多个工业驱动器的状况的方法和***。一个或多个工业驱动器可以被配置在同一个站点中，也可以配置在不同站点中。每个工业驱动器与计算单元相关联。计算单元可以用于控制对应工业驱动器，获取现场数据并且分析现场数据，以确定和监测工业驱动器的状况。在一个实施例中，一个或多个工业驱动器可以经由计算单元与服务器相关联。服务器接收与一个或多个工业驱动器相关联的操作数据、配置数据和测试数据，并且将所接收的数据传输到与服务器相关联的硬件在环(HIL)***。在一个实施例中，服务器将HiL***配置为生成一个或多个模型，该一个或多个模型复制一个或多个工业驱动器和与一个或多个驱动器相关联的组件。一个或多个模型被生成以类似于一个或多个工业驱动器以及与一个或多个工业驱动器相关联的组件进行工作。服务器通过选择用于测试一个或多个工业驱动器的合适固件和测试套件来配置HiL***。在配置HiL***之后，对一个或多个工业驱动器进行测试，并且由服务器从HiL***中检索测试结果并且将测试结果提供给与对应工业驱动器相关联的计算***。测试结果可以与工业驱动器的现场数据进行比较以确定和监测工业驱动器的状况。
在一个实施例中，操作数据和配置数据可以用于设置HiL***，并且测试数据可以用于将HiL***配置为复制站点的一个或多个条件以用于在一个或多个条件下测试一个或多个工业驱动器。
在一个实施例中，将来自HiL***的测试结果与现场数据进行比较以标识一个或多个工业驱动器的故障或状况的根本原因。在另外的实施例中，可以通过监测一个或多个驱动器或通过及时调度维护来解决根本原因。
本文中描述了不同范围的***。除了本概述中描述的方面和优点，通过参考附图和参考以下详细描述，其他的方面和优点将变得很清楚。
附图说明
下面将参考附图中所示的优选示例性实施例来更详细地解释本发明的主题，在附图中：
图1示出了根据本公开的实施例的用于远程监测工业驱动器的状况的环境的简化框图；
图2示出了根据本公开的实施例的用于远程监测工业驱动器的状况的示例性流程图；
图3示出了根据本公开的实施例的用于接收用于设置和配置HiL***的工业驱动器参数的示例性UI；
图4示出了根据本公开的实施例的设置和配置HiL***的示例性场景；
图5和图6示出了根据本公开的实施例的由服务器提供的用于与现场数据进行比较以确定和监测工业驱动器的状况的示例性图。
具体实施方式
本发明公开了一种用于确定和监测配置在站点/现场的工业驱动器的状况的方法和***。
图1示出了用于远程监测工业驱动器的状况的环境的简化框图。如图1所示，站点(100)或现场(例如，工厂)包括用于操作和控制站点设备的一个或多个***。站点设备可以包括工业驱动器(102)、电机(103)、连接到电机(103)的负载(105)、被集成以监测站点设备的传感器(104)、以及多个组件(未示出)。此后，在本公开中，术语“驱动器”用于指代单个工业驱动器，而术语“一个或多个驱动器”用于指代单个工业驱动器或多个工业驱动器。通常，工业驱动器(102)(也称为驱动器)电连接到电机(103)以控制电机(103)的速度和转矩，进而控制负载(105)的速度和转矩。驱动器(102)连接到电源(101)。电机也可以连接到电源(101)，然而，电连接在图1中未示出并且普通技术人员应当理解这种连接存在。在一个实施例中，传感器(104)安装在电机(103)上。在另一实施例中，传感器(104)可以安装在驱动器(102)上。传感器(104)可以被配置为测量各种参数，诸如振动、温度、速度、电流、电压等。
在一个实施例中，驱动器(102)连接到计算单元(106)。计算单元(106)可以是诸如台式机、膝上型电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)等电子设备。计算单元(106)被配置为操作和控制驱动器(102)。诸如从传感器(104)接收的数据、与驱动器(102)相关的历史数据、与电机(103)相关联的历史数据、故障趋势等现场数据存储在计算单元(106)或与计算单元(106)相关联的数据库(未示出)中。在一个实施例中，计算单元(106)可以用于分析现场数据以检测和监测驱动器(102)的状况。驱动器(102)的状况被确定和监测以标识驱动器(102)中的故障和这样的故障的根本原因。
在一个实施例中，硬件在环(HiL)***(108)被配置为通过模拟站点(100)环境来测试控制硬件(例如，驱动器(102))。通常，在各种站点(100)条件下(例如，不同操作温度、用于变化负载的不同速度和转矩)测试诸如驱动器(102)等控制硬件是不可行的。如电机之类的设备很昂贵，并且测试控制硬件以控制设备可能会导致设备损坏。因此，HiL***(108)用于模拟站点(100)条件并且测试控制硬件。在一个实施例中，可以直接使用控制硬件，或者使用诸如比例积分微分(PID)控制器等复制硬件来代替控制硬件。复制硬件可以包括类似于控制硬件的固件的固件以复制控制硬件的功能。在一个实施例中，模拟设备与复制硬件通信耦合。在一个实施例中，HiL***(108)复制站点(100)条件，使得复制硬件从模拟设备接收类似于由站点(100)中的设备生成的信号/信息的信号/信息。因此，在各种站点(100)条件下测试复制控制硬件的复制硬件可以用于监测控制硬件的条件并且标识与控制硬件或相关设备相关联的故障。通常，托管控制硬件的站点包括用于测试控制硬件的HiL***(108)。
在一个实施例中，HiL***(108)必须被设置和配置为复制站点(100)条件。为了复制站点(100)条件，需要与控制硬件相关的数据。在一个实施例中，服务器(107)促进设置和配置HiL***(108)。服务器(107)接收与安装在站点(100)中的驱动器(102)相关联的操作数据、配置数据和测试数据。在一个实施例中，服务器(107)可以是基于云的服务器。在一个实施例中，服务器(107)可以提供远程服务以监测和确定驱动器(102)的状况。服务器(107)可以提供用于在远程位置处设置和配置HiL***(108)的服务。因此，每个站点(100)可以不包括HiL***(108)。在多个站点(100)托管一个或多个驱动器的情况下，每个站点(100)可以连接到服务器(107)以接收与确定和监测一个或多个驱动器的状况相关的服务。在一个实施例中，服务器(107)可以基于来自相应站点(100)中的站点工程师的输入或基于与一个或多个驱动器相关联的一个或多个条件来优先化站点(100)和相应站点(100)的一个或多个驱动器。
图2示出了用于远程监测一个或多个工业驱动器(102)的状况的示例性流程图。
在步骤201，服务器接收与一个或多个驱动器相关联的数据。在一个实施例中，该数据可以包括操作数据、配置数据和测试数据。在一个实施例中，操作数据可以包括使用传感器(104)测量的负载转矩、电机速度、电源电压、环境条件中的至少一项。在一个实施例中，负载转矩可以使用在一个或多个驱动器(102)中测量的电流来估计。在一个实施例中，环境条件可以包括温度、压力、湿度等。在一个实施例中，配置数据可以包括一个或多个驱动器和相关组件(例如，电机(103)、传感器(104))以及与一个或多个驱动器关联的固件的标称额定值中的至少一项。在一个实施例中，测试数据可以包括但不限于测试套件和一个或多个驱动器中的故障趋势。测试套件包括用于在一个或多个条件下测试一个或多个驱动器的多个测试用例。在一个实施例中，一个或多个测试用例可以基于要测试的条件和站点(100)条件的严重性来在多个测试用例中选择。例如，考虑为测试驱动器(102)预定义十个测试用例。在过热状况下，需要执行两个特定测试用例以标识驱动器(102)过热的根本原因。在这种情况下，站点工程师可以在UI中为HiL***(108)选择特定测试用例以执行所选择的测试用例。
在一个实施例中，服务器(107)可以在与对应的一个或多个驱动器相关联的计算单元(106)上实现应用。应用在计算单元(106)上执行以从站点(100)接收操作数据、配置数据和测试数据。在一个实施例中，应用可以提供用户界面(UI)。图3示出了示例UI，该示例UI用于接收用于设置和配置HiL***的驱动参数。在图3的说明性方面，UI的第一级别可以包括用于接收操作数据、配置数据和测试数据的多个输入字段。如图3所示，输入字段可以允许站点工程师上传操作数据和配置数据，诸如电机(103)数据表、驱动器(102)数据表和与驱动器(102)相关联的故障趋势。在一个实施例中，应用可以在与对应驱动器相关联的每个计算单元(106)中实现。
在一个实施例中，UI还可以允许站点工程师输入与HiL***(108)相关的数据，诸如与一个或多个驱动器相关联的固件、一个或多个模型，该一个或多个模型用于模拟相关联的设备和一个或多个驱动器、以及在测试时生成图等。
在步骤202，服务器(107)将所接收的数据传输到HiL***(108)以模拟和测试一个或多个驱动器。在一个实施例中，服务器(107)将所接收的数据传输到HiL***(108)以设置和配置HiL***(108)以复制站点(100)条件。图4示出了根据本公开的实施例的设置和配置HiL***的示例性场景。在图4的说明性示例中，服务器(107)与HiL***(108)通信耦合。HiL***(108)也可以与储存库(404)相关联。储存库(404)可以存储与多个设备相关联的多个固件。例如，储存库(404)可以存储驱动器的固件的多个版本，即，drive1_firmware_v1.0、drive1_firmware_v1.1、drive1_firmware_v2.0、drive2_firmware_v2.0、drive2_firmware_v2.1等。诸如Jenkins自动化服务器(JAS)等持续集成平台可以充当储存库(404)。在一个实施例中，JAS可以包括一个或多个驱动器的控制软件。同样，JAS可以包括多个设备的控制软件。
储存库(404)还可以包括用于测试多个设备的多个测试用例。测试用例的示例可以包括在高压力下操作驱动器、在非常高的振动下操作电机、针对可变负载转矩操作驱动器、针对恒定负载转矩操作驱动器等。在一个实施例中，可以使用如自动测试框架(ATF)之类的框架自动生成测试用例。ATF可以被托管在服务器(107)上或HiL***(108)中或客户场所处。
在一个实施例中，服务器(107)可以通过从多个固件中为由站点工程师选择的驱动器(102)选择固件来设置HiL***(108)。在一个实施例中，所选择的固件由复制硬件(在图4中称为复制驱动器)(401)使用以作为站点(100)中存在的驱动器(102)进行操作。在一个实施例中，服务器(107)可以从储存库(404)中检索所选择的固件并且将所选择的固件提供给HiL***(108)。在另一实施例中，服务器(107)可以向HiL***(108)指示所选择的固件，并且HiL***(108)可以从储存库(404)中检索所选择的固件。此外，服务器(107)可以选择一种或多种模型来模拟电机(103)和负载(105)。所选择的驱动器(102)的操作数据和配置数据用于生成复制驱动器(401)、模拟电机(402)和模拟负载(403)。在一个实施例中，可以使用实时模拟器来生成复制驱动器(401)、模拟电机(402)和模拟负载(403)。在一个实施例中，PID控制器用作复制驱动器(401)。在一个实施例中，仿真信号被生成，类似于与安装在站点(100)中的驱动器(102)相关联的真实信号。仿真信号可以被提供给模拟电机(402)或者仿真信号可以被提供给复制驱动器(401)。在一个实施例中，复制驱动器(401)与模拟电机(402)之间的通信被建模以复制所选择的驱动器(102)和安装在站点(100)中的电机(103)的行为。仿真信号的存在创建了与站点条件相似的环境。
在一个实施例中，当HiL***(108)被设置和配置时，多个测试用例由HiL***(108)执行以测试所选择的驱动器(102)。此外，由服务器(107)接收测试结果。服务器(107)经由设置在计算单元(106)中的应用将测试结果提供给计算单元(106)。在一个实施例中，可以将测试结果与现场数据进行比较以标识所选择的驱动器(102)中的故障的根本原因。测试结果可以包括诊断报告。在一个实施例中，服务器(107)可以接收来自一个或多个驱动器的为一个或多个驱动器生成模拟结果的请求。在这样的场景中，服务器(107)可以基于与一个或多个驱动器(102)或对应站点(100)相关联的优先级/严重性/条件分别为一个或多个驱动器配置HiL***(108)。在一个实施例中，站点工程师可以向要模拟的一个或多个驱动器提供优先级值。
图5和图6示出了由服务器提供的用于与现场数据进行比较以确定和监测工业驱动器的状况的示例性图。在一个实施例中，站点工程师可以将从测试中接收的图与使用现场数据而生成的图进行比较。现场图与模拟图之间的比较可以用于标识故障的根本原因。站点工程师可以将现场数据与HiL结果进行分析和比较，以进行故障的根本原因分析。图5和图6中示出了这样的数据比较的一个示例。图5示出了电机中的转矩变化的比较。电机转矩数据的现场结果被类似配置的模拟电机的HiL模拟结果很好地复制。图6示出了作为时间的函数的由真实现场电机和模拟电机消耗的电流(以安培为单位)。200秒之前HiL电机中的电流示出相同速度和转矩的较小电流(图6)。根本原因分析表明，最可能的原因是电源欠压。站点工程师可以通过改变驱动器设置来采取适当措施来纠正现场的电机的参数，从而减少所消耗的电流的差异。
在一个实施例中，服务器(107)可以包括人工智能(AI)技术以自动检测新请求并且基于与一个或多个驱动器相关联的状况的历史分析来选择测试数据和配置数据。
附图标记：
100-站点
101-电源
102-驱动器
103-电机
104-传感器
105-负载
106-计算单元
107-服务器
108-HiL***
401-复制驱动器
402-模拟电机
403-模拟负载
404-储存库。

Claims (13)

1.一种用于监测一个或多个工业驱动器的状况的方法，其中每个工业驱动器被配置为控制连接到负载的电机，其中与每个工业驱动器相关联的计算单元被配置为存储与所述工业驱动器、所述电机和所述负载相关的现场数据，其中所述方法由通过通信网络与所述一个或多个工业驱动器连接的服务器执行，所述方法包括：
从与每个工业驱动器相关联的计算单元接收一个或多个工业驱动器的站点数据，所述站点数据包括：
所述一个或多个工业驱动器的操作数据，其中所述操作数据包括用于操作所述一个或多个工业驱动器的负载转矩、电源电压和环境条件中的至少一项；
所述一个或多个工业驱动器的配置数据，其中所述配置数据至少包括操作所述一个或多个工业驱动器和与所述一个或多个工业驱动器相关联的固件的标称额定值；
用于在一个或多个条件下测试所述一个或多个工业驱动器的测试数据，其中所述测试数据至少包括所述一个或多个工业驱动器中的故障趋势以及用于在所述一个或多个条件下测试所述一个或多个工业驱动器的测试套件；
向硬件在环(HIL)***传输所述站点数据，以用于生成一个或多个模型以复制所述一个或多个工业驱动器，并且使用所述一个或多个工业驱动器的所述操作数据和所述配置数据将所述一个或多个模型配置为与所述一个或多个工业驱动器类似地操作，其中所述测试数据用于仿真所述一个或多个条件以用于在所述HiL***中测试所述一个或多个工业驱动器；以及
接收测试所述一个或多个工业驱动器的结果，其中测试所述一个或多个工业驱动器的所述结果被提供给对应计算单元，其中测试的所述结果与所述一个或多个工业驱动器的所述现场数据进行比较以用于确定和监测所述一个或多个工业驱动器的状况。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个工业驱动器位于一个或多个站点处。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个工业驱动器的所述一个或多个模型基于与所述一个或多个工业驱动器相关联的条件和与所述一个或多个站点相关联的条件中的至少一项而被优先化。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境条件包括压力、温度和湿度中的至少一项。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个工业驱动器的所述配置数据是从以下各项中的一项获取的：与所述一个或多个工业驱动器相关联的数据表、或所述服务器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述服务器通过以下方式促进配置所述HiL***：
从所述一个或多个工业驱动器的所述测试套件中选择一个或多个测试用例，其中所选择的一个或多个测试用例被提供给所述一个或多个模型以复制所述一个或多个站点的所述一个或多个条件，以用于确定所述一个或多个工业驱动器的状况。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个工业驱动器的所确定的状况用于标识在所述状况下操作所述一个或多个工业驱动器的根本原因。
8.一种用于监测一个或多个工业驱动器的状况的服务器，其中每个工业驱动器被配置为控制连接到负载的电机，其中与每个工业驱动器相关联的计算单元被配置为存储与所述工业驱动器、所述电机和所述负载相关的现场数据，其中所述服务器通过通信网络与所述一个或多个工业驱动器连接，所述服务器包括：
与数据库相关联的一个或多个处理器，其中所述一个或多个处理器被配置为：
从与每个工业驱动器相关联的计算单元接收一个或多个工业驱动器的站点数据，所述站点数据包括：
所述一个或多个工业驱动器的操作数据，其中所述操作数据包括用于操作所述一个或多个工业驱动器的负载转矩、电源电压和环境条件中的至少一项；
所述一个或多个工业驱动器的配置数据，其中所述配置数据至少包括操作所述一个或多个工业驱动器和与所述一个或多个工业驱动器相关联的固件的标称额定值；
用于在一个或多个条件下测试所述一个或多个工业驱动器的测试数据，其中所述测试数据至少包括所述一个或多个工业驱动器中的故障趋势以及用于在所述一个或多个条件下测试所述一个或多个工业驱动器的测试套件；
向硬件在环(HIL)***传输所述站点数据，以用于生成一个或多个模型以复制所述一个或多个工业驱动器，并且使用所述一个或多个工业驱动器的所述操作数据和所述配置数据将所述一个或多个模型配置为与所述一个或多个工业驱动器类似地操作，其中所述测试数据用于仿真所述一个或多个条件以用于在所述HiL***中测试所述一个或多个工业驱动器；以及
接收测试所述一个或多个工业驱动器的结果，其中测试所述一个或多个工业驱动器的所述结果被提供给对应计算单元，其中与所述计算单元相关联的显示器被配置为显示测试的所述结果与所述工业驱动器的所述现场数据的比较以确定和监测所述工业驱动器的状况。
9.根据权利要求8所述的服务器，其中所述一个或多个处理器从位于一个或多个站点处的所述一个或多个工业驱动器接收所述站点数据。
10.根据权利要求9所述的服务器，其中所述一个或多个处理器基于与所述一个或多个工业驱动器相关联的条件和与所述一个或多个站点相关联的条件中的至少一项来优先化所述一个或多个工业驱动器的所述一个或多个模型。
11.根据权利要求8所述的服务器，其中所述一个或多个处理器从以下各项中的一项获取所述一个或多个工业驱动器的所述配置数据：与所述一个或多个工业驱动器相关联的数据表、或所述服务器。
12.根据权利要求8所述的服务器，其中所述一个或多个处理器通过以下方式促进配置所述HiL***：
从所述一个或多个工业驱动器的所述测试套件中选择一个或多个测试用例，其中所选择的一个或多个测试用例被提供给所述一个或多个模型以用于复制所述一个或多个站点的所述一个或多个条件。
13.根据权利要求8所述的服务器，其中所述一个或多个处理器被配置为在所述显示器上显示所接收的测试的结果和所述现场数据，其中站点工程师比较测试的所述结果和所述现场数据以标识在所确定的状况下操作所述一个或多个工业驱动器的根本原因。
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