Maak je relais veilig met een digital twin
Configureerbare veiligheidsrelais helpen om letsel en schade in fabrieksautomatisering te voorkomen door elektrische voeding te onderbreken in reactie op data die ze ontvangen van sensoren. Wanneer er een storing optreedt in een veiligheidsrelais, moet de productielijn worden stilgelegd totdat het relais kan worden gerepareerd of vervangen, wat resulteert in dure downtime. Ingenieurs van Phoenix Contact Electronics hebben een digital twin van hun veiligheidsrelais ontwikkeld die realtime sensordata integreert met simulatieresultaten om storingen in een vroeg stadium te voorspellen.
De resterende levensduur van een veiligheidsrelais is empirisch te voorspellen op basis van fysieke metingen in een laboratorium op een speciaal geconfigureerd relais. Maar bij gebruik in de dagelijkse praktijk kunnen de relais niet in die mate worden voorzien van allerlei meetsystemen. Dat komt onder meer doordat ze moeten worden afgedicht om veeleisende fabrieksomstandigheden te trotseren. Tot voor kort was er dan ook geen praktische methode om het falen te voorspellen. Dat had soms kwalijke gevolgen omdat een kapotte veiligheidsrelais op de verkeerde plek het hele bedrijfsproces kan frustreren. Nu is er wel een aanpak beschikbaar om zulke kritieke relais te monitoren en te vervangen op een moment dat de apparatuur toch gepland buiten bedrijf is.
Phoenix Contact Electronics ontwikkelde daarvoor een digital twin-methodologie met de mogelijkheid om een accurate voorspelling te doen van de resterende levensduur van het relais. Met een voorloper van de Ansys Twin Builder-software hebben de ingenieurs de beperkte metingen die ze kunnen uitvoeren op relais in bedrijf geïntegreerd met reduced-order modellen (rom) om de accurate data te leveren die nodig zijn om de resterende levensduur te voorspellen.
Er zijn twee verschillende soorten rom-modellen geïntegreerd in de digital twin: enerzijds rom-modellen die het elektromagnetische en mechanische gedrag van het relais weergeven en anderzijds rom-modellen die surrogaatmodellen zijn voor de manier waarop de ingangsvariabelen invloed zullen hebben op het resultaat. Het laatste type is gegenereerd met een mop-workflow (metamodel of optimal prognosis) om vóór uitschakeling een voorspelling te doen over de contacterosie en de ankerrotatiehoek. Dat zijn de twee belangrijke componenten in een levensduurvoorspelling van een relais die momenteel niet rechtstreeks in het veld te meten zijn of niet via simulatie te voorspellen zijn.
Op dit moment werkt de digital twin met een speciaal demonstratorrelais via een qdm-interface (quality data model) voor gestructureerde data. On-demand sensormetingen, zoals temperatuur en spanning van het relais, worden naar de digital twin gestuurd en gebruikt om het gedrag van het relais te simuleren. De simulatieoutput wordt samen met de meetwaardes gebruikt als input voor het mop-metamodel, dat de resterende levensduur van het relais voorspelt. Zo actualiseren de fysieke metingen van het werkelijke relais het simulatiemodel, dat de triltijd van het contact berekent. De resultaten van de simulatie actualiseren op hun beurt het mop-metamodel, dat de resterende levensduur van het relais voorspelt. Door de triltijd te reduceren, kan de resterende levensduur aanzienlijk worden verlengd.
Ingenieurs bij Phoenix Contact werken nu aan de integratie van hun digital twin in relais die worden gebruikt in praktijktoepassingen. Zo zullen fabrieken de relais hun hele levensduur lang kunnen gebruiken en tegelijkertijd storingen en downtime tot een minimum kunnen beperken.
