(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動化システムの電気機械コンポーネントをモニタリングする方法であって、前記方法は、
前記電気機械コンポーネントの現在の機械状態変数を感知する段階と、
前記電気機械コンポーネントの現在の電気状態変数を感知する段階と、
前記電気機械コンポーネントの動作モデルに基づいて前記電気機械コンポーネントの状態を決定する段階であって、前記動作モデルは、前記感知された現在の電気状態変数に対する前記感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する決定段階と
を含む方法。
【請求項２】
前記電気機械コンポーネントは電磁スイッチ、特にリレーである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記現在の機械状態変数は、
前記電気機械コンポーネントの接点のバウンスと、前記電気機械コンポーネントの接点のバウンスのバウンス継続時間と、前記電気機械コンポーネントの接点のバウンスのバウンス数と、前記電気機械コンポーネントの要素の温度と、前記電気機械コンポーネントの周囲温度と、前記電気機械コンポーネント、特に電機子との要素の動作速度、前記電気機械コンポーネントの接触の接触力または剥離力と
の機械状態変数うち１つを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記現在の機械状態変数を感知するために、前記電気機械コンポーネントの電気的変数、特に負荷電流または負荷電流の変化を感知する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記電気的変数は、
前記電気機械コンポーネントに流れる電流、または前記電気機械コンポーネントの電圧である、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記動作モデルは、前記電気機械コンポーネントに割り当てられ、
前記動作モデルは、前記電気状態変数のプロファイルを前記機械状態変数の関数として提供する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記電気機械コンポーネントの前記状態は、
前記電気機械コンポーネントの動作シミュレーションを動作させることにより決定され、
前記動作シミュレーションは、前記動作モデルを実装する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気機械コンポーネントの前記決定された状態を、特に表示装置を用いて表示する段階をさらに備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記電気機械コンポーネントの前記決定された状態に応答して、前記電気機械コンポーネントを制御するための制御信号を生成する段階と、
前記生成された制御信号を用いて、前記電気機械コンポーネントを制御する段階と
をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記現在の機械状態変数と前記現在の電気状態変数は、前記電気機械コンポーネントにより感知される、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記感知された現在の機械状態変数と前記感知された現在の電気状態変数は、通信ネットワークを介して前記電気機械コンポーネントから遠隔データ処理装置に送信され、前記電気機械コンポーネントの前記状態は、前記遠隔データ処理装置により感知され、前記電気機械コンポーネントに送信される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
電気機械コンポーネントであって、前記電気機械コンポーネントの現在の機械状態変数と前記電気機械コンポーネントの現在の電気状態変数を感知するように構成された感知装置と、
前記感知された現在の機械状態変数と前記感知された現在の電気状態変数を、前記電気機械コンポーネントの動作モデルに基づいて前記電気機械コンポーネントの状態を決定するために、通信ネットワークを介して遠隔データ処理装置に送信するように構成された通信インターフェースと、
を含み、
前記動作モデルは、前記感知された現在の電気状態変数に対する前記感知された現在の機械状態変数の影響を考慮し、
前記通信インターフェースは、前記通信ネットワークを介して、前記決定された状態に関する情報を受信するように構成されている、
電気機械コンポーネント。
【請求項１３】
前記感知された状態を表示するように構成されている表示装置をさらに備える、
請求項１２に記載の電気機械コンポーネント。
【請求項１４】
前記感知された状態に応答して前記電気機械コンポーネントを制御するための制御信号を生成し、前記生成された制御信号を用いて前記電気機械コンポーネントを制御するように構成されている制御デバイスをさらに含む、
請求項１２または１３に記載の電気機械コンポーネント。
【請求項１５】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の前記方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動化技術分野に関する。
【０００２】
自動化システムの電気機械コンポーネント、例えば、開閉装置やセーフティリレーにおいて、電気機械コンポーネントの状態および操作モードは、周囲環境条件に応じて変化し得る。これは、例えば、温度変化、衝撃振動、構成要素の摩耗、電気的スイッチ接点の接点摩耗またはバルブの機械的磨滅により発生する。
【０００３】
現時点で、自動化システムにおける個別特性値を、感知、補償または既定の特性値、例えば制御システムの助けを用いて比較することは一般的である。偏差がある場合、補正の実行が可能で、または潜在的危険がある場合、シャットダウンを実行することができる。特性値、または特性値の変化とシステム状態の間の既知の関係は、一般的にエラー説明としてメモリに保存され、評価に使用される。
【０００４】
複数のドメインを有する複雑な自動化システム（いわゆるマルチドメインシステム）の動作は一般的に個別特性値の変化が、状態、すなわち他の特性値の変化に応じて、相互作用と反応が生じた結果として生じるという特徴がある。これらの相互作用と反応は、一方向の説明マトリクスを用いて、例えばルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いて説明できないことが多く、従って、既知のエラー説明では十分に表現できない。
【０００５】
反応の一例は、トルク、すなわち力に対する電気機械リレーの電機子の移動の影響であり、移動速度における変化の場合において、対応する電圧が誘導されてコイル電流に影響する結果となり、したがってトルク、すなわち力への影響となる。電機子の反力は特に、接点ばねのばね力の関数であり、したがって、例えば、耐用年数にわたる接点の摩耗またはコイルの温度、およびその結果としての近接リレーの励起の関数でもある。他の変化する特性値は、例えば接点の変化するバウンス動作の結果としての接点の耐用年数における変化、ならびに周囲環境条件または制御条件に応じてさらなる変化を含むことができる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、自動化システムの電気機械コンポーネントをモニタリングするための効率的な概念を作り出すことである。
【０００７】
この目的は、独立請求項の特徴により達成される。さらなる有利な発展は、従属請求項、説明および図面の主題である。
【０００８】
第１態様によると、本発明は自動化システムの電気機械コンポーネントをモニタリングするための方法に関する。当該方法は、電気機械コンポーネントの現在の機械状態変数を感知する段階と、電気機械コンポーネントの現在の電気状態変数を感知する段階と、電気機械コンポーネントの動作モデルに基づいて電気機械コンポーネントの状態を決定する段階であって、動作モデルは、感知された現在の電気状態変数に対する感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する、決定する段階とを含む。
【０００９】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントは電磁スイッチ、特にリレーである。
【００１０】
一実施形態によると、現在の機械状態変数は、以下の機械状態変数のうち１つを含む。電気機械コンポーネントの接点のバウンスと、電気機械コンポーネントの接点のバウンスのバウンス継続時間と、電気機械コンポーネントの接点のバウンスのバウンス数と、電気機械コンポーネントの要素の温度と、電気機械コンポーネントの周囲温度と、電気機械コンポーネントの要素、特に電機子の動作速度と、電気機械コンポーネントの接点の接触力または剥離力。
【００１１】
一実施形態によると、現在の機械状態変数を感知するために、電気機械コンポーネントの電気的変数、特に負荷電流または負荷電流の変化を感知する。
【００１２】
一実施形態によると、電気的変数は、電磁コンポーネントに流れる電流、または電気機械コンポーネントの電圧である。
【００１３】
一実施形態によると、動作モデルは、電気機械コンポーネントに割り当てられ、動作モデルは電気状態変数のプロファイルを機械状態変数の関数として提供する。
【００１４】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントの状態は、電気機械コンポーネントの動作シミュレーションを動作させることにより決定され、動作シミュレーションは、動作モデルを実装する。
【００１５】
一実施形態によると、方法は電気機械コンポーネントの決定された状態を、特に表示装置を用いて表示する段階をさらに含む。
【００１６】
一実施形態によると、方法は、電気機械コンポーネントの決定された状態に応答して、電気機械コンポーネントを制御するための制御信号を生成する段階と、生成された制御信号を用いて、電気機械コンポーネントを制御する段階とをさらに含む。
【００１７】
一実施形態によると、現在の機械状態変数と現在の電気状態変数は電気機械コンポーネントにより感知される。
【００１８】
一実施形態によると、感知された現在の機械状態変数と感知された現在の電気状態変数は、通信ネットワークを介して電気機械コンポーネントから遠隔データ処理装置に送信され、電気機械コンポーネントの状態は、遠隔データ処理装置により感知され、電気機械コンポーネントに送信される。
【００１９】
第２態様によると、本発明は電気機械コンポーネントに関する。電気機械コンポーネントは、電気機械コンポーネントの現在の機械状態変数および電気機械コンポーネントの現在の電気状態変数を感知するように構成された感知装置を含む。電気機械コンポーネントは、感知された現在の機械状態変数と感知された現在の電気状態変数を、電気機械コンポーネントの動作モデルに基づいて電気機械コンポーネントの状態を決定するために通信ネットワークを介して遠隔データ処理装置に送信するように構成された通信インターフェースをさらに含み、動作モデルは感知された現在の電気状態変数に対する感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する。通信インターフェースは、通信ネットワークを介して、決定された状態に関する情報を受信するように構成されている。
【００２０】
電気機械コンポーネントは、方法を実行するように構成されている。電気機械コンポーネントのさらなる特徴は、方法の特徴から直接もたらされる。
【００２１】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントは、感知された状態を表示するように構成された表示装置をさらに含む。
【００２２】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントは、感知された状態に応答して電気機械コンポーネントを制御する制御信号を生成し、生成された制御信号を用いて電気機械コンポーネントを制御するように構成されている制御デバイスをさらに含む。
【００２３】
第３態様によると、本発明は、方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。電気機械コンポーネントおよび遠隔データ処理装置は、プログラムコードまたはプログラムコードの一部を実行するようにプログラムで構成され得る。
【００２４】
本発明は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに実装され得る。
【００２５】
さらなる実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に解説される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】自動化システムの電気機械コンポーネントをモニタリングするための方法の概略図である。
【００２７】
【図２】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００２８】
【図３】電気機械コンポーネントおよびデータ処理デバイスの概略図である。
【００２９】
【図４ａ】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００３０】
【図４ａ−１】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００３１】
【図４ｂ】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００３２】
【図４ｂ−１】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００３３】
【図５ａ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３４】
【図５ｂ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３５】
【図５ｃ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３６】
【図５ｄ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３７】
【図５ｅ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３８】
【図５ｆ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図である。
【００３９】
【図６ａ】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００４０】
【図６ａ−１】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００４１】
【図６ｂ】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００４２】
【図６ｂ−１】電気機械コンポーネントの概略図である。
【００４３】
図１は、自動化システムの電気機械コンポーネントをモニタリングするための方法１００の概略図を示す。方法１００は、電気機械コンポーネントの現在の機械状態変数を感知する段階１０１と、電気機械コンポーネントの現在の電気状態変数を感知する段階１０３と、電気機械コンポーネントの動作モデルに基づいて電気機械コンポーネントの状態を決定する段階１０５とを含み、動作モデルは感知された現在の電気状態変数に対する感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する。
【００４４】
図２は、電気機械コンポーネント２００の概略図を示す。電気機械コンポーネント２００は、電気機械コンポーネント２００の現在の機械状態変数と、電気機械コンポーネント２００の現在の電気状態変数を感知するように構成されている感知装置２０１を含む。電気機械コンポーネント２００は、電気機械コンポーネント２００の動作モデルに基づいて電気機械コンポーネント２００の状態を決定するために感知された現在の機械状態変数と感知された現在の電気状態変数を、通信ネットワークを介して遠隔データ処理装置に送信するように構成されている通信インターフェース２０３をさらに含み、動作モデルは感知された現在の電気状態変数に対する感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する。通信インターフェース２０３は、通信ネットワークを介して、決定された状態に関する情報を受信するように構成されている。
【００４５】
図３は、電気機械コンポーネント２００およびデータ処理デバイス３０１の概略図を示す。電気機械コンポーネント２００およびデータ処理デバイス３０１は、通信ネットワーク３０３を介して通信する。電気機械コンポーネント２００は、電気機械コンポーネント２００の現在の機械状態変数および電気機械コンポーネント２００の現在の電気状態変数を感知するように構成されている感知装置２０１を含む。電気機械コンポーネント２００は、感知された現在の機械状態変数と感知された現在の電気状態変数を、電気機械コンポーネント２００の動作モデルに基づいて電気機械コンポーネント２００の状態を決定するために通信ネットワーク３０３を介して遠隔データ処理装置３０１に送信するように構成されている通信インターフェース２０３をさらに含み、動作モデルは感知された現在の電気状態変数に対する感知された現在の機械状態変数の影響を考慮する。通信インターフェース２０３は、通信ネットワーク３０３を介して、決定された状態に関する情報を受信するように構成されている。
【００４６】
方法１００と電気機械コンポーネント２００のさらなる実施形態は、以下により詳細に述べられる。
【００４７】
方法１００は、動作シミュレータが使用可能な動作モデルを用いて電気機械コンポーネント２００を解析およびモニタリングすることを可能にする。電気機械コンポーネント２００は、例えば、開閉装置であってよい。特性値であってよい実際の電気機械コンポーネント２００から送信された状態変数を用いて、本発明の思想は動作シミュレーションの助けを用いて電気機械コンポーネント２００の動作を表現することを可能にする。
【００４８】
動作シミュレーションまたはシステムシミュレーションにおいて、自動化システム内に存在する異なるドメインの構成要素は、動作モデルにおいて表現され、状態変数または効果変数、例えば電流、力、フラックスおよび論理状態を介してリンクされる。動作シミュレーションの利点は、例えば、状態変数の影響および反応を考慮できるということである。したがって、例えば、電磁気および電気的システムに対する機械的システムの反応効果を、表現することができる。
【００４９】
したがって、動作シミュレーションは、状態変数が感知された時点で存在する電気機械コンポーネント２００の実際の状態を表現する。したがって、例えば機械的または電気的状態変数における変化も、感知される。例えば、任意の関連する変化や決定を実際の電気機械コンポーネント２００に伝えることができる。
【００５０】
状態変数の双方向フローを用いた動作モデルの表現に加えて、メタモデルを用いて複雑な動作モデルを表現し、動作シミュレーションを組み込むこともできる。メタモデルの使用は、例えば、負荷、機械的オーバーストローク、接触ギャップ、接触力、復元力、時間依存性バウンスまたは開速度の関数として電気接触の信頼性動作の可視化に有利である。さらに、メタモデルを組み込むことで、現時点の失敗の確率を測定された状態変数を用いて決定することができ、潜在的に危険な状態の場合、自動化システムの停止を実行することもできる。
【００５１】
この方法は、様々なやり方で実装することができる。
【００５２】
オプション１
【００５３】
電気機械コンポーネント２００は、例えば、電流測定、電圧測定、時間測定または状態決定を用いて状態変数を決定し、通信ネットワーク３０３を介して、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＰＲＯＦＩＮＥＴまたはＵＳＢを介して、動作モデルが感知データを用いて動作を確認する遠隔データ処理装置３０１に変数を送信する。動作シミュレーションの結果は、電気機械コンポーネント２００を制御するための状態として送信され、該当する場合は危険または潜在的に危険な状態を防ぐためのシャットダウンのためにも送信される。
【００５４】
オプション２
【００５５】
電気機械コンポーネント２００は、オプション１に記載の状態変数を決定して、変数を電気機械コンポーネント２００またはすぐ近くにある並列システム、例えばトップハットレール上に直接に近接して送信する。当該並列システムは、上には動作モデルが配置され、オプション１によりデータを評価して、オプション１により電気機械コンポーネント２００に結果を送信する。
【００５６】
オプション３
【００５７】
電気機械コンポーネント２００は、オプション１または２によりデータをシステムに送信する。システム上には実行可能オブジェクトとして動作モデルが動作していて、システムはオプション１または２により電気機械コンポーネント２００に結果を送信する。
【００５８】
動作、またはシミュレーション、モデルは一般的に以下のドメインからのオブジェクトを含む。
【００５９】
電気の、例えば電子回路、光バリア等のセンサ、またはスイッチ。
磁気、例えばリード接点、センサ。
電磁気、例えばリレー接触器、バルブ、ホールセンサ。
流体、例えばプレッシャーバルブ、ノズル。
熱源、例えば負荷抵抗器、ヒーター、ファン、クーラー。
ソフトウェアオブジェクト、例えばファームウェアブロック、ＰＷＭ、ＯＳＳＤ、および
確率関係を表現するメタモデル。
【００６０】
図４ａおよび図４ａ‐１は、電磁開閉装置として構成されている電気機械コンポーネント２００の概略図を示す。電気機械コンポーネント２００は、双方向データ送信のためにファームウェアコンポーネント４０１、電子コンポーネント４０３、電気機械コンポーネント４０５、流体コンポーネント４０７、通信インターフェース２０３、またはデータインターフェース４０９を含む。動作モデルは、接触信頼性の決定のためにファームウェアモジュール４１１、電子モジュール４１３、電磁モジュール４１５、機械モジュール４１７、およびメタモデルモジュール４１９を含む。
【００６１】
図４ｂおよび図４ｂ‐１は、電磁開閉装置として構成されている電気機械コンポーネント２００の概略図を示す。電気機械コンポーネント２００は、双方向データ送信のためにファームウェアコンポーネント４０１、電子コンポーネント４０３、電気機械コンポーネント４０５、流体コンポーネント４０７、通信インターフェース２０３、またはデータインターフェース４０９を含む。動作モデルは、アークタイムを決定するためにオブジェクト４２１を、接点のバウンス動作を決定するためにオブジェクト４２３を、および接触抵抗を決定するためにオブジェクト４２５を任意的または付加的に含む。
【００６２】
図５ａから図５ｆは、電気機械コンポーネントの状態変数の時間プロファイルの概略図を示す。以下では、２つの設計例についてより詳細に説明する。
【００６３】
第１設計例
【００６４】
高い突入電流を有する負荷の場合、例えば接触器またはモーターの場合、電気機械コンポーネントとしてのリレー接触の耐用年数は、接触がスイッチオンされた時のバウンス動作に強く依存する。
【００６５】
接点がバウンスしない場合、またはバウンス時間が０．１μｓ未満で、その結果、一般的にスイッチオンアークが形成され得ない場合、スイッチオンアークによる熱から生じる接点摩耗は、１〜５ｍｓをより大きい通常のバウンス時間と２〜５の間のバウンス数のバウンス接触の場合未満である。例えばバウンス数またはバウンス継続時間などの、臨界値を上回る場合、負荷接点はまとめて恒久的に溶接され、したがって負荷がスイッチオンのままになり、潜在的に危険な状態になる可能性がある。
【００６６】
バウンス動作における変化は、様々な影響の結果、例えば、負荷接点でのスイッチングサイクル数、周囲温度または機械的磨滅の影響、制御電圧または接点ばねの疲労の影響である。
【００６７】
この設計例において、負荷接点のバウンス動作、特にバウンス数またはバウンス継続時間が決定される。バウンス数またはバウンス継続時間についてバウンス動作が臨界値に変化する場合、電気機械コンポーネントには状態の変化に関する情報が提供される。続いて、例えば使用者に警告を発することができ、あるいは、失敗する前の、したがって臨界状態前の適切な時点でシャットダウンを実行することができる。
【００６８】
バウンス動作は、例えばリード接点等の電流センサを用いて負荷電流を感知すること、および／またはリレーコイルの制御電流に対する接点バウンスの機械的反応を感知することで決定され得る。バウンス接触の場合、負荷電流は開接点により一時的にスイッチオフになる。高負荷では、アークは開接点の間に発生する可能性がある。負荷電圧が非常に高く、例えば主電源電圧であり、その結果として残っている電源電圧が、定常アークが原因でごくわずかしか変化しない場合、負荷電流の遮断および／または変化を感知することは困難であろう。
【００６９】
この理由で、コイルの制御電流に対するバウンス接触の機械的影響は、付加的にまたは並列して決定することができる。リレーコイルの励起電圧と、コイル電流と、常開接点の接触電流と、電機子移動とは図５ａに示されている。これらの状態変数は度量衡学的に感知できる。常開接点のバウンスがコイル電流への影響を有することは明確に見られる。コイル電流へのこの影響は、度量衡学的に感知および判断できる。
【００７０】
１つの可能な評価の方法は、例えば、図５ｂに示されているように、コイル電流の変化を感知するためにコイル電流に１から２階の微分（ｆｏｌｄ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）を使用することである。最初の接触が行われた後、またコイル電流の２倍分化の後、バウンスはゼロ点として識別可能である。接点バウンスの回数と持続時間は、ゼロ点の回数と持続時間を用いて制御側で確認できる。
【００７１】
他の適用可能性は、接点バウンスの原因解析、また該当する場合は継続中の操作の修正である。接点バウンスが発生する１つの原因は、例えば、リレーの加熱およびコイル抵抗の関連する増加である可能性がある。この影響は、リレーを励起するためのコイル電流を減少させ、同時に磁石システムの力の減少をもたらし、それに関連してバウンス継続時間またはバウンスの数を増加させ得る。
【００７２】
他の可能性は、機械的パラメータの変化、例えば摩擦や疲労の結果、および接触が行われた際の運動状態の変化である。この理由を確認するために、リレーパラメータの変動下の動作モデルの決定された状態変数は、実オブジェクトの測定された状態変数と比較することができる。モデル特性の最小偏差、例えば微分コイル電流および測定された微分コイル電流を目的としてモデルパラメータを最適化することによって、実オブジェクトの変更した動作を管理するパラメータとパラメータのサイズを決定することができる。この情報に基づき、例えば制御特性、例えば電流の増加、電圧値、パルス波形、パルス持続時間、パルス幅調節（ＰＷＭ）の場合のパルス周波数を変化させることにより、バウンス動作の制御は、バウンスの数または持続時間が最小化され、臨界状態に達する時点、例えば恒久的に溶接された接触がその結果として延期することができるという影響をもたらす可能性がある。
【００７３】
第２設計例
【００７４】
多くの場合、ＰＷＭ制御はリレーの制御電力を下げるために選択される。その利点は、スイッチオンの後に、動作状態を維持するに十分なクロックされた電圧を用いてリレーコイルを動作することができるということである。リレーパラメータは散乱し得るため、パルス幅は一般的に、最悪の場合の条件下でもすべての可能なリレーに対して動作状態が維持されるように選択される。しかしながら、このような最悪の場合の条件を要求するリレーはごくわずか（正規分布プロセスでは０．１％）なため、残った大多数は必要電力よりも高い値で制御される。この電力は、加熱をもたらし、従って特に多数の同時制御リレーの場合には困難をもたらす。
【００７５】
この概念は、例えばパルス‐休止比を用いてそれぞれのリレーに最適な制御電力を感知すること、および制御を最小に設定することからなる。その結果、動作位置が常に維持される。
【００７６】
例えば、シーケンスは以下のように実行される。
【００７７】
ステップ１
【００７８】
終端位置に安全に到達するまでのスイッチオン時間の間の全電圧によるリレーの励起。
【００７９】
ステップ２
【００８０】
動作電圧のＰＷＭサンプリングおよびコイル電流の測定
【００８１】
ステップ３
【００８２】
コイル電圧の増加により識別可能な初期の電機子移動は、電機子が再び安全に動作位置に留まるようにパルス比を変化する。
【００８３】
通常条件下の制御電圧と、コイル電流と、電機子の移動および接触力のプロファイルの例が図５ｃに示される。４５ｍｓ後に、コイル電圧は、電機子が動作位置に留まるように設計されたＰＷＭに切り替わる。図５ｄは、ＰＷＭが不十分なため、おおよそ６２ｍｓの時間遅延後に、電機子が終端位置からの解放を開始し、接触力を減少させる例示的な場合を示す。図５ｅおよび図５ｆは、コイル電流を微分することによって電機子移動が検出され、微分された電機子電流の正のゼロクロスを用いて電機子移動を感知する状態を示す。次に、この信号を用いて、例えばデューティサイクル値を増加させることにより、電機子が直ちに安全に終端位置に戻るようにＰＷＭを変更する。図５ｅに示すように、結果として生じる残りの電機子移動は最低限であって、負荷接点における接触力は実質的に変化しないままである。
【００８４】
図６ａ、図６ａ‐１、図６ｂおよび図６ｂ‐１は、電気機械コンポーネント２００の概略図を示す。説明された概念は、電気機械コンポーネント２００の物理的動作モデルに基づいて"デジタルツイン"の実現を可能にする。動作モデルは、システムシミュレータの助けを用いて実装することができる。
【００８５】
システムマップとして、動作モデル（１）は例えば以下のような電気機械コンポーネント２００のすべての構成要素の物理的モデルを含む。
【００８６】
（１．１）電子（スイッチリクエストブロックを含む制御回路リレー）
（１．２）電磁石（磁石システムリレー）
（１．３）機械（接点ばね、リターンばねリレー）
（１．４）スイッチ接点（モデル接触抵抗、アークスイッチ接点リレー）
（１．５）電流センサ（センサ負荷電流）
（１．６）負荷電圧
（１．７）負荷（抵抗、インダクタンス、キャパシタンス）
（１．８）一群の特性耐用年数
【００８７】
これを行うべく、テストの結果および関連するリレーパラメータを、一群の特性と同様な代替モデルまたはメタモデルで表現することができる。例えば直流または交流のような異なる種類の負荷に対して、例えば潜在的に危険な失敗としての開口のない接触や閉鎖のない接触のような失敗メカニズムに対しても、異なるモデルを生成することが有利であり得る。例えば、代替モデルの生成はＭＯＰ（最適な予後のメタモデル）方法を用いて実行する。
【００８８】
動作モデル（１）は、それぞれ関連ハードウェアの状態が表現されるように、産生からのデータまたは最終検査からのデータを用いて、新しい状態または元の状態に初期化される。測定データの形の状態変数は、例えばＵＳＢ、ＬＡＮまたはファイヤワイヤなどの、データ送信のための通信インターフェース２０３によって動作モデルに送信され、読みこまれる。
【００８９】
状態変数は例えば、以下を含む。
【００９０】
（２．１）接点電圧ＮＣ接触
（２．２）動作電圧制御回路
（２．３）コイル電流リレー
（２．４）接点電圧ＮＯ接触（負荷接点）
（２．５）周囲温度
（２．６）負荷電流
（２．７）負荷電圧
【００９１】
次に、動作は電気機械コンポーネント２００から現在有効な状態変数を用いてシミュレーションされる。これを行うべく、例えば度量衡学的に感知できないが動作（例えば失敗／耐用年数）に関連する、例えば負荷接点のオーバーストロークまたは負荷接点の摩擦パスのような内側のリレーパラメータをシミュレーションから得ることができる。
【００９２】
これに加えて、信号として送信された測定値は、積分演算、変換または導函数などの数学的演算を用いて変形され、その結果、信号の特性プロパティを、例えば係数を用いて表示することができる。これらは、通常パラメータと同一のやり方で表示および処理することができる。
【００９３】
送信された測定値およびシミュレーションにおける測定値から決定されたパラメータ、ならびに動作モデルを用いたシミュレーションで決定されたパラメータは、例えば失敗動作、例えば残りのスイッチングサイクル数を予測するために少なくとも１つのメタモデルにおいて処理される。
【００９４】
状態変数または状態は、出力または可視化される。予想残存耐用年数が著しく減少した場合、または残存耐用年数が短くなった場合、例えば予防メンテナンスにより想定外の失敗を回避することができる。残存耐用年数が長く残っている場合は、例えば計画していたメンテナンスを延期することができる。
【００９５】
動作モデルは、電気機械コンポーネント２００のハードウェアの拡張部に局部的に配置することができる。この場合、データ送信は例えば内部のバスを介して行われる。複数の電気機械コンポーネント２００に対して、動作モデルは、例えばローカルネットワークに配置されたデータ処理デバイス内の機械ラインに整列することができ、あるいは、１つまたは複数の電気機械コンポーネントの場合、例えばクラウドなどの離れた場所に整列することができる。
【００９６】
さらなる用途では、電気機械コンポーネント２００は、例えば下記のように調整可能なパラメータ（１．９）を変化させることにより、能動的に影響を受けるか、または最適化することができる。
【００９７】
動作電圧
ＰＷＭデューティサイクル値
冗長性のあるスイッチングシーケンス
【００９８】
これを行うべく、最適化装置（６）は、例えばリレー特性値のようなシミュレーションパラメータ（１．９）の変動下でシミュレーションモデルのレベルでのシミュレーションの結果、例えば残存耐用年数を最適化することができ、その結果、１組の最適パラメータ（１．１０）が発見され、それによって、例えば可能な限り最長の残存耐用年数が達成される。
【００９９】
個別の実施形態に関して説明され示されるすべての特徴は、そのすべての有益な効果を同時に得るために、本発明による主題において異なる組み合せで提供することができる。
【０１００】
参照番号リスト
１００  電気機械コンポーネントのモニタリングのための方法
１０１  現在の機械状態変数の感知
１０３  現在の電気状態変数の感知
１０５  電気機械コンポーネントの状態の決定
２００  電気機械コンポーネント
２０１  感知装置
２０３  通信インターフェース
３０１  データ処理デバイス
３０３  通信ネットワーク
４０１  ファームウェアコンポーネント
４０３  電子コンポーネント
４０５  電気機械コンポーネント
４０７  流体コンポーネント
４０９  データインターフェース
４１１  ファームウェアモジュール
４１３  電子モジュール
４１５  電磁モジュール
４１７  機械モジュール
４１９  メタモデルモジュール
４２１  オブジェクト
４２３  オブジェクト
４２５  オブジェクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ａ−１】
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【図４ｂ】
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【図４ｂ−１】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ａ−１】
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【図６ｂ】
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【図６ｂ−１】
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