A Web-Based Remote Laboratory for Monitoring and
Diagnosis of AC Electrical Machines
Amine Yazidi, Member, IEEE, Humberto Henao, Senior Member, IEEE, Gérard-André Capolino, Fellow, IEEE,
Franck Betin, Member, IEEE, and Fiorenzo Filippetti, Member, IEEE
Abstract—This paper deals with the development of a virtual
platform for a Web-based remote application dedicated to condition monitoring and fault detection for ac electrical machines.
The platform is based on several tools developed by using the
LabVIEW software. Various techniques of condition monitoring
and diagnosis of electrical and mechanical faults in ac electrical
machines have been integrated such as the broken rotor bar,
winding short circuit, bearing damage, or static/dynamic eccentricities. The main features are related to a user-friendly interface,
a low-maintenance source code, and a standardized database for
ac electrical machine diagnosis. The platform architecture, as well
as three different test-rig configurations, has been described. The
complete system can be controlled in both local and remote modes
by using a simple Internet connection. Some remote experiences
have been carried out between the University of Picardie “Jules
Verne,” Amiens, France, and the University of Bologna, Bologna,
Italy, to verify the effectiveness of the proposed system. The direct
applications of this original package are based on diagnosis techniques applied to ac electrical machine faults. Some examples of
rotor broken bar detection using classical techniques have been
presented to show the effectiveness of the proposed platform.
Further information will soon be available on the Open European
Laboratory on Electrical Machines Web site: www.oelem.org.
Index Terms—AC electrical machines, data acquisition (DAQ),
data processing, data sockets, diagnostics techniques, digital signal
processing, fault detection, induction machine, remote application,
Web-based laboratory.
I. INTRODUCTION
T
HE concept of a Web-based laboratory is not new since
it has been introduced in the early 1980s. However, the
fast progress of Internet-based networking technologies during
the last ten years did allow the development of distance remote
applications with significant and secure data flow rate. Since the
research in all engineering areas should combine both theory
and practice, the principle of the Web-based laboratory is very
useful to provide researchers and engineers with the Internet
access to various expensive but up-to-date setups located in
Manuscript received April 8, 2009; revised August 15, 2009, January 6,
2010, July 2, 2010, and October 20, 2010; accepted November 25, 2010. Date
of publication January 31, 2011; date of current version August 30, 2011.
This work was supported in part by the Regional Council of Picardie, Amiens,
France.
A. Yazidi, H. Henao, G.-A. Capolino, and F. Betin are with the Department
of Electrical Engineering, University of Picardie Jules Verne, 80025 Amiens,
France (e-mail: amine.yazidi@upicardie.fr; humberto.henao@upicardie.fr;
gerard.capolino@upicardie.fr; franck.betin@upicardie.fr).
F. Filippetti is with the Department of Electrical Engineering, University of
Bologna, 40126 Bologna, Italy (e-mail: fiorenzo.filippetti@ing.unibo.it).
Color versions of one or more of the figures in this paper are available online
at http://ieeexplore.ieee.org.
Digital Object Identifier 10.1109/TIE.2011.2109331
different laboratories. In this way, the Department of Electronics Technology of the University of Vigo, Vigo, Spain, has
developed a remote application for monitoring a number of distance sensors [1]. Researchers could have access to data coming
from sensors using virtual instruments (VIs) developed within
a LabVIEW environment. In the same way, the Department of
Computer Science and Engineering of the Jaume I University,
Castellón de la Plana, Spain, has developed an Internet-based
remote laboratory which allowed controlling two robots [2].
In fact, the challenge of this work was to demonstrate that
remote programming associated to an advanced multimedia
user interface for control purposes was suitable, flexible, and
profitable for the design of a virtual laboratory. In [3], the
authors developed a distance laboratory for power electronic
experiments based on systems which can be driven remotely
using Internet and World Wide Web (WWW) services. In [4],
advanced software for a remote platform dedicated to power
electronics courses has been described. This system has been
based on a tool that is able to build a wide range of circuit
topologies with their own control techniques by enabling users
to gain better usage of power converters through practical
remote experiments. This platform consists of a reconfigurable
power electronic setup, a Web-based distance laboratory, and
a user-interactive remote platform. In the same way, the development and the implementation of a virtual engineering
laboratory which uses WWW for real-time interactive control
of a starter/alternator have been described [5]. Indeed, by using
a standard Web browser, the developed virtual laboratory allows
a hybrid electric vehicle starter/alternator to be remotely and
interactively operated in real time by researchers from across a
country. Other interesting contributions on Web-based remote
laboratories have been recently published [6]–[9].
In this paper, a complete virtual and interactive software for
a Web-based remote laboratory dedicated to condition monitoring and diagnosis of ac electrical machines is presented. It is
the first initiative in the field of electrical machines, and it has
been dedicated to develop a common platform for condition
monitoring and fault detection research areas. Indeed, since
diagnostics techniques for three-phase induction machines have
been developed and improved during the last 20 years [10]–
[13], during the Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives held in Gijon, Spain, in
1999, it has been decided to create a laboratory without “walls”
inside the European Union and to dedicate it to ac electrical
machine diagnostics. The main goal has been based on data
exchange between setups that are available within 12 countries
and almost 50 research laboratories. This virtual laboratory has
0278-0046/$26.00 © 2011 IEEEYAZIDI et al.: REMOTE LABORATORY FOR MONITORING AND DIAGNOSIS OF AC ELECTRICAL MACHINES 4951
been called Open European Laboratory on Electrical Machines
(OELEM) [14]. In order to reach the objective, it has been
decided by the University of Bologna in Bologna, Italy, and
the University of Picardie “Jules Verne” in Amiens, France,
to jointly develop a general-purpose software called OELEMLink for Web-based remote laboratory applications [15]. The
data acquisition (DAQ) software LabVIEW was chosen to
develop OELEM-Link because it is one of the standards in
the DAQ field. The first objective has integrated all diagnostics
techniques developed in the different laboratories [16]–[21]
and tested them on different electrical machines by using a
simple Internet access [22]. The development and the different
tests have required two years of intensive work. Some 420
virtual and subvirtual instruments have been developed in order
to integrate all the general functions of OELEM-Link into a
virtual space allowing users to work in a simple and interactive
environment by using remote experiments on different setups.
This work is different from those presented in [10]–[13]
where the main objectives are to perform the online electrical
machine diagnostics without any remote access. Indeed, the
online diagnostics require experimenting directly in the laboratory where the setups are available with the user presence.
On the contrary, the proposed platform allows different measurements by using a simple Internet connection on any setup
that is available in any laboratory from the OELEM network.
Therefore, the user presence that is close to the setup is not
necessary since different tests can be remotely controlled. Of
course, researchers needing data without having any setup in
their laboratory because of economical problems could take the
advantage of any particular setup in a different laboratory by
using the OELEM-Link package.
After this introduction, the second section describes the
software structure and the main features such as DAQ, database, and signal processing methods related to ac electrical
machine area. Then, different techniques already developed by
the authors have been described. Moreover, the description of
the rotor fault diagnosis for three-phase induction machines has
been provided. The same section presents the remote monitoring structure, including the description of different setups
used in the experiments. In the third section, some experimental
results related to a case study for efficient detection of induction
machine rotor broken bars have been presented.
II. PLATFORM PRINCIPLE
A. Software
The proposed software has been designed under a LabVIEW
environment which gives the possibility to remotely control
setups by using an Internet access. It also performs control
and exchange of data files for ac electrical machine condition
monitoring and diagnostics. The software has been built around
several interactive windows and graphic interfaces (Fig. 1)
showing guidelines to make easy the environment handling. It
provides error messages in the case of problems with everything
being written in English as a first step. It is a flexible structure
that is able to integrate any other function or set of functions.
The goal was to design a user-friendly program that is able
Fig. 1. OELEM-Link front panel: (a) Simple acquisition, (b) multiple acquisition, (c) spectrum computation, (d) diagnostics techniques, (e) database,
(f) OELEM server, (g) time-domain analysis, (h) local setup control, and
(i) automatic monitoring.
to unify research capabilities on ac electrical machines and
to make them available on co
เว็บสำหรับตรวจสอบระยะไกลและการวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการ
ไฟฟ้า AC เครื่องจักร yazidi เอมีน , สมาชิก , IEEE , ฮัม henao สมาชิกอาวุโส , IEEE , G é rard อังเดร capolino , เพื่อน , IEEE
betin , เป็น , สมาชิก , IEEE และ filippetti สมาชิก fiorenzo IEEE
ราคากระดาษนี้บทคัดย่อกับการพัฒนา ของเสมือน
แพลตฟอร์มสำหรับเว็บระยะไกลโปรแกรมทุ่มเทเพื่อตรวจสอบสภาพและการตรวจสอบความผิดสำหรับเครื่องจักรไฟฟ้า AC ตาม .
แพลตฟอร์มขึ้นอยู่กับหลายเครื่องมือพัฒนาโดยใช้
LabVIEW ซอฟต์แวร์ เทคนิคต่างๆของการตรวจสอบ
วินิจฉัย ไฟฟ้า และเครื่องกล ข้อบกพร่องในเครื่องจักรไฟฟ้า
AC เงื่อนไขที่ได้รับการแบบบูรณาการ เช่น แถบหักใบพัด
ขดลวดลัดวงจรมีความเสียหายหรือสถิตพลวัตพฤติกรรมที่ผิดปกติ . คุณสมบัติหลักที่เกี่ยวข้องกับอินเตอร์เฟซที่ใช้งานง่าย , การบำรุงรักษาต่ำรหัสแหล่งที่มาและฐานข้อมูลมาตรฐาน
AC เครื่องจักรไฟฟ้าวินิจฉัย แพลตฟอร์มสถาปัตยกรรมเหมือนกัน
ที่แตกต่างกันสามชุดทดสอบคอน จึง gurations ได้รับการอธิบาย
ระบบที่สมบูรณ์สามารถควบคุมได้ทั้งในท้องถิ่นและระยะไกลโหมด
โดยใช้การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตง่าย บางระยะไกลประสบการณ์
ได้ดําเนินการระหว่างมหาวิทยาลัย PFLP " จูลส์เวิร์น
" อาเมียง , ฝรั่งเศส , และมหาวิทยาลัย Bologna Bologna
อิตาลี เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบ . การใช้งานโดยตรง
ของแพคเกจนี้เดิมก็ขึ้นอยู่กับเทคนิคการใช้ AC เครื่องจักรไฟฟ้า ความผิดพลาด ตัวอย่างบางส่วนของ
ใบพัดหักแถบตรวจจับโดยใช้เทคนิคคลาสสิกได้รับ
นำเสนอเพื่อแสดงประสิทธิผลของการนำเสนอแพลตฟอร์ม .
ข้อมูลเพิ่มเติมเร็ว ๆนี้จะสามารถใช้ได้ในยุโรป
เปิดห้องปฏิบัติการเครื่องจักรกลไฟฟ้าเว็บไซต์ : www.oelem . org . แง่
ดัชนีไฟฟ้า AC , เครื่องบันทึกข้อมูล ( daq )
การประมวลผลข้อมูลซ็อกเก็ต , เทคนิค การวินิจฉัย , การประมวลสัญญาณ
ดิจิตอลความผิดการตรวจสอบเครื่องเหนี่ยวนำโปรแกรมระยะไกล
ผมแนะนำเว็บปฏิบัติการตาม
T
เขาแนวคิดของห้องปฏิบัติการตามเว็บไม่ใหม่ตั้งแต่
ได้รับการแนะนำในช่วงต้นทศวรรษที่ 1980 อย่างไรก็ตาม
ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของอินเทอร์เน็ตโดยใช้เทคโนโลยีเครือข่ายในช่วงสิบปีที่ผ่านมา
ไม่อนุญาตการพัฒนาของระยะทาง การใช้งานระยะไกล
กับ signi จึงไม่ได้ และการรักษาความปลอดภัยข้อมูลflโอ๊ย อัตราเนื่องจากการวิจัยในด้านวิศวกรรมทั้งหมด
ควรรวมทั้งทฤษฎีและปฏิบัติ หลักการของเว็บตามห้องปฏิบัติการมาก
ประโยชน์แก่นักวิจัยและวิศวกรกับอินเทอร์เน็ต
เข้าถึงต่าง ๆแพง แต่การตั้งค่าที่ทันสมัยตั้งอยู่ใน
ต้นฉบับที่ได้รับ 8 เมษายน , 2009 ; แก้ไข 15 สิงหาคม 2552 , มกราคม 6 ,
2010 กรกฎาคม 2 , 2010 , ตุลาคม 20 , 2010 ; การยอมรับที่พฤศจิกายน 25 , 2010
ประกาศวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2554 วันที่รุ่นปัจจุบัน สิงหาคม 30 , 2011 .
งานนี้ได้รับการสนับสนุนในส่วนของการประชุมระดับภูมิภาคของ PFLP อาเมียง , ฝรั่งเศส ,
.
. yazidi H henao , G - A capolino และ F betin อยู่กับแผนก
วิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยของแคว้นปีการ์ดีจูลส์เวิร์น , 80025 อาเมียง , ฝรั่งเศส ( อีเมล amine.yazidi@upicardie.fr ;
: ฮัม . henao @ upicardie . fr ;
เจอร์ราดcapolino@upicardie.fr ; ฟรังก์ . betin @ upicardie . fr )
. filippetti กับภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัย
โบโลญญา , 40126 โบโลญญา , อิตาลี ( E-mail : จึง orenzo . จึง lippetti @ ไอเอ็นจี unibo . ) .
สีรุ่นหนึ่งหรือมากกว่าของจึง gures ในกระดาษนี้จะพร้อมใช้งานแบบออนไลน์
http : / / ieeexplore . IEEE . org .
identi วัตถุดิจิตอลจึงเป็น 10.1109 / ผูก 2011.2109331
ห้องปฏิบัติการต่าง ๆในวิธีนี้ , ภาควิชาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ของมหาวิทยาลัย Vigo วีโก้ สเปน ได้พัฒนาโปรแกรมสำหรับตรวจสอบระยะไกล
จำนวนระยะห่างเซ็นเซอร์ [ 1 ] นักวิจัยสามารถเข้าถึงข้อมูลจากเซนเซอร์โดยใช้เครื่องมือเสมือนมา
( VIS ) พัฒนาสภาพแวดล้อมภายในด้วย . ในลักษณะเดียวกัน กรม
วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และวิศวกรรมของโจเม ผมมหาวิทยาลัย ,
spain provinces . kgm สเปน ได้พัฒนาเป็นอินเทอร์เน็ตตาม
ระยะไกลปฏิบัติการซึ่งได้รับอนุญาตควบคุมหุ่นยนต์สอง [ 2 ] .
ในความเป็นจริง ความท้าทายของงานนี้ก็เพื่อแสดงให้เห็นว่าพร้อมที่จะเป็นขั้นสูงโปรแกรมที่เกี่ยวข้อง
อินเทอร์เฟซของผู้ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ควบคุมมัลติมีเดีย เหมาะสมfl exible
, , และตาราง Pro จึงสำหรับการออกแบบห้องปฏิบัติการเสมือน ใน [ 3 ] ,
เขียนพัฒนาระยะปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์
การทดลองตามระบบซึ่งสามารถขับเคลื่อนจากระยะไกล
ใช้อินเทอร์เน็ตและเวิลด์ไวด์เว็บ ( www ) บริการ ใน [ 4 ] ,
ขั้นสูงซอฟต์แวร์สำหรับระยะไกลแพลตฟอร์มเฉพาะหลักสูตรอิเล็กทรอนิกส์
ได้รับการอธิบาย ระบบนี้ได้ถูก
ขึ้นอยู่กับเครื่องมือที่สามารถสร้างหลากหลายของรูปแบบวงจร
กับเทคนิคการควบคุมตนเอง โดยช่วยให้ผู้ใช้เพื่อเข้าใช้งานได้ดี
ตัวแปลงพลังงานระยะไกลผ่านการทดลองปฏิบัติ
แพลตฟอร์มนี้ประกอบด้วยข้อมูลจึง gurable
อิเล็กทรอนิกส์ติดตั้งเว็บ , ระยะห่างจากห้องปฏิบัติการและ
ผู้ใช้แบบโต้ตอบระยะไกลแพลตฟอร์ม ในทางเดียวกันการพัฒนาและการวิศวกรรมเสมือนห้องปฏิบัติการซึ่งใช้ www
สำหรับการควบคุมเวลาโต้ตอบของ Starter / กระแสสลับได้ถูกอธิบายไว้ [ 5 ] แน่นอน โดยใช้
เว็บเบราเซอร์มาตรฐาน พัฒนาห้องปฏิบัติการเสมือนช่วยให้
/ รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดเป็นกระแสสลับเริ่มต้นที่สามารถโต้ตอบในเวลาจริงและการ
โดยนักวิจัยจากทั่วประเทศผลงานอื่น ๆที่น่าสนใจในเว็บห้องปฏิบัติการระยะไกล
ได้รับการเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ [ 6 ] - [ 9 ] .
บทความนี้สมบูรณ์เสมือนและซอฟต์แวร์แบบโต้ตอบสำหรับ
เว็บระยะไกลที่อุทิศตนเพื่อการตรวจสอบสภาพและการวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการเครื่องจักรกลไฟฟ้า AC คือแสดง มันคือ
จึงตัดสินใจเดินทางริเริ่มในละมั่งจึงเครื่องจักรไฟฟ้า และมันมี
การแปล กรุณารอสักครู่..