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    2022 華南展招展書
    控制系統

    精彩案例 | 基于 PC 的控制技術在海洋石油鉆井平臺振動監測中的應用

      2022年03月09日  

      可靠的能源供應對于每個工業國家來說都至關重要。因此,中國海洋石油集團有限公司(簡稱“中國海油”或“中海油”)— 中國最大的海上油氣生產商,非常重視海洋平臺的監測工作。天津奧菱工業自動化科技有限公司(以下簡稱奧菱)受中海油委托,實施了支撐結構監測解決方案,旨在基于振動分析對承載能力進行可靠預測。他們采用倍?;?PC 的控制技術和系統集成式高精度測量產品,以實現所有這些技術設備的互聯互通。

      系統集成振動分析助力可靠監測鋼結構的承載能力

      海洋平臺是一種海上大型工程結構物,其鋼結構長期處于海浪沖擊、鹽霧、潮氣和復雜的海水等環境中,受海水和海生物的侵蝕,產生劇烈的電化學腐蝕,腐蝕嚴重影響著海洋結構材料的力學性能,從而影響到海洋平臺的使用安全。但由于平臺遠離海岸,不能定期做維修保養,一旦故障出現,將導致整個裝置停機,甚至導致石油鉆井平臺事故,從而造成巨大經濟損失。因此,中國海油非常重視記錄平臺結構的真實運行狀況和影響因素。

      EtherCAT 模擬量端子模塊

      用作數據采集的基礎

      根據“十三五”重大專項工作的安排,中海油選取渤海某平臺作為平臺健康監測的試點平臺,為此需要在該平臺搭建一套在線監測系統?;陧椖繕I主前期對平臺的理論分析以及現場調研,擬定了第一批監測內容和監測系統方案,以便順利地進行健康監測系統的安裝和布放。 采集到的信號通過用于狀態監測(IEPE)并具有超采樣能力的 XFC EtherCAT 端子模塊 EL3632 采集,并以高達 50 ksamples/s 的速度傳輸給 CX2020 嵌入式控制器進行分析評估。

      測量系統監測平臺的運行狀況,并通過振動數據診斷鋼結構的負載情況。該試點項目的目標是對平臺結構進行完整性監測,從而實現對結構生存環境狀態進行預判,及早發現有害征兆和特征信息,及時進行預防。天津奧菱公司負責實施這個要求極為嚴苛的項目,該公司專注于海洋造波水利行業多年,與國內多所高校和科研院所均有長期合作,為客戶提供創新的自動化解決方案,比如使用倍福技術實施的狀態監測系統?!巴ㄋ椎卣f,狀態監測與故障診斷就是給機器看病。與其他品牌相比,倍??刂葡到y作為‘醫生’的診斷工具,再合適不過了?!眾W菱公司的范立鵬這樣說道。

      實時進行詳細的振動分析

      振動監測系統共配備了 48 個加速度傳感器,它們分別密封于滿足平臺防爆要求的防爆盒內。振動傳感器的信號線從測量點出發,進入中央控制室的控制柜,通過路由層連接至 2 通道 IEPE 端子模塊 EL3632,它具有 XFC 超采樣功能,采樣率高達 50 ksamples/s,分辨率為 16 位,確保實時采集振動數據。

      CX2020 嵌入式控制器和 EL3632 EtherCAT 模擬量端子模塊構成了一個非常緊湊的控制和測量數據采集系統。

      傳感器數據經 CX2020 嵌入式控制器進行分析、處理和保存后,被上傳至石油鉆井平臺的主計算機進行二次計算存儲,并在主計算機上實現數據顯示、數據存檔和實時預警。同時,主計算機通過光纜將所有數據傳輸至陸上中央控制室。

      同時,奧菱使用 TwinCAT 高級編程語言開發的分析應用程序運行于 CX2020 上,便于數據管理與保存等功能。此外,豐富的緊湊型 I/O 模塊以及靈活的 EtherCAT 拓撲結構都支持后期的功能擴展和集成?;谶@些優勢特點,奧菱計劃將倍福先進的控制技術更多地應用于設備狀態監測。例如,他們也會逐漸基于 TwinCAT 平臺實施機器學習、人工智能深度學習、神經網絡等功能。

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