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系統(tǒng)集成振動分析助力可靠監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)的承載能力

??2022-02-16 閱讀:533

基于 PC 的控制技術(shù)在海洋石油鉆井平臺振動監(jiān)測中的應(yīng)用

可靠的能源供應(yīng)對于每個工業(yè)國家來說都至關(guān)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(chǎn)商,非常重視海洋平臺的監(jiān)測工作。天津奧菱工業(yè)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(jié)構(gòu)監(jiān)測解決方案,旨在基于振動分析對承載能力進行可靠預(yù)測。他們采用倍福基于 PC 的控制技術(shù)和系統(tǒng)集成式高精度測量產(chǎn)品,以實現(xiàn)所有這些技術(shù)設(shè)備的互聯(lián)互通。

海洋平臺是一種海上大型工程結(jié)構(gòu)物,其鋼結(jié)構(gòu)長期處于海浪沖擊、鹽霧、潮氣和復(fù)雜的海水等環(huán)境中,受海水和海生物的侵蝕,產(chǎn)生劇烈的電化學(xué)腐蝕,腐蝕嚴重影響著海洋結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)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(yǎng),一旦故障出現(xiàn),將導(dǎo)致整個裝置停機,甚至導(dǎo)致石油鉆井平臺事故,從而造成巨大經(jīng)濟損失。因此,中國海油非常重視記錄平臺結(jié)構(gòu)的真實運行狀況和影響因素。

EtherCAT 模擬量端子模塊用作數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)

根據(jù)“十三五”重大專項工作的安排,選取渤海一個平臺作為平臺健康監(jiān)測的試點平臺,用于對平臺結(jié)構(gòu)進行連續(xù)監(jiān)測。基于項目前期對平臺的理論分析以及現(xiàn)場調(diào)研,擬定了各個測量點,使用 IEPE 振動傳感器采集振動數(shù)據(jù)。采集到的信號通過用于狀態(tài)監(jiān)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。

CX2020 嵌入式控制器和 EL3632 EtherCAT 模擬量端子模塊構(gòu)成了一個非常緊湊的控制和測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

CX2020 嵌入式控制器和 EL3632 EtherCAT 模擬量端子模塊構(gòu)成了一個非常緊湊的控制和測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

測量系統(tǒng)監(jiān)測平臺的運行狀況,并通過振動數(shù)據(jù)診斷鋼結(jié)構(gòu)的負載情況。該試點項目的目標是對平臺結(jié)構(gòu)進行完整性監(jiān)測,從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)生存環(huán)境狀態(tài)進行預(yù)判,及早發(fā)現(xiàn)有害征兆和特征信息,及時進行預(yù)防。天津奧菱公司負責(zé)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(yè)多年,與國內(nèi)多所高校和科研院所均有長期合作,為客戶提供創(chuàng)新的自動化解決方案,比如使用倍福技術(shù)實施的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。“通俗地說,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷就是給機器看病。與其他品牌相比,倍福控制系統(tǒng)作為“醫(yī)生”的診斷工具,再合適不過了。”奧菱范立鵬這樣說道。

實時進行詳細的振動分析

振動監(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)。振動傳感器的信號線從測量點出發(fā),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(shù)據(jù)。

傳感器數(shù)據(jù)經(jīng) 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(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存檔和實時預(yù)警。同時,主計算機通過光纜將所有數(shù)據(jù)傳輸至陸上中央控制室。

同時,TwinCAT 及奧菱使用高級編程語言開發(fā)的分析應(yīng)用程序運行于 CX2020 上,便于數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)都支持后期的功能擴展和集成。基于這些優(yōu)勢特點,奧菱計劃將倍福先進的控制技術(shù)更多地應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。例如,他們也會逐漸基于 TwinCAT 平臺實施機器學(xué)習(xí)、人工智能深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等功能。


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