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

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。他們采用倍福基于 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。

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，選取渤海一個平臺作為平臺健康監測的試點平臺，用于對平臺結構進行連續監測。基于項目前期對平臺的理論分析以及現場調研，擬定了各個測量點，使用 IEPE 振動傳感器采集振動數據。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。

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。

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。“通俗地說，狀態監測與故障診斷就是給機器看病。與其他品牌相比，倍福控制系統作為“醫生”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。

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，TwinCAT 及奧菱使用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。基于這些優勢特點，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。