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系统集成振动分析助力可靠监测钢结构的承载能力

系统集成振动分析助力可靠监测钢结构的承载能力

2022/1/12 0:00:00

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可靠的能源供应对于每个工业国家来说都至关重要。因此,中国海洋石油集团有限公司(简称“中国海油”或“中海油”)— 中国最大的海上油气生产商,非常重视海洋平台的监测工作。天津奥菱工业自动化科技有限公司(以下简称奥菱)受中海油委托,实施了支撑结构监测解决方案,旨在基于振动分析对承载能力进行可靠预测。他们采用倍福基于 PC 的控制技术和系统集成式高精度测量产品,以实现所有这些技术设备的互联互通。

海洋平台是一种海上大型工程结构物,其钢结构长期处于海浪冲击、盐雾、潮气和复杂的海水等环境中,受海水和海生物的侵蚀,产生剧烈的电化学腐蚀,腐蚀严重影响着海洋结构材料的力学性能,从而影响到海洋平台的使用安全。但由于平台远离海岸,不能定期做维修保养,一旦故障出现,将导致整个装置停机,甚至导致石油钻井平台事故,从而造成巨大经济损失。因此,中国海油非常重视记录平台结构的真实运行状况和影响因素。

EtherCAT 模拟量端子模块用作数据采集的基础

根据“十三五”重大专项工作的安排,选取渤海一个平台作为平台健康监测的试点平台,用于对平台结构进行连续监测。基于项目前期对平台的理论分析以及现场调研,拟定了各个测量点,使用 IEPE 振动传感器采集振动数据。采集到的信号通过用于状态监测(IEPE)并具有超采样能力的 XFC EtherCAT 端子模块 EL3632 采集,并以高达 50 ksamples/s 的速度传输给 CX2020 嵌入式控制器进行分析评估。

测量系统监测平台的运行状况,并通过振动数据诊断钢结构的负载情况。该试点项目的目标是对平台结构进行完整性监测,从而实现对结构生存环境状态进行预判,及早发现有害征兆和特征信息,及时进行预防。天津奥菱公司负责实施这个要求极为严苛的项目,该公司专注于海洋造波水利行业多年,与国内多所高校和科研院所均有长期合作,为客户提供创新的自动化解决方案,比如使用倍福技术实施的状态监测系统。“通俗地说,状态监测与故障诊断就是给机器看病。与其他品牌相比,倍福控制系统作为“医生”的诊断工具,再合适不过了。”奥菱范立鹏这样说道。

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CX2020 嵌入式控制器和 EL3632 EtherCAT 模拟量端子模块构成了一个非常紧凑的控制和测量数据采集系统。

实时进行详细的振动分析

振动监测系统共配备了 48 个加速度传感器,它们分别密封于满足平台防爆要求的防爆盒内。振动传感器的信号线从测量点出发,进入中央控制室的,通过路由层连接至 2 通道 IEPE 端子模块 EL3632,它具有 XFC 超采样功能,采样率高达 50 ksamples/s,分辨率为 16 位,确保实时采集振动数据。

传感器数据经 CX2020 嵌入式控制器进行分析、处理和保存后,被上传至石油钻井平台的主计算机进行二次计算存储,并在主计算机上实现数据显示、数据存档和实时预警。同时,主计算机通过光缆将所有数据传输至陆上中央控制室。

同时,TwinCAT 及奥菱使用高级编程语言开发的分析应用程序运行于 CX2020 上,便于数据管理与保存等功能。此外,丰富的紧凑型 I/O 模块以及灵活的 EtherCAT 拓扑结构都支持后期的功能扩展和集成。基于这些优势特点,奥菱计划将倍福先进的控制技术更多地应用于设备状态监测。例如,他们也会逐渐基于 TwinCAT 平台实施机器学习、人工智能深度学习、神经网络等功能。

审核编辑(
王静
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