系統(tǒng)集成振動(dòng)分析助力可靠監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的承載能力
海洋平臺(tái)是一種海上大型工程結(jié)構(gòu)物，其鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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(yán)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(tái)的使用安全。但由于平臺(tái)遠(yuǎn)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(gè)裝置停機(jī)，甚至導(dǎo)致石油鉆井平臺(tái)事故，從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，中國(guó)海油非常重視記錄平臺(tái)結(jié)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)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(xiàng)工作的安排，中海油選取渤海某平臺(tái)作為平臺(tái)健康監(jiān)測(cè)的試點(diǎn)平臺(tái)，為此需要在該平臺(tái)搭建一套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；陧?xiàng)目業(yè)主前期對(duì)平臺(tái)的理論分析以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，擬定了第一批監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，以便順利地進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝和布放。 采集到的信號(hào)通過用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)（IEPE）并具有超采樣能力的 XFC EtherCAT 端子模塊 EL3632 采集，并以高達(dá) 50 ksamples/s 的速度傳輸給 CX2020 嵌入式控制器進(jìn)行分析評(píng)估。
測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的運(yùn)行狀況，并通過振動(dòng)數(shù)據(jù)診斷鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)載情況。該試點(diǎn)項(xiàng)目的目標(biāo)是對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整性監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)生存環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，及早發(fā)現(xiàn)有害征兆和特征信息，及時(shí)進(jìn)行預(yù)防。天津奧菱公司負(fù)責(zé)實(shí)施這個(gè)要求極為嚴(yán)苛的項(xiàng)目，該公司專注于海洋造波水利行業(yè)多年，與國(guó)內(nèi)多所高校和科研院所均有長(zhǎng)期合作，為客戶提供創(chuàng)新的自動(dòng)化解決方案，比如使用倍福技術(shù)實(shí)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。“通俗地說，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷就是給機(jī)器看病。與其他品牌相比，倍?？刂葡到y(tǒng)作為‘醫(yī)生’的診斷工具，再合適不過了。”奧菱公司的范立鵬這樣說道。
實(shí)時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的振動(dòng)分析
振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共配備了 48 個(gè)加速度傳感器，它們分別密封于滿足平臺(tái)防爆要求的防爆盒內(nèi)。振動(dòng)傳感器的信號(hào)線從測(cè)量點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)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(dá) 50 ksamples/s，分辨率為 16 位，確保實(shí)時(shí)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)。
CX2020 嵌入式控制器和 EL3632 EtherCAT 模擬量端子模塊構(gòu)成了一個(gè)非常緊湊的控制和測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
傳感器數(shù)據(jù)經(jīng) CX2020 嵌入式控制器進(jìn)行分析、處理和保存后，被上傳至石油鉆井平臺(tái)的主計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次計(jì)算存儲(chǔ)，并在主計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存檔和實(shí)時(shí)預(yù)警。同時(shí)，主計(jì)算機(jī)通過光纜將所有數(shù)據(jù)傳輸至陸上中央控制室。
同時(shí)，奧菱使用 TwinCAT 高級(jí)編程語言開發(fā)的分析應(yīng)用程序運(yùn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)都支持后期的功能擴(kuò)展和集成?；谶@些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，奧菱計(jì)劃將倍福先進(jìn)的控制技術(shù)更多地應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。例如，他們也會(huì)逐漸基于 TwinCAT 平臺(tái)實(shí)施機(jī)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。
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和TwinCAT自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。倍福于1997年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，致力于幫助制造企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加速轉(zhuǎn)型升級(jí)。倍福在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)，公司所倡導(dǎo)的PC控制技術(shù)具有良好的開放性，將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合，助力實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和豐富的行業(yè)知識(shí)，倍福的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領(lǐng)域。
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