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

　　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)生劇烈的電化學腐蝕，腐蝕嚴重影響著海洋結(jié)構(gòu)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(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，中海油選取渤海某平臺作為平臺健康監(jiān)測的試點平臺，為此需要在該平臺搭建一套在線監(jiān)測系統(tǒng)。基于項目業(yè)主前期對平臺的理論分析以及現(xiàn)場調(diào)研，擬定了第一批監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測系統(tǒng)方案，以便順利地進行健康監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和布放。 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。

　　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?？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)。

　　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)。

　　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，奧菱使用 TwinCAT 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?；谶@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 平臺實施機器學習、人工智能深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等功能。

　　關(guān)于德國倍福                                        

　　倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多國際標準。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和TwinCAT自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。倍福于1997年進入中國市場，致力于幫助制造企業(yè)提升競爭優(yōu)勢，加速轉(zhuǎn)型升級。倍福在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽，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)和自動化技術(shù)完美融合，助力實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢和豐富的行業(yè)知識，倍福的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領(lǐng)域。                                        

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