Giàn khoan dầu ngoài khơi dựa vào giám sát tình trạng với điều khiển máy tính

Trên toàn cầu, việc đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng đáng tin cậy là điều cần thiết đối với mọi quốc gia công nghiệp hóa. Trường hợp điển hình: Nhà sản xuất dầu khí lớn nhất Trung Quốc, Tập đoàn Dầu khí Ngoài khơi Quốc gia Trung Quốc (CNOOC), coi trọng việc giám sát tình trạng của các nền tảng ngoài khơi để đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc của chúng. Trong một sáng kiến ​​tương ứng, Công ty TNHH Công nghệ Tự động hóa Công nghiệp Aoling Thiên Tân (Aoling) đã tận dụng phân tích rung động để giám sát và dự đoán một cách đáng tin cậy khả năng chịu tải của các công trình ngoài khơi. Để kết nối các công nghệ này, các kỹ sư của Aoling dựa vào điều khiển dựa trên PC và công nghệ đo lường tích hợp hệ thống, có độ chính xác cao của Beckhoff.

Các kết cấu thép của giàn khoan ngoài khơi phải đối mặt với các điều kiện môi trường khắc nghiệt trong suốt thời gian sử dụng của chúng. Điều kiện biển khó khăn cho đến những con sóng dữ dội và nước biển hung dữ tấn công chúng không ngừng nghỉ. Các vi sinh vật trong nước gây ra sự ăn mòn điện hóa nghiêm trọng, điều này cũng làm suy yếu tính toàn vẹn cơ học của cấu trúc. Hơn nữa, các nền tảng ngoài khơi xa nổi tiếng là khó tiếp cận để bảo trì thường xuyên, ít hơn nhiều trong các tình huống khẩn cấp.

Các khiếm khuyết về cấu trúc có thể gây ra sự ngừng hoạt động của toàn bộ hệ thống hoặc thậm chí là sự cố giàn khoan dầu sẽ gây tốn kém tương ứng. Do đó, CNOOC đặt tầm quan trọng cao vào việc ghi lại các điều kiện vận hành thực tế và các ảnh hưởng của môi trường tại nơi làm việc trên các cấu trúc nền tảng.

Thiết bị đầu cuối I/O tương tự EtherCAT cho phép thu thập dữ liệu

Đối với dự án thí điểm, một giàn khoan ngoài khơi Trung Quốc đại lục ở Vịnh Bột Hải cho phép giám sát liên tục một giàn khoan ngoài khơi điển hình. Các điểm đo khác nhau được chỉ định dựa trên kế hoạch xây dựng của nền tảng và điều tra tại chỗ với các cảm biến IEPE ghi lại các rung động. Các tín hiệu của chúng được thu nhận bằng Thiết bị đầu cuối EL3632 XFC EtherCAT có khả năng lấy mẫu quá mức để theo dõi tình trạng (IEPE) và được truyền tới PC nhúng CX2020 với tối đa 50 ksamples/s để đánh giá.

Hệ thống đo lường giám sát các điều kiện hoạt động của nền tảng và sử dụng dữ liệu rung động để phân tích tải trọng trên kết cấu thép. Mục tiêu của dự án thí điểm là đảm bảo tính toàn vẹn của các cấu trúc trong toàn bộ thời gian hoạt động của chúng và dự đoán chính xác tuổi thọ của dịch vụ dựa trên các chỉ số ban đầu. Điều này cho phép thực hiện các biện pháp phòng ngừa theo yêu cầu.

Chịu trách nhiệm thực hiện dự án đòi hỏi khắt khe là Aoling. Công ty đã tập trung trong nhiều năm vào việc bảo vệ các ứng dụng ngoài khơi chống lại năng lượng sóng, thực hiện nghiên cứu trong lĩnh vực này với sự cộng tác của nhiều trường đại học, cao đẳng và viện nghiên cứu của Trung Quốc. Aoling phát triển các giải pháp sáng tạo, chẳng hạn như giám sát tình trạng được thực hiện bằng công nghệ Beckhoff.

Fan Lipeng của Aoling giải thích: “Theo dõi và chẩn đoán tình trạng giống như giám sát y tế chuyên sâu cho các nền tảng. So với các hệ thống của đối thủ cạnh tranh, Beckhoff cung cấp các công cụ chẩn đoán lý tưởng cho mục đích này”.

Phân tích rung động thời gian thực trên các cấu trúc ngoài khơi

Hệ thống giám sát rung động bao gồm tổng cộng 48 cảm biến gia tốc, được gắn trong vỏ chống cháy nổ phù hợp với các điều kiện vận hành. Từ các điểm đo, các đường tín hiệu của cảm biến rung chuyển đến tủ điều khiển trong phòng điều khiển trung tâm, nơi chúng được kết nối thông qua một mức định tuyến đến các đầu cuối EL3632 IEPE hai kênh. Chức năng XFC và quét đồng bộ với tốc độ lên tới 50 ksamples/s và độ phân giải 16-bit đảm bảo rằng các rung động được ghi lại trong thời gian thực.

Sau khi phân tích, xử lý và lưu trữ dữ liệu cảm biến bằng PC nhúng CX2020, thông tin được chuyển đến một máy tính chính trên giàn khoan dầu để tính toán và lưu trữ thứ cấp. Trực quan hóa, chức năng báo động và lưu trữ dữ liệu được thực hiện ở đó. Đồng thời, máy tính chủ truyền tất cả dữ liệu đến phòng điều khiển trung tâm trên bờ thông qua đường cáp quang.

Đồng thời, TwinCAT và ứng dụng phân tích do Aoling phát triển bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao đang chạy trên CX2020, giúp đơn giản hóa việc quản lý và lưu trữ dữ liệu, theo Fan Lipeng. Ngoài ra, một loạt các mô-đun I/O có sẵn, thiết kế nhỏ gọn của chúng và tính linh hoạt của EtherCAT về mặt cấu trúc liên kết hỗ trợ việc mở rộng sau này và tích hợp các chức năng bổ sung. Aoling có kế hoạch tăng cường sử dụng công nghệ điều khiển tiên tiến của Beckhoff để theo dõi tình trạng. Ví dụ, mục đích là dần dần triển khai học máy, trí tuệ nhân tạo (học sâu), mạng lưới thần kinh và các chức năng khác trên nền tảng TwinCAT tiêu chuẩn. Bằng cách này, các giàn khoan ngoài khơi có thể duy trì hoạt động sản xuất an toàn, đáng tin cậy.

Tìm hiểu thêm