系统集成振动分析助力可靠监测钢结构的承载能力

　　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，中海油选取渤海某平台作为平台健康监测的试点平台，为此需要在该平台搭建一套在线监测系统。基于项目业主前期对平台的理论分析以及现场调研，拟定了第一批监测内容和监测系统方案，以便顺利地进行健康监测系统的安装和布放。 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。”奥菱公司的范立鹏这样说道。

　　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，进入中央控制室的控制柜，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。

　　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。

　　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，奥菱使用 TwinCAT 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。

　　关于德国倍福                                        

　　倍福（Beckhoff）公司总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多国际标准。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和TwinCAT自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。倍福于1997年进入中国市场，致力于帮助制造企业提升竞争优势，加速转型升级。倍福在业内享有“创新引擎”的美誉，公司所倡导的PC控制技术具有良好的开放性，将IT技术、互联网和自动化技术完美融合，助力实现工业 4.0 和智能制造。凭借领先的技术优势和丰富的行业知识，倍福的创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、物流输送以及楼宇自控等众多领域。                                        

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