一、概述
ACT作業者集團是世界領先的專業的海上鉆井采油作業集團，CACT公司是由ACT作業者集團與中國海洋石油公司合資組建的專業采油公司，該公司在惠州灣海域擁有HZ261、HZ323等5個海上鉆井采油平臺和1條海上鉆井采油船。
CACT公司于1999年即開始利用RA-ENTEK的DataPAC1500離線監測系統，對海上鉆井采油平臺的轉動機械設備展開狀態監測和故障診斷，并際此成功實施了預測維修工作模式，取得了良好的效果。
但是，CACT公司所屬的主要設備分布在數個海上鉆井采油平臺上，采用離線監測系統使得設備狀態監測工程師不得不頻繁地奔波于各個平臺之間，將大部分時間和精力用于數據采集的過程中，而對于設備狀態監測中最為重要的數據分析和判斷工作所用的時間卻大大減少了。隨著CACT公司海上鉆井采油平臺上的機器設備使用時間的延長而帶來的機器狀態劣化，設備狀態監測工作顯得越來越重要，并且需要監測的次數也必將越來越頻繁。
所以，CACT公司又于2002年8月計劃，于2003年6月實施，在其HZ261和HZ323鉆井采油平臺的關鍵設備－－－－輸油管線泵上安裝了RA-ENTEK的Enwatch巡檢式在線監測系統。并且系統剛剛運行，即發現并解決了HZ261平臺上管線泵B的Yarway閥故障，消除了潛在生產事故的發生。這一成功案例，充分體現了在線狀態監測系統在生產實踐中的巨大作用。
在Enwatch巡檢式在線監測系統實施前的2002年10月，CACT公司所屬的HZ261鉆井采油平臺曾發生由于輸油管線泵故障，造成原油泄漏著火的重大生產事故，其中的直接和間接經濟損失超億元。為防止類似事件再次發生，CACT不得不聘請專人對這些管線泵實行24小時人工監視，但是專人監視的巨大費用和人員監測的不可靠性使得CACT公司決心在現有Enwatch巡檢式在線監測系統的基礎上，引進羅克韋爾自動化RA-ENTEK的最新的XM實時狀態監測與保護系統。
本文通過CACT公司狀態監測工作由離線－－－－巡檢式在線－－－－實時在線和保護的發展過程，說明RA-ENTEK的集成化狀態監測系統在生產實踐中所發揮的巨大作用。
二、RA-ENTEK設備狀態監測系統介紹
RA-ENTEK狀態監測系統以EMONITOR Odyssey或Enshare設備狀態監測檢修集成系統軟件為平臺，以其作為設備狀態監測系統的核心，兼容離線監測（dataPAC1500）、巡檢式在線監測（Enwatch）、保護表在線（6600系列）等技術和數據，向維修管理和執行部門提供診斷信息和檢修建議，并跟蹤檢修工作的進展和驗證檢修結果。他可通過工廠局域網實現信息共享，將來自離線數據采集器（dataPAC1500）和在線數據采集模塊（Enwatch或6600系列）的數據集成到一個公共的數據庫。這個系統的突出特點是集成了最廣泛應用的狀態監測技術、實現網絡化在線監測分析功能、提供工廠機器狀況的完整信息。
羅克韋爾自動化恩泰克狀態監測系統的組成如下圖所示：
該系統要解決的問題是：了解全廠關鍵設備和重點設備當前的運行狀況、判斷被監測機器的狀態變化趨勢、診斷被監測機器故障的發生部位和故障的嚴重程度，以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果，實現對設備故障早知道、早預報、早診斷，把故障消滅在萌芽之中。其目的是提高設備運行完好率、減少設備停機時間及降低維修成本。
1、EMONITOR Odyssey設備狀態監測軟件
該系統的軟件EMONITOR Odyssey可在Windows95/98、NT、2000環境下運行，支持MS-SQL
Serve、ORACLE和CENTURA等數據庫服務器。EMONITOR Odyssey軟件作為監測數據和分析診斷的核心，它集成了最廣泛應用的預測維修技術，集離線監測和在線監測于一身，它可完成建立機器測點數據庫、安排巡檢路徑及裝入到數據采集器中、現場采集數據并回放到客戶機中、分析及診斷設備狀態和故障等工作。它既可提供設備監測診斷全面的方法和手段，又可為管理和決策人員提供全廠設備狀態的信息。利用在線系統提供的Enlive?軟件和Enwatch系統可進行遠程實時監測診斷，任一Enwatch上的某個通道的頻譜，時域波形、趨勢、三維譜圖和極坐標圖均可在裝有奧德賽軟件的系統中實時顯示、檢測、包括通過互聯網絡進行遠程監測和診斷。其組成和擴展功能的示意如下圖所示：
2、Enwatch巡檢式在線系統
Enwatch巡檢式在線系統作為RA-ENTEK狀態監測系統的一部分，其基本部件Enwatch是16通道網絡化在線采集模塊，每個采集模塊均配有標準的RJ-45以太網接口，其外形小巧，機箱滿足IP66工業標準，可直接安裝在被監測設備附近，可用于人員無法接近或危險區域的設備的監測，數據采集回放的周期也比人工數采方式快得多，其采集的數據通過以太網定期回放到數據庫中與離線監測數據集成在一起使用。下圖是Enwatch系統在現場安裝的示意和網絡拓撲結構示意圖：
目前的Enwatch有三種型號：基本型、CSA型和PX型。基本型可適用于振動（加速度傳感器、速度傳感器）和工藝量的監測；CSA型的應用功能和基本型完全一樣, 但它是設計并得到認證可用于Class1 Div.2危險區域的（Class1區域是指該區域存在可燃性氣體或蒸汽, 當存在空氣時可產生引起爆炸或火花的混合氣體。Div.2指此區域中危險氣體在正常情況下不存在, 而只在異常情況下存在）；PX型可同時采集兩個通道的數據，一個Enwatch(tm) PX可最多接8對雙通道信號，對來自8對電渦流傳感器的任一對數據，還可以顯示軸心軌跡和軸中心位置圖。 RA-ENTEK狀態監測系統適用于對關鍵機組和相應輔機進行定期監測、分析和診斷，以確定設備運行的狀態。目標是為了預測可能出現的失效以及在這種失效發生以前找出其原因并及時通知設備維修部門。
3、XM實時在線監測與保護系統
XM系統是ENTEK并入羅克韋爾自動化后推出的新一代的實時在線監測與保護系統，它是世界上第一個基于DeviceNET總線的在線監測與保護系統。與傳統的集中式儀表系統相比，它具有分布式、模塊化、可集成、易維修、可擴展等其他現有保護系統所無法比擬的優勢。
該系統目前推出的模塊有：XM120振動信號模塊，XM320位置信號模塊，XM441擴展繼電器模塊，XM440主繼電器模塊，XM500DeviceNET與以太網轉換接口模塊等。這些模塊可單獨組成監測和保護系統，也可與PLC控制系統聯合組成控制系統。如下圖所示：
三、RA-ENTEK的離線和巡檢式在線監測系統在CACT的應用
1、離線監測系統的作用及其局限性
CACT公司于1999年購買了RA-ENTEK的DataPAC1500離線監測系統，并設立專門的狀態監測工程師崗位，建立起了設備狀態監測與預測維修的工作模式。通過RA-ENTEK的技術培訓和支持，加上CACT公司設備狀態監測工程師自身的努力和艱苦細致的實踐工作，已能良好的應用DataPAC1500離線監測系統對海上平臺的旋轉設備進行定期或不定期的狀態監測和故障診斷，并取得了一定的成績，完成許多成功的診斷案例。僅對平臺上的輸油管線泵，被及時發現的故障類型就包括：管線泵電機轉子不平衡、聯軸節對中不好、葉輪摩擦、各種各樣的軸承故障等。
與此同時，離線系統的局限性，也使CACT公司的設備狀態監測工程師深感不便，由于CACT公司的被監測設備分布于五個海上平臺和一個采油船上，岸上基地與平臺之間的交通需要利用直升飛機或拖船，而CACT公司作為世界領先的鉆井采油專業作業集團，對工程師的工作效率要求很高，不可能在每一個平臺上設置專門的工程師進行設備狀態監測和分析。這些因素使得設備狀態監測工程師不得不頻繁地奔波于各個平臺之間，將大部分時間和精力用于數據采集的過程中，而對于設備狀態監測中最為重要的數據分析和判斷工作所用的時間卻大大減少了。即使這樣，數據采集密度仍顯不足，為此使許多本應及時發現并加以排除的故障漏過最好的處理時間，造成一定的損失。所以，CACT公司認為，僅有離線監測系統已無法滿足預測維修工作的需求。
2、Enwatch在線監測系統的方案確定和實施
為了將CACT公司的設備維護工程師從繁重的數據采集工作中解放出來，從而使其有足夠的精力用于數據分析、設備狀態判斷和故障診斷等工作，羅克韋爾自動化公司于2002年8月向CACT公司推薦在現有的離線監測系統的基礎上，增加Enwatch巡檢式在線監測系統，從而組成離線和在線巡檢集成的設備狀態監測系統。Enwatch系統是基于以太網的自動巡檢系統。設備維護工程師不需到現場，只需在任意一臺聯網的計算機上，即可對安裝在現場的Enwatch（需與網絡連接）采集模塊發出指令，令其定期采集和回收數據。這些過程均通過Odyssey軟件的在線模塊進行控制。由于CACT已擁有RA-ENTEK離線版的Odyssey軟件，所以只需在該軟件基礎上增加Online模塊，另增加Enwatch和在線傳感器，即可進行在線監測工作。同時，也不會影響離線系統的監測工作。
初始的推薦方案是采用一個Enwatch模塊對一個采油平臺（HZ261）上的四臺立式多級離心泵進行巡檢式在線振動監測，將在線振動傳感器和Enwatch模塊布置在平臺上，Enwatch模塊的輸出接入平臺的局域網，而控制并接收Enwatch模塊數據采集的Odyssey軟件則裝在岸上基地的計算機服務器上，其設計安裝方案如下圖所示。
項目經過多方論證，獲得通過，并且CACT公司決定將HZ323平臺上的3臺管線泵也納入在線監測的范圍內。最終的訂貨信息如下：
 在項目論證過程中，充分考慮了CACT公司現有的計算機網絡狀況。其海上平臺之間利用光纖組成局域網，陸上基地也形成局域網，而兩個局域網之間是通過衛星通訊的，這成為一個網絡通訊的瓶頸。所以，最終決定將數據采集回放站和保存數據庫的服務器計算機放在HZ261平臺上，岸上狀態監測計算機另建新的數據庫，利用RA-ENTEK的data mover軟件定期從平臺上的服務器中取得更新的監測數據，形成服務器數據庫的備份數據庫。這樣，既減少了利用衛星通訊進行的數據通訊量，又大大提高了數據傳輸的安全性。該項目于2003年5月開始工程實施，6月完成調試，目前運行正常。下圖為已經實現的Enwatch遠程自動巡檢式監測系統。
3、Enwatch在線監測系統在CACT公司的成功應用
羅克韋爾自動化公司為CACT公司提供的Enwatch巡檢式在線監測系統于2003年6月初開始調試，在其HZ261和HZ323鉆井采油平臺的關鍵設備－－－－輸油管線泵上安裝了該系統。并且系統剛剛運行，即發現并解決了HZ261平臺上管線泵B的Yarway閥故障，消除了潛在生產事故的發生。這一成功案例，充分體現了在線狀態監測系統在生產實踐中的巨大作用。
以下是從Enwatch巡檢式在線監測系統下載的有關診斷依據。
根據上述依據，可十分確切的認為B泵Yarway閥的故障會對C泵的振動狀態造成很大的影響，是一個明顯的生產隱患。
下面是CACT公司的狀態監測工程師陳先生關于此事向基地和平臺上的設備管理和維修工程師發出的電子郵件內容。
Dear Sirs,
After the Enwatch P/L pump vibration monitor system was put into service on 2003-06-06, we found the Yarway valve of pump B can impact pump C badly, which has been proved running in poor condition by operator, see detail plots in attachment, so, I suggest it is better we replace it with a new one, otherwise, the mechanical seal and thrust bearings of pump C will wear out soon.We see the system works.
這應該是對RA-ENTEK設備狀態監測系統的最佳褒獎。
四、XM實時在線監測與保護系統的方案確定
在Enwatch巡檢式在線監測系統實施前的2002年10月，CACT公司所屬的HZ261鉆井采油平臺曾發生由于輸油管線泵故障，造成原油泄漏著火的重大生產事故，其中的直接和間接經濟損失超億元。為防止類似事件再次發生，CACT不得不聘請專人對這些管線泵實行24小時人工監視，但是專人監視的巨大費用和人員監測的不可靠性使得CACT公司決心安裝實時狀態監測與保護系統。
羅克韋爾自動化公司的XM系統作為世界上第一個基于DeviceNET總線的在線監測與保護系統。其分布式、模塊化、可集成、易維修、可擴展性等功能是目前其他保護系統所無法比擬的。針對CACT管線泵的具體情況，羅克韋爾自動化公司向其推薦在現有Enwatch巡檢式在線監測系統的基礎上，加裝XM實時在線監測與保護系統。其中用到的XM模塊包括XM120振動信號模塊，XM441擴展繼電器模塊，XM500DeviceNET與以太網轉換接口模塊。方案組成如下：
由于CACT現場已經安裝了9200在線加速度傳感器和Enwatch在線采集模塊，所以只需在9200和Enwatch之間安裝XM模塊即可由XM單獨組成監測和保護系統，其本身既具有繼電輸出（控制報警輸出、停車控制輸出），又有數據顯示輸出（通過XM500）。XM系統的加入不會影響已有的Enwatch巡檢式在線系統的運行。
根據現場分析，只需將各個管線泵的止推軸承上的軸向和徑向信號引入XM120模塊（每個XM120模塊可進入2路振動信號），XM120上的緩沖輸出端子可將傳感器的原始模擬信號輸出到Enwatch模塊上。每一個XM120后接一個XM441模塊，XM441上的繼電保護輸出信號可送往泵的連鎖停車和報警系統中。每個平臺上配置1個XM500模塊，該模塊上的RJ45輸出可將XM120的振動數字信號輸出到監測計算機屏幕上，以便現場人員實時觀察。
根據上述方案，最終的訂貨信息如下：
五、總結
RA-ENTEK的狀態監測系統在CACT公司的不斷升級說明，生產實踐單位的用戶確實需要設備狀態監測系統，而RA-ENTEK的系統又確實能夠滿足用戶的要求，為其提供可靠實用的監測和保護。關鍵是深入了解用戶要求，以及雙方技術人員的深入溝通和交流，使系統發揮其最大作用。
文章來源： CACT作業者集團 陳立新
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