LabVIEW​と​NI RIO​テクノロジ​による​油井​フラク​チ​ャ​リング​ポンプ​の​監視​と​解析

Robert Stewart, CEO, Lime Instruments, LLC

"LabVIEW​を​使用​した​こと​で、​従来​の​C​ベース​プログラミング​に​比べ​て​ソフトウェア​開発​期間​が​大幅​に​短縮​さ​れ​ま​した。​C​の​プログラマ​が​通常​なら​2​年​かかる​プログラミング​でも​2​ヶ月​で​完了​できる​ので、​その​時間​だけ​早く​市場​に​投入​でき、​競合​他社​と​の​時間​差​を​収益​に​つなげる​こと​が​でき​ます。"

- Robert Stewart, CEO, Lime Instruments, LLC

課題:

油井​業務​用​の​ポンプ​に​直接​設置​する​過酷​な​環境​でも​動作​し、​センサデータ​に関する​高度​な​解析​を​実行​する​優​れ​た​監視​システム​を​構築​する。

ソリューション:

NI CompactRIO​および​NI​シングル​ボード​RIO​の​ハードウェア​と​NI LabVIEW​ソフトウェア​を​利用​し​て、​油井​業務​の​用途​で​往復​運動​を​繰り返す​ポンプ​の​動作​パラメータ​を​監視​する​ポンプ​監視​システム​を​設計​した。

Supreme Electrical Services​社​は、​関連​する​すべて​の​業種​で​制御/​計測​テクノロジ​を​一括​し​て​取り扱う​イン​テグ​レ​ータ​として​トップ​を​目指​し​てい​ます。​利用​可能​な​最高​の​市販​ハードウェア​を​統合​し​て、​しかも​油田​に​共通​する​過酷​な​環境​に​耐え​うる​形​で​提供​する​こと、​それ​が​当社​の​目標​です。​NI​の​ハードウェア​と​LabVIEW​ソフトウェア​が​こうした​用途​に​最適​な​ソリューション​で​ある​と​考え​た​結果、​当社​では​これ​を​制御​システム​全体​の​バックボーン​として​採用​しま​した。

 

 

比較​検討​した​他の​ハードウェア​ソリ​ュ​ー​ション​では、​油井​で​稼動​し​て​いる​フラク​チ​ャ​リング​ポンプ​の​一時​的​な​圧力​スパイク​や​振動​の​兆候​を​捕捉​できるだけ​の​高速​I/​O​と​解析​を​実現​でき​ま​せん​で​した。​FPGA(Field-​Programmable Gate Array)​と、​高速​フーリエ​変換​(FFT:fast Fourier transform)​による​データ​解析​の​機能​を​持つCompactRIONI​シングル​ボード​RIO、​およびLabVIEWは、​この​よう​な​用途​に​理想​的​な​ソリューション​です。

 

油井​監視​システム

当社​の​油井​監視​システム​は、​ポンプ​の​稼動​に​不可欠​な​コンポーネント​の​性能​を​監視​する​よう​に​設計​さ​れ​てい​ます。​予備​製品​では、​坑​井​刺激​用​の​高圧​フラク​チ​ャ​リング​ポンプ​を​監視​する​ことに​重点​を​置​い​てい​ます。​各​フラク​チ​ャ​リング​ユニット​は、​高​馬力​の​ディーゼルエンジン​と、​3​シリンダ​または​4​シリンダ​の​ポンプ​に​接続​した​変速​器​を​備え​て​おり、​エンジン​と​変速​器​の​どちら​に​も、​ユニット​稼動​中​に​重要​な​機能​を​監視​し​て​診断​情報​を​通知​する​電気​的​な​インタフェース​が​あり​ます。​エンジン​と​変速​器​は、​SAE J1939​通信​プロトコル​を​介​し​て​監視​した​データ​を​出力​し​ます。

​現在​この​業界​で​使​われ​て​いる​ポンプ​に​は、​重要​な​動作​パラメータ​を​監視​する​個別​の​センサ​が​3​つ​以上​は​装備​さ​れ​てい​ま​せん。​通常​は​吐​き​出し​圧力、​RPM、​潤滑油​の​圧力​と​温度​が​監視​さ​れ​ます​が、​各​パラメータ​は​個々​の​センサ​と​メイン​制御​コンソール​に​つながる​信号​ケーブル​によって​測定​さ​れ​ます。

 

当社​の​製品​の​目的​は、​これらの​機能​を​含​め​た​各​機能​を​監視​し、​同じ​SAE J1939​コントローラ​エリア​ネットワーク​(CAN:Controller Area Network)​プロトコル​を​利用​し​て​データ​を​メイン​制御​コンソール​に​転送​する​こと​です。​そのため​当社​の​システム​は、​通常​動作​の​範囲​外​や​障害​発生​時に​も​データ​特性​を​追跡​でき​な​け​れ​ば​なり​ま​せん。​その​よう​な​リアルタイム​の​情報​が​あれ​ば、​オペレータ​は​ポンプ​から​送信​さ​れる​実際​の​性能​情報​に​基​づ​い​て​稼動​を​停止​する​か​続行​する​か​を​判断​でき​ます。​最終​的​に​は、​この​システム​によって​ポンプ​の​故障​が​大幅​に​減​り、​ポンプ​の​保守​コスト​も​削減​さ​れる​はず​です。


CompactRIO​と​LabVIEW​による​強固​な​デプロイメント

当社​の​目的​に、​CompactRIO​ほど​適​した​ハードウェア​パッケージ​は​ありま​せん。​LabVIEW​を​使​え​ば、​他の​ほとんど​の​プログラミング​環境​より​短時間​で​ソフトウェア​を​開発​できる​点​も​重要​です。​LabVIEW​では、​従来​の​C​ベース​の​プログラミング​に​比べ​て​ソフトウェア​開発​に​かかる​期間​が​大幅​に​短縮​さ​れ​ます。​C​の​プログラマ​が​通常​なら​2​年​かかる​プログラミング​でも​2​ヶ月​で​完了​できる​ので、​その​時間​だけ​早く​市場​に​投入​でき、​競合​他社​と​の​時間​差​を​収益​に​つなげる​こと​が​でき​ます。

 

当社​では、​LabVIEW​ソフトウェア​プラットフォーム​を​リアルタイム​プロセッサ​や​FPGA、​CompactRIO​システム​と​の​I/​O​の​プログラミング​に​利用​し​て​いる​ほか、​この​業界​で​一般​的​な​油井​業務​と​坑​井​刺激​の​あらゆる​面​を​制御・​監視​する​インタフェース​に​も​活用​し​てい​ます。​モジュール​式​の​I/​O​と​堅牢​な​CompactRIO​は、​世界中​の​油田​で​坑​井​を​往復​する​装置​の​可動​部分​に​取り付け​ら​れ​た​ときの​衝撃​や​振動​に​耐え、​低温​から​高温​まで​の​広い​温度​範囲​に​も​対応​できる​理想​的​な​システム​で​ある​と​当社​は​考え​てい​ます。

 

LabVIEW​と​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ハードウェア​は​開放​性​が​高い​ので、​以下​の​よう​な​様々​な​センサ、​ソフトウェア、​プロトコル​と​の​インタフェース​が​容易​です。

  • センサ: 圧力​トランスデューサ、​磁気​ピックアップセンサ、​デジタル​エンコーダ、​温度​センサ、​放射性​物質​濃度​計、​電磁​流量計、​Correollis​流量計、​その他
  • ソフトウェア: コイル​チューブ​の​疲労、​掘削​シミュレーション​ソフトウェア
  • オペレーティングシステム: Windows XP Embedded、​Windows CE、​Linux®
  • 業界​固有​の​プロトコル: SAE J1939、​J1587、​J1708、​Modbus、​Ethernet、​802.11、​PROFIBUS

 

NI​シングル​ボード​RIO​による​カスタムデプロイメント

NI​シングル​ボード​RIO​は​フォーム​ファクタ​が​小​さく​低​コスト​で​ある​ため、​カスタム​ソリ​ュ​ー​ション​を​顧客​に​提供​する​うえ​で​大きな​利用​価値​を​持つ​と​当社​は​考え​てい​ます。​CompactRIO​と​NI​シングル​ボード​RIO​を利用すれば、​当社​の​監視​システム​に​各種​の​フォーム​ファクタ​と​小売​価格​を​設定​する​こと​が​可能​です。

 

また、​NI​標準​の​再​構成​可能​I/​O(RIO)​ハードウェア​アーキテクチャ​と​LabVIEW​を利用すれば、​CompactRIO​から​NI​シングル​ボード​RIO​へ​の​移行​も​極めて​迅速​かつ​シームレス​に​行​え​ます。​NI​シングル​ボード​RIO​と​CompactRIO​は​ハードウェア​アーキテクチャ​が​共通​なので、​LabVIEW​の​コード​を​大幅​に​書き換え​なく​て​も、​NI​シングル​ボード​RIO​ハードウェア​で​再​利用​でき​ます。

 

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ソリューション​が​もたらす​メリット

NI​の​製品​品質​と​サポート​水準​に、​当社​は​大変​満足​し​てい​ます。​技術的な問題は早急に対処され、​アプリケーション​の​完成​まで​フォロー​さ​れ​ま​した。​サポート​エンジニア​から​セールス​エンジニア​まで​NI​の​誰​も​が、​NI​製品​ライン​について​技術​面​でも​ビジネス​面​でも​深い​知識​を​持​って​い​ます。​その​よう​な​専門​家​集団​の​協力​を​得​られる​ことに、​当社​は​大変​感謝​し​てい​ます。

 

著者​情報:

Robert Stewart, CEO
Lime Instruments, LLC

​ ​While our protoype monitoring system is built using CompactRIO, since CompactRIO and NI Single-​Board RIO have the same hardware architecture, we can switch easily between the two form factors without any major coding changes. ​
​ ​The goal of our product is to monitor several operating parameters and transmit that data back to the main control console. ​
​ ​Both the engine and the transmission come equipped with an electronic interface that monitors critical functions and provides diagnostic information as the unit is running. ​