Supreme Electrical Services 公司​使用 LabVIEW 與 NI RIO 技術,​建構​油井​幫浦​的​監​控​與​分析​解決​方案

Robert Stewart, CEO, Lime Instruments, LLC

"相較​於​我們​先前​所​使用​的 C 架構​程式設計,​LabVIEW 可​進行​更​迅速​的​軟體​開發。​C 語言​工程師​要花 2 年​才能​完成​的​程式,​我們​僅​花了​約 2 個月​就​辦​到了。​由於​這些​省​下來​的​時間,​我們​更加​快了​上市​速度,​並​握有​更多​可以​擊敗​競爭​者​的​籌碼。"

- Robert Stewart, CEO, Lime Instruments, LLC

挑戰:

建立​進​階​監​控​系統,​可​直接​固定​於​嚴苛​環境​中的​油井​幫浦​之上,​並能​進一步​分析​感​測​器​所​傳送​的​資料。

解決​方案:

使用 NI CompactRIO 與 NI 單​卡式 RIO 硬體,​搭配 NI LabVIEW 軟體​以​設計​幫浦​監​控​系統,​並​監​控​油井​活塞​式​幫浦​的​相關​作業​參數。

在 Supreme Electrical Services 公司,​我們​致力​要​成為​控制​與​儀​控​技術​的​行銷​與​整合​商。​我們​整合​最好的​現成​硬體,​使​其​能​承受​油田​的​嚴苛​環境。​我們​一致​認為 NI 硬體​與 LabVIEW 軟體​可​成為​此​應用​的​絕佳​解決​方案,​因此​採用​此 2 項​產品​成為​我們​控制​系統的​骨幹。

 

 

之前​我們​考慮​過​的​硬體​解決​方案,​均​無法​達到​高速​I/​O 與​分析​功能,​以​擷取​油井​幫浦​的​瞬間​壓力​與​振動​高峰。​而​透過 CompactRIONI 單​卡式 RIO,​與 LabVIEW,​即可​使用 FPGA 搭配​高速​傅利葉​轉換 (FFT) 分析​所需​的​資料,​而​達到​最佳​的​解決​方案。

 

油井​監​控​系統

我們​的​油井​監​控​系統,​可於​作業​期間​監​控​重要​幫浦​元件​的​效能。​而​初階​系統​是​於​模擬​應用​中​監​控​高壓​幫浦。​每個​受​測​單位​均​具有 1 組​高​馬力​的​柴油引擎,​並將​動力​傳輸​至 3 組​或 4 組​對應​的​幫浦。​引擎​與​傳動​系統​均​具有​電子​介面​可​監​控​必要​功能,​並可​取得​單位​作業​時​的​診斷​資訊。​系統​並​透過 SAE J1939 通訊​協定,​以​監​控​引擎​與​傳動​系統​所​輸出​的​資料。


​直至​現在,​此​產業​領域​所​使用​的​幫浦,​大抵​均​僅​具有 2 組​離散​感​測​器,​以​監​控​必要​的​作業​參數。​常見​參數​為​出口​壓力 (Discharge pressure)、​RPM、​潤滑油​壓力,​與​潤滑油​溫度。​這些​參數​均​透過​獨立​的​感​測​器​與​訊號​連接線​進行​量​測,​以​將​資料​回​傳​至​主要​的​控制​工作站。


​我們​的​產品​除了​要​能​達到​上述​功能​之外,​還要​能​包含​其他​更多​參數,​再​以​相同​的 SAE J1939 Controller Area Network (CAN) 協定​進行​資料​回​傳。​而​系統​更​必須​要​能​發現​正常​作業​與​錯誤​情形​以外​的​資料​特性。​透過​此​即時​資訊,​作業​人員​可​根據​立即​的​幫浦​效能,​決定​是否​繼續​作業。​因此​該​系統​可​降低​幫浦​發生​錯誤​的​次數​與​維護​成本。

 

 

以 CompactRIO 與 LabVIEW 達到​堅固耐用​的​佈署

由於​以上​的​系統​需求,​最適​用​的​硬體​組合​則​非​CompactRIO 莫​屬。​當然,​與​其他​程式設計​環境​相較,​LabVIEW 亦可​達到​更​快​的​速度。​LabVIEW 尤其​超出​我們​先前​所​使用​的 C 語言​速度​甚多。​大多數 C 語言​程式​設計師​必須​耗​上 2 年​的​東西,​我們​只花​了 2 個月​就​全部​完成。​而​省​下來​的​時間​讓​我們​具有​超越​競爭​廠商​的​更多​優勢。


​我們​使用 LabVIEW 軟體​平台​搭配 CompactRIO 系統,​進行​即時​處理器、​FPGA,​與 I/​O 的​程式設計,​並​介​接​至​模擬​的​常見​油井​作業​設備。​由於​我們​相信,​當​模組化 I/​O 與 CompactRIO 系統​固定​於​上下​移動​的​油井​活塞​時,​可​完美​處理​衝擊、​振動,​與​作業​高溫,​因此​我們​選擇​此 2 項​元件​進行​量​測。


​LabVIEW 與 NI 硬體​更​可​輕鬆​介​接​多種​感​測​器、​軟體,​與​協定,​如​以下​所​列:


​• 感​測器 – 壓力​傳感器、​惟​磁​撿拾​器 (Magnetic pickup sensor)、​數位​編碼器、​溫度​感​測​器、​核能​密度​計 (Densitometer)、​電磁​流量計、​質量​流量計 (Coriolis flow meter),​還有​更多

​• 軟體 – 撓曲​油管 (Coiled-​tubing) 疲勞​度、​井​眼 (Wellbore) 模擬​軟體

​• 作業系統 – Windows XP Embedded、​Windows CE、​Linux®

​• 產業​特殊​協定 – SAE J1939、​J1587、​J1708;​Modbus;​乙太網路、​802.11;​PROFIBUS

 

以 NI 單​卡式 RIO 進行​克制​化​的​佈署​作業

由於 NI 單​卡式 RIO 的​精巧​體積​與​低價​位,​我們​以此​硬體​提供​更多​附加​價值​予​客戶。​透過 CompactRIO 與 NI 單​卡式 RIO,​我們​的​監​控​系統​可達​更多​不同​的​規格​與​價位。

 

另外​更​幸運​的 1 點,​由於​標準​的 NI 可​重設 I/​O (RIO) 硬體​架構​與 LabVIEW,​我們​可​輕鬆​將 CompactRIO 轉換​為 NI 單​卡式 RIO。​NI 單​卡式 RIO 的​硬體​架構​與 CompactRIO 完全​相同,​因此​不需​大幅​修改​程式碼,​即可​於 NI 單​卡式 RIO 中​再​使用 LabVIEW 程式碼。

 

NI 解決​方案​的​優點

我們​對於 NI 所​提供​的​高​品質​產品​與​技術​支援​感到​極為​滿意。。​NI 解決​了​我們​迫切​的​技術​問題,​並​接著​協助​我們​完成​整個​應用。​從​技術​工程師​到​業務​代表​的​所有 NI 員工,​均​對​自己​的​產品​系列​有​深入​的​了解。​能​與​如此​專業​且​熱心​的​團隊​合作,​實為​另 1 個​難以​忘懷​的​經驗。

 

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作者​資訊:

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. ​