Reklama: Chcesz umieścić tutaj reklamę? Zapraszamy do kontaktu »
Powrót do listy artykułów Aktualizowany: 2022-04-04
Automatyzacja na dnie morza

Maszyny mobilne

Firma Bauer zautomatyzowała unikalną wiertnicę badawczą do eksploracji dna morskiego. Stało się to możliwe dzięki komponentom automatyki B&R, które działają nawet na głębokości prawie 3000 metrów.

 

Wiertnica do badania dna morskiego MeBo 200 przystosowana do pracy na głębokości 2700 metrów
Wiertnica do badania dna morskiego MeBo 200 przystosowana do pracy na głębokości 2700 metrów

Tuż przed kontaktem z podłożem z boków ramy wysuwają się cztery zakończone płytami nogi, które dopasowują się do ukształtowania terenu i zapewniają dziesięciotonowej platformie solidne oparcie. Następnie wbudowane zrobotyzowane wiertło przystępuje do wykonania swojego zadania polegającego na eksploracji warstw osadów i skał.

To, co brzmi jak lądowanie sondy na odległej planecie, jest w rzeczywistości misją badawczą w miejscu znacznie nam bliższym, ale niemal równie nieznanym: na dnie oceanu. Tam wiertnica pobiera próbki z głębokości prawie 3000 metrów.

Punkt docelowy: głębiny

Urządzenie eksploracyjne nosi nazwę MeBo 200 i jest efektem wspólnego projektu rozwojowego MARUM - Centrum Nauk o Środowisku Morskim Uniwersytetu w Bremie – oraz firmy Bauer Maschinen GmbH. Wiertnica MeBo 200 jest w stanie pracować na głębokości do 2700 metrów i tam wykonywać wiercenia na głębokość 200 metrów w głąb dna. Pozyskiwane przez nią próbki rdzeniowe dostarczają cennych informacji na temat struktury osadów i geologii dna morskiego.

Wiertnica jest zamontowana w ramie, która mieści się bez problemu w 20-stopowym kontenerze i jest transportowana na statku badawczym do miejsca badania. Po przybyciu na miejsce urządzenie eksploracyjne jest opuszczane na dno morskie za pomocą stalowego, opancerzonego kabla o długości 2700 metrów. Kabel jest liną ratunkową łączącą MeBo 200 ze statkiem, umożliwiającą zasilanie i przekazywanie poleceń sterujących. 

Do nawijania i rozwijania stalowego, opancerzonego kabla o grubości 35,5 mm służy chłodzona wodą wciągarka. Moduł X20 firmy B&R bezproblemowo integruje wciągarkę z architekturą automatyki MeBo 200.
Do nawijania i rozwijania stalowego, opancerzonego kabla o grubości 35,5 mm służy chłodzona wodą wciągarka. Moduł X20 firmy B&R bezproblemowo integruje wciągarkę z architekturą automatyki MeBo 200.

Cztery wyzwania

Pierwsze dwie generacje wiertnic MeBo były z powodzeniem wykorzystywane w projektach badawczych przez wiele lat. Z myślą jednak o zastosowaniach komercyjnych, partnerzy Bauer i MARUM zdecydowali się jeszcze bardziej ulepszyć urządzenie. Szczególnie system automatyki miał kilka słabych stron:

  • Stosowane komputery PC były zbyt zawodne
  • Sieć komunikacyjna była ograniczona do kilku urządzeń
  • Zewnętrzne komponenty automatyki mogły być zintegrowane tylko poprzez sieć CAN
  • Możliwości diagnostyki i konserwacji były niezwykle ograniczone

Aby wyeliminować słabe punkty wcześniejszych generacji MeBo, firma Bauer zwróciła się do specjalistów z B&R z prośbą o całkowitą zmianę architektury automatyki. „Współpracujemy z B&R od bardzo dawna i od dziesięcioleci stosujemy ich technologię w naszych wiertnicach głębinowych" – mówi Lothar Schirmel z firmy Bauer.

Sprawne działanie w trudnych warunkach

Aby wiertnica MeBo mogła niezawodnie zbierać dane z dna morskiego i przesyłać je do statku znajdującego się kilometry wyżej, potrzebna jest niezwykle solidna technologia. „Na głębokości prawie 3000 metrów pod poziomem morza panują ekstremalne warunki" – wyjaśnia Schirmel – „stąd wszystkie zastosowane komponenty muszą być wytrzymałe i niezawodne. Dlatego właśnie wybraliśmy mobilny system sterowania X90 firmy B&R, który z łatwością wytrzymuje te ekstremalne warunki."

Sterowniki X90 można łatwo dostosować do różnych wymagań za pomocą opcjonalnych modułów. Na potrzeby wiertnicy MeBo 200, zostały one skonfigurowane jako inteligentne sterowniki magistrali POWERLINK z licznymi zintegrowanymi połączeniami I/O. Sygnał protokołu POWERLINK jest przesyłany kablem światłowodowym przez konwertery z funkcją multipleksowania z podziałem fali i konwertowany z powrotem po dotarciu na statek.

„Obsługa niezawodnie działającej sieci czasu rzeczywistego w tych ekstremalnych warunkach to duży problem – niemniej wspólnie z B&R udało nam się go rozwiązać. Ich eksperci zapewnili fachowe doradztwo przy wyborze konwerterów i wiedzieli, jak dostosować ustawienia sieciowe, aby opanować początkowe zakłócenia w komunikacji. Właśnie tego należy oczekiwać od partnera w dziedzinie automatyzacji" – mówi Schirmel. 

Mobilne sterowniki X90 są umieszczone w szczelnych zbiornikach ciśnieniowych, które chronią elektronikę przed działaniem wody morskiej. Styki elektryczne są chronione przez specjalne złącza odporne na
Mobilne sterowniki X90 są umieszczone w szczelnych zbiornikach ciśnieniowych, które chronią elektronikę przed działaniem wody morskiej. Styki elektryczne są chronione przez specjalne złącza odporne na ciśnienie.

Aktualizacje oprogramowania na pokładzie

Zintegrowane interfejsy Ethernet w sterownikach X90 są dostępne z pokładu statku za pośrednictwem światłowodów. „Jest to dla nas ważne, gdyż pozwala nam aktualizować oprogramowanie w urządzeniu eksploracyjnym w razie potrzeby bez konieczności wydobywania go na powierzchnię lub otwierania zbiornika ciśnieniowego w celu uzyskania dostępu do sterowników" – podkreśla Schirmel.

Sygnały elektryczne do zbiornika ciśnieniowego są zabezpieczone za pomocą specjalnych złączy wtykowych, które wytrzymują ciśnienie do 400 barów. W ten sposób do wejść/wyjść urządzeń X90 zdołano podłączyć m. in. 80 zaworów proporcjonalnych, 6 enkoderów absolutnych i 10 czujników przemieszczenia. 

Sterowanie procesem wiercenia odbywa się za pomocą joysticka, panelu kontrolnego i ekranu dotykowego z kontenera na pokładzie statku. Przesyłany strumieniowo na żywo obraz z ośmiu podwodnych kamer poz
Sterowanie procesem wiercenia odbywa się za pomocą joysticka, panelu kontrolnego i ekranu dotykowego z kontenera na pokładzie statku. Przesyłany strumieniowo na żywo obraz z ośmiu podwodnych kamer pozwalają operatorom na bieżąco śledzić proces wiercenia.

Wszystko w zasięgu wzroku

Sterowanie urządzeniem wiertniczym odbywa się z kontenera znajdującego się na pokładzie statku badawczego. Całkowicie zmodernizowane stanowisko operatora wyposażone jest w fotel z joystickami zamontowanymi na podłokietnikach, podobnie jak w kabinie ciągnika lub żurawia. Dodatkowe elementy sterujące znajdują się na trzech 19-calowych monitorach z ekranem dotykowym, które Bauer wybrał z serii Automation Panel 5000 firmy B&R.

Na trzech panelach wyświetlane są wszystkie ważne informacje potrzebne do sterowania wiertnicą MeBo 200 i innymi urządzeniami pomocniczymi. Ponad nimi dwa kolejne monitory wyświetlają obraz na żywo z ośmiu podwodnych kamer, dzięki czemu operatorzy mogą na bieżąco śledzić proces wiercenia, w dużej mierze sterowany ręcznie.

Wszystkie dane są gromadzone w systemie sterowania procesem B&R APROL, który działa na dwóch redundantnych jednostkach Automation PC 910. Trzy kolejne komputery przemysłowe z serii Automation PC 3100 są wykorzystywane jako zdalne serwery HMI.

„Od 2005 roku używamy APROL jako wydajnego rozwiązania w zakresie interfejsu HMI, akwizycji danych i zarządzania danymi na naszych platformach wiertniczych do głębokich odwiertów ropy naftowej i gazu" – wyjaśnia Schirmel. „Kluczowe elementy to oferowane przez APROL wysokiej klasy funkcje przechowywania danych i długoterminowej archiwizacji. To także przeglądarka trendów (Trend Viewer), która umożliwia wizualizację zarejestrowanych danych i analizę przyczyn błędów." 

Ogrom mocy obliczeniowej: pięć komputerów przemysłowych firmy B&R gwarantuje niezawodność obsługi HMI i przechowywania danych.
Ogrom mocy obliczeniowej: pięć komputerów przemysłowych firmy B&R gwarantuje niezawodność obsługi HMI i przechowywania danych.

Stopniowe przekazywanie do eksploatacji

Funkcja sterowania firmy Bauer działa w oparciu o sterownik PLC z systemu X20 B&R. Dzięki oddzieleniu sterowania i interfejsu HMI, wiertnicę i urządzenia pomocnicze można uruchamiać, testować lub obsługiwać stopniowo, nawet bez serwera APROL.

Bauer wykorzystuje również system X20 do integracji różnych urządzeń pomocniczych. Należą do nich: agregat hydrauliczny, pilot radiowy do obsługi MeBo 200 z pokładu oraz centrum energetyczne z transformatorami do zasilania wiertnicy wysokim napięciem.

Proste podłączenie komponentów innych firm

„Część urządzeń pomocniczych to elementy dokupione" – mówi Schirmel. „W ich przypadku nie mamy wpływu na to, jaka sieć przemysłowa jest używana. Dlatego bardzo cenimy sobie fakt, że B&R oferuje interfejsy i biblioteki dla wszystkich popularnych magistrali." Dzięki temu Schirmel i jego zespół mogli łatwo podłączyć odbiornik zdalnego sterowania, joysticki i odpowiedni panel sterowania poprzez sieć CAN, a wciągarkę do wiertnicy poprzez sieć Profinet.

Jednostka hydrauliczna skonstruowana przez firmę Bauer jest wyposażona w kolejny system sterowania X90, który jest połączony z APROL poprzez POWERLINK. Równolegle, APROL odczytuje informacje z centrum zasilania, takie jak stan monitorowania izolacji, bezpośrednio poprzez Modbus TCP.

„Elastyczność i spójność, jakimi cechują się rozwiązania B&R pozwalają nam bezproblemowo rejestrować wszystkie niezbędne dane i przesyłać je do interfejsów HMI i systemów zarządzania danymi bez konieczności samodzielnego definiowania lub wdrażania poszczególnych interfejsów" – nie skąpi pochwał Schirmel. „Ten fakt, a także otwartość i bogactwo oferty produktów – wszystko to skłoniło nas do wyboru B&R jako partnera w dziedzinie automatyki, zwłaszcza w przypadku szczególnie dużych lub unikalnych projektów automatyzacji, takich jak nasze nowe urządzenia do eksploatacji w strefach przybrzeżnych."

Autor: Franz Rossmann, dziennikarz technologiczny, Monachium

Autor:
B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o.
Źródło:
www.br-automation.com
Dodał:
B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o.

Czytaj także