Automatyzacja systemu sterowania podwodną pompą płuczkową z wykorzystaniem LabVIEW

Wykorzystywana podczas wykonywania odwiertów płuczka jest połączeniem gliny i wody lub oleju. Stosuje się ją m.in. do chłodzenia elementu wiercącego, zapewniania odpowiedniego ciężaru kolumny wiercącej oraz do transportowania skał i innych zwiercin na powierzchnię. Po zakończeniu cyklu mieszanina jest czyszczona z elementów stałych i powraca do systemu.

Aby móc odzyskiwać jej odpowiednią ilość, pompy, składające się z połączych modułów zasysającego i pompującego, opuszczane są ze statku na podłoże morskie, a sama płuczka transportowana jest elastycznym połączeniem. Automatyczny system sterowania pracą pompy zastępuje kontrolę manualną i pozwala na sterowanie pracą urządzenia tak, aby pompowana była w jak największym stopniu płuczka, a nie woda morska.

Aby to osiągnąć konieczne jest wykorzystanie serii czujników oraz kamer w przewodzie transportującym płuczkę. Służą one do określania jej poziomu oraz kontroli przepływu w przypadku różnego ciśnienia zasysania. Niezbędne jest również wykorzystanie innych podzespołów przemysłowych oraz systemu nadzoru, który łączy wymienione komponenty w jeden, zintegrowany układ.

UNIWERSALNOŚĆ I ELASTYCZNOŚĆ

Po analizie i ocenie możliwości oferowanych przez różnego rodzaju oprogramowania, firma Kystdesign zdecydował się wybrać LabVIEW wraz z modułem LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC). Uniwersalność i elastyczność środowiska porogramistycznego pozwoliła zintegrować różne urządzenia, komunikujące się za pomocą odmiennych standardów i protokołów - m.in. OPC, Modbus oraz TCP/IP.

Pozwoliło to stworzyć interfejs użytkownika i system kontroli stosując jedno, spójne narzędzie programistyczne. Zautomatyzowany układ sterowania pompą wykorzystuje wykonany w LabVIEW algorytm PID, którego zadaniem jest utrzymywanie zadanego poziomu płuczki poprzez kontrolę pracy pomp. LabVIEW komunikuje się przez sieć Ethernet z interfejsami urządzeń pomiarowych i kamerami, które podłączone są do światłowodowego przełącznika sieciowego.

Wymiana danych następuje głównie z układami elektronicznymi opracowanymi przez Kystdesign, które pozwalają na odczyt danych z czujników oraz sterowanie pracą elementów wykonawczych. Oprogramowanie komunikuje się również ze sterownikiem Simatic S7 firmy Siemens, wykorzystując funkcjonalność klienta OPC zawartą w module LabVIEW DSC. PLC steruje pracą wysokonapięciowego układu zasilającego pompy oraz systemu chłodzenia falowników.

Wykorzystując LabVIEW opracowano dodatkowo kompletną aplikację HMI. Interfejs użytkownika pozwala operatorowi na jednoczesny podgląd w czasie rzeczywistym obrazu wideo z różnych kamer oraz obserwację wskaźników informujących o stanie pracy różnych elementów pompy.

Te ostatnie obejmują m.in. status komunikacji z urządzeniami, informacje o alarmach i wydarzeniach oraz wartości bieżące i historyczne poziomu płuczki, prędkości pompowania i nastaw. Interfejs umożliwia również kontrolowanie wszystkich funkcji kamer.

SPROSTANIE OCZEKIWANIOM KLIENTÓW DZIĘKI LABVIEW

Łatwość wykorzystania graficznego środowiska programowania, jaką oferuje LabVIEW, pozwoliła szybko opracować system zgodny ze zdefiniowanymi założeniami projektowymi. Nawet po całkowitym wdrożeniu rozwiązania, wprowadzenie dodatkowych poprawek w odpowiedzi na zmienne wymagania klienta okazało się możliwe.

Operacja ta wymagała jedynie przesłania odpowiednio zmodyfikowanych plików wykonywalnych LabVIEW do klienta, co zlikwidowało konieczność obecności pracowników na obiekcie oraz znacząco zmniejszyło koszty ponoszone przez obie strony. Otwartość i możliwości komunikacyjne LabVIEW pozwoliły z kolei efektywnie zintegrować z systemem różnorodne urządzenia przemysłowe oraz czujniki.

Jedną z głównych zalet wykorzystania oprogramowania National Instruments, była możliwość użycia jednego środowiska projektowego do stworzenia aplikacji kontroli oraz interfejsu HMI, co pozwoliło na wielokrotne wykorzystanie pewnych części projektu podczas tworzenia systemu.

Torbjørn Hansen
National Instruments Poland
poland.ni.com