与其他产业一样,油气开发也有赖于物联网(IoT)来提高其搜集与利用数据的能力,然而相似处也仅此而已。在物联网数据搜集与管理系统上,近海钻井平台面临着一些棘手的难题。这些平台常年遭受严峻的海洋气候和环境。物联网的各组件必须耐冲击、防震、防腐、能承受电压不稳,同时还要有抵抗灰尘、水等大气污染物的能力。

最近一家钻井设备制造商开始与英特尔物联网解决方案联盟

Affiliate成员MEN Mikro Elektronik

,合作研发耐用的物联网解决方案。 MEN是生产适用于极端行业、移动环境且对安全系数要求高的计算机主板和系统的专业公司。 制造商想为钻井工地配备物联网服务平台,通过GSM(全球移动通信系统,基于TDMA的无线网络科技,很多国家都在使用)与操作员的数据处理中心取得即时联系。 服务器能够转发关于钻头位置、对钻井泥浆的耐受力、通用功能以及错误分析的全部数据。 解决方案所需适应的环境同实际应用一样极端。 MEN的解决方案基于其加固型3U紧凑型PCI+IO主板系列。 这一系列产品中做得好的当属MEN F23P

图1

)。多功能3U单板计算机(SBC)配有4代Intel® Core™ i7、i5和i3处理器,其中功能最强大的Intel® Core™ i7处理器

包括:

  • 四核及Intel® Hyper-Threading超线程技术,使其能够同时多线程应用。
  • Intel®高级矢量拓展(Intel® AVX)2.0,提升基于整数/矩阵式计算能力
  • Intel® Turbo Boost技术2.0,当热余量足够时,加快频率和运行速度
  • Intel® vPro技术,即使系统断电、操作系统不响应或软件代理被禁用,也能保障信息安全、无操作系统管理和线下安全。

图1.MEN F23P 3U紧凑型PCI+IO板

 

稳健的设计使MEN 3U紧凑型PCI+IO主板系列产品能够很好地适应恶劣的环境。这类主板在抗冲击和防震上,达到德国、欧洲和国际电工委员会使用标准,其主要特色就是个性化非能动散热系统和焊接组件——包括DDR3 DRAM。经过表面涂层,可用于诸如近海平台作业这样潮湿、粉尘多的环境。

在防溅保护上,MEN提供传导式散热铝制框架(图2

 

 

图2.在热控方面,MEN 3U紧凑型PCI+IO主板可安装在散热机箱中。

 

为排掉200W功耗散发的热量,MEN会在IP64防溅箱和最外层的机架箱之间另外安装高性能IP52额定率风扇。

图3为类似的机架箱样本。这些风扇能够保持空气流通,把热量排出箱外。

 

 

图3. MEN散热机架箱系列产品中的一款样品。

 

尽管风扇的使用看起来似乎与免维修系统的理念相违背,但这样做的风险远比维持紧凑型结构且无需削弱产品处理能力所带来的好处要小。而且,这些电子产品都是在IP64保护箱中,不易被接触,因此对其进行维修的可能性也降到了最低。关键的部件直接与主板框架耦合,保证散热系统把余热排出箱外。

 

 

上图中的MEN CPCI机架箱

 

是很坚固的齿条壳体,通过密封与外界隔绝。 楔形锁块和MIL-C-38999连线使其增强了抗冲击和防震的能力。 这种外壳为一个CPU主板(带一个边卡和一个输入/输出主板)配置三个紧凑型PCI插槽、一个电源供应器(PSU)和一个H15连接器。 背板上各插槽之间的距离比标准背板上的要大一些。 外壳的耐热性为0.4开尔文/W,耐热等级最大为40W,主板的使用温度介于-40°C至+85°C。 电力管理

 

 

电压不稳是钻井平台计算机解决方案中面临的又一大难题。 大功率变频驱动器(VFDs)把大量的电流和高电压谐波反射回平台的电力网上, 这种现象经常发生在断电的情况下。 有时谐波和/或机器开始启动时所需的高电流量可产生高压瞬态,导致电源供应器无法工作。 为防止代价高昂的断电现象,MEN配置了备用的电源供应器。在日常生产中,通过使用不同的电源供应器来满足供电需求,这样可以延长其使用寿命。即使有一个不能正常工作,另外一个也能提供平常由坏掉或者出现故障的那个电源供应器所提供的电量。 考虑到钻井工地上的发电机电压严重不稳,需要利用高速D/A转换器监测电压输入,保障电压质量。 这一信息可通过远程诊断(利用英特尔博锐技术)来传输,使控制中心关掉带有损害性电压的发电机。 即使有这些措施还是发生了断电现象,备用电池还可以维持系统继续运转长达20分钟——这么长时间足以起动并发送相应的错误信息,及时正确地关掉系统。 操作与通信保障

 

 

三个紧凑型PCI+IO CPU部件由系统控制器监测,这一控制器一经启动便可用来解读并分析BIOS中的故障信息。 一旦发现三个CPU部件中任何一个存在缺陷,该信息就会在启动之际传输至数据处理中心。 把数据按照安全协议经过加密后从服务平台传到钻井工地、再到数据处理中心以保障全程安全。 信息只有从数据处理中心获取相应的接收密钥后才能阅读。 MEN的3U紧凑型PCI+IO主板支持英特尔进阶加密标准新指令,从而达到密码函数硬件加速,减轻处理器的工作量。 针对加固型应用的加固型解决方案

近海钻井平台仅仅是诸多恶劣环境中的一个例证,如今很多企业都在为如何适应恶劣工作环境寻找物联网解决方案。 有关工业自动化和能源应用中基于英特尔酷睿处理器的加固型解决方案的更多信息,请参见解决方案目录

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