CN103034212A - 自升式平台钻井控制与数据采集系统 - Google Patents

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吴景卫
金文华
王艳鹏
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Abstract

本发明是自升式平台钻井控制与数据采集系统。它是以冗余PLC可编程逻辑控制器为基础的控制与数据采集系统，其特征是：主船体设备钻井PLC、泥浆池PLC、泥浆泵操作台PLC、钻井仪表PLC和钻台控制设备PLC分别布置在各自区域内，它们分别与PLC主站的412H处理器导通；铁钻工PLC、顶驱PLC和液压动力单元PLC与412H处理器导通，电机变频控制器通过CU320控制单元与412H处理器导通；412H处理器通过以太网转接光纤连入司钻房交换机，司钻控制工业计算机通过以太网与司钻房交换机导通；发电机控制PLC直接通过以太网与司钻控制工业计算机导通。本发明具有集成度高、可靠性好，可操作性强等优点，同时司钻控制布局合理，同设备集中控制显示，操作便捷。

Description

自升式平台钻井控制与数据采集系统
技术领域
本发明涉及钻井平台控制及采集数据技术领域，是自升式平台钻井控制与数据采集系统。
背景技术
目前市面上常见的司钻房控制与数据采集系统形式多样，集成度各异，模拟与数字控制并存，存在着操作设备繁多，控制器件分立，显示内容不集中等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种自升式平台钻井控制与数据采集系统，具有集成度高、可靠性好、操作性强等优点。
本发明的技术方案是自升式平台钻井控制与数据采集系统，它是以冗余可编程逻辑控制器(PLC)为基础的控制与数据采集系统，其特征是：它包含主船体设备钻井PLC（1）、泥浆池仪表PLC（2）、泥浆泵操作台PLC（3）、钻井仪表PLC（4）、钻台控制设备PLC（5）、铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）、电机变频控制器（8）、液压动力单元PLC（9）和发电机控制PLC（10）；主船体设备钻井PLC（1）、泥浆池PLC（2）、泥浆泵操作台PLC（3）、钻井仪表PLC（4）和钻台控制设备PLC（5）分别布置在各自区域内，它们分别作为I/O远程控制子站；铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）与412H处理器通讯，电机变频控制器（8）通过CU320控制单元与主站CPU通讯；412H处理器通过以太网模块接到PLC（1）中的交换机，然后通过光纤转接连入司钻房交换机（11），司钻控制工业计算机（12）通过以太网与司钻房交换机（11）连接，对主站CPU数据进行读写操作；发电机控制PLC10直接通过以太网模块接到PLC（1）中的交换机，然后通过光纤转接连入司钻房交换机（11），司钻控制工业计算机（12）通过以太网与司钻房交换机（11）连接，对PLC10数据进行读写操作。
所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的主船体设备钻井PLC（1）中设置有交换机，412H处理器与主船体设备子站钻井PLC（1）采用PROFIBUS DP进行通讯；主船体设备钻井PLC（1）控制主船体钻井设备及采集数据。
所述的主船体泥浆池仪表PLC2、泥浆泵操作台PLC3、钻井仪表PLC4和钻台控制设备PLC5，它们将Profibus总线的模拟信号通过OLM光电转换模块转换成光信号，然后通过光纤传送给PLC主站的412H处理器。
所述的泥浆池PLC2通过泥浆池现场的仪表采集钻井泥浆数据。
所述的泥浆泵操作台PLC3可以在本地执行泥浆泵操作，也可以由司钻控制工业计算机12远程执行。
所述的钻井仪表PLC4通过钻井现场的仪表采集钻井过程中的数据。
所述的钻台控制设备PLC5控制钻台钻井设备及采集数据。
所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）通过Y—Link模块将单一站点接入冗余系统远程子站，再由OLM光电转换模块与PLC主站CPU通讯，412H处理器可对铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）进行读写。
所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的电机变频控制器（8）通过CU320控制单元通过Y—Link模块将单一站点接入冗余系统远程子站，与PLC主站CPU通讯,由司钻通过屏幕操作，并能带动钻井设备主电机运转。
所述的司钻控制工业计算机12设置有触摸按钮、带控制按钮的座椅和操作手柄，通过使用触摸按钮和操作手柄对412H处理器进行控制及发布操作指令。
本发明的特点是（1）人机界面和控制系统采用冗余设计，具有集成度高、可靠性好，可操作性强等优点。司钻控制布局合理，同设备集中控制显示，操作便捷。
（2）符合人体工学等方向发展，主要表现在司钻操作监视的分立器件少，操作简捷，工作舒适等方面。
（3）从高度自动化，全面的计算机控制，信息化的管理和司钻工作安全舒适等方面来看，其性能均优于现在市场上的通用机构，具有一定的优势。
附图说明
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是自升式平台钻井控制与数据采集系统的结构示意图。
图中：1、主船体设备钻井PLC；2、泥浆池仪表PLC；3、泥浆泵操作台PLC；4、钻井仪表PLC；5、钻台控制设备PLC；6、铁钻工PLC；7、顶驱PLC；8、电机变频控制器；9、液压动力单元PLC；10、发电机控制PLC；11、司钻房交换机；12、司钻控制工业计算机。
具体实施方式
自升式平台钻井控制与数据采集系统，它是以冗余可编程逻辑控制器（PLC）为基础的控制与数据采集系统，通过使用司钻控制工业计算机12的总体控制，光电转换模块的数据转换以及网络交换机的信息传递来实现的控制与数据采集系统。
如图1所示， 412H处理器与主船体设备子站钻井PLC（1）采用PROFIBUS DP进行通讯；主船体设备钻井PLC（1）控制主船体钻井设备及采集数据;泥浆池PLC2、泥浆泵操作台PLC3、钻井仪表PLC4和钻台控制设备PLC5分别布置在各自区域内，它们对各自区域内的现场设备进行数据采集，经过光电转换模块与PLC主站中的CPU理器通讯。
钻井PLC1控制主船体钻井设备及采集数据:主要包括泥浆泵辅助设备启动、停止和信号反馈监控；VFD 电阻箱风机的启动、停止和风压信号检测；600V/480V 2000KVA和600V/600V 3000KVA变压器热过载检测；220V开关柜和480V开关柜的接地报警检测等信号。
泥浆池仪表PLC2通过泥浆池现场的仪表采集钻井泥浆数据：主要包括泥浆泵泵冲计数、泥浆出口温度、泥浆罐液位等。
泥浆泵操作台PLC3可以在本地执行泥浆泵操作，将泥浆泵的控制方式选为本地控制，将需要启动的泥浆本的开关打到ON位置，然后通过首轮给定泥浆泵的速度等。
钻井仪表PLC4通过钻井现场的仪表采集钻井过程中的数据，主要包括计量罐的液位，立管压力、钻井深度、顶驱扭矩、顶驱速度等数据监控。
钻台控制设备PLC5控制钻台钻井设备及采集数据，主要包括绞车辅助电机的启动、停止和反馈信号的监控；转盘辅助电机启动、停止及反馈信号监控；液压矛头的启、停控制；计量泵的启动、停止和反馈信号监控等。
铁钻工PLC6的设备控制及监控：主要控制铁钻工本体设备的电磁阀、泄压阀和夹紧力、扭矩值的显示和设定等。
顶驱PLC7的设备控制及监控：主要包含顶驱的速度、扭矩及与绞车、泥浆泵的连锁控制。
液压动力单元PLC9的设备控制及监控：主要包含四台主泵和一台离线泵的启停控制，反馈监控，泵站压力、温度、滤器的堵塞状态和报警等信息。
412H处理器通过以太网接到主船体设备钻井PLC1中的交换机，再通过转接光纤，接入司钻房交换机11，司钻控制工业计算机12通过以太网与司钻房交换机11通讯，完成数据控制和监控。
电机变频控制器8通过CU320控制单元通过Profibus DP电缆经过Y—Link模块将单一站点接入冗余系统，与PLC CPU处理器通讯，其启停控制由司钻通过工业计算机12上的WICC屏幕操作启停钻井设备主电机运转，如绞车、泥浆泵、顶驱和转盘等。
发电机控制PLC10直接接入主船体设备钻井PLC1中的交换机，转接光纤，连入司钻房交换机11，司钻控制工业计算机12通过以太网与司钻房交换机11通讯，将发电机控制PLC10的发电机的运行状态、数据送给司钻控制工业计算机12，司钻可根据工业计算机12 WICC画面实时显示整船动力状况，必要时可以网络启动或停止某些设备。
司钻控制工业计算机12  WICC人机交互界面设置有触摸按钮、现场设备状态监控、发电机的电压、功率、通讯诊断界面等，司钻椅左右带控制按钮和操作手柄，通过使用触摸按钮和操作手柄将操作信号通过以太网、光纤送入PLC主站CPU 处理器中进行处理，然后传送至各PLC执行，从而控制现场设备正常运行。
同时，整个钻井控制过程及数据采集过程传送至监控中心（队长办公室），并由计算机屏幕显示，方便监控以及后续对数据的浏览、打印等。

Claims (10)

1.自升式平台钻井控制与数据采集系统，它是以冗余可编程逻辑控制器（PLC）为基础的控制与数据采集系统，其特征是：它包含主船体设备钻井PLC（1）、泥浆池仪表PLC（2）、泥浆泵操作台PLC（3）、钻井仪表PLC（4）、钻台控制设备PLC（5）、铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）、电机变频控制器（8）、液压动力单元PLC（9）和发电机控制PLC（10）；主船体设备钻井PLC（1）、泥浆池PLC（2）、泥浆泵操作台PLC（3）、钻井仪表PLC（4）和钻台控制设备PLC（5）分别布置在各自区域内，它们分别作为I/O远程控制子站；铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）与412H处理器通讯，电机变频控制器（8）通过CU320控制单元与主站CPU通讯；412H处理器通过以太网模块接到PLC（1）中的交换机，然后通过光纤转接连入司钻房交换机（11），司钻控制工业计算机（12）通过以太网与司钻房交换机（11）连接，对主站CPU数据进行读写操作；发电机控制PLC10直接通过以太网模块接到PLC（1）中的交换机，然后通过光纤转接连入司钻房交换机（11），司钻控制工业计算机（12）通过以太网与司钻房交换机（11）连接，对PLC10数据进行读写操作。
2.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的主船体设备钻井PLC（1）中设置有交换机，412H处理器与主船体设备子站钻井PLC（1）采用PROFIBUS DP进行通讯；主船体设备钻井PLC（1）控制主船体钻井设备及采集数据。
3.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的主船体设备泥浆池仪表PLC（2）、泥浆泵操作台PLC（3）、钻井仪表PLC（4）和钻台控制设备PLC（5），它们将Profibus总线的模拟信号通过OLM光电转换模块转换成光信号，然后通过光纤传送给PLC主站的CPU。
4.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的泥浆池仪表PLC（2）通过泥浆池现场的仪表采集钻井泥浆数据。
5.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的泥浆泵操作台PLC（3）可以在本地执行泥浆泵操作，也可以由司钻控制工业计算机（12）远程执行。
6.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的钻井仪表PLC（4）通过钻井现场的仪表采集钻井过程中的数据。
7.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的钻台控制设备PLC（5）控制钻台钻井设备及采集数据。
8.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）通过Y—Link模块将单一站点接入冗余系统远程子站，再由OLM光电转换模块与PLC主站CPU通讯，412H处理器可对铁钻工PLC（6）、顶驱PLC（7）和液压动力单元PLC（9）进行读写。
9.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的电机变频控制器（8）通过CU320控制单元通过Y—Link模块将单一站点接入冗余系统远程子站，与PLC主站CPU通讯,由司钻通过屏幕操作，并能带动钻井设备主电机运转。
10.根据权利要求1中所述的自升式平台钻井控制与数据采集系统，其特征是：所述的司钻控制工业计算机（12）设置有触摸按钮、带控制按钮的座椅和操作手柄，通过使用触摸按钮和操作手柄对PLCZ主站CPU进行控制及发布操作指令。
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