CN110750046A - 一种司钻房冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种司钻房冗余控制系统，包括冗余控制台、冗余控制器和冗余通讯系统，所述冗余控制台包括主司钻控制台和副司钻控制台，所述冗余控制器包括主控制器和从控制器，所述冗余通讯系统包括Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道，所述主司钻控制台和副司钻控制台均能控制主控制器和从控制器工作，所述主控制器和从控制器通过Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道进行通讯连接，本发明所公开的冗余控制系统可以在出现故障时切换到备用系统，保障设备正常运转，不影响作业进度，具有稳定性好、容错性高，可大大提高系统运行的可靠性等优点。

Description

一种司钻房冗余控制系统

技术领域

本发明涉及石油行业钻修井作业自动化控制技术领域，特别涉及一种司钻房冗余控制系统。

背景技术

石油钻修井作业设备自动化程度越来越高，许多设备综合了机械、电子、自动控制、计算机等许多先进技术，设备中各种元器件相互联系、相互依赖，这就使得控制系统故障率升高，同时当控制系统出现故障时，影响的设备范围也在扩大。但是由于石油作业现场存在着很多不确定性因素，使得在设备的运行过程中，不可避免会出现故障，一旦出现故障，能否及时采取手段恢复作业，对于石油钻修井作业现场来说是非常重要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种司钻房冗余控制系统，以达到可以在出现故障时切换到备用系统，保障设备正常运转，不影响作业进度，可以大大提高系统可靠性的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种司钻房冗余控制系统，包括冗余控制台、冗余控制器和冗余通讯系统，所述冗余控制台包括主司钻控制台和副司钻控制台，所述冗余控制器包括主控制器和从控制器，所述冗余通讯系统包括Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道，所述主司钻控制台和副司钻控制台均能控制主控制器和从控制器工作，所述主控制器和从控制器通过Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道进行通讯连接。

上述方案中，所述PROFIBUS–DP通道上设置DP集线器。

上述方案中，所述Enthernet网络通道上设置工业交换机。

进一步的技术方案中，所述主控制器在正常运行情况下控制司钻房整体功能，监控整个司钻房的运行，并控制动力猫道机、二层台管柱排放系统、铁钻工、接送管机械手、液压吊卡、动力卡瓦的动作。

进一步的技术方案中，所述从控制器在正常运行情况下负责摆管机器人的动作。

通过上述技术方案，本发明提供的司钻房冗余控制系统为石油钻修井作业自动化装置的实时控制中心，所有设备的操作与控制由操作人员利用司钻房冗余控制系统来实现，所有设备的实时状态，后期的信息维护都在司钻房冗余控制系统中进行统一管理。

本系统与传统系统相比，增加了主副司钻作业灵活性，主副司钻可根据实际作业情况对各自操作的设备进行分配，特殊情况也也可由主司钻或副司钻一人操作所有作业设备。同时，由于系统采用了冗余控制器及冗余通讯，使的整个控制系统具有稳定性好、容错性高，可大大提高系统运行的可靠性等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种司钻房冗余控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种司钻房冗余控制系统，如图1所示，该控制系统具有稳定性好、容错性高，可大大提高系统运行的可靠性等优点。

如图1所示的司钻房冗余控制系统，包括冗余控制台、冗余控制器和冗余通讯系统，冗余控制台包括主司钻控制台和副司钻控制台，冗余控制器包括主控制器和从控制器，冗余通讯系统包括Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道，主司钻控制台和副司钻控制台均能控制主控制器和从控制器工作，主控制器和从控制器通过Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道进行通讯连接。

PROFIBUS–DP通道上设置DP集线器(DP HUB)，Enthernet网络通道上设置工业交换机。

主控制器在正常运行情况下控制司钻房整体功能，监控整个司钻房的运行，并控制动力猫道机、二层台管柱排放系统、铁钻工、接送管机械手、液压吊卡、动力卡瓦的动作。从控制器在正常运行情况下负责摆管机器人的动作。当其中一个控制器出现故障时，另一个控制系统接管所有工作。

(1)冗余控制台

在司钻房冗余控制台可以进行本地/遥控切换，本地模式即操作人员利用司钻房控制台的操纵杆及操纵元件进行控制，当切换至遥控模式，场地或钻台面的操作人员进行室外遥控器操作。

在控制台控制各个设备动作时，可以进行分布操作，也可以进行一键操作。

2)冗余控制器

控制器的冗余功能通过两套PLC控制系统来实现，每个控制器都连接一个接口模块，接口模块都连接到总线上，控制器之间会定时发送心跳信号以确保对方是否处于正常工作状态，每个工作周期都会进行数据传输，确保数据传输的正确性与完整性。这样主控制器与从控制器都可以独立进行工作，系统运行时自动判断控制器是否正常运行，若其中一个控制器发生故障，则自动切换到另一个控制器来保证整个司钻操作台的运行。

在正常运行情况下，主控制器控制司钻房整体功能，监控整个司钻房的运行，并控制动力猫道机、二层台管柱排放系统、铁钻工、接送管机械手、液压吊卡、动力卡瓦的动作。从控制器在正常运行情况下负责摆管机器人的动作。当其中一套PLC控制系统被检测到故障，则自动接入另一套控制系统，由一套控制系统独立完成所有的动作，保证司钻房的运行不受干扰，并将出错信息反馈给用户，有利于用户在使用过程中及时发现控制系统的故障情况。当从控制器与主控制器的通讯出现问题时，从控制器将通过与主控制器之间的所有连接进行最终的确认，若所有通讯方式均无效，则可以认定主控制器目前可能掉电，从控制器将报警并将相应的故障指示灯点亮。若通过检测发现接口模块工作正常而控制器工作不正常，则说明可能出现故障。反之，判断从控制器故障原理相同。

3)冗余通讯系统

该控制系统的冗余通讯是通过一路Enthernet网络通道和一路PROFIBUS–DP通道进行实现的。设备正常运行时，主要通过Enthernet网络通道进行通讯，由PROFIBUS–DP通道辅助通讯保证通讯效果。当Enthernet网络通道出现断开时，自动切换为DP通道保障通讯的正常运行。网络通道会向PLC控制系统发送测试帧检测网络。当网络中没有出现故障时，系统会正常从另一个端口接受到此帧，此时判定为连接状态。当系统检测不到此帧时，系统切换为PROFIBUS–DP通讯，来保证设备的正常运行。并向用户发出网络错误信息，提醒用户网络故障情况。

冗余控制系统切换方案如下：

在两套PLC中均编写完整的程序，并编写控制程序可执行脚本，用于控制系统的实时监测。设置备用地址，用于接管控制时连接。两台PLC都正常运行时，PLC只控制当前设备，并对不属于自己的设备进行监控，但不进行控制。当PLC之间通讯监测到错误时，首先监测通讯模块是否正常，两条通讯通道均监测不到信号时，如主控制系统无法监测到摆管机器人动作时，主控制系统切换至备用链接，连接备用地址，从而做到控制整个设备。同理，当主控制系统出现问题时，从控制系统切换到备用链接，控制整个设备。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种司钻房冗余控制系统，其特征在于，包括冗余控制台、冗余控制器和冗余通讯系统，所述冗余控制台包括主司钻控制台和副司钻控制台，所述冗余控制器包括主控制器和从控制器，所述冗余通讯系统包括Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道，所述主司钻控制台和副司钻控制台均能控制主控制器和从控制器工作，所述主控制器和从控制器通过Enthernet网络通道和PROFIBUS–DP通道进行通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种司钻房冗余控制系统，其特征在于，所述PROFIBUS–DP通道上设置DP集线器。

3.根据权利要求1所述的一种司钻房冗余控制系统，其特征在于，所述Enthernet网络通道上设置工业交换机。

4.根据权利要求1所述的一种司钻房冗余控制系统，其特征在于，所述主控制器在正常运行情况下控制司钻房整体功能，监控整个司钻房的运行，并控制动力猫道机、二层台管柱排放系统、铁钻工、接送管机械手、液压吊卡、动力卡瓦的动作。

5.根据权利要求1所述的一种司钻房冗余控制系统，其特征在于，所述从控制器在正常运行情况下负责摆管机器人的动作。

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