CN201241686Y - 一体化钻机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油钻采装备，具体说是一体化钻机控制系统。目前国内外的钻机电控产品主要以电控系统和仪表系统的独立式系统构成方案，电控系统和仪表系统分别由不同的厂家生产，有些共有的参数如：游车高度、悬重等，每个厂家都需要采集，这样不可避免地造成传感器的重复采购，给用户造成浪费；同时，不同系统计算上的差异，又给用户造成参数上的混淆。本实用新型控制系统由CPU、司钻控制柜、综合柜PLC、钻台传感器、罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频柜、仪表触摸屏、泥浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频柜、VFD监视工控机构成，将电控系统和仪表系统集成。因而实现了数据共享、统一管理和分配的有机整体，使控制更可靠、数据更专业。

Description

一体化钻机控制系统

技术领域

本实用新型涉及石油钻采装备，具体说是一体化钻机控制系统。

背景技术

随着当今世界石油经济的迅猛发展，石油钻采装备也得到了空前的发展和提高，与之对应的从业厂家也如雨后春笋般地产生，各电控厂家、钻井仪表、电视监控和机械化工具厂家仅国内就有数十家之多，生产的产品更是各自独立，没有统一的信号采集和处理、不便于操控集中管理，给用户带来诸多不便。

目前国内外的钻机电控产品主要以电控系统和仪表系统的独立式系统构成方案，电控系统和仪表系统分别由不同的厂家生产，有些共有的参数如：游车高度、悬重等，每个厂家都需要采集，这样不可避免地造成传感器的重复采购，给用户造成浪费；同时，不同系统计算上的差异，又给用户造成参数上的混淆；第三，原有系统的控制屏和仪表屏相互独立，不具备互换性；第四，原系统的仪表系统，多由有资质的国外厂家生产，不具备中英文切换功能。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种一体化钻机控制系统，该系统能将电控系统和仪表系统集成，实现了数据共享、统一管理和分配的有机整体，使控制更可靠、数据更专业。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一体化钻机控制系统，其特征在于：控制系统由CPU、司钻控制柜、综合柜PLC、钻台传感器、罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频柜、仪表触摸屏、泥浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频柜和VFD监视工控机构成，钻台传感器与司钻控制柜、罐区传感器和综合柜PLC之间的4～20mA信号通过屏蔽电缆连接；仪表触摸屏和控制触摸屏为Profibus+网线连接，实现仪表触摸屏和控制触摸屏的相互转换功能；司钻控制柜、综合柜PLC、滚筒传感器、转盘变频柜、泥浆泵变频柜、绞车变频柜和VFD监视工控机通过Profibus总线连接，完成CPU到各设备的实时数据传输。

PLC采集的所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享存储器，为仪表和PLC控制提供数据。

本实用新型相对于现有技术，其优点如下：

1、一体化钻机控制系统的电控系统和仪表系统由同一厂家集成，避免了传感器的重复采购；

2、电控系统和仪表系统分别由专业厂家生产，电控厂家集成，形成数据共享、统一管理和分配的有机整体，使控制更可靠、数据更专业、准确；

3、一体化钻机控制系统是在现有技术基础上的创新和集成，因此，现有操作人员不需要太多的学习便可学会使用；

4、控制触摸屏和仪表显示屏可实现互换使用，形成硬件上的冗余系统，使控制性能更有保障；

5、界面可实现中英文转换，数据具有国际认证。

附图说明

图1为一体化钻机控制系统总线示意图。

具体实施例

参见图1、细虚线连接的钻台传感器和罐区传感器为4～20mA信号通过屏蔽电缆连接；

粗虚线连接的仪表触摸屏和控制触摸屏为Profibus+网线连接，实现仪表触摸屏和控制触摸屏的相互转换功能。

实线连接的其他设备通过Profibus总线连接，完成CPU到各设备的实时数据传输，PLC采集的所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享存储器，为仪表和PLC控制提供数据。

实线连接的其他设备通过Profibus总线连接，完成CPU对各传动装置的控制，如绞车的控制绞车的启停，绞车速度控制、泥浆泵的启停、泵冲控制、转盘旋转控制、转盘扭矩控制、游车高度控制等都是通过Profibus现场总线完成的；CPU除了完成对各传动装置的控制功能外，同时还实时采集各传动单元的参数，如绞车转速、大钩钩速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲等等，并将采集到的实时数据暂时存储于PLC的存储器中，作为PLC的共享数据存储器，为仪表的显示和PLC的控制提供数据保障。CPU通过Profibus总线将命令下发给各传动装置，同时又将各传动装置的状态参量采集回来提供给仪表显示、存储、打印等。

一体化钻机控制系统的电控部分控制对象包括：

1，)独立电网系统：单/多台发电机组的控制和管理；

2)钻机传动系统：绞车单/多台电动机控制

                单/多台泥浆泵电动机控制

                转盘/顶驱控制

                一个或两个自动送钻辅助电机的控制

系统主PLC使用西门子S7-300/S7-400系列产品，具有“Profibus”总线技术(2套)，网络能力、自诊断功能、光纤通讯能力。操作回路的设计采用冗余控制方案，形成两套完整的PLC控制系统。PLC用于司钻台与电气控制房的通讯以及电气控制逻辑的实现。PLC主站通过PROFIBUS总线网络连接至司钻操作台。采用分布式控制系统，司钻操作台上的PLC从站及控制触摸屏、仪表触摸屏与综合控制柜内的PLC主站直接通过PROFIBUS总线进行数据交换，将控制命令下达到各变频柜及相关电磁阀，完成主控功能；同时，将各变频器的状态参量如：各泵、绞车、转盘电机、风机的启停状态及一体化仪表参数在控制触摸屏上显示出来。

一体化仪表和PLC控制的软件是两个独立的部分，系统在控制触摸屏、仪表触摸屏上分别同时安装该两套软件，系统正常时，只是在控制触摸屏上运行PLC控制软件，在仪表触摸屏上运行仪表软件，他们的数据统一通过PLC的共享数据块提供；当系统故障时，如控制触摸屏故障时，可以将仪表触摸屏的软件运行PLC的软件，从而实现仪表到控制的转换，反之亦然。

1.发电机组的控制

一体化钻机控制系统的发电机控制组件采用综合管理器，结合数字速度调节器、自动电压调节器、多功能电力仪表、自动储能自动合闸线圈的断路器和PLC等，能对柴油发电机组的速度和电压进行精准的控制，能使多台机组间进行均等的负荷分配和自动并车，并能精确的显示机组运行时各项数据。2.绞车的控制

绞车自动化控制系统：采用有速度传感器的控制方案，通过采集主电机的运行参数，PLC的CPU通过程序发出控制信号，使主电机以设定的速度控制滚筒，实现绞车起下钻合理的功率利用及工作时效及绞车多电机的功率均衡分配。

3.泥浆泵的控制

系统的多台泥浆泵分别由交流变频电动机驱动。每台电动机由1台变频器控制，系统通过变频器，控制钻井泵速度及力矩，满足钻井工艺对泥浆流量及压力的要求。

4.转盘的控制

转盘控制系统采用有速度传感器的控制方案，PLC经总线采集到转盘电机的运行参数，PLC通过计算编程可设定转盘转矩，控制电机的运行参数，使转矩动态工作在设定范围。转盘电动机与惯刹采用连锁控制保证电动机的运行与惯刹控制满足钻井工艺过程的要求；当转盘故障及卡钻时，惯刹电磁阀与变频器连锁控制，以保证转盘的安全运行。

5.自动送钻辅助电机的控制

自动送钻系统由控制器、自动送钻变频器、变频电动机、送钻电机轴端安装的进口编码器、传感器等组成，根据钻压和转盘扭矩的反馈信号，控制系统通过变频器对送钻电动机的速度及力矩进行控制，实现送钻电机恒压、恒速自动送钻功能。

6.一体化仪表

通过PLC的共享数据采集单元(现场的传感器、编码器、变送器等)，经过计算、处理，最终将在远程司钻操作触摸屏上显示(IPC也可实时监控、储存、记录、打印)显示主要钻井参数和曲线如：1)、电子指重表；2)、悬重；3)、钻压；4)、钻头深度；5)井深；6)、钻进速度；7)、吨公里；8)、每台泵的泵冲、冲数；总泵冲、总冲数；排量。9)、出口流量百分比及曲线；10)、泥浆罐钻井循环泥浆容量、储备泥浆容量；11)、溢流和漏失的曲线；12)、转盘/顶驱转速、扭矩及其它钻井工程用衍生参数。

其组态画面采用中英俄西多种文字切换，报表系统可达到国际钻井行业的认可。

Claims (2)

1、一体化钻机控制系统，其特征在于：控制系统由CPU、司钻控制柜、综合柜PLC、钻台传感器、罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频柜、仪表触摸屏、泥浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频柜和VFD监视工控机构成，钻台传感器与司钻控制柜、罐区传感器和综合柜PLC之间的4～20mA信号通过屏蔽电缆连接；仪表触摸屏和控制触摸屏为Profibus+网线连接，实现仪表触摸屏和控制触摸屏的相互转换功能；司钻控制柜、综合柜PLC、滚筒传感器、转盘变频柜、泥

泵变频柜、绞车变频柜、VFD监视工控机通过Profibus总线连接，完成CPU到各设备的实时数据传输。

2、根据权利要求1所述的一体化钻机控制系统，其特征在于：PLC采集的所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享存储器，为仪表和PLC控制提供数据。