CN204536872U - 一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统，包括IBBC集成控制柜，IBBC集成控制柜分别与HMI、控制面板、IBBC配电柜、三个IBBC控制柜同时信号连接；1#IBBC控制柜再分别与两个JBBC接线箱、OPBC接线箱、MRU接线箱同时信号连接；2#IBBC控制柜和3#IBBC控制柜再分别与多个JBBC接线箱同时信号连接；OPBC接线箱与各个开关、按钮和指示灯信号连接，MRU接线箱以及所有JBBC接线箱均与现场的I/O设备对应信号连接。本实用新型的系统，电缆规格少，电缆用量也少，布线方便，而且总线通讯干扰少，故障检测维护方便，功能扩展容易实现。

Description

一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统

技术领域

本实用新型属于海洋石油控制技术领域，涉及一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统。

背景技术

浮式钻井平台在波浪作用下，除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动。浮式钻井平台随波浪周期性的上下升沉运动将引起井架及大钩上悬吊的整个钻具(钻杆、钻头等)周期性上下运动。钻具上下运动将导致钻头在井底无法正常钻井。为了保证钻具能够在浮式钻井平台上的正常钻进，提高钻井生产率，就必须克服平台升沉带来的问题，以保证钻具能够在比较恒定的钻压下实施正常钻井作业。

目前，钻井平台的升沉补偿技术在国内还处于空白，该系统均由国外提供，通常采用液压驱动方式，主要有被动式、主动式、半主动式(即被动+主动)3种补偿形式。控制系统在不同的补偿形式下功能侧重不同，在被动补偿系统中，电控系统主要负责整个系统的监视，为操作者提供操作的依据；而含有主动补偿的补偿系统中，电控系统除了完成整个系统的监视外，还要根据船体的升沉情况实时控制补偿器运动，达到主动补偿的目的。

国外NOV公司的被动补偿系统和MH公司的主被动结合的补偿系统的电控系统均采用的是集中控制的方式，所有的信号直接进入控制柜，使得整个系统的维护不方便，风险集中，降低了整个系统的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统，解决了现有技术中采用集中控制的方式，所有的信号直接进入控制柜，使得整个系统的维护不方便，风险集中，降低了整个系统可靠性的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统，包括IBBC集成控制柜，IBBC集成控制柜分别与HMI、控制面板、IBBC配电柜、1#IBBC控制柜、2#IBBC控制柜、3#IBBC控制柜同时信号连接；1#IBBC控制柜再分别与1#JBBC接线箱、2#JBBC接线箱、OPBC接线箱、MRU接线箱同时信号连接；2#IBBC控制柜和3#IBBC控制柜再分别与多个JBBC接线箱同时信号连接；OPBC接线箱与各个开关、按钮和指示灯信号连接，MRU接线箱以及所有JBBC接线箱均与现场的I/O设备对应信号连接。

本实用新型的热冗余模式的游车补偿装置电控系统，其特征还在于：

IBBC配电柜和IBBC集成控制柜布置在甲板仪表房内，1#IBBC控制柜布置在甲板上；2#IBBC控制柜布置在船舱内；3#IBBC控制柜布置在低位船舱内；HMI和控制面板布置在甲板司钻房的操作台上，分别通过工业以太网和多芯电缆接到IBBC集成控制柜内的控制器上。

IBBC集成控制柜内设置有可编程控制器PLC，在1#IBBC控制柜、2#IBBC控制柜、3#IBBC控制柜内分别设置有一个ET200M从站，主站和从站之间通过PROFIBUS-DP通讯。

本实用新型的有益效果是，整个系统电缆规格少，电缆用量也少，布线方便，而且总线通讯干扰少，故障检测维护方便，功能扩展容易实现。另外其重要器件是双重的，之间通过光纤连接通讯，响应速度快，稳定性和可靠性更高。

为了满足游车补偿装置工作的工艺要求，减少钻柱与海底的相对运动，充分考虑平台应用工况，对游车补偿装置采用电液复合的控制系统，所涉及的电控系统采用热冗余分散控制方式，以PLC主控单元为核心，配合使用各种功能模块、传感器和执行元件，完成对补偿系统的检测、控制和程序运行。同时配套人机对话界面触摸屏，通过触摸屏把工作指令和工作参数送入主控单元，并及时输出、显示系统工作状态和实时数据。这种方案配置的主要器件是双重的，之间通过光纤连接通讯，响应速度快，能做到无扰动切换，不丢失信息，整个系统稳定可靠。同时闭环控制系统能够做到实时反馈，更贴近现场状况，控制速度快，从而起到很好的补偿平台运动的目的。

主被动结合的液压式游车补偿装置的电液复合控制系统，其主动补偿要求控制器根据采集的船体升沉状态信号自动控制升沉补偿系统工作，尽量减少钻柱与海底的相对运动，同时系统要求具有良好的人机交互性和安全可靠性，满足游车补偿装置工作的工艺要求。

附图说明

图1是本实用新型电控系统的结构框图；

图2是本实用新型电控系统的局部网络结构框图；

图3是本实用新型电控系统操作面板的实施例布局示意图。

图中，1.IBBC集成控制柜，2.HMI，3.控制面板，4.IBBC配电柜，5.1#IBBC控制柜，6.2#IBBC控制柜，7.3#IBBC控制柜，8.1#JBBC接线箱，9.2#JBBC接线箱，10.OPBC接线箱，11.MRU接线箱，12.3#JBBC接线箱，13.4#JBBC接线箱，14.5#JBBC接线箱，15.6#JBBC接线箱，16.7#JBBC接线箱，17.8#JBBC接线箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参见图1，本实用新型的游车补偿装置电气控制系统结构是，

包括IBBC集成控制柜1，IBBC集成控制柜1分别与HMI2(触摸屏)、控制面板3、IBBC配电柜4、1#IBBC控制柜5、2#IBBC控制柜6、3#IBBC控制柜7同时信号连接；1#IBBC控制柜5再分别与1#JBBC接线箱8、2#JBBC接线箱9、OPBC接线箱10、MRU接线箱11同时信号连接；2#IBBC控制柜6再分别与3#JBBC接线箱12、4#JBBC接线箱13同时信号连接；3#IBBC控制柜7再分别与5#JBBC接线箱14、6#JBBC接线箱15、7#JBBC接线箱16、8#JBBC接线箱17同时信号连接；OPBC接线箱10与各个开关、按钮和指示灯信号连接，MRU接线箱11以及所有JBBC接线箱均与现场的I/O设备对应信号连接。

上述的实施例总共设置有三个IBBC控制柜及八个JBBC接线箱，实际应用时，也可以根据需要增减数量。

上述的各个控制设备分别布局在甲板、船舱、低位船舱，如IBBC配电柜4和IBBC集成控制柜1布置在甲板仪表房内，1#IBBC控制柜5布置在甲板上，从1#JBBC接线箱8、2#JBBC接线箱9、MRU接线箱11引出的多芯电缆和甲板司钻房OPBC接线箱10引出的多芯电缆均接到1#IBBC控制柜5内的I/O模块上；2#IBBC控制柜6布置在船舱内，从3#JBBC接线箱12、4#JBBC接线箱13引出的多芯电缆接到2#IBBC控制柜6内的I/O模块上；3#IBBC控制柜7布置在低位船舱内，从5#JBBC接线箱14、6#JBBC接线箱15、7#JBBC接线箱16、8#JBBC接线箱17引出的多芯电缆接到3#IBBC控制柜7内的I/O模块上；HMI2和控制面板3布置在甲板司钻房的操作台上，分别通过工业以太网和多芯电缆接到IBBC集成控制柜1内的控制器上。

参见图2，游车补偿装置电控系统的网络结构是，在IBBC集成控制柜1内设置有可编程控制器PLC，可编程控制器PLC采用西门子热冗余设备中的S7-400H，在1#IBBC控制柜5、2#IBBC控制柜6、3#IBBC控制柜7内分别设置有一个ET200M从站，主站和从站之间通过PROFIBUS-DP通讯。主控单元根据设定程序，将系统中接近开关和传感器的采集数据通过I/O模块输入PLC控制模块，检测升沉补偿电控系统的各工作状态；根据检测到的系统工作状态和控制指令，输出控制信息，控制执行机构按要求工作，对现场设备进行操作。

另外，在IBBC集成控制柜1内还配套有交换机，连接有触摸屏，交换机采用SCALANCE X-310工业以太网，实现触摸屏与S7-400H之间的通讯；触摸屏(西门子TP1500)安装于司钻操作台，交换机通过Ethernet方式分别与触摸屏和S7-400H进行通讯，其上运行WinCC系统，设置有手动调节、仪表状态、球阀状态三个页面，可随时切换，实现数据的显示、处理、存储。

实施例的三个ET200M从站的结构分别是，第一个ET200M从站分布式I/O连接有补偿装置本体、锁紧机构、低压蓄能器、MRU及控制面板；第二个ET200M从站分布式I/O连接有主液压站、辅助泵站；第三个ET200M从站分布式I/O连接有主气阀组、主气阀控制柜、增减压控制柜、工作气瓶组、备用气罐、压缩机组。

参见图3，操作面板3的布局是，包括三大部分，第一部分是，主动补偿相关的按钮、开关和指示灯，主要包括解锁及锁紧指示灯、主泵站启动及停止按钮、主动补偿开及关按钮、手动提升补偿按钮、手动下降补偿按钮、补偿自动下放按钮、主动补偿确认按钮以及备用按钮；第二部分是，被动补偿相关的按钮、开关和指示灯，主要包括主气阀开及关按钮、加减气压按钮、被动补偿确认按钮、备用按钮、以及补油及锁紧、所紧及解锁转换开关等；第三部分是，主要包括控制电源开关、电源指示灯、声光报警指示灯、急停按钮等。

上述的按钮、开关和指示灯，通过硬线连接到从站I/O模块、液压站和空压机组等相应的设备上，操作模式分远程和本地两种，

远程操作模式通过HMI2和控制面板3来实现，在操作台控制面板上设置远程/本地切换等重要的开关、按钮和指示灯，每个开关、按钮和指示灯下方显示各自实现的功能。HMI2设置有手动调节、仪表状态、球阀状态三个页面，可随时切换；另外，在操作台控制面板上设置总急停按钮，与现场比例放大板使能端硬线连接，防止PLC出故障时，出现安全隐患；

本地操作模式主要是针对主液压站、辅助泵站两部分，本地控制箱面板上设置远程/本地切换开关及按钮，可在本地控制箱面板上对现场设备进行操作；在主液压站控制箱面板上设置“主液压急停按钮”，与软启主接触器硬线连接，实现主液压站急停操作；在辅助泵站控制箱面板上设置“辅助泵站急停按钮”，与补油泵启动接触器硬线连接，实现辅助泵站急停操作。

本实用新型的工作原理是，

硬件主要由控制柜、接线箱和操作面板组成，其中控制柜主要由主控制器、分布式从站、触摸屏、交换机、若干个I/O模块、闭环控制模块等组成，接线箱主要由接线端子组成，操作面板主要由相应的开关、按钮、指示灯组成；

主控制器与从站之间进行PROFIBUS-DP通讯，触摸屏和主控制器之间通过工业以太网交换机的方式进行通讯，接线箱与控制柜之间通过多芯电缆连接，实现现场数据到CPU的采集传送和PLC控制输出。在触摸屏上运行WinCC系统，实现数据的显示、处理、存储；

采用闭环控制方案，控制系统实时检测平台的升沉、补偿缸活塞的运动位移和驱动缸活塞的运动位移，将其作为反馈信号传输给控制单元，再进行数据处理后向液压泵和控制阀发出控制信号，实时地调整系统的控制状态，提高系统的控制效果；

操作模式分远程和本地两种，远程操作模式通过触摸屏和控制面板来实现，在操作台控制面板上设置远程/本地切换等重要的开关、按钮和指示灯，每个开关、按钮和指示灯下方显示各自实现的功能。本地操作模式主要是针对主液压站、辅助泵站两部分，本地控制箱面板上设置远程/本地切换等开关、按钮和指示灯，可在本地控制箱面板上对现场设备进行操作；

在操作面板上设置总急停按钮，与现场液压阀的比例放大板使能端硬线连接，防止PLC出故障时，出现安全隐患；在主液压站控制箱面板上设置急停按钮，与软启主接触器硬线连接，实现急停操作；在辅助泵站控制箱面板上设置急停按钮，与补油泵启动接触器硬线连接，实现急停操作。

本实用新型涉及主被动结合的液压式游车补偿装置的电控系统，采用热冗余控制方式，系统无扰动切换，不丢失任何信息；采用闭环控制系统方案，实时反馈，更贴近现场状况，控制速度快。

Claims (3)

1.一种热冗余模式的游车补偿装置电控系统，其特征在于：包括IBBC集成控制柜(1)，IBBC集成控制柜(1)分别与HMI(2)、控制面板(3)、IBBC配电柜(4)、1#IBBC控制柜(5)、2#IBBC控制柜(6)、3#IBBC控制柜(7)同时信号连接；1#IBBC控制柜(5)再分别与1#JBBC接线箱(8)、2#JBBC接线箱(9)、OPBC接线箱(10)、MRU接线箱(11)同时信号连接；2#IBBC控制柜(6)和3#IBBC控制柜(7)再分别与多个JBBC接线箱同时信号连接；OPBC接线箱(10)与各个开关、按钮和指示灯信号连接，MRU接线箱(11)以及所有JBBC接线箱均与现场的I/O设备对应信号连接。

2.根据权利要求1所述的热冗余模式的游车补偿装置电控系统，其特征在于：所述的IBBC配电柜(4)和IBBC集成控制柜(1)布置在甲板仪表房内，1#IBBC控制柜(5)布置在甲板上；2#IBBC控制柜(6)布置在船舱内；3#IBBC控制柜(7)布置在低位船舱内；HMI(2)和控制面板(3)布置在甲板司钻房的操作台上，分别通过工业以太网和多芯电缆接到IBBC集成控制柜(1)内的控制器上。

3.根据权利要求1所述的热冗余模式的游车补偿装置电控系统，其特征在于：所述的IBBC集成控制柜(1)内设置有可编程控制器PLC，在1#IBBC控制柜(5)、2#IBBC控制柜(6)、3#IBBC控制柜(7)内分别设置有一个ET200M从站，主站和从站之间通过PROFIBUS-DP通讯。