CN219974479U - 一种石油钻机单伺钻集成控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石油钻机单伺钻集成控制系统，包括将钻机设备以及辅助设备的控制集成统一管理，由单个司钻即可完成全部设备的监控操作。针对不同井队配套自动化设备的不同，本系统能提供开放式交互接口，可对不同设备在不同流程中运行的优先级和设备需要的同步状态进行设置，使不同设备之间流畅配合。本实用新型开放式交互单司钻集成控制系统提升了钻井作业效率和保证了作业人员的安全，将司钻员由操作者角色转变为监控者，降低了现场配合石油工人的劳动强度，减少了司钻员的频繁操作，杜绝了人为误操的安全隐患。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油、天然气钻采技术领域，具体为一种石油钻机单伺钻集成控制系统。
背景技术
钻机是石油勘探、开采作业最重要的部件之一，近年来，随着工业机器人和自动化产业发展，石油钻采领域也出现了一大批各式各样自动化设备，并且迅速发展迭代升级，目前很多自动化设备已经成为石油钻机标配产品，这些设备能大幅减少人工体力劳动作业，提升石油打井效率和安全性。
在钻机作业过程中，需要钻机上多种设备同时相互配合作业，一名司钻已经无法完成众多设备的操作控制，因此现在需要两名司钻操作，还需指挥人员进行协调配合，由于多人配合加上熟练度不佳，钻井综合作业效率比较低，设备交叉作业安全风险较高。
针对由于操作人员熟练度和协同操作较差导致钻井作业综合效率不高，未能充分发挥这些自动化设备的能力，本实用新型单司钻集成控制系统，能将钻机设备和自动化管柱处理设备控制的统一管理，根据各钻井工况需求和工艺流程，智能对各设备进行调度协作，使各设备尽可能并行同时协同作业，大幅提升钻井作业效率，避免人为操作失误提升钻井作业安全性。将司钻由操作者角色转变为监控者，解放司钻双手减少人力劳动，杜绝人为误操作等安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种石油钻机单伺钻集成控制系统，用于石油钻机和自动化管柱处理设备的统一控制管理，工艺流程自动化控制，提升自动化机具设备综合效率及安全性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：
一种石油钻机单伺钻集成控制系统，包括司钻房，所述司钻房内设有司钻控制台，所述司钻控制台包括控制单元和监控单元，所述控制单元包括同时连接在上位机控制系统的第一主控制器和第二主控制器，所述第一主控制器与第一中间交换机相连接，第一中间交换机通过控制电缆分别与数个钻机设备交换机相连接，钻机设备交换机同时分别与数个钻机设备控制器相连接，每组钻机设备控制器分别与钻机设备动力源和钻机设备连接，所述钻机设备包括绞车、钻紧泵、转盘、顶驱；所述第二主控制器与第二中间交换机相连接，第二中间交换机通过控制电缆分别与数个辅助设备交换机相连接，辅助设备交换机分别与辅助设备控制器相连接，每组辅助设备控制器分别与辅助设备动力源与辅助设备相连接，所述辅助设备包括动力猫道、钻台面机械手、铁钻工、二层台排管机、丝扣油涂抹装置、泥浆防溅盒、卡瓦及动力鼠洞；所述钻机设备动力源和辅助设备动力源包括独立液压站；
所述司钻控制台的监控单元包括相互连接的第一监控设备交换机和第一人机交互界面、第二监控设备交换机和第二人机交互界面，第一监控设备交换机与第一中间交换机相连接，第二监控设备交换机与第二中间交换机相连接。
优选的，所述钻机设备交换机与钻机设备监控设备相连接。
优选的，所述辅助设备交换机与辅助设备监控设备相连接。
优选的，所述第一主控制器还连接有第一控制输入，第二主控制器还连接有第二控制输入。
优选的，所述钻机设备控制器与无线控制器相连接，辅助设备控制器与无线控制器相连接。
优选的，所述第一主控制器和第二主控制器同时与台面仪表相连接，所述台面仪表包括报警蜂鸣器、设备运行状态灯和动力设备状态灯。
优选的，所述第一控制输入和第二控制输入包括急停按钮、设备复位按钮、确认按钮、模拟量输入手柄。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的石油钻机单伺钻集成控制系统，运行于PLC控制器上，监控系统运行于工控机上，均采用双冗余式设计，系统稳定可靠。将钻机设备和管柱自动化处理设备统一集中控制，优化各设备动作时序和动作终了位置，规避各设备调整配合操作，将单体设备的串行作业更改为最大化的并行作业，不仅能解放人工体力劳动，有效避免人工误操作导致的安全事故隐患，同时能大幅提升综合作业效率、优化动力配置，减少能源消耗，达到节能减排的目的。
附图说明
图1为本实用新型整体连接结构示意图；
图2为本实用新型集成控制系统流程图；
图3为控制状态机图；
图4为本实用新型中具体设备控制关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，以钻机设备和辅助设备作为说明，钻机设备控制器与钻机设备监控设备通过网线连接到钻机设备交换机，辅助设备控制器与辅助设备监控设备通过网线连接到辅助设备交换机，钻机设备交换机连接到第一中间交换机，第一中间交换机连接到第一主控制器与第一监控设备交换机中，第一监控设备交换机连接到第一人机交互界面，辅助设备交换机连接到第二中间交换机，第二中间交换机连接到第二主控制器与第二监控设备交换机中，第二监控设备交换机连接到第二人机交互界面。
根据现场配置设备情况其余钻机设备和辅助设备之间通信连接方式如钻机设备和辅助设备；第一主控制器、第二主控制器，两个主控器通过第一中间交换机、第二中间交换机分别获取全部设备信息，两主控器采用双控制软冗余方式。
如图1所示，台面仪表分别与第一主控制器和第二主控制器相连接，台面仪表作为直观设备信息输出其至少设置有报警蜂鸣器、设备运行状态灯、动力设备状态灯；第一控制输入与第一主控制器相连接，第二控制输入与第二主控制器相连接，控制输入作为硬件输入其保证设备安全运行的最后保障其至少包含一个急停按钮、一个设备复位按钮、一个确认按钮、一个包含有使能按键的模拟量输入手柄。
如图2所示，集成控制系统在运行过程中关注单个设备在不同功能下实施的优先级。设备接入总控制器，通过上位机控制系统根据不同功能执行时设备执行关系对接入总控制器的设备分别设置其最优级，系统执行过程中根据最优级确认设备执行顺序与设备并行运行关系。
如图1-2所示，集成控制系统在功能和设备控制留有接入余量，用户使用过程中接入的新设备可通过交换机将其接入到控制器，通过设置参数将其接入集成控制系统进行统一调度控制。
如图3所示，集成控制系统实时记录设备运行状态可在任一执行环节进行暂停，返回原有运行状态，直接退出运行；
如图4所示，是一种现在井队主要钻井设备和辅助设备的使用情况，集成控制系统以图4设备作为标准设备状况；
最优的，所述钻机设备及辅助设备的控制系统，其运行基于不同设备的独立控制器，主控制器分为第一主控制器、第二主控制器其采用双控制软冗余方式，两个控制器同时运行相同的控制程序，它们之间通过通讯互相监视运行状态，任意一个控制器出现故障将使用另一控制器作为主控源。
最优的，设备间连接通过交换机进行处理，每台设备需配备自己的交换机，现场实施可根据具体情况采取就近原则减少线路铺设方便排查问题；
最优的，监控设备采用带云台的监控设备可通过人机交互界面对其监控角度进行调整无需施工人员在现场进行手动调整；
最优的，所有设备带有无线控制器，现场设备出现问题需到现场排查可在现场进行操作方便快捷；
最优的，以PLC分别作为钻机设备控制器、辅助设备控制器、第一主控制器、第二主控制器，方便设备出现时进行设备更换。
最优的，所述钻机设备主要是用于控制钻机游动设备的高度控制和钻具提升与下放，包括电控系统设备以及顶驱动的控制，电控系统主要实现绞车、钻井泵、转盘等设备的控制。顶驱动系统主要实现转速、转矩、吊环、吊卡等设备的控制。
最优的，所述辅助设备主要是实现钻具管柱的上、卸扣以及排放、抓取，包括动力猫道、钻台面机械手、铁钻工、二层台排管机、丝扣油涂抹装置、泥浆防溅盒、卡瓦、动力鼠洞等设备的控制。
最优的，所述人机交互界面可由双冗余工控机和多个触控屏构成，用以实现设备状态、工艺流程信息、仪器仪表数据信息、报警状态的信息显示，以及系统设置、设备控制的操控。
以上的仅是本实用新型的优选实例，应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，作为机械领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种石油钻机单伺钻集成控制系统，包括司钻房，所述司钻房内设有司钻控制台，其特征在于：所述司钻控制台包括控制单元和监控单元，所述控制单元包括同时连接在上位机控制系统的第一主控制器和第二主控制器，所述第一主控制器与第一中间交换机相连接，第一中间交换机通过控制电缆分别与数个钻机设备交换机相连接，钻机设备交换机同时分别与数个钻机设备控制器相连接，每组钻机设备控制器分别与钻机设备动力源和钻机设备连接，所述钻机设备包括绞车、钻紧泵、转盘、顶驱；所述第二主控制器与第二中间交换机相连接，第二中间交换机通过控制电缆分别与数个辅助设备交换机相连接，辅助设备交换机分别与辅助设备控制器相连接，每组辅助设备控制器分别与辅助设备动力源与辅助设备相连接，所述辅助设备包括动力猫道、钻台面机械手、铁钻工、二层台排管机、丝扣油涂抹装置、泥浆防溅盒、卡瓦及动力鼠洞；所述钻机设备动力源和辅助设备动力源包括独立液压站；
所述司钻控制台的监控单元包括相互连接的第一监控设备交换机和第一人机交互界面、第二监控设备交换机和第二人机交互界面，第一监控设备交换机与第一中间交换机相连接，第二监控设备交换机与第二中间交换机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述钻机设备交换机与钻机设备监控设备相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述辅助设备交换机与辅助设备监控设备相连接。
4.根据权利要求3所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述第一主控制器还连接有第一控制输入，第二主控制器还连接有第二控制输入。
5.根据权利要求4所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述钻机设备控制器与无线控制器相连接，辅助设备控制器与无线控制器相连接。
6.根据权利要求5所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述第一主控制器和第二主控制器同时与台面仪表相连接，所述台面仪表包括报警蜂鸣器、设备运行状态灯和动力设备状态灯。
7.根据权利要求6所述的一种石油钻机单伺钻集成控制系统，其特征在于：所述第一控制输入和第二控制输入包括急停按钮、设备复位按钮、确认按钮、模拟量输入手柄。
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