CN2881093Y

CN2881093Y - 钻机plc控制系统

Info

Publication number: CN2881093Y
Application number: CN 200520142389
Authority: CN
Inventors: 齐国强; 温世民; 邵崇权; 邹庆波; 罗晓丽; 李智明
Original assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau
Current assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2015-12-08

Abstract

一种对钻机的绞车、转盘、泥浆泵电机进行控制的钻机PLC控制系统。解决现有钻机控制系统中存在的故障率高、钻井周期长的问题。其特征在于：所述控制系统还包括工业控制机外的三个单元，这三个单元分别为司钻房PLC控制单元(1)、电气室PLC控制单元(2)和泥浆泵PLC控制单元(3)，其中，司钻房PLC控制单元(1)由1号可编程序控制器(1PLC)、适配器以及一体化钻机仪表组成，电气室PLC控制单元(2)主要由2号可编程序控制器(2PLC)、绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器组成，泥浆泵PLC控制单元(3)主要由3号可编程序控制器(3PLC)构成。具有简化钻机控制线路、减少故障率、缩短钻井周期的特点。

Description

钻机PLC控制系统

技术领域：

本实用新型涉及油田钻井过程中所用的一种控制系统，尤其是涉及一种对钻机的绞车、转盘、泥浆泵电机进行控制的系统。

背景技术：

大庆油田钻井二公司从1996年开始在大庆油田15143钻井队摸索使用变频设备，把转盘、绞车、泥浆泵的控制柜由高压移动配电柜，改成了变频柜，电机应用了变频电机，实现了钻机无级调速。西门子变频器的原理是基于闭环的矢量控制来调速，近两年又引入了ABB变频器，这是一基于直接转矩控制原理的变频器，使用效果也比较好。在钻机控制系统中，采用许多的并行控制线进行控制，因为钻井施工中的特殊性，对设备的可靠性要求较高，所以往往备用一套控制线，来进行应急操作，这样，等于需要使用双套的控制线，每次搬家安装拆卸很繁琐。在应用中，感觉到变频器的控制线过多，这样出现故障的机率也高，查找故障点的时间和难度加大。此外，工作时完成上面所要实现的功能就需要在相应的操作台上配置相应的开关元件，并用硬线连接的方式来和变频器的主控制板即CUVC继续连接，从而把控制信号传输到变频器，使变频器按照用户的要求提供所需要的电机频率和电压，达到无级调速的目的。当通讯出现故障时，因为钻井工作对设备的可靠性要求很高，必须在短时间内处理完事故，尤其冬季钻井，设备出现故障如不能及时处理，会造成卡钻等生产井报废的重大事故。

实用新型内容：

为了解决在现有钻机控制技术中应用复杂电气逻辑控制时存在的需要大量接触器和大量的接线所带来的高故障率、钻井周期长的问题，本实用新型提供一种利用计算机控制技术的钻机PLC控制系统，该种控制系统应用后，可使钻机的控制线被简化，自动化程度提高，不但可以降低工人的劳动强度，达到安全可靠的生产要求，还可以使钻机达到过去人为操作所达不到的性能，完成自动送钻等功能，满足钻井工艺所需要的恒转速或恒转矩等工作参数和性能，为钻井工程提供了优质可靠的技术保障，使钻机的技术改造上一个新台阶，为立足国内，开拓国际市场提供优良的装备。

本实用新型的技术方案是：该种钻机PLC控制系统，包括以工业控制机作为中央控制器控制绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器的控制单元，其特征在于：以可编程序控制器与应用PROFIBUS技术的现场总线作为所述控制单元的主要组成部件。

具体的说，该控制系统主要由工业控制机外的三个单元构成，这三个单元分别为司钻房PLC控制单元、电气室PLC控制单元和泥浆泵PLC控制单元。

其中司钻房PLC控制单元由1号可编程序控制器、适配器以及一体化钻机仪表组成，1号可编程序控制器包括PS307模块、ET200M模块、IM153-1模块、FM350模块、SM331模块、SM323模块，组装后，IM153-1模块通过适配器经过以太网与一体化钻机仪表相连，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元中的2号可编程序控制器中的CPU315模块。

电气室PLC控制单元主要由2号可编程序控制器、绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器组成，其中2号可编程序控制器包括PS307模块、CPU315模块、CP342-5模块、SM331模块、SM323模块、RS485模块，组装后，CPU315模块引出对上述变频器的控制信号线，同时引出与工业控制机的交互通信线。

泥浆泵PLC控制单元主要由3号可编程序控制器构成，其包括PS307模块、ET200M模块、SM331模块、SM323模块，组装后，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元中的自动送转电机变频器的控制端。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案后，使用PLC(可编程序控制器)和profibus系统总线，采用1根双绞线就可以完成通讯任务，使控制线由传统的多芯电缆转化为目前的双芯总线，使得查找故障的速度得以加快，同时降低了搬迁安装的劳动强度。此外，对现场的钻井工作状态可以实现实时监控，过去通过仪表监测，故障率高，准确性差，现在可以在触摸屏上直接显示工作状况，准确率达到100％，出现故障具有预警及保护停机功能，并能直接显示出故障编码，便于维护人员及时处理故障，例如启动回路故障，过去需要30分钟处理，现在只需10分钟，从而使故障排除时间大大缩短，为钻井生产赢得了宝贵的时间。并且PLC技术的运用增强了钻机控制系统功能，同时也为钻机增添了另一项新设备和功能——自动送钻。自动送钻的出现，使自动化技术在电控钻机领域的运用进一步得到完善，从各个方面都提高了钻井工作质量、节约了许多的能源、大大降低了操作人员的劳动强度。

附图说明：

附图1是本实用新型的组成示意图。

附图2是本实用新型中现有技术的控制原理图。

图中1-司钻房PLC控制单元，2-电气室PLC控制单元，3-泥浆泵PLC控制单元。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图2所示，是现有技术中钻车绞车电机变频器的控制电路图，在没有应用PLC即可编程序控制器和PROFIBUS总线之前，要实现对钻机的控制功能就需要在相应的操作台上配置相应的开关元件，并用硬线连接的方式来和变频器的主控制板即CUVC继续连接，从而把控制信号传输到变频器，使变频器按照我们的要求提供所需要的电机频率和电压，达到无级调速的目的。该图中包括一套备用控制线路。很明显，它的复杂程度将导致维修困难，安装与拆卸极为不便。

图1是本实用新型中所述应用PLC后的控制系统的组成原理图，具体的说，它包括以工业控制机作为中央控制器控制绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器的控制单元，核心之处在于：以可编程序控制器与应用PROFIBUS技术的现场总线作为所述控制单元的主要组成部件。即所述控制系统主要由工业控制机外的三个单元构成，这三个单元分别为司钻房PLC控制单元1、电气室PLC控制单元2和泥浆泵PLC控制单元3。其中司钻房PLC控制单元1由1号可编程序控制器1PLC、适配器以及一体化钻机仪表组成，1号可编程序控制器包括PS307模块、ET200M模块、IM153-1模块、FM350模块、SM331模块、SM323模块，组装后，IM153-1模块通过适配器经过以太网与一体化钻机仪表相连，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元2中的2号可编程序控制器中的CPU315模块。电气室PLC控制单元2主要由2号可编程序控制器2PLC、绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器组成，其中2号可编程序控制器2包括PS307模块、CPU315模块、CP342-5模块、SM331模块、SM323模块、RS485模块，组装后，CPU315模块引出对上述变频器的控制信号线，同时引出与工业控制机的交互通信线。泥浆泵PLC控制单元3主要由3号可编程序控制器3PLC构成，其包括PS307模块、ET200M模块、SM331模块、SM323模块，组装后，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元2中的自动送转电机变频器的控制端。

上面所说的1、2、3号可编程序控制器均为西门子S7-300型可编程序控制器。

本实用新型的目的是为了简化控制线的连接方式，同时能够应用无触点开关，能够引入具有触摸功能的显示屏，实现远程监控。我们将PLC(可编程序控制器)和PROFIBUS总线及触摸屏应用到控制系统中，这样我们可以用一根两芯双绞线取代复杂的硬线连接，同时用触摸屏上的无触点开关代替了操作面板上的原始开关元件。设计施工过程是：按照钻井工艺流程，了解机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC系统的要求，确定I/O设备，选择PLC，分配PLC的I/O地址，PLC(可编程序控制器)具有多种可以应用的模块，我们可以按照我们所需要功能来选择模块，每种模块具有可连接的点，我们为我们需要的点赋了地址，这样我们就可以在编程的时候把我们所赋地址进行调用。绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。进行PLC程序设计：绘制功能图，设计梯形图程序，编写指令表程序，对程序进行调试和修改，直到满足控制要求为止。然后设计控制柜及操作面板电气布置图及安装接线图，控制系统各部分的电气互连图，根据图样进行现场接线，并检查。进行现场调试，先带上输出设备(接触器线圈、信号指示灯等)，不带负载进行调试，各部分都正常后，再带上实际负载运行。全部调试完毕后，交付运行，经过一段时间运行，如果工作正常，程序不需要修改，将其固化到EPROM中，以防程序丢失。最后整理技术文件，包括使用说明书、电气图纸等。

ZJ30DB钻机PLC系统控制原理见图十二。PLC控制原理如下：

对于开关类的信号我们应用SIMENS S7-300系列的数字量输入、输出模块，对于调速和仪表所需要的信号我们采用了模拟量输入输出模块，它们和CPU315(中心程序处理单元)以及电源模块相组合，通过两芯双绞线与变频器主控制板CUVC板上的通讯板之间建立连接。

PLC网络的通信接口为串行接口，本系统采用通信接口为RS-485，该接口用双绞线，即一对数据线实现连接。它属于半双工通信方式，依靠使能控制实现双方的数据通信。即在某一时刻，只有一个节点可以发送数据，而另一节点只能接收数据，发送是由使能端控制。SIEMENS的S7系列CPU均配置了RS-485接口。

先通过工业控制机将所编好的控制程序存入到PLC中，把司钻(钻井过程中操作命令的发出者)所发出的指令通过触摸屏发送到1PLC中进行信号转换，通过PROFIBUS总线将信号远距离传送到2PLC通讯模块接收、进入CPU信号处理，输出指令信号，再送至变频器的CUVC控制板，控制变频器的输出，由变频器来控制最终的执行元件——交流变频电机。使电机按照钻井所需要的转速和扭矩来运行。

可见现在用一根PROFIBUS双绞线就可以代替原来的24芯线，从司钻房到电气主控制室进行远距离信号传输，大大减少了事故率，方便了井队拆搬安装。

应用PLC(可编程序控制器)还可以时适监控，把具有丰富界面的触摸屏同各种传感器和变频器组合到一起，把电机的电流、电机的转速、钻压、绞车的钩载等在触摸屏显示出来，使司钻很方便的看到各参数的适时状态。

Claims

1、一种钻机PLC控制系统，包括工业控制机，其特征在于：所述控制系统还工业控制机外的三个单元，这三个单元分别为司钻房PLC控制单元(1)、电气室PLC控制单元(2)和泥浆泵PLC控制单元(3)，其中，司钻房PLC控制单元(1)由1号可编程序控制器(1PLC)、适配器以及一体化钻机仪表组成，1号可编程序控制器包括PS307模块、ET200M模块、IM153-1模块、FM350模块、SM331模块、SM323模块，组装后，IM153-1模块通过适配器经过以太网与一体化钻机仪表相连，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元(2)中的2号可编程序控制器中的CPU315模块；

电气室PLC控制单元(2)主要由2号可编程序控制器(2PLC)、绞车电机变频器、转盘电机变频器、泥浆泵电机变频器、自动送转电机变频器组成，其中2号可编程序控制器(2)包括PS307模块、CPU315模块、CP342-5模块、SM331模块、SM323模块、RS485模块，组装后，CPU315模块引出对上述变频器的控制信号线，同时引出与工业控制机的交互通信线；

泥浆泵PLC控制单元(3)主要由3号可编程序控制器(3PLC)构成，其包括PS307模块、ET200M模块、SM331模块、SM323模块，组装后，ET200M模块与应用PROFIBUS技术的现场总线相连，该总线将数据传递至电气室PLC控制单元(2)中的自动送转电机变频器的控制端。

2、根据权利要求1所述的钻机PLC控制系统，其特征在于：1、2、3号可编程序控制器为西门子S7-300型可编程序控制器。