一體化鑽機控制系統的製作方法
2024-02-23 21:41:15
專利名稱：一體化鑽機控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鑽採裝備，具體說是一體化鑽機控制系統.
背景技術：
隨著當今世界石油經濟的迅猛發展，石油鑽採裝備也得到了空前的發展和 提高，與之對應的從業廠家也如雨後春,般地產生，各電控廠家、鑽井儀表、
電禍l控和糸La化工具廠家僅閨內就有數十家之多，生產的產品更是各自獨立， 沒有統一的信號採集和處理、不便於操控集中管理，給用戶帶來諸多不便。
目前國內外的鑽機電控產品主要以電控系統和4義表系統的獨立式系統構成 ;i-案，電控系統和儀表系統分別由不同的廠家生產，有些共有的參數如遊車 高度、懸重等，每個廠家都需要採集，這樣不可避免艦成傳感器的重複採購， 給用戶造成浪費；同時，不同系統計算上的差異，又給用戶造成^it上的混淆； 第三，原有系統的控制屏和儀表屏相互獨立，不具備互換性；第四，原系統的 儀表系統，多由有資質的國外廠家生產，不具備中英文切換功能.
發明內容
本實用新型的目的是提供一種一體化鑽機控制系統，該系統能將電控系統 和儀表系統集成，實現了數據共享、統一管理和分配的有機整體，使控制更可 靠、數據更專業，
為達到上迷目的，本實用新型採用的技術方案為
一體化鑽機控制系統，其特徵在於控制系統由CHJ、司鑽控制櫃、綜合拒PLC、鑽臺傳感器.罐區傳感器、滾筒傳感器、轉盤變頻拒、儀表觸控螢幕、泥 漿泵變頻櫃、控制觸控螢幕、絞車變頻拒和VPD監視工控機構成，鑽臺傳感器與 司鑽控制拒、罐區傳感器和綜合拒PLC之f司的4 ~ 20mA信號通過屏蔽電纜連接； 4錄觸控螢幕和控制觸餅為Prontos+網線連接，實現條觸餅和控制觸, 的相互轉換功能；司鑽控制拒、綜合拒P1,C、滾筒傳感器、轉盤變頻根、泥漿泵 變頻拒、紋車變頻拒和WD監視工控機通過Pronbus總線連接，完成CPU到各 設備的實時數椐傳輸。
PLC採集的所有數據臨時存儲於PLC的存儲器中，作為共享存儲器，為^ 和PLC控制提供數據，
本實用新型相對於現有技術，其優點如下
1、 一體化鑽機控制系統的電控系統和儀表系統由同一廠家集成，避免了傳 感器的重複採購；
2、 電控系統和儀表系統分別由專業廠家生產，電控廠家集成，形成it據共 f 、統一管理和分配的有機整體，使控制更可靠、數據更專業、準確；
3、 一體化鑽機控制系統是在現有技術基礎上的創新和集成，國此，現有操 作人員不需要太多的學習便可學會使用；
4、 控制觸控螢幕和儀表顯示屏可實現互換使用，形成硬體上的冗餘系統，使 控制牲能更有保障；
5、 界面可實現中英文轉換，數據具有國際認證，
附蹈說明
蹈1為一體化鑽機控制系統總線示意閨，
具體實施例參見凼1、細虛線連接的鑽臺傳感器和罐區傳感器為"20邁A信號通過屏蔽 電纜連接；
粗虛線連接的儀4IWil^和控制觸控螢幕為Pronbus+網線連接，實現儀表觸 摸屏和控制觸控螢幕的相互轉換功能，
實線連接的其他設備通過Pronbus總線連接，完成CPU到各設備的實時數 據傳輸，PLC採集的所有數據臨時存儲於PLC的存儲器中，作為共享##器，為 儀表和PLC控制提供數據，
實線連接的其他設備通過Profibus總線連接，完成CPU對各傳動裝置的控 制，如絞牟的控制絞車的啟停，絞車速度控制、泥漿泵的啟停、泵衝控制、轉 盤旋轉控制、轉盤扭矩控制、遊車高度控制等都是通過Pronbus現場總線完成 的；CPU除了完成對各傳動裝置的控制功能外，同時還實時採集各傳動單元的參 數，如絞車轉速、大鉤鉤速、轉盤轉速、轉盤扭矩、泵衝等等，並將採集到的 實時數據暫時存儲於PLC的存儲器中，作為PLC的共享數據存儲器，為敘束的 顯示和PLC的控制提供數據保障，CPU通過ProHbus總線將#^令下發給各傳動 裝置，同時又將各傳動裝置的狀態參量採集回來提供給儀表顯示、存儲、列印 等，
一體化鑽機控制系統的電控部分控制對象包括 l，)獨立電網系統單/多臺發電機組的控制和管理； 2)鑽機傳動系統絞車單/多臺電動機控制
單/多臺泥漿泵電動機控制
卑餘盤/頂驅控制
一個或兩個自動送鑽輔助電機的控制系統主PLC使用西門子S7-300/S7-400系列產品，具有"Profitras，，總線 技術(2套)，網絡能力、自診斷功能、光纖通訊能力.^#迴路的設計採用冗餘 控制方案，形成兩套完整的PLC控制系統。PLC用於司鑽臺與電氣控制房的通訊 以及電氣控制邏輯的實現。PLC主站通過PROFIBUS總線網絡連接至司鑽操作臺， 採用分布式控制系統，司鑽操作臺上的PLC從站及控制觸控螢幕、儀表觸,與 綜合控制櫃內的PLC主站直接通過PR0F1即S總線進行數據交換，將控制命令下 達到各變頻拒及相關電磁閥，完成主控功能；同時，將各變頻器的狀態參量如 各泵、絞車、轉盤電機、風機的啟停狀態及一體化儀表^it在控制觸,上顯 i出來。
一體化儀表和PLC控制的軟體是兩個獨立的部分，系統在控制觸控螢幕、儀 表觸控螢幕上分別同時安裝該兩套軟體，系統正常時，只是在控制觸控螢幕上運行 PLC控制軟體，在儀表觸控螢幕上運行儀表軟體，他們的數據統一通過PLC的共享 鈦據塊提供；當系統故障時，如控制觸控螢幕故障時，可以將儀表觸控螢幕的軟體 運行PLC的軟體，從而實現儀表到控制的轉換，反之亦然，
1;發電^Oa的控制
一體化鑽機控制系統的發電機控制組件採用綜合管理器，結合數字速度調 節器、自動電壓調節器、多功能電力儀表、自動儲能自動合閘線團的斷路器和 P』等，能對柴油發電機組的速度和電壓進行精準的控制，能使多臺機組間進行 均等的負荷分配和自動並牟，並能精確的顯示^ifl^行時各項數據， 2.絞車的控制
絞車自動化控制系統採用有it^傳感器的控制方案，通過採集主電機的 運行參數，PIX的CHJ通過程序發出控制信號,使主電機以設定的速度控制滾筒，實現絞車起下鑽合理的功率利用及工作時效及絞牟多電機的功率均衡分配，
3. 泥漿泵的控制
系統的多臺泥漿泵分別由交流變頻電動機驅動，每臺電動機由1臺變頻器控 制，系統通過變頻器，控制鑽井泵速度及力矩，滿足鑽井工藝對泥漿流量及壓 力的要求。
4. 轉盤的控制
轉盤控制系統採用有ii^傳感器的控制方案，PLd經總線採集到轉盤電機
的運行參數，PLC通過計算編程可設定轉盤轉矩，控制電機的運行參數，使轉 矩動態工作在設定範圍。轉盤電動機與慣剎採用連鎖控制保證電動機的運行與 慣剎控制滿足鑽井工藝過程的要求；當轉盤故障及卡鑽時，慣剎電磁閥與變頻 器連鎖控制，以保證轉盤的安全運行。
5. 自動送鑽輔助電機的控制
自動送鑽系統由控制器、自動送鑽變頻器、變頻電動機、送鑽電機軸端安 裝的進口編碼器、傳感器等組成，根據鑽壓和轉盤扭矩的反饋信號，控制系統 通過變頻器對送鑽電動機的速度及力矩進行控制，實現送鑽電機恆壓、恆速自 動送鑽功能。
6. —體化儀表
通過PLC的共享數據採集單元(現場的傳感器、編碼器、變送器等)，經過 計算、處理，最終將在遠程司鑽操作觸控螢幕上顯示(IPC也可實時監控、儲存、 記錄、列印)顯示主要鑽井^it和曲線如1)、電子指重表；2)、懸重；3)、 鑽壓；4)、鑽頭深度；5)井深；6)、鑽itt度；7)、 >%公裡；8)、每臺泵的泵 衝、衝數；總泵衝、總衝數；排量。9)、出a流量百分比及曲線；10)、泥漿罐鑽並循環泥漿容量、儲備泥漿容量；11)、溢流和漏失的曲線；12)、轉盤/頂驅 轉速、扭矩及其它鑽井工程用衍生參數。
其組態畫面採用中英俄西多種文字切換，報表系統可達到國際鑽並行業的 認可，
權利要求1、一體化鑽機控制系統，其特徵在於控制系統由CPU、司鑽控制櫃、綜合櫃PLC、鑽臺傳感器、罐區傳感器、滾筒傳感器、轉盤變頻櫃、儀表觸控螢幕、泥漿泵變頻櫃、控制觸控螢幕、絞車變頻櫃和VFD監視工控機構成，鑽臺傳感器與司鑽控制櫃、罐區傳感器和綜合櫃PLC之間的4～20mA信號通過屏蔽電纜連接；儀表觸控螢幕和控制觸控螢幕為Profibus+網線連接，實現儀表觸控螢幕和控制觸控螢幕的相互轉換功能；司鑽控制櫃、綜合櫃PLC、滾筒傳感器、轉盤變頻櫃、泥泵變頻櫃、絞車變頻櫃、VFD監視工控機通過Profibus總線連接，完成CPU到各設備的實時數據傳輸。
2、 根據權利要求1所述的4化鑽機控制系統，其特徵在於PLC採集的 所有數據臨時存儲於PLC的存儲器中，作為共享存儲器，為M和PLC控制提 供數據，
專利摘要本實用新型涉及石油鑽採裝備，具體說是一體化鑽機控制系統。目前國內外的鑽機電控產品主要以電控系統和儀表系統的獨立式系統構成方案，電控系統和儀表系統分別由不同的廠家生產，有些共有的參數如遊車高度、懸重等，每個廠家都需要採集，這樣不可避免地造成傳感器的重複採購，給用戶造成浪費；同時，不同系統計算上的差異，又給用戶造成參數上的混淆。本實用新型控制系統由CPU、司鑽控制櫃、綜合櫃PLC、鑽臺傳感器、罐區傳感器、滾筒傳感器、轉盤變頻櫃、儀表觸控螢幕、泥漿泵變頻櫃、控制觸控螢幕、絞車變頻櫃、VFD監視工控機構成，將電控系統和儀表系統集成。因而實現了數據共享、統一管理和分配的有機整體，使控制更可靠、數據更專業。
文檔編號E21B44/00GK201241686SQ200820030048
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者卜知書, 飛 李, 郭佳磊 申請人:西安寶美電氣工業有限公司