專利名稱：一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆采裝備，具體說是一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng).
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今世界石油經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，石油鉆采裝備也得到了空前的發(fā)展和 提高，與之對(duì)應(yīng)的從業(yè)廠家也如雨后春,般地產(chǎn)生，各電控廠家、鉆井儀表、
電禍l控和糸L(zhǎng)a化工具廠家僅閨內(nèi)就有數(shù)十家之多，生產(chǎn)的產(chǎn)品更是各自獨(dú)立， 沒有統(tǒng)一的信號(hào)采集和處理、不便于操控集中管理，給用戶帶來諸多不便。
目前國(guó)內(nèi)外的鉆機(jī)電控產(chǎn)品主要以電控系統(tǒng)和4義表系統(tǒng)的獨(dú)立式系統(tǒng)構(gòu)成 ;i-案，電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)分別由不同的廠家生產(chǎn)，有些共有的參數(shù)如游車 高度、懸重等，每個(gè)廠家都需要采集，這樣不可避免艦成傳感器的重復(fù)采購(gòu)， 給用戶造成浪費(fèi)；同時(shí)，不同系統(tǒng)計(jì)算上的差異，又給用戶造成^it上的混淆； 第三，原有系統(tǒng)的控制屏和儀表屏相互獨(dú)立，不具備互換性；第四，原系統(tǒng)的 儀表系統(tǒng)，多由有資質(zhì)的國(guó)外廠家生產(chǎn)，不具備中英文切換功能.
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能將電控系統(tǒng) 和儀表系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理和分配的有機(jī)整體，使控制更可 靠、數(shù)據(jù)更專業(yè)，
為達(dá)到上迷目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為
一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)由CHJ、司鉆控制柜、綜合拒PLC、鉆臺(tái)傳感器.罐區(qū)傳感器、滾筒傳感器、轉(zhuǎn)盤變頻拒、儀表觸摸屏、泥 漿泵變頻柜、控制觸摸屏、絞車變頻拒和VPD監(jiān)視工控機(jī)構(gòu)成，鉆臺(tái)傳感器與 司鉆控制拒、罐區(qū)傳感器和綜合拒PLC之f司的4 ~ 20mA信號(hào)通過屏蔽電纜連接； 4錄觸摸屏和控制觸餅為Prontos+網(wǎng)線連接，實(shí)現(xiàn)條觸餅和控制觸, 的相互轉(zhuǎn)換功能；司鉆控制拒、綜合拒P1,C、滾筒傳感器、轉(zhuǎn)盤變頻根、泥漿泵 變頻拒、紋車變頻拒和WD監(jiān)視工控機(jī)通過Pronbus總線連接，完成CPU到各 設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)椐傳輸。
PLC采集的所有數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)器中，作為共享存儲(chǔ)器，為^ 和PLC控制提供數(shù)據(jù)，
本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下
1、 一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)的電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)由同一廠家集成，避免了傳 感器的重復(fù)采購(gòu)；
2、 電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)分別由專業(yè)廠家生產(chǎn)，電控廠家集成，形成it據(jù)共 f 、統(tǒng)一管理和分配的有機(jī)整體，使控制更可靠、數(shù)據(jù)更專業(yè)、準(zhǔn)確；
3、 一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和集成，國(guó)此，現(xiàn)有操 作人員不需要太多的學(xué)習(xí)便可學(xué)會(huì)使用；
4、 控制觸摸屏和儀表顯示屏可實(shí)現(xiàn)互換使用，形成硬件上的冗余系統(tǒng)，使 控制牲能更有保障；
5、 界面可實(shí)現(xiàn)中英文轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)具有國(guó)際認(rèn)證，
附蹈說明
蹈1為一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)總線示意閨，
具體實(shí)施例參見凼1、細(xì)虛線連接的鉆臺(tái)傳感器和罐區(qū)傳感器為"20邁A信號(hào)通過屏蔽 電纜連接；
粗虛線連接的儀4IWil^和控制觸摸屏為Pronbus+網(wǎng)線連接，實(shí)現(xiàn)儀表觸 摸屏和控制觸摸屏的相互轉(zhuǎn)換功能，
實(shí)線連接的其他設(shè)備通過Pronbus總線連接，完成CPU到各設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)傳輸，PLC采集的所有數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)器中，作為共享##器，為 儀表和PLC控制提供數(shù)據(jù)，
實(shí)線連接的其他設(shè)備通過Profibus總線連接，完成CPU對(duì)各傳動(dòng)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、泵沖控制、轉(zhuǎn) 盤旋轉(zhuǎn)控制、轉(zhuǎn)盤扭矩控制、游車高度控制等都是通過Pronbus現(xiàn)場(chǎng)總線完成 的；CPU除了完成對(duì)各傳動(dòng)裝置的控制功能外，同時(shí)還實(shí)時(shí)采集各傳動(dòng)單元的參 數(shù)，如絞車轉(zhuǎn)速、大鉤鉤速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩、泵沖等等，并將采集到的 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)器中，作為PLC的共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，為敘束的 顯示和PLC的控制提供數(shù)據(jù)保障，CPU通過ProHbus總線將#^令下發(fā)給各傳動(dòng) 裝置，同時(shí)又將各傳動(dòng)裝置的狀態(tài)參量采集回來提供給儀表顯示、存儲(chǔ)、打印 等，
一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)的電控部分控制對(duì)象包括 l，)獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)單/多臺(tái)發(fā)電機(jī)組的控制和管理； 2)鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)絞車單/多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制
單/多臺(tái)泥漿泵電動(dòng)機(jī)控制
卑余盤/頂驅(qū)控制
一個(gè)或兩個(gè)自動(dòng)送鉆輔助電機(jī)的控制系統(tǒng)主PLC使用西門子S7-300/S7-400系列產(chǎn)品，具有"Profitras，，總線 技術(shù)(2套)，網(wǎng)絡(luò)能力、自診斷功能、光纖通訊能力.^#回路的設(shè)計(jì)采用冗余 控制方案，形成兩套完整的PLC控制系統(tǒng)。PLC用于司鉆臺(tái)與電氣控制房的通訊 以及電氣控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。PLC主站通過PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)連接至司鉆操作臺(tái)， 采用分布式控制系統(tǒng)，司鉆操作臺(tái)上的PLC從站及控制觸摸屏、儀表觸,與 綜合控制柜內(nèi)的PLC主站直接通過PR0F1即S總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將控制命令下 達(dá)到各變頻拒及相關(guān)電磁閥，完成主控功能；同時(shí)，將各變頻器的狀態(tài)參量如 各泵、絞車、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、風(fēng)機(jī)的啟停狀態(tài)及一體化儀表^it在控制觸,上顯 i出來。
一體化儀表和PLC控制的軟件是兩個(gè)獨(dú)立的部分，系統(tǒng)在控制觸摸屏、儀 表觸摸屏上分別同時(shí)安裝該兩套軟件，系統(tǒng)正常時(shí)，只是在控制觸摸屏上運(yùn)行 PLC控制軟件，在儀表觸摸屏上運(yùn)行儀表軟件，他們的數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過PLC的共享 鈦據(jù)塊提供；當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，如控制觸摸屏故障時(shí)，可以將儀表觸摸屏的軟件 運(yùn)行PLC的軟件，從而實(shí)現(xiàn)儀表到控制的轉(zhuǎn)換，反之亦然，
1;發(fā)電^Oa的控制
一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)控制組件采用綜合管理器，結(jié)合數(shù)字速度調(diào) 節(jié)器、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器、多功能電力儀表、自動(dòng)儲(chǔ)能自動(dòng)合閘線團(tuán)的斷路器和 P』等，能對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的速度和電壓進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，能使多臺(tái)機(jī)組間進(jìn)行 均等的負(fù)荷分配和自動(dòng)并牟，并能精確的顯示^ifl^行時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)， 2.絞車的控制
絞車自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用有it^傳感器的控制方案，通過采集主電機(jī)的 運(yùn)行參數(shù)，PIX的CHJ通過程序發(fā)出控制信號(hào),使主電機(jī)以設(shè)定的速度控制滾筒，實(shí)現(xiàn)絞車起下鉆合理的功率利用及工作時(shí)效及絞牟多電機(jī)的功率均衡分配，
3. 泥漿泵的控制
系統(tǒng)的多臺(tái)泥漿泵分別由交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)由1臺(tái)變頻器控 制，系統(tǒng)通過變頻器，控制鉆井泵速度及力矩，滿足鉆井工藝對(duì)泥漿流量及壓 力的要求。
4. 轉(zhuǎn)盤的控制
轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)采用有ii^傳感器的控制方案，PLd經(jīng)總線采集到轉(zhuǎn)盤電機(jī)
的運(yùn)行參數(shù)，PLC通過計(jì)算編程可設(shè)定轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩，控制電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，使轉(zhuǎn) 矩動(dòng)態(tài)工作在設(shè)定范圍。轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)與慣剎采用連鎖控制保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與 慣剎控制滿足鉆井工藝過程的要求；當(dāng)轉(zhuǎn)盤故障及卡鉆時(shí)，慣剎電磁閥與變頻 器連鎖控制，以保證轉(zhuǎn)盤的安全運(yùn)行。
5. 自動(dòng)送鉆輔助電機(jī)的控制
自動(dòng)送鉆系統(tǒng)由控制器、自動(dòng)送鉆變頻器、變頻電動(dòng)機(jī)、送鉆電機(jī)軸端安 裝的進(jìn)口編碼器、傳感器等組成，根據(jù)鉆壓和轉(zhuǎn)盤扭矩的反饋信號(hào)，控制系統(tǒng) 通過變頻器對(duì)送鉆電動(dòng)機(jī)的速度及力矩進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)送鉆電機(jī)恒壓、恒速自 動(dòng)送鉆功能。
6. —體化儀表
通過PLC的共享數(shù)據(jù)采集單元(現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、編碼器、變送器等)，經(jīng)過 計(jì)算、處理，最終將在遠(yuǎn)程司鉆操作觸摸屏上顯示(IPC也可實(shí)時(shí)監(jiān)控、儲(chǔ)存、 記錄、打印)顯示主要鉆井^it和曲線如1)、電子指重表；2)、懸重；3)、 鉆壓；4)、鉆頭深度；5)井深；6)、鉆itt度；7)、 >%公里；8)、每臺(tái)泵的泵 沖、沖數(shù)；總泵沖、總沖數(shù)；排量。9)、出a流量百分比及曲線；10)、泥漿罐鉆并循環(huán)泥漿容量、儲(chǔ)備泥漿容量；11)、溢流和漏失的曲線；12)、轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū) 轉(zhuǎn)速、扭矩及其它鉆井工程用衍生參數(shù)。
其組態(tài)畫面采用中英俄西多種文字切換，報(bào)表系統(tǒng)可達(dá)到國(guó)際鉆并行業(yè)的 認(rèn)可，
權(quán)利要求1、一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)由CPU、司鉆控制柜、綜合柜PLC、鉆臺(tái)傳感器、罐區(qū)傳感器、滾筒傳感器、轉(zhuǎn)盤變頻柜、儀表觸摸屏、泥漿泵變頻柜、控制觸摸屏、絞車變頻柜和VFD監(jiān)視工控機(jī)構(gòu)成，鉆臺(tái)傳感器與司鉆控制柜、罐區(qū)傳感器和綜合柜PLC之間的4～20mA信號(hào)通過屏蔽電纜連接；儀表觸摸屏和控制觸摸屏為Profibus+網(wǎng)線連接，實(shí)現(xiàn)儀表觸摸屏和控制觸摸屏的相互轉(zhuǎn)換功能；司鉆控制柜、綜合柜PLC、滾筒傳感器、轉(zhuǎn)盤變頻柜、泥泵變頻柜、絞車變頻柜、VFD監(jiān)視工控機(jī)通過Profibus總線連接，完成CPU到各設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的4化鉆機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于PLC采集的 所有數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)于PLC的存儲(chǔ)器中，作為共享存儲(chǔ)器，為M和PLC控制提 供數(shù)據(jù)，
專利摘要本實(shí)用新型涉及石油鉆采裝備，具體說是一體化鉆機(jī)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外的鉆機(jī)電控產(chǎn)品主要以電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)的獨(dú)立式系統(tǒng)構(gòu)成方案，電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)分別由不同的廠家生產(chǎn)，有些共有的參數(shù)如游車高度、懸重等，每個(gè)廠家都需要采集，這樣不可避免地造成傳感器的重復(fù)采購(gòu)，給用戶造成浪費(fèi)；同時(shí)，不同系統(tǒng)計(jì)算上的差異，又給用戶造成參數(shù)上的混淆。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)由CPU、司鉆控制柜、綜合柜PLC、鉆臺(tái)傳感器、罐區(qū)傳感器、滾筒傳感器、轉(zhuǎn)盤變頻柜、儀表觸摸屏、泥漿泵變頻柜、控制觸摸屏、絞車變頻柜、VFD監(jiān)視工控機(jī)構(gòu)成，將電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)集成。因而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理和分配的有機(jī)整體，使控制更可靠、數(shù)據(jù)更專業(yè)。
文檔編號(hào)E21B44/00GK201241686SQ200820030048
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者卜知書, 飛 李, 郭佳磊 申請(qǐng)人:西安寶美電氣工業(yè)有限公司