專利名稱：鉆機(jī)plc控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田鉆井過程中所用的一種控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種對鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵電機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大慶油田鉆井二公司從1996年開始在大慶油田15143鉆井隊(duì)摸索使用變頻設(shè)備，把轉(zhuǎn)盤、絞車、泥漿泵的控制柜由高壓移動配電柜，改成了變頻柜，電機(jī)應(yīng)用了變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)無級調(diào)速。西門子變頻器的原理是基于閉環(huán)的矢量控制來調(diào)速，近兩年又引入了ABB變頻器，這是一基于直接轉(zhuǎn)矩控制原理的變頻器，使用效果也比較好。在鉆機(jī)控制系統(tǒng)中，采用許多的并行控制線進(jìn)行控制，因?yàn)殂@井施工中的特殊性，對設(shè)備的可靠性要求較高，所以往往備用一套控制線，來進(jìn)行應(yīng)急操作，這樣，等于需要使用雙套的控制線，每次搬家安裝拆卸很繁瑣。在應(yīng)用中，感覺到變頻器的控制線過多，這樣出現(xiàn)故障的機(jī)率也高，查找故障點(diǎn)的時(shí)間和難度加大。此外，工作時(shí)完成上面所要實(shí)現(xiàn)的功能就需要在相應(yīng)的操作臺上配置相應(yīng)的開關(guān)元件，并用硬線連接的方式來和變頻器的主控制板即CUVC繼續(xù)連接，從而把控制信號傳輸?shù)阶冾l器，使變頻器按照用戶的要求提供所需要的電機(jī)頻率和電壓，達(dá)到無級調(diào)速的目的。當(dāng)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，因?yàn)殂@井工作對設(shè)備的可靠性要求很高，必須在短時(shí)間內(nèi)處理完事故，尤其冬季鉆井，設(shè)備出現(xiàn)故障如不能及時(shí)處理，會造成卡鉆等生產(chǎn)井報(bào)廢的重大事故。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決在現(xiàn)有鉆機(jī)控制技術(shù)中應(yīng)用復(fù)雜電氣邏輯控制時(shí)存在的需要大量接觸器和大量的接線所帶來的高故障率、鉆井周期長的問題，本實(shí)用新型提供一種利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)，該種控制系統(tǒng)應(yīng)用后，可使鉆機(jī)的控制線被簡化，自動化程度提高，不但可以降低工人的勞動強(qiáng)度，達(dá)到安全可靠的生產(chǎn)要求，還可以使鉆機(jī)達(dá)到過去人為操作所達(dá)不到的性能，完成自動送鉆等功能，滿足鉆井工藝所需要的恒轉(zhuǎn)速或恒轉(zhuǎn)矩等工作參數(shù)和性能，為鉆井工程提供了優(yōu)質(zhì)可靠的技術(shù)保障，使鉆機(jī)的技術(shù)改造上一個(gè)新臺階，為立足國內(nèi)，開拓國際市場提供優(yōu)良的裝備。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)，包括以工業(yè)控制機(jī)作為中央控制器控制絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器的控制單元，其特征在于以可編程序控制器與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線作為所述控制單元的主要組成部件。
具體的說，該控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制機(jī)外的三個(gè)單元構(gòu)成，這三個(gè)單元分別為司鉆房PLC控制單元、電氣室PLC控制單元和泥漿泵PLC控制單元。
其中司鉆房PLC控制單元由1號可編程序控制器、適配器以及一體化鉆機(jī)儀表組成，1號可編程序控制器包括PS307模塊、ET200M模塊、IM153-1模塊、FM350模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，IM153-1模塊通過適配器經(jīng)過以太網(wǎng)與一體化鉆機(jī)儀表相連，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元中的2號可編程序控制器中的CPU315模塊。
電氣室PLC控制單元主要由2號可編程序控制器、絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器組成，其中2號可編程序控制器包括PS307模塊、CPU315模塊、CP342-5模塊、SM331模塊、SM323模塊、RS485模塊，組裝后，CPU315模塊引出對上述變頻器的控制信號線，同時(shí)引出與工業(yè)控制機(jī)的交互通信線。
泥漿泵PLC控制單元主要由3號可編程序控制器構(gòu)成，其包括PS307模塊、ET200M模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元中的自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器的控制端。
本實(shí)用新型具有如下有益效果由于采取上述方案后，使用PLC(可編程序控制器)和profibus系統(tǒng)總線，采用1根雙絞線就可以完成通訊任務(wù)，使控制線由傳統(tǒng)的多芯電纜轉(zhuǎn)化為目前的雙芯總線，使得查找故障的速度得以加快，同時(shí)降低了搬遷安裝的勞動強(qiáng)度。此外，對現(xiàn)場的鉆井工作狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，過去通過儀表監(jiān)測，故障率高，準(zhǔn)確性差，現(xiàn)在可以在觸摸屏上直接顯示工作狀況，準(zhǔn)確率達(dá)到100％，出現(xiàn)故障具有預(yù)警及保護(hù)停機(jī)功能，并能直接顯示出故障編碼，便于維護(hù)人員及時(shí)處理故障，例如啟動回路故障，過去需要30分鐘處理，現(xiàn)在只需10分鐘，從而使故障排除時(shí)間大大縮短，為鉆井生產(chǎn)贏得了寶貴的時(shí)間。并且PLC技術(shù)的運(yùn)用增強(qiáng)了鉆機(jī)控制系統(tǒng)功能，同時(shí)也為鉆機(jī)增添了另一項(xiàng)新設(shè)備和功能——自動送鉆。自動送鉆的出現(xiàn)，使自動化技術(shù)在電控鉆機(jī)領(lǐng)域的運(yùn)用進(jìn)一步得到完善，從各個(gè)方面都提高了鉆井工作質(zhì)量、節(jié)約了許多的能源、大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。


附圖1是本實(shí)用新型的組成示意圖。
附圖2是本實(shí)用新型中現(xiàn)有技術(shù)的控制原理圖。
圖中1-司鉆房PLC控制單元，2-電氣室PLC控制單元，3-泥漿泵PLC控制單元。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明由圖2所示，是現(xiàn)有技術(shù)中鉆車絞車電機(jī)變頻器的控制電路圖，在沒有應(yīng)用PLC即可編程序控制器和PROFIBUS總線之前，要實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)的控制功能就需要在相應(yīng)的操作臺上配置相應(yīng)的開關(guān)元件，并用硬線連接的方式來和變頻器的主控制板即CUVC繼續(xù)連接，從而把控制信號傳輸?shù)阶冾l器，使變頻器按照我們的要求提供所需要的電機(jī)頻率和電壓，達(dá)到無級調(diào)速的目的。該圖中包括一套備用控制線路。很明顯，它的復(fù)雜程度將導(dǎo)致維修困難，安裝與拆卸極為不便。
圖1是本實(shí)用新型中所述應(yīng)用PLC后的控制系統(tǒng)的組成原理圖，具體的說，它包括以工業(yè)控制機(jī)作為中央控制器控制絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器的控制單元，核心之處在于以可編程序控制器與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線作為所述控制單元的主要組成部件。即所述控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制機(jī)外的三個(gè)單元構(gòu)成，這三個(gè)單元分別為司鉆房PLC控制單元1、電氣室PLC控制單元2和泥漿泵PLC控制單元3。其中司鉆房PLC控制單元1由1號可編程序控制器1PLC、適配器以及一體化鉆機(jī)儀表組成，1號可編程序控制器包括PS307模塊、ET200M模塊、IM153-1模塊、FM350模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，IM153-1模塊通過適配器經(jīng)過以太網(wǎng)與一體化鉆機(jī)儀表相連，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元2中的2號可編程序控制器中的CPU315模塊。電氣室PLC控制單元2主要由2號可編程序控制器2PLC、絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器組成，其中2號可編程序控制器2包括PS307模塊、CPU315模塊、CP342-5模塊、SM331模塊、SM323模塊、RS485模塊，組裝后，CPU315模塊引出對上述變頻器的控制信號線，同時(shí)引出與工業(yè)控制機(jī)的交互通信線。泥漿泵PLC控制單元3主要由3號可編程序控制器3PLC構(gòu)成，其包括PS307模塊、ET200M模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元2中的自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器的控制端。
上面所說的1、2、3號可編程序控制器均為西門子S7-300型可編程序控制器。
本實(shí)用新型的目的是為了簡化控制線的連接方式，同時(shí)能夠應(yīng)用無觸點(diǎn)開關(guān)，能夠引入具有觸摸功能的顯示屏，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。我們將PLC(可編程序控制器)和PROFIBUS總線及觸摸屏應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，這樣我們可以用一根兩芯雙絞線取代復(fù)雜的硬線連接，同時(shí)用觸摸屏上的無觸點(diǎn)開關(guān)代替了操作面板上的原始開關(guān)元件。設(shè)計(jì)施工過程是按照鉆井工藝流程，了解機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對象對PLC系統(tǒng)的要求，確定I/O設(shè)備，選擇PLC，分配PLC的I/O地址，PLC(可編程序控制器)具有多種可以應(yīng)用的模塊，我們可以按照我們所需要功能來選擇模塊，每種模塊具有可連接的點(diǎn)，我們?yōu)槲覀冃枰狞c(diǎn)賦了地址，這樣我們就可以在編程的時(shí)候把我們所賦地址進(jìn)行調(diào)用。繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)繪制功能圖，設(shè)計(jì)梯形圖程序，編寫指令表程序，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足控制要求為止。然后設(shè)計(jì)控制柜及操作面板電氣布置圖及安裝接線圖，控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖，根據(jù)圖樣進(jìn)行現(xiàn)場接線，并檢查。進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，先帶上輸出設(shè)備(接觸器線圈、信號指示燈等)，不帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試，各部分都正常后，再帶上實(shí)際負(fù)載運(yùn)行。全部調(diào)試完畢后，交付運(yùn)行，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常，程序不需要修改，將其固化到EPROM中，以防程序丟失。最后整理技術(shù)文件，包括使用說明書、電氣圖紙等。
ZJ30DB鉆機(jī)PLC系統(tǒng)控制原理見圖十二。PLC控制原理如下對于開關(guān)類的信號我們應(yīng)用SIMENS S7-300系列的數(shù)字量輸入、輸出模塊，對于調(diào)速和儀表所需要的信號我們采用了模擬量輸入輸出模塊，它們和CPU315(中心程序處理單元)以及電源模塊相組合，通過兩芯雙絞線與變頻器主控制板CUVC板上的通訊板之間建立連接。
PLC網(wǎng)絡(luò)的通信接口為串行接口，本系統(tǒng)采用通信接口為RS-485，該接口用雙絞線，即一對數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)連接。它屬于半雙工通信方式，依靠使能控制實(shí)現(xiàn)雙方的數(shù)據(jù)通信。即在某一時(shí)刻，只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一節(jié)點(diǎn)只能接收數(shù)據(jù)，發(fā)送是由使能端控制。SIEMENS的S7系列CPU均配置了RS-485接口。
先通過工業(yè)控制機(jī)將所編好的控制程序存入到PLC中，把司鉆(鉆井過程中操作命令的發(fā)出者)所發(fā)出的指令通過觸摸屏發(fā)送到1PLC中進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，通過PROFIBUS總線將信號遠(yuǎn)距離傳送到2PLC通訊模塊接收、進(jìn)入CPU信號處理，輸出指令信號，再送至變頻器的CUVC控制板，控制變頻器的輸出，由變頻器來控制最終的執(zhí)行元件——交流變頻電機(jī)。使電機(jī)按照鉆井所需要的轉(zhuǎn)速和扭矩來運(yùn)行。
可見現(xiàn)在用一根PROFIBUS雙絞線就可以代替原來的24芯線，從司鉆房到電氣主控制室進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸，大大減少了事故率，方便了井隊(duì)拆搬安裝。
應(yīng)用PLC(可編程序控制器)還可以時(shí)適監(jiān)控，把具有豐富界面的觸摸屏同各種傳感器和變頻器組合到一起，把電機(jī)的電流、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、鉆壓、絞車的鉤載等在觸摸屏顯示出來，使司鉆很方便的看到各參數(shù)的適時(shí)狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制機(jī)，其特征在于所述控制系統(tǒng)還工業(yè)控制機(jī)外的三個(gè)單元，這三個(gè)單元分別為司鉆房PLC控制單元(1)、電氣室PLC控制單元(2)和泥漿泵PLC控制單元(3)，其中，司鉆房PLC控制單元(1)由1號可編程序控制器(1PLC)、適配器以及一體化鉆機(jī)儀表組成，1號可編程序控制器包括PS307模塊、ET200M模塊、IM153-1模塊、FM350模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，IM153-1模塊通過適配器經(jīng)過以太網(wǎng)與一體化鉆機(jī)儀表相連，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元(2)中的2號可編程序控制器中的CPU315模塊；電氣室PLC控制單元(2)主要由2號可編程序控制器(2PLC)、絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器組成，其中2號可編程序控制器(2)包括PS307模塊、CPU315模塊、CP342-5模塊、SM331模塊、SM323模塊、RS485模塊，組裝后，CPU315模塊引出對上述變頻器的控制信號線，同時(shí)引出與工業(yè)控制機(jī)的交互通信線；泥漿泵PLC控制單元(3)主要由3號可編程序控制器(3PLC)構(gòu)成，其包括PS307模塊、ET200M模塊、SM331模塊、SM323模塊，組裝后，ET200M模塊與應(yīng)用PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線相連，該總線將數(shù)據(jù)傳遞至電氣室PLC控制單元(2)中的自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)，其特征在于1、2、3號可編程序控制器為西門子S7-300型可編程序控制器。
專利摘要一種對鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵電機(jī)進(jìn)行控制的鉆機(jī)PLC控制系統(tǒng)。解決現(xiàn)有鉆機(jī)控制系統(tǒng)中存在的故障率高、鉆井周期長的問題。其特征在于所述控制系統(tǒng)還包括工業(yè)控制機(jī)外的三個(gè)單元，這三個(gè)單元分別為司鉆房PLC控制單元(1)、電氣室PLC控制單元(2)和泥漿泵PLC控制單元(3)，其中，司鉆房PLC控制單元(1)由1號可編程序控制器(1PLC)、適配器以及一體化鉆機(jī)儀表組成，電氣室PLC控制單元(2)主要由2號可編程序控制器(2PLC)、絞車電機(jī)變頻器、轉(zhuǎn)盤電機(jī)變頻器、泥漿泵電機(jī)變頻器、自動送轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器組成，泥漿泵PLC控制單元(3)主要由3號可編程序控制器(3PLC)構(gòu)成。具有簡化鉆機(jī)控制線路、減少故障率、縮短鉆井周期的特點(diǎn)。
文檔編號G05B15/02GK2881093SQ200520142389
公開日2007年3月21日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者齊國強(qiáng), 溫世民, 邵崇權(quán), 鄒慶波, 羅曉麗, 李智明 申請人:大慶石油管理局