专利名称：一体化钻机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻采装备，具体说是一体化钻机控制系统.
背景技术：
随着当今世界石油经济的迅猛发展，石油钻采装备也得到了空前的发展和 提高，与之对应的从业厂家也如雨后春,般地产生，各电控厂家、钻井仪表、
电祸l控和糸La化工具厂家仅闺内就有数十家之多，生产的产品更是各自独立， 没有统一的信号采集和处理、不便于操控集中管理，给用户带来诸多不便。
目前国内外的钻机电控产品主要以电控系统和4义表系统的独立式系统构成 ;i-案，电控系统和仪表系统分別由不同的厂家生产，有些共有的参数如游车 高度、悬重等，每个厂家都需要采集，这样不可避免舰成传感器的重复采购， 给用户造成浪费；同时，不同系统计算上的差异，又给用户造成^it上的混淆； 第三，原有系统的控制屏和仪表屏相互独立，不具备互换性；第四，原系统的 仪表系统，多由有资质的国外厂家生产，不具备中英文切换功能.
发明内容
本实用新型的目的是提供一种一体化钻机控制系统，该系统能将电控系统 和仪表系统集成，实现了数据共享、统一管理和分配的有机整体，使控制更可 靠、数据更专业，
为达到上迷目的，本实用新型采用的技术方案为
一体化钻机控制系统，其特征在于控制系统由CHJ、司钻控制柜、综合拒PLC、钻台传感器.罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频拒、仪表触摸屏、泥 浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频拒和VPD监视工控机构成，钻台传感器与 司钻控制拒、罐区传感器和综合拒PLC之f司的4 ~ 20mA信号通过屏蔽电缆连接； 4錄触摸屏和控制触餅为Prontos+网线连接，实现條触餅和控制触, 的相互转換功能；司钻控制拒、综合拒P1,C、滚筒传感器、转盘变频根、泥浆泵 变频拒、紋车变频拒和WD监视工控机通过Pronbus总线连接，完成CPU到各 设备的实时数椐传输。
PLC采集的所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享存储器，为^ 和PLC控制提供数据，
本实用新型相对于现有技术，其优点如下
1、 一体化钻机控制系统的电控系统和仪表系统由同一厂家集成，避免了传 感器的重复采购；
2、 电控系统和仪表系统分别由专业厂家生产，电控厂家集成，形成it据共 f 、统一管理和分配的有机整体，使控制更可靠、数据更专业、准确；
3、 一体化钻机控制系统是在现有技术基础上的创新和集成，國此，现有操 作人员不需要太多的学习便可学会使用；
4、 控制触摸屏和仪表显示屏可实现互换使用，形成硬件上的冗余系统，使 控制牲能更有保障；
5、 界面可实现中英文转换，数据具有国际认证，
附蹈说明
蹈1为一体化钻机控制系统总线示意闺，
具体实施例参见凼1、细虛线连接的钻台传感器和罐区传感器为"20迈A信号通过屏蔽 电缆连接；
粗虛线连接的仪4IWil^和控制触摸屏为Pronbus+网线连接，实现仪表触 摸屏和控制触摸屏的相互转换功能，
实线连接的其他设备通过Pronbus总线连接，完成CPU到各设备的实时数 据传输，PLC采集的所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享##器，为 仪表和PLC控制提供数据，
实线连接的其他设备通过Profibus总线连接，完成CPU对各传动装置的控 制，如绞牟的控制绞车的启停，绞车速度控制、泥浆泵的启停、泵冲控制、转 盘旋转控制、转盘扭矩控制、游车高度控制等都是通过Pronbus现场总线完成 的；CPU除了完成对各传动装置的控制功能外，同时还实时采集各传动单元的参 数，如绞车转速、大钩钩速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲等等，并将采集到的 实时数据暂时存储于PLC的存储器中，作为PLC的共享数据存储器，为叙束的 显示和PLC的控制提供数据保障，CPU通过ProHbus总线将#^令下发给各传动 装置，同时又将各传动装置的状态参量采集回来提供给仪表显示、存储、打印 等，
一体化钻机控制系统的电控部分控制对象包括 l，)独立电网系统单/多台发电机組的控制和管理； 2)钻机传动系统绞车单/多台电动机控制
单/多台泥浆泵电动机控制
卑余盘/顶驱控制
一个或两个自动送钻辅助电机的控制系统主PLC使用西门子S7-300/S7-400系列产品，具有"Profitras，，总线 技术(2套)，网络能力、自诊断功能、光纤通讯能力.^#回路的设计采用冗余 控制方案，形成两套完整的PLC控制系统。PLC用于司钻台与电气控制房的通讯 以及电气控制逻辑的实现。PLC主站通过PROFIBUS总线网络连接至司钻操作台， 采用分布式控制系统，司钻操作台上的PLC从站及控制触摸屏、仪表触,与 综合控制柜内的PLC主站直接通过PR0F1即S总线进行数据交换，将控制命令下 达到各变频拒及相关电磁阀，完成主控功能；同时，将各变频器的状态参量如 各泵、绞车、转盘电机、风机的启停状态及一体化仪表^it在控制触,上显 i出来。
一体化仪表和PLC控制的軟件是两个独立的部分，系统在控制触摸屏、仪 表触摸屏上分别同时安装该两套软件，系统正常时，只是在控制触摸屏上运行 PLC控制软件，在仪表触摸屏上运行仪表软件，他们的数据统一通过PLC的共享 鈦据块提供；当系统故障时，如控制触摸屏故障时，可以将仪表触摸屏的软件 运行PLC的软件，从而实现仪表到控制的转换，反之亦然，
1;发电^Oa的控制
一体化钻机控制系统的发电机控制組件采用综合管理器，结合数字速度调 节器、自动电压调节器、多功能电力仪表、自动储能自动合闸线團的断路器和 P』等，能对柴油发电机組的速度和电压进行精准的控制，能使多台机组间进行 均等的负荷分配和自动并牟，并能精确的显示^ifl^行时各项数据， 2.绞车的控制
绞车自动化控制系统采用有it^传感器的控制方案，通过采集主电机的 运行参数，PIX的CHJ通过程序发出控制信号,使主电机以设定的速度控制滚筒，实现绞车起下钻合理的功率利用及工作时效及绞牟多电机的功率均衡分配，
3. 泥浆泵的控制
系统的多台泥浆泵分別由交流变频电动机驱动，每台电动机由1台变频器控 制，系统通过变频器，控制钻井泵速度及力矩，满足钻井工艺对泥浆流量及压 力的要求。
4. 转盘的控制
转盘控制系统采用有ii^传感器的控制方案，PLd经总线采集到转盘电机
的运行参数，PLC通过计算编程可设定转盘转矩，控制电机的运行参数，使转 矩动态工作在设定范围。转盘电动机与惯刹采用连锁控制保证电动机的运行与 惯刹控制满足钻井工艺过程的要求；当转盘故障及卡钻时，惯刹电磁阀与变频 器连锁控制，以保证转盘的安全运行。
5. 自动送钻辅助电机的控制
自动送钻系统由控制器、自动送钻变频器、变频电动机、送钻电机轴端安 装的进口编码器、传感器等组成，根据钻压和转盘扭矩的反馈信号，控制系统 通过变频器对送钻电动机的速度及力矩进行控制，实现送钻电机恒压、恒速自 动送钻功能。
6. —体化仪表
通过PLC的共享数据采集单元(现场的传感器、编码器、变送器等)，经过 计算、处理，最终将在远程司钻操作触摸屏上显示(IPC也可实时监控、储存、 记录、打印)显示主要钻井^it和曲线如1)、电子指重表；2)、悬重；3)、 钻压；4)、钻头深度；5)井深；6)、钻itt度；7)、 >%公里；8)、每台泵的泵 冲、冲数；总泵冲、总冲数；排量。9)、出a流量百分比及曲线；10)、泥浆罐钻并循环泥浆容量、储备泥浆容量；11)、溢流和漏失的曲线；12)、转盘/顶驱 转速、扭矩及其它钻井工程用衍生参数。
其组态画面采用中英俄西多种文字切换，报表系统可达到国际钻并行业的 认可，
权利要求1、一体化钻机控制系统，其特征在于控制系统由CPU、司钻控制柜、综合柜PLC、钻台传感器、罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频柜、仪表触摸屏、泥浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频柜和VFD监视工控机构成，钻台传感器与司钻控制柜、罐区传感器和综合柜PLC之间的4～20mA信号通过屏蔽电缆连接；仪表触摸屏和控制触摸屏为Profibus+网线连接，实现仪表触摸屏和控制触摸屏的相互转换功能；司钻控制柜、综合柜PLC、滚筒传感器、转盘变频柜、泥泵变频柜、绞车变频柜、VFD监视工控机通过Profibus总线连接，完成CPU到各设备的实时数据传输。
2、 根据权利要求1所述的4化钻机控制系统，其特征在于PLC采集的 所有数据临时存储于PLC的存储器中，作为共享存储器，为M和PLC控制提 供数据，
专利摘要本实用新型涉及石油钻采装备，具体说是一体化钻机控制系统。目前国内外的钻机电控产品主要以电控系统和仪表系统的独立式系统构成方案，电控系统和仪表系统分别由不同的厂家生产，有些共有的参数如游车高度、悬重等，每个厂家都需要采集，这样不可避免地造成传感器的重复采购，给用户造成浪费；同时，不同系统计算上的差异，又给用户造成参数上的混淆。本实用新型控制系统由CPU、司钻控制柜、综合柜PLC、钻台传感器、罐区传感器、滚筒传感器、转盘变频柜、仪表触摸屏、泥浆泵变频柜、控制触摸屏、绞车变频柜、VFD监视工控机构成，将电控系统和仪表系统集成。因而实现了数据共享、统一管理和分配的有机整体，使控制更可靠、数据更专业。
文档编号E21B44/00GK201241686SQ200820030048
公开日2009年5月20日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者卜知书, 飞 李, 郭佳磊 申请人:西安宝美电气工业有限公司