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SIMATIC控制系统在石油钻井设备上的应用

中国自动化网 2005.12.06阅读 2294





   摘 要(Abstract) 本文结合石油钻井设备控制系统的具体实例,概括了利用西门子SIMATIC 300进行系统集成的设计方法。该系统使用STEP 7软件进行编程和调试,通过PROTOOL软件来实现现场的可视化,通过WINCC软件实现数据采集、历史归档和报表打印,实现了冗余备份和远程维护功能。
  This paper combining with the  specific example of control system of petroleum drilling equipment控制工程网版权所有,the design idea and means of system integration is generalized utilizing the SIMATIC 300抯 CPU. The system is programmed and debugged by the 揝TEP 7?sofeware;the ProTool/Pro RTCONTROL ENGINEERING China版权所有,which let your project run on the operating unit and visualize the proces
s;with WINCC,we can accomplish data accessing、history archiving&report printing.The system have the function of redundant backup and remote maintenance. 
   关键词(Keywords)  数据采集  历史归档  冗余备份  远程监控
  Data acquisition  History archive  Redundant backup  Remote maintenance 
  
  
  1   引言
  该项目使用SIMATIC控制系统应用在ZJ30DB、ZJ50DB变频电动钻机上。我公司为由四家企业组成的中外合资企业。公司以科技为先导,主要生产石油钻井设备及其配套设备、电气控制系统、工程环保项目等。
   选用西门子SIMATIC 300系列CPU作为变频电动钻机的控制核心,PLC与变频器的通讯采用Profibus总线。由于高可靠性及野外操作对维修带来的复杂性要求,系统具有冗余备份和远程监控功能。整套设备外貌图见图1。
  2   系统介绍
  该钻井设备布置分为五个区域:钻台区、泵房区、动力及电传动区、固控区、油罐区。钻台区布置有绞车、转盘、顶驱、司钻室、司钻偏房等,为危险作业区,整个区域的电气均要求防爆。泵房区布置有泥浆泵组、电动灌注系统及钻井液管汇;动力及电传动区布置有柴油发电机房、气源净化装置房、辅助发电机房和电控房;固控区布置有泥浆循环罐、泥浆净化设备及套装水罐;油罐区包括油罐、泵、管线。由于钻台区为危险防爆区域,按照国际及国家有关标准,其他区域距离井眼的长度至少在50米以上。整套PLC控制系统分别布置在电控房和司钻室,其中电控房内包括两台相互冗余的CPU和一套ET200M,司钻室包含一套ET200M。电控房内布置有:PLC控制柜、发电机柜、整流柜、VFD柜及MCC柜。司钻室集钻机机电、气、液控制于一体,除了包含一套ET200M的电控柜外还包括主控制台和辅助控制台,具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、声光报警、故障指示等。控制系统可以完成对5台600kW以上电机(其中包括3台泥浆泵电机、1台绞车机和1台转盘电机)的控制和相互之间的联锁控制;还包括对发电机柜、整流柜及钻台传感器的数据采集、控制和报警、故障显示。在钻井过程中控制工程网版权所有,对绞车和转盘的可靠性要求较高CONTROL ENGINEERING China版权所有,如果绞车或转盘发生故障,在短时间内不能修复控制工程网版权所有,则有可能造成井壁坍塌的大事故,因而系统具有冗余备份的功能。

  3  控制系统构成
  控制站具有冗余备份功能,由两个SIMATIC CPU 315-2DP模块构成;采用ET200M将现场输入输出点通过Profibus总线连接到控制站,并通过Profibus总线与5台ABB变频器通讯;经理室采用SIMATIC WINCC 软件通过S7协议与控制站通讯;并在控制站通过MPI口外接SIMATIC TC35T以实现远程维护。

  4  系统功能
  整套钻机的钻井工艺概况如下:
  绞车装置主要用于起升、下放井架、底座、大钩及钻杆;转盘装置用于钻杆的上扣、下扣以及旋转钻杆带动钻头切削岩石;泥浆泵装置将高压泥浆通过管汇注入钻头,不仅起润滑、冷却钻头的作用,还将夹杂着岩石碎屑的泥浆带回泥浆净化系统以便重新使用。
  整个钻机系统的功能主要包括:
  (1) 通过Profibus总线,实现S7-300 CPU与ABB变频器之间的通讯,以完成对相应电机的控制。根据传递参数数量确定PPO类型, 编写相应














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