一种钻机控制系统的制作方法

本发明涉及石油钻机控制技术，涉及变频电机自动控制领域，特别涉及数字化变频电机的一种钻机控制系统。

背景技术：

现阶段交流变频电驱动钻机的传动控制主要是针对绞车、转盘、泥浆泵、自动送钻四大部分，主要进行绞车速度、转盘扭矩、泥浆泵泵压、自动送钻电机的速度和扭矩的控制。现有技术交流变频电驱动石油钻机是局部使用交流变频电机，如绞车、转盘使用交流变频，泥浆泵使用直流scr控制系统或泥浆泵使用发动机进行传动，发电机组使用的是普通的发电机组，整套钻机中只用少量的数字信号，完成不了整机数字化自动控制，各控制单元采用分散独立控制，在井场司钻控制室设有控制台，无法实现远程控制

技术实现要素：

本发明的目的是在于对现有技术进行改进，克服现有技术分散独立、难以远程控制的缺点，提供一种能实现远程控制、监视、故障诊断、参数设置的变频驱动钻机自动化控制系统。

本发明是这样实现的：

本发明的采取的方案是：一种钻机控制系统，该交流变频电驱动钻机的电传动采用发电机组为数台变频主电机供电，数台变频主电机分别由变频器控制驱动绞车滚筒、转盘、泥浆泵，绞车还配备有自动送钻变频电机，其特征在于：包括安装在控制室的plc可编程控制器、控制室计算机、安装在司钻室昀触摸操作屏、对钻井过程中由plc采集的钻井参数进行实时显示并归档保存的钻井参数显示屏、安装在钻机各部件上用于采集各变频主电机及自动送钻变频电机运行参数及钻机工况数据的各类数字传感器、现场总线主干线、现场总线分支线，所述各类数字传感器信号线串接在现场总线分支线上，plc可编程控制器、触摸操作屏、钻井参数显示屏、各变频器控制线通过总线接口连接在现场总线主干线上，控制室计算机通过计算机接口与plc可编程控制器连接，控制室计算机连接有打印机。所述控制室计算机为平板触摸电脑。所述数字化交流变频电驱动钻机控制装置还包括远程计算机及打印机，远程计算机通过internet网与控制室计算机进行点对点连接。

有益效果：本发明通过融合数字控制技术、交流变频传动技术、plc控制技术、计算机技术、现场总线通讯技术、intemet网上传输技术，实现对绞车滚筒、转盘、泥浆泵、自动送钻的全过程数字控制，最大限度地提高钻机时效、增强设备运行的可靠性。司钻室触摸操作屏、钻机参数显示屏、工业监控显示屏组成的数字化司钻操作台，使司钻人员操作更方便可靠，提高了给定信号的可视性和精度，具有界面友好，操作简单可靠，显示信息量大的优点。控制室计算机可进行实时数据监测和打印，对数据进行回放和存储；远程计算机可在远方进行监测、故障诊断、数据存储及打印。

附图说明

图1为本发明的方框原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图l所示，现场控制室内安装有plc可编程控制器，控制室计算机、触摸显示屏，司钻室安装触摸操作屏、钻井参数显示屏、工业监控显示屏，plc可编程控制器、触摸操作屏、钻井参数显示屏、各变频器控制线分别通过总线接口连接在现场总线主干线上，现场怂线采用profibus-dp协议的通讯总线；安装在电气控制房的控制绞车电机、转盘电机、泥浆泵电机、自动送钻电机的各变频器分别连接在现场总线主干线上，采集各变频电机的电流、电压、频率、扭矩、绞车滚筒转速、绞车盘式刹车压力、游车速度、转盘扭矩、泥浆泵泵压、自动送钻电机扭矩等数据的各类数字传感器的信号线串接在现场总线分线上；控制室计算机通过rs485接口与plc可编程控制器连接，控制室计算机利用现场网线、电话线或卫星网络通过internet网与远程计算机进行点对点连接，实施远程管理、监控。

工作原理：

本发明以plc可编程控制器为核心，以现场总线profihs-dp作为通讯方式将通过各类传感器采集的各变频电机的运行参数及钻机工况数据信息进行分析、判断、精确计算并与设定值对比后，其控制程序发出指令信号作为变频器的给定，变频器按照plc输出的给定参数值控制各变频电机工作，使变频电机以设定的参数驱动绞车滚筒、转盘、泥浆泵、自动送钻工作，实现设定的电流、电压、频率、扭矩、速度、泵压、位置等输出。触摸操作屏、钻井参数显示屏与可编程控制器通过rs485或rs232c总线接口连接在现场总线主干线上，作为人机晃面和操作终端，通过plc可编程控制器实现显示、参数设置、发送指令等功能。

(1)绞车的控制：plc通过采集变频主电机的运行和滚筒的转速、悬重等数字化信号，判断起钻工况或下钻工况，计算出游车的位置、速度，通过plc控制程序发出控制信号，使变频器控制变频主电机以设定的速度驱动滚筒，实现绞车起下钻合理的功率利用和工作时效。

(2)转盘和泥浆泵的控制：钻进时，plc通过分别采集转盘和泥浆泵的变频主电机的运行参数，计算转盘转速、转矩和泥浆泵泵压、泵冲，并在触摸屏上显示。plc控制程序发控制信号，使变频器控制浆泵的变频主电机的运行参数可实现两台以上泥浆泵电机负载垧衡。plc通过编制的程序可设定转盘扭矩，控制转盘变频主电机的运行参数，使扭矩动态工作在设定范围。当出现异常情况，扭矩超过最大设定值时，plc控制电机停止，实现过扭矩保护。

(3)自动送钻控制：plc通过采集自动送钻变频电机的电压、电流、频率和死绳指重、滚筒编码器的信号，通过对钻压、钻速、转盘扭矩、转盘转速、泵压、游车高度等参数的监测，进行钻井信息的采集，再通过计算机控制自反馈系统调整控制，实现对绞车盘刹的匀速控制，进行自动送钻。

(4)触摸操作屏：采用触摸式显示器，替代传统的以转换开关及手轮组成的司钻台，使司钻人员操作更方便可靠，提高了给定信号的可视性和精度，给予司钻人员更多的操作提示信息，使司钻对目前各种设备的运行状态一目了然，对目前设备的各种给定直接以数字方式通过总线通讯给定，还可对一些易忽略的操作细节以对话的方式提醒司钻进行及时正确的操作。

(5)钻井参数显示屏：采用触摸式显示器，对钻井过程中由plc采集的一些重要的钻井参数诸如悬重、钻压、泵压、泵冲、立管压力、液压猫头压力、出口排量，转盘扭矩参数，故障报警等信息进行实时显示并归档保存，为以后的钻井资料分析提供依据。

(6)控制室计算机通过rs485接口与plc可编程控制器连接，对控制装置工作状态进行监控，存储重要技术数据，通过打印机接口可打印所需的数据。

(7)远程计算机与控制室计算机通过in.temet网进行点对点连接，可在远方进行监测、参数设定、故障诊断、数据分析、数据存储、打印。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种钻机控制系统，包括PLC可编程控制器、控制室计算机、远程计算机、触摸操作屏、钻井参数显示屏、各类数字传感器、现场总线主干线、现场总线分支线，各类数字传感器信号线串接在现场总线分支线上，PLC、触摸操作屏、钻井参数显示屏、各变频器控制线通过总线接口连接在现场总线主干线上，控制室计算机与PLC可编程控制器连接，远程计算机通过Internet网与控制室计算机进行点对点连接。本装置可实现对交流变频电驱动钻机绞车滚筒、转盘、泥浆泵、自动送钻的全过程数字控制，最大限度地提高钻机时效、增强设备运行的可靠性。还可实现钻机实时数据监测和打印、远方监测、故障诊断、数据存储及打印。

技术研发人员：祁佰忱;张明侠
受保护的技术使用者：西安曼海特工业技术有限公司
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2019.01.04