基于PROFIBUS-DP的ZJ70DB司钻控制系统设计与研究

1、基于PROFIBUS-DP的ZJ70DB 司钻控制系统设计与研究题目：2目录CONTENTS课题意义及国内外现状课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析课题的创新性与本课题有关的工作积累交流变频电驱动石油钻机已经成为了世界石油钻机发展的主流，对它的控制系统的研究十分必要的。在石油钻机的设计中，电控系统通过软件来实现复杂的工况可以有效的提高钻机的可靠性、降低钻井成本。在钻进过程中，随着钻井深度的不断增加，地质条件的变化对钻进的钻压和转速的控制精度有了更高的要求。石油钻机自动化水平的提高一方面可以降低生产成本，提高企业效益；另一方面对提高我国石油

2、钻机在国际钻井市场上的竞争力，开拓海外石油市场也有着重要的意义。随着海洋石油开采需求的加剧，陆地钻机司钻控制系统的研究对海洋钻机的设计研发有一定的借鉴作用。为什么选择这个课题34 为了更好的提高钻机在复杂钻井过程中的钻进性能，无论是提高钻进速度还是优化钻井控制，关键在于提高对绞车的控制。国外电驱动钻机发展现状 国外先进的钻机生产厂商非常注重对钻机绞车控制系统的改进，随着四象限控制技术以及自动送钻技术的发展，大大提高了钻机的整体性能。GH 3300 EG AG-2G绞车绞车型号 GH 3300 EG AG-2G马力HP3300钩载kN 7920最快提升速度m/s1.02重量t52 外形尺寸（长宽

3、高）mm 720035002500德国WIRTH公司E-3000-AC绞车绞车型号 E-3000-AC额定输入功率kw 2200最大快绳拉力kN 799钢丝绳直径mm 45 滚筒尺寸（直径宽度）mm 9901824 重量t 60外形尺寸（长宽高）mm 870032003150德国BENTEC公司国内电驱动钻机发展现状2007年11月，宝鸡石油机械有限公司研制成功我国首台12000m特深井钻机。ZJ120/9000DB钻机是目前全球最先进的特深井陆地石油钻机，钻机的总体技术方案和集成技术，目前在国际上属领先水平。钻机采用国际最先进的全数字交流变频控制技术，作业全部实现智能化控制，具有控制精度高，

4、功率因子高，兼容、容错性能好等特点。产品技术特点:国内最大功率6000马力绞车，模块化设计，即可整体运输也可分块运输；52米井架、12米旋升式底座，绞车动力起升（包括司钻偏房）；绞车低位安装、低位工作；主要部件采用-40高强度结构钢，钻机满足极寒地区钻井作业要求自主研发整套大吨位游吊、天车、转盘系统等；电控系统优化设计，增加变速控制功能等。JC120DB绞车绞车型号 JC120DB 额定输入功率kw 2940最大快绳拉力kN 850钢丝绳直径mm 48 滚筒尺寸（直径宽度）mm 13202312 刹车轮毂/盘尺寸mm 240080 辅助刹车 能耗制动 外形尺寸（长宽高）mm 119903350

5、3260宝鸡石油机械厂9部分基础件及电控系统尚需引进创新观念不强，自主知识产权不多钻机质量和可靠性较低交流变频电动钻机性能尚未充分发挥，机械自动化水平不高HSE及生态理念尚不到位我国在钻机设计制造方面与国际相比存在的差距：高端司钻控制房及其系统国外先进的司钻控制平台目前国内普遍配备的司钻台传统的司钻控制台、操作台司钻控制系统的国内外现状我国司钻控制房存在的问题控制房和仪表盘没有设计规范，缺乏整体设计的理念。仪表的显示器与控制器布置与人的生理心理不对应、不协调，司钻操作顾此失彼，容易发生错读和误操作。模拟仪表和数字仪表重复设置。显示器和控制器主次不分、轻重不分。课题研究目标应用线路冗余技术，设计

6、出基于PROFIBUS-DP现场总线的司钻控制系统网络,把司钻控制系统中的设备有机地连接在一起。通过司钻控制台和触摸屏，司钻可以进行各项钻井操作，还可以监控设备的运行状态。实现司钻控制系统的自动化操作功能，及钻井参数的显示、存储、打印，以及远程监控和管理。将模糊神经网络的控制技术应用到自动送钻当中，提高自动送钻的控制精度。司钻控制系统的可靠性评估研究内容司钻控制系统总体方案确定与主要设备选型绞车、转盘、泥浆泵控制程序设计基于WinCC组态软件的钻机监视系统人机界面设计监视系统人机界面设计触摸屏人机操作界面设计 以智能控制技术、现代控制理论、现场总线技术、微机原理、电工电子技术等理论为基础，通过

7、网络结构设计、实验编程、软件调试、仿真分析、STEP 7的硬件组态和西门子视窗控制中心来实现司钻控制系统，实现对钻机的控制、状态显示及实时检测。研究方法技术路线图司钻控制系统构成主要设备选型控制系统网络设计控制系统程序设计控制系统硬件组态人机界面设计控制系统可靠性分析控制系统电动机变频器制动单元绞车、转盘、泥浆泵的控制自动送钻控制系统保护功能司钻操作系统的人机界面钻机监控系统的人机界面DP控制系统的可靠性系统抗干扰措施设计确定司钻控制系统的硬件组成，包括SIEMENS S7-300PLC、TP270触摸屏、DDL智能控制阀岛和司钻室控制系统。设计基于PLC现场总线的司钻控制系统的程序，包括数据

8、采集、数据的处理和逻辑运算、钻井参数及设备状态显示、声光报警等控制程序。人机界面的设计。该系统使用西门子的TP270触摸屏作为人机接口，以Protool V6.0组态软件为开发工具，它提供了包括文本和数据图表等完整的丰富的图形用户界面。运行调试，使控制程序在硬件中完整实现，达到期望。试验方案基于现场总线的司钻控制系统在国外先进钻机中应用以比较广泛，为课题研究提供了良好的参照。借鉴国内外科技文献及资料为课题的研究提供了理论基础。SIEMENS S7-300是一套成熟的PLC,有完整的开发软件作支持，为课题研究提供了良好的试验基础。借鉴兰石厂、中原总机厂、上海中曼石油设备公司的成熟技术，在导师的前期的工作指导下，本人有信心开展此项工作。 可行性分析 将现场总线技术、矢量控制变频调速技术和基于模糊神经网络的自动送钻系统应用到石油钻机的司钻控制系统中，更加精准地提高了钻机的自动化控制水平。课题创新性参观了兰州石油化工机器总厂和中原总机厂等制造钻机的企业，对钻机的工作原理及其作用有了较清楚的认识；查阅、收集、整理了与本课题有关的大量的国内外相关资料和文献；研究生课程学