冗余控制系統在DB鉆機中的應用_電機_直流調速

冗余控制系統在DB鉆機中的應用

2008/8/19 0:00:00

交流變頻電動鉆機常規控制系統以S7-300PLC為控制核心，通過現場總線把數字化設備組成PROFIBUS-DP網絡，實現變頻器、整流器、智能遠程司鉆監控、人機界面、自動送鉆、一體化儀表、電子防碰等系統間的高速通訊，上位工控機實施監控、存儲各個系統的運行狀態并提出故障時的診斷報文。上位工控機4IPC、自動化級（PLC）、數字傳動級和司鉆操作臺通過PROFIBUS-DP總線連接，構成網絡系統，參數雙向傳遞，顯示一體化鉆井儀表參數及畫面，各種狀態提示和幫助文本顯示，為鉆井工程創建數字化、信息化、智能化的管理平臺，最終實現對系統各裝置的遠程數據傳輸和故障監控，優化控制和檢測整個鉆井過程。

在石油鉆井生產領域，容錯和可靠性的要求越來越高，有故障引起的停機停鉆將會帶來巨大的經濟損失。針對河南油田現場實際要求，控制系統應具備很好的冗余功能，保證系統正常工作。因此，在系統設計上應用冗余控制系統或高性能的S7-400H系統，整個系統硬件冗余,系統采用雙CPU、雙觸摸屏，雙I/O模塊和接口。與常規相比有3個特點：①整個系統硬件冗余,保證數據高速同步 ②觸摸屏及工控機之間分別都實現環網，數據同步③CPU切換時不會有數據丟失，切換平滑無干擾.

S7-400系統是一個三級控制系統，由管理計算機、過程控制系統組成，2套系統同時工作，互為冗余，可以有效保證人以一套出現CPU、I/O模塊損壞或通訊中斷等故障時，另一套都能自動投入

與常規系統相比，該系統增加冗余控制系統、冗余網絡系統、冗余啟動系統，提高了系統的可靠性。河南油田ZJ70DB鉆機控制系統采用西門子高性能的S7-400H系統，以實現鉆機司鉆智能化控制，實現絞車、轉盤、鉆井泵的全稱調速，確保鉆進安全、高效。2008年6月1日，在雙河油田畢深1井壓井作業時，ZJ70DB曾出現司控房與VFD房通訊突然中斷，造成絞車、鉆井泵、等設備操作實效，PC柜ET200電源故障造成電控組件大面積損壞，冗余控制系統和應急操作全部癱瘓。為此，河南油田技術人員對電控系統進行了一下整改和完善：

1 更換PC柜內ET200M擴展架上模塊的供電方式，由以前的單電源供電改為三電源供電。

2 增加PO1S操作面板，在司控房和VFD通訊中斷、VFD內部通訊中斷、CPU不能工作，通過手動修改裝置參數，利用OP1S操作面板在FVD房裝置上直接啟動1#、2#、3#、鉆井泵，以便快速建立井內鉆井液循環。

3 在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內部通訊中斷、CPU不能工作時，會造成在司控房無法完成絞車與自動送鉆電動機的離合器的操作，還會使盤剎連鎖動作，盤剎操作實效，在司控臺內不能解除盤剎連鎖能力，此時需手動操作閥門，掛合離合器和手動解除盤剎，利用自動送鉆的能耗制動動能，懸停鉆具，在自動送鉆裝置手動給定速度，上提或下放鉆具。

4 在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內部通訊中斷、CPU不能工作時，或主電機裝置、給定、通訊中斷，絞車失去動力，通過手動修改自動送鉆裝置參數，在VFD房啟動裝置，恢復絞車的提升能力。

5 在司控房和和VFD通訊中斷、VFD內部通訊正常，工控機通訊正常的情況下，在工控機上增加一套應急界面程序，通過工控機應急界面啟動鉆井泵和絞車電動機。

為確保系統的可靠性，應進一步完善旁路應急系統，在司鉆臺上設計保留常規的絞車、轉盤、鉆井泵調速手輪、常規的指重表、轉盤轉速儀表、轉盤電流儀表，以便在應急情況下使用。